KR20060008275A - 고체촬상장치, 고체촬상장치의 제조방법 및 이를 이용한카메라 - Google Patents
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Abstract
고체촬상장치에 있어서, 각각 복수의 유전체 층으로 이루어지는 2개의 λ/4 다층 막과, 상기 λ/4 다층 막에 협지된 절연 층을 구비하며, 상기 절연체 층은 λ/4 이외의 광학 막 두께를 갖는 필터를 이용하여 입사광을 선택적으로 투과시킨다. 이에 의해, 컬러필터를 박막화 할 수 있으므로 고체촬상장치를 소형화할 수 있다.
λ/4 다층 막, 절연 층, 컬러필터, 고체촬상장치
Description
본 발명은, 고체촬상장치, 고체촬상장치의 제조방법 및 이를 이용한 카메라에 관한 것으로, 특히, 고체촬상장치의 성능 향상과 소형화에 관한 것이다.
고체촬상장치는 R(적), G(녹), B(청)의 각 색에 대응하는 수광소자가, 예를 들어 베이어(Bayer) 배열되어 이루어지는 촬상장치이다. 도 1은, 종래 기술에 관한 고체촬상장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 고체촬상장치(1)는 N형 반도체 층(101), P형 반도체 층(102), 수광소자(103R), (103R), 103(B), 절연 층(104), 차광막(105), 컬러필터(106R), (106G), 106(B) 및 집광렌즈(107)를 구비하고 있다.
P형 반도체 층(102)은 N형 반도체 층(101) 상에 형성되어 있다. 또한, 수광소자(103R) 등은 P형 반도체 층(102)에 매입되어 있으며, 절연 층(104)에 접해 있다. 또한, 수광소자(103R) 등은 서로 P형 반도체 층(102)의 일부를 분리영역으로 하여 분리되어 있다. 차광 막(105)은 절연 층(104) 내에 매입되어 있으며, 상기 분리 영역 상에 배설되어 있다.
컬러필터(106R) 등은 미립자 안료 타입의 컬러 필터로, 막 두께는 1.5∼2.0㎛ 정도이다. 컬러필터(106R) 등에 포함되어 있는 안료 입자의 직경은 약 0.1㎛ 정도이다.
컬러필터 106R은 절연 층(104) 상에 수광소자 103R에 대향 하도록 배설되어 있다. 컬러필터 106G, 106B도 마찬가지로 각각 수광소자 103G, 103B에 대향 하도록 절연 층(104) 상에 배설되어 있다. 집광렌즈(107) 등은 컬러필터(106R) 등의 상부에 배설되어 있다.
그런데, 집광렌즈(107)를 통과한 광은 컬러필터(106G)에 의해 녹색 광만이 투과되어 수광소자(103G) 상에 집광된다. 이 경우에, 차광 막(105)은 컬러필터 106G를 통과한 녹색 광이 수광소자(103R) 등에 입사하지 않도록 차광한다. 수광소자(103R) 등은 입사광의 휘도를 광전 변환에 의해 전하로 변환하여 축적한다.
이러한 고체촬상장치는, 예를 들어, 일본국 특개 평5-6986호나, 「고체촬상소자의 기초」 일본 이공출판회, 안도·코모부치(安藤·菰淵)저, 영상정보 미디어 학회편, 1999년 12월 발행, p.183-188에 게재되어 있다.
그러나, 고체촬상장치에는 여러 방향에서 광이 입사하므로, 경사지게 입사된 광(이하, 「경사 광」이라 한다)이 본래 수광되어야 할 수광소자와는 다른 수광소자에 수광되어, 색 분리 기능이나 해상도, 파장 감도가 저하하여, 잡음이 증가할 우려가 있다.
또한, 고체촬상장치의 해상도를 높이기 위해서는 각 화소를 소형화하여야 하나, 상기 안료입자의 미세화에는 한계가 있으며, 감도 저하나 색의 불 균일(색 번 짐 등)의 발생을 피할 수 없다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 입사 광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치로서, 상기 필터수단은, 각각 복수의 유전체 층으로 이루어지는 2개의 λ/4 다층 막과, 상기 λ/4 다층 막에 협지된(sandwiched) 절연체 층을 구비하고, 상기 절연체 층은 λ/4 이외의 광학 막 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 유전체 다층 막을 필터수단 층으로 하면, 필터수단의 박막화가 가능하게 되고, 경사진 입사광이 인접하는 화소에 도달하는 것을 억제하므로, 색 분리 기능이 향상된다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 상기 2개의 λ/4 다층 막은, 상기 절연체 층의 재료의 굴절률과는 다른 굴절률을 갖는 재료로 이루어지는 2개의 제 1 유전체 층과, 상기 절연체 층의 재료의 굴절률과 대략 같은 굴절률을 갖는 재료로 이루어지는 2개의 제 2 유전체 층을 구비하고, 상기 절연체 층은 그 2개의 주 면에서 상기 제 1 유전체 층에 접하고 있고, 상기 제 1 유전체 층의 상기 절연체 층에 접하고 있지 않은 주면은 상기 제 2 유전체 층에 접하고 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 상기 절연체 층의 광학 막 두께는 상기 필터수단이 투과시키는 입사광의 파장에 따라 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
이렇게 하면, 입사광의 파장 정도(∼500㎚)의 층 구성으로 색 분리화할 수 있으므로, 필터수단을 박막화할 수 있고, 경사 광에 의한 색 분리 기능의 저하가 극히 억제된다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치 장치는, 상기 절연체 층은 그 주면에 대략 수직인 관통 공 또는 홈으로서, 상기 제 1 유전체 층의 재료와 동일한 재료를 매입한 관통 공 또는 홈을 가지며, 평면에서 본 때의 상기 관통 공 또는 홈 부분의 면적과 상기 관통 공 또는 홈이 아닌 부분의 면적과의 비에 따른 파장의 광을 투과시키는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 절연체 층의 굴절률 분포를 그 주 면에 따라서 변화시킴으로써, 입사광이 느끼는 실효적인 굴절률을 변화시켜서, 파장 선택성을 실현한다. 따라서, 입사광 파장 정도(∼500㎚)의 층 구성으로 색 분리화할 수 있으므로, 필터수단을 박막화할 수 있고, 경사 광에 의한 색 분리 기능의 저하가 극히 억제된다. 또한, 박막 방향으로 두께를 변화시킬 필요가 없으므로, 제작공정이 간략화되어, 안정된 색 분리 특성을 실현할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단을 구비하고, 상기 절연체 층은 개개의 수광수단에 대응하는 부분마다, 상기 절연체 층의 주변부가 테이퍼 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 필터수단에 입사광을 집광시킬 수 있으므로, 혼색을 한층 더 방지할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단을 구비하며, 상기 절연체 층은, 대향하는 수광수단에 수광되어야 할 입사광의 파장에 따라서 당해 수광수단에 대향하는 부분의 광학 막 두께가 다르며, 광학 막 두께가 다른 부분 사이에서 광학 막 두께가 연속적으로 변화하고 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 필터수단의 투과 대역 특성을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단을 구비하고, 하나의 수광 수단으로 입사광이 통과해야 할 상기 절연체 층의 영역은 서로 다른 막 두께를 갖는 복수의 부분을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 동일 화소 내에 2 이상의 서로 다른 막 두께를 형성함으로써, 당해 수광수단에 입사하는 광의 대역폭을 넓힐 수 있기 때문에, 색 별 파장 감도를 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 상기 λ/4 다층 막이 반사하는 광을 흡수하는 흡수체가 상기 λ/4 다층 막의 당해 광이 반사되는 측에 배설되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 흡수체는 안료타입 또는 염료타입의 컬러필터인 것을 특징으로 한다. 이렇게 하면, 상기 유전체 다층 막에서 반사되는 광에 기인하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 카메라는, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치로서, 상기 필터수단은, 각각 복수의 유전체 층으로 이루어지는 2개의 λ/4 다층 막과, 상기 λ/4 다층 막에 협지된 절연체 층으로 이루어지며, 상기 절연체 층은 λ/4 이외의 광학 막 두께를 갖는 고체촬상장치를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이렇게 하면, 혼색이 억제된 양호한 특성을 갖는 카메라를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치의 제조방법은, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치의 제조방법으로서, 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 1 λ/ 다층 막을 반도체 기판상에 형성하는 제 1 형성 공정과, 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 제 1 절연체 층을 형성하는 제 2 형성공정과, 상기 제 1 절연체 층을 제 1 영역을 남기고 제거하는 제 1 제거 공정과, 상기 제 1 λ/4 다층 막 및 상기 제 1 절연체 층 상에 제 2 절연체 층을 형성하는 제 3 형성 공정과, 상기 제 2 절연체 층으로서, 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 형성된 부분 중 제 2 영역을 제거하는 제 2 제거 공정과, 상기 제 2 절연체 층 및 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 2 λ/4 다층 막을 형성하는 제4 형성 공정에 의해 상기 필터수단을 형성하는 것을 특징으로 한다.
유전체 다층 막 필터를 이용한 고체촬상장치에서, 이상적인 파장 분리를 실현하기 위해서는 ㎚ 오더에서의 막 두께 제어가 필요 불가결하다. 그래서, 조건을 최적화한 본 구성의 성막 프로세스를 이용함으로써, 웨이퍼 면 내에서의 막 두께 분포의 균일성을 ±2% 이내로 제어할 수 있게 된다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치의 제조방법은, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치의 제조방법으로서, 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 1 λ/4 다층 막을 반도체 기판상에 형성하는 제 1 형성 공정과, 리프트 오프(Liftoff)법을 이용하여, 상기 제 1 λ/4 다층 막 상의 제 1 영역에 제 1 절연체 층을 형성하는 제 2 형성 공정과, 리프트 오프법을 이용하여, 상기 제 1 λ/4 다층 막 상의 상기 제 1 절연체 층이 형성되지 않은 부분 중의 제 2 영역에 제 2 절연체 층을 형성하는 제 3 형성 공정과, 상기 제 1 절연체 층, 상기 제 2 절연체 층 및 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 2 λ/4 다층 막을 형성하는 제 4 형성 공정에 의해서 상기 필터수단을 형성하는 것을 특징으로 한다.
필터층에서의 절연체 막의 형성방법으로, 리프트 오프법을 이용하는 것에 의해서도 마찬가지로 막 두께의 제어성 향상, 면 내 편차의 저감이 가능하게 된다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치의 제조방법은, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치의 제조방법으로서, 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 1 λ/4 다층 막을 반도체 기판상에 형성하는 제 1 형성 공정과, 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 제 1 절연체 층을 형성하는 제 2 형성 공정과, 상기 제 1 절연체 층을 제 1 영역을 남기고 제거하는 제 1 제거 공정과, 리프트 오프법을 이용하여, 상기 제 1 절연체 층 상의 제 2 영역과 상기 제 1 λ/4 다층 막 상의 상기 제 1 절연체 층이 형성되어 있지 않은 영역에 제 2 절연체 층을 형성하는 제 3 형성 공정과, 상기 제 1 절연체 층 및 상기 제 2 절연체 층 상에, 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 2 λ/4 다층 막을 형성하는 제4 형성 공정에 의해서 상기 필터수단을 형성하는 것을 특징으로 한다.
절연체 막의 형성 프로세스에서 3종류의 막 두께를 제작할 때, 3종류의 막 두께를 설치하기 위해서는 3회의 성막이 필요하지만, 본 발명에서는, 에칭 및 리프트 오프법을 조합시킴으로써, 2회 성막 프로세스로 3종류의 막 두께를 설치할 수 있다. 따라서 필터 형성 프로세스가 간략화 되므로, 공기를 단축하고, 제조 코스트를 삭감할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치의 제조방법은, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치의 제조방법으로서, 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 1 λ/4 다층 막을 반도체 기판상에 형성하는 제 1 형성공정과, 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 제 1 절연체 층을 형성하는 제 2 형성공정과, 상기 제 1 절연체 층을 제 1 의 영역을 남기고 제거하는 제 1 제거공정과, 상기 제 1 λ/4 다층 막 및 상기 제 1 절연체 층 상에, 상기 제 1 절연체 층의 재료와 다른 재료로 제 2 절연체 층을 형성하는 제 3 형성공정과, 상기 제 1 절연체 층 상의 제 2 영역 상에 형성된 제 2 절연체 층을 남기고 제 2 절연체 층을 제거하는 제 2 제거공정과, 상기 제 1 절연체 층, 상기 제 2 절연체 층 및 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에, 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 2 λ/4 다층 막을 형성하는 제 4 형성공정에 의해서 상기 필터수단을 형성하는 것을 특징으로 한다.
절연체 막의 형성 프로세스에서 3종류의 막 두께를 제작할 때, 3종류의 막 두께를 설치하기 위해서는 3회의 성막이 필요하지만, 본 발명에서는, 각각 다른 재료의 절연체 막을 이용하여 선택 에칭을 행함으로써, 2회 성막 프로세스로 3종류의 막 두께를 설치할 수 있다. 따라서 필터 형성 프로세스가 간략화 되므로, 공기를 단축하고, 제조 비용을 삭감할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치의 제조방법은, 반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단과, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비하고, 당해 필터수단은 복수의 유전체 층으로 이루어지는 2개의 λ/4 다층 막으로 절연체 층을 협지하여 이루어지는 고체촬상장치의 제조방법으로서, 개개의 수광 수단에 대향하는 절연체 층의 중앙부분에 레지스트를 형성하는 형성공정과, 에칭에 의해서, 상기 절연체 층의 상기 레지스트로 피복된 부분의 주변부를 테이퍼 형상으로 하는 정형공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 형성공정은, 상기 레지스트의 주변부가 테이퍼 형상이 되도록 상기 레지스트를 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 형성공정은 노광량을 변화시킴으로써 상기 레지스트의 주변부를 테이퍼 형상으로 하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는 반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단을 구비하고, 상기 절연체 층은, 대향하는 수광수단이 수광해야 할 광의 파장에 따라 그 절연체 층의 유무, 그 절연체 층의 막 두께 및 재료 중 어느 하나, 또는 그 조합이 다른 것을 특징으로 한다. 이렇게 하면, 대향하는 수광수단 상에 절연체 층의 유무 또는 막 두께나 재료가 상이한 절연체 층이 설치된 유전체 다층 막에 의해서 색 분리화를 가능하게 할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단과, 대응하는 수광수단에 따라서 다른 파장의 입사광을 투과시키는 필터수단을 구비하고, 상기 2개의 λ/4 다층 막은 상기 절연체 층을 중심으로 하는 대칭인 층 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단과, 당해 필터수단이 투과시킨 광을 수광하는 수광수단을 구비한 고체촬상장치로서, 상기 필터수단은 복수의 유전체 층으로 이루어지는 λ/4 다층 막을 구비하고, 당해 λ/4 다층 막을 구성하는 유전체 층 중, 상기 수광수단에서 가장 먼 유전체 층은 저 굴절률 층인 것을 특징으로 한다. 이와 같이 하면, 필터수단에 입사하는 광이 반사되는 것을 방지하여, 고 화질의 촬상을 실현할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치로서, 상기 필터수단은 복수의 유전체 층으로 이루어지는 λ/4 다층 막을 구비하고, 상기 λ/4 다층 막 중 어느 하나의 주 면, 또는 상기 λ/4 다층 막을 구성하는 어느 1조의 유전체 층의 사이에 보호층이 배설되어 있는 것을 특징으로 한다. 또, 상기 보호층은 질화실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 하면, 고체촬상장치의 신뢰성 및 내습성을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는 반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단과, 입사광을 집광하는 집광수단과, 수광수단 별로 대응하는 파장의 입사광을 투과시키는 필터수단을 구비하고, 상기 필터수단의 상기 수광수단과는 반대 측의 주 면이 평탄하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
이렇게 하면, 어느 집광수단과 대응하는 수광수단과의 조(set)에 대해서도 집광수단과 수광수단의 거리를 갖게 할 수 있으므로, 수광수단에 입사해야 할 광의 파장에 관계없이, 초점거리가 같은 집광수단을 사용할 수 있다. 따라서, 고체촬상장치의 부품의 종류를 저감하여, 그 제조를 용이하게 하면서, 제조 코스트를 삭감할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단과, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치로서, 상기 필터수단은 복수의 도전체 층으로 이루어지는 λ/4 다층 막을 구비하고, 당해 λ/4 다층 막을 구성하는 고굴절율 층 중 가장 수광수단에 가까운 고굴절율 층에서 수광 수단까지의 거리가 1㎚ 이상에서 λ 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의하면, 컬러필터와 수광소자가 인접하고 있으므로, 보다 확실하게 경사 광에 의한 혼색을 방지할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체촬상장치는, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비하고, 단위 화소가 이차원 형상으로 복수 배열되어 이루어지는 고체촬상장치로서, 상기 단위 화소는 각각 입사광의 강도를 검출하는 수광수단과, 복수의 유전체 층으로 이루어지는 λ/4 다층 막으로서, 적색 광, 녹색 광 또는 청색 광 중 어느 하나를 투과시키는 λ/4 다층 막으로 이루어지는 필터수단을 구비하고, 상기 단위 화소는 상기 필터수단이 투과시킬 광 색에 따라 베이어 배열되며, 인접하는 4개의 단위 화소로 이루어지는 정방 영역에는 어디에나, 청색 광을 투과시키는 필터수단을 구비한 단위 화소가 2개 포함되는 것을 특징으로 한다.
유전체 다층 막에서의 청색 광의 투과특성은 다른 색의 광의 투과특성과 비교하여 반값 폭이 좁다. 이에 대해, 상기 배열을 채택하면, 청색 광을 검출하는 대역 폭을 확대하여 고체촬상장치의 감도를 개선할 수 있다.
본 발명에 관한 고체촬상장치의 제조방법은, 광전변환수단 상에 형성하는 입사광을 파장 분리화 하는 유전체 다층 막의 제조 공정에 있어서, 색 분리 기능을 실현하기 위해 행하는 부분적인 절연체 층의 막 두께를 변화시키는 수법에 있어서, 한번 형성한 막을 건식 에칭이나 습식 에칭에 의해서 변화시키는 것이 아니라, 막을 형성시킴으로써 결과적으로 막 두께 변화를 생기게 하는 성막 프로세스로 행함으로써, 막 두께의 제어성 향상, 내면 편차 저감의 실현이 가능해진다.
본 발명에 관한 고체촬상장치는, 광전변환수단 상에 입사광을 파장 분리하는 유전체 다층 막을 설치하고, 그 다층 막 층 중, 일부의 유전체 층의 막 두께만을 변화시키는 것으로 색 분리화를 가능하게 할 수 있다. 입사광의 파장 정도(∼500㎚)의 층 구성으로 색 분리화의 실현이 가능해지므로, 박막화가 가능해지며, 경사 광에 의한 색 분리 기능의 저하를 극히 억제할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 관한 고체촬상장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 관한 고체촬상장치의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 관한 고체촬상장치의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단 면도이다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 관한 컬러필터의 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 관한 컬러필터의 스페이서 층의 광학 막 두께가 설계 값에서 벗어난 경우의 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제 6 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시 예에 관한 컬러필터의 분광특성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 스페이서 층의 유무에 따라서 다른 유전체 다층 막의 투과특성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제 7 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제 8 실시 예에 관한 컬러필터의 제 1 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제 8 실시 예에 관한 컬러필터의 제 2 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제 9 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단 면도이다.
도 17은 본 발명의 제 10 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제 11 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 변형 예 ⑴에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 변형 예 ⑴에 관한 컬러필터의 투과특성을 나타내는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 변형 예 ⑵에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 22는 본 발명의 변형 예 ⑵에 관한 컬러필터의 투과특성을 나타내는 그래프이다.
도 23은 본 발명의 변형 예 ⑶에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 24는 본 발명의 변형 예 ⑶에 관한 컬러필터의 투과특성을 나타내는 그래프이다.
도 25는 본 발명의 변형 예 ⑷에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 26은 본 발명의 변형 예 ⑷에 관한 컬러필터의 투과특성을 나타내는 그래 프이다.
도 27은 본 발명의 변형 예 ⑸에 관한 컬러필터의 투과특성을 나타내는 그래프이다.
도 28은 본 발명의 변형 예 ⑹에 관한 컬러필터의 배열을 나타내는 그래프이다.
도 29는 가시광에 대해 극히 투명성이 높은 저 굴절률 재료와 고 굴절률 재료를 교대로 적층 시킨 다층 막 구조를 나타내는 단면도이다.
도 30은 λ/4 다층 막의 투과율 특성(시뮬레이션 값)을 예시하는 그래프이다.
본 발명에 관한 고체촬상장치, 고체촬상장치의 제조방법 및 카메라의 실시 예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
[1] 제 1 실시 예
본 실시 예에 관한 고체촬상장치는 종래 기술에 관한 고체촬상장치와 대체로 동일한 단면 구조(도 1 참조)를 구비하는 한편, 컬러필터의 구성에 특징을 가지고 있다.
도 2는 본 실시 예에 관한 고체촬상장치의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 본 실시 예에 관한 고체촬상장치(2)는 수광수단이 되는 단위화소(빗금친 부분)이 2차원 형상으로 배열되어 있으며, 각 행이 수직 시프트 레지스터에 의해 선택되고, 그 행 신호가 수평 시프트 레지스터에 의해 선택되어 화 소 별 컬러신호가 출력앰프(미 도시)로부터 출력된다. 구동회로는 수직 시프트 레지스터, 수평 시프트 레지스터, 출력앰프를 동작시킨다.
본 실시 예에 관한 컬러필터는 산화실리콘 층(SiO2) 등의 저 굴절률을 갖는 재료와 질화실리콘 층(Si3N4) 등의 고 굴절률을 갖는 재료가 교대로 적층된 유전체 다층 막으로 되어 있다, 말할 것도 없이, 고체촬상장치의 적층방향과 유전체 다층 막의 적층방향은 일치한다. 또, 유전체 다층 막을 구성하는 각 층은 1층을 제외하고 어느 것이나 대략 동일한 광학 막을 갖는다. 광학 막이란 그 층의 재료의 굴절률 n에 그 층의 막 두께 d를 곱한 값 nd를 말한다.
이와 같이 하면, 컬러필터의 두께를 저감할 수 있으므로 수광소자와 차광막과의 거리를 작게 할 수 있다. 따라서, 본 실시 예에 의하면 경사 광에 의한 혼색의 방지를 더욱 확실하게 할 수 있다.
또, 마이크로 렌즈의 집광률을 향상시키기 위해서는 집광각도를 크게 할 필요가 있으나, 이와 같은 경우에서도 혼색을 방지할 수 있으므로 동시에 고체촬상장치의 감도를 높일 수 있다.
[2] 제 2 실시 예
다음에, 본 발명에 관한 고체촬상장치의 제 2 실시 예에 대하여 설명한다. 본 실시 예에 관한 고체촬상장치는 상기 제 1 실시 예에 관한 고체촬상장치와 대체로 동일한 구성을 구비하는 한편, 유전체 다층 막의 구성에 있어서 서로 다르다.
도 3은 본 실시 예에 관한 고체촬상장치의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고체촬상장치(4)는 N형 반도체 기판(401), P형 반도체 층(402), 수광소자(403R-403B), 절연 층(404), 차광 막(405), 컬러필터(406) 및 마이크로 렌즈(407)가 적층되어 이루어져 있다.
본 실시 예에 관한 컬러필터(406)의 특징은 이산화티탄 층(TiO2)(406a, 406c, 406e, 406g)과 이산화실리콘 층(SiO2)(406b, 406d, 406f)이 교대로 적층 된 다층 막으로 되어 있는 점이다.
또한 4는 컬러필터(406)의 제조공정을 나타내는 도면이다. 또한, 컬러필터(406)의 제조공정에 관여하지 않는 차광 막(405) 및 수광소자(403R) 등은 도시를 생략하고 있다. 먼저, 도 4 ⒜에 도시한 바와 같이, 절연 층(404) 상에 이산화티탄 층(406a), 이산화실리콘 층(406b), 이산화티탄 층(406c), 이산화실리콘 층(406d)을 순차 형성한다. 이들 층은 고주파(RF) 스퍼터 장치를 이용하여 형성된다.
본 실시 예에 있어서는, 컬러필터(406)는 λ/4 다층 막 구조를 구비하고 있고, 설정중심파장 λ는 530이다. 이산화티탄 층(406a 406c), 이산화실리콘 층(406b)의 광학 막 두께는 λ/4 = 132.5이다. 또, 이산화실리콘 층(406d)의 광학 막 두께는 150㎚이다.
다음에, 도 4⒝에 도시한 바와 같이, 이산화실리콘 층(406b) 상의 청색영역에 레지스트(50)를 형성한다. 즉, 이산화실리콘 층(406d) 상에 레지스트를 도포하고, 열처리(Pre-bake) 하여, 스태퍼 등의 노광장치를 이용하여 노광하고, 유기용제 등으로 현상한 후, 다시 열처리(Post-bake)함으로써 레지스트(50)가 형성된다. 레 지스트(50)의 두께는 1㎛이다. 또한, 청색영역이란 수광소자(403B)로 청색 광을 검출하기 위한 컬러필터가 형성되어야 하는 영역이다.
다음에, 이산화실리콘 층(406d)의 레지스트(50)로 덮혀 있지 않은 부분을 에칭 프로세스에 의해서 제거한다. 즉, CF계의 가스를 이용하여 드라이 에칭을 한다. 에칭 조건은 에칭가스 CF4, 가스 유량 40sccm, RF파워 200W, 진공도 0.050 Torr이다.
또한, 이산화실리콘과 이산화티탄과의 불화수소산에 대한 선택비가 크므로, 불화수소산 등을 이용한 습식에칭 프로세스를 이용해도 된다. 이 경우에는, 불화수소산과 불화 암모늄 용액을 1 대 4의 비율로 혼합한 불화수소산에 5초간 침적하여 에칭하면 도 4⒝의 상태로 가공된다.
다음에 도 4⒞에 도시한 바와 같이, 고주파 스퍼터장치를 이용하여 청색, 적색, 녹색의 전 영역 상에 이산화티탄 층(406e), 이산화실리콘 층(406f) 및 이산화티탄 층(406g)을 순차 형성한다. 이산화티탄 층(406e, 406f) 및 이산화실리콘 층(406f)의 광학 막 두께는 λ/4이다.
이와 같이 하면, 본 실시 예에 관한 컬러필터(406)를 제조할 수 있다. 또, 상기 제조방법에 의하면, 층별 막 두께의 편차를 ±2% 이내로 줄일 수 있으므로, 컬러필터(406)에 의한 색 분리의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
[3] 제 3 실시 예
다음에, 본 발명에 관한 고체촬상장치의 제 3 실시 예에 대하여 설명한다. 본 실시 예에 관한 고체촬상장치는 상기 제 2 실시 예에 관한 고체촬상장치와 동일한 구성을 구비하는 한편, 컬러필터의 제조방법에서 서로 다르다. 이하, 컬러필터의 제조방법에 착안하여 본 실시 예를 설명한다.
도 5는 본 실시 예에 관한 컬러필터의 제조공정을 나타내는 도면이다. 도 5에서도 도 4와 마찬가지로 차광막 등의 도시가 생략되어 있다.
먼저, 도 5⒜에 도시된 바와 같이, 절연 층(604) 상에 이산화티탄 층(606a), 이산화실리콘 층(606b), 이산화티탄 층(606c)을 순차 형성하여 λ/4 다층 막 구조로 한다. 또한, 상기 제 2 실시 예와 동일한 방법으로, 이산화티탄 층(606c)의 적색 및 녹색영역 상에 2.5㎚ 두께의 레지스트(60)를 형성한다.
다음에, 도 5⒝에 도시된 바와 같이, 고주파 스퍼터장치를 이용하여 청색, 적색, 녹색의 모든 영역 상에 이산화실리콘 층(606d)을 형성한다. 이산화실리콘 층(606d)의 광학 막 두께는 195㎚이다.
다음에, 도 5⒞에 도시된 바와 같이, 유기용제 등으로 레지스트(60)를 제거한다. 이에 의해 레지스트(60) 상에 형성된 이산화실리콘 층, 즉, 적색 및 녹색영역 상에 형성된 부분이 제거되고(Lift Off법), 청색영역 상의 이산화실리콘 층(606d)이 남게 된다.
다음에, 도 5⒟에 도시된 바와 같이, 청색 및 녹색영역에 레지스트(61)가 형성된다.
다음에, 도 5⒠에 도시된 바와 같이, 청색, 적색 및 녹색의 모든 영역 상에 이산화실리콘 층이 형성된다. 새로 형성된 이산화실리콘 층의 광학 막 두께는 45㎚ 이다.
다음에, 도 5⒡에 도시된 바와 같이, 레지스트(61)를 제거함으로써 레지스트(61) 상의 이산화실리콘 층, 즉, 청색 및 녹색영역 상에 형성된 부분이 제거되고, 적색영역 상의 이산화실리콘 층이 남는다.
마지막으로, 도 5⒢에 도시된 바와 같이, 모든 영역 상에 이산화티탄 층(606e), 이산화실리콘 층(606f),, 이산화티탄 층(606g)이 순차 형성된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예에 관한 제조방법을 이용해도 상기 제 2 실시 예에 관한 고체촬상장치를 제조할 수 있다. 또, 상기 제 2 실시 예에서 설명한 제조방법과 마찬가지로, 층별 막 두께의 편차를 ±2% 이내로 억제하여, 정밀도가 좋은 고체촬상장치를 제조할 수 있다.
[4] 제 4 실시 예
다음에, 본 발명의 제 4 실시 예에 관한 고체촬상장치에 대하여 설명한다. 상기 제 3 실시 예와 마찬가지로, 본 실시 예도 컬러필터의 제조방법을 특징으로 하고 있고, 제조된 고체촬상장치는 상기 제 2 실시 예에 관한 고체촬상장치와 대체로 동일하다. 한편, 본 실시 예에 관한 고체촬상장치는 상기 제 2 실시 예에 관한 고체촬상장치와 적색영역과 청색영역과의 사이에서 다른 광학 막 두께를 갖는 이산화실리콘 층이 녹색영역에까지 광학 막 두께를 변화시키면서 연장되어 있는 점에서 다르다.
도 6은 본 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 도면이다. 먼저, 도 6⒜에 도시된 바와 같이, 절연 층(704) 상에 이산화티탄 층(706a), 이산화실리 콘 층(706b), 이산화티탄 층(706c), 이산화실리콘 층(706d)을 순차 형성한다. 이산화티탄 층(706a, 706c), 이산화실리콘 층(706b)의 광학 막 두께는 λ/4, 이산화실리콘 층(706d)의 광학 막 두께는 195㎚이다.
다음에, 도 6⒝에 도시된 바와 같이, 이산화실리콘 층(706d)의 녹색 및 청색영역 상에 레지스트(70)를 형성하고, 에칭 프로세스를 이용하여 이산화실리콘 층(706d)의 적색영역 부분을 제거한다. 이 경우에, CF계 가스를 이용하여 건식 에칭을 하여도 되고, 불화수소산을 이용하여 습식 에칭을 해도 된다.
다음에, 도 6⒞에 도시된 바와 같이, 유기용제 등을 이용하여 레지스트(70)를 제거하고, 이산화실리콘 층(706d)의 청색영역 상에 레지스트(71)를 형성한다.
다음에. 도 6⒟에 도시된 바와 같이, 고주파 스퍼터장치를 이용하여 모든 영역 상에 광학 막 두께 55㎚의 이산화실리콘 층을 형성한다.
다음에, 도 6⒠에 도시된 바와 같이, 유기용제 등으로 레지스트(71)를 제거하면, 레지스트(71) 상의 이산화실리콘 층도 제거된다(Lift Off법). 이에 따라, 이산화실리콘 층(706d)의 녹색영역의 광학 막 두께가 250㎚, 청색영역의 광학 막 두께가 195㎚, 적색영역의 광학 막 두께가 55㎚가 된다.
다음에, 이산화실리콘 층(706d) 상에, 이산화티탄 층(706e), 이산화실리콘 층(706f) 및 이산화티탄 층(706g)이 순차 형성되어 본 실시 예에 관한 컬러필터가 완성된다.
본 실시 예에 관한 컬러필터와 같이, 이산화실리콘 층(706d)의 두께가 3종류로 변화하는 경우에는, 3종류를 개별적으로 형성하는 것이 일반적이다. 이에 대해, 본 실시 예의 제조방법에서는, 에칭법과 리프트 오프법을 이용하여, 2회의 성막으로 3종류의 광학 막 두께(195㎚, 55㎚, 250㎚)의 이산화실리콘 층을 형성할 수 있으므로, 공기(TAT : tunaround time)를 단축할 수 있음과 동시에, 제조 코스트를 저감할 수 있다.
[5] 제 5 실시 예
다음에, 본 발명의 제 5 실시 예의 고체촬상장치에 대하여 설명한다. 본 실시 예에 관한 고체촬상장치는 상기 제 2 실시 예에 관한 고체촬상장치와 대체로 동일한 구성을 구비하는 한편, 컬러필터의 구성에서 서로 다르다.
즉, 상기 제 2 실시 예에 관한 고체촬상장치의 컬러필터는 이산화실리콘 층과 이산화티탄 층을 교대로 적층 한 구성으로 되어 있는 것인데 반해, 본 실시 예에 관한 고체촬상장치의 컬러필터는 투과시키는 광의 파장에 따라서 산화마그네슘 층이 첨가되어 있다. 이하, 컬러필터의 제조방법에 착안하여 본 실시 예를 설명한다.
도 7은 본 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 도면이다. 먼저, 도 7⒜에 도시된 바와 같이, 절연 층(804) 상에 이산화티탄 층(806a), 이산화실리콘 층(806b), 이산화티탄 층(806c), 이산화실리콘 층(806d)을 순차 형성한다. 이산화티탄 층(806a, 806c), 이산화실리콘 층(806b)의 광학 막 두께는 λ/4, 이산화실리콘 층(806d)의 광학 막 두께는 195㎚이다.
다음에, 도 7⒝에 도시된 바와 같이, 이산화실리콘 층(806d) 상에 레지스트(80)를 형성하고, 레지스트(80)의 적색영역을 제거한다. 그리고 에칭 프로세스를 이용하여 이산화실리콘 층(806d)의 적색영역을 제거한다.
다음에, 도 7⒞에 도시된 바와 같이, 고주파 스퍼터장치를 이용하여 모든 영역에 광학 막 두께 55㎚의 산화마그네슘(MgO) 층(81)을 형성한다.
다음에. 도 7⒟에 도시된 바와 같이, 녹색 및 적색영역에 레지스트(82)를 형성하고, 산화마그네슘 층(81)의 청색영역 부분을 제거한다. 산화마그네슘 층도, 이산화실리콘 층 706d와 마찬가지로, CF계의 가스를 건식 에칭이나, 불화수소산을 이용한 습식 에칭에 의해서 제거할 수 있다.
그 다음, 도 7⒠에 도시된 바와 같이, 레지스트(82)를 제거하고, 도 7 ⒡에 도시된 바와 같이, 이산화티탄 층(806e), 이산화실리콘 층(806f), 이산화티탄 층(806g)을 순차 형성한다.
이와 같이 하면, 이산화실리콘 층(806d)과 산화마그네슘 층(81)을 합한 광학 막 두께가 녹색영역에서 250㎚, 청색영역에서 195㎚, 적색영역에서 55㎚가 되어, 필요한 필터 특성을 실현할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 예에서는 에칭 레이트에 선택비가 있는 2종류의 재료(이산화실리콘과 산화마그네슘)를 이용하여 선택적으로 에칭을 함으로써, 이산화실리콘 층(806d)과 산화마그네슘 층(81)을 1회씩 형성하는 것만으로 3종류의 광학 막을 갖는 절연 층을 형성할 수 있다. 따라서, 고체촬상장치의 공기를 단축할 수 있음과 동시에 제조 코스트를 저감할 수 있다.
[6] 성능 평가
다음에, 상기 제 2 실시 예에 관한 컬러필터의 투과특성에 관한 평가결과를 제시한다.
또한, 제 3 실시 예에 관한 컬러필터도 동일한 투과특성을 나타낸다. 도 8은 상기 제 2 실시 예에 관한 컬러필터의 투과특성을 나타내는 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 컬러필터(406)에 의하면, 입사광을 양호한 정밀도로 RGB의 각 색으로 분리할 수 있다. 또한, 평가 결과를 생략하였으나, 제 4 및 제 5 실시 예에 관한 컬러필터에 의해서도 입사광을 양호한 정밀도로 RGB 각 색으로 분리할 수 있다.
도 9는 제 2 실시 예에 관한 컬러필터(406)의 이산화실리콘 층(406d)(이하, λ/4 다층 막에 삽입된 광학 막 두께가 λ/4가 되지 않는 층을 「스페이서 층」이라 한다)의 광학 막 두께가 설계 값을 벗어난 경우의 투과특성을 나타내는 그래프로서, 특히 당해 설계 값으로부터의 편차가 0㎚ 및 ±3㎚인 경우가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 스페이서 층의 광학 막 두께가 3㎚ 변화하면 투과 광의 피크 파장이 10㎚ 정도 변화한다. 즉, 스페이서 층의 광학 막 두께가 3㎚ 벗어나는 것만으로도 RGB의 색 분리의 정밀도의 저하가 심각하여 실용적으로 사용될 수 없다. 이런 이유로, 스페이서 층의 형성에 있어서는 광학 막 두께를 높은 정밀도로 제어하여야 한다.
이에 대해, 본 발명의 제조방법에 의하면, 스페이서 층을 정밀도 높게 형성할 수 있으므로, 스페이서 층의 광학 막 두께의 편차에 기인하는 파장 선택특성의 저하를 억제하여, 고체촬상장치의 소형화에 따른 감도 저하 및 색 번짐을 방지할 수 있다.
또, 종래에는, 수광소자 등과 컬러필터를 별개로 제조한 후, 이들을 조합시켜서 고체촬상장치로 하고 있었으나, 본 발명에서는 이들을 일련의 반도체 프로세스로 제조하므로, 수율을 향상시킴과 동시에 제조 코스트를 저감할 수 있다.
또한, 스페이서 층의 광학 막 두께가 적절하면 컬러필터를 구성하는 층 수는 7 이상이라도 7 이하라도 좋다. 또, 스페이서 층을 삽입하여 일측에 형성되는 막 수와 타측에 형성되는 막 수는 일치해도, 일치하지 않아도 좋다.
또, 컬러필터(406)를 구성하는 각 층의 재료가 상기 이산화티탄, 이산화실리콘, 산화마그네슘에 한정되지 않는다는 것을 말할 필요도 없으며, 산화티탄(Ta2O5), 산화지르코늄(ZrO2), 일 질화규소(SiN), 질화규소(Si3N4), 산화알루미늄(Al2O3), 불화마그네슘(MgF2), 산화하프늄HfO3)을 이용해도 된다.
[7] 제 6 실시 예
다음에, 본 발명의 제 6 실시 예에 관한 고체촬상장치에 대하여 설명한다. 본 실시 예에 관한 고체촬상장치는 상기 제 4 실시 예에 관한 고체촬상장치와 동일한 구비하는 한편, 컬러필터의 제조방법에 특징을 가지고 있다.
도 10은 본 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 도면이다. 도 10 ⒜에 도시된 바와 같이, 절연 층(904) 상에 이산화티탄 층(906a), 이산화실리콘 층(906b), 이산화티탄 층(906c), 이산화실리콘 층(906d) 및 이산화티탄 층(906e)이 고주파 스퍼터장치를 이용하여 순차 적층된다. 이들 층은 고주파(RF) 스퍼터 장치를 이용하여 형성된다. 이산화티탄 층(906a, 906c), 이산화실리콘 층(906b, 906d) 은 λ/4 다층 막 구조를 이룬다. 이산화티탄 층(906e)은 스페이서 층이다.
다음에, 도 10⒝에 도시한 바와 같이, 스페이서 층(906e) 상에 레지스트 패턴(90)을 형성하고, 스페이서 층(906e)의 적색영역을 에칭한다.
다음에 도 10⒞에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(90)을 제거한 후, 레지스트 패턴(91)을 형성하고, 스페이서 층(906e)의 녹색영역을 에칭한다.
다음에, 도 10⒞에 도시된 바와 같이, 스페이서 층(906e) 상에 이산화실리콘 층(906f), 이산화티탄 층(906g), 이산화실리콘 층(906h) 및 이산화티탄 층(906i)을 형성하여 컬러필터가 완성된다. 컬러필터의 막 두께는 청색영역에서 622㎛, 적색영역에서 562㎚, 녹색영역에서 542㎚이다.
⑴ 분광특성
다음에, 본 실시 예에 관한 컬러필터의 분광특성에 대하여 설명한다. 도 11은 본 실시 예에 관한 컬러필터의 분광특성을 나타내는 그래프이다. 또한, 당해 분광특성은 특성 매트릭스법을 이용하여 구한 것이다. 또, 분광특성을 구함에 있어서는, 이산화티탄( 고 굴절률 재료)의 굴절률을 2.5, 이산화실리콘(저 굴절률 재료)의 굴절률을 1.45로 하고, 스페이서 층의 광학 막 두께와 물리 막 두께 각각을 청색영역에서는 200㎚와 80㎚, 적색영역에서는 50㎚와 20㎚, 녹색영역에서는 0㎚와 0㎚로 하였다. 녹색영역에 있어서 스페이서 층의 물리 막 두께가 0㎚라는 것은, 녹색영역에는 광학 막 두께 λ/2의 산화실리콘 층(906d, 906f)이 스페이서 층으로 되어 있다는 것과 같다.
도 11에 도시된 바와 같이, 스페이서 층의 막 두께를 조정함으로써 스페이서 층을 투과하는 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
또한, 상기 이산화티탄 대신 질화실리콘이나 오산화탄탈, 이산화 지르코늄 등을 고 굴절률 재료로 이용해도 된다. 또, 이산화실리콘 이외의 재료를 저 굴절률 재료로 이용해도 된다.
⑵ 투과특성
다음에, 유전체 다층 막의 투과특성에 대하여 설명한다. 도 12는 스페이서 층의 유무에 따라서 다른 유전체 다층 막의 투과특성을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 12에 도시된 투과특성은 프레넬 계수(Fresnel Coefficient)를 이용한 메트릭스법을 이용하여 구한 것이며, 페어 수를 10, 설정 파장을 550㎚로 하고, 수직 입사 광만을 구하였다. 각 그래프의 종축은 투과율을 나타내고, 횡축은 유전체 다층 막에 입사하는 광의 파장을 나타낸다.
질화실리콘과 이산화실리콘으로 이루어지는 유전체 다층 막 전체가 λ/4 다층 막으로 되어 있는 경우에는, 도 12⒜에 도시한 바와 같이, 상기 설정 파장을 중심으로 하는 파장 대의 광을 반사한다. 또한, 다층 막을 구성하는 재료의 굴절률의 차가 클수록 반사 대역 폭이 커진다.
한편, 광학 막 두께 λ/4와는 다른 스페이서 층의 상하에 λ/4 다층 막이 스페이서 층에 대하여 대칭이 되도록 유전체 다층 막을 형성한 경우에는, 도 12⒝에 도시한 바와 같이, λ/4 다층 막의 반사 대역 중 설정 파장 부근의 광만을 투과시키는 컬러필터를 얻을 수 있다. 또한, 스페이서 층의 막 두께를 변화시키면 투과 피크 파장을 변화시킬 수 있다.
본 실시 예에 있어서는 이와 같은 특성에 착안하여, 유전체 다층 막을 컬러필터에 이용하므로, 컬러필터의 두께를 입사광의 파장 정도(500㎚ 정도)로 할 수 있다. 따라서, 고체촬상장치를 소형화할 수 있는 동시에 경사 광에 의한 혼색을 효과적으로 방지할 수 있다.
또, 본 실시 예에 의하면, 수광소자 등과 함께 일련의 반도체 프로세스로 컬러필터를 형성할 수 있으므로, 고체촬상장치의 품질을 안정시킬 수 있음과 동시에 그 제조 코스트를 저감할 수 있다.
[8] 제 7 실시 예
다음에, 본 발명의 제 7 실시 예에 대하여 설명한다. 본 실시 예에 관한 고체촬상장치도 상기 실시 예에 관한 고체촬상장치와 대체로 동일한 구성을 구비하는 한편, 컬러필터를 구성하는 스페이서 층의 구조에서 차이가 있다. 즉, 상기 실시 예에서는 오직 스페이서 층의 막 두께를 변화시킴으로써 컬러필터를 투과하는 광의 파장을 결정하였으나, 본 실시 예에서는 스페이서 층의 막 두께를 변화시키지 않고 스페이서 층을 2종류의 재료를 이용하여 구성함으로써 투과 파장을 결정한다. 즉, 본 실시 예에서는 굴절률이 다른 2개의 재료를 기판의 주 면에 따라서 교대로 배치함으로써 투과 파장이 조정된다.
도 13은 본 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 도면이다. 먼저, 도 13⒜에 도시한 바와 같이, 절연 층(1004) 상에 이산화티탄 층(1006a), 이산화실리콘 층(1006b), 이산화티탄 층(1006c), 이산화실리콘 층(1006d) 및 이산화티탄 층(1006e)을 형성한다. 당해 이산화티탄 층(1006e)이 스페이서 층이다.
도 13⒝에 도시된 바와 같이, 이산화티탄 층(1006e) 상에 레지스트 패턴(1000)을 형성한다.
다음에, 레지스트 패턴(1000)을 이용하여 이산화티탄 층(1006e)을 에칭한다. 이에 의해, 이산화티탄 층(1006e)의 적색영역에 이산화티탄 층(1006e)의 주 면에 따라서 병행하는 복수의 관통 공 또는 홈이 새겨진다. 당해 적색영역에서의 에칭영역(홈 부분)과 비 에칭영역을 평면에서 보았을 때의 면적 비는 4 : 1로 되어 있다. 따라서, 이산화티탄 층(1006e)의 적색영역에서의 굴절률은 다음 식으로 주어진다.
((이산화실리콘의 굴절률)×4/5)+((이산화티탄의 굴절률)×1/5)
또, 이산화티탄 층(1006e)의 녹색영역은 에칭에 의해서 완전히 제거된다.
다음에, 이산화티탄 층(1006e)의 위 및 이산화티탄 층이 제거되어 노출한 이산화실리콘 층(1006d) 상에 이산화실리콘 층(1006f), 이산화티탄 층(1006g), 이산화실리콘 층(1006h) 및 이산화티탄 층(1006i)이 순차 형성되어 컬러필터가 완성된다.
이와 같은 구성에 의하면, 고체촬상장치를 제조하기 위해 필요한 공정 수를 상감할 수 있으므로, 공기를 단축할 수 있어서, 제조 코스트를 저감할 수 있다.
[9] 실시 예 8
다음에, 본 발명의 제 8 실시 예에 관한 고체촬상장치에 대하여 설명한다. 본 실시 예에 관한 고체촬상장치는 상기 실시 예에 관한 고체촬상장치와 대체로 동일한 구성을 구비하는 한편, 컬러필터에 입사한 광을 수광소자에 집광하는 점에서 다르다.
도 14는 본 실시 예에 관한 컬러필터의 제조공정을 나타내는 도면이다. 먼저, 도 14⒜에 도시된 바와 같이, 절연 층(1104) 상에 이산화티탄 층(1106a), 이산화실리콘 층(1106b), 이산화티탄 층(1106c), 이산화실리콘 층(1106d), 이산화티탄 층(1106e)을 형성한다. 이산화티탄 층(1106e)은 스페이서 층이다.
다음에, 도 14 ⒝에 도시한 바와 같이, 이산화티탄 층(1106e) 상에 레지스트 패턴(1100)을 형성한 후, 이산화티탄 층(1106e)의 적색영역을 에칭한다.
다음에, 도 14 ⒞에 도시한 바와 같이, 이산화티탄 층(1106e) 상에 레지스트 패턴(1101)을 형성한 후, 이산화티탄 층(1106e)의 녹색영역을 에칭한다.
다음에, 도 14 ⒟에 도시한 바와 같이, 이산화티탄 층(1106e)의 청색, 적색, 녹색의 각 영역의 중앙 부분에 레지스트 패턴(1102)을 형성한다.
다음에, 도 14 ⒠에 도시한 바와 같이, 포토리소공정 및 건식 에칭 공정을 이용하여 이산화티탄 층(1106e)의 각 영역의 주변부를 테이퍼 형상으로 한다.
마지막으로, 레지스트 패턴(1102)을 제거한 후, 이산화실리콘 층(1106f), 이산화티탄 층(1106g), 이산화실리콘 층(1106h) 및 이산화티탄 층(1106i)을 형성하여 고체촬상장치가 완성된다. 또한, 상술한 바와 같이, 이산화티탄 층(1106e)의 주변부가 테이퍼 형상으로 되어 있으므로, 이산화실리콘 층(1106f), 이산화티탄 층(1106g), 이산화실리콘 층(1106h) 및 이산화티탄 층(1106i)도 테이퍼 형상이 된다.
이와 같이 주변부를 테이퍼 형상으로 하면, 각 색영역의 주변부에 입사한 광이 각각의 중앙부에 입사된다. 따라서 경사 광에 기인하는 혼색을 더욱 확실하게 방지할 수 있다. 또, 입사 관을 집광하는 마이크로 렌즈의 기능을 일부 보충할 수 있으므로, 그만큼 마이크로 렌즈의 두께를 얇게 하여 고체촬상장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 다음과 같은 제조방법을 이용하여도 각 색영역의 주변부를 테이퍼 형상으로 하여 동일한 효과를 얻을 수 있다. 도 15는 각 색영역의 주변부를 테이퍼 형상으로 하는 컬러필터의 제조방법을 나타내는 도면이다. 도 15 ⒜에서 ⒞까지는 도 14 ⒜에서 ⒞까지와 동일하다. 그 후, 도 15 ⒟에 도시한 바와 같이, 각 색영역의 주변부를 테이퍼 형상으로 한 레지스트 패턴(1203)을 형성한다. 도 15 ⒠, ⒡는 도 14 ⒠, ⒡와 동일하다. 이와 같은 제조방법에 의해서도 상기와 동일한 컬러필터를 얻을 수 있다.
또, 언급할 필요도 없이, 본 실시 예에 관한 제조방법에 의하면, 상기 실시 예에 관한 제조방법과 마찬가지로 고체촬상장치를 소형화할 수 있음과 동시에, 그 수율을 향상시켜서, 제조 코스트를 삭감할 수 있다.
[10] 제 9 실시 예
다음에, 본 발명의 제 9 실시 예에 대하여 설명한다. 본 실시 예에 관한 고체촬상장치는 상기 실시 예에 관한 고체촬상장치와 대체로 동일한 구성을 구비하는 한편, 컬러필터를 구성하는 스페이서 층의 형상이 다르다. 즉, 상기실시 예에서는 투과되는 색마다 동일한 막 두께의 스페이서 층을 이용하는 것으로 하였으나, 본 실시 예에서는 하나의 색 영역 중에서 스페이서 층의 막 두께를 변화시키는 것을 특징으로 하고 있고, 이에 의해 투과되는 광의 대역 폭을 확대시킬 수 있다.
도 16은 본 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 도면이다. 본 실시 예에서는, 도 16 ⒝에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(1301)을 형성하여 이산화티탄 층(1306e)의 청색영역의 일부를 에칭하는 공정을 추가함으로써 이산화티탄 층(1306e)의 청색영역에서의 막 두께를 2단계로 변화시키고 있다. 이와 같이 하면, 컬러필터를 투과시킨 청색 광의 대역 폭을 확대하여 투과특성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 스페이서 층의 막 두께의 변화는 2단계로 한정되지 않고, 또, 청색영역으로 한정되지 않는 것은 말할 것도 없으며, 3 이상의 각 단계로 스페이서 층의 두께를 변화시켜도 되고, 적색영역이나 녹색영역에서 막 두께를 변화시키는 것으로 해도 된다.
또, 고 굴절률 재료로 질화실리콘, 오산화탄탈이나, 이산화지르코늄 등을 되고, 저 굴절률 재료로 이산화실리콘 이외의 재료를 이용해도 된다.
본 실시 예에 의해서도, 컬러필터의 두께를 입사 광의 파장 정도로 억제하여 경사 광에 의한 혼색을 방지할 수 있는 동시에 고체촬상장치를 소형화할 수 있다. 또, 고체촬상장치의 수율을 향상시켜, 제조 코스트를 저감할 수 있다.
[11] 제 10 실시 예
다음에, 본 발명의 제 10 실시 예에 대하여 설명한다. 본 실시 예에 관한 고체촬상장치는 상기 실시 예에 관한 고체촬상장치와 대체로 동일한 구성을 구비하는 한편, 스페이서 층의 막 두께가 연속적으로 변화하는 점에서 다르다.
도 17은 본 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 도면이다. 먼저, 도 17 ⒜에 도시한 바와 같이, 절연 층(1404) 상에 이산화티탄 층(1406a), 이 산화실리콘 층(1406b), 이산화티탄 층(1406c), 이산화실리콘 층(1406d), 이산화티탄 층(1406e)을 순차 형성한다.
다음에, 도 17 ⒝에 도시된 바와 같이, 포토리소공정을 이용하여 청색영역에서 적색영역을 거쳐 녹색영역에 이르는 테이퍼 형상의 레지스트 패턴(1401)을 형성한다. 이 경우에, 포토리소공정용의 포토 마스크에는, 노광시의 광의 투과특성을 서서히 변화시키기 위해, 마스크 상에 형성하는 크롬(Cr) 막의 투과율을 테이퍼 형상에 맞춰서 연속적으로 변화시키고 있다.
다음에, 도 17 ⒞에 도시한 바와 같이, 건식 에칭에 의해서 이산화티탄 층(1406e)이 레지스트 패턴(1401)에 따른 테이퍼를 갖는 형상이 된다.
마지막으로, 도 17 ⒟에 도시한 바와 같이, 이산화티탄 층(1406e) 상에 이산화실리콘 층(1406f), 이산화티탄 층(1406g), 이산화실리콘 층(1406h) 및 이산화티탄 층(1406i)을 순차 형성하여 컬러필터를 완성한다.
이에 의해, 투과 대역 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
[12] 제 11 실시 예
다음에, 본 발명의 제 11 실시 예에 대하여 설명한다. 본 실시 예에 관한 고체촬상장치는 상기 실시 예에 관한 고체촬상장치와 대체로 동일한 구성을 구비하는 한편, 컬러필터로부터의 반사 광을 흡수하는 흡수체를 구비하는 점에서 다르다.
도 18은 본 실시 예에 관한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 도면이다. 도 18 ⒜에서 ⒞까지는 상기 실시 예와 동일하다.
도 18 ⒟에 도시한 바와 같이, 본 실시 예에 관한 컬러필터는 이산화티탄 층 (1506i) 상에 색 별 흡수체(1507b, 1507r 및 1507g)를 구비하고 있다. 흡수체로는, 예를 들어 안료타입 혹은 염료타입의 컬러필터를 이용해도 좋다.
상술한 바와 같이, 유전체 다층 막으로 이루어지는 컬러필터는 투과시키고자 하는 파장 이외의 광은 모두 반사한다. 이 반사 광이, 예를 들어 고체촬상장치의 표면에서 다중 반사하는 등에 의해 다른 수광소자에 잘못 입사할 우려가 있다. 이와 같은 문제에 대하여, 본 실시 예와 같이 필터 상에 흡수체를 설치하면 이와 같은 반사 광에 의한 노이즈의 발생을 억제할 수 있다.
[13] 변형 예
이상, 본 발명을 실시 에에 의하여 설명하여 왔으나, 본 발명이 상술한 실시 예에 한정되지 않음은 물론이며, 이하와 같은 변형 예를 실시할 수 있다.
⑴ 상기 실시 예에서는, 컬러필터의 최상층의 재료로 고 굴절률 재료(이산화티탄)를 이용하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 말할 것도 없으며, 컬러필터의 최상층의 재료로 저 굴절률 재료를 이용해도 된다.
도 19는 최상층의 재료로 저 굴절률 재료를 이용한 컬러필터의 제조방법을 나타내는 도면이다. 먼저, 도 19 ⒜에 도시한 바와 같이, 절연 층(1604) 상에 이산화티탄 층(1606a), 이산화실리콘 층(1606b), 이산화티탄 층(1606c) 및 이산화실리콘 층(1606d)을 형성한다.
다음에, 도 19 ⒝, ⒞에 도시한 바와 같이, 에칭공정을 이용하여 스페이서 층인 이산화실리콘 층(1606d)의 막 두께를 조정한다. 마지막으로, 도 19 ⒟에 도시한 바와 같이, 이산화실리콘 층(1606d) 상부 및 이산화티탄 층(1606c)의 녹색영역 상에 이산화티탄 층(1606e), 이산화실리콘 층(1606f), 이산화티탄 층(1606g) 및 이산화실리콘 층(1606h)을 형성한다.
도 20은 본 변형 예에 관한 컬러필터의 투과특성을 나타내는 그래프이다. 도 20과 도 8을 비교하면, 청색 관과 적색 광과의 투과율의 최대 값이 거의 100%로 되어 있고, 녹색 광에 대해서도 투과율의 최대 값이 100% 가까이 개선되어 있음을 알 수 있다.
이와 같이 하면, 고 굴절률 재료를 이용한 경우와 비교하여 컬러필터의 최상층에 입사하는 광이 반사하기 어려우므로, 보다 효율 좋게 촬상을 할 수 있다. 또, 스페이서 층이 저 굴절률 재료로 이루어져 있는 쪽이 고 굴절률 재료로 이루어지는 경우보다도 분광감도가 좋다는 것을 알 수 있다.
⑵ 상기 실시 예에 있어서는 특히 언급하지 않았으나, 컬러필터의 절연 층 측이나 마이크로 렌즈 측, 혹은 컬러필터를 구성하는 유전체 층의 사이에 보호층을 형성하는 것으로 해도 좋다. 이와 같은 위치에 보호 층(예를 들어, 질화실리콘 층)을 형성하면, 고체촬상장치의 신뢰성 및 내습성을 향상시킬 수 있다. 도 21은 본 변형 예에 관한 컬러필터를 나타내는 단면도이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 절연 층(1704) 상에 보호 층(1705), 컬러필터(1706)가 순차 형성되어 있다. 여기서, 보호 층(1705)은 질화실리콘 층이다.
도 22는 본 변형 예에 관한 컬러필터의 투과특성을 나타내는 그래프이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 보호 층(1705)을 추가해도 투과특성은 특히 열화 하지 않는 것을 알 수 있다.
이와 같이 보호층을 추가하면 고체촬상장치의 신뢰성 및 내습성을 향상시킬 수 있다.
⑶ 상기 실시 예에 있어서는 오직 컬러필터의 마이크로 렌즈 측이 스페이서 층의 형상에 맞춰진 형상으로 되어 있는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다는 것은 말할 것도 없으며, 그 대신 다음과 같이 하여도 된다.
도 23은 본 변형 예에 관한 컬러필터의 형상을 나타내는 도면이다. 도 23에 도시한 바와 같이, 본 변형 예에 관한 컬러필터(1806)는 녹색 층(1804) 상에 이산화티탄 층과 이산화실리콘 층을 교대로 적층 한 구조로 되어 있다. 컬러필터의 마이크로 렌즈 측에는 컬러필터의 凹凸에 맞춰서 두께를 변화시킨 이산화실리콘 층(1806g)이 형성되어 있고, 당해 이산화실리콘 층(1806g)의 마이크로 렌즈 측은 평탄하게 되어 있다.
도 24는 컬러필터(1806)의 투과특성을 나타내는 그래프이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 컬러필터(1806)는 이산화실리콘 층(1806g)의 형상에 관계없이 우수한 투과특성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
이와 같이 하면, 컬러필터 상에 마이크로 렌즈를 용이하게 배설할 수 있으므로, 고체촬상장치의 수율을 향상시키고, 또, 제조 코스트를 저감할 수 있다. 또, 색 별로 초점거리가 다른 마이크로 렌즈를 사용하지 않아도 된다.
⑷ 상기 실시 예에 있어서는 오직 절연 층 상에 컬러필터를 형성하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다는 것은 말할 것도 없으며, 그 대신에 다음과 같이 해도 된다.
즉, 수광소자에 접하도록 하여 컬러필터를 형성해도 된다. 도 25는 본 변형 예에 관한 고체촬상장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 25에 도시한 바와 같이, 본 변형 예에 관한 고체촬상장치는 N형 반도체 기판(1901), P형 반도체 층(1902), 수광소자(1903), 컬러필터(1906), 절연 층(1904), 차광 막(1905) 및 마이크로 렌즈(1907)를 구비하고 있다. 도 26은 컬러필터(1906)의 투과특성을 나타내는 그래프이다. 도 26에 도시한 바와 같이, 본 변형 예에 관한 구성에 의해서도 컬러필터(1906)의 투과특성은 특히 열화 하지 않는다는 것을 알 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 컬러필터와 수광소자가 인접하고 있으므로, 보다 확실하게 경사 광에 의한 혼색을 방지할 수 있다.
또한, 반도체 표면으로부터 컬러필터의 고 굴절률 층까지의 거리는 1㎚ 이상이고, 또한 컬러필터가 투과시키는 광의 1 파장 이하이면 좋다. 반도체 표면으로부터 컬러필터의 고 굴절률 층까지의 사이에는 컬러필터의 저 굴절률 층이 개재하는 것으로 해도 되며, 버퍼 층이 개재하는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 컬러필터의 고 굴절률 층을 이산화티탄 층으로 하고 저 굴절률 층을 이산화실리콘 층으로 하면, 이산화티탄 층으로부터 수광소자(반도체 표면)까지의 거리가 상기 범위에 있으면 좋다. 다른 말로 하면, 수광소자에 접하는 이산화실리콘 층의 광학 막 두께가 상기 범위에 있으면 좋다.
⑸ 상기 실시 예에서 설명한 바와 같이, 이산화티탄 층과 이산화실리콘 층을 교대로 적층 하여 이루어지는 컬러필터에서는 이산화티탄 층과 이산화실리콘 층의 어느 하나를 스페이서 층으로 하여도 컬러필터를 얻을 수 있다.
그러나 투과율의 관점에서는 이산화실리콘 층을 스페이서 층으로 하는 것이 바람직하다. 도 27은 이산화티탄 층을 스페이서 층으로 한 경우의 투과특성을 나타내는 그래프이다. 도 27에 도시한 바와 같이, 이산화티탄 층을 스페이서 층으로 한 경우에는 청색, 녹색, 적색의 어느 것도 최대 투과율이 90%에 이르지 않는다.
이에 대해, 이산화실리콘 층을 스페이서 층으로 한 경우에는, 예를 들어 상기 도 8에 도시된 바와 같이, 어느 광색에 대해서도 95% 이상으로 되어 있다. 따라서, 이산화실리콘 층과 이산화티탄 층을 교대로 적층하여 이루어지는 컬러필터에서는 이산화실리콘 층을 스페이서 층으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 스페이서 층의 광학 막 두께는 투과시켜야 할 광의 파장 이하이고, 또한 1㎚ 이상이면 가장 적합하다. 이 범위이면, 스페이서 층의 광학 막 두께를 변화시킴으로써, 가시광 영역에서의 투과 피크 파장을 임의로 설정할 수 있게 된다.
⑹ 상기 실시 예에 있어서는, 컬러필터는 베이어 배열이 되는 것으로만 설명하였으나, 구체적으로는 다음과 같이 배열하는 것이 바람직하다.
도 28은 본 변형 예에 관한 컬러필터의 배열로 베이어 배열의 최소 단위(4화소)를 나타내는 도면이다. 이 최소 단위에 따라서 각 화소가 반복 배열된다. 도 28에 도시한 바와 같이, 베이어 배열의 최소 단위가 되는 4화소 중 2화소를 청색 광을 검출하는 화소로 하고, 나머지 2화소를 적색 광과 녹색 광을 검출하는 화소로 한다.
컬러필터의 투과특성상, 청색 광은 반값 폭이 적색 광이나 녹색 광에 비교하여 작으므로, 상기 배열을 채택함으로써 청색 광을 검출하는 대역 폭을 확대하여, 고체촬상장치의 감도를 개선할 수 있다.
⑺ 상기 제 7 실시 예에서는, 이산화티탄 층의 적색영역에 홈을 설치하며, 이 홈을 이산화실리콘으로 메운 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 말할 것도 없으며, 이에 대신하여 다음과 같이 하여도 된다. 예를 들어, 홈 대신 이산화티탄 층에 구멍을 뚫어서, 이 구멍을 이산화실리콘으로 메워도 된다. 이 경우도, 당해 영역의 굴절률은 제 7 실시 예에 제시된 식으로 주어진다. 또, 홈을 동심원 형상으로 해도 된다.
[14] λ/4 다층 막 구조에 대하여
λ/4 다층 막 구조에 대하여 설명한다.
먼저, 가시 광에 대해서 극히 투명성이 높은 저 굴절률 재료와 고 굴절률 재료를 교대로 적층 시킨 다층 막 구조에 대하여 설명한다. 도 29는 이와 같은 다층 막 구조를 나타내는 단면도이다. 도 29에 도시한 바와 같이, 다층 막(20) 구조는 저 굴절률 층(2001)과 고 굴절률 층(2002)이 교대로 적층된 구조로 되어 있다.
이와 같은 다층 막 구조(20)에 대하여, 그 적층방향에 대해서 경사지게 입사한 광은, 다층 막 구조를 구성하는 각 층을 투과하는 동시에, 각 층의 경계 면에서 반사된다. 서로 인접하는 2개의 층은 굴절률이 서로 다르기 때문이다. 각 경계 면에서의 반사 광의 총 양이 다층 막 구조 전체의 반사 광이 된다.
상이한 경계 면에서의 반사 광의 위상이 일치하면 고 반사특성이 되고, 역위 상이면 저 반사특성이 된다. 이 때문에 다층 막 구조를 고 반사 코팅 막으로 이용하는 경우에는 각 경계 면에서의 반사 광이 동 위상이 되도록 설계된다.
이와 같은 다층 막 구조를 구성하는 각 층의 광학 막 두께가 일치하는 경우, 당해 광학 막 두께의 4배에 상당하는 파장(이하 「설정중심파장」이라 한다) λ를 중심으로 하는 소정 대역(이하 「반사 대역」이라 한다)의 파장의 광이 반사된다. 이와 같은 다층 막 구조를 λ/4 다층 막 구조라고 한다.
도 30은 λ/4 다층 막의 투과율 특성(시뮬레이션 값)을 예시하는 그래프로서, 횡축은 λ/4 다층 막을 투과하는 광의 파장을 나타내고, 종축은 파장 별 투과율을 나타낸다. 또한, 설정중심파장 λ는 550㎚로서, 저 굴절률 층과 고 굴절률 층의 쌍(pair)의 수는 10이다. 또, 저 굴절률 층의 재료를 질화실리콘으로 하고 고 굴절률 층의 재료를 질화티탄으로 하였다. 도 30에 도시된 바와 같이, 설정중심파장 550㎚를 중심으로 하는 파장 500㎚에서 600㎚까지의 반사 대역에서 투과율이 현저하게 낮게 되어 있고, 입사 광이 거의 100% 반사되고 있음을 알 수 있다.
이와 같이, λ/4 다층 막에서는 각 층의 광학 막 두께의 선정에 의해서 반사 대역을 자유롭게 설계할 수 있다. 또, 저 굴절률 층과 고 굴절률 층 사이의 굴절률 차를 크게 하거나, 저 굴절률 층과 고 굴절률 층과의 쌍의 수를 많게 함으로써 반사 대역의 대역 폭을 넓힐 수 있다.
본 발명의 고체촬상장치, 고체촬상장치의 제조방법 및 이것을 이용한 카메라는 컬러 고체촬상장치를 소형화하고, 그 성능을 향상시키는 기술로서 유용하다.
Claims (25)
- 입사 광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치로서,상기 필터수단은, 각각 복수의 유전체 층으로 이루어지는 2개의 λ/4 다층 막과, 상기 λ/4 다층 막에 협지된(sandwiched) 절연체 층을 구비하고,상기 절연체 층은 λ/4 이외의 광학 막 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 2개의 λ/4 다층 막은,상기 절연체 층의 재료의 굴절률과는 다른 굴절률을 갖는 재료로 이루어지는 2개의 제 1 유전체 층과,상기 절연체 층의 재료의 굴절률과 대략 같은 굴절률을 갖는 재료로 이루어지는 2개의 제 2 유전체 층을 구비하고,상기 절연체 층은 그 2개의 주 면에서 상기 제 1 유전체 층에 접하고 있고, 상기 제 1 유전체 층의 상기 절연체 층에 접하고 있지 않은 주면은 상기 제 2 유전체 층에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 절연체 층의 광학 막 두께는 상기 필터수단이 투과시키는 입사광의 파 장에 따라서 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연체 층은 그 주 면에 대략 수직인 관통 공 또는 홈으로서, 상기 제 1 유전체 층의 재료와 동일한 재료로 매입된 관통 공 또는 홈을 가지며,평면에서 본 때의 상기 관통 공 또는 홈 부분의 면적과 상기 관통 공 또는 홈이 아닌 부분의 면적과의 비에 따른 파장의 광을 투과시키는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1 항에 있어서,반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단을 구비하고,상기 절연체 층은 개개의 수광수단에 대응하는 부분마다 상기 절연체 층의 주변부가 테이퍼 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1 항에 있어서,반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단을 구비하고,상기 절연체 층은, 대향하는 수광수단에 수광시켜야 할 입사광의 파장에 따라서 당해 수광수단에 대향하는 부분의 광학 막 두께를 다르게 하고 있고,광학 막 두께가 다른 부분 사이에서 광학 막 두께가 연속적으로 변화하고 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1 항에 있어서,반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단을 구비하고,하나의 수광수단으로의 입사광이 통과하여야 할 상기 절연체 층의 영역은 서로 다른 막 두께를 갖는 복수의 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 λ/4 다층 막이 반사하는 광을 흡수하는 흡수체가 상기 λ/4 다층 막의 당해 광이 반사되는 측에 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 흡수체는 안료타입 또는 염료타입의 컬러필터인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치로서,상기 필터수단은, 각각 복수의 유전체 층으로 이루어지는 2개의 λ/4 다층 막과, 상기 λ/4 다층 막에 협지된 절연체 층으로 이루어지며,상기 절연체 층은 λ/4 이외의 광학 막 두께를 갖는 고체촬상장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라.
- 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치의 제조방법으로서,복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 1 λ/4 다층 막을 반도체 기판상에 형성하는 제 1 형성공정과,상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 제 1 절연체 층을 형성하는 제 2 형성공정과,상기 제 1 절연체 층을 제 1 의 영역을 남기고 제거하는 제 1 제거공정과,상기 제 1 λ/4 다층 막 및 상기 제 1 절연체 층 상에 제 2 절연체 층을 형성하는 제 3 형성공정과,상기 제 2 절연체 층으로서, 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 형성된 부분 중 제 2 의 영역을 제거하는 제 2 제거공정과,상기 제 2 절연체 층 및 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 2 λ/4 다층 막을 형성하는 제 4 형성공정에 의해서 상기 필터수단을 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
- 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치의 제조방법으로서,복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 1 λ/4 다층 막을 반도체 기판상에 형성하는 제 1 형성공정과,리프트 오프법(Liftoff Method)을 이용하여, 상기 제 1 λ/4 다층 막 상의 제 1 영역에 제 1 절연체 층을 형성하는 제 2 형성공정과,리프트 오프법을 이용하여, 상기 제 1 λ/4 다층 막 상의 상기 제 1 절연체 층이 형성되어 있지 않은 부분 중 제 2 영역에 제 2 절연체 층을 형성하는 제 3 형성공정과,상기 제 1 절연체 층, 상기 제 2 절연체 층 및 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 2 λ/4 다층 막을 형성하는 제 4 형성공정에 의해 상기 필터수단을 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
- 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치의 제조방법으로서,복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 1 λ/4 다층 막을 반도체 기판상에 형성하는 제 1 형성공정과,상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 제 1 절연체 층을 형성하는 제 2 형성공정과,상기 제 1 절연체 층을 제 1 의 영역을 남기고 제거하는 제 1 제거공정과,리프트 오프법을 이용하여, 상기 제 1 절연체 층 상의 제 2 영역과 상기 제 1 λ/4 다층 막 상의 상기 제 1 절연체 층이 형성되어 있지 않은 영역에 제 2 절연체 층을 형성하는 제 3 형성공정과,상기 제 1 절연체 층 및 상기 제 2 절연체 층 상에 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 2 λ/4 다층 막을 형성하는 제 4 형성공정에 의해서 상기 필터수단을 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
- 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치의 제조방법으로서,복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 1 λ/4 다층 막을 반도체 기판상에 형성하는 제 1 형성공정과,상기 제 1 λ/4 다층 막 상에 제 1 절연체 층을 형성하는 제 2 형성공정과,상기 제 1 절연체 층을 제 1 의 영역을 남기고 제거하는 제 1 제거공정과,상기 제 1 λ/4 다층 막 및 상기 제 1 절연체 층 상에, 상기 제 1 절연체 층의 재료와 다른 재료로 제 2 절연체 층을 형성하는 제 3 형성공정과,상기 제 1 절연체 층 상의 제 2 영역 상에 형성된 제 2 절연체 층을 남기고 제 2 절연체 층을 제거하는 제 2 제거공정과,상기 제 1 절연체 층, 상기 제 2 절연체 층 및 상기 제 1 λ/4 다층 막 상에, 복수의 유전체 층으로 이루어지는 제 2 λ/4 다층 막을 형성하는 제 4 형성공정에 의해서 상기 필터수단을 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
- 반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단과, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비하며, 당해 필터수단은 복수의 유전체 층으로 이루어지는 2개의 λ/4 다층 막으로 절연체 층을 협지하여 이루어지는 고체촬상장치의 제조방법으로서,개개의 수광수단에 대향하는 절연체 층의 중앙부분에 레지스트를 형성하는 형성공정과,에칭에 의해서, 상기 절연체 층의 상기 레지스트로 피복된 부분의 주변부를 테이퍼 형상으로 하는 정형공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 형성공정은 상기 레지스트의 주변부가 테이퍼 형상이 되도록 상기 레지스트를 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 형성공정은 노광량을 변화시킴으로써 상기 레지스트의 주변부를 테이퍼 형상으로 하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단을 구비하며,상기 절연체 층은, 대향하는 수광수단이 수광하여야 할 광의 파장에 따라서, 그 절연체 층의 유무, 그 절연체 층의 막 두께 및 재료 중 어느 하나, 또는 그 조합이 다른 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1 항에 있어서,반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단과,대응하는 수광수단에 따라서 다른 파장의 입사광을 투과시키는 필터수단을 구비하며,상기 2개의 λ/4 다층 막은 상기 절연체 층을 중심으로 하여 대칭인 층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단과, 당해 필터수단이 투과시킨 광을 수광하는 수광수단을 구비한 고체촬상장치로서,상기 필터수단은 복수의 유전체 층으로 이루어지는 λ/4 다층 막을 구비하고,당해 λ/4 다층 막을 구성하는 유전체 층 중, 상기 수광수단에서 가장 먼 유전체 층은 저 굴절률 층인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치로서,상기 필터수단은 복수의 유전체 층으로 이루어지는 λ/4 다층 막을 구비하고,상기 λ/4 다층 막의 어느 일방의 주면, 또는 상기 λ/4 다층 막을 구성하는 어느 1조의 유전체 층의 사이에 보호층이 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 21 항에 있어서,상기 보호층은 질화실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1 항에 있어서,반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단과,입사광을 집광하는 집광수단과,수광수단 별로 대응하는 파장의 입사광을 투과시키는 필터수단을 구비하며,상기 필터수단의 상기 수광수단과는 반대 측의 주 면이 평탄하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 반도체 기판 내에 2차원 형상으로 배열된 복수의 수광수단과, 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비한 고체촬상장치로서,상기 필터수단은 복수의 유전체 층으로 이루어지는 λ/4 다층 막을 구비하고,당해 λ/4 다층 막을 구성하는 고 굴절률 층 중 가장 수광수단에 가까운 고 굴절률 층에서 수광수단까지의 거리가 1㎚ 이상에서 λ 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 입사광을 선택적으로 투과시키는 필터수단을 구비하고, 단위 화소가 2차원 형상으로 복수 배열되어 이루어지는 고체촬상장치로서,상기 단위 화소는 각각,입사광의 강도를 검출하는 수광수단과,복수의 유전체 층으로 이루어지는 λ/4 다층 막으로서, 적색 광, 녹색 광 또는 청색 광 중 어느 하나를 투과시키는 λ/4 다층 막으로 이루어지는 필터수단을 구비하며,상기 단위 화소는 상기 필터수단이 투과시키는 광 색에 따라서 베이어 배열되고,인접하는 4개의 단위 화소로 이루어지는 정방 영역에는 어디에나, 청색 광을 투과시키는 필터수단을 구비한 단위 화소가 2개 포함되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
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