KR100475134B1 - 고체촬상소자 - Google Patents

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Abstract

고체 촬상 소자에 관한 것으로 특히, 마이크로 렌즈의 필 팩터를 향상하기에 적당한 고체 촬상 소자에 관한 것이다. 이와 같은 고체 촬상 소자는 메인 셀 영역과 상기 메인 셀 영역을 둘러싸는 옵티칼 블랙 영역이 정의된 고체 촬상 소자에 있어서, 상기 메인 셀 영역이 상기 옵티칼 블랙 영역의 중앙으로 정의된 것을 포함한다.

Description

고체 촬상 소자{SOLID STATE IMAGE SENSOR}
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로 특히, 마이크로 렌즈의 필 팩터를 향상하기에 적당한 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
일반적으로 고체 촬상 소자는 광전 변환 소자와 전하 결합 소자를 사용하여 피사체를 촬상하여 전기적인 신호로 출력하는 장치를 말한다.
전하 결합 소자는 마이크로 렌즈를 통하여 광전 변한 소자(photo-diode)에서 생성되어진 신호 전하를 기판내에서 전위의 변동을 이용하여 특정 방향으로 전송하는데 사용된다.
고체 촬상 소자는 복수개의 광전 변환 영역과, 광전 변환 영역들의 사이에 구성되어 상기의 광전 변환 영역에서 생성되어진 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(VCCD)과, 상기 수직 전하 전송 영역에 의해 수직 방향으로 전송된 전하를 다시 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD) 그리고, 상기 수평 전송된 전하를 센싱하고 증폭하여 주변 회로롤 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구분된다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 종래 고체 촬상 소자를 설명하기로 한다.
도 1은 종래 고체 촬상 소자의 레이아웃도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ′선에 따른 단면 구조도이다.
즉, 종래 고체 촬상 소자의 레이아웃은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 메인 셀 영역(1) 및 옵티칼 블랙 영역(2)으로 정의된 반도체기판(5)의 메인 셀 영역(1)에는 포토 다이오드(6)와 수직전하전송영역(VCCD)으로 구성된 유닛 셀 어레이(도시하지 않음)가 구성되고, 상기 수직전하전송영역(VCCD)에서 전송된 신호전하를 다시 수평방향으로 전송해주는 수평전하전송영역(3)과 상기 수평전하전송영역(3)의 신호전하를 센싱하고 증폭하는 앰프(4)로 구성된다. 그리고, 상기 옵티칼 블랙 영역(2)은 더미 셀(dummy cell) 부분으로써 모든 공정이 메인 셀 영역(1)에서와 동일하지만 차광금속층(7)을 포토 다이오드(6) 상측에 남겨두므로써 옵티칼 블랙 영역(2)으로 이용된다. 그리고, 상기 포토 다이오드(6)와 동일 위치 상측으로는 상기 포토 다이오드(6)에 광을 모아 주기 위한 마이크로 렌즈(8)가 형성된다.
이때, 상기 마이크로 렌즈(8)는 단위 화소(pixel)마다 레진(resin)을 도포한다음 패터닝(포토리소그래피공정 + 식각공정)후 서멀 리플로우(thermal reflow)시켜 형성하게 되는 것으로 개구율(Fill Factor)을 향상시키게 된다. 이와 같은 마이크로 렌즈(8)는 포토 다이오드(6)에 최대한의 광을 모아주기 위해 인접한 마이크로 렌즈(8)끼리 콘택되지 않는 범위내에서 최대한 가깝게 형성하는 것이 좋다.
이때, 상기 옵티칼 블랙 영역(2)은 도 1의 레이아웃에 나타낸 바와 같이, 메인 셀 영역(1)을 둘러싸고 있는 형상으로 형성되어 있는데 상기 옵티칼 블랙 영역(2)의 상하좌우의 에지부는 상기 메인 셀 영역(1)의 상하좌우의 에지(edge)부간에 동일한 거리만큼 형성되어 있지는 않다. 그와 같은 이유는 특별히 메인 셀 영역(1)이 옵티칼 블랙 영역(2)의 중심부에 있어야할 필요는 없는 것으로 알려져 왔기 때문이다.
도 3a 내지 도 3b는 일반적인 29만 화소 셀 및 25만 화소 셀을 갖는 고체 촬상 소자의 셀 배열도이다.
일반적인 1/3 인치(inch) 의 29만 화소 셀의 배열은 도 3a에 나타낸 바와 같이, 메인 셀 영역(1)의 상하좌우로 각각 14개, 1개, 14개 및 7개의 화소가 옵티칼 블랙 영역(2)이 되고, 그 이외의 화소는 메인 셀 영역(1)으로 이용된다. 즉, 옵티칼 블랙 영역(2)이 상측과 좌측으로 치우친 것을 알 수 있다.
또한, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 일반적인 1/3인치의 25만 화소를 갖는 셀의 배열역시 상하좌우로 각각 12개, 1개, 25개 및 2개의 화소가 옵티칼 블랙 영역(2)이되고 그 이외의 영역은 메인 셀 영역(1)으로 이용된다.
종래 고체 촬상 소자에 있어서는 마이크로 렌즈를 통하여 빛의 신호를 광전 변환 영역에 모아줌으로써 광의 강도를 향상시켰으나, 셀 배열 구조상 근접 효과(proximity effect) 때문에 렌즈를 패터닝(포토리소그래피공정 + 식각공정)하는 공정에 있어서 메인 셀 영역의 중앙에 형성되는 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 수지(resin) 패턴과 메인 셀 영역의 에지부분에 형성되는 수지 패턴이 차이를 갖게 된다.
즉, 메인 셀 영역의 중앙부분에서는 정확한 패턴의 형성이 가능하지만, 옵티칼 블랙 영역이 상대적으로 좁게 형성된 우측과 하측에 인접한 메인 셀 영역에 패터닝되는 수지의 경우에는 언더 컷이 발생할 가능성이 높아 수지 패턴을 서멀 리프로우(thermal reflow)하여 마이크로 렌즈로 형성할 때 마이크로 렌즈의 에지부가 접촉되어 서로 붙는 현상이 발생하므로 신뢰도 높은 고체 촬상 소자를 제공할 수 없고, 그와 같은 현상을 방지하기 위하여 수지간의 거리를 충분히한다음 마이크로 렌즈를 형성할 경우에는 렌즈간의 간격 역시 넓어지므로 마이크로 렌즈의 크기가 작아지게 되어 필 팩터가 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 고체 촬상 소자의 메인 셀 영역을 옵티칼 블랙 영역의 중앙에 오도록 구성시켜 근접 효과를 감소시키므로 신뢰도 및 감도를 향상시킬 수 있는 고체 촬상 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 메인 셀 영역과 상기 메인 셀 영역을 둘러싸는 옵티칼 블랙 영역이 정의된 고체 촬상 소자에 있어서, 상기 메인 셀 영역이 상기 옵티칼 블랙 영역의 중앙으로 정의된 것을 포함한다.
이와 같은, 본 발명 고체 촬상 소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 레이아웃도이고, 도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ′선에 따른 단면도이다.
즉, 본 발명 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 메인 셀 영역(11) 및 옵티칼 블랙 영역(12)으로 정의된 반도체기판(13)의 메인 셀 영역(11)에는 포토 다이오드(14)와 수직전하전송영역(VCCD)으로 구성된 유닛 셀 어레이(unit cell array)(도시하지 않음)가 구성되고, 상기 수직전하전송영역에서 전송된 신호전하를 다시 수평방향으로 전송해주는 수평전하전송영역(HCCD)(도시하지 않음)과, 상기 수평 전송된 전하를 센싱하고 증폭하는 앰프(도시하지 않음)로 구성된다. 그리고, 상기 옵티칼 블랙 영역(12)은 더미 셀 부분으로써 모든 공정이 메인 셀 영역(11)에서와 동일하지만, 통상적으로 포토 다이오드(14)이외의 영역을 차광하는 차광물질층(15)이 그 상측에 형성되어 옵티칼 블랙 영역(12)을 이루고 있다. 그리고, 상기 포토 다이오드(14)와 동일 위치 상측으로는 마이크로 렌즈(16)가 구성된다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명 고체 촬상 소자는 옵티칼 블랙 영역(12)에 둘러싸여 있는 메인 셀 영역(11)이 옵티칼 블랙 영역(12)의 중심부분에 위치한다.
즉, 박스(Box)형상의 상기 메인 셀 영역(11)과 옵티칼 블랙 영역(12)을 레이아웃상에서 보았을 때 박스형상으로 형성되어 상기 메인 셀 영역(11)의 상하좌우에 형성된 옵티칼 블랙 영역(12)의 에지부와 상기 메인 셀 영역(11)의 에지부간의 거리는 상하측에서 대칭적인 길이를 갖고, 좌우측에서도 대칭적인 길이를 갖도록 형성된다. 이때, 점선(A)으로 표시된 부분이 종래 메인 셀 영역(11)의 위치이다.
결국, 반도체기판(또는 칩(Chip))(13)에 균일하게 복수개의 포토 다이오드(14)가 형성되어 있을 경우 메인 셀 영역(11)을 둘러싸는 옵티칼 블랙 영역(12)을 형성할 때 상기 반도체기판(13)을 레이아웃상에서 보았을 경우 상기 반도체기판(칩)(13) 상하와 좌우의 에지부에서 서로 대칭되는 수만큼의 포토 다이오드(14)상에 차광금속층(15)이 남도록 패터닝하여 메인 셀 영역(11)과 옵티칼 블랙 영역(12)을 구분하는 것이다.
이때, 또 다른 실시예로는 도면상에 도시하지는 않았지만, 메인 셀 영역(11)을 둘러싸도록 옵티칼 블랙 영역(12)을 구성시킬 때 상기 메인 셀 영역(12)의 에지부에서 화소 셀(포토 다이오드)이 최소한 7개 이상 되도록 한다. 즉, 메인 셀 영역(12)의 위치를 옵티칼 블랙 영역(12)의 중앙부분으로 이동시키는 것이다. 그럴 경우 마이크로 렌즈(16)를 구성하기 위한 수지를 패터닝하기 위한 노광 및 현상공정에서 근접 효과없이 정확한 패터닝을 할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 레이아웃도이고, 도 7은 도 6의 Ⅰ-Ⅰ′선에 따른 단면도이다.
본 발명 제 1 실시예에서는 옵티칼 블랙 영역의 중앙부분으로 메인 셀 영역을 이동시켰지만, 본 발명 제 2 실시예는 옵티칼 블랙 영역이 상대적으로 좁은 영역으로 옵티칼 블랙 영역을 더 확장시킨 것이다.
본 발명 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자는 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 일반적인 메인 셀 영역(11) 및 옵티칼 블랙 영역(12)을 갖는 고체 촬상 소자의 옵티칼 블랙 영역을 구성할 때 기존의 화소 셀(메인 셀 영역(11) 및 옵티칼 블랙 영역(12))은 그대로 두고 메인 셀 영역(11)의 에지부 외곽으로 구성되는 옵티칼 블랙 영역(12)을 메인 셀 영역(11)의 에지부에서 최소한 6개 이상이 되도록 구성한다.
예를 들면, 메인 셀 영역(11)의 하측면 및 우측면 에지부로 옵티칼 블랙 영역(12)에 속하는 화소 셀이 각각 1개 및 2개만 있는 25만 화소 셀의 경우, 각각의 에지부에 5개와 4개의 화소 셀(포토 다이오드)을 구성시킨다음 차광금속층(15)을 형성하는 공정에서 차광금속층(15)을 제거하지 않고 남겨 두어 옵티칼 블랙 영역(12)으로 이용한다.
즉, 도 6의 점선 "B"에 나타낸 바와 같이, 기존에는 형성되지 않았던 옵티칼 블랙 영역(12)을 더 늘리는 것이다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서는 옵티칼 블랙 영역에 근접한 메인 셀 영역의 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 수지를 패터닝할 때 근접 효과를 방지할 수 있어 메인 셀 영역에 형성되는 수지를 전반적으로 균일하게 형성할 수 있으므로 특히, 메인 셀 영역의 수지가 언더 컷되는 것을 방지하여 서멀 리플로우로 마이크로 렌즈로 형성할 때 마이크로 렌즈의 에지부가 접촉되어 서로 붙는 것을 방지하여 신뢰도 및 수율 높은 고체 촬상 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 고체 촬상 소자의 레이아웃도
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ′선에 따른 단면도
도 3a 내지 도 3b는 일반적인 29만 화소 셀 및 25만 화소 셀을 갖는 고체 촬상 소자의 옵티칼 영역의 더미 셀 배열도
도 4은 본 발명 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 레이아웃도
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ′선에 따른 단면도
도 6은 본 발명 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 레이아웃도
도 7은 도 6의 Ⅰ-Ⅰ′선에 따른 단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 메인 셀 영역 12 : 옵티칼 블랙 영역
13 : 반도체기판 14 : 포토 다이오드
15 : 차광금속층 16 : 마이크로 렌즈

Claims (2)

  1. 복수개의 광전 변환 영역을 포함하는 메인 셀 영역과 상기 메인 셀 영역을 둘러싸는 옵티칼 블랙 영역이 정의된 고체 촬상 소자에 있어서,
    상기 메인 셀 영역의 상하좌우에 형성된 옵티칼 블랙 영역의 에지부와 상기 메인 셀 영역의 에지부간의 거리가,
    상하측에서 대칭적인 거리를 갖고, 좌우측에서도 대칭적인 거리를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 셀 영역의 에지부에서 연장되는 옵티칼 블랙 영역의 에지부는 7개 이상의 화소 셀이 구비된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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