KR100278983B1 - Solid state imaging device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체촬상소자에 관한 것으로, 각각의 칼라필터층을 통과한 특정 파장대의 광이 서로 다른 초점거리를 가짐으로 인하여 야기되는 불균일성을 감소시키기 위하여, 칼라필터층의 하지층의 높이를 조절하여 그 위에 형성되는 각 칼라필터층과 마이크로렌즈를 각각 적절한 높이에 위치시키거나, 칼라필터와 마이크로렌즈 사이의 제 2 평탄화층의 높이를 조절하여 그 위에 형성되는 각각의 마이크로렌즈를 각각 적절한 높이에 위치시키거나, 소정의 곡률반경을 가지는 각각의 마이크로렌즈를 형성하여 각각의 광의 초점거리를 조절함으로써, 각각의 광이 수광부인 PD에 초점을 맺도록 하려는 것으로, 마이크로렌즈에 집속되고 각각의 칼라필터층을 통과하는 각각의 광들이 모두 PD에 동일하게 초점을 맺기 때문에 색 재현 및 색 발란스를 향상시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state image pickup device, and in order to reduce the nonuniformity caused by light having a specific focal length passing through each color filter layer having a different focal length, the height of the underlying layer of the color filter layer is adjusted thereon. Place each of the color filter layers and the microlenses to be formed at appropriate heights, or adjust the height of the second flattening layer between the color filters and the microlenses to position each microlens formed thereon at the appropriate heights, By forming each microlens having a predetermined radius of curvature and adjusting the focal length of each light, each light is focused on the PD, which is the light receiving part, and is focused on the microlens and passes through each color filter layer. All of the lights in the PD are equally focused on the PD to improve color reproduction and color balance. There.
Description
본 발명은 고체촬상소자에 관한 것으로 특히, 마이크로렌즈로부터 포토다이오드(Photo Diode, 이하 PD라 함) 사이의 간격을 광의 초점거리에 의해 조절함으로써, 광의 초점이 PD에 맺게 하는 고체촬상소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state image pickup device, and more particularly, to a solid state image pickup device in which light is focused on a PD by adjusting a distance between a microlens and a photo diode (hereinafter referred to as PD) by a focal length of light. .
고체촬상소자는 광에 의해 전자를 발생시키고, 전하결합소자(Charge Coupled Device)를 방향성을 가지도록 배열하고, 이에 의해 전송된 신호전하를 검출하는 장치이다. 즉, 광에 의하여 여기된 전하들을 방향성을 가지는 CCD 어레이(array)를 통하여 전송한 다음, 이 신호를 증폭하여 출력신호를 얻는 장치이다. 영상신호를 전기신호로 변환시켜주는 장치인 고체촬상소자는 도 1에 보인 바와 같이, PD와 VCCD(Vertical Charge Coupled Device)로 구성된 단위 셀들로 배열되어 형성된 PD 어레이부와, HCCD(Horizontal Charge Coupled Device), 신호검출부를 포함한다. PD에서 생성되어 축적된 신호전하는 VCCD와 HCCD로 차례로 전달되어 신호검출부를 통해 출력된다.A solid state image pickup device generates electrons by light, arranges a charge coupled device so as to have a directionality, and detects the signal charges transmitted thereby. In other words, it is a device that transfers the electric charges excited by light through a directional CCD array and then amplifies the signal to obtain an output signal. As shown in FIG. 1, the solid state image pickup device, a device for converting an image signal into an electrical signal, includes a PD array unit formed of unit cells formed of PD and a vertical charge coupled device (VCCD), and a horizontal charge coupled device (HCCD). ), And a signal detection unit. The signal charges generated and accumulated in the PD are sequentially transferred to the VCCD and the HCCD and output through the signal detector.
도 2a부터 도 2d는 종래의 기술에 의한 고체촬상소자의 제조공정도를 설명하기 위한 도면으로, PD 어레이부의 일부 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.2A to 2D are views for explaining a manufacturing process diagram of a solid state image pickup device according to the related art, and schematically illustrate some cross-sections of a PD array unit.
도 2a를 참조하면, 통상적인 공정에 의하여 입사되는 빛의 세기에 따라 신호전하를 발생하기 위한 PD와 PD에서 발생된 신호전하를 수직방향으로 전달하는 전하전송영역인 VCCD가 교대로 형성된 기판(200)의 노출된 전면에 절연층(21)을 형성한 후, VCCD가 광으로부터 주입되는 것을 막기 위한 차광층(22)을 VCCD 상부에 형성한다. 이 후, 이러한 고체촬상소자를 보호하는 보호막(23)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, a
도 2b를 참조하면, 노출된 전면을 평탄하게 덮는 제 1 평탄화층(25)을 형성한다. 이어서, 제 1 평탄화층(25) 상에 칼라필터층(26-1)(26-2)(26-3)을 각각 형성한다. 즉, 제 1 평탄화층(25)상에 제 1 수지층을 형성하고, 이를 제 1 색으로 염색 및 고착시켜 제 1 칼라필터층(26-1), 예를 들어, RED층을 형성한다. 상기와 같은 공정을 반복하여 제 2 및 제 3 칼라필터층(26-2)(26-3), 예를 들어, GREEN층 및 BLUE층을 각각 제 1 평탄화층(25) 상에 형성함으로써, 제 1 평탄화층(25) 상에 3 색의 칼라필터층(26-1)(26-2)(26-3)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 2B, a
도 2c를 참조하면, 칼라필터층의 형성공정이 완료된 후, 칼라필터층을 포함한 제 1 평탄화층(25) 상에 제 2 평탄화층(27)을 형성하여 기판을 다시 평탄화시킨다. 이후, 제 2 평탄화층(27) 상에 아크릴 계통의 수지인 마이크로렌즈용 물질을 도포한 후, 도포된 마이크로렌즈용 물질을 사진식각하여 각 PD의 상부에 위치하는 마이크로렌즈용 물질층을 형성한다. 이어서, 마이크로렌즈용 물질층에 열에 의한 리플로우(reflow)공정을 진행하여 볼록렌즈 형태의 마이크로렌즈(28)를 형성한다.Referring to FIG. 2C, after the process of forming the color filter layer is completed, the
이후, 후속공정을 진행하여 고체촬상소자의 제조를 완료한다.Thereafter, a subsequent process is performed to complete the manufacture of the solid state imaging device.
상기와 같이 제작된 고체촬상소자의 작동을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the solid state image pickup device manufactured as described above will be described with reference to FIG. 3.
마이크로렌즈(28)에 의해 집속된 광은 칼라필터층을 통해 선택투과된다. 즉 칼라필터층 중 제 1 칼라필터층(26-1)은 마이크로렌즈(28)에 의해 집속된 광 중 제 1 색에 대한 광만을 선택투과하여 복수개의 PD 중 제 1 색에 해당하는 PD에 인가하고, 제 2 칼라필터층(26-2)은 제 2 색에 대한 광만을 선택투과하여 제 2 색에 해당하는 PD에 인가하며, 제 3 칼라필터층(26-3)은 제 3 색에 대한 광만을 선택투과하여 제 3 색에 대응하는 PD에 인가한다. 그리고, 각 PD에 입사된 광은 광전변환되어 신호전하를 발생하고, PD에서 생성된 전하는 통상적인 고체촬상소자의 신호전송동작에 의해 VCCD로 전송된후 HCCD(도면상에는 도시되지 않음)로 전송된다. 이어서, HCCD로 전송된 신호전하는 소자끝단의 플로팅확산(floating diffusion)에 의해 전압으로 센싱된 후 증폭기(도면상에는 도시되지 않음)를 통해 증폭되어 주변회로로 전송되어진다.The light focused by the
이와 같이, 마이크로 렌즈에 의해 집광된 광은 칼라필터층을 거치면서 각 화소위의 정해진 칼라필터층에 해당되는 특정 파장대의 광만이 선택투과 된다. 그런데,칼라필터츠을 투과하는 각각의 광은 특정한 파장을 가지고 있기 때문에 고유의 굴절률을 가지고 있다. 따라서, 굴절되어 집속되는 초점의 위치는 각각의 광마다 다르게 된다. 제 1 칼라필터층(26-1)이 RED이고, 제 2 칼라필터층(26-2)이 GREEN이고, 제 3 칼라필터층(26-3)이 BLUE일 경우, 제 2 칼라필터층을 투과한 광의 초점거리를 기준으로 볼 때, 제 1 칼라필터층을 통과하는 광의 굴절률이 가장 작기 때문에 렌즈로부터 초점길이가 길고, 제 3 칼라필터층을 통과한 광은 굴절률이 크기 때문에 초점거리가 짧다. 따라서 도면에 보인 바와 같이, 각각의 칼라필터층을 통과하는 광들이 PD에 정확하게 초점을 맺지 못하는 경우가 발생한다. 그 결과, PD에서 감응하고 변환되는 광의 세기가 다르게 되어 색 재현 및 색 발란스가 나빠진다.As such, the light collected by the microlens passes through the color filter layer, and only light of a specific wavelength band corresponding to the predetermined color filter layer on each pixel is selectively transmitted. By the way, each light passing through the color filters has a specific wavelength and therefore has a unique refractive index. Thus, the position of the focal point that is refracted and focused is different for each light. When the first color filter layer 26-1 is RED, the second color filter layer 26-2 is GREEN, and the third color filter layer 26-3 is BLUE, the focal length of the light transmitted through the second color filter layer In reference to, the focal length is long from the lens because the refractive index of the light passing through the first color filter layer is the smallest, and the focal length is short because the light passing through the third color filter layer is large. Therefore, as shown in the drawing, the light passing through each color filter layer does not focus correctly on the PD. As a result, the intensity of light that is sensitive and converted in the PD is different, resulting in poor color reproduction and color balance.
본 발명은 각각의 칼라필터층을 통과한 특정 파장대의 광이 서로 다른 초점거리를 가짐으로 인하여 야기되는 불균일성을 감소하기 위하여 광의 초점 거리에 맞게 광의 경로를 조절하여 PD에 정확하게 광의 초점을 맺게 하려 하는 것이다.The present invention aims to precisely focus the light on the PD by adjusting the light path to the focal length of the light in order to reduce the nonuniformity caused by the light having a different focal length from the specific wavelength band passing through each color filter layer. .
본 발명은 칼라필터층의 하지층인 제 1 평탄화층을 높이를 조절하여 그 위에 형성되는 각 칼라필터층과 마이크로렌즈를 각각 적절한 높이에 위치시킴으로써, 초점거리가 다른 각각의 광이 수광부인 PD에 초점을 맺도록 하려는 것이다.The present invention adjusts the height of the first planarization layer, which is the underlying layer of the color filter layer, and places each of the color filter layers and the microlenses formed thereon at an appropriate height so that each light having a different focal length is focused on the PD receiving part. It is to be concluded.
본 발명은 칼라필터와 마이크로렌즈 사이의 제 2 평탄화층의 높이를 조절하여 그 위에 형성되는 각각의 마이크로렌즈를 각각 적절한 높이에 위치시킴으로써, 초점거리가 다른 각각의 광이 수광부인 PD에 초점을 맺도록 하려는 것이다.The present invention adjusts the height of the second flattening layer between the color filter and the microlens and positions each microlens formed thereon at an appropriate height so that each light having a different focal length is focused on the PD having the light receiving portion. I want to.
본 발명은 소정의 곡률반경을 가지는 각각의 마이크로렌즈를 형성하여 각각의 광의 초점거리를 조절함으로써, 각각의 광이 수광부인 PD에 초점을 맺도록 하려는 것이다.The present invention is to form a microlens having a predetermined radius of curvature to adjust the focal length of each light, so that each light is focused on the PD, the light receiving portion.
본 발명은 제 1 내지 제 3 광이 집속되어 신호전하는 발생하는 제 1 내지 제 3 광전변환영역과, 상기 광전변화영역들 사이에 교대로 배열되도록 형성된 전하전송영역을 구비하는 반도체 기판과, 상기 반도체기판을 덮는 절연층과, 상기 절연층 상에 제 1 내지 제 3 광변변환영역에 대응되는 위치에 형성되는 제 1 내지 제 3 색의 칼라필터층과, 상기 제 1 내제 제 3 색의 칼라필터층에 대응되는 위치에 형성되는 제 1 내지 제 3 마이크로렌즈를 포함하는 고체촬상소자에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 광전변환영역과 상기 제 1 내지 제 3 마이크로렌즈 사이의 제 1 내지 제 3 간격은 상기 제 1 내지 제 3 광의 초점거리에 따라 조절되어 서로 다른 것이 특징이다. 이 때, 상기 절연층은 상기 제 1 내지 제 3 간격을 조절할 수 있도록 상부에 제 1 내지 제 3 단차부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층과 상기 제 1 내지 제 3 마이크로렌즈 사이에 상기 제 1 내지 제 3 간격을 조절해주는 단차층이 형성될 수 있다.The present invention provides a semiconductor substrate comprising first to third photoelectric conversion regions in which first to third light are focused to generate signal charges, and charge transfer regions alternately arranged between the photoelectric conversion regions, and the semiconductors. An insulating layer covering the substrate, a color filter layer of first to third colors formed at a position corresponding to the first to third light conversion regions on the insulating layer, and a color filter layer of the first to third colors In the solid-state image pickup device including the first to third microlenses formed at the position where the first micro lens and the third microlens are formed, the first to third spacing between the first to third photoelectric conversion region and the first to the third microlens are It is characterized by being adjusted according to the focal length of the first to third lights. In this case, the insulating layer may have a first to third stepped portion formed on the upper portion so as to adjust the first to third intervals. In addition, a stepped layer for adjusting the first to third intervals may be formed between the first to third color filter layers and the first to third microlenses.
본 발명은 제 1 내지 제 3 광이 집속되어 신호전하는 발생하는 제 1 내지 제 3 광전변환영역과, 상기 광전변화영역들 사이에 교대로 배열되도록 형성된 전하전송영역을 구비하는 반도체 기판과, 상기 반도체기판을 덮는 제 1 평탄화층과, 상기 제 1 평탄화층 상의 제 1 내지 제 3 광변변환영역에 대응되는 위치에 형성되는 제 1 내지 제 3 색의 칼라필터층과, 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층과 노출된 기판 전면을 덮는 제 2 평탄화층과과, 상기 제 2 평탄화층 상에 상기 제 1 내제 제 3 색의 칼라필터층에 대응되는 위치에 형성되는 제 1 내지 제 3 마이크로렌즈를 포함하는 고체촬상소자에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 마이크로렌즈는 상기 제 1 내지 제 3 광이 가지는 제 1 내지 제 3 초점거리에 따라 제 1 내지 제 3 곡률반경을 가지는 것이 특징이다.The present invention provides a semiconductor substrate comprising first to third photoelectric conversion regions in which first to third light are focused to generate signal charges, and charge transfer regions alternately arranged between the photoelectric conversion regions, and the semiconductors. A first planarization layer covering the substrate, a color filter layer of first to third colors formed at a position corresponding to the first to third light conversion regions on the first planarization layer, and the first to third color filter layers; And a second planarization layer covering the entire exposed substrate, and first to third microlenses formed on the second planarization layer at positions corresponding to the color filter layers of the first inner third color. The first to third microlenses may have first to third curvature radii according to first to third focal lengths of the first to third lights.
도 1은 고체촬상소자의 일반적인 평면도1 is a general plan view of a solid state imaging device
도 2a부터 도 2c는 종래의 기술에 의한 고체촬상소자의 제조공정도2A to 2C are manufacturing process diagrams of a solid state image pickup device according to the related art.
도 3은 종래의 고체촬상소자에서의 광의 경로를 설명하기 위한 도면3 is a view for explaining a path of light in a conventional solid state image pickup device.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고체촬상소자의 단면도4 is a cross-sectional view of the solid state image pickup device according to the first embodiment of the present invention.
도 5a부터 도 5d는 도 4에 보인 고체촬상소자의 제조공정도5A to 5D are manufacturing process diagrams of the solid state image pickup device shown in FIG.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고체촬상소자의 단면도6 is a cross-sectional view of the solid state image pickup device according to the second embodiment of the present invention.
도 7a부터 도 7d는 도 6에 보인 고체촬상소자의 제조공정도7A to 7D are manufacturing process diagrams of the solid state image pickup device shown in FIG.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고체촬상소자의 단면도8 is a cross-sectional view of a solid state image pickup device according to a third embodiment of the present invention.
도 9a부터 도 9d는 도 8에 보인 고체촬상소자의 제조공정도9A to 9D are manufacturing process diagrams of the solid state image pickup device shown in FIG.
후술되는 본 발명의 실시예에서는 편의상 제 1 칼라필터층을 제 1 초점거리를 가지는 제 1 광을 투과하는 칼라로, 제 2 칼라필터층을 제 2 초점거리를 가지는 제 2 광을 투과하는 칼라로, 제 3 칼라필터층을 제 3 초점거리(제 1 초점거리〉제 2초점거리〉제 3 초점거리)를 가지는 제 3 광을 투과하는 칼라로 형성한 것을 예로 하여 설명한다.In the embodiments of the present invention described below, for convenience, the first color filter layer is a color that transmits the first light having the first focal length, and the second color filter layer is a color that transmits the second light having the second focal length, The third color filter layer is formed with a color that transmits third light having a third focal length (first focal length> second focal length> third focal length) as an example.
도 4는 본 발명에 따른 고체촬상소자의 제 1 실시예를 설명하기 위한 도면으로, PD 어레이부의 단면구조 일부를 나타낸 것이다.4 is a view for explaining the first embodiment of the solid state image pickup device according to the present invention, and shows a part of the cross-sectional structure of the PD array unit.
입사되는 빛의 세기에 따라 신호전하를 발생하기 위한 PD와 PD에서 발생된 신호전하를 수직방향으로 전달하는 전하전송영역인 VCCD가 교대로 형성된 기판(400)의 노출된 전면에 절연층(41)이 형성되어 있고, VCCD가 광으로부터 주입되는 것을 막기 위한 차광층(42)이 VCCD 상부에 형성되어 있으며, 이러한 기판을 보호하는 보호막(43)이 형성되어 있다. 그리고 그 위에 단차층(45)이 형성되어 있고, 평탄화층(45) 상에는 칼라필터층들(46-1)(46-2)(46-3)과 마이크로렌즈(48)가 형성되어 있다. 단차층(45)은 각각의 칼라필터층들이 서로 다른 높이에 위치할 수 있도록 부분적으로 단차를 가지고 있다. 즉, 제 1 칼라필터층(46-1)은 PD로부터 a1의 높이를 가지는 제 1 단차부에, 제 2 칼라필터층은(46-3)은 a2의 높이를 가지는 제 2 단차부에, 제 3 칼라필터층(46-3)은 a3의 높이를 가지는 제 3 단차부에 위치한다. 이 때, 제 1, 제 2 및 제 3 단차부의 높이는 도면에 보인 바와 같이, 칼라필터를 투과하는 각각의 광들의 초점거리를 고려하여 상기 광들이 각각의 PD에 초점을 맺을 수 있는 정도로 결정한다. 따라서, 마이크로렌즈(48)와 칼라필터를 통과한 각각의 광들은 각각의 초점거리에 적절하게 위치한 PD에 초점을 가짐으로써, 광전환을 균일하게 할 수 있다.The
도 5a부터 도 5d는 상술된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고체촬상소자의 제조공정도를 나타낸 것이다.5A to 5D show a manufacturing process diagram of the solid state image pickup device according to the first embodiment of the present invention described above.
도 5a를 참조하면, 통상적인 공정에 의하여 입사되는 빛의 세기에 따라 신호전하를 발생하기 위한 PD와 PD에서 발생된 신호전하를 수직방향으로 전달하는 전하전송영역인 VCCD를 교대로 형성된 기판(400)의 노출된 전면에 절연층(41)을 형성한 후, VCCD가 광으로부터 주입되는 것을 막기 위한 차광층(42)을 VCCD 상부에 형성한다. 이 후, 이러한 고체촬상소자를 보호하는 보호막(43)을 형성하고, 노출된 전면을 평탄하게 덮는 평탄화층(45ℓ)을 형성한다. 이 때, 평탄화층(45ℓ)은 제 1 광의 제 1 초점거리를 고려하여 PD로부터 a1정도의 간격을 두도록 형성한다.Referring to FIG. 5A, a
도 5b를 참조하면, 평탄화층(45ℓ)에 소정의 횟수로 식각공정을 진행하여 서로 다른 높이를 가지는 단차부를 가지는 단차층(45)을 형성한다. 즉, PD로부터 a1의 높이를 가지는 제 1 단차부(A1), a2의 높이를 가지는 제 2 단차부(A2), a3의 높이를 가지는 제 3 단차부(A3)를 형성한다. 이를 위한 공정은, 제 1 PD(PD1) 상부의 평탄화층에 제 1 식각블로킹막을 형성한 후, 이를 마스크로 하여 평탄화층을 [a2-a1]의 두께로 식각한다. 이후, 제 1 포토막을 제거한 후, 제 1 PD(PD1)와 제 2 PD(PD2) 상부의 평탄화층에 제 2 포토막을 형성한 후, 이를 마스크로 식각된 평탄화층을 [a3-a2]의 두께로 식각한다. 이후, 제 2 포토막도 제거한다. 두 번의 식각공정 결과, 평탄화층은 도면에 보인 바와 같이, 제 1 단차부(A1), 제 2 단차부(A2) 및 제 3 단차부(A3)가 정의되는 단차층(45)이 된다.Referring to FIG. 5B, an etching process is performed on the planarization layer 45L a predetermined number of times to form a stepped
도 5c를 참조하면, 단차층(45)의 제 1, 제 2 및 제 3 단차부 상에 제 1, 제 2 및 제 3 칼라필터층(46-1)(46-2)(46-3)을 각각 형성한다. 즉, 단차층(45)의 제 1 단차부에 제 1 수지층을 형성하고, 이를 제 1 색으로 염색 및 고착시켜 제 1 칼라필터층(46-1)을 형성한다. 상기와 같은 공정을 반복하여 제 2 및 제 3 칼라필터층(46-2)(46-3)층을 단차층(45)의 제 2 및 제 3 단차부 상에 각각 형성함으로써, 단차층(45) 상에 3 색의 칼라필터층(46-1)(46-2)(46-3)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 5C, the first, second, and third color filter layers 46-1, 46-2, and 46-3 may be disposed on the first, second, and third stepped portions of the stepped
도 5d를 참조하면, 칼라필터층의 형성공정이 완료된 후, 제 1, 제 2 및 제 3 칼라필터층을 포함한 단차층 상에 아크릴 계통의 마이크로렌즈용 물질을 도포한 후, 도포된 마이크로 렌즈용 물질을 사진식각하여 제 1, 제 2 및 제 3 칼라필터층(46-1)(46-2)(46-3) 상에 마이크로렌즈용 물질층을 각각 형성한다. 이어서, 마이크로렌즈물질층에 열에 의한 리플로우(reflow)공정을 진행하여 볼록렌즈 형태의 마이크로렌즈(48)를 형성하다.Referring to FIG. 5D, after the process of forming the color filter layer is completed, an acrylic microlens material is coated on the stepped layer including the first, second, and third color filter layers, and then the applied microlens material is applied. Photolithography forms a microlens material layer on the first, second, and third color filter layers 46-1, 46-2, and 46-3, respectively. Subsequently, a thermal reflow process is performed on the microlens material layer to form a convex lens-
이후, 후속공정을 진행하여 고체촬상소자의 제조를 완료한다.Thereafter, a subsequent process is performed to complete the manufacture of the solid state imaging device.
언급한 바와 같이, 각각의 PD에 광들이 초점을 맺게 하기 위해서는 마이크로렌즈와 PD 사이의 간격을 초점거리 만큼 형성할 필요가 있다. 상기 본 발명의 제 1 실시예에서는 보호막 상에 평탄화층을 형성하되, 이 평탄화층에 광의 초점거리에 따라 높이가 서로 다른 단차부를 형성함으로써, 마이크로렌즈와 PD 사이의 간격을 조절하였다.As mentioned, in order to focus the light on each PD, it is necessary to form the distance between the microlens and the PD by the focal length. In the first embodiment of the present invention, the planarization layer is formed on the passivation layer, and the gap between the microlens and the PD is controlled by forming a stepped portion having different heights according to the focal length of the light on the planarization layer.
상기 내용을 이용하여 본 발명은 다양하게 실시할 수 있는데, 이를 이용한 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예를 후술한다.The present invention can be variously implemented using the above contents, and the second and third embodiments of the present invention using the same will be described below.
도 6은 본 발명에 따른 고체촬상소자의 제 2 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 셀어레이부의 단면구조 일부를 나타낸 것이다. 제 2 실시예는 제 1 실시예와는 달리, 제 1 평탄화층 상에 칼라필터층을 형성하고, 그 상부에 제 2 평탄화층을 형성한 후, 제 2 평탄화층을 식각공정에 의하여 단차층으로 만든 후, 마이크로렌즈를 형성한다. 즉, 초점거리에 의해 결정하여 할 마이크로렌즈와 PD 사이의 간격을 제 2 평탄화층으로 조절한다.FIG. 6 is a view for explaining a second embodiment of the solid state image pickup device according to the present invention, showing a part of the cross-sectional structure of the cell array unit. Unlike the first embodiment, the second embodiment forms a color filter layer on the first planarization layer, forms a second planarization layer thereon, and then forms the second planarization layer as a stepped layer by etching. After that, a microlens is formed. That is, the distance between the microlens and the PD to be determined by the focal length is adjusted by the second planarization layer.
기판(600) 상에 일정간격을 두고 복수개의 전하전송용 VCCD와, 상기 VCCD와 교대로 배열되도록 VCCD 사이의 제 1 내지 제 3 색에 해당하는 복수개의 광전변환용 PD가 형성되어 있다. 그리고 VCCD를 덮는 차광층(62)이 절연층(61) 상에 형성되어 있고, 보호막(63)이 형성되어 있다. 그리고, 보호막(63) 상에 제 1 평탄화층(64)이 형성되어 있고, 제 1 평탄화층(64) 상에는 칼라필터층들(65-1)(65-2)(65-3)이 형성되어 있다. 그리고, 그 위로 단차층(66)과 마이크로렌즈(68)가 각각 형성되어 있는데, 단차층은 마이크로렌즈들이 서로 다른 높이에 위치할 수 있게 한다. 따라서, 마이크로렌즈와 PD사이의 간격은 제 1 평탄화층(64) 상에 있는 단차층(66)에 의하여 각각의 광에 따라 조절될 수 있다. 그 결과, 도면에 보인 바와 같이, 서로 다른 초점거리를 가지는 광들이 각각의 PD에 적절하게 초점을 맺을 수 있다.A plurality of charge transfer VCCDs and a plurality of photoelectric conversion PDs corresponding to the first to third colors between the VCCDs are alternately arranged on the
도 7a부터 도 7d는 상기에서 설명된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고체촬상소자의 제조공정도를 나타낸 것이다.7A to 7D show manufacturing process drawings of the solid state image pickup device according to the second embodiment of the present invention described above.
도 7a를 참조하면, 통상적인 공정에 의하여 입사되는 빛의 세기에 따라 신호전하를 발생하기 위한 PD와 전하전송영역인 VCCD가 교대로 형성된 기판(600)의 노출된 전면에 절연층(61)을 형성한 후, 차광층(62)을 VCCD 상부에 형성하고, 보호막(63)을 형성한다.Referring to FIG. 7A, an insulating
도 7b를 참조하면, 노출된 전면을 평탄하게 덮는 제 1 평탄화층(64)을 형성한후, 제 1 평탄화층(64) 상에 언급한 바와 같은 통상의 공정에 의하여 칼라필터층(65-1)(65-2)(65-3)을 각각 형성한다. 이어서, 칼라필터층과 노출된 전면을 덮는 제 2 평탄화층(66ℓ)을 b1의 두께로 형성한다. 이 때, 제 2 평탄화층(66ℓ)의 두께는 제 1 광의 제 1 초점거리를 고려하여 PD로부터 b1의 간격을 두도록 형성한다.Referring to FIG. 7B, after the
도 7c를 참조하면, 제 2 평탄화층(66ℓ)에 소정의 횟수로 식각공정을 진행하여 서로 다른 높이를 가지는 단차부를 가지는 단차층(66)을 형성한다. 즉, PD로부터 b1의 높이를 가지는 제 1 단차부(B1), b2의 높이를 가지는 제 2 단차부(B2), b3의 높이를 가지는 제 3 단차부(B3)를 형성한다. 이를 위한 공정은, 제 1 PD(PD1) 상부의 제 2 평탄화층에 제 1 식각블로킹막을 형성한 후, 이를 마스크로 하여 평탄화층을 [b2-b1]의 두께로 식각한다. 이후, 제 1 포토막을 제거한 후, 제 1 PD(PD1)와 제 2 PD(PD2) 상부의 평탄화층에 제 2 포토막을 형성한 후, 이를 마스크로 식각된 평탄화층을 [b3-b2]의 두께로 식각한다. 이후, 제 2 포토막도 제거한다. 두 번의 식각공정 결과, 평탄화층은 도면에 보인 바와 같이, 제 1 단차부(B1), 제 2 단차부(B2) 및 제 3 단차부(B3)가 정의되는 단차층(66)이 된다.Referring to FIG. 7C, an etching process is performed on the second planarization layer 66L a predetermined number of times to form a stepped
도 7d를 참조하면, 언급한 통상의 공정에 의하여 각각의 PD에 대응되는 단차층(66)의 제 1, 제 2 및 제 3 단차부 상에 마이크로렌즈(68)를 각각 형성한다.Referring to FIG. 7D, the
이후, 후속공정을 진행하여 고체촬상소자의 제조를 완료한다.Thereafter, a subsequent process is performed to complete the manufacture of the solid state imaging device.
도 8은 본 발명에 따른 고체촬상소자의 제 3 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 셀어레이부의 단면구조 일부를 나타낸 것이다. 제 3 실시예는 제 1 및 제 2 실시예와는 달리, 곡률반경이 다른 마이크로렌즈를 각각 형성함으로써, 정의된 마이크로렌즈와 PD 사이의 간격에 따라 광의 초점거리를 조절한다.FIG. 8 is a view for explaining a third embodiment of the solid state image pickup device according to the present invention, showing a part of the cross-sectional structure of the cell array unit. Unlike the first and second embodiments, the third embodiment forms microlenses having different curvature radii, respectively, thereby adjusting the focal length of the light according to the distance between the defined microlenses and the PD.
단면구조는 종래의 일반적인 기술과 같이, 기판(800) 상에 VCCD와, 광전변환용 PD, 절연층(82), VCCD를 덮는 차광층(83), 보호막(84)등이 형성되어 있고, 그 위에 제 1 평탄화층(84)이 형성되어 있고, 제 1 평탄화층(84) 상에는 칼라필터층들(85-1)(85-2)(85-3)이 형성되어 있다. 그리고, 그 위로 제 2 평탄화층(86)과 마이크로렌즈(88-1)(88-2)(88-3)가 각각 형성되어 있다. 다만 이 실시예에서의 마이크로렌즈는 투과된 각각의 광이 PD에 초점을 맺게 하도록 소정의 비율로 굴절할 수 있도록 그 곡률반경을 조절한다. 제 2 광의 제 2 초점거리를 기준으로할 경우, 제 1 광의 제 1 초점거리는 줄여야 하고, 제 3 광의 제 3 초점거리는 늘일 필요가 있다. 따라서, 제 1 광을 집속하는 부분에는 곡률반경이 큰 마이크로렌즈를 형성하고, 제 3 광이 집속하는 부분에는 곡률반경이 작은 마이크로렌즈를 형성한다. 즉, 마이크로렌즈의 곡률반경에 의하여 광의 초점거리를 조절한다.As for the cross-sectional structure, VCCD, PD for photoelectric conversion, insulating
도 9a부터 도 9d는 상기에서 설명된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고체촬상소자의 제조공정도를 나타낸 것이다.9A to 9D show a manufacturing process diagram of the solid state image pickup device according to the third embodiment of the present invention described above.
도 9a를 참조하면, 통상적인 공정에 의하여 입사되는 빛의 세기에 따라 신호전하를 발생하기 위한 PD와 전하전송영역인 VCCD가 교대로 형성된 기판(800)의 노출된 전면에 절연층(81)을 형성한 후, 차광층(82)을 VCCD 상부에 형성하고, 보호막(83)을 형성한다.Referring to FIG. 9A, an insulating
도 9b를 참조하면, 노출된 기판 전면에 제 1 평탄화층(84)을 형성하고, 제 1 평탄화층(86) 상에 통상의 공정에 의하여 칼라필터층(85-1)(85-2)(85-3)을 각각 형성한다.Referring to FIG. 9B, the
도 9c를 참조하면, 노출된 기판 전면에 제 2 평탄화층(86)을 형성하여 전면을 평탄화한다. 그리고, 제 2 평탄화층(86) 상에 각각의 칼라필터층에 대응되는 서로 마이크로렌즈물질층(88a)(88b)(88c)를 각각 형성한다. 즉, 제 2 평탄화층(86) 상에 아크릴 계통의 수지인 마이크로렌즈용물질을 도포한 후, 도포된 마이크로렌즈용물질을 패터닝하여 제 1 PD(PD1)에 대응되는 1 칼라필터층(85-1)의 상부에 c1의 두께를 가지는 제 1 마이크로렌즈용물질층(88a)를 형성한다. 이어서, 다시 마이크로렌즈용물질을 도포하고 식각하는 공정을 반복하여 c2와 c3의 두께를 가지는 제 2 및 제 3 마이크로렌즈용물질층(88b)(88c)을 각각 형성한다.Referring to FIG. 9C, the entire surface of the exposed substrate is formed by forming the
도 9d를 참조하면, 각각의 마이크로렌즈물질층에 열에 의한 리플로우(reflow)공정을 진행하여 곡률반경이 적절하게 조절된 각각의 마이크로렌즈(88-1)(88-2)(88-3)를 제 2 평탄화층(86)상에 형성하다.Referring to FIG. 9D, each microlens 88-1, 88-2, and 88-3 in which a curvature radius is appropriately adjusted by performing a thermal reflow process on each microlens material layer. Is formed on the
이후, 후속공정을 진행하여 고체촬상소자의 제조를 완료한다.Thereafter, a subsequent process is performed to complete the manufacture of the solid state imaging device.
본 발명에 따른 고체촬상소자는 마이크로렌즈에 집속되고 각각의 칼라필터층을 통과하는 각각의 광들이 모두 PD에 동일하게 초점을 맺도록 개선된 구조를 가지고 있다. 이는 PD의 역할이 광이 들어와 그에 상당하는 전하를 생성해 내는 것이라고 할 때, 각 화소의 PD에 동일한 세기의 광을 받아들이게 되어 색 재현 및 색 발란스를 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.The solid state image pickup device according to the present invention has an improved structure in which each of the lights focused on the microlenses and passing through the respective color filter layers is equally focused on the PD. This is because the PD's role is that light enters and generates a corresponding charge, and the PD receives light of the same intensity in the PD of each pixel, thereby improving color reproduction and color balance.
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