KR0156118B1 - 고체촬상소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것으로, CCD의 감도를 향상시키기 위한 것이다.

본 발명은 기판상의 소정영역에 매트릭스형태로 배열된 복수개의 포토다이오드들로 이루어진 포토다이오드영역과 CCD영역 및 패드부로 이루어진 흑백 CCD를 형성하는 단계와, 상기 흑백 CCD가 형성된 기판 전면에 제1평탄층을 형성하는 단계, 상기 제1평탄층 상부에 각각이 상기 포토다이오드의 긴쪽으로는 장축이 형성되고 포토다이오드영역의 짧은 쪽으로는 단축이 형성된 복수개의 장방형 렌즈형태의 염색층들로 이루어진 칼라필터층을 형성하는 단계, 상기 칼라필터층이 형성된 기판 전면에 제2평탄층을 형성하는 단계, 상기 제2평탄층에 각각이 상기 포토다이오드영역의 긴쪽에는 장축이 형성되고 포토다이오드영역의 짧은 쪽에는 단축이 형성되도록 장방형의 마이크로렌즈층을 형성하는 단계, 및 상기 제2평탄층 및 제1평탄층을 선택적으로 식각하여 상기 패드부를 노출시키는 단계를 포함하여 이루어지는 고체촬상소자의 제조방법을 제공함으로써 마이크로렌즈의 장축과 단축의 빛의 촛점을 최종적으로 포토다이오드에서 일치시킴으로써 CCD의 감도를 향상시킬 수 있도록 하고, 칼라필터를 렌즈형태로 형성하여 칼라필터렌즈의 곡률을 조절함으로써 색수차를 억제시킬 수 있도록 하여 균일한 색상의 감도를 얻을 수 있도록 한다.

Description

고체촬상소자의 제조방법

제1도는 종래의 고체촬상소자 제조방법을 도시한 공정순서도.

제2도는 종래의 고체촬상소자에 있어서의 마이크로렌즈부분의 평면도.

제3도는 본 발명의 고체촬상소자 제조방법을 도시한 공정순서도.

제4도는 본 발명의 고체촬상소자에 있어서의 마이크로렌즈부분의 평면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1.포토다이오드 2.VCCD

3.차폐층 4.패시베이션막

5.패드부 6.흑백 CCD칩

7.제1평탄층 8.제1염색층

9.제2염색층 10.제3염색층

11.제2평탄층 13.마이크로렌즈

17.제4염색층

본 발명은 고체촬상소자(CCD;Charge Coupled Device)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 CCD의 감도를 향상시키는데 적당하도록 한 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 고체촬상소자 제조방법을 제1도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1도 (a)에 도시된 바와 같이 포토다이오드(1)과 VCCD(Vertical Charge Coupled Device)(2)이 소정영역에 형성된 기판상의 상기 VCCD(2)영역 상부에 금속차폐층(3)을 형성하고, 기판 전면에 패시베이션막(4)을 형성한 후, 상기 패시베이션막의 소정부분을 선택적으로 식각한 다음 이 식각된 부분에 패드부(5)를 형성함으로써 흑백 CCD칩(6)을 형성한 후, 기판 전면에 제1평탄층(7)을 형성한다. 이어서 제1평탄층(7) 상부에 제1염색층(8), 제2염색층(9), 제3염색층(10)을 소정영역에 각각 염색 및 고착공정을 통해 형성한 후, 그 전면에 제2평탄층(11)을 형성한다. 이어서 제2평탄층(11)상부에 마이크로렌즈층으로서 포토레지스트를 도포하고 이를 선택적으로 노광 및 현상하여 소정의 패턴(12)을 형성한다.

다음에 제1도 (b)와 같이 열처리를 행하여 상기 포토레지스트패턴(12)을 리플로우시켜 마이크로렌즈(13)를 형성한 다음, 기판전면에 패드부 오픈용 포토레지스트(14)를 도포하고 이를 선택적으로 노광 및 현상하여 상기 패드부(5)상의 포토레지스트가 제거된 포토레지스트패턴(14)을 형성한다.

이어서 상기 포토레지스트패턴(14)을 마스크로 이용하여 상기 제2평탄층(11) 및 제1평탄층(7)을 식각(15)하여 제1도 (c)에 도시된 바와 같이 패드부(5)를 노출시킨 다음 포토레지스트패턴(14)을 제거해낸다.

상기와 같이 형성되는 고체촬상소자는 마이크로렌즈를 통해 들어온 빛이 각각의 칼라필터층(8, 9, 10) 및 평탄층(7, 11)을 거쳐 포토다이오드(1)에 집속되며 여기서 빛은 전하로 변환되어 VCCD(2)로 이송되고, 이 이송된 전하가 다시 HCCD(Horizontal Charge Coupled Device)(도시되지 않음)로 순차적으로 이송되고 플로팅 확산영역(floating diffusion)(도시되지 않음)을 거쳐 증폭기에서 증폭되어 출력단자를 통해 영상이 재현되게 된다.

상술한 종래의 고체촬상소자의 제조방법에 있어서는 빛을 포토다이오드(1)에 집광시키기 위해 포토다이오드(1)에 대응되도록 마이크로렌즈(13)를 형성해야 하는데 이때, VCCD(2)영역 상부의 빛도 마이크로렌즈로 모아져야 한다. 따라서 마이크로렌즈는 자연히 제2도에 도시된 바와 같이 장방형 형태로 형성된다(제3도에서 미설명 참조부호 16은 촛점(focusing point)을 나타낸다). 이에 따라 마이크로렌즈의 장축과 단축의 곡률이 서로 다르게 되므로 포토다이오드위의 어느 한 점에 빛을 집중시킬 수 없게 되어 원하는 만큼의 CCD감도를 얻을 수 없다.

또한, 소자가 더욱더 얇아짐에 따라 단파장의 빛의 촛점거리가 장파장의 빛의 촛점 거리보다 짧아지는 색수차 현상을 무시할 수 없게 되는데 이때, 색수차로 인한 촛점 거리 차이가 발생하여 원하는 색상의 감도를 조절하기가 힘들게 된다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 마이크로렌즈의 장축은 칼라필터층의 단축에 대응시키고 마이크로렌즈의 단축은 칼라필터층의 장축에 대응시킴으로써 CCD감도를 향상시킬 수 있도록 한 고체촬상소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체촬상소자 제조방법은 기판상의 소정영역에 매트릭스형태로 배열된 복수개의 포토다이오드들로 이루어진 포토다이오드영역과 CCD영역 및 패드부로 이루어진 흑백 CCD를 형성하는 단계와, 상기 흑백 CCD가 형성된 기판 전면에 제1평탄층을 형성하는 단계, 상기 제1평탄층 상부에 각각이 상기 포토다이오드의 긴쪽으로는 장축이 형성되고 포토다이오드영역의 짧은 쪽으로는 단축이 형성된 복수개의 장방형 렌즈형태의 염색층들로 이루어진 칼라필터층을 형성하는 단계, 상기 칼라필터층이 형성된 기판 전면에 제2평탄층을 형성하는 단계, 상기 제2평탄층상에 각각이 상기 포토다이오드영역의 긴쪽에는 장축이 형성되고 포토다이오드영역의 짧은 쪽에는 단축이 형성되도록 장방형의 마이크로렌즈층을 형성하는 단계, 및 상기 제2평탄층 및 제1평탄층을 선택적으로 식각하여 상기 패드부를 노출시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제3도에 본 발명의 일실시예에 의한 고체촬상소자의 제조방법을 공정순서에 따라 도시하였다. 제3도에서 (a)는 HCCD(Horizontal CCD)영역 방향의 단면구조를 나타낸 것이고 (b)는 VCCD영역 방향의 단면구조를 나타낸 것이다.

먼저, 제3도 (a)에 도시된 바와 같이 매트릭스형태로 배열된 복수개의 포토다이오드들로 이루어진 포토다이오드영역(1)과 VCCD(2)가 소정영역에 형성된 기판상의 상기 VCCD(2)영역 상부에 금속차폐층(3)을 형성하고, 기판 전면에 패시베이션막(4)을 형성한 후, 상기 패시베이션막의 소정부분을 선택적으로 식각한 다음 이 식각된 부분에 패드부(5)를 형성함으로써 흑백 CCD칩(6)을 형성한 후, 기판 전면에 제1평탄층(7)을 형성한다.

이어서 제1평탄층(7) 상부에 제1염색층을 형성하고 제1색 염색 및 고착을 행한 후 리플로우하여 제1염색층(8)을 형성하고, 제2색 염색층을 형성하고 제2색 염색 및 탈색방지를 위한 고착공정을 행한 후 리플로우하여 제2염색층(9)을 형성하고, 제3색 염색층을 형성하고 제2색 염색 및 탈색방지를 위한 고착공정을 행한 후 리플로우하여 제3염색층(10)을 형성하고, 제4색 염색층을 형성하고 제4색 염색 및 탈색방지를 위한 고착공정을 행한 후 리플로우하여 제4염색층(17)을 형성함으로써 칼라필터렌즈층을 형성한다. 상기 염색층들은 네가티브(negative) 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상공정을 통해 소정의 패턴을 형성한 후, 이를 리플로우하여 렌즈형태로 형성한다. 이때, 상기 각각의 염색층들은 포토다이오드영역(1)이 긴쪽, 즉 VCCD방향으로 장축이 형성되고 포토다이오드영역이 짧은 쪽, 즉, HCCD방향으로는 단축이 형성되도록 제4도에 도시된 바와 같이 장방형으로 형성한다.

다음에 제3도 (b)에 도시된 바와 같이 상기 칼라필터렌즈층이 형성된 기판 전면에 제2평탄층(11)을 형성하고 이위에 마이크로렌즈층으로서 포토레지스트를 도포하고 이를 선택적으로 노광 및 현상하여 소정의 패턴(13')을 형성한다. 이때, 상기 패턴(13')은 포토다이오드영역(1)이 긴쪽, 즉 VCCD방향으로 단축이 형성되고 포토다이오드영역이 짧은 쪽, 즉, HCCD방향으로는 장축이 형성되도록 한다.

다음에 제3도 (c)와 같이 열처리를 행하여 상기 포토레지스트패턴(13')을 리플로우시켜 마이크로렌즈(13)를 형성한다. 이때, 마이크로렌즈(13)는 제4도에 도시된 바와 같이 포토다이오드영역(1)이 긴쪽에 장축이, 포토다이오드영역(1)이 짧은 쪽에 단축이 형성되도록 장방형으로 형성한다. 그리고 상기 마이크로렌즈는 리플로우공정을 통해 포토다이오드영역 및 포토다이오드 주변영역까지 최대한 포함시킨 영역까지 형성되도록 한다.

이어서 제3도 (d)와 같이 기판 전면에 패드부 오픈용 포토레지스트(14)를 도포하고 이를 선택적으로 노광 및 현상하여 상기 패드부(5)상의 포토레지스트가 제거된 포토레지스트패턴(14)을 형성한다.

이어서 상기 포토레지스트패턴(14)을 마스크로 이용하여 상기 제2평탄층(11) 및 제1평탄층(7)을 식각(15)하여 패드부(5)를 노출시킨다.

본 발명은 상기와 같이 마이크로렌즈는 포토다이오드가 긴쪽에 단축을, 짧은 쪽에 장축이 형성되도록 제작하고, 염색층은 반대로 포토다이오드가 긴쪽에 장축을, 짧은 쪽에 단축이 형성되도록 제작하여 마이크로렌즈의 장축과 단축으로 입사되는 빛을 일치시킨다. 즉, 제4도에 도시된 바와 같이 상기 마이크로렌즈(13)의 장축은 상기 염색층(8, 9, 10, 17)의 단축에 대응되고, 마이크로렌즈의 단축은 상기 염색층의 장축에 대응되도록 형성된다.

또한 상기와 같이 염색층을 렌즈형태로 형성함으로써 마이크로렌즈의 곡률과 염색층의 곡률에 따라 다르기는 하지만, 염색층에서의 굴절로 인한 촛점거리 단축으로 제1평탄층(7)의 두께가 종래보다 얇아질 수 있다.

또한, 색수차로 인한 촛점거리 차이를 염색층의 곡률로서 어느 정도 조절할 수 있게 된다. 예를 들면, 청색의 염색층의 곡률을 황색 염색층이 곡률보다 크게 하여 청색과 황색의 광 촛점거리를 일치시킬 수도 있다.

상술한 본 발명의 고체촬상소자에 있어서, 마이크로렌즈의 굴절율은 1.50-1.70㎛, 제1평탄층(7) 및 제2평탄층(11)의 굴절율은 1.45-1.60㎛, 칼라필터렌즈층의 굴절율은 1.45-1.55㎛로 굴절율차이는 마이크로렌즈 제1 및 제2평탄층 칼라필터렌즈층이 된다.

상기와 같이 제조되는 본 발명의 고체촬상소자에 있어서, 마이크로렌즈(13)를 통해 입사된 빛중 장축의 빛은 포토다이오드(1)를 향하여 마이크로렌즈 곡률 및 굴절율의 차이로 모아지게 되는데 제2평탄층(11)을 거쳐 칼라필터렌즈층(8, 9, 10, 17)의 단축에 도달하면 또다시 약간 굴절되어 최종적으로 포토다이오드(1)에 집중되며 이후의 경로는 종래기술과 동일하다.

한편, 마이크로렌즈(13)를 통해 들어온 빛중 단축의 빛은 포토다이오드(1)를 향하여 마이크로렌즈 곡률 및 굴절율 차이로 인하여 모아지는데 제2평탄층(11)을 거쳐 칼라필터렌즈층(8, 9, 10, 17)의 장축에 도달하면 또다시 약간 굴절되어 최종적으로 포토다이오드(1)에 집중되며 이후의 경로는 종래기술과 같다.

또한, 마이크로렌즈(13)를 통해 들어온 빛이 단파장 색상의 칼라필터렌즈를 통과할때 단파장 색상의 칼라필터렌즈의 곡률을 장파장색상의 칼라필터렌즈의 곡률보다 약간 크게 하여 서로의 촛점거리를 일치시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 마이크로렌즈의 장축과 단축의 빛의 촛점을 최종적으로 포토다이오드에서 일치시킴으로써 CCD의 감도를 향상시킬 수 있도록 한다.

또한 칼라필터를 렌즈형태로 형성하여 칼라필터렌즈의 곡률을 조절함으로써 색수차를 억제시킬 수 있도록 하여 균일한 색상의 감도를 얻을 수 있도록 하였다.

그리고 마이크로렌즈를 통하여 입사된 빛이 칼라필터렌즈층에서 다시 포커싱(focusing)되어 확실하게 포토다이오드까지 도달되므로 혼색 방지효과도 기대할 수 있다.

Claims (6)

1. 기판상의 소정영역에 매트릭스형태로 배열된 복수개의 포토다이오드들로 이루어진 포토다이오드영역과 CCD영역 및 패드부로 이루어진 흑백 CCD를 형성하는 단계와, 상기 흑백 CCD가 형성된 기판 전면에 제1평탄층을 형성하는 단계, 상기 제1평탄층 상부에 각각이 상기 포토다이오드의 긴쪽으로는 장축이 형성되고 포토다이오드영역의 짧은 쪽으로는 단축이 형성된 복수개의 장방형 렌즈형태의 염색층들로 이루어진 칼라필터층을 형성하는 단계, 상기 칼라필터층이 형성된 기판 전면에 제2평탄층을 형성하는 단계, 상기 제2평탄층상에 각각이 상기 포토다이오드영역의 긴쪽에는 장축이 형성되고 포토다이오드영역의 짧은 쪽에는 단축이 형성되도록 장방형의 마이크로렌즈층을 형성하는 단계, 및 상기 제2평탄층 및 제1평탄층을 선택적으로 식각하여 상기 패드부를 노출시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 칼라필터층을 형성하는 단계는 상기 제1평탄층 상부에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상공정을 통해 소정의 염색층패턴을 형성한 후 이를 소정의 색으로 염색하고 고착시킨 다음 열처리에 의해 리플로우하여 소정색의 염색층을 형성하는 공정을 복수회 반복하여 행하여 각기 다른 파장의 색상을 갖는 복수개의 염색층을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 칼라필터층은 단파장 색상을 갖는 염색층의 곡률을 장파장 색상을 갖는 염색층의 곡률보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈층을 형성하는 단계는 상기 제2평탄층 상부에 포토레지스트를 도포하고 이를 선택적으로 노광 및 현상하여 상기 포토다이오드영역의 긴쪽방향으로는 단축을 가지며 포토다이오드영역의 짧은 쪽 방향으로는 장축을 가지는 소정의 패턴을 형성하는 공정과, 열처리를 행하여 상기 포토레지스트패턴을 리플로우시켜 마이크로렌즈를 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈의 장축은 상기 염색층의 단축에 대응되고, 마이크로렌즈의 단축은 상기 염색층의 장축에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈층과 제1평탄층 및 제2평탄층과 염색층의 각각이 굴절률이 마이크로렌즈층 제1평탄층 및 제2평탄층 염색층의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.