KR100236068B1 - 고체 촬상 소자의 제조 방법 - Google Patents

고체 촬상 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고체 촬상 소자의 칼라 필터층 형성에 관한 것으로, 복수개의 포토 다이오드들을 포함하는 고체 촬상 소자의 임의 포토다이오드 3개의 상측에 각각 하나씩 대응하여 형성되는 마젠타층, 옐로우층, 시안층의 칼라필터층에서 마젠타층과 시안층에 그 층들을 통과하는 빛의 성분 중에서 블루(B)성분의 투과율을 낮추는 물질층을 혼합 염색하여 형성하는 것을 특징으로 하여 다음과 같은 효과를 갖는다.
광감도가 높은 블루층을 함유하는 마젠타층과 시안층을 옐로우와 혼색시켜 형성하여 영상 재현시에 블루 성분을 낮출 수 있다.
즉, 칼라 필터층의 단파장쪽의 분광 특성을 효율적으로 조절할 수 있게되어 색재현성을 높이는 효과가 있다.

Description

고체 촬상 소자의 제조 방법
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 광감도가 높은 블루 성분을 낮추고 칼라 필터층의 분광 특성의 변화를 효율적으로 이룰 수 있도록 한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
빛은 그 파장이 극히 짧은 일종의 전자파이다. 즉, 주파수가 아주 높다.
따라서 전자파가 눈의 망막을 자극함으로써 사람들이 이를 빛으로 느낄 수 있도록 되어 있다,
가시광선대를 파장별로 크게 나누면 R.G.B로 등분되는데, 흑백 고체 촬상 소자를 컬러화하기 위해서는 컬러필터를 구성해야한다.
컬러필터는 특정파장대의 빛만을 통과시기는 유기물질로 이루어져 있다.
예를 들어 블루 필터는 파랑색 대역의 빛만을 통과시기고 나머지 빛은 차단한다.
초기에는 R.G.B필터를 컬러 고체 촬상 소자에 이용하였으나, 파장대에 따른 투과율이 좋은 시안, 마젠타, 옐로우 및 그린의 복합 칼라 필터 어레이(Complementary Color Filter Array)를 채택하여 광감도를 향상시켰다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 공정에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도1a내지 도1e는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 공정 단면도이고, 도2a와 도2b는 색상 다이어그램 및 칼라필터의 투과율을 나타낸 그래프이다.
종래 기술의 고체 촬상 소자는 마젠타, 옐로우, 시안 칼라 필터층들을 각각 분리시켜 형성하는 것으로, 먼저, 도1a에서와 같이 빛에 관한 영상 신호를 전기적인 신호로 변환하는 포토 다이오드 영역(2)들과 상기 포토 다이오드 영역(2)들에서 생성된 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(3)들 그리고 수직 방향으로 전송된 영상 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(도면에 도시되지 않음) 등을 구비한 흑백 고체 촬상 소자(1)상에 제1평탄층(4)을 형성한다.
그리고 도1b에서와 같이, 각각의 포토 다이오드 영역(2)들의 상측 제1평탄층(4)상에 선택적으로 대응되어 형성되는 각각의 마젠타 칼라필터층(5), 옐로우 칼라필터층(6), 시안 칼라필터층(7)들을 차례로 형성한다.
이때, 칼라 필터층들은 가염성 레지스트를 도포 및 패터닝하고 패터닝되어진 가염성 레지스트층을 염색 및 고착하는 공정으로 형성한다.
이어, 도1c에서와 같이, 상기의 마젠타, 옐로우, 시안 칼라필터층들(5)(6)(7)을 포함하는 전면에 제2평탄층(8)을 형성한다.
그리고 도1d에서와 같이, 각각의 포토 다이오드 영역(2)에 일대일 대응하여 제2평탄층(8)상에 마이크로 렌즈층(9)을 형성한다.
이어, 도1e에서와 같이, 제1, 2평탄층(4)(8)을 선택적으로 제거하여 패드부분을 오픈한다.
상기와 같은 공정을 포함하여 형성되는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 동작은 다음과 같다.
고체 촬상 소자에 촬상되는 빛은 마이크로 렌즈층(9)에 의해 집속되어 특정파장의 빛만을 투과하는 각각의 칼라 필터층(5)(6)(7)들을 통과하여 대응되는 포토다이오드 영역(2)으로 입사된다.
상기 입사되어진 빛은 포토 다이오드 영역(2)에서 전기적인 신호로 변환되어 고체 촬상 소자의 수평, 수직 전하 전송 영역상에 구성되는 게이트들(도면에 도시되지 않음)에 인가되는 클럭 신호에 의해 수직 방향, 수평 방향으로 전송되어 수평전하 전송 영역의 끝단의 플로우팅 디퓨전 영역(도면에 도시되지 않음)에서 센싱 및 증폭되어 주변회로로 전송된다.
상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자에서는 각각의 포토 다이오드 영역에 선택적으로 대응하여 마젠타, 시안, 옐로우 칼라필터층의 어느 하나가 구성된다.
상기의 마젠타, 시안, 옐로우 칼라필터층들은 각각 분리 구성되어 특정 파장의 빛만을 투과시키게 된다.
각각의 마젠타, 시안, 옐로우층의 광 투과율 및 RGB 성분은 도2a와 도2b에서와 같다.
마젠타층의 R : G : B 성분은 0.5 : 0 : 0.5이고, 시안층의 R:G:B 성분은 0 : 0.5 : 0.5 이고, 옐로우층의 R : G : B 성분은 0.5 : 0.5 : 0이다.
종래 기술의 고체 촬상 소자는 각각의 칼라필터층들이 분리 구성되어 다음과 같은 문제점이 있다.
칼라 필터의 분광 특성에 변화를 줄 때 가시 광선 파장 영역대의 전체 파장에서는 분광 특성을 변화시기는 것이 가능하나, 단파장이나 장파장등 어느 한쪽 파장영역에서는 분광 특성을 변화시기는 것이 불가능하다.
그러므로 고체 촬상 소자의 색재현시에 광감도가 가장 높은 블루쪽의 감도를 낮추는 것이 불가능해진다.
이는 단파장쪽의 분광 특성을 낮추는 것이 불가능하기 때문에 발생하는 것이다.
블루쪽의 광감도가 너무 크면 해당 칼라필터를 통과한 색신호의 분리 특성이 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 광감도가 높은 블루 성분을 낮추고 칼라 필터층의 분광 특성의 변화를 효율적으로 이룰 수 있도록 한 고체 촬상 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도1a내지 도1e는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 공정 단면도
도2a와 도2b는 색상 다이어그램 및 칼라필터의 투과율을 나타낸 그래프
도3a내지 도3g는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도
도4는 혼색 전후의 마젠타 칼라필터층의 분광 특성을 나타낸 그래프
도5는 혼색 전후의 시안 칼라필터층의 분광 특성을 나타낸 그래프
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 흑백 고체 촬상 소자 22 : 포토 다이오드
23 : 수직 전하 전송 영역 24 : 제1평탄층
25 : 혼색 마젠타 C/F층 26 : 옐로우 C/F층
27 : 혼색 시안 C/F층 28 : 제2평탄층
29 : 마이크로 렌즈
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 복수개의 포토 다이오드들을 포함하는 고체 촬상 소자의 임의 포토다이오드 3개의 상측에 각각 하나씩 대응하여 형성되는 마젠타층, 옐로우층, 시안층의 칼라필터층에서 마젠타층과 시안층에 그 층들을 통과하는 빛의 성분중에서 블루(B)성분의 투과율을 낮추는 물질층을 혼합 염색하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도3a내지 도3g는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도이다.
본 발명의 고체 촬상 소자는 마젠타와 시안의 칼라 필터층에 옐로우를 혼색시켜 블루쪽의 광 투과율을 낮춘 것으로 그 제조 공정은 다음과 같다.
먼저, 도3a에서와 같이, 빛에 관한 신호를 전기적으로 변환하는 포토 다이오드(22)영역들, 그 영역들에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(23)들을 포함하는 흑백 고체 촬상 소자(21)의 전면에 제1평탄층(24)을 형성한다.
이어, 도3b에서와 같이, 상기 포토 다이오드(22)영역들에서 3개중에 어느하나에는 반드시 대응되도록 제1평탄층(24)상에 마젠타층을 형성하고 상기의 마젠타층에 pH의 농도가 4 ∼ 14정도되는 옐로우액을 염색하여 혼색 마젠타 C/F층(25)을 형성한다.
그리고 도3c에서와 같이, 상기 혼색 마젠타 C/F층(25)이 형성되지 않은 포토 다이오드(22)영역들에서 2개중에 어느 하나에는 반드시 대응되도록 제1평탄층(24)상에 옐로우 C/F층(26)을 형성한다.
이어, 도3d에서와 같이, 상기 혼색 마젠타 C/F층(25) 또는 옐로우 C/F층(26)이 형성되지 않은 포토 다이오드(22)영역에 대응되게 제1평탄층(24)상에 시안층을 형성하고 상기의 시안층에 pH의 농도가 4 ∼ 14정도되는 옐로우액을 염색하여 혼색 시안 C/F층(27)을 형성한다.
이때, 시안층은 옐로우 C/F층(26)상에도 형성된다.
그리고 상기의 마젠타층, 시안층 그리고 옐로우 C/F층들은 가염성 레지스트를 도포하고 선택적으로 패터닝하여 특정의 포토 다이오드 영역상에만 남도록 한후 염색 및 고착 공정을 거쳐 형성한다.
그리고 도3e에서와 같이, 상기의 C/F층들을 포함하는 제1평탄층(24)의 전면에 제2평탄층(28)을 형성한다.
제2평탄층(28)은 후 공정에서의 마이크로 렌즈를 보다 정확하게 형성하기 위한 것이다.
이어, 도3f에서와 같이, 상기 각각의 포토 다이오드(22)영역에 대응되게 제2평탄층(28)상에 마이크로 렌즈(29)를 형성하고, 도2g에서와 같이 패드 영역을 오픈한다.
이와 같은 공정에서 혼색 마젠타 C/F층(25), 혼색 시안 C/F층(27)을 형성하는 공정에서 pH의 농도가 4 ~ 14정도되는 옐로우액을 사용하는 이유는 다음과 같다.
단백질 섬유층(가염성 레지스트)에 산성 염료를 사용하여 염색을 하게되는데, 여기서 산성 염료의 pH 농도가 3정도가 되어야 적절하게 염색이 된다.
그러나 본 발명에서는 옐로우층의 칼라 필터층을 형성하는 것이 목적이 아니고 혼색에 목적이 있으므로 완전 염색을 위한 pH 농도 3이 아니라, 염색 정도가 떨어지는 산성 농도를 채택해야 하는데, 혼색 효과를 나타내는 산성 농도가 pH4 ∼pH14일 때 확실하게 나타나기 때문이다.
상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자의 동작은 다음과 같다.
고체 촬상 소자에 촬상되는 빛은 마이크로 렌즈(29)에 의해 집속되어 특정파장의 빛만을 투과하는 각각의 C/F층(25)(26)(27)들을 통과하여 대응되는 포토 다이오드 (22)영역으로 입사된다.
상기 입사되어진 빛은 포토 다이오드(22)영역에서 전기적인 신호로 변환되어 고체 촬상 소자의 수평, 수직 전하 전송 영역상에 구성되는 게이트들(도면에 도시되지 않음)에 인가되는 클럭 신호에 의해 수직 방향, 수평 방향으로 전송되어 수평전하 전송 영역의 끝단의 플로우팅 디퓨전 영역(도면에 도시되지 않음)에서 센싱 및 증폭되어 주변회로로 전송된다.
상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 칼라 필터층중에서 마젠타층과 시안층(광감도가 가장 높은 블루성분을 갖는)을 블루 성분 빛의 투과율을 낮추기 위해 옐로우와 혼색시킨 것이다.
도4와 도5는 블루 성분을 갖는 마젠타층과 시안층의 혼색 전후의 분광 특성을 나타낸 것으로, 블루 성분의 빛의 투과율이 낮아진 것을 보여준다.
상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 광감도가 높은 블루층을 함유하는 마젠타층과 시안층을 옐로우와 혼색시켜 형성하여 영상 재현시에 블루 성분을 낮출수 있다.
즉, 칼라 필터층의 단파장쪽의 분광 특성을 효율적으로 조절할 수 있게되어 색재현성을 높이는 효과가 있다.
상기의 혼색 공정에서 옐로우액의 pH농도를 조절하여 칼라필터층의 단파장쪽의 분광 특성을 자유롭게 조절하는 것이 가능해진다.

Claims (9)

  1. 복수개의 포토 다이오드들을 포함하는 고체 촬상 소자의 임의 포토다이오드 3개의 상측에 각각 하나씩 대응하여 형성되는 마젠타층, 옐로우층, 시안층의 칼라 필터층에서 마젠타층과 시안층에 그 층들을 통과하는 빛의 성분 중에서 블루(B)성분의 투과율을 낮추는 물질층을 혼합 염색하여 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 시안 또는 마젠타층에 혼합 염색되는 물질층은 pH 농도가 4 ∼ 14인 옐로우층인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  3. 흑백 고체 촬상 소자의 전면에 제1평탄층을 형성하고 상기의 제1평탄층상에 선택적으로 마젠타층을 형성하는 공정과, 상기의 마젠타층에 옐로우액을 염색하여 혼색 마젠타 C/F층을 형성하는 공정과, 상기 혼색 마젠타 C/F층이 형성되지 않은 제1평탄층상에 선택적으로 옐로우 C/F층을 형성하는 공정과, 상기 혼색 마젠타 C/F층이 형성되지 않은 제1평탄층과 옐로우 C/F층상에 시안층을 형성하고 상기의 시안층에 옐로우액을 염색하여 혼색 시안 C/F층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 흑백 고체 촬상 소자는 빛에 관한 신호를 전기적으로 변환하는 포토 다이오드 영역들, 그 영역들에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 혼색 마젠타 C/F층은 가염성 레지스트를 도포하고 선택적으로 패터닝하여 특정의 포토 다이오드 영역상에만 남도록 한 후 마젠타 성분의 염색을 하고 그 층에 옐로우층의 혼합 염색을 하고 고착 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상소자의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서, 혼색 시안 C/F층은 가염성 레지스트를 도포하고 선택적으로 패터닝하여 특정의 포토 다이오드 영역상에만 남도록 한 후 시안 성분의 염색을 하고 그 층에 옐로우층의 혼합염색을 하고 고착 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서, C/F층들을 포함하는 제1평탄층의 전면에 제2평탄층을 형성하는 공정과, 각각의 포토 다이오드영역에 대응되게 제2평탄층상에 마이크로 렌즈를 형성하고 패드 영역을 오픈하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상소자의 제조방법.
  8. 제3항에 있어서, 옐로우층, 혼색 마젠타 C/F층, 혼색시안 C/F층은 임의의 포토 다이오드 영역 3개에 각각 하나씩 대응하여 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.
  9. 제3항에 있어서, 옐로우액은 pH농도가 4~14인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.
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