KR100636765B1 - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

기판과 컬러 필터층 사이에 렌즈가 설치된 구조에서, 소형화를 도모하는 것이 가능한 고체 촬상 장치를 제공한다. 이 고체 촬상 장치는, 기판에 형성된 수광부와, 기판 상에 형성된 컬러 필터층과, 기판과 컬러 필터층 사이에 형성되며, 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비하고 있다. 또한, 렌즈는, 위로 볼록 형상의 상면부를 가짐과 함께, 상면부의 상단부가 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉한다.
기판, 컬러 필터층, 렌즈, 수광부, 수지층, 차광 부재

Description

고체 촬상 장치{SOLID- STATE IMAGING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 전체 구성을 도시한 개략도.
도 2는 도 1에 도시한 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 수광 영역의 중앙부에서의 화소 부분의 구조를 도시한 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 수광 영역의 구조를 설명하기 위한 개략도.
도 4는 도 1에 도시한 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 수광 영역의 단부 근방에서의 화소 부분의 구조를 도시한 단면도.
도 5는 도 1에 도시한 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치에서의 사출 동공의 구성을 도시한 모식도.
도 6은 도 1에 도시한 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치에서의 렌즈의 어긋남량에 대하여 설명하기 위한 모식도.
도 7은 도 1에 도시한 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 대한 광의 입사 경로를 도시한 모식도.
도 8은 도 4에 도시한 제1 실시예에 따른 고체 촬상 소자에 대한 광의 입사 경로를 도시한 단면도.
도 9는 도 4에 도시한 제1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 효과를 설명하기 위한 비교예를 도시한 단면도.
도 10∼도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치에서, 렌즈를 어긋나게 하여 형성할 때의 프로세스를 설명하기 위한 모식도.
도 14∼도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 수광 영역의 중앙부에서의 화소 부분의 구조를 도시한 단면도.
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 수광 영역의 단부 근방에서의 화소 부분의 구조를 도시한 단면도.
도 20∼도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도 24는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 수광 영역의 중앙부에서의 화소 부분의 구조를 도시한 단면도.
도 25는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 수광 영역의 단부 근방에서의 화소 부분의 구조를 도시한 단면도.
도 26은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도 27은 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비한 종래의 고체 촬상 장치의 구조를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1a, 1b : 광학 렌즈
2 : 고체 촬상 장치
3 : 화소
4 : 반도체 기판
5 : 수광부
7 : 전송 게이트
9 : 차광 부재
10 : 평탄화층
10a : 상면
11 : 렌즈
60 : 고체 촬상 장치
본 발명은, 고체 촬상 장치에 관한 것으로, 특히, 광전 변환 기능을 구비한 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비한 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
종래, 광전 변환 기능을 갖는 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비한 고체 촬상 장치가 알려져 있다. 이러한 고체 촬상 장치는, 예를 들면, 일본 특개평6-104414호 공보에 개시되어 있다.
도 27은, 상기 일본 특개평6-104414호 공보에 개시된 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비한 종래의 고체 촬상 장치의 구조를 도시한 단면도이다. 도 27을 참조하면, 종래의 고체 촬상 장치(102)는, 기판(104)을 구비하고 있다. 이 기판(104)의 표면에는, 입사된 광을 전하 신호로 변환하는 광전 변환 기능을 갖는 복수의 수광부(105)가 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 또한, 기판(104) 상에는, 평탄한 상면을 갖는 패시베이션층(106)이 형성되어 있다. 이 패시베이션층(106) 상에는, 수광부(105)에 광을 집광하기 위한, 위로 볼록 형상의 상면부(107a)를 갖는 복수의 렌즈(107)가 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 이 렌즈(107)는, 렌즈 중심(107d)이 수광부(105)의 중심에 일치하도록 배치되어 있다. 또한, 인접하는 2개의 렌즈(107) 사이를 매립함과 함께, 렌즈(107)의 상면부(107a)를 피복하도록, 평탄화층(108)이 형성되어 있다. 또한, 평탄화층(108) 상에는, 컬러 필터층(109)이 형성되어 있다. 이와 같이, 컬러 필터층(109)과 기판(104) 사이에 배치되는 렌즈(107)는, 컬러 필터층(109) 상에 형성되는 마이크로 렌즈와 달리, 이너 렌즈 등으로 불리고 있다. 또한, 컬러 필터층(109) 상에는, 평탄화층(110)을 개재하여 복수의 마이크로 렌즈(111)가 소정의 간격을 두고 형성되어 있다.
그러나, 도 27에 도시한 종래의 고체 촬상 장치(102)에서는, 렌즈(107)의 상면부(107a) 상에 평탄화층(108)을 개재하여 컬러 필터층(109)이 형성되어 있기 때 문에, 렌즈(107)의 상면부(107a)와 컬러 필터층(109)의 하면 사이의 평탄화층(108)의 두께만큼, 고체 촬상 장치(102)의 높이 방향의 치수가 증대된다고 하는 문제점이 있다. 이에 의해, 종래의 기판(104)과 컬러 필터층(109) 사이에 렌즈(107)가 설치된 고체 촬상 장치에서는, 소형화를 도모하는 것이 곤란하다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 하나의 목적은, 기판과 컬러 필터층 사이에 렌즈가 설치된 구조에서, 소형화를 도모하는 것이 가능한 고체 촬상 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 국면에 따른 고체 촬상 장치는, 기판에 형성된 수광부와, 기판 상에 형성된 컬러 필터층과, 기판과 컬러 필터층 사이에 형성되며, 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비하고 있다. 또한, 렌즈는, 위로 볼록 형상의 상면부를 가짐과 함께, 상면부의 상단부가 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉한다.
이 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서는, 상기한 바와 같이, 기판과 컬러 필터층 사이에 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 형성함과 함께, 렌즈의 상면부의 상단부를 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉하도록 형성함으로써, 렌즈의 상면부의 상단부와 컬러 필터층의 하면과의 사이의 거리를 실질적으로 0으로 할 수 있기 때문에, 고체 촬상 장치의 높이 방향의 치수를 저감할 수 있다. 이에 의해, 기판과 컬러 필터층 사이에 렌즈가 설치된 고체 촬상 장치를 소형화할 수 있다.
상기 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서, 바람직하게는, 렌즈의 상면부의 상단부 이외의 영역을 피복하도록 형성되며, 렌즈의 상면부의 상단부와 실질적으로 동일한 높이를 갖는 실질적으로 평탄한 상면부를 갖는 수지층을 더 구비한다. 그리고, 컬러 필터층은, 렌즈의 상면부의 상단부와 수지층의 상면부 상에 형성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 컬러 필터층을 렌즈의 상면부의 상단부와 수지층의 상면부로 이루어지는 실질적으로 평탄한 면 상에 형성할 수 있기 때문에, 컬러 필터층을 위로 볼록 형상의 상면부를 갖는 렌즈 상에 용이하게 형성할 수 있다. 이 경우에 있어서, 수지층은, 아크릴 수지를 포함하는 재료로 이루어져 있어도 된다. 또한, 컬러 필터층은, 수지 재료로 이루어져 있어도 된다.
상기 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서, 바람직하게는, 렌즈의 상면부의 상단부는, 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉하는 실질적으로 평탄한 상단면부를 포함한다. 이와 같이 구성하면, 컬러 필터층이 형성되는 렌즈의 상면부의 상단부를 포함하는 면을, 용이하게 평탄화할 수 있으므로, 용이하게, 컬러 필터층을 위로 볼록 형상의 상면부를 갖는 렌즈 상에 형성할 수 있다.
상기 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서, 바람직하게는, 렌즈의 상면부는, 실질적으로 평탄한 부분을 갖지 않는 상단부를 포함하며, 상면부의 상단부는, 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉한다. 이와 같이 구성하면, 렌즈의 상면부가 실질적으로 평탄한 부분을 갖지 않는 상단부를 포함하는 경우에 있어서, 렌즈의 상면부의 상단부와 컬러 필터층의 하면 사이의 거리를 실질적으로 0으로 할 수 있다. 이에 의해, 렌즈의 상면부가 실질적으로 평탄한 부분을 갖지 않는 상단부를 포함하 는 경우에도, 고체 촬상 장치의 높이 방향의 치수를 저감할 수 있다.
상기 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서, 바람직하게는, 렌즈는, 렌즈 중심이 수광부의 중심에 대하여 소정 거리 어긋나게 배치되어 있다. 이와 같이 구성하면, 경사 방향으로부터 렌즈에 입사한 광의 초점이 수광부에 맞도록 렌즈 중심과 수광부의 중심과의 어긋남량을 조절함으로써, 경사 방향으로부터 입사한 광을 수광부에 유효하게 집광할 수 있다. 이에 의해, 복수의 수광부에 의해 기판에 수광 영역을 형성하는 경우에, 수광 영역의 중앙부 근방에 비해 보다 경사 방향으로부터 광이 입사되는 수광 영역의 단부 근방에서도, 렌즈의 수광부에의 집광 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 기판과 컬러 필터층 사이에 렌즈가 설치된 고체 촬상 장치의 감도 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서, 바람직하게는, 인접하는 2개의 수광부 사이의 영역에서, 또한, 기판과 렌즈 사이의 영역에 형성된 차광 부재를 더 구비하고, 렌즈의 하단부는, 차광 부재의 상단부보다 위에 배치되어 있다. 이와 같이 구성하면, 렌즈를 배치하는 가로 방향의 위치가 차광 부재에 의해 제한되지 않기 때문에, 용이하게, 렌즈의 렌즈 중심을 수광부의 중심에 대하여 소정 거리 어긋나게 배치할 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서, 차광 부재는, Al을 포함하는 재료로 이루어져 있어도 된다. 또한, 차광 부재는, W를 포함하는 재료로 이루어져 있어도 된다.
상기 차광 부재를 포함하는 구성에서, 바람직하게는, 차광 부재의 상단부와 동등 이상의 높이를 갖는 실질적으로 평탄한 상면을 갖는 평탄화층을 더 구비하고, 렌즈는, 평탄화층의 상면 상에 형성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 렌즈를 평탄화층의 상면 상의 임의의 위치에 배치할 수 있으므로, 용이하게, 렌즈의 렌즈 중심을 수광부의 중심에 대하여 소정 거리 어긋나게 배치할 수 있다.
상기 평탄화층을 포함하는 구성에서, 바람직하게는, 평탄화층은, 차광 부재를 피복하도록 형성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 차광 부재를 피복하도록 평탄화층이 형성된 고체 촬상 장치에서, 용이하게, 렌즈의 렌즈 중심을 수광부의 중심에 대하여 소정 거리 어긋나게 배치할 수 있으므로, 감도 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 평탄화층을 포함하는 구성에서, 바람직하게는, 평탄화층은, 차광 부재의 측면 및 하면을 피복하도록 형성되며, 차광 부재의 상단부와 평탄화층의 상면은 실질적으로 동일한 높이를 갖는다. 이와 같이 구성하면, 차광 부재 전체를 피복하도록 평탄화층을 형성하는 경우에 비해, 평탄화층의 상면의 높이를 저감할 수 있으므로, 고체 촬상 장치의 높이 방향의 치수를 보다 저감하면서, 렌즈의 렌즈 중심을 수광부의 중심에 대하여 소정 거리 어긋나게 배치할 수 있다. 이에 의해, 고체 촬상 장치를 보다 소형화하면서, 고체 촬상 장치의 감도 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 차광 부재를 포함하는 구성에서, 바람직하게는, 수광부에서 얻어진 전하 신호를 전송하기 위한 전송 게이트를 더 구비하며, 차광 부재는, 전송 게이트의 상방을 피복하도록 설치되어 있다. 이와 같이 구성하면, 용이하게, 차광 부재에 의해 전송 게이트에 광이 입사하는 것을 억제할 수 있다.
상기 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서, 바람직하게는, 복수의 수광부에 의해 기판에 형성된 수광 영역을 더 구비하며, 렌즈는, 복수의 수광부의 각각에 대응하도록 복수 설치되고, 수광 영역의 단부 근방에서의 렌즈의 렌즈 중심과, 대응하는 수광부의 중심 사이의 어긋남량은, 수광 영역의 중앙부 근방에서의 렌즈의 렌즈 중심과, 대응하는 수광부의 중심 사이의 어긋남량에 비해 크다. 이와 같이 구성하면, 수광 영역의 단부 근방에서, 수광 영역의 중앙부 근방에 비해 보다 경사 방향으로부터 입사되는 광을 유효하게 수광부에 집광할 수 있음과 함께, 수광 영역의 중앙부 근방에서는 수직 방향에 가까운 광을 수광부에 집광할 수 있다. 이에 의해, 수광 영역의 중앙부 근방과 수광 영역의 단부 근방 양방에서, 수광부에의 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서, 바람직하게는, 복수의 수광부에 의해 기판에 형성된 수광 영역을 더 구비하며, 렌즈의 렌즈 중심과, 대응하는 수광부의 중심 사이의 어긋남량은, 수광 영역의 중앙부 근방으로부터 복수의 수광부가 배치되는 방향을 따라 수광 영역의 단부로 감에 따라 서서히 커지도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 수광 영역의 중앙부 근방으로부터 복수의 수광부가 배치되는 방향을 따라 수광 영역의 단부 근방으로 감에 따라 입사각이 서서히 증대되는 광을, 그 입사각에 따라 유효하게 수광부에 집광할 수 있다. 이에 의해, 수광 영역의 중앙부 근방 및 단부 근방을 포함하는 수광 영역의 모든 영역에 걸쳐, 수광부에의 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
이 경우에 있어서, 바람직하게는, 수광부와 사출 동공 사이의 거리를 L로 하고, 수광부의 상면의 높이 위치로부터 인접하는 2개의 렌즈의 경계부의 높이 위치 까지의 거리보다 크며, 수광부의 상면의 높이 위치로부터 렌즈의 렌즈 중심의 높이 위치까지의 거리보다 작은 임의의 거리를 h로 하고, 수광 영역 내의 임의의 수광부의 중심과 수광 영역의 중심 사이의 거리를 a로 한 경우에, 렌즈의 렌즈 중심과, 대응하는 수광부의 중심과의 사이의 어긋남량은, a×h/L로 표시되는 식에 의해 구해진다. 이와 같이 구성하면, 용이하게, 렌즈에 의해, 수광 영역의 중앙부 근방으로부터 복수의 수광부가 배치되는 방향을 따라 수광 영역의 단부 근방으로 감에 따라 입사각이 서서히 증대되는 광을, 그 입사각에 따라 유효하게 수광부에 집광할 수 있다.
상기 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서, 바람직하게는, 렌즈는, 복수 설치되며, 복수의 렌즈는, 연속한 1개의 층으로 이루어지는 부분을 포함한다. 이와 같이 구성하면, 인접하는 렌즈 사이에 간극이 형성되는 것이 억제되기 때문에, 크게 경사 방향으로 기운 입사광에 대응하여 복수의 렌즈의 렌즈 중심을, 대응하는 수광부의 중심에 대하여 크게 어긋나게 배치하는 경우에도, 복수의 렌즈를 소정의 간격(간극)을 사이에 두고 불연속으로 배치하는 경우와 달리, 인접하는 렌즈 사이의 간극의 영역에 기인하여 수광부에 집광되지 않는 입사광이 발생한다고 하는 문제점이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 크게 경사 방향으로 기운 입사광을 수광부에 집광시키기 위해, 복수의 렌즈의 렌즈 중심을 대응하는 수광부의 중심에 대하여 크게 어긋나게 배치하는 경우에도, 수광부에의 집광 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
상기 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서, 렌즈는, SiN을 포함하는 재료로 이루어져 있어도 된다.
상기 일 국면에 따른 고체 촬상 장치에서, 바람직하게는, 컬러 필터층 상에 설치된 광학 렌즈를 더 구비한다. 이와 같이 구성하면, 컬러 필터층 상에 설치된 광학 렌즈에 의해, 집광 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.
(제1 실시예)
우선, 도 1∼도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치(60)의 구조에 대하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치(60)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 2개의 광학 렌즈(1a, 1b)와, 개구 조리개(1c)와, 고체 촬상 소자(2)를 구비하고 있다. 이 고체 촬상 소자(2)와, 2개의 광학 렌즈(1a, 1b)와, 개구 조리개(1c)는, 각각, 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 광학 렌즈(1a, 1b)는, 피사체로부터의 반사광을 집광하기 위해 설치되어 있다. 또한, 개구 조리개(1c)는, 광학 렌즈(1a, 1b) 사이에 배치되어 있다. 이에 의해, 개구 조리개(1c)의 개구부를 통해 광학 렌즈(1a)로부터 광학 렌즈(1b)에 광이 입사하도록 구성되어 있다.
또한, 고체 촬상 소자(2)는, 인터 라인형 CCD(Charge Coupled Device)의 구조를 갖고 있다. 구체적으로는, 고체 촬상 소자(2)는, 복수의 화소(3)를 포함하고 있다. 또한, 고체 촬상 소자(2)의 화소(3)에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(4)의 표면의 소정 영역에, 입사된 광을 전하 신호로 변환하는 광전 변환 기능을 갖는 수광부(5)가 형성되어 있다. 또한, 반도체 기판(4)은, 본 발명의 「기판」의 일례이다. 또한, 수광부(5)는, 각각, 약 2㎛∼약 5㎛의 소정의 간격을 두고, 각 화소(3)에 대응하여 1개씩 배치되어 있다. 또한, 복수의 수광부(5)에 의해, 도 3에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(4)의 표면에 수광 영역(5a)이 형성되어 있다. 또한, 반도체 기판(4)의 표면 상에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 절연막(6)을 개재하여, 수광부(5)에서 얻어진 전하 신호를 전송하기 위한 전송 게이트(7)가 설치되어 있다. 이 전송 게이트(7)는, 폴리실리콘으로 형성되어 있다. 또한, 절연막(8)을 개재하여, 전송 게이트(7)의 상방을 피복하도록, Al 등의 금속으로 이루어지는 차광 부재(9)가 형성되어 있다. 이 차광 부재(9)는, 인접하는 2개의 수광부(5) 사이의 영역에서, 또한, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 상방의 영역에 설치되어 있다. 또한, 차광 부재(9)는, 전송 게이트(7)에 광이 입사하는 것을 방지하는 기능을 갖는다.
여기서, 제1 실시예에서는, 차광 부재(9) 및 전송 게이트(7)를 피복하도록, 평탄한 상면(10a)을 갖는 실리콘 산화막으로 이루어지는 평탄화층(10)이 형성되어 있다. 이 평탄화층(10)의 상면(10a)은, 차광 부재(9)의 상단부로부터 약 100㎚∼약 800㎚의 높이 위치에 형성되어 있다. 또한, 평탄화층(10)의 상면(10a) 상에는, 수광부(5)에 광을 집광하기 위한 SiN으로 이루어지는 복수의 렌즈(11)가 형성되어 있다. 이 렌즈(11)는, 위로 볼록 형상을 갖는 상면부(11a)와, 평탄화층(10)의 상면(10a)에 접촉하는 평탄한 하면부(11b)를 갖는다. 또한, 렌즈(11)의 상면부(11a)는, 평탄화된 상단면부(11c)를 포함하고 있다. 또한, 렌즈(11)는, 렌즈 중심(11d)에서 약 500㎚∼약 800㎚의 두께를 가짐과 함께, 인접하는 2개의 볼록 형상의 경계부(11e)에서 약 50㎚∼약 200㎚의 두께를 갖고 있다. 또한, 렌즈(11)의 경계부(11e)를 매립함과 함께, 렌즈(11)의 상면부(11a)의 상단면부(11c) 이외의 영역을 피복하도록, 아크릴 수지로 이루어지는 수지층(12)이 형성되어 있다. 이 수지층(12)은, 렌즈(11)의 상단면부(11c)와 동일한 높이 위치에 평탄화된 상면부(12a)를 갖고 있다. 그리고, 이 수지층(12)의 상면부(12a)와 렌즈(11)의 상단면부(11c)로 이루어지는 평탄한 면 상에 약 300㎚∼약 1000㎚의 두께를 갖는 컬러 필터층(13)이 형성되어 있다. 이에 의해, 렌즈(11)의 상면부(11a)의 상단면부(11c)는, 컬러 필터층(13)의 하면에 접촉되어 있다. 이와 같이, 제1 실시예에서는, 컬러 필터층(13)과 반도체 기판(4) 사이에, 이너 렌즈로서의 렌즈(11)가 배치되어 있다. 또한, 컬러 필터층(13)은, R(레드), G(그린), B(블루)의 3색의 안료를 각각 첨가한 감광성의 수지 재료로 형성되어 있다.
또한, 제1 실시예에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 중앙부의 화소(3a)에서는, 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)과 대응하는 수광부(5)의 중심이 일치하도록 배치되어 있다. 그 한편, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 단부 근방의 화소(3b)에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)이 대응하는 수광부(5)의 중심에 대하여 소정 거리 L1 어긋나게 배치되어 있다. 또한, 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)과 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량은, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 중앙부 근방으로부터 복수의 수광부(5)가 배치되는 방향을 따라 수광 영역(5a)의 단부 근방으로 감에 따라 서서히 커지도록 구성되어 있다. 따라서, 수광 영역(5a)의 중앙부와 단부와의 중간부에서는, 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d) 과 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량은, 수광 영역(5a)의 중앙부에서의 어긋남량(0 : 도 2 참조)과, 수광 영역(5a)의 단부 근방에서의 어긋남량(L1 : 도 4 참조)과의 중간의 어긋남량이 되도록 설정되어 있다. 또한, 수광 영역(5a)의 모든 영역에서, 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)과 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량은, 약 500㎚ 이하로 설정되어 있다.
또한, 제1 실시예에서는, 각 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)과, 대응하는 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량 d(도 6 참조)는, 이하의 수학식 1을 이용하여 설정되어 있다. 또한, 이하의 수학식 1에서, L은 수광부(5)와 사출 동공(20)(도 5 참조) 사이의 거리이고, h는 수광부(5)의 상면의 높이 위치로부터 인접하는 2개의 렌즈(11)의 경계부(11e)의 높이 위치까지의 거리보다 크며, 수광부(5)의 상면의 높이 위치로부터 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)의 높이 위치까지의 거리보다 작은 임의의 거리이고, a는 수광 영역(5a) 내의 임의의 수광부(5)의 중심과, 수광 영역(5a)의 중심(5b) 사이의 거리이다. 또한, 사출 동공(20)(도 5 참조)은, 개구 조리개(1c)(도 1 참조)보다 고체 촬상 소자(2)측에 배치된 광학 렌즈(1b)에 의해 생기는 개구 조리개(1c)의 상이다.
d= a x h / L
또한, 제1 실시예에서는, 복수의 렌즈(11)는, 연속한 1개의 층으로 이루어진다. 이에 의해, 인접하는 렌즈(11) 사이에 간극이 형성되는 것이 억제되기 때문에, 크게 경사 방향으로 기운 입사광에 대응하여 복수의 렌즈(11)의 렌즈 중심 (11d)을, 대응하는 수광부(5)의 중심에 대하여 크게 어긋나게 배치하는 경우에도, 복수의 렌즈(11)를 소정의 간격(간극)을 두고 불연속으로 배치하는 경우와 달리, 인접하는 렌즈(11) 사이의 간극의 영역에 기인하여 수광부(5)에 집광되지 않는 입사광이 발생한다고 하는 문제점이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
제1 실시예에서는, 상기한 바와 같이, 반도체 기판(4)과 컬러 필터층(13) 사이에 형성된 렌즈(11)의 상면부(11a)의 상단면부(11c)를 컬러 필터층(13)의 하면에 접촉하도록 형성함으로써, 렌즈(11)의 상면부(11a)의 상단면부(11c)와 컬러 필터층(13)의 하면 사이의 거리를 0으로 할 수 있기 때문에, 고체 촬상 소자(2)의 높이 방향의 치수를 저감할 수 있다. 이에 의해, 반도체 기판(4)과 컬러 필터층(13) 사이에 렌즈(11)가 설치된 고체 촬상 장치를 소형화할 수 있다.
또한, 제1 실시예에서는, 수지층(12)의 상면부(12a)를, 렌즈(11)의 상면부(11a)의 상단면부(11c)와 동일한 높이 위치에 평탄하게 형성함과 함께, 컬러 필터층(13)을, 렌즈(11)의 상면부(11a)의 상단면부(11c)와 수지층(12)의 상면부(12a) 상에 형성함으로써, 컬러 필터층(13)을 렌즈(11)의 상면부(11a)의 상단면부(11c)와 수지층(12)의 상면부(12a)로 이루어지는 평탄한 면 상에 형성할 수 있다. 이에 의해, 컬러 필터층(13)을 위로 볼록 형상을 갖는 렌즈(11) 상에 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 제1 실시예에서는, 상기한 바와 같이, 수광 영역(5a)의 단부 근방에서의 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)과, 대응하는 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량을, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방에서의 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)과, 대응하는 수광 부(5)의 중심 사이의 어긋남량에 비해 커지도록 구성함으로써, 도 7에 도시한 바와 같이, 고체 촬상 소자(2)에 대하여 경사 방향으로부터의 광이 입사하는 경우에도, 도 8에 도시한 바와 같이, 경사 방향으로부터 렌즈(11)에 입사한 광의 초점을 수광부(5)에 맞출 수 있다. 이에 의해, 수광 영역(5a)의 단부 근방에서, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방에 비해 보다 경사 방향으로부터 입사되는 광을 유효하게 수광부(5)에 집광할 수 있음과 함께, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방에서는, 수직 방향에 가까운 광을 수광부(5)에 집광할 수 있다. 이에 의해, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방과 수광 영역(5a)의 단부 근방의 양방에서, 수광부(5)에의 집광 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 반도체 기판(4)과 컬러 필터층(13) 사이에 랜즈(11)가 설치된 고체 촬상 장치(60)의 감도 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 고체 촬상 소자(2)에 대하여 경사 방향으로부터의 광이 입사하는 경우에, 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)을 수광부(5)의 중심에 대하여 어긋나지 않게 배치하면, 도 9에 도시한 바와 같이, 입사한 광의 초점을 수광부(5)에 맞출 수 없기 때문에, 경사 방향으로부터 입사한 광을 수광부(5)에 집광하는 것이 곤란하다.
또한, 제1 실시예에서는, 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)과, 대응하는 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량을 수광 영역(5a)의 중앙부 근방으로부터 복수의 수광부(5)가 배치되는 방향을 따라 수광 영역(5a)의 단부 근방으로 감에 따라 서서히 커지도록 구성함으로써, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방으로부터 복수의 수광부(5)가 배치되는 방향을 따라 수광 영역(5a)의 단부 근방으로 감에 따라 입사각이 서서히 증대되는 광을, 그 입사각에 따라 유효하게 수광부(5)에 집광할 수 있다. 이에 의 해, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방 및 단부 근방을 포함하는 수광 영역(5a)의 모든 영역에 걸쳐, 수광부(5)에의 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 2∼도 6 및 도 10∼도 17을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 촬상 소자(2)의 제조 프로세스에 대하여 설명한다.
우선, 도 10에 도시한 바와 같이, 복수의 수광부(5)로 이루어지는 수광 영역(5a)(도 3 참조)이 형성된 반도체 기판(4)의 표면 상의 소정 영역에, 절연막(6)을 개재하여, 폴리실리콘으로 이루어지는 전송 게이트(7)를 형성한다. 또한, 절연막(8)을 개재하여, 전송 게이트(7)의 상방을 피복하도록 Al 등의 금속 재료로 이루어지는 차광 부재(9)를 형성한다. 이 후, 차광 부재(9)를 피복하도록, 실리콘 산화막으로 이루어지는 평탄화층(10)을 형성한다. 그리고, 평탄화층(10)의 상면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)법을 이용하여 평탄화한다. 이에 의해, 차광 부재(9)의 상단부로부터 약 100㎚∼약 800㎚의 높이에 평탄화층(10)의 평탄화된 상면(10a)을 형성한다.
다음으로, 도 11에 도시한 바와 같이, CVD(Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여, 평탄화층(10)의 상면(10a) 상에 약 500㎚∼약 800㎚의 두께를 갖는 SiN막(11f)을 형성한다.
다음으로, 도 12에 도시한 바와 같이, 리소그래피 기술을 이용하여, SiN막(11f) 상의 소정 영역에 레지스트(14)를 형성한다. 이 때, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 중앙부에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, 레지스트(14)의 중심과 수광부(5)의 중심이 일치하도록 레지스트(14)를 패터닝한다. 그 한편, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 중앙부 근방으로부터 단부 근방의 영역(도시 생략)에서는, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방으로부터 복수의 수광부(5)가 배치되는 방향을 따라 수광 영역(5a)의 단부 근방으로 감에 따라 레지스트(14)의 중심과 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량이 서서히 커지도록 레지스트(14)를 패터닝한다. 또한, 레지스트(14)의 중심과 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량은, 약 500㎚ 이하로 되도록 설정한다. 이 때, 레지스트(14)의 중심과 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량은, 상기한 수학식 1을 이용하여 설정한다. 구체적으로는, 우선, 도 13에 도시한 바와 같이, 렌즈 중심(11d)(도 6 참조)과 수광부(5)의 중심이 일치한 배열 A의 영역을 설정한다. 그리고, 설정한 배열 A에서의 각 렌즈(11)의 볼록 형상을 소정의 비율로 축소시켜 렌즈 중심(11d)을 수광부(5)의 중심에 대하여 내측으로 어긋남량 d(도 6 참조)만큼 어긋나게 함으로써, 배열 B의 영역을 설정한다. 이 때, 배열 A의 영역의 중심을 원점으로 한 배열 A 중의 소정의 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)의 좌표를 (x0, y0)로 하고, 상기 수학식 1에서의 거리 L(도 6 참조)을 12㎜로 하며, 거리 h(도 6 참조)를 3㎛로 한다. 이 경우, 상기 수학식 1에 의해 구한, 대응하는 배열 B 중의 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)과 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량 d는, x축 방향에서는 (-x0×3/12000)의 어긋남량으로 됨과 함께, y축 방향에서는 (-y0×3/12000)의 어긋남량으로 된다. 이에 의해, 배열 B의 영역의 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)의 좌표는, (x0-x0×3/12000, y0-y0×3/12000)으로 설정한다. 이 때문에, 원점의 좌표와, 레지스트(14)의 중심의 좌표 (x0-x0×3/12000, y0-y0×3/12000)를 설정함으로써, 수광부(5)의 중심에 대하여 어긋남량 d를 갖도록 렌즈(11)를 형성하기 위한 레지스트(14)를 패터닝할 수 있다.
예를 들면, 수광 영역(5a)(도 13 참조)의 대각 길이를 약 3950㎛로 설정하는 경우, 수광 영역(5a)의 중심으로부터 가장 멀리 떨어진 대각의 위치에서는, 중심으로부터 약 1975㎛의 거리가 있다. 따라서, 이 대각 상에서의 렌즈(11)(도 6 참조)의 렌즈 중심(11d)과 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량 d는, 1975×3/12000=0.494㎛로 구해진다. 이에 의해, 수광 영역(5a)의 대각 길이를 약 3950㎛로 설정하는 경우에는, 대각 상의 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)을 약 0.494㎛만큼 수광 영역(5a)의 중심측으로 어긋나기 때문에, 렌즈 중심(11d)에 대응하는 레지스트(14)(도 12 참조)의 중심을 약 0.494㎛만큼 수광 영역(5a)(도 13 참조)의 중심측으로 어긋나도록 형성한다.
다음으로, 핫 플레이트 상에서 약 160℃, 약 2분간의 열 처리를 행함으로써, 레지스트(14)의 유동성을 향상시킨다. 이에 의해, 레지스트(14)는, 도 14에 도시한 바와 같이, 표면 장력에 의해 위로 볼록 형상으로 형성된다. 또한, 이 때, 위로 볼록 형상을 갖는 인접하는 2개의 레지스트(14) 사이에는, 약 0.2㎛의 간격이 형성된다.
다음으로, 위로 볼록 형상의 레지스트(14)와 SiN막(11f)을 동시에 에칭함으로써, 도 15에 도시한 바와 같이, 레지스트(14)의 위로 볼록한 형상을 반영한 위로 볼록 형상의 상면부(11a)를 갖는 복수의 렌즈(11)를 형성한다. 또한, 이 복수의 렌즈(11)는, 연속한 1개의 층으로 이루어지도록 형성한다. 또한, 이 경우의 구체 적인 에칭 조건으로서는, 가스 : CF4 가스(약 5sccm∼약 25sccm), O2 가스(약 5sccm∼약 30sccm) 및 Ar 가스(약 50sccm∼약 150sccm), RF 전력 : 약 500W∼약 1000W, 가스 압력 : 약 2.6Pa∼약 10.7Pa이다. 이에 의해, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 중앙부에서는, 도 15에 도시한 바와 같이, 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)과 수광부(5)의 중심이 일치하도록 구성된 렌즈(11)가 형성된다. 그 한편, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방으로부터 단부 근방의 영역(도시 생략)에서는, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방으로부터 복수의 수광부(5)가 배치되는 방향을 따라 수광 영역(5a)의 단부 근방으로 감에 따라, 렌즈(11)의 렌즈 중심(11d)과 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량이 서서히 커지도록 구성된 렌즈(11)가 형성된다.
다음으로, 도 16에 도시한 바와 같이, 스핀 코팅법을 이용하여, 렌즈(11)의 인접하는 2개의 볼록 형상 사이의 경계부(11e)를 매립함과 함께, 렌즈(11)의 상면부(11a)를 피복하도록 아크릴 수지로 이루어지는 수지층(12)을 형성한다. 이 스핀 코팅법에 의한 수지층(12)의 형성은, 렌즈(11) 상에 아크릴 수지를 도포한 후, 고체 촬상 소자(2)를 수직 방향의 축을 중심으로 회전시켜 아크릴 수지를 렌즈(11)의 전면으로 확대시킴으로써 행한다. 또한, 이 때의 고체 촬상 소자(2)의 회전수는, 아크릴 수지를 평탄한 기판 상에 도포하여 회전시킨 경우에, 기판 상에 약 500㎚∼약 1500㎚의 두께를 갖는 아크릴 수지의 막이 형성되는 회전수로 설정한다.
다음으로, CMP법을 이용하여, 렌즈(11)의 일부가 노출될 때까지 수지층(12)의 상면을 연마한다. 이에 의해, 도 17에 도시한 바와 같이, 함께 평탄화된 렌즈 (11)의 상면부(11a)의 상단면부(11c)와 수지층(12)의 상면부(12a)가 동일한 높이 위치로 형성된다. 이 후, 렌즈(11)의 상면부(11a)의 상단면부(11c)와 수지층(12)의 상면부(12a) 상에 약 300㎚∼약 1000㎚의 두께를 갖는 컬러 필터층(13)을 형성한다. 이 컬러 필터층(13)은, RGB의 3색의 안료가 각각 첨가된 감광성의 수지 재료를 이용하여, 노광 및 현상을 행함으로써 형성한다. 이와 같이 하여, 도 2 및 도 4에 도시한 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치(60)의 고체 촬상 소자(2)가 형성된다.
(제2 실시예)
이 제2 실시예에서는, 상기 제1 실시예와 달리, 프레임 트랜스퍼형 CCD의 고체 촬상 소자에 본 발명을 적용한 예에 대하여 설명한다.
이 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자(22)에서는, 도 18에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(24)의 표면의 소정 영역에, 입사된 광을 전하 신호로 변환하는 광전 변환 기능을 갖는 복수의 수광부(25)가 형성되어 있다. 또한, 반도체 기판(24)은, 본 발명의 「기판」의 일례이다. 또한, 복수의 수광부(25)에 의해, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 수광 영역(5a)(도 3 참조)이 형성되어 있다. 또한, 복수의 수광부(25)는, 각각, 약 0.3㎛∼약 3㎛의 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 수광부(25)가 형성된 반도체 기판(24) 상에는, 절연막(26)을 개재하여, 폴리실리콘으로 이루어지는 전송 게이트(27)가 형성되어 있다. 또한, 전송 게이트(27)를 피복하도록 평탄화층(28)이 형성되어 있다. 이 평탄화층(28)은, 양호한 피복성 및 광 투과성을 갖는 실리콘 산화막으로 형성되어 있다.
여기서, 제2 실시예에서는, W 등으로 이루어지는 차광 부재(29)가, 평탄화층(28)에 형성된 홈부(28b)를 매립하도록 형성되어 있다. 이에 의해, 차광 부재(29)의 측면 및 저면은, 평탄화층(28)으로 피복되어 있다. 또한, 차광 부재(29)의 상단부와 평탄화층(28)의 상면은 동일한 높이로 되도록 형성되어 있다. 이에 의해, 차광 부재(29)의 상단부 및 평탄화층(28)의 상면에 의해 평탄면(28a)이 형성되어 있다. 이 평탄면(28a) 상에는, 상기 제1 실시예에 따른 렌즈(11)(도 2 및 도 4 참조)와 마찬가지의 구조를 갖는 복수의 렌즈(30)가 형성되어 있다. 이 복수의 렌즈(30)는, 연속한 1개의 층으로 이루어진다. 또한, 렌즈(30) 상에 볼록 형상의 상면부(30a)는, 평탄화된 상단면부(30c)를 포함하고 있다. 또한, 렌즈(30)의 인접하는 2개의 볼록 형상 사이의 경계부(30e)를 매립함과 함께, 렌즈(30)의 상면부(30a)의 상단면부(30c) 이외의 영역을 피복하도록, 아크릴 수지로 이루어지는 수지층(31)이 형성되어 있다. 이 수지층(31)은, 렌즈(30)의 상단면부(30c)와 동일한 높이 위치에 평탄화된 상면부(31a)를 갖고 있다. 그리고, 수지층(31)의 상면부(31a)와 렌즈(30)의 상단면부(30c)로 이루어지는 평탄한 면 상에 컬러 필터층(32)이 형성되어 있다. 이에 의해, 렌즈(30)의 상면부(30a)의 상단면부(30c)는, 컬러 필터층(32)의 하면에 접촉되어 있다.
또한, 제2 실시예에서는, 도 18에 도시한 바와 같이, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 중앙부의 화소(23a)에서는, 렌즈(30)의 렌즈 중심(30d)과 대응하는 수광부(25)의 중심이 일치하도록 배치되어 있다. 그 한편, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 단부 근방의 화소(23b)에서는, 도 19에 도시한 바와 같이, 렌즈(30)의 렌즈 중심 (30d)이 대응하는 수광부(25)의 중심에 대하여 소정 거리 어긋나게 배치되어 있다. 또한, 렌즈(30)의 렌즈 중심(30d)과 대응하는 수광부(25)의 중심 사이의 어긋남량은, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 중앙부 근방으로부터 복수의 수광부(25)가 배치되는 방향을 따라 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 단부 근방으로 감에 따라 서서히 커지도록 구성되어 있다. 이 어긋남량은, 상기 수학식 1에 의해 구해진 어긋남량 d로 되도록 설정되어 있다. 또한, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 모든 영역에서, 렌즈(30)의 렌즈 중심(30d)과 대응하는 수광부(25)의 중심 사이의 어긋남량은, 약 500㎚ 이하로 되도록 구성되어 있다. 또한, 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자(22)의 상기 이외의 구조는, 상기한 제1 실시예에 따른 고체 촬상 소자(2)와 마찬가지이다.
제2 실시예에서는, 상기한 바와 같이, 반도체 기판(24)과 컬러 필터층(32) 사이에 형성된 렌즈(30)의 상면부(30a)의 상단면부(30c)를 컬러 필터층(32)의 하면에 접촉하도록 형성함으로써, 렌즈(30)의 상면부(30a)의 상단면부(30c)와 컬러 필터층(32)의 하면 사이의 거리를 0으로 할 수 있기 때문에, 고체 촬상 소자(22)의 높이 방향의 치수를 저감할 수 있다. 이에 의해, 반도체 기판(24)과 컬러 필터층(32) 사이에 렌즈(30)가 설치된 고체 촬상 장치를 소형화할 수 있다.
또한, 제2 실시예에서는, 수광 영역(5a)의 단부 근방에서의 렌즈(30)의 렌즈 중심(30d)과, 대응하는 수광부(25)의 중심 사이의 어긋남량을, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방에서의 렌즈(30)의 렌즈 중심(30d)과, 대응하는 수광부(25)의 중심 사이의 어긋남량에 비해 커지도록 구성함으로써, 수광 영역(5a)의 단부 근방에서, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방에 비해 보다 경사 방향으로부터 입사되는 광을 유효하게 수광부(25)에 집광할 수 있음과 함께, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방에서는, 수직 방향에 가까운 광을 수광부(25)에 집광할 수 있다. 이에 의해, 수광 영역(5a)의 중앙부 근방과 수광 영역(5a)의 단부 근방의 양방에서, 수광부(25)에의 집광 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 반도체 기판(24)과 컬러 필터층(32) 사이에 렌즈(30)가 설치된 고체 촬상 장치의 감도 특성을 향상시킬 수 있다.
제2 실시예의 이 이외의 효과는, 상기한 제1 실시예에 따른 효과와 마찬가지이다.
다음으로, 도 18∼도 23을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자(22)의 제조 프로세스에 대하여 설명한다.
우선, 제2 실시예에서는, 도 20에 도시한 바와 같이, 복수의 수광부(25)로 이루어지는 수광 영역(5a)(도 3 참조)이 형성된 반도체 기판(24)의 상면을 피복하도록, 절연막(26) 및 폴리실리콘으로 이루어지는 전송 게이트(27)를 이 순서로 형성한다. 그리고, 전송 게이트(27)를 피복하도록 실리콘 산화막으로 이루어지는 평탄화층(28)을 형성한 후, 평탄화층(28)의 상면을 CMP법에 의해 평탄화한다. 그리고, 평탄화된 평탄화층(28)의 상면 상의 소정 영역에 레지스트(33)를 형성한다.
다음으로, 도 21에 도시한 바와 같이, 레지스트(33)를 마스크로 하여, 평탄화층(28)을 소정의 깊이분만큼 에칭함으로써 홈부(28b)를 형성한다. 이 후, 평탄화층(28) 상의 레지스트(33)를 제거한다.
다음으로, 도 22에 도시한 바와 같이, W 등으로 이루어지는 금속층(29a)을 평탄화층(28)의 홈부(28b)를 매립함과 함께, 평탄화층(28)의 상면 상으로 연장되도록 형성한다. 그리고, 금속층(29a)의 여분의 부분을 CMP법을 이용하여 연마함으로써, 도 23에 도시한 바와 같이, W 등으로 이루어지는 차광 부재(29)를 형성함과 함께, 차광 부재(29)의 상단부 및 평탄화층(28)의 상면을 동일한 높이로 한다. 이에 의해, 차광 부재(29)의 상단부 및 평탄화층(28)의 상면에 의해 구성된 평탄면(28a)이 형성된다. 이 후, 상기 제1 실시예와 마찬가지의 제조 프로세스에 의해, 도 18 및 도 19에 도시한 바와 같이, 평탄면(28a) 상에, 렌즈(30), 수지층(31) 및 컬러 필터층(32)을 형성한다. 이와 같이 하여, 도 18 및 도 19에 도시한 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자(22)가 형성된다.
(제3 실시예)
이 제3 실시예에서는, 상기 제1 실시예와 달리, 인터 라인형 CCD의 고체 촬상 소자에서, 렌즈 상에 볼록 형상의 상면부에 평탄한 상단면부를 형성하지 않는 경우에 대해 설명한다. 우선, 도 24 및 도 25를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 촬상 소자(42)의 구조에 대하여 설명한다.
이 제3 실시예에 따른 고체 촬상 소자(42)에서는, 도 24에 도시한 바와 같이, 평탄화층(10)의 상면(10a) 상에 수광부(5)에 광을 집광하기 위한 복수의 렌즈(51)가 형성되어 있다. 이 복수의 렌즈(51)는, 연속한 1개의 층으로 이루어진다. 또한, 렌즈(51)는, 위로 볼록 형상을 갖는 상면부(51a)와, 평탄화층(10)의 상면(10a)에 접촉하는 평탄한 하면부(51b)를 갖는다. 또한, 상면부(51a)의 정상부(51g)는, 상기 제1 및 제2 실시예와 달리, 평탄면 형상으로 형성되어 있지 않다. 또한, 렌즈(51)는, 렌즈 중심(51d)으로부터 약 500㎚∼약 800㎚의 두께를 가짐과 함께, 인접하는 2개의 볼록 형상의 경계부(51e)로부터 약 50㎚∼약 200㎚의 두께를 갖고 있다. 또한, 렌즈(51)의 경계부(51e)를 매립함과 함께, 렌즈(51)의 상면부(51a)의 정상부(51g) 이외의 영역을 피복하도록, 아크릴 수지로 이루어지는 수지층(52)이 형성되어 있다. 이 수지층(52)은, 렌즈(51)의 정상부(51g)와 동일한 높이 위치에 평탄화된 상면부(52a)를 갖고 있다. 이 수지층(52)의 평탄한 상면부(52a)와 렌즈(51)의 정상부(51g)에 의해 평탄한 면이 구성되어 있다. 그리고, 이 수지층(52)의 상면부(52a)와 렌즈(51)의 정상부(51g)로 이루어지는 평탄한 면 상에 약 300㎚∼약 1000㎚의 두께를 갖는 컬러 필터층(53)이 형성되어 있다. 이에 의해, 렌즈(51)의 상면부(51a)의 정상부(51g)는, 컬러 필터층(53)의 하면에 접촉되어 있다. 이와 같이, 제3 실시예에서는, 컬러 필터층(53)과 반도체 기판(4) 사이에, 렌즈(51)가 배치되어 있다.
또한, 제3 실시예에서는, 도 24에 도시한 바와 같이, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 중앙부의 화소(43a)에서는, 렌즈(51)의 렌즈 중심(51d)과 대응하는 수광부(5)의 중심이 일치하도록 배치되어 있다. 그 한편, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 단부 근방의 화소(43b)에서는, 도 25에 도시한 바와 같이, 렌즈(51)의 렌즈 중심(51d)이 대응하는 수광부(5)의 중심에 대하여 소정 거리 어긋나게 배치되어 있다. 또한, 렌즈(51)의 렌즈 중심(51d)과 수광부(5)의 중심 사이의 어긋남량은, 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 중앙부 근방으로부터 복수의 수광부(5)가 배치되는 방향을 따라 수광 영역(5a)(도 3 참조)의 단부 근방으로 감에 따라 서서히 커지도록 구성되 어 있다. 또한, 제3 실시예에 따른 고체 촬상 소자(42)의 상기 이외의 구조는, 상기한 제1 실시예에 의한 고체 촬상 소자(2)와 마찬가지이다.
제3 실시예에서는, 상기한 바와 같이, 반도체 기판(4)과 컬러 필터층(53) 사이에 형성된 렌즈(51)의 상면부(51a)의 정상부(51g)를 컬러 필터층(53)의 하면에 접촉하도록 형성함으로써, 렌즈(51)의 상면부(51a)의 정상부(51g)와 컬러 필터층(53)의 하면 사이의 거리를 0으로 할 수 있기 때문에, 고체 촬상 소자(42)의 높이 방향의 치수를 저감할 수 있다. 이에 의해, 반도체 기판(4)과 컬러 필터층(53) 사이에 렌즈(51)가 설치된 고체 촬상 장치를 소형화할 수 있다.
제3 실시예의 이 이외의 효과는, 상기한 제1 실시예에 따른 효과와 마찬가지이다.
다음으로, 도 24∼도 26을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 촬상 소자(42)의 제조 프로세스에 대하여 설명한다.
우선, 제3 실시예에서는, 상기한 제1 실시예의 도 10∼도 15와 마찬가지의 공정에 의해, 위로 볼록 형상의 상면부(51a)를 갖는 복수의 렌즈(51)와, 렌즈(51)의 하방의 부분을 형성한다. 이 후, 도 26에 도시한 바와 같이, 스핀 코팅법을 이용하여, 렌즈(51)의 인접하는 2개의 볼록 형상의 경계부(51e)를 매립함과 함께, 렌즈(51)의 상면부(51a)의 정상부(51g) 이외의 영역을 피복하도록, 아크릴 수지로 이루어지는 수지층(52)을 형성한다. 이 때, 스핀 코팅법의 회전수를 조절함으로써, 렌즈(51)의 상면부(51a)의 정상부(51g)와 동일한 높이 위치에 평탄화된 수지층(52)의 상면부(52a)를 형성한다. 이 후, 렌즈(51)의 상면부(51a)의 정상부(51g)와 수 지층(52)의 상면부(52a) 상에, 약 300㎚∼약 1000㎚의 두께를 갖는 컬러 필터층(53)을 형성한다. 이와 같이 하여, 도 24 및 도 25에 도시한 제3 실시예에 따른 고체 촬상 소자(42)가 형성된다.
또한, 금회 개시된 실시예는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니다고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시예의 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 나타내며, 또한 특허 청구 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들면, 상기 제3 실시예에서는, 인터 라인형 CCD의 고체 촬상 소자에서, 렌즈의 상면부의 정상부를 컬러 필터층의 하면에 접촉시키도록 구성하였지만, 본 발명은 이에 한하지 않고, 프레임 트랜스퍼형 CCD 등의 다른 형식의 고체 촬상 소자에 있어서, 렌즈의 상면부의 정상부를 컬러 필터층의 하면에 접촉시키도록 구성해도 된다.
또한, 상기 제3 실시예에서는, 복수의 렌즈의 상면부의 정상부가 모두 컬러 필터층의 하면에 접촉하도록 구성한 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 복수의 렌즈의 상면부의 정상부 중, 임의의 렌즈의 상면부의 정상부만이 컬러 필터층의 하면에 접촉함과 함께, 그 밖의 렌즈의 상면부의 정상부가 컬러 필터층의 하면에 접촉하지 않도록 구성해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 평탄화층 또는 절연막의 상면을 CMP법을 이용하여 평탄화하는 예를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 에칭을 행함으로써 평탄화층 또는 절연막의 상면을 평탄화해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 실리콘 산화막으로 이루어지는 평탄화층 또는 절연막을 형성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 실리콘 질화막으로 이루어지는 평탄화층 또는 절연막을 형성하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 수광부에 집광하기 위한 렌즈로서 컬러 필터층과 반도체 기판 사이에 형성된 렌즈(이너 렌즈)만을 설치하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 컬러 필터층과 반도체 기판 사이에 형성된 렌즈(이너 렌즈) 외에, 또한, 컬러 필터층 상에 각 수광부에 대응한 복수의 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈를 설치해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 아크릴 수지를 이용하여 렌즈의 상면부를 피복하도록 수지층을 형성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 아크릴 수지 이외의 수지 재료를 이용하여 렌즈의 상면부를 피복하도록 수지층을 형성해도 된다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시예에서는, CMP법을 이용하여 수지층의 상면을 평탄화함과 함께, 렌즈의 상면부에 평탄한 상단면부를 형성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 에칭을 행함으로써 수지층의 상면을 평탄화함과 함께, 렌즈의 상면부에 평탄한 상단면부를 형성하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는, CCD에 본 발명을 적용한 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, CMOS 센서 등의 다른 종류의 고체 촬상 장치에 본 발명을 적용해도 된다. CMOS 센서 등의 다른 종류의 고체 촬상 장치에 본 발명을 적용한 경우에도, 고체 촬상 장치를 소형화할 수 있는 등의 상기 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 복수의 렌즈를 연속한 1개의 층으로 이루어지도록 구성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 복수의 렌즈를 연속한 1개의 층으로 이루어지는 부분과, 그 이외의 다른 층으로 이루어지는 부분을 포함하도록 구성해도 된다.
또한, 상기 제1 실시예에서는, 차광 부재를 Al을 포함하는 재료로 형성함과 함께, 제2 실시예에서는, 차광 부재를 W를 포함하는 재료로 형성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 차광 부재를 Al 또는 W 중 어느 한쪽을 포함하는 재료로 형성해도 된다.
본 발명에 따르면, 기판과 컬러 필터층 사이에 렌즈가 설치된 구조에서, 소형화를 도모하는 것이 가능한 고체 촬상 장치를 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 기판에 형성된 수광부와,
    상기 기판 상에 형성된 컬러 필터층과,
    상기 기판과 상기 컬러 필터층 사이에 형성되며, 상기 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비하고,
    상기 렌즈는, 위로 볼록 형상의 상면부를 가짐과 함께, 상기 상면부의 상단부가 상기 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉하며,
    상기 렌즈의 상면부의 상단부 이외의 영역을 피복하도록 형성되며, 상기 렌즈의 상면부의 상단부와 실질적으로 동일한 높이를 갖는 실질적으로 평탄한 상면부를 갖는 수지층을 더 구비하고,
    상기 컬러 필터층은, 상기 렌즈의 상면부의 상단부와 상기 수지층의 상면부 상에 형성되어 있는 고체 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수지층은, 아크릴 수지를 포함하는 재료로 이루어지는 고체 촬상 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컬러 필터층은, 수지 재료로 이루어지는 고체 촬상 장치.
  5. 기판에 형성된 수광부와,
    상기 기판 상에 형성된 컬러 필터층과,
    상기 기판과 상기 컬러 필터층 사이에 형성되며, 상기 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비하고,
    상기 렌즈는, 위로 볼록 형상의 상면부를 가짐과 함께, 상기 상면부의 상단부가 상기 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉하며,
    상기 렌즈의 상면부의 상단부는, 상기 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉하는 실질적으로 평탄한 상단면부를 포함하는 고체 촬상 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈의 상면부는, 실질적으로 평탄한 부분을 갖지 않는 상단부를 포함하고,
    상기 상면부의 상단부는, 상기 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉하는 고체 촬상 장치.
  7. 기판에 형성된 수광부와,
    상기 기판 상에 형성된 컬러 필터층과,
    상기 기판과 상기 컬러 필터층 사이에 형성되며, 상기 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비하고,
    상기 렌즈는, 위로 볼록 형상의 상면부를 가짐과 함께, 상기 상면부의 상단부가 상기 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉하며,
    상기 렌즈는, 렌즈 중심이 상기 수광부의 중심에 대하여 소정 거리 어긋나게 배치되어 있는 고체 촬상 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    인접하는 2개의 상기 수광부 사이의 영역에서, 또한, 상기 기판과 상기 렌즈 사이의 영역에 형성된 차광 부재를 더 구비하고,
    상기 렌즈의 하단부는, 상기 차광 부재의 상단부보다 위에 배치되어 있는 고체 촬상 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차광 부재는 Al를 포함하는 재료로 이루어지는 고체 촬상 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 차광 부재는 W를 포함하는 재료로 이루어지는 고체 촬상 장치.
  11. 기판에 형성된 수광부와,
    상기 기판 상에 형성된 컬러 필터층과,
    상기 기판과 상기 컬러 필터층 사이에 형성되며, 상기 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비하고,
    상기 렌즈는, 위로 볼록 형상의 상면부를 가짐과 함께, 상기 상면부의 상단부가 상기 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉하며,
    인접하는 2개의 상기 수광부 사이의 영역에서, 또한, 상기 기판과 상기 렌즈 사이의 영역에 형성된 차광 부재를 더 구비하고,
    상기 렌즈의 하단부는, 상기 차광 부재의 상단부보다 위에 배치되어 있고,
    상기 차광 부재의 상단부와 동등 이상의 높이를 갖는 실질적으로 평탄한 상면을 갖는 평탄화층을 더 구비하고,
    상기 렌즈는, 상기 평탄화층의 상면 상에 형성되어 있는 고체 촬상 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 평탄화층은, 상기 차광 부재를 피복하도록 형성되어 있는 고체 촬상 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 평탄화층은, 상기 차광 부재의 측면 및 하면을 피복하도록 형성되며,
    상기 차광 부재의 상단부와 상기 평탄화층의 상면은 실질적으로 동일한 높이 를 갖는 고체 촬상 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 수광부에서 얻어진 전하 신호를 전송하기 위한 전송 게이트를 더 구비하고,
    상기 차광 부재는, 상기 전송 게이트의 상방을 피복하도록 형성되어 있는 고체 촬상 장치.
  15. 기판에 형성된 수광부와,
    상기 기판 상에 형성된 컬러 필터층과,
    상기 기판과 상기 컬러 필터층 사이에 형성되며, 상기 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비하고,
    상기 렌즈는, 위로 볼록 형상의 상면부를 가짐과 함께, 상기 상면부의 상단부가 상기 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉하며,
    복수의 상기 수광부에 의해 상기 기판에 형성된 수광 영역을 더 구비하고,
    상기 렌즈는, 상기 복수의 수광부 각각에 대응하도록 복수 설치되며,
    상기 수광 영역의 단부 근방에서의 상기 렌즈의 렌즈 중심과, 대응하는 상기 수광부의 중심 사이의 어긋남량은, 상기 수광 영역의 중앙부 근방에서의 상기 렌즈의 렌즈 중심과, 대응하는 상기 수광부의 중심 사이의 어긋남량에 비해 큰 고체 촬상 장치.
  16. 기판에 형성된 수광부와,
    상기 기판 상에 형성된 컬러 필터층과,
    상기 기판과 상기 컬러 필터층 사이에 형성되며, 상기 수광부에 광을 집광하기 위한 렌즈를 구비하고,
    상기 렌즈는, 위로 볼록 형상의 상면부를 가짐과 함께, 상기 상면부의 상단부가 상기 컬러 필터층의 하면에 실질적으로 접촉하며,
    복수의 상기 수광부에 의해 상기 기판에 형성된 수광 영역을 더 구비하고,
    상기 렌즈의 렌즈 중심과, 대응하는 상기 수광부의 중심 사이의 어긋남량은, 상기 수광 영역의 중앙부 근방으로부터 상기 복수의 수광부가 배치되는 방향을 따라 상기 수광 영역의 단부로 감에 따라 서서히 커지도록 구성되어 있는 고체 촬상 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 수광부와 사출 동공 사이의 거리를 L로 하고, 상기 수광부의 상면의 높이 위치로부터 인접하는 2개의 상기 렌즈의 경계부의 높이 위치까지의 거리보다 크며, 상기 수광부의 상면의 높이 위치로부터 상기 렌즈의 렌즈 중심의 높이 위치까지의 거리보다 작은 임의의 거리를 h로 하고, 상기 수광 영역 내의 임의의 상기 수광부의 중심과 상기 수광 영역의 중심 사이의 거리를 a로 한 경우에, 상기 렌즈의 렌즈 중심과, 대응하는 상기 수광부의 중심 사이의 어긋남량은, a×h/L로 표시되는 식에 의해 구해지는 고체 촬상 장치.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈는, 복수 설치되며,
    상기 복수의 렌즈는, 연속한 1개의 층으로 이루어지는 부분을 포함하는 고체 촬상 장치.
  19. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈는 SiN을 포함하는 재료로 이루어지는 고체 촬상 장치.
  20. 제2항에 있어서,
    상기 컬러 필터층 상에 설치된 광학 렌즈를 더 구비하는 고체 촬상 장치.
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