KR20040019995A - 고체 촬상 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
금속계 차광막이 내화 금속 실리사이드뿐만 아니라 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)을 함유하는 금속으로 이루어질지라도, 제조 공정을 추가하지 않고서 금속계 차광막의 표면을 산화함으로써 반사 방지막을 형성할 수 있는 고체 촬상 소자의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 웨이퍼의 표면층에 형성된 수광 센서와 전송 전극상에 금속계 차광막을 형성하는 단계와, 상기 수광 센서 상의 금속계 차광막을 에칭함으로써 개구를 형성하는 단계와, 층간막을 형성하는 단계, 및 열 처리에 의해 렌즈 형상으로 되도록 상기 층간막을 형성하는 단계를 포함한다. 산소 가스 및 오존 가스중 어느 하나 또는 양쪽의 분위기가 상기 층간막을 형성하기 위한 챔버 내에 준비되고, 상기 금속계 차광막의 표면이 상기 층간막이 형성되기 전에 산화된다.
Description
본 발명은 금속계 차광막이 수광 센서 이외의 영역으로 입사하는 광을 방지하기 위해 형성되는 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
도 4의 a 내지 d는 종래의 고체 촬상 소자의 제조 공정의 단계를 도시하고 있다. 종래에, 고체 촬상 소자는 도 4의 a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(1)의 표면층상에 입사한 광을 수광하여 전하로서 축적하는 수광 센서(2)와, 축적된 전하를 전송하는 전송 전극(7)을 형성한 후, 수광 센서(2) 및 전송 전극(7)상에 금속계 차광막(9)을 형성함으로써 얻어진다.
또한, 도 4의 b에 도시된 바와 같이, 금속계 차광막(9)의 수광 센서(2)상에 에칭에 의해 개구가 형성되고, 도 4의 c에 도시된 바와 같이 수광 센서(2) 및 전송 전극(7)을 매립하기 위해 이 위에 CVD 법에 의해 층간막(13)이 형성된다. 그런 다음, 층간막(13)은 렌즈의 형상을 갖도록 열 처리 등에 의해 리플로되며,렌즈재(14)가 층내 렌즈를 형성하기 위해 리플로된 층간막(13)을 매립하기 위해 충전된다.
도 5는 상기 공정에 따라 얻어진 고체 촬상 소자의 단면도이다. 종래의 고체 촬상 소자에서 층내 렌즈를 통해서 모여진 광은 금속계 차광막(9)의 개구로부터 수광 센서(2)에 입사할 때 광전 변환된다. 이 입사광 중에서 금속계 차광막(9)상에서 반사하여 전송 전극(7)에 입사함으로써 스미어를 발생시키는 성분을 억제할 수 없다. 상기 성분은 이하에서 '스미어(smear) 성분'이라고 부른다.
종래에, 고체 촬상 소자에 입사하는 광이 층내 렌즈 등을 구성하는 층간막 상에서 반사하는 것을 방지하기 위해, 반사 방지막이 형성되는 고체 촬상막이 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조). 이 고체 촬상 소자는 종래의 고체 촬상 소자의 제조 공정에 더하여, 층간막 상에 반사 방지막을 형성하는 단계와, 층내 렌즈 상에 반사 방지막을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 공정에 따라 이루어진다.
또한, 층간 절연체상에 내화 금속 실리사이드 등으로 이루어지는 금속 차광막을 형성하고, 이 금속 차광막이 형성된 웨이퍼를 800℃ 이상의 고온에서 열 처리하여 금속 차광막을 다결정화하며, 이 다결정화된 금속 차광막의 표면을 산화시킴으로써, 금속 차광막의 반사율이 저하되는 다른 고체 촬상 소자도 있다(예를 들면, 특허문헌 2를 참조).
본 명세서에서 인용한 특허 문헌은 하기와 같다.
특허문헌 1 : 일본 특개평11-103037호 공보
특허문헌 2 : 일본 특개평8-78651호 공보
특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 층간막 상 및 층내 렌즈 상에 반사 방지막이 형성되는 고체 촬상 소자를 얻기 위하여, 상기 제조 공정은 종래의 고체 촬상 소자의 제조 공정에 더하여 새로운 반사 방지막을 형성하는 단계를 부가할 필요가 있다. 이 반사 방지막을 형성하는 단계는 그 전후의 단계를 위해 사용되는 것과는 다른 장치로 실행된다. 따라서, 상기 막을 각 장치로 출납하기 위한 시간을 요하고, 제품 제조를 완성할 때까지의 지속 시간이 길어져 버린다는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2에는 금속 차광막의 표면이 800℃ 이상의 고온에서 산화되는 것이 기재되어 있다. 내화 금속 실리사이드는 상기 온도에 견딜 수 있는 유일한 내화 금속이다. 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)을 함유하는 금속으로 이루어지는 차광막이 내화 금속일지라도 800℃ 이상의 고온의 산화 분위기 중에서 열처리하면 산화가 지나치게 진행되어 버리기 때문에, 차광막으로서 사용할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명은 금속계 차광막이 내화 금속 실리사이드 뿐만 아니라 W과 Mo을 함유하는 금속으로 이루어질지라도, 제조 단계를 부가하지 않고서 금속계 차광막의 표면을 산화하여 반사 방지막을 형성할 수 있는 고체 촬상 소자의 제조 방법을 제공한다.
도 1의 a 내지 e는 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 고체 촬상 소자의 제조 공정의 단계를 도시하는 단면도로서, a는 금속계 차광막을 형성하는 단계, b는 에칭 단계, c는 산화 단계, d는 층간막을 형성하는 단계, 및 e는 렌즈를 형성하는 단계를 각각 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 d에 도시된 층간막을 형성하는 단계에서 사용하는 챔버를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 3은 본 실시예의 제조 방법에 의해 얻어진 고체 촬상 소자의 단면도.
도 4의 a 내지 d는 종래의 고체 촬상 소자의 제조 공정의 단계를 도시하는 단면도.
도 5는 종래의 고체 촬상 소자의 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 웨이퍼 2: 수광 센서
3: 전하 판독 유닛 4: 전하 전송 유닛
5: 채널 스톱 유닛 6: 절연막
7: 전송 전극 8: 층간 절연막
9: 금속계 차광막 10: 산소 가스
11: 오존 가스 12: 반사 방지막
13: 층간막 14: 렌즈재
21: 가열 램프 22: 챔버
23: 가스 라인 24: 샤워 헤드
25: 스테이지 26: 배기 배관
본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 웨이퍼의 표면층에 형성된 수광 센서와 전송 전극에 금속계 차광막을 형성하는 단계와, 상기 수광 센서 상의 금속계 차광막을 에칭함으로써 개구를 형성하는 단계와, 층간막을 형성하는 단계, 및 열처리에 의해 상기 층간막에 렌즈 형상을 형성하는 단계를 포함하는 방법이다. 이 방법에서, 산소 가스와 오존 가스중 어느 하나 또는 양쪽의 분위기가 상기 층간막을 형성하는 챔버 내에 준비되고, 상기 금속계 차광막의 표면이 상기 층간막의 형성 전에 산화된다.
본 발명의 제조 방법에 따르면, 고체 촬상 소자를 제조하는 공정 중에 층간막을 형성하는 단계에서, 이 층간막을 형성하기 위해 사용되는 챔버와 동일한 챔버 에서 층간막이 형성되기 전에 산소 가스 및 오존 가스중 어느 하나 또는 양쪽의 분위기에 표면을 노출시킴으로써, 금속계 차광막의 표면을 산화시켜서 반사 방지막을 형성할 수 있다.
이 때에, 챔버 내의 온도가 500℃ 이하일지라도 금속계 차광막의 표면을 산화시킬 수 있다. 따라서, 내화 실리사이드 뿐만 아니라 W과 Mo을 함유하는 금속으로 이루어지는 금속계 차광막의 경우에도, 금속계 차광막의 표면을 손상시키지 않고 산화시켜서 반사 방지막을 형성할 수 있다.
(실시예)
상기 및 다른 목적과, 본 발명의 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 적합한 실시예의 하기 설명으로부터 명백하게 나타난다.
도 1의 a 내지 e는 본 발명의 실시예에 있어서의 고체 촬상 소자의 제조 단계를 도시하는 단면도이고, 도 2는 도 1의 d에 도시된 층간막을 형성하는 단계에 사용되는 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1의 a 내지 e를 참조하여, 본 실시예에 있어서의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명한다.
우선, 도 1의 a에 도시된 바와 같이, 광전 변환을 실행하는 수광 유닛(도시 생략)이 웨이퍼(1)의 표면층에 형성되고, 홀 축적 유닛(도시 생략)이 이 수광 유닛의 위에 형성됨으로써, 이들 수광 유닛과 홀 축적 유닛을 구비하는 HAD((Hole-Accumulation Diode: 등록 상표) 구조의 수광 센서(2)를 형성한다.
또한, 전하 전송 유닛(4)이 그 사이에 배치된 전하 판독 유닛(3)을 갖는 수광 센서(2)의 한쪽에 형성되고, 채널 스톱 유닛(5)이 이에 인접한 전하 전송 유닛(4)으로의 전하의 유출을 방지하기 위해 수광 센서(2)의 다른쪽에 형성된다. 더욱이, SiO2등으로 이루어지는 절연막(6)이 웨이퍼(1)의 표면에 열산화법이나 CVD법에 의해 형성된다.
절연막(6)상에 전하 전송 유닛(4)의 거의 바로 위의 위치에 폴리실리콘 등으로 이루어지는 전송 전극(7)이 형성된다. 또한, 전송 전극(7)과는 일부가 서로 겹치는 상태로 폴리실리콘 등으로 이루어지는 다른 전송 전극(도시 생략)이 형성된다. 전송 전극(7)을 덮고, 또한 전송 전극(7, 7) 사이에 위치된 수광 센서(2)상의 절연막(6)을 덮는 SiO2등으로 이루어지는 층간 절연체(8)가 이들 전송 전극(7)의 표면상에, 즉 그 상면과 측면 상에 형성된다.
이 층간 절연체(8)상에는 금속계 차광막(9)이 전송 전극(7)을 덮도록 형성된다. 그런 다음, 도 1의 b에 도시하는 바와 같이 수광 센서(2)의 바로 위 부분의 대부분은 개구를 갖도록 에칭된다. W, Mo, Al 등을 함유하는 금속 또는 내화 금속 실리사이드인 WSi 등은 500℃ 이하의 온도에서 산화 처리에 견딜 수 있다면 금속계차광막(9)으로서 사용할 수 있다.
다음에, 층간막(13; 도 1의 d 참조)이 도 2에 도시한 바와 같은 CVD 장치를 사용하여 형성된다. 도 2에 도시된 CVD 장치는 가열 램프(21)에 의해 500℃ 이하, 예를 들면 380 내지 400℃ 정도의 온도로 가열된 챔버(22)에서 샤워 헤드(24)를 통해서 가스 라인(23)으로부터 공급된 원료 가스를 균일하게 도입하고, 이 챔버(22)내의 스테이지(25)에 배치된 웨이퍼(1)상에 원료 가스의 반응에 의한 생성물을 퇴적시키는 것이다.
본 실시예의 제조 방법에서 층간막(13) 형성을 위한 원료 가스를 도입하기 전, 즉 층간막(13)을 형성하기 전에, 가스 라인(23)에 산소 가스(10) 및/또는 오존 가스(11)가 도입된다(도 1의 c 참조). 따라서, 500℃ 이하의 온도에서 산소 가스(10) 및/또는 오존 가스(11)의 분위기가 챔버(22)에 채워지므로, 스테이지(25)상의 웨이퍼(1)는 이 분위기에 노출된다. 그 때문에, 웨이퍼(1)상의 금속계 차광막(9)의 표면은 산화되어 반사 방지막(12)이 형성된다.
반사 방지막(12)이 형성된 후, 산소 가스(10) 및/또는 오존 가스(11)가 배기 배관(26)으로부터 배출되고, 그런 다음에 층간막(13)을 형성하기 위한 원료 가스(예를 들면, TEOS(테트라에톡시실란) 등)가 챔버(22)에 도입된다. 따라서, SiO2등으로 이루어지는 층간막(13)이 반사 방지막(12) 및 수광 센서(2)의 바로 위에 노출된 층간 절연체(8)를 덮기 위해 형성된다.
그 후, 층간막(13)이 렌즈 형상을 갖도록 열처리 등에 의해 리플로되고, SiN과 같은 렌즈재(14)가 리플로된 층간막(13)을 매립하기 위해 채워진다. 이러한 방법에서, 렌즈재(14)와 층간막(13)과의 사이에 층내 렌즈가 구성되어 고체 촬상 소자가 완성된다.
도 3은 상기 제조 방법에 따라 얻어진 고체 촬상 소자의 단면도이다. 고체 촬상 소자에서 층내 렌즈를 통과하여 입사한 광이 수광 센서(2)에서 광전 변환되고, 이 광전 변환에 의해서 얻어진 신호 전하가 전하 판독 유닛(3)을 통해서 전하 전송 유닛(4)에서 판독되며, 더욱이 전송 전극(7)에 의해 전송된다.
층내 렌즈를 통과하여 입사한 광 중에서, 전송 전극(7)에 도달한 광은 금속계 차광막(9)상에서 반사한다. 그러나, 본 실시예의 고체 촬상 소자에서 금속계 차광막(9)의 표면을 산화함으로써 반사 방지막(12)이 형성되기 때문에, 금속계 차광막(9)상에서 반사하는 스미어 성분은 간섭에 의해 서로 상쇄되어 저감한다. 따라서, 종래에 금속계 차광막(9)상에서 반사된 후에 전송 전극(7)에 입사하고 있던 스미어 성분도 저감되고, 수율(yield)이 개선된다.
또한, 본 실시예의 고체 촬상 소자의 제조 방법에서 층간막(13)이 형성되기 전에, 반사 방지막(12)은 이 층간막(13)을 형성하기 위해 사용되는 것과 동일한 챔버(22)에서 산소 가스(10) 및/또는 오존 가스(11)를 사용하여 금속계 차광막(9)의 표면을 산화함으로써 형성된다. 연속하여 층간막(13)이 형성되고, 따라서 다른 챔버를 사용하는 어떤 부가적인 공정이 필요 없다. 즉, 반사 방지막(12)은 공정 단계를 늘리지 않고 형성될 수 있다.
또한, 산화가 층간막(13)을 형성하기 위해 사용되는 것과 동일한 챔버(22)에서 산소 가스(10) 및/또는 오존 가스(11)에 의해 실행되기 때문에, 샤워 헤드(24)로부터 산소 가스(10) 및 오존 가스(11)의 유량을 조정하거나 또는 가스가 배기 배관(26)으로부터 배출될 때까지의 지속 시간을 조정함으로써, 산화 반응 시간을 자유롭게 제어할 수 있다. 따라서, 금속계 차광막(9)의 표면의 산화 레벨을 제어함으로써 최적 두께를 갖는 반사 방지막(12)을 형성하는 것이 가능하다.
더욱이, 본 실시예에서 산화가 500℃ 이하의 온도로 설정되고 산소 가스(10) 및/또는 오존 가스(11)를 사용하는 챔버(22)에서 실행되기 때문에, WSi와 같은 내화 실리사이드 뿐만 아니라 W과 Mo을 함유하는 금속으로 이루어지는 금속계 차광막(9)의 경우에도, 이 금속계 차광막(9)의 표면을 손상시키지 않고서 산화시킴으로써 반사 방지막(12)을 형성할 수가 있다.
본 실시예에 있어서, 층간막(13)을 형성하기 전에 챔버(22)내에 도입되는 가스는 산소 가스(10)만, 오존 가스(11)만, 또는 산소 가스(10)를 함유하는 오존 가스(11)로 할 수 있다. 그러나, 오존 가스(11) 성분을 많이 도입하는 쪽이 보다 빨리 금속계 차광막(9)의 표면을 산화할 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명은 이하의 효과를 나타낼 수 있다.
(1) 층간막을 형성하기 위해 사용되는 챔버 내에 산소 가스 및 오존 가스중 어느 하나 또는 양쪽의 분위기를 구성하여 금속계 차광막의 표면을 산화시킴으로써, 반사 방지막은 층간막을 형성하기 위해 사용되는 챔버에서 산소 가스 및 오존 가스에 의해 금속계 차광막의 표면의 산화를 형성할 수 있다. 따라서, 별도의 챔버 등을 사용하여 공정 단계를 늘릴 필요가 없다.
(2) 층간막을 형성하기 위해 사용되는 챔버에서 산소 가스 및 오존 가스에 의한 산화가 실행되기 때문에, 산소 가스 및 오존 가스의 유량과 산화반응 시간을 자유롭게 제어할 수 있으므로, 최적 두께를 갖는 반사 방지막이 금속계 차광막의 표면의 산화 레벨을 제어함으로써 형성될 수 있다.
(3) 산화가 500℃ 이하의 온도로 설정하고 산소 가스 및 오존 가스를 사용하여 실행하기 때문에, WSi 등의 내화 실리사이드 뿐만 아니라 W과 Mo을 함유하는 금속으로 이루어지는 금속계 차광막의 경우에도, 금속계 차광막의 표면을 손상시키지 않고서 산화시킴으로써 반사 방지막을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 효과는 상술한 것에 제한되지 않음은 물론이다. 본 발명은 상기 효과로부터 초래되는 부가적인 효과도 가능하다.
본 발명이 일정한 특성을 갖는 적합한 형태로 기재되었을지라도, 다양한 많은 변경과 수정은 가능하다. 본 발명은 그 정신과 범주로부터 벗어남 없이 본 명세서에 구체적으로 기재된 것 이외에도 실시할 수 있음을 이해해야 한다.
Claims (2)
- 웨이퍼의 표면층에 형성된 수광 센서와 전송 전극상에 금속계 차광막을 형성하는 단계와, 상기 수광 센서 상의 상기 금속계 차광막을 에칭함으로써 개구를 형성하는 단계와, 층간막을 형성하는 단계, 및 열 처리에 의해 렌즈 형상으로 되도록 상기 층간막을 형성하고,산소 가스 및 오존 가스중 어느 하나 또는 양쪽의 분위기가 상기 층간막을 형성하기 위한 챔버 내에 준비되고,상기 금속계 차광막의 표면이 상기 층간막이 형성되기 전에 산화되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 내의 온도가 500℃ 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
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