KR0155780B1 - Solid state image sensor and fabrication thereof - Google Patents
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Abstract
고체촬상장치의 광전변환부에 관하여 기재되어 있다. 이는, 반도체기판에 매트릭스 모양으로 배열된 광 다이오드들, 각각의 상기 광다이오드 상에 하나씩 형성된 칼라필터층들, 및 상기 칼라필드층들 상에 형성되고, 상기 칼라필터층들의 색깔에 따라 그 크기가 서로 다른 마이크로 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 채도 특성과 휘도 특성 모두가 우수한 고체촬상장치를 얻을 수 있다.A photoelectric conversion section of a solid state imaging device is described. It is formed on the semiconductor substrate in a matrix shape, color filter layers formed on each of the photodiodes one by one, and formed on the color field layers, the size of the color filter layers are different from each other And micro lenses. Therefore, a solid state imaging device having excellent chroma and luminance characteristics can be obtained.
Description
제1도는 일반적인 고체촬상장치의 일부 구조를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a part of the structure of a general solid state imaging device.
제2a도 내지 제2c도는 칼라층이 마젠타(Magenta), 시얀(Cyan) 및 옐로우(Yellow)로 염색되었을 경우의 분광특성을 도시한 그래프들이다.2a to 2c are graphs showing the spectral characteristics when the color layer is dyed with magenta, cyan and yellow.
제3도는 마이크로 렌즈 제조 시 사용되는 마스크패턴을 도시한 종래의 평면도이다.3 is a conventional plan view showing a mask pattern used in manufacturing a micro lens.
제4도는 종래의 마스크패턴을 이용하여 형성된 마이크로 렌즈의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a micro lens formed using a conventional mask pattern.
제5도는 마이크로 렌즈 제조 시 사용되는 마스크패턴을 도시한 본 발명에 의한 평면도이다.5 is a plan view according to the present invention showing a mask pattern used in manufacturing a micro lens.
제6도는 본 발명에 의한 마스크패턴을 이용하여 형성된 마이크로 렌즈의 단면도이다.6 is a sectional view of a micro lens formed using the mask pattern according to the present invention.
본 발명은 고체촬상장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 렌즈의 크기를 칼라필터층의 색깔에 따라 다르게한 고체촬상장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state imaging device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a solid state imaging device and a method of manufacturing the same in which the size of the microlens is changed according to the color of the color filter layer.
광학적인 화상을 전기적인 신호로 변환하는 장치를 고체촬상장치라하며, 제1도는 일반적인 고체촬상장치의 일부 구조를 도시한 단면도이다.A device for converting an optical image into an electrical signal is called a solid state imaging device, and FIG. 1 is a cross-sectional view showing some structures of a general solid state imaging device.
상기 제1도는 외부광학계에서 마이크로 렌즈(28)로 입사된 빛(화상)이 광 다이오드 상에 하나씩 형성된 칼라필터(18,20 및 22)들을 거쳐, 광 다이오드(12)로 입사된 후, 전기적신호로 변환되는 과정을 수행하는 고체촬상장치의 광전변환장치를 도시하고 있다.FIG. 1 is a view showing an electrical signal after light (image) incident on the microlens 28 in an external optical system is incident on the photodiode 12 through color filters 18, 20, and 22 formed on the photodiode one by one. The photoelectric conversion device of the solid state imaging device performing the process of conversion to is shown.
이때, 칼라필터(18,20 및 22)는 고체촬상장치로 입시되는 빛이 가지고 있는 색상 정보를 적절한 전기적신호로 바꾸기 위한 중간단계의 역할을 한다. 즉 입사되는 빛의 색상, 채도 및 휘도의 3가지 특성을 분리하여 처리함으로써, 빛의 색상 정보를 적절한 전기적신호로 변환시키는 것을 돕는다.At this time, the color filters 18, 20, and 22 serve as intermediate steps for converting color information of light entering the solid state imaging device into an appropriate electrical signal. In other words, by processing the three characteristics of the hue, saturation and luminance of the incident light separately, it helps to convert the color information of the light into an appropriate electrical signal.
각 화소(pixel) 단위로 형성된 상기 칼라필터는 특정한 색깔의 염료를 염색하여 형성된 칼라층을 가지며, 이 칼라층의 분광특성(가시파장 내의 파장별 투과율)에 따라 색상 정보의 처리 정도는 달라지게 된다. 칼라층의 분광특성이 화이트(white)빛을 많이투과한다면, 빛의 휘도(luminance)특성을 좋아지겠지만 채도(chrominance)특성은 나빠고, 이와 반대로, 화이트 빛을 적게 투과시키면, 채도 특성은 좋아지겠지만 휘도 특성은 나빠진다. 이와 같이 서로 상대적인 두 특성을 모두 좋게하기 위해서는, 최적의 분광특성을 갖는 칼라층의 형성이 칼라필터 제조과정에서 요구된다.The color filter formed in each pixel unit has a color layer formed by dyeing a dye of a specific color, and the degree of processing of color information varies according to the spectral characteristics (transmittance for each wavelength in the visible wavelength) of the color layer. . If the spectral characteristic of the color layer transmits a lot of white light, the luminance characteristic of the light will be better, but the chrominance characteristic will be worse. Luminance characteristics deteriorate. In order to improve both of these characteristics relative to each other, the formation of a color layer having optimal spectral characteristics is required in the color filter manufacturing process.
제2a도 내지 제2c도는 칼라층이 마젠타(Magenta), 시얀(Cyan) 및 옐로우(Yellow)로 염색되었을 경우의 분광특성을 도시한 그래프들로서, 제2a도는 마젠타의 분광특성을, 제2b도는 시얀의 분광특성을, 그리고 제2c도는 옐로우의 분광특성을 도시한다.2a to 2c are graphs showing the spectral characteristics when the color layer is dyed with magenta, cyan, and yellow. FIG. 2a is a magenta spectral characteristic, and FIG. 2b is a cyan. The spectral characteristics of and Fig. 2c show the spectral characteristics of yellow.
상기 그래프들에 있어서, 칼라층의 분광특성 A와 B를 비교해 보면, A는 B보다 채도 특성이 우수하고, B는 A보다 휘도 특성이 우수하다. 따라서, A 특성에 맞게 칼라층을 형성하면, 칼라층의 채도 특성은 우수해지지만 휘도 특성은 저하되고, B특성에 맞게 칼라층을 형성하면, 칼라층의 휘도 특성은 우수해지지만 채도 특성은 저하된다.In the graphs, when the spectral characteristics A and B of the color layer are compared, A has better chroma characteristics than B, and B has better luminance characteristics than A. Therefore, when the color layer is formed in accordance with the A characteristic, the color layer has excellent chroma characteristics, but the luminance characteristics are lowered. When the color layer is formed in accordance with the B characteristic, the luminance characteristics of the color layer are excellent, but the chroma characteristics are reduced. do.
일반적으로, 칼라층의 특성이 한쪽으로 치우쳐지지 않도록 하기 위해서 (채도 특성만이 우수하거나 채도 특성만이 우수한 경우), 상기 A 및 B사이의 중간영역의 분광특성을 갖도록 칼라층을 형성하여, 채도 특성과 휘도 특성을 서로 조금씩 보완하고 있다.In general, in order to prevent the characteristic of the color layer from being biased to one side (when only the saturation characteristic is excellent or only the saturation characteristic is excellent), the color layer is formed to have the spectral characteristic of the intermediate region between the A and B, The characteristics and luminance characteristics are complemented little by little.
그러나, 이러한 일반적인 칼라층 형성방법에 의하면, 칼라층의 채도 특성과 휘도 특성이 한쪽으로만 치우치게 우수하게 되는 것을 방지할 수는 있으나, 두 특성 모두 우수한 칼라층을 형성하지는 못한다.However, according to this general color layer formation method, it is possible to prevent the chroma layer from being excellent in saturation characteristics and luminance characteristics only on one side, but neither of these characteristics forms an excellent color layer.
따라서, 채도 특성 및 휘도 특성이 모두 우수한 고체촬상장치를 제조하기 위해서는 종전과는 다른 구조의 고체촬상장치가 필요하게 되었다.Therefore, in order to manufacture a solid-state imaging device excellent in both saturation characteristics and luminance characteristics, a solid state imaging apparatus having a structure different from the past has been required.
본 발명의 목적은 채도 특성 및 휘도 특성이 모두 우수한 고체촬상장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 마이크로 렌즈의 크기가 서로 다른 고체촬상장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device excellent in both saturation characteristics and luminance characteristics. Another object of the present invention is to provide a solid state imaging device having different sizes of micro lenses.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 고체촬상장치를 제조하는데 있어서 그 적합한 제조방법을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a suitable manufacturing method for producing the solid state imaging device.
상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체촬상장치는,A solid state imaging device according to the present invention for achieving the above object and other objects,
반도체기판에 매트릭스 모양으로 배열된 광 다이오드들 :Photodiodes arranged in a matrix on a semiconductor substrate:
각각의 상기 광 다이오드 상에 하나씩 형성된 칼라필터들 : 및Color filters formed one on each of the photodiodes: and
상기 칼라필터들 상에 형성되고, 상기 칼라필터들의 색깔에 따라 그 크기가 서로 다른 마이크로 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 한다.It is formed on the color filters, it characterized in that it comprises micro lenses having different sizes according to the color of the color filters.
본 발명에 의한 고체촬상장치에 있어서, 상기 칼라필터는 채도 특성이 휘도 특성 보다 더 우수하도록 형성된 것인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 그 색깔이 어두운 칼라필터 상에 형성된 마이크로 렌즈의 크기가 더 작다.In the solid-state imaging device according to the present invention, the color filter is preferably formed so that the saturation characteristic is better than the luminance characteristic, and more preferably, the size of the microlenses formed on the color filter having a dark color is more. small.
이때, 칼라필터의 색깔이 마젠타 및 시얀일 경우의 마이크로 렌즈는 칼라필터의 색깔이 그린 또는 옐로우일 경우의 마이크로 렌즈의 크기가 더 작은 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 칼라필터의 색깔이 그린일 경우의 마이크로 렌즈의 크기 보다 칼라필터의 색깔이 옐로우일 경우의 마이크로 렌즈의 크기가 더 작다.In this case, it is preferable that the size of the microlens is smaller when the color of the color filter is magenta or shiyan, and more preferably, the color of the color filter is green. The size of the microlens is smaller when the color of the color filter is yellow than the size of the microlens in the case.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체촬상장치의 제조방법에 의하면, 칼라필터들 상에 형성되는 마이크로 렌즈들은 상기 칼라필터의 색깔에 따라 다른 크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention for achieving the another object, the microlenses formed on the color filters are formed in a different size according to the color of the color filter.
본 발명에 의한 고체촬상장치에 있어서, 상기 마이크로 렌즈들은 한번의 공정으로 형성되는 것이 바람직하다.In the solid state imaging device according to the present invention, the micro lenses are preferably formed in one step.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 칼라필터는 채도 특성이 휘도 특성 보다 더 우수하도록 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 그 색깔이 어두운 칼라필터 상에 형성된 마이크로 렌즈는 그 색깔이 밝은 칼라필터 상에 형성된 마이크로 렌즈의 크기 보다 더 크게 형성된다.In one embodiment of the present invention, the color filter is preferably formed so that the saturation characteristics are better than the luminance characteristics, more preferably, the microlenses formed on the color filter having a dark color is a bright color It is formed larger than the size of the micro lens formed on the filter.
이때, 칼라필터의 색깔이 마젠타 및 시얀일 경우의 마이크로 렌즈는 칼라필터의 색깔이 그린 또는 옐로우일 경우의 마이크로 렌즈의 크기 보다 더 크게 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 칼라필터의 색깔이 그린일 경우의 마이크로 렌즈는 칼라필터의 색깔이 옐로우일 경우의 마이크로 렌즈의 크기 보다 더 크게 형성된다.At this time, it is preferable that the microlenses when the color of the color filter is magenta and shiyan are formed larger than the size of the microlens when the color of the color filter is green or yellow, and more preferably, the color of the color filter is In the case of green, the microlenses are formed larger than the size of the microlens in the case of the color of the color filter is yellow.
따라서, 본 발명에 의한 고체촬상장치 및 그 제조방법에 의하면, 채도 특성이 휘도 특성 보다 우수하도록 칼라필터를 형성한 후, 마이크로 렌즈의 크기를 조절하여 휘도 특성을 우수하게 함으로써, 채도 특성과 휘도 특성 모두가 우수하다.Therefore, according to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention, after the color filter is formed so that the saturation characteristics are superior to the luminance characteristics, the saturation characteristics and the luminance characteristics are improved by adjusting the size of the microlenses to improve the luminance characteristics. All is excellent
이하, 첨부한 도면을 참조햐여, 본 발명을 더욱 자세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제3도는 마이크로 렌즈 제조 시 사용되는 마스크패턴을 도시한 종래의 평면도이다.3 is a conventional plan view showing a mask pattern used in manufacturing a micro lens.
상기한 제2a도 내지 제2c도에서 도시한 것 처럼 A와 B 사이의 중간영역의 분광특성을 가지도록 칼라필터를 형성한 후, 각 칼라필터와 대응하도록 상기 칼라필터 상에 마이크로 렌즈를 형성한다(제1도 참조). 이때, 종래의 방법에 의하면, 칼라필터의 색깔이나 분광특성에 관계없이 마이크로 렌즈를 균일한 크기로 형성하였다.As shown in FIGS. 2A to 2C, a color filter is formed to have a spectral characteristic of an intermediate region between A and B, and then a microlens is formed on the color filter so as to correspond to each color filter. (See Figure 1). At this time, according to the conventional method, the microlenses were formed to have a uniform size regardless of the color or spectral characteristics of the color filter.
제3도에 있어서, 점선에 의해 한정된 사각형 영역은 하나의 화소에 해당하는 영역이고, 그 내부에 팔각형의 도형은 각 화소 마다 하나씩 배치되는 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 마스크패턴이다. 칼라필터가 각각 마젠타(Mg), 그린(Gr), 시얀(Cy) 및 옐로우(Ye)로 염색되어 있을 때, 각 칼라필터 상부에 형성되는 마이크로 렌즈는 균일한 크기를 가진다. 즉, 상기 제3도에 있어서, Mgx = Grx = Cyx = Yex이고, Mgy = Gry = Cyy = Yey이다(x는 각 화소의 경계면(점선)에서 마이크로 렌즈까지의 x측의 거리, y는 각 화소의 경계면에서 마이크로 렌즈 까지의 y축의 거리).In FIG. 3, the rectangular region defined by the dotted line is a region corresponding to one pixel, and the octagonal figure therein is a mask pattern for forming microlenses disposed one by one for each pixel. When the color filters are dyed in magenta (Mg), green (Gr), cyan (Cy) and yellow (Ye), respectively, the microlenses formed on the top of each color filter have a uniform size. That is, in FIG. 3, Mgx = Grx = Cyx = Yex, and Mgy = Gry = Cyy = Yey (x is the distance on the x side from the boundary (dotted line) of each pixel to the microlens, and y is each pixel. Distance of the y-axis from the interface to the microlens).
제4도는 상기한 종래의 마스크패턴을 이용하여 형성된 마이크로 렌즈의 단면도로서, 마이크로 렌즈가 모두 균일한 크기로 형성됨을 보여주고 있다. 즉, Mgx' = Grx' = Cyx' = Yex'이다(x'은 각 마이크로 렌즈의 폭).4 is a cross-sectional view of a micro lens formed by using the above-described conventional mask pattern, and shows that the micro lenses are all formed in a uniform size. That is, Mgx '= Grx' = Cyx '= Yex' (x 'is the width of each micro lens).
칼라필터의 휘도 특성은 칼라층을 통과하는 화이트 빛의 투과량에 의해 결정된다. 즉, 칼라층이 화이트 빛을 많이 투과한다면 빛의 휘도 특성은 좋아지고, 반대로 칼라층이 화이트 빛을 적게 투과한다면 빛의 휘도 특성은 나빠진다. 상기 제3도 및 제4도에서는 마이크로 렌즈의 크기가 각 화소마다 균일하기 때문에, 칼라층의 분광특성, 즉 화이트 빛의 투과량은 상기 칼라층의 특성에만 의존한다.The luminance characteristic of the color filter is determined by the amount of white light passing through the color layer. In other words, if the color layer transmits a lot of white light, the luminance characteristic of the light is improved. On the contrary, if the color layer transmits little white light, the luminance characteristic of the light is deteriorated. In FIGS. 3 and 4, since the size of the microlens is uniform for each pixel, the spectral characteristics of the color layer, that is, the amount of white light transmission, depend only on the characteristics of the color layer.
따라서, 본 발명에서는 빛의 채도 및 휘도 특성을 모두 우수하게 분리하는 고체촬상장치를 형성하기 위하여, 채도 특성은 칼라필터에서 조절하고, 휘도 특성은 칼라필터 상부에 형성되는 마이크로 렌즈로 조절하였다.Therefore, in the present invention, in order to form a solid-state imaging device that separates both saturation and luminance characteristics of light excellently, saturation characteristics are controlled by a color filter, and luminance characteristics are controlled by a micro lens formed on the color filter.
즉, 채도 특성이 우수하도록 (제2a도 내지 제2c도의 경우 A의 곡선에 분광특성을 맞춤) 칼라 필터를 형성한 후, 마이크로 렌즈의 크기를 조절하여 휘도 특성을 조절함으로써 채도 특성 및 취도 특성이 둘 다 우수한 고체촬상장치를 형성하였다. 구체적으로는, 어두운 색깔의 칼라필터 상에 형성되는 마이크로 렌즈는 화이트 빛을 많이 투과하도록 크게 형성하고, 밝은 색깔의 칼라필터 상에 형성되는 마이크로 렌즈는 화이트 빛을 적게 투과하도록 작게 형성함으로써, 화이트 빛이 적게 투과되는 어두운 색깔의 칼라필터에는 많은 양의 빛이 공급되도록 하였고, 화이트 빛이 많이 투과되는 밝은 색깔의 칼라필터에는 적은 양의 빛이 공급되도록 하였다.That is, after the color filter is formed so as to have excellent saturation characteristics (fitting the spectral characteristics to the curve of A in FIGS. 2A to 2C), the saturation characteristics and the brittleness characteristics are adjusted by adjusting the size of the microlenses. Both of them formed excellent solid state imaging devices. Specifically, the microlenses formed on the dark color filter are formed to transmit large amounts of white light, and the microlenses formed on the light colored color filter are formed to transmit small amounts of white light. The dark color filter that transmits less is supplied with a large amount of light, and the light color filter that transmits a lot of white light is supplied with a small amount of light.
제5도는 마이크로 렌즈 제조 시 사용되는 마스크패턴을 도시한 본 발명에 의한 평면도이다.5 is a plan view according to the present invention showing a mask pattern used in manufacturing a micro lens.
상기 제5도를 참조하면, 마젠타 및 시얀으로 염색된 칼라필터 상에 형성되는 마이크로 렌즈는 (Mg 및 Cy로 표시) 그린으로 염색된 칼라필터상에 형성되는 마이크로 렌즈 (Gr로 표시) 보다 그 크기가 더 크고, 그린으로 염색된 칼라필터 상에 형성된 마이크로 렌즈는 옐로우로 염색된 칼라필터 상에 형성되는 마이크로 렌즈(Ye로 표시) 보다 그 크기가 더 크다는 것을 알 수 있다. 즉, Mgx. Cyx Grx Yex이고, Mgy.Cyy Gry Yey이다.Referring to FIG. 5, the microlenses formed on the color filters dyed with magenta and shiyan are larger in size than the microlenses (marked with Gr) formed on the color filters dyed with green (indicated by Mg and Cy). Is larger, and the microlenses formed on the green dye-dyed color filter are larger in size than the microlenses (denoted by Ye) formed on the yellow-dyed color filter. That is, Mgx. Cyx Grx Yex and Mgy.Cyy Gry Yey.
각 칼라필터의 분광특성을 제2a도 내지 제2c도의 A선(채도 특성이 휘도 특성 보다 좋음)에 맞추어 칼라필터의 채도 특성을 높이고, 이 칼라필터 위에 형성되는 마이크로 렌즈는 종래보다 크거나 작게 형성하여 칼라층에서 떨어진 휘도 특성을 높일 수 있게 하였다.The saturation characteristics of the color filters are increased by matching the spectral characteristics of each color filter with the line A of FIGS. 2A to 2C (the saturation characteristics are better than the luminance characteristics), and the microlenses formed on the color filters are larger or smaller than conventional ones. In this way, it is possible to increase the luminance characteristic away from the color layer.
제6도는 본 발명에 의한 마스크패턴을 이용하여 형성된 마이크로 렌즈의 단면도로서, 마이크로 렌즈의 크기가 칼라필터의 색깔에 따라 달라짐을 알 수 있다. 즉, 마젠타 또는 시얀으로 염색되어 있는 칼라필터상에 형성된 마이크로 렌즈는 그린으로 염색되어 있는 칼라필터 상에 형성된 마이크로 렌즈 보다 크게 형성되고, 그린으로 염색되어 있는 칼라필터 상에 형성된 마이크로 렌즈는 옐로우로 염색되어 있는 칼라필터상에 형성된 마이크로 렌즈보다 크게 형성된다. 즉, Mgx', Cyx' Grx' Yex'이다.6 is a cross-sectional view of the microlens formed using the mask pattern according to the present invention, and it can be seen that the size of the microlens depends on the color of the color filter. That is, the microlenses formed on the color filter dyed with magenta or shiyan are formed larger than the microlenses formed on the color filter dyed with green, and the microlenses formed on the color filter dyed with green are dyed yellow. It is formed larger than the micro lens formed on the color filter. That is, Mgx ', Cyx' Grx 'Yex'.
상기 마이크로 렌즈는 칼라필터의 색깔에 따라 그 크기가 다르게 형성되나, 일반적으로 마이크로 렌즈는 포토레지스트를 사용하여 형성되기 때문에, 통상 한번의 공정에 의해 형성된다.The size of the microlenses is formed differently according to the color of the color filter, but in general, since the microlenses are formed using a photoresist, they are usually formed by a single process.
따라서, 본 발명에 의한 고체촬상장치 및 그 제조방법에 의하면, 채도 특성이 우수하도록 그 분광특성을 조절하여 칼라필터을 형성한 후, 마이크로 렌즈의 크기를 조정하여 휘도 특성을 결정함으로써 채도 특성과 휘도 특성 모두가 우수한 고체촬상장치를 얻을 수 있다.Therefore, according to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention, after forming the color filter by adjusting its spectral characteristics so as to have excellent chroma characteristics, the chroma characteristics are determined by adjusting the size of the microlenses to determine the chroma characteristics. A solid state imaging device excellent in all can be obtained.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.
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