KR100259085B1 - 고체촬상소자구조및이의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로렌즈의 단축 및 장축방향에 따른 초점의 길이를 동일하게 하여 집광효율을 증대시킴으로서 감도를 향상시키는데 적당한 고체촬상소자에 관한 것으로서 수직 및 수평전하전송영역을 갖는 고체촬상소자에 있어서, 메트릭스 형태로 배열되어 수광되는 빛에 상응하는 신호전하를 발생하는 복수개의 포토다이오드영역과, 상기 수광되는 빛을 집광시키기 위해 상기 포토다이오드영역상에 위치하고 인접한 포토다이오드영역을 포함하여 일체형으로 형성되는 마이크로렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고체촬상소자에 관한 것으로 특히, 마이크로렌즈들 사이의 간격을 최소화하여 소자의 고집적화 및 고화소화를 구현하는데 적당하도록 한 고체촬상소자 구조 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
첨부된 도면을 참조하여 종래 고체촬상소자 구조 및 이의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 마이크로렌즈와 CCD(Charge Coupled Device)화소의 레이아웃도이고 도 2a 내지 2b는 도 1의 A-A' 내지 B-B'선에 따른 단면도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와같이 마이크로렌즈와 CCD화소의 레이아웃도를 살펴보면 종래에는 매트릭스 형태로 배열된 복수개의 포토다이오드영역(PD)과, 각각의 포토다이오드영역(PD)의 사이사이에 형성된 데드-존(Dead-Zone)영역(11)과, 데드-존영역(11)을 제외한 포토다이오드영역(PD)상에 형성된 마이크로렌즈(47)로 구성되어 있다.
여기서 데드-존영역(11)은 포토다이오드영역(PD)상에 형성된 마이크로렌즈(47)가 각각 일정한 간격을 두고 형성되어 있으므로 필연적으로 형성된다.
이와같이 데드-존영역(11)이 존재하게 되면 빛을 수광하는 포토다이오드(PD)의 수광능률이 데드-존영역(11)에 비례하여 감소하게 된다.
도 2a는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도로서 이는 마이크로렌즈의 장축방향에 따른 단면도이다.
도 2a에 도시한 바와같이 마이크로렌즈의 장축방향으로는 포토다이오드의 수광촛점거리가 길어지게 된다.
이는 마이크로렌즈의 곡률반경이 상대적으로 크기 때문이다.
이와반대로 도 2b에 도시한 바와같이 마이크로렌즈의 단축방향으로는 포토다이오드의 수광 초점길이가 짧아지게 되는 것을 알 수 있다.
이는 장축방향에 비해 상대적으로 마이크로렌즈의 곡율반경이 작기 때문이다.
이와같은 종래 고체촬상소자의 제조방법을 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 내지 3e는 종래기술에 따른 고체촬상소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와같이 빛을 전기적신호로 변환하는 포토다이오드영역(PD)과, 포토다이오드영역(PD)에서 형성된 신호전하를 전송게이트에 의해서 넘겨받아 이를 수직으로 전송하는 수직전하전송영역(VCCD) 등을 구비하고 수직전하전송영역(VCCD)상에 금속차광층(33)이 형성된 흑백 고체촬상소자(31)위에 보호막(35)과 제 1 평탄층(37)을 차례로 형성한다.
이때 패드(PAD)위에는 보호막(35)을 제거한 후 제 1 평탄층(37)만을 형성한다.
이어, 도 3b에 도시한 바와같이 상기 제 1 평탄층(37)상부에 포토레지스트를 도포한 후 제 1 염색층을 형성하기 위하여 Mg층 마스크를 이용하여 패터닝한다.
그리고 염색장비를 사용하여 염색을 실시하므로서 제 1 염색층(Mg)(39)을 형성한다.
이어서, 상기 제 1 염색층(39)과 동일한 방법으로 제 2 염색층(Ye)(41)과, 제 3 염색층(Cy)(43)을 형성한다.
다음, 도 3c에 도시한 바와같이 제 1, 제 2, 제 3 염색층(39,41,43)을 포함한 제 1 평탄층(37)상에 제 2 평탄층(45)을 형성한다.
여기서, 제 2 평탄층(45)을 마이크로렌즈를 형성하기 위한 평탄층이다.
그리고 도 3d에 도시한 바와같이 제 2 평탄층(45)상에 렌즈용 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상공정을 수행한다.
그리고 열처리를 통해 상기 포토레지스트를 리플로우시키면 시키므로서 각각의 염색층(39,41,43)상에 마이크로렌즈(47)를 형성한다.
이후, 도 3e에 도시한 바와같이 패드(PAD)상측에 형성된 제 1, 제 2 평탄층(37,45)을 제거하여 패드(PAD)를 노출시키면 종래 고체촬상소자 제조공정이 완료된다.
여기서, 도 3e에도 나타난 바와같이 마이크로렌즈(47)들 사이에는 α만큼의 간격이 존재하게 된다.
이와같은 종래 고체촬상소자는 영상을 통해서 CCD로 조사되는 빛이 마이크로렌즈(47)에 의해 집속되며 이 빛은 각각의 염색층을 통과하면서 특정 파장의 빛이 포토다이오드영역(PD)으로 조사된다.
그리고 포토다이오드영역(PD)으로 조사된 빛에 해당하는 만큼의 전하가 생성되고 이러한 전하는 수직전하전송영역에 의해서 수직방향으로 전송된다.
수직방향으로 전송된 전하는 다시 수평전하전송영역(도면에 도시되지 않음)를 거쳐서 종단에 위치한 센싱앰프에 의해 증폭되어 최종적으로 출력된다.
그러나 이와같은 종래 고체촬상소자는 마이크로렌즈들 사이에 일정한 간격으로 데드-존영역이 존재하게 되어 마이크로렌즈의 장축 및 단축방향에서의 빛의 집속이 효과적이지 못하다.
즉, 마이크로렌즈의 장축 및 단축방향에 따른 곡율반경의 차이로 인하여 초점거리가 차이가 발생하고 이로인해 감도가 나빠지게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 마이크로렌즈 사이사에 형성된 데드-존을 제거하므로서 장축 및 단축방향에 따른 초점거리를 동일하게 하므로서 감도를 향상시키는데 적당한 고체촬상소자 구조 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 마이크로렌즈와 CCD화소의 레이아웃도
도 2a 내지 2b는 도 1의 A-A' 내지 B-B'선에 따른 단면도
도 3a 내지 3e는 종래기술에 따른 고체촬상소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도
도 4는 본 발명에 따른 마이크로렌즈와 CCD화소의 레이아웃도
도 5a 내지 5b는 도 4의 A-A' 및 B-B'선에 따른 고체촬상소자의 단면도
도 6a 내지 6h는 본 발명의 고체촬상소자 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 흑백 고체촬상소자 33 : 금속차광층
35 : 보호막 37 : 제 1 평탄층
39 : 제 1 염색층 41 : 제 2 염색층
43 : 제 3 염색층 45 : 제 2 평탄층
47 : 마이크로렌즈 49 : 투명층
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체촬상소자는 수직 및 수평전하전송영역을 갖는 고체촬상소자에 있어서, 메트릭스 형태로 배열되어 수광되는 빛에 상응하는 신호전하를 발생하는 복수개의 포토다이오드영역과, 상기 수광되는 빛을 집광시키기 위해 상기 포토다이오드영역상에 위치하고 인접한 포토다이오드영역을 포함하여 일체형으로 형성되는 마이크로렌즈를 포함하여 구성되고 본 발명의 고체촬상소자 제조방법은 포토다이오드영역 및 수직전하전송영역을 구비한 흑백 고체촬상소자상에 제 1 평탄층을 개재하여 염색층을 형성하는 공정과, 상기 염색층을 포함한 제1 평탄층상에 제 2 평탄층을 형성한 후 전면에 일정간격을 갖고 상기 포토다이오드영역상에 예비 마이크로렌즈를 형성하는 공정과, 상기 예비 마이크로렌즈상에 투명층을 형성한 후 에치백하여 일체형으로 이루어지는 마이크로렌즈를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 고체촬상소자 구조 및 이의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 CCD화소와 마이크로렌즈와의 레이아웃도를 도시하였다.
도 4에 도시한 바와같이 본 발명의 고체촬상소자는 메트릭스 형태로 형성된 복수개의 포토다이오드영역(PD)과, 상기 포토다이오드영역(PD)의 상측에서 인접한 포토다이오드영역(PD)을 포함하여 일체형으로 형성되는 마이크로렌즈(49)를 포함하여 구성된다.
여기서, 각각의 포토다이오드영역(PD)상에 형성된 마이크로렌즈(49)는 인접한 마이크로렌즈(49)와 일체형으로 구성되며 이는 픽셀과의 크기가 거의 동일하게 됨을 의미한다.
한편, 도 5a 내지 5b는 도 4의 A-A' 및 B-B'선에 따른 고체촬상소자의 단면도이다.
먼저, 도 5a는 도 4의 A-A'선에 따른 단면도로서 이는 마이크로렌즈의 장축방향에 따른 것이다.
도 5a 내지 5b에 도시한 바와같이 마이크로렌즈(49)의 중앙부는 포토다이오드영역(PD)상에 위치하고 상기 마이크로렌즈(49)의 주변에는 홈이 패어있음을 보여준다.
이와같이 마이크로렌즈의 주변부(즉, 인접한 마이크로렌즈와의 경계면)가 홈이 패어있음으로서 빛의 조사시 포토다이오드영역(PD)으로 집광될 때 초점거리가 장축 및 단축방향에서 거의 동일하게 된다.
이때 인접한 마이크로렌즈(49)와의 경계 즉, 데드-존영역은 존재하지 않으며 상기 패어있는 홈에 의해 마이크로렌즈(49)간의 간격을 구분할 수 있다.
이와같이 구성된 본 발명의 고체촬상소자 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6a 내지 6h는 본 발명의 고체촬상소자 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 6a에 도시한 바와같이 빛을 전기적신호로 변환하는 포토다이오드영역(PD)과, 포토다이오드영역(PD)에서 형성된 신호전하를 전송게이트에 의해서 넘겨받아 이를 수직으로 전송하는 수직전하전송영역(VCCD) 등을 구비하고 수직전하전송영역(VCCD)상에 금속차광층(33)이 형성된 흑백 고체촬상소자위에 보호막(35)과 제 1 평탄층(37)을 차례로 형성한다.
이때 패드위에는 보호막(35)을 제거한 후 제 1 평탄층(37)만을 형성한다.
이어, 도 6b에 도시한 바와같이 상기 제 1 평탄층(37)상부에 포토레지스트를 도포한 후 제 1 염색층을 형성하기 위하여 Mg층 마스크를 이용하여 패터닝한다.
그리고 염색장비를 사용하여 염색을 실시하므로서 제 1 염색층(Mg)(39)을 형성한다.
이어서, 상기 제 1 염색층(39)과 동일한 방법으로 제 2 염색층(Ye)(41)과 제 3 염색층(Cy)(43)을 형성한다.
다음, 도 6c에 도시한 바와같이 제 1, 제 2, 제 3 염색층(39,41,43)을 포함한 제 1 평탄층(37)상에 제 2 평탄층(45)을 형성한다.
여기서, 제 2 평탄층(45)을 마이크로렌즈를 형성하기 위한 평탄층이다.
그리고 도 6d에 도시한 바와같이 제 2 평탄층(45)상에 렌즈용 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상공정을 수행한다.
그리고 열처리를 통해 상기 포토레지스트를 리플로우시키면 시키므로서 각각의 염색층(43)상에 마이크로렌즈(47)를 형성한다.
이후, 도 6e에 도시한 바와같이 패드(PAD)상측에 형성된 제 1, 제 2 평탄층(37,45)을 제거하여 패드(PAD)를 노출시키면 종래 고체촬상소자 제조공정이 완료된다.
여기서, 도 6e에도 나타난 바와같이 마이크로렌즈(47)들 사이에는 α만큼의 간격이 존재하게 된다.
이와같이 서로 α만큼의 간격을 갖고 형성된 마이크로렌즈(47)를 포함한 전면에 도 6f에 도시한 바와같이 투명층(49)을 도포한다.
그리고 도 6g에 도시한 바와같이 마스크를 사용하지 않고 상기 투명층(49)을 에치백한다.
상기 에치백공정에 의해서 마이크로렌즈(47)의 장축방향과 단축방향에 있어서 곡율반경이 거의 동일해진다.
따라서 도 6h에 도시한 바와같이 각각의 마이크로렌즈(47)가 서로 일정한 간격을 갖고 형성되는 것이 아니라 서로 일체형으로 형성된다.
그리고 각 마이크로렌즈(47)간의 경계는 홈이 형성되어 있고 그 홈은 수직전하전송영역상에 위치한다.
이상 상술한 바와같이 본 발명의 고체촬상소자 구조 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
마이크로렌즈들간에 존재하는 데드-존영역을 제거하므로서 픽셀면적 대비 빛의 집광효율이 증대되어 감도가 향상된다.
그리고 단축과 장축방향에 따른 마이크로렌즈의 곡율반경을 최소화하여 포토다이오드영역으로 조사되는 빛의 초점길이가 달라지는 현상을 방지하므로 감도를 더욱 향상시킨다.
Claims (3)
- 수직 및 수평전하전송영역을 갖는 고체촬상소자에 있어서,메트릭스 형태로 배열되어 수광되는 빛에 상응하는 신호전하를 발생하는 복수개의 포토다이오드영역과,상기 포토다이오드영역상에 위치하며 인접한 포토다이오드영역을 포함하여 일체형으로 형성되고 상기 포토다이오드영역으로 입사되는 빛의 초점거리가 단축 및 장축방향에서 동일한 거리를 갖도록 인접한 포토다이오드영역들 사이에 상응하는 부분에 홈이 형성된 마이크로렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자 구조.
- 포토다이오드영역 및 수직전하전송영역을 구비한 흑백 고체촬상소자상에 제 1 평탄층을 개재하여 염색층을 형성하는 공정과,상기 염색층을 포함한 제1 평탄층상에 제 2 평탄층을 형성한 후 전면에 일정간격을 갖고 상기 포토다이오드영역상에 예비 마이크로렌즈를 형성하는 공정과,상기 예비 마이크로렌즈상에 투명층을 형성한 후 에치백하여 일체형으로 이루어지는 마이크로렌즈를 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 마이크로렌즈는 포토다이오드로 집광되는 빛의 초점길이가 단축 및 장축방향에 걸쳐 서로 동일하도록 유지시키는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자 제조방법.
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| JPH04226073A (ja) * | 1990-05-16 | 1992-08-14 | Nec Corp | 固体撮像装置およびその製造方法 |
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1997
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Patent Citations (2)
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| JPH03190168A (ja) * | 1989-12-19 | 1991-08-20 | Matsushita Electron Corp | 固体撮像装置の製造方法 |
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