KR19990069943A - 고체촬상소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체촬상소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 제 1 도전형의 반도체기판에 제 2 도전형웰을 형성하고 상기 제 2 도전형웰 내의 소정 부분에 제 1 도전형의 불순물을 도핑하여 입사되는 빛의 파장에 따라 도핑 농도 최고치의 깊이를 조절하는 제 1 내지 제 3 포토다이오드를 형성하는 공정과, 상기 반도체기판 상의 소정 부분에 게이트절연막을 개재시켜 게이트를 형성하는 공정과, 상기 게이트를 덮는 절연층을 형성한 후 상기 절연층 상에 상기 게이트와 대응하는 부분에 부분적으로 차광층을 형성하는 공정과, 상기 절연층 상에 상기 차광층을 덮고 평탄화를 위한 제 1 평탄화층을 형성하고 상기 제 1 평탄화층 상의 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드와 대응하는 부분에 제 1 내지 제 3 칼라필터층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 평탄화층 상에 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층을 덮는 제 2 평탄화층을 형성하고 상기 제 2 평탄화층 상에 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드와 대응하는 부분에 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 구비한다. 따라서, 본 발명에 따른 고체촬상소자는 제 1 내지 제 3 포토다이오드를 도핑 농도 최대치의 깊이가 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드에 입사되는 빛의 세기가 최대가 되는 깊이와 일치하도록 형성하여 각각의 포토다이오드에 집광된 빛을 모두 전기적인 신호전하로 변환시킬 수 있어 색재현성을 강화시킬 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 고체촬상소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 각 파장에 따른 각각의 PD를 도핑 농도의 최대치가 되는 위치를 조절하여 색 재현성을 향상시킬 수 있는 고체촬상소자의 제조 방법에 관한 것이다.
고체촬상소자는 빛에 의해 전자를 발생시키고, 전하결합소자(Charge Coupled Device : 이하, CCD라 칭함)를 방향성을 가지도록 배열하고, 상기 전하결합소자에 의해 전송된 신호 전하를 검출하는 장치이다. 즉, 빛에 의하여 여기 된 전하들을 방향성을 가지는 CCD 어레이(array)를 통하여 전송한 다음, 전송된 신호를 증폭하여 소정의 출력 신호를 얻는 장치이다.
상술한 바와 같은 영상 신호를 전기 신호로 변환시켜 주는 장치인 고체촬상소자는 구조적인 면에서 포토다이오드(Photo Diode : 이하, PD라 칭함)와 수직전하전송영역(Vertical CCD : 이하, VCCD라 칭함)으로 구성된 단위 셀 어레이(Unit Cell Array)부, 수평전하전송영역(Horizontal CCD : 이하, HCCD라 칭함), 그리고, 신호검출부를 포함한다. 즉, PD에서 축적한 신호전하는 VCCD와 HCCD에 차례로 전달되어 신호검출부를 통해 출력된다.
일반적인 고체촬상소자는 마이크로 렌즈(micro lens : μ-lens)를 통하여 집속 된 광이 수광부인 PD에 닿으면 광전효과에 의해 발생된 전하가 PD 아래의 포텐셜 우물에 축적하게 된다. 상기의 축적된 전하는 트랜스퍼 게이트(Transfer Gate : TG)에 걸리는 전압에 의해 야기되는 포텐셜의 변화에 의해 전하 이동로인 VCCD로 전송된다. 전송된 전하는 VCCD를 통하여 순서대로 이동하다가 HCCD라는 보다 넓은 이동로를 따라 이동하게 되고, 결국 플로팅 게이트(Floating Gate : FG)의 포텐셜이 상하로 변하는 점을 이용하여 센싱(sensing)된 후, 드레인으로 방출된다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 고체촬상소자의 제조 방법을 도시하는 공정이다.
종래에는 도 1a에 나타낸 바와 같이 N형의 반도체기판(11)에 상기 반도체기판(11)과 도전형이 다른 P형의 불순물을 도핑하여 상기 반도체기판(11)의 내부에 P웰(12)을 형성한다. 그리고, 상기 반도체기판(11)의 상기 P웰(12)에 N형의 불순물을 도핑하여 입사되는 빛의 세기에 따라 신호전하를 발생시키는 광전변환부인 PD(13)를 다수 개 형성한다.
그리고, 도 1b에 나타낸 바와 같이 상기 반도체기판(11) 상에 일반적인 절연막, 또는, ONO(Oxide/Nitride/Oxide) 구조를 갖는 게이트절연막(15)을 형성한다. 상기 게이트절연막(15) 상의 소정 부분에 불순물이 도핑된 다결정실리콘을 사용하여 사이에 표면산화막(17)을 갖는 제 1 및 제 2 게이트(16)(18)를 형성하고, 상기 게이트절연막(15) 상에 상기 제 1 및 제 2 게이트(16)(18)를 덮는 절연층(19)을 형성한다. 그런 후에, 상기 절연층(19) 상에 금속 박막을 사용하여 상기 PD(13)와 대응하는 부분만 노출시키고 상기 제 1 및 제 2 게이트(16)(18)와 대응하는 부분의 빛을 차단하는 차광층(21)을 형성한다.
그런 다음에, 도 1c에 나타낸 바와 같이 상기 절연층(19) 상에 상기 차광층(21)을 덮어 상기 고체촬상소자를 평탄화 시키는 제 1 평탄화층(25)을 형성한다. 이어서, 상기 제 1 평탄화층(25) 상에 제 1 내지 제 3 칼라필터층(26)(27)(28)을 형성한다. 즉, 제 1 평탄화층(25) 상에 제 1 수지층을 형성하고 상기 제 1 수지층을 제 1 칼라로 염색 및 고착시켜 상기 소정 개의 PD(13)와 대응하는 부분에 제 1 칼라필터층(26)을 형성한다. 상기와 같은 공정을 반복 진행하여 소정 개의 PD(13)와 대응하는 제 2 및 제 3 칼라필터층(27)(28), 예를 들어 상기 제 1 칼라필터층(26)은 레드층, 제 2 칼라필터층(27)은 블루층, 그리고, 제 3 칼라필터층(28)은 그린층으로 제 1 평탄화층(25) 상에 삼색의 제 1 내지 제 3 칼라필터층(26)(27)(28)을 순차적으로 형성한다.
그런 다음으로 도 1d에 나타낸 바와 같이 상기 제 1 평탄화층(25) 상에 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층(26)(27)(28)을 덮는 제 2 평탄화층(29)을 형성한다. 이후, 상기 제 2 평탄화층(29) 상에 아크릴 계통의 수지인 마이크로 렌즈용 물질을 도포한 후, 도포된 마이크로 렌즈용 물질을 포토리쏘그래피 방법으로 식각하여 상기 다수 개의 PD(13)와 대응하는 제 2 평탄화층(29) 상에 마이크로 렌즈용 물질층을 형성한다. 이어서, 마이크로 렌즈용 물질층에 열에 의한 리플로우(reflow)공정을 진행하여 볼록렌즈 형태의 마이크로 렌즈(31)를 형성한다.
이 후, 남은 공정을 진행하여 고체촬상소자의 제조를 완료한다.
상기와 같이 제작된 고체촬상소자의 작동을 도 2를 참조로 설명하면 다음과 같다.
마이크로 렌즈(31)에 의해 집속된 광은 레드, 블루 및 그린의 제 1 내지 제 3 칼라필터층(26)(27)(28)을 통해 선택적으로 투과된다. 즉, 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층(26)(27)(28) 중에서 제 1 칼라필터층(26)은 마이크로 렌즈(31)에 의해 집속된 광 중에서 제 1 칼라(레드)에 대한 광만을 선택적으로 투과하여 다수 개의 PD(13) 중 상기 제 1 칼라필터층(26)과 대응하는 PD(13)에 인가하고, 제 2 칼라필터층(27)은 제 2 칼라(블루)에 대한 광만을 선택투과하여 상기 제 2 칼라필터층(27)과 대응하는 PD(13)에 인가하며, 제 3 칼라필터층(28)은 제 3 칼라(그린)에 대한 광만을 상기 제 3 칼라필터층(28)과 대응하는 PD(13)에 인가한다. 그리고, 각 PD(13)에 입사된 광은 광전변환되어 신호전하를 발생하고, 상기 PD(13)에 생성된 전하는 통상적인 고체촬상소자의 신호전송동작에 의해 VCCD(도시하지 않음)로 전송된 후 HCCD(도시되지 않음)로 전송된다. 이어서, HCCD로 전송된 신호전하는 소자 끝단의 플로팅 확산(floating diffusion)에 의해 전압으로 센싱된 후 증폭기(도시되지 않음)를 통해 증폭되어 주변 회로로 전송되어진다.
이와 같이 마이크로 렌즈에 의해 집속된 광은 칼라필터층을 거치면서 각 화소위의 정해진 칼라필터층에 해당되는 특정 파장대의 광만이 선택적으로 투과된다.
그러나, 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층 즉, 레드, 블루, 그리고, 그린필터층을 통과한 빛은 각기 다른 파장을 갖게 되고, 이 각기 다른 파장에 의해 기판에 입사된 빛의 세기가 최대가 되는 부분은 서로 달라지게 된다. 때문에 도핑 농도가 같은 상기 PD에 파장에 따라 빛의 세기가 최대가 되는 위치가 서로 다른 광이 각각의 PD에 집속되었을 때, 상기 각각의 PD는 이러한 광들을 모두 광전변환시키지 못하고 이런 변환되지 않은 광은 스미어로 작용할 수 있으며 감도를 저하시킬 뿐만아니라 색 재현성도 약화시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 PD의 도핑 농도의 최대치가 되는 부분을 깊이에 따른 빛의 세기와 일치시켜 칼라필터층을 통과한 각각의 파장을 갖는 빛을 모두 전하로 생성시킬 수 있는 고체촬상소자의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고체촬상소자의 제조 방법은 제 1 도전형의 반도체기판에 제 2 도전형웰을 형성하고 상기 제 2 도전형웰 내의 소정 부분에 제 1 도전형의 불순물을 도핑하여 레드, 그린 및 블루의 광을 전기적 신호로 변환하는 제 1 내지 제 3 포토다이오드를 형성하되 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드를 입사되는 빛의 파장에 따라 도핑 농도 최고치의 깊이를 조절하는 공정과, 상기 반도체기판 상의 소정 부분에 게이트절연막을 개재시켜 게이트를 형성하는 공정과, 상기 게이트를 덮는 절연층을 형성한 후 상기 절연층 상에 상기 게이트와 대응하는 부분에 부분적으로 차광층을 형성하는 공정과, 상기 절연층 상에 상기 차광층을 덮고 평탄화를 위한 제 1 평탄화층을 형성하고 상기 제 1 평탄화층 상의 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드와 대응하는 부분에 제 1 내지 제 3 칼라필터층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 평탄화층 상에 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층을 덮는 제 2 평탄화층을 형성하고 상기 제 2 평탄화층 상에 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드와 대응하는 부분에 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 구비한다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 고체촬상소자의 제조 방법을 도시하는 단면공정도.
도 2는 종래의 고체촬상소자의 작동을 설명하기 위해 도시한 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 고체촬상소자의 제조 방법을 도시하는 단면공정도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의해 제조된 고체촬상소자의 동작을 설명하기 위한 단면도.
도 5는 고체촬상소자에서 각 파장의 빛의 세기를 포토다이오드의 깊이에 따라 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
51 : 반도체기판 76 : 차광층
54, 55, 56 : 제 1 내지 제 3 포토다이오드
80, 81, 82 : 제 1 내지 제 3 칼라필터층
85 : 마이크로 렌즈
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 고체촬상소자의 제조 방법을 도시하는 단면도이다.
본 방법은 도 3a에 나타낸 바와 같이 N형의 반도체기판(51) 상에 상기 반도체기판(51)과 도전형이 다른 불순물을 이온주입하여 P웰(52)을 형성하고, N형의 불순물을 도핑하여 제 1 내지 제 3 PD(54)(55)(56)를 형성한다. 이때, 제 1 내지 제 3 PD(54)(55)(56)는 모두 동일한 접합(Junction) 깊이를 갖도록 형성하나 그 도핑 프로 파일(profile)은 각각 다르도록, 예를 들면, 제 1 PD(54)는 1.1㎛ 근처에서 도핑 농도가 최대치가 되고, 제 2 PD(55)는 약 1.2㎛에서 도핑 농도가 최대치가 되며 그리고, 제 3 PD(56)는 1.25㎛ 근처에서 도핑 농도가 최대치를 갖도록 세차례의 포토 공정을 진행하여 각각의 제 1 내지 제 3 PD(54)(55)(56)를 형성한다. 상기에서 제 1 내지 제 3 PD(54)(55)(56)의 모두 동일한 접합(Junction) 깊이를 갖도록 형성하는 것은 OFD(Over Flow Drain) 전류를 일정하게 유지하고 유니포미티(uniformity)를 좋게 하기 위한 목적이 있다.
그리고, 도 3b에 나타낸 바와 같이 상기 반도체기판(51) 상에 일반적인 절연막, 또는, ONO 구조를 갖는 절연막을 사용하여 게이트절연막(71)을 형성한다. 상기 게이트절연막(71) 상의 소정 부분에 불순물이 도핑된 다결정실리콘을 사용하여 사이에 표면산화막(73)을 갖는 제 1 및 제 2 게이트(72)(74)를 형성하고, 상기 게이트절연막(71) 상에 상기 제 1 및 제 2 게이트(72)(74)를 덮는 절연층(75)을 형성한다. 그런 후에, 상기 제 1 및 제 2 게이트(72)(74)과 대응하는 부분의 빛을 차단하도록 금속 박막을 이용하여 차광층(76)을 형성한다.
그런 다음에, 도 3c에 나타낸 바와 같이 상기 절연층(75) 상에 상기 차광층(76)을 덮어 상기 고체촬상소자를 평탄화 시키는 제 1 평탄화층(79)을 형성한다. 이어서, 상기 제 1 평탄화층(79) 상에 상기 제 1 내지 제 3 PD(54)(55)(56)와 대응하는 레드, 블루 및 그린의 제 1 내지 제 3 칼라필터층(80)(81)(82)을 형성한다. 상기에서 제 1 내지 제 3 칼라필터층(80)(81)(82)은 제 1 평탄화층(79) 상에 제 1 수지층을 형성하고 상기 제 1 수지층을 제 1 칼라로 염색 및 고착시켜 상기 제 1 PD(54)와 대응하는 부분에는 레드층인 제 1 칼라필터층(80)을 형성한다. 상기와 같은 공정을 반복 진행하여 상기 제 2 및 제 3 PD(55)(56)와 대응하는 부분에는 블루 및 그린으로 염색된 제 2 및 제 3 칼라필터층(81)(82)을 순차적으로 형성한다.
그런 후에, 도 3d에 나타낸 바와 같이 상기 제 1 평탄화층(79) 상에 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층(80)(81)(82)을 덮고 평탄한 제 2 평탄화층(83)을 형성한다. 이후, 상기 제 1 내지 제 3 PD(54)(55)(56)와 대응하는 제 2 평탄화층(83) 상에 마이크로 렌즈(85)를 형성하여 광을 집속할 수 있도록 한다.
이 후, 남은 공정을 진행하여 고체촬상소자의 제조를 완료한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의해 제조된 고체촬상소자의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
상기 마이크로 렌즈(85)에 의해 집속된 광은 레드, 블루 및 그린의 제 1 내지 제 3 칼라필터층(80)(81)(82)을 통과하여 선택적으로 투과된다. 즉, 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층(80)(81)(82) 중에서 제 1 칼라필터층(80)은 마이크로 렌즈(85)에 의해 집속된 광 중에서 제 1 칼라(레드)에 대한 광을 선택적으로 투과하여 레드 칼라의 빛이 상기 제 1 PD(54)의 도핑 농도가 최대치인 부분(1.1㎛ 부분)에 집광되고, 제 2 칼라필터층(81)에서는 제 2 칼라(블루)에 대한 광이 상기 제 2 PD(55)의 도핑 농도가 최대치인 부분(1.2㎛ 부분)에 집광되며, 제 3 칼라필터층(82)은 제 3 칼라(그린)에 대한 광이 상기 제 3 PD(56)의 도핑 농도가 최대치인 부분(1.25㎛ 부분)에 집광된다. 이렇게 집광된 레드, 블루 및 그린은 상기 도핑 농도의 최대치 위치가 각기 다른 제 1 내지 제 3 PD(54)(55)(56)에서 광전변환되어 전기적인 신호전하를 발생하고, 상기 제 1 내지 제 3 PD(54)(55)(56)의 고농도 영역에 생성된 전하는 통상적인 고체촬상소자의 신호전송동작에 의해 VCCD(도시하지 않음)로 전송된 후 HCCD(도시되지 않음)로 전송된다. 이어서, HCCD로 전송된 신호전하는 소자 끝단의 플로팅 확산에 의해 전압으로 센싱된 후 증폭기(도시되지 않음)를 통해 증폭되어 주변회로로 전송되어진다.
도 5는 고체촬상소자에서 각 파장의 빛의 세기를 PD의 깊이에 따라 도시한 그래프이다.
일정한 파장을 갖는 빛이 직사각형 구멍을 통과한 후 일정한 거리에서의 빛의 세기는 아래의 식과 같이 표시할 수 있다.
상기에서 I는 거리 R에서의 빛의 세기, k = 2π/λ 이며, 상기에서 λ는 빛의 파장이다. 이것을 PD가 위치하는 1.1 ∼ 1.5㎛ 깊이에서의 파장별로 빛의 세기를 나타낸 것이, 즉, 레드, 블루, 그리고, 그린 파장을 갖는 빛을 깊이 1.1 ∼ 1.5㎛에 따라 그 세기로 나타낸 것이 도 5의 그래프이다.
도 5의 그래프에서 보는 바와 같이 레드 파장은 1.1㎛ 근처에서 빛의 세기가 가장 크고, 블루는 약 1.2㎛에서, 그린은 1.25㎛ 근처에서 각각 빛의 세기가 가장 큰 것으로 나타난다. 그러므로 PD의 농도 및 위치가 모두 같은 종래에는 칼라필터층을 통과하여 집속된 모든 광이 빛의 세기가 가장 큰 부분에서는 미처 전하로 변환되지 못하고 스미어로 작용하여 색 재현성을 저하시키는 요인이 되었으나 본 발명에서는 상술한 바와 같이 마이크로 렌즈에 의해 집속된 광이 레드, 그린 및 블루필터층을 거쳐 특정 파장대의 광이 선택적으로 제 1 내지 제 3 PD에 집광되어 각각 빛의 세가가 최대인 부분이 다르게 집속되는 데, 그 빛의 세기가 최대가 되는 부분이 상기 제 1 내지 제 3 PD에서 도핑 농도의 최대치 부분과 일치하여 투과된 모든 광이 전기적인 신호 전하로 변환될 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 PD의 도핑농도를 제어하여 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층을 통과한 파장이 다른 빛이 그 세기가 큰 부분에 제 1 내지 제 3 PD의 도핑 농도도 최대치가 되도록, 즉, 레드필터층을 통과한 빛은 1.1㎛ 부분에, 블루필터층을 통과한 빛은 1.2㎛ 부분에, 그리고, 그린필터층을 통과한 빛은 1.25㎛ 부분에서 모두 광전변환될 수 있도록 제 1 내지 제 3 PD를 형성하였다.
따라서, 본 발명에 따른 고체촬상소자는 제 1 내지 제 3 포토다이오드를 도핑 농도 최대치의 깊이가 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드에 입사되는 빛의 세기가 최대가 되는 깊이와 일치하도록 형성하여 각각의 포토다이오드에 집광된 빛을 모두 전기적인 신호전하로 변환시킬 수 있어 색재현성을 강화시킬 수 있는 이점이 있다.
Claims (3)
- 제 1 도전형의 반도체기판에 제 2 도전형웰을 형성하고 상기 제 2 도전형웰 내의 소정 부분에 제 1 도전형의 불순물을 도핑하여 레드, 그린 및 블루의 광을 전기적 신호로 변환하는 제 1 내지 제 3 포토다이오드를 형성하되 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드를 입사되는 빛의 파장에 따라 도핑 농도 최고치의 깊이를 조절하는 공정과,상기 반도체기판 상의 소정 부분에 게이트절연막을 개재시켜 게이트를 형성하는 공정과,상기 게이트를 덮는 절연층을 형성한 후 상기 절연층 상에 상기 게이트와 대응하는 부분에 부분적으로 차광층을 형성하는 공정과,상기 절연층 상에 상기 차광층을 덮고 평탄화를 위한 제 1 평탄화층을 형성하고 상기 제 1 평탄화층 상의 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드와 대응하는 부분에 제 1 내지 제 3 칼라필터층을 형성하는 공정과,상기 제 1 평탄화층 상에 상기 제 1 내지 제 3 칼라필터층을 덮는 제 2 평탄화층을 형성하고 상기 제 2 평탄화층 상에 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드와 대응하는 부분에 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 구비하는 고체촬상소자의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드를 도핑 농도 최대치의 깊이가 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드에 입사되는 파장에 따른 빛의 세기가 최대가 되는 깊이와 일치시키는 것이 특징인 고체촬상소자의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서 상기 제 1 내지 제 3 포토다이오드를 모두 동일한 접합(Junction) 깊이를 갖도록 형성하는 고체촬상소자의 제조 방법.
Priority Applications (1)
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| KR1019980004530A KR100262038B1 (ko) | 1998-02-16 | 1998-02-16 | 고체촬상소자의 제조 방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100648800B1 (ko) * | 2000-08-17 | 2006-11-23 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법 |
| KR100866254B1 (ko) * | 2007-05-17 | 2008-10-30 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
-
1998
- 1998-02-16 KR KR1019980004530A patent/KR100262038B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR100648800B1 (ko) * | 2000-08-17 | 2006-11-23 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법 |
| KR100866254B1 (ko) * | 2007-05-17 | 2008-10-30 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100262038B1 (ko) | 2000-07-15 |
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