KR19980027049A - Non-Contact Semiconductor Imaging Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 기판상부에 형성되어 입사광을 신호 전하로 변환시키는 수광소자와, 상기 수광소자와 반도체 기판상부에 적층되어 반도체기판을 절연시키며 수광소자 상부에서의 두께가 수광소자 이외의 부분보다 얇은 절연막과, 상기 절연막 상부에 존재하여 수광소자 상부 이외의 빛을 차광하며 수광소자상부에서 절연막의 두께 감소로 형성되는 절연막의 우물 영역의 벽면을 덮으며 우물 영역의 바닥 부분에 수광소자로 빛이 통과할 수 있도록 개구부를 제공하도록 형성된 차광막으로 구성되는 복수 개의 수광부를 포함하여 구성된 것으로서, 자체적으로 초점(Self Focusing)기능을 가지므로 직접 조사 방식에서 광원부와 대상체사이에 초점 기능을 부가하기 위한 별도의 장치가 필요하지 않은 비접촉형 반도체 촬영 소자에 관한 것이다.The present invention provides a light-receiving element formed on a semiconductor substrate to convert incident light into a signal charge, and an insulating film stacked on the light-receiving element and a semiconductor substrate to insulate the semiconductor substrate and having a thickness above the light-receiving element thinner than portions other than the light receiving element. And is disposed above the insulating film to shield light other than the upper part of the light receiving element, and covers the wall surface of the well region of the insulating layer formed by reducing the thickness of the insulating layer on the light receiving element and allows light to pass through the light receiving element at the bottom of the well region. It includes a plurality of light-receiving unit consisting of a light shielding film formed to provide an opening so as to have an opening, and has a self-focusing function so that a separate device for adding a focusing function between a light source unit and an object in a direct irradiation method is provided. A non-contact type semiconductor imaging device is not required.
Description
본 발명은 반도체 촬영 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수광소자의 상부에 수직입사광만을 받아들일 수 있도록 차광막을 형성하여 자체적으로 초점(Self Focusing)기능을 가지는 직접 조사 방식 비접촉형 반도체 촬영 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor imaging device, and more particularly, to a direct irradiation type non-contact semiconductor imaging device having a self-focusing function by forming a light shielding film to receive only vertical incident light on an upper portion of a light receiving device. will be.
도 3 은 반도체 촬영 소자의 응용예를 도시한 것으로서, 이는 일반적인 포토필름(30)을 모터로 구동되는 핀치롤러(20)로 진행시키면서 광원 모듈(40)과 선형 촬영 소자(Linear Image Sensor)(30)로 화상 정보를 순차적으로 읽어 내는 장치를 보인 것이다. 이러한 장치는 포토필름에 촬영된 정보를 간단하면서도 고해상도로 계수화하여 PC등으로 전송할 수 있는 가능성을 제시한다.FIG. 3 illustrates an example of an application of a semiconductor photographing device, which is a light source module 40 and a linear image sensor 30 while driving a general photo film 30 to a pinch roller 20 driven by a motor. Shows a device that reads image information sequentially. Such a device presents the possibility of digitizing information photographed on a photo film in a simple and high resolution and transmitting it to a PC.
이러한 장치에서 비록 직접 조사 방식이라 하더라도 광원 모듈(40)과 센서 사이는 센서의 단위화소 크기에 비하여 수십배 이상의 간격이 있게 되며, 이에 따라 일반적인 센서라면 광원 모듈(40)에서 포토필름(30)까지 평행 광선을 만들어 주어야 한다. 일반적인 광원 모듈(40)이라면 균일성을 향상시켜야 하므로 광원 표면에 확산미러를 사용하므로 빛은 그림에서 보인 바와 같이 평행 성분 이외에 거의 모든 방향으로 퍼지게 된다. 따라서, 이를 다시 집광시키기 위한 렌즈 구조가 포토필름(30)과 센서 사이에 추가되는 것이 보통이며, 이러한 렌즈 구조는 고 해상도를 얻기에 충분하도록 정밀하여야 하므로 전체 장치의 가격을 높이는 요소로 작용한다.In such a device, even if the direct irradiation method, the light source module 40 and the sensor is spaced several tens of times or more than the unit pixel size of the sensor, according to the conventional sensor from the light source module 40 to the photo film 30 in parallel Make a ray. If the general light source module 40 is to improve the uniformity, since the diffusion mirror is used on the light source surface, light is spread in almost all directions other than parallel components as shown in the figure. Therefore, it is common that a lens structure for condensing it again is added between the photo film 30 and the sensor, and this lens structure has to be precise enough to obtain high resolution, thereby acting as a factor in raising the cost of the entire apparatus.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 결점을 해소하기 위하여 창출한 것으로서, 본 발명의 목적은 자체적으로 초점(Self Focusing)기능을 가지는 직접 조사 방식 비접촉형 반도체 촬영 소자를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks, and an object of the present invention is to provide a direct irradiation type contactless semiconductor photographing device having a self focusing function.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 직접 조사 방식 비접촉형 반도체 촬영 소자는, 반도체 기판상부에 형성되어 입사 광을 신호 전하로 변환시키는 수광소자와, 상기 수광소자와 반도체 기판상부에 적층되어 반도체기판을 절연시키며 수광소자 상부에서의 두께가 수광소자 이외의 부분보다 얇은 절연막과, 상기 절연막 상부에 존재하여 수광소자 상부 이외의 빛을 차광하며 수광소자상부에서 절연막의 두께 감소로 형성되는 절연막의 우물 영역의 벽면을 덮으며 우물 영역의 바닥 부분에 수광소자로 빛이 통과할 수 있도록 개구부를 제공하도록 형성된 차광막으로 구성되는 복수 개의 수광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a direct irradiation type non-contact type semiconductor imaging device according to the present invention includes a light receiving element formed on a semiconductor substrate and converting incident light into a signal charge, and stacked on the light receiving element and a semiconductor substrate. An insulating film that insulates the substrate and is thinner than the portion other than the light receiving element, and is formed over the insulating layer to shield light other than the upper portion of the light receiving element, and is formed by reducing the thickness of the insulating layer on the light receiving element. And a plurality of light receiving parts covering a wall surface of the area and configured to provide an opening in the bottom portion of the well area so that light can pass through the light receiving element.
도 1 은 본 발명에 따른 비접촉형 반도체 촬영 소자의 제조 공정을 나타낸 도면.1 is a view showing a manufacturing process of a non-contact semiconductor imaging device according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 의한 비접촉형 반도체 촬영 소자를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing a non-contact semiconductor imaging device according to the present invention.
도 3 은 반도체 촬영 소자의 응용예를 도시한 도면.3 illustrates an application example of a semiconductor imaging device.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10...반도체 촬영 소자 11...반도체 기판10 ... semiconductor imaging element 11 ... semiconductor board
12....수광소자 13...절연막12..Receiving element 13 ... Insulation film
14....차광막14 .... shading film
이하, 예시된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the illustrated drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 비접촉형 반도체 촬영 소자의 제조 공정을 나타낸 도면. 이고, 도 2 는 본 발명에 의한 비접촉형 반도체 촬영 소자를 나타낸 단면도.1 is a view showing a manufacturing process of a non-contact semiconductor imaging device according to the present invention. 2 is a cross-sectional view showing a non-contact semiconductor imaging device according to the present invention.
도 1 및 2에서 수광소자(12)는 입사된 빛을 신호 전하로 변환시키는 부분으로서 p-n접합이나 MOS구조로 이루어진다. 촬영 대상 체인 포토필름(30)의 패턴을 인식하기 위해서는 빛을 이 수광소자(12)로 입사되어야만 하므로 수광소자(12)의 반복 간격인 P가 결국 최소 해상 길이가 된다. 그리고, 차광막(14)은 빛을 차단시킬 수 있는 금속 등의 물질로 형성되어 수광소자(12)이외의 구조로 입사되는 빛을 차광시켜서 잡음 신호를 제거하는 역할을 하며, 일반적으로 반도체에 전기적 신호를 연결하기 위한 금속배선층을 형성할 때에 동시에 형성시키거나 혹은 최종 공정 후에 추가로 상부에 빛을 차단시킬 수 있는 막을 형성할 수도 있다. 이 차광막(14)의 하부에는 절연막(13)이 존재하여 반도체 기판(11)과 절연시키며 일반적인 반도체 공정에서 반도체 하부구조를 습기 등의 침해로부터 보호하기 위하여 사용되는 보호막이 이 절연막(13)의 일부로 포함될 수도 있다.1 and 2, the light receiving element 12 converts incident light into signal charge and is formed of a p-n junction or an MOS structure. Since light must be incident on the light receiving element 12 in order to recognize the pattern of the photographic chain photo film 30, P, which is a repetitive interval of the light receiving element 12, becomes a minimum resolution length. In addition, the light shielding film 14 is formed of a material such as a metal that can block light, and serves to remove noise signals by shielding light incident to a structure other than the light receiving element 12, and generally to electrical signals to a semiconductor. It may be formed at the same time when forming a metal wiring layer for connecting the or may further form a film that can block the light further after the final process. An insulating film 13 exists below the light shielding film 14 to insulate the semiconductor substrate 11, and a protective film used to protect the semiconductor substructure from invasion of moisture or the like in a general semiconductor process is part of the insulating film 13. May be included.
상기 차광막(14)은 수광소자(12) 상부에서 일정 이상의 깊이를 이루도록 우물 형태를 이루고 그 우물 바닥에 해당하는 부분의 차광막(14)이 제거되어 빛을 받아들일 수 있도록 되어 있다는 것이다. 이러한 구성은 차광막(14)을 형성하기 전에 두꺼운 절연막(13)을 반도체 기판(11)상부에 형성시키고, 수광소자(12)상부를 사진식각 공정과 이방성 식각공정을 사용하여 깊게 파낸 후에 금속 등의 차광막(14)을 적층하고 다시 사진식각 공정 후에 수광소자(12)의 상부의 차광막(14)만을 식각함으로써 구현할 수 있으며 이러한 공정은 통상의 반도체 공정에서 그리 어렵지 않게 진행할 수 있다.The light blocking film 14 forms a well on the light receiving element 12 to have a predetermined depth or more, and the light blocking film 14 corresponding to the bottom of the well is removed to receive light. This configuration forms a thick insulating film 13 on the semiconductor substrate 11 before forming the light shielding film 14, and digs the upper portion of the light receiving element 12 deeply by using a photolithography process and an anisotropic etching process. The light shielding film 14 may be stacked and again, after the photolithography process, only the light shielding film 14 on the light receiving element 12 may be etched. This process may be performed in a conventional semiconductor process without difficulty.
상기와 같은 구조를 가진 비접촉형 반도체 촬영 소자는 차광막(14)우물의 상부 구조와 하부 바닥 구조를 통과한 빛만이 수광소자(12)에 도달할 수 있으므로 하나의 수광소자(12)에서 감지할 수 있는 영역은 도 2에 도시된 촬영 대상 체인 포토 필름(30)중에서 WD에 해당하는 영역뿐이 된다. 직접 조사 방식에서는 축소나 확대가 없으므로 WD가 화소 사이의 간격 WP와 같은 때가 가장 이상적이다. 차광막(14)의 개구너비 WM, 개구부 상부의 절연막(13)의 두께 TO, 전체 절연막(13)의 두께를 TO+TP, 차광막(14)의 두께를 TM, 촬영 소자 표면과 촬영 대상 체인 포토필름(30)의 거리를 TD라고 할 때, 보호막과 절연막(13)의 굴절률을 무시하면 WD는 다음과 같이 나타난다.In the non-contact type semiconductor imaging device having the above structure, only light passing through the upper structure and the lower bottom structure of the light blocking film 14 can reach the light receiving element 12, so that it can be detected by one light receiving element 12. The area | region which exists is only the area | region corresponding to WD in the photographing target chain photo film 30 shown in FIG. In the direct irradiation method, there is no reduction or magnification, so it is ideal when the WD is equal to the spacing WP between pixels. The opening width WM of the light shielding film 14, the thickness TO of the insulating film 13 above the opening, the thickness of the entire insulating film 13 is TO + TP, the thickness of the light shielding film 14 is TM, the photographing element surface and the photographing target chain photofilm Assuming that the distance of 30 is TD, if the refractive indexes of the protective film and the insulating film 13 are ignored, WD appears as follows.
WM과 TD, TP 등을 조절하여 WD≤WP를 만족하도록 하면 각각의 수광소자(12)에 대하여 단위화소 배치 간격보다 작거나 같은 영역의 촬영 대상 체인 포토 필름(30)의 영상만 받아들이므로 별도의 렌즈 구조 없이 자동으로 초점 기능이 있는 영상 소자가 이루어지는 것이다.By adjusting WM, TD, and TP to satisfy WD≤WP, only the images of the photographic target chain photo film 30 in the area smaller than or equal to the unit pixel arrangement interval for each light receiving element 12 are received. Without the lens structure, the image element with the focus function is achieved automatically.
이와 같은 영상 소자의 수광부 구조를 도 3 와 같은 선형 영상 소자뿐만 아니라 면적형(Area Type) 영상 소자에도 마찬가지로 적용할 수 있음은 이 분야에 통상의 지식을 가진 사람이면 쉽게 알 수 있다.It can be easily understood by those skilled in the art that the structure of the light receiving unit of the image device can be similarly applied not only to the linear image device as shown in FIG. 3 but also to an area type image device.
상술한 본 발명에 의하면 비접촉형 반도체 촬영 소자가 자체적으로 초점(Self Focusing)기능을 가지므로 직접 조사 방식에서 광원부와 대상체사이에 초점 기능을 부가하기 위한 별도의 장치가 필요하지 않은 유용한 효과가 있다.According to the present invention described above, since the non-contact semiconductor imaging device has a self-focusing function, there is a useful effect that a separate device for adding a focus function between the light source unit and the object is not required in the direct irradiation method.
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