KR19980039148A - 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 스미어 현상의 발생을 억제하고 소자의 감도를 향상시킬 수 있도록한 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 광전 변환 영역들과 전하 전송 영역을 포함하는 반도체 기판상에 형성된 제1평탄층과, 상기의 제1평탄층상에 형성되는 칼라필터층과, 상기 칼라 필터층상에 각각의 광전 변환 영역에 대응하여 오목렌즈형태의 함몰부들을 갖고 형성되는 제2평탄층과, 상기 제2평탄층의 함몰부를 완전 매립하고 그 상측은 반구면 형태로 돌출되어 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하여 구성된다.

Description

고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 스미어 현상의 발생을 억제하고 소자의 감도를 향상시킬 수 있도록한 고체 촬상 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 고체 촬상 소자에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도1a내지 도1e는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 공정 단면도이다.

종래 기술의 고체 촬상 소자는 먼저, 도 1a에서와 같이, 빛에 관한 영상 신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 PD(2) 및 상기의 PD(2)영역에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하기 위한 VCCD(3)를 구비한 흑백 고체 촬상 소자(1)의 전면에 평탄화용 절연 물질을 사용하여 제 1 평탄층(4)을 형성한다.

그리고 도 1b에서와 같이, 각각의 PD(2)에 대응되는 제 1 평탄층(4)상에 제1 염색층(5), 제 2 염색층(6), 제 3 염색층(7)을 차례로 형성한다.

상기 각각의 염색층들은 서로 다른 파장의 빛을 통과시킨다.

염색층은 가염성 레지스트를 도포하고 노광 및 현상하여 특정 PD(2)들의 상측에만 남도록 패터닝한 후, 염색 및 고착 공정으로 형성한다.

이어, 도 1c에서와 같이, 상기의 제 1 염색층(5), 제 2 염색층(6), 제 3 염색층(7)으로 이루어진 칼라필터층을 포함하는 전면에 제 2 평탄층(8)을 형성한다.

그리고 도 1d에서와 같이, 상기 각각의 PD(2)에 대응되는 제 2 평탄층(8)상에 빛을 접속시키기 위한 마이크로 렌즈(9)를 형성한다.

이어, 도 1e에서와 같이, 상기의 제 2 평탄층(8), 제 1 평탄층(4)을 선택적으로 제거하여 PAD(10)를 오픈시킨다.

상기와 같이 구성된 종래 기술의 고체 촬상 소자는 마이크로 렌즈(9)에 의해 접속되어 제 1, 2, 3 염색층(5)(6)(7)의 칼라필터층을 통과하면서 특정 파장의 빛만이 PD(2)영역으로 조사된다.

상기의 입사된 빛에 해당하는 영상 전하를 PD(2)에서 생성하게되고, 그 영상전하는 VCCD(3)에 의해 수직한 방향으로 전송된다.

전송된 영상 전하는 다시 HCCD(도면에 도시하지 않음)를 거쳐 수평 방향으로 전송되어 HCCD 끝단의 플로팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변회로로 전송된다.

종래 기술의 고체 촬상 소자는 마이크로 렌즈에 의해 빛을 집광시켜 감도를 향상시킬 수 있으나 마이크로 렌즈의 엣지부분으로 입사하는 빛과 사광은 PD부분으로 정확하게 집속되지 않아 해당 PD로 입사되지 않고 VCCD부분으로 조사되거나 다른 PD로 입사될 수 있다.

그러므로 스미어 현상의 발생과 감도의 저하를 가져오는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 마이크로 렌즈 하측의 평탄층을 오목한 형태로 식각하여 빛의 경로를 조절할 수 있도록하여 스미어 현상의 발생을 억제하고 소자의 감도를 향상시킬 수 있도록 한 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1a내지 도1e는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 공정 단면도

도2a내지 도2g는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 흑백 고체 촬상 소자 22 : PD 23 : VCCD

24 : 제 1 평탄층 25 : 제 1 염색층 26 : 제 2 염색층

27 : 제 3 염색층 29 : 포토레지스트 30 : 제 2 평탄층

31 : 마이크로 렌즈 31 : PAD

스미어 현상의 발생을 억제하고 소자의 감도를 향상시킬 수 있도록한 본 발명의 고체 촬상 소자는 반도체 기판에 광전 변환 영역들 그리고 그들에서 생성된 전하를 일 방향으로 전송하는 전하 전송 영역을 구비한 고체 촬상 소자에 있어서, 상기의 광전 변환 영역들과 전하 전송 영역을 포함하는 반도체 기판상에 형성된 제 1 평탄층과, 상기의 제 1 평탄층상에 형성되는 칼라필터층과, 상기 칼라필터층상에 각각의 광전 변환 영역애 대응하여 오목 렌즈형태의 함몰부들을 갖고 형성되는 제 2 평탄층과, 상기 제 2 평탄층의 함몰부를 완전 매립하고 그 상측은 반구면 형태로 돌출되어 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a내지 도 2g는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도이다.

본 발명의 고체 촬상 소자는 마이크로 렌즈를 형성하기 전에 그 하측의 평탄층을 오목하게 식각하여 입사되는 빛의 굴절율을 변화시켜 마이크로 렌즈의 엣지부분으로 들어오는 빛과 사광이 정확하게 PD부분으로 조사되도록한 것으로 그 구조는 다음과 같다.

반도체 기판에 광전 변환 영역들 그리고 그들에서 생성된 전하를 일 방향으로 전송하는 전하 전송 영역을 구비한 흑백 고체 촬상 소자(21)의 전면에 형성된 제 1 평탄층(24)과, 상기의 제 1 평탄층(24)상에 형성되는 제 1, 2, 3염색층(25)(26)(27)과, 상기 제 1, 2, 3 염색층(25)(26)(27)으로 이루어진 칼라필터층상에 각각의 광전 변환 영역에 대응하여 오목 렌즈형태의 함몰부들을 갖고 형성되는 제 2 평탄층(30)과, 상기 제 2 평탄층(30)의 함몰부를 완전 매립하고 그 상측은 반구면 형태로 돌출되어 형성되는 마이크로 렌즈(31)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 다음과 같다.

먼저, 도 2a에서와 같이, 빛에 관한 영상신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 PD(22) 및 상기의 PD(22)영역에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하기 위한 VCCD(23)등을 구비한 흑백 고체 촬상 소자(21)의 전면에 평탄화용 절연 물질을 사용하여 제 1 평탄층(24)을 형성한다.

그리고 도 2b에서와 같이, 상기의 제 1 평탄층(24)상의 전면에 가염성 레지스트(도면에 도시하지 않음)를 도포한후 선택적으로 노광을 하고 현상을 하여 제 1 염색층(25)의 패턴을 형성한다.

이어, 염색액을 사용하여 염색을 하고 고착 공정을 한다.

그리고 전면에 가염성 레지스트(도면에 도시되지 않음)를 다시 도포하고 선택적으로 노광 및 현상 공정을 하여 제 2 염색층(26)의 패턴을 형성한다.

이어, 염색액을 사용하여 염색 공정을 하고 고착 공정을 한다.

그리고 상기의 제 1 염색층(25), 제 2 염색층(26)이 형성된 전면에 다시 가염성 레지스트(도면에 도시되지 않음)를 도포하고 선택적으로 노광 및 현상 공정을 실시하여 제 3 염색층(27)의 패턴을 형성한다.

이어, 염색액을 사용하여 염색 공정을 하고 고착 공정을 한다.

그리고 도 2c에서와 같이, 상기의 제 1 염색층(25), 제 2 염색층(26), 제 3 염색층(27)으로 이루어진 칼라필터층을 포함하는 전면에 제 2 평탄층(28)을 형성한다.

이어, 도 2d에서와 같이, 상기 제 2 평탄층(28)상에 포토 레지스트(29)를 도포하고 상기의 VCCD(23)상층의 일부에만 남도록 패터닝한다.

그리고 도 2e에서와 같이, 상기의 패터닝 되어진 포토 레지스트(29)를 마스크로 하여 상기의 제 2 평탄층(30)을 등방성 식각하여 오목 렌즈를 형성한다.

이때, 상기의 오목 렌즈의 너비는 0.5 ∼ 10μm 크기로 형성한다.

이어, 도 2f에서와 같이, 상기의 오목 렌즈를 포함하는 제 2 평탄층(30)상에 마이크로 렌즈층을 형성하고 각각의 PD(22)에 대응하여 그 상측에만 남도록 패터닝하고 리플로우 공정을 하여 볼록 렌즈 형태의 마이크로 렌즈(31)를 형성한다.

오목 렌즈 형태의 함몰부에 마이크로 렌즈(31)를 형성하므로 마이크로 렌즈(31)가 반구면 형태가 아닌 타원 모양의 구면형태를 갖는다.

이때, 제 2 평탄층(30)과 마이크로 렌즈(31)를 형성하기 위한 물질은 제 2 평탄층(30)의 굴절율보다 마이크로 렌즈(31)의 굴절율이 더 큰값을 갖는 것을 선택하여 사용한다.

그리고 도2g에서와 같이, 상기의 제 2 평탄층(30), 제 1 평탄층(24)을 선택적으로 제거하여 PAD(32)를 오픈시킨다.

상기와 같이 공정으로 형성된 본 발명의 고체 촬상 소자는 마이크로 렌즈(31)에 의해 빛이 접속되어 제 1, 2, 3 염색층(25)(26)(27)의 칼라필터층을 통과하면서 특정 파장의 빛만이 PD(22)영역으로 조사된다.

상기의 입사된 빛에 해당하는 영상 전하를 PD(22)에서 생성하게되고, 그 영상 전하는 VCCD(23)에 의해 수직한 방향으로 전송된다.

전송된 영상 전하는 다시 HCCD(도면에 도시하지 않음)를 거쳐 수평 방향으로 전송되어 HCCD 끝단의 플로팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변회로로 전송된다.

상기의 마이크로 렌즈(31)를 통과한 빛은 오목 렌즈 형태의 함몰부와 볼록렌즈 형태의 마이크로 렌즈(31)에 의해 굴절율이 조절되어 사광 또는 마이크로 렌즈(31)의 엣지 부분으로 입사되는 빛이 정확하게 PD(22)부분으로 입사된다.

본 발명의 고체 촬상 소자는 빛을 접속시키는 부분이 오목 렌즈 형태의 함몰부와 볼록 렌즈 형태의 마이크로 렌즈가 결합되어 있어 입사되는 빛의 경로를 조절할 수 있으므로 스미어 현상의 발생을 막고, 소자의 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 반도체 기판에 광전 변환 영역들 그리고 그들에서 생성된 전하를 일 방향으로 전송하는 전하 전송 영역을 구비한 고체 촬상 소자에 있어서, 상기의 광전 변환 영역들과 전하 전송 영역을 포함하는 반도체 기판상에 형성된 제 1 평탄층과, 상기의 제 1 평탄층상에 형성되는 칼라필터층과, 상기 칼라필터층상에 각각의 광전 변환 영역에 대응하여 오목 렌즈형태의 함몰부들을 갖고 형성되는 제 2 평탄층과, 상기 제 2 평탄층의 함몰부를 완전 매립하고 그 상측은 반구면 형태로 돌출되어 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
2. 제 1 항에 있어서, 칼라필터층은 임의의 3개의 광전 변환영역에 각각 하나씩 대응하여 형성되는 제 1 염색층, 제 2 염색층, 제 3 염색층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
3. 제 2 항에 있어서, 제 1, 2, 3 염색층은 각각 서로 다른 파장의 빛을 통과시키는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
4. 광전 변환 영역 및 그 영역에서 생성된 전하를 일방향으로 전송하기 위한 전하 전송 영역을 구비한 반도체 기판의 전면에 제 1 평탄층을 형성하는 공정과, 상기의 제 1 평탄층상에 선택적으로 제 1, 2, 3 염색층을 형성하는 공정과, 상기의 제 1, 2, 3 염색층을 포함하는 전면에 제 2 평탄층을 형성한후 상기 제 2 평탄층상에 포토 레지스트를 도포하고 광전 변환 영역에 대응하는 부분이 제거되도록 패터닝하는 공정과, 상기의 패터닝되어진 포토 레지스트를 마스크로 하여 제 2 평탄층에 오목 렌즈 형태의 함몰부들을 형성하는 공정과, 상기의 함몰부를 포함하는 제 2 평탄층상에 각각의 광전 변환 영역에 대응하여 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 제 2 평탄층과 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 물질은 제 2 평탄층의 굴절율보다 마이크로 렌즈의 굴절율이 더 큰값을 갖는 것을 선택하여 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
6. 제 4 항에 있어서, 제 2 평탄층에 형성되는 오목 렌즈 형태의 함몰부는 0.5∼1μm 너비로 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
7. 제 4 항에 있어서, 상기의 제 2 평탄층, 제 1 평탄층을 선택적으로 제거하여 PAD부를 오픈하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.