KR20070051679A - 반도체 촬상 장치 및 그 제조 방법과 카메라 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체 촬상장치는 소정의 기판과, 수신된 빛을 광전 변환하여 신호 전하를 출력하기 위한 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가지고 상기 기판에 설치된 촬상 소자 어레이와, 상기 촬상 소자 어레이상에 설치된 칼라 필터층을 포착하여 구성되어 있으며, 상기 칼라 필터층은 적외선 흡수성의 색소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 실시 형태로서 반도체 촬상 장치(100)의 구조예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 반도체 촬상 장치(100)의 1 화소의 고체 촬상 소자(pij)의 구조예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시형태의 칼라 필터(층) 및 그 비교예의 분광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 일예로서 반도체 촬상 장치(100)의 형성예(번호 1)를 나타내는 공정도이다.
도 5는 반도체 촬상 장치(100)의 형성예(번호 2)를 나타내는 공정도이다.
도 6은 반도체 촬상 장치(100)의 형성예(번호 3)를 나타내는 공정도이다.
도 7은 반도체 촬상 장치(100)의 형성예(번호 4)를 나타내는 공정도이다.
도 8은 반도체 촬상 장치(100)의 형성예(번호 5)를 나타내는 공정도이다.
도 9는 반도체 촬상 장치(100)의 형성예(번호 6)를 나타내는 공정도이다.
도 10은 본 발명에 따른 실시형태로서 카메라의 구조예를 나타내는 도면이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호설명]
11: 실리콘 기판 12: p－WELL(p형 매입층)
13: n형 불순물 영역 14: p형 불순물 영역
15: 수광창부 16: 게이트 절연막
17: 절연막(SiO2막) 18: 채널 스토퍼
19: 전극 20: 센서부(촬상 소자 어레이)
21: 평탄화층 22: 차광막
23: 배선부 24: 본딩패드부(접속용 전극부)
25: 플레어 방지막 26＇: 포토리지스트층,
26, 26": 칼라 필터층 27: 온칩렌즈(on-chip lens)
100: 반도체 촬상 장치
본 발명은, 가시광선뿐만 아니라 적외선에 대한 수광 감도를 가지는 고체 촬상 소자나 전계 효과형의 촬상 소자를 갖춘 디지털카메라 등에 적용하는데 매우 적합한 반도체 촬상 장치 및 그 제조 방법과 카메라 및 그 제조방법에 관한 것이다. 자세하게는 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가진 촬상 소자 어레이상에 적외선 흡수성의 색소를 포함한 칼라 필터층을 갖추고, 이 칼라 필터층에서 적외선 컷 기능을 실현함과 동시에, 칼라 필터 기능으로 요구되는 가시광선의 고투과율성에 부가하여, 적외선 컷 기능이 요구되는 적외선 저투과율성을 구비할 수 있도록 한 것이다.
근래에, 학교, 가정이나 방송국 등에 있어 비디오 카메라 및 디지털 카메라가 사용되는 경우가 많아졌다. 이런 종류의 카메라에 필수적인 것이 반도체 촬상 장치이다. 반도체 촬상 장치에서 고체 촬상 소자나 전계 효과형의 촬상 소자는 광전 변환 소자로서의 CCD(charge coupled device：전하결합소자) 촬상 소자를 이차원상에 배치하고 마이크로 렌즈 등에 의해서 빛을 전하결합소자로 이끌도록 한 것이다. 여기서, CCD 촬상 소자란, 포토 다이오드나 MOS 캐패시터 등에서 되는 단위 소자를 규칙적으로 늘어놓은 구조를 가지는 반도체 디바이스를 말한다. 반도체 촬상 장치는 반도체 기판 표면에 축적된 어느 전하의 그룹이 MOS 캐패시터의 전극의 선을 따라 이동되는 기능을 가지고 있다.
이런 종류의 CCD나 CMOS 이미지 센서등의 고체 촬상 소자는 적외선 영역에 감도를 가지고 있어 해당 고체 촬상 소자를 이용한 카메라에서는 색을 정확하게 분해하기 위해서 카메라 광학계에 적외선 컷용의 필터를 탑재하고 있는 경우가 많다.
최근에, 디지털카메라의 소형화가 진행되고 있지만, 적외선 컷용의 필터는 두께가 대략 1~3 mm정도 이므로 디지털카메라를 박형화하는 점에서 필터의 두께가 문제가 된다. 특히, 휴대 전화기나 휴대 단말 장치 등에 탑재하는 카메라 모듈에서는 광학계의 박형화가 필수적이다.
이러한 적외선 컷용의 필터에 관련하여, 일본특허JP-A-2004－200360호 공보(특허 문헌 1)는 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법이 기술되어 있다. 이 고체 촬상 소자의 제조 방법에 의하면, 소망한 기판에 형성된 광전 변환 소자상에 적외선 흡수 기능이 제공된 마이크로 렌즈 및 평탄화 층이 형성된다. 이러한 제조 방법을 따르면 외부부착의 적외선 컷용의 필터가 불필요해져, 집광성이 개선될 수 있고, S／N비를 개선할 수 있어 화질이 향상될 수 있는 것이다.
그러나, 특허 문헌 1에서는 고체 촬상 소자의 형성 공정 외에 적외선 컷용의 필터층을 형성하기 위한 제조 공정을 부가해야 한다. 따라서, 반도체 웨이퍼 공정에 있어서의 작업시간 및 사용 재료가 증가하기 때문에 반도체 촬상 장치의 비용을 높아질 우려가 있다.
이와 같이, 본 발명은 이러한 종래의 과제를 해결하는 것이며, 칼라 필터층에서 적외선 컷 기능을 실현할 수 있도록 함과 동시에 칼라 필터 기능으로 요구되는 가시광선의 고투과율성에 부가하여 적외선 컷 기능으로 요구되는 적외선저투과율성을 구비하는 반도체 촬상 장치 및 전극을 가지는 촬상소자 어레이상에 적외선 흡수 색소를 포함하는 칼라 필터층과 함께 제공되는 반도체 촬상 장치 및 그 제조 방법과 카메라 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 소정의 기판과, 수신된 빛을 광전 변환하여 신호 전하를 출력하기 위한 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가지고 상기 기판에 설치된 촬상 소자 어레이와, 상기 촬상 소자 어레이상에 설치된 칼라 필터층을 갗추고, 상기 칼라 필터층은 적외선 흡수성의 색소를 포함하는 반도체 촬상 장치 및 카메라를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 촬상 장치 및 카메라에서 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가진 촬상 소자 어레이가 소정의 기판에 설치되어 수광한 빛을 광전 변환하여 신호 전하를 출력한다. 이 촬상 소자 어레이상에는 적외선 흡수성의 색소를 포함한 칼라 필터층이 설치된다.
따라서, 칼라 필터층에 적외선 컷 기능이 제공될 수 있으므로, 칼라 필터 기능으로 요구되는 가시광선의 고투과율성에 부가하여 적외선 컷 기능으로 요구되는 적외선저투과율성을 갖는 반도체 촬상 장치 및 카메라를 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 촬상 장치와 카메라 제조 방법은 소정의 기판에 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가지는 촬상 소자 어레이를 형성하는 공정과 기판에 형성된 촬상 소자 어레이상에 적외선 흡수성의 색소를 포함한 칼라 필터층을 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 촬상 장치와 카메라 제조 방법에 의하면, 칼라 필터 기능으로 요구되는 가시광선의 고투과율성에 부가하여 적외선 컷 기능으로 요구되는 적외선저투과율성을 겸비한 칼라 필터 기능이 제공된 반도체 촬상 장치및 카메라를 제조할 수 있게 된다.
다음에, 본 발명의 실시형태에 따른 반도체 촬상 장치 및 그 제조 방법과, 카메라 및 그 제조방법의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
(1)반도체 촬상 장치 및 카메라
도 1은 본 발명에 따른 실시 형태로서 반도체 촬상 장치(100)의 구조예를 나타내는 분해 사시도이다.
이 실시 형태에서 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가진 촬상 소자 어레이상에 적외선 흡수성의 색소를 포함한 칼라 필터층을 제공함으로써, 이 칼라 필터층에서 적외선 컷 기능을 실현할 수 있도록 함과 동시에 칼라 필터 기능으로 요구되는 가시광선의 고투과율성에 부가하여 적외선 컷 기능으로 요구되는 적외선저투과율성을 구비할 수 있도록 한 것이다.
도 1에 나타내는 반도체 촬상 장치(100)는 가시광선 및 적외선에 대해서 수광 감도를 가지는 고체 촬상 소자나 전계 효과형의 촬상 소자에 적용하기에 매우 적합한 것이다. 이 반도체 촬상 장치(100)는 소정의 기판의 일례가 되는 실리콘 기판(11)을 가지고 있다. 이 실리콘 기판(11)에는 촬상 소자 어레이의 일례가 되는 센서부(20)가 설치되어 있다. 센서부(20)는 반도체 촬상 소자의 일례가 되는 복수의 고체 촬상 소자(pij)(i=1~M, j=1~N)를 가지고 있어 수광한 빛을 광전 변환하여 신호 전하를 출력하게 된다. 고체 촬상 소자(pij)는 M×N개의 포토 다이오드를 가지며, 행방향(x)에 M화소 및 열방향(y)에 N화소의 매트릭스상태로 배치되어 있다.
이 센서부(20)의 주변 영역에는 주변 회로용의 배선부(이하, 주변 배선부라고 한다)(23) 및 접속용 전극부(이하, 본딩패드부(bonding pad parts)라고 한다)(24)가 설치되어 있다. 주변 배선부(23)는 본딩 패드부(bonding pad부)(24) 에 접속되어 있다. 이 예로, 상술한 센서부(20)로 본딩 패드부(24)를 제외한 부분에는 도면 중 사선으로 나타낸 플레어 방지막(an anti-flare film)(25)이 설치되어 플레어를 방지하도록 기능한다. 다음에, 플레어 방지막(25)으로 둘러싸인 센서부(20)의 1 화소의 고체 촬상 소자(pij)에 대해 설명한다. 도 2는 반도체 촬상 장치(100)의 1 화소에 대한 고체 촬상 소자(pij)의 구조예를 나타내는 단면도이다.
도 2에 나타내는 고체 촬상 소자(pij)는 예를 들면, n형 실리콘 기판(n－sub)(11)을 가지고 있다. 이 n형 실리콘 기판(11)에는 p형 매입층(이하로 p－WELL라고 한다)(12)이 설치된다. p－WELL(12)은 n형 실리콘 기판(11)에 광범위하게 p형 불순물을 확산하여 형성한 것이다.
이 p－WELL(12)에는 채널 스토퍼(18)가 설치되어 있다. 이 예로 채널 스토퍼(18)는 p+형 불순물 영역으로 구성되어 있다. 센서부(20)는 pnpn 접합 소자(포토 다이오드(PD))를 구성하기 위해, 실리콘 기판(11)의 p－WELL(12)에 n형 불순물 영역(13)이 설치되고, 이 n형의 불순물 영역(13)상에 p+형 불순물 영역(14)이 접합된다. 이 p+형 불순물(impurity) 영역(14)의 상부는 수광창부(15)로 작용한다.
이러한 센서부(20) 및 전하 전송 영역이 설치된 실리콘 기판(11)상에는 게이트 절연막(16)을 통해 전하 전송용의 전극(19)이 설치되어 있다. 전하 전송용의 전극(19)의 상부 및 측부는 예를 들면, SiO2 등의 절연막(17)에 의해 절연된다. 각 전극(19)의 하부에서 실리콘 기판(11)은 n형 불순물 영역(28)이 설치되어 수직 전송(CCD) 레지스트를 구성하도록 되어 있다.
이러한 각 전극(19)상에는 절연막(17)이 설치되고, 이 절연막(17)상에는 알루미늄등의 차광막(22)이 덮여 있어 스미어(smear)로 불리는 노이즈 발생을 방지하도록 되어 있다. 이 차광막(22)상에는 절연성의 평탄화층(21)이 설치되고, 상술의 수광창부(15)는 개구부에 의해 평탄화층(21) 및 차광막(22)을 구분한다.
또한, 평탄화층(21)상에는 적외선 흡수성의 색소를 포함한 칼라 필터층(26)이 설치되어 있다. 칼라 필터층(26)에서는 예를 들면, 수광한(받은) 빛 중 적색(R)의 빛을 투과하도록 기능한다. 다른 칼라 필터층(26)에서는 수광한 빛 중 녹색(G)의 빛을 투과하도록 기능한다. 또한, 다른 칼라 필터층(26)에서는 수광한 빛 중 청색(B)의 빛을 투과하도록 기능한다. 상술의 적외선 흡수성의 색소를 포함한 상술의 칼라 필터층(26)상에는 예를 들면, 아크릴 수지 등으로 완성되는 거의 반구상의 on-chip 렌즈(마이크로 렌즈)가 설치되어 수광한 빛이 수광창부(15)에 결상(image formation)되도록 한다.
이 실시 형태에서는, 칼라 필터층(26)은 적외선 흡수성의 색소를 포함하는 것이다. 칼라 필터층(26)에는 소망한 레지스트 재료에 가시광선 흡수 색소 재료 및 적외선 흡수 색소 재료를 소정의 비율로 분산시킨 혼합물이 사용된다. 가시광선 흡수 색소 재료는 예를 들면, 도 3에 나타내는 분광 특성을 가지는 안료가 사용된다. 이 안료는 종래부터 색소 분산 포토리지스트(photoresist)로 사용되고 있다.
이 반도체 촬상 장치(100)에서 칼라 필터층(26)의 적외선의 투과율을 예를 들면, 5％이하에 억제하는 경우, 그 색소 분산 포토리지스트(photoresist)의 재료 조성비는 다음과 같다. 물론, 투과율이 5％이하라고 하는 것은 효과를 기대할 수 있는 기준이다.
네거티브형 포토리지스트(photoresist): 50wt％
가시광선 흡수 색소: 25wt％
적외선 흡수 색소: 25wt％
이 예에서, 색소 분산 포토리지스트(photoresist)는 상술의 재료 조성비에 의해 네거티브형 포토리지스트(photoresist)에서 이러한 색소를 첨가하여 형성된다. 적외선 흡수 색소 재료는 다음식(1)으로 구성되는 시아닌계의 색소가 사용된다.
시아닌 색소와는 2개의 함질 소복 소환(含窒素複素環)(nitrogen-containing heterocyclic rings)을 메틴군 -CH= 또는 그 연쇄를 통해 서로 결합한 양이온 구조를 가지는 색소의 총칭을 말한다. 복소환(素複環)(quinoline)은 식(1)의 퀴놀린 외에 벤조오키사조르(benzoxazole), 벤조치아조르(benzothiazole), 단환 식(moocyclic)의 피리딘(pyridine)등이 대상이 된다. 메틴 군의 결합 위치는 식(1)에 한정되지 않는다. 덧붙여 n=0일 경우 조성은 시아닌(cyanine)이고, n=1일 경우 조성은 칼보 시아닌(carbocyanine)이고, n=2일 경우 조성은 디카르보시아닌(dicarbocyanine)이 된다.
R, R＇는 알킬(alkyl) 또는 아르코키실(alkoxy)이다. 이 예에서는 R, R＇=(CH3)2이다. X-는 할로겐의 음이온이며, 이 예에서는 X-=ClO4 -이다. 이것을 식(1)에 적용시키면, 색소는 다음식(2)으로 나타내게 된다.
물론, 이것에 한정되지 않고, 적외선 흡수 색소 재료에는 다음식(3)으로 구성되는 스퀄리움(squalium)계의 색소를 사용해도 좋다.(문헌：D.J.Gravesteijn, et al., Optical Storage Media SPIE－420, 페이지327, 1983 참조).
또한, 적외선 흡수제가 포함되어 있는 기재이면, 비감광성의 것에서도 형성 가능하다. 감광성 수지의 예로서 포지티브형의 레지스트 재료를 사용해도 괜찮다.
다음에, 칼라 필터층(26)의 분광 특성에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 칼라 필터(층) 및 그 비교 예의 분광 특성을 각각 나타내는 그래프이다.
도 3에 나타내는 횡축(가로좌표)은, 필터 투과광의 파장λ［nm］이다. 세로축(세로좌표)은 칼라 필터의 투과율［％］이다. 도면에서 실선(I)은 본 발명의 칼라 필터(층)의 분광 특성이며, 파선(II)은 비교예로서의 가시광선 흡수 색소만을 적용한 칼라 필터의 분광 특성이다.
적외선 흡수 색소를 적용한 칼라 필터의 분광 특성은 파장 400~700nm의 가시광선 영역에서는 흡수성을 가지지 않고, 파장 700~1000nm의 적외선 영역에서 흡수성을 가지는 것이 이상적이다. 비교예II에서의 가시광선 흡수 색소만을 적용한 칼라 필터에 의하면, 파장 700~1000nm의 적외선 영역에서 적외선이 흡수되지 않고 투과된다.
반면에, 본 발명의 실시예에 있어서 가시광선 흡수 색소 재료 및 적외선 흡수 색소 재료를 적용한 칼라 필터층(26)의 분광 특성에 의하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 파장 700~1000nm의 적외선 영역에 있어서의 투과율이 5％이하가 되고 있다.
다음, 칼라 필터층(26)을 갖춘 반도체 촬상 장치(100)의 동작예에 대해 이하에 설명한다. 반도체 촬상 장치(100)에 의하면, 수광창부(15)에 빛을 조사하면, 이 빛이 칼라 필터층(26)을 투과하고, 센서부(20)의 포토 다이오드(PD)에 의해서 수광된다. 이때, 칼라 필터층(26)에 입사된 적외선은 도 3에 나타낸 것처럼 적외선 영역에 있어서의 투과율이 5％이하로 억제된다. 포토 다이오드(PD)는 수광한 가시광선을 p형 불순물 영역(14)에서 n형 불순물 영역(13)으로 가져가 불순물 영역(13)내에서 광전 변환하여, 신호 전하(q)를 발생하게 된다. 이 신호 전하(q)는 n형 불순물 영역(13)의 얕은(shallow) 부분에 모인다.
그리고, 전하 전송용의 전극(19)에 펄스 신호가 인가되면, n형 불순물 영역(13)에서 전하 전송 영역(수직 전송 레지스트)으로 신호 전하(q)가 판독된다. 잉여 전하는 n형 불순물 영역(13)에서 p－WELL(12)을 통과하여 실리콘 기판(11)으로 빠지도록 된다. 이것에 의해, 칼라 신호(R, G, B)를 추출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명과 따른 실시 형태로서의 반도체 촬상 장치(100)에 의하면, N화소×M화소의 고체 촬상 소자(pij) 및 전하 전송용의 전극(19)을 가진 센서부(20)가 n형 실리콘 기판(11)에 설치되고, 수광된 빛을 광전 변환하여 신호 전하 (q)를 출력한다. 이 촬상 소자 어레이상에 적외선 흡수성의 색소를 포함한 칼라 필터층(26)이 설치된다.
도 10은 본 발명에 따른 실시예의 카메라의 구조예를 나타내는 도면이다. 이 실시예에 따른 카메라는 이동화상을 촬영가능한 비디오 카메라의 예이다.
이 실시예에 따른 카메라는 촬상장치(100), 광학시스템(110), 셔터유니트(111), 드라이브 회로(112) 및 신호처리회로(113)를 포함한다.
광학시스템(110)은 반도체 촬상장치(100)의 화상표면상의 물체로부터 화상광(주사광)의 결상을 실행한다. 이와 같이, 고정된 기간동안 반도체 촬상장치(100)내에 신호 전하가 축적된다.
셔터유니트(111)는 반도체 촬상장치(100)로 광조사기간 및 차광(shading)기간을 제어한다.
셔터유니트(111)는 드라이브 신호를 공급하고, 그 결과 반도체 촬상장치(100)의 이동 조작 및 셔터유니트(111)의 셔터조작을 제어한다. 드라이브 회로(112)에서 공급된 드라이브 신호(타이밍 신호)에 의해 반도체 촬상장치(100)의 전하 이동이 실행된다. 신호 처리 회로(113)는 다양한 신호 처리를 행한다. 신호 처리되는 화상신호는 메모리와 같은 기록 매체에 기억되거나 모니터로 출력된다.
따라서, 칼라 필터층(26)에 적외선 컷 기능에 제공될 수 있으므로, 칼라 필터 기능으로 요구되는 가시광선의 고투과율성에 부가하여, 적외선 컷 기능으로 요구되는 적외선저투과율성을 겸비한 반도체 촬상 장치(100)를 제공할 수 있게 된다.이것에 의해, 카메라 부재로서의 두께 1 내지 3 mm정도를 가지는 적외선 컷 필터를 사용할 필요가 없게 되어, 휴대 전화기나 휴대 단말 장치 등의 카메라의 소형화에 크게 기여한다.
(2)반도체 촬상 장치의 제조 방법
이 실시 형태에서는, 색소 분산 포토리지스트(photoresist)나 색소 분산 수지에 적외 흡수형 색소를 분산하는 것으로써, 작업 공정수나 사용 재료를 늘리는 일없이, 칼라 필터층(26)에 적외선 컷 기능을 제공하여 소망한 광학 특성을 얻을 수 있다.
칼라 필터층(26)의 형성 방법으로서는 (1)색소 분산 포토레지스트(photoresist)(예를 들면, 안료 분산형, 염료 분산형)를 포토리소그래피(photolithography)기술에 의해 형성하고, (2) 색소 분산 수지(안료 분산형, 염료 분산형)를 포토리소그래피 및 드라이 에칭 기술에 의해 형성한다. 그리고 (3) 투명 수지를 포토리소그래피로 형성한 후, 염색법으로 착색하는 방법 등을 들 수 있다.
다음에 말하는 실시예에서는 적외선에 비해 가시광선에 대해서 높은 수광 감도를 가지는 반도체 촬상 장치(100)를 제조하는 경우를 전제로 한다. 센서부 (20)에 대해서는 포토 다이오드(PD)를 가지는 고체 촬상 소자(pij)의 경우를 예로 든다. 적외선 흡수 색소 재료에는(2) 식에 나타낸 시아닌계의 색소를 사용하고, 색소 분산 포토레지스트에 의한 칼라 필터층(26)을 형성하는 경우의 예이다.
도 4에서 도 9는 본 발명과 따른 실시예로서의 반도체 촬상 장치(100)의 형성예(번호 1에서 6)를 나타내는 공정도이다. 상술의 제조 조건을 전제로 우선 도 4에 나타내는 실리콘 기판(11)상에 형성된 복수의 고체 촬상 소자(pij)로 구성되는 센서부(20)를 형성한다. 도 4에 나타낸 예에서는 센서부(20)에서 인접한 3개의 화소의 고체 촬상 소자(pij)가 n형 실리콘 기판(n－sub)(11)에 형성되고 있는 경우이다. 이 n형 실리콘 기판(11)에는 p형 매입층(이하 p－WELL라고 한다)(12)이 형성된다. p－WELL(12)는 n형 실리콘 기판(11)에 광범위하게 p형 불순물을 확산하여 형성한 것이다.
이 p－WELL(12)에는 채널 스토퍼(18)가 형성되어 있다. 이 예에서 채널 스토퍼(18)는 p+형 불순물 영역으로부터 구성되어 있다. 센서부(20)는 pnpn 접합 소자(포토 다이오드(PD))를 구성하기 위해서, 실리콘 기판(11)의 p－WELL(12)에 n형 불순물 영역(13)이 형성되고, 이 n형 불순물 영역(13)상에 p+형 불순물 영역(14)이 접합된다. 이 p+형 불순물 영역(14)의 상부는 수광창부(15)로 작용한다.
이러한 센서부(20) 및 전하 전송 영역이 형성된 실리콘 기판(11)상에는 게이트 절연막(16)을 통해 전하 전송용의 전극(19)이 형성된다. 전하 전송용의 전극 (19)의 상부 및 측부는 SiO2등의 절연막(17)에 의해 절연된다. 각 전극(19) 아래 실리콘 기판(11)상에 n형 불순물 영역(28)이 형성되어 수직 전송(CCD)레지스터를 구성하도록 한다. 이러한 전극(19)상에는 절연막(17)이 형성되고, 이 절연막(17)상에는 알루미늄 등의 차광막(22)으로 가려져 있다. 이것은, 스미어로 불리는 노이즈 발생을 방지하기 위한 것이다. 이 차광막(22)상에는 절연성 및 투 명성의 평탄화층(21)이 형성된다. 소자 표면은 CMP(chemical mechanical polishing)법 또는 다른 방법에 의해 평탄화된다. 상술의 수광창부(15)는 개구부에 의해 평탄화층(21) 및 차광막(22)이 구분된다. 이것에 의해, 실리콘 기판 (11)에 M화소×N화소의 고체 촬상 소자(pij) 및 전극(19)를 가지고 소자 상부 전면이 평탄화된 센서부(20)(촬상 소자 어레이)를 형성할 수 있다.
그리고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(11)에 형성되고, 평탄화된 센서부(20)의 소망한 화소의 상부에, 예를 들면, 녹색용의 칼라 필터층(26)을 형성한다. 이때, 소망한 레지스트 재료에 가시광선 흡수 색소 재료 및 적외선 흡수 색소 재료를 소정의 비율로 분산시켜 얻을 수 있는 혼합물을 사용한다. 예를 들면, 칼라 필터층(26)은 가시광선 및 적외선 흡수용의 색소를 첨가해 형성한 네거티브형 포토리지스트(photoresist)액 (혼합물)을 도포하고, 이 포토레지스트(photoresist)층(26')을 패턴닝(patterning)함으로써 형성된다. 칼라 필터층(26)의 재료 조성비와 관련하여 네거티브형 포토리지스트(photoresist)가 50 wt％, 가시광선 흡수 색소가 25 wt％, 적외선 흡수 색소가 25 wt％이다.
그리고, 도 6에서 스테퍼(stepper) 등의 노광 장치를 사용하여 실리콘 기판(11)상의 네거티브형의 포토리지스트(photoresist)층(26')을 노광한다. 이때, 센서부(20) 및 본딩패드(bonding pad)부(24)상에 칼라 필터층(26)이 남지 않게 레티클(reticle)(건판)(30)에 의해 마스크를 한다. 이 예에서는 i선 스테퍼를 사용했다.
그 후, 도 7에서, 네거티브형의 포토리지스트(photoresist)층(26')을 현상 한 후, 소정의 온도로 베이킹 처리(baking treatment)를 실시한다. 이것에 의해, 도 7에 나타내는 센서부(20)의 소정의 화소상에 적외선 흡수성의 색소를 포함한 녹색용의 칼라 필터층(26)을 형성할 수 있다. 이러한 처리는 다른 색용의 칼라 필터층에 대해서도 동일한 처리를 반복하여 실시한다.
예를 들면, 도 8에서, 녹색용의 칼라 필터층(26)을 사이에 둔 양측으로, 청색용의 칼라 필터층(26")을 형성하는 경우, 청색용의 가시광선 및 적외선 흡수용의 색소를 첨가하여 형성한 네거티브형 포토리지스트(photoresist)액 (혼합물)을 도포하고, 이 포토리지스트(photoresist)층(26")을 노광, 현상 및 열처리하는 패턴닝에 의해 형성된다. 이것에 의해, 도 8에 나타내는 바와 같이, 도면에서 이중 파선으로 가리킨 녹색용의 칼라 필터층(26)의 양측으로 2중파선으로 가리키는 청색용의 칼라 필터층(26")을 형성할 수 있다. 적색용의 칼라 필터층의 제조 방법에 대해서는 그 설명을 생략한다.
그 후의 처리는, 종래 기술과 같게 하고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 각 칼라 필터층(26, 26")상에 대략 반구상의 온칩(on-chip)렌즈(27)를 형성한다. 이것에 의해, 1 화소가 도 2에 나타낸 바와 같은 고체 촬상 소자(pij)를 가지는 반도체 촬상 장치(100)를 형성할 수 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 실시예에 따른 카메라 제조방법은
이 실시예에 따른 카메라는 반도체 촬상장치(100)의 화상표면상의 물체로부터 화상광(주사광)의 결상(image formation)을 실행하는 광학시스템(110)을 설정하는 공정과, 반도체 촬상장치(100)로 광조사기간 및 차광기간을 제어하는 기능을 가 지는 셔터유니트(111)를 설정하는 공정과, 반도체 촬상장치(100)의 이동 조작 및 셔터유니트(111)의 셔터조작을 제어하는 드라이브 신호를 공급하기 위한 기능을 가지는 드라이브 회로(112)를 설정하는 공정과, 신호처리회로(113)를 설정하는 공정을 포함한다.
드라이브 회로(112)에서 공급된 드라이브 신호(타이밍 신호)에 의해 반도체 촬상장치(100)의 전하 이동이 실행된다. 신호 처리 회로(113)는 다양한 신호 처리를 행한다. 신호 처리되는 화상신호는 메모리와 같은 기록 매체에 기억되거나 모니터로 출력된다.
이와 같이, 실시예로서의 반도체 촬상 장치의 제조 방법에 의하면, 칼라 필터 기능이 요구되는 가시광선의 고투과율성에 부가하여 적외선 컷 기능이 요구되는 적외선 저투과율성을 겸비한 칼라 필터 기능부의 반도체 촬상 장치(100)를 제조할 수 있게 되었다.
또한, 칼라 필터층(26)과는 별도로 형성된 적외선 컷용의 필터층의 형성 공정을 생략할 수 있어 반도체 웨이퍼 공정에 있어서의 작업시간의 단축화 및 사용 재료의 감소가 도모되어 제조 비용을 저감할 수 있게 되었다. 또한, 카메라 광학계의 소형화(1~3 mm박막화)를 제조 공정이나 사용 재료를 늘리지 않고 달성할 수 있게 되었다.
덧붙여, 상술의 실시예에서 적외선 흡수 색소 재료에 관해서, 식(2)에 나타낸 시아닌계의 색소를 사용하는 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 식(3)에 나타낸 스퀄리움계의 색소를 사용해도 좋다.
본 발명은, 가시광선 및 적외선에 대해서 수광 감도를 가지는 고체 촬상 소자나 전계 효과형의 촬상 소자가 제공된 반도체 촬상 장치에 적용하기에 매우 적합하다.
첨부된 청구항 또는 청구항에 상당하는 범위내에서 도면의 요구사항과 다른 인자들에 의존하여 다양한 수정, 조합, 부분조합 및 변경이 이 기술분야에서 기술을 가진 사람들에 의해 이해될 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 반도체 촬상 장치 및 카메라에 의하면 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가지고 기판에 설치된 촬상 소자 어레이상에 칼라 필터층을 포착하여 구성되어 있으며, 이 칼라 필터층은 적외선 흡수성의 색소를 포함하고 있다.
이 구성에 의해서, 칼라 필터층에 적외선 컷 기능을 제공할 수 있으므로 칼라 필터 기능으로 요구되는 가시광선의 고투과율성에 부가하여 적외선 컷 기능으로 요구되는 적외선저투과율성을 겸비한 반도체 촬상 장치를 제공할 수 있게 된다. 이것에 의해, 카메라 부재로서의 두께 1~3 mm정도를 가지는 적외선 컷 필터를 사용할 필요가 없게 되어, 카메라의 소형화에 크게 기여한다.
본 발명의 실시형태에 따른 반도체 촬상 장치 및 카메라의 제조 방법에 의하면, 소정의 기판에 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가지는 촬상 소자 어레이를 형성한 후에 그 촬상 소자 어레이상에 적외선 흡수성의 색소를 포함한 칼라 필터층이 형성된다.
이 구성에 의해서, 칼라 필터 기능으로 요구되는 가시광선의 고투과율성에 부가하여 적외선 컷 기능으로 요구되는 적외선저투과율성을 겸비한 칼라 필터 기능이 제공된 반도체 촬상 장치를 제조할 수 있게 된다. 부가하여, 칼라 필터층과는 별도로 형성된 적외선 컷 필터층의 형성 공정을 생략할 수 있어 반도체 웨이퍼 공정에 있어서의 작업시간의 단축화 및 사용 재료의 감소가 도모되어 제조 비용을 저감할 수 있게 된다.
Claims (10)
- 소정의 기판과,수신된 빛을 광전 변환하여 신호 전하를 출력하기 위한 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가지고 상기 기판에 설치된 촬상 소자 어레이와,상기 촬상 소자 어레이상에 설치된 칼라 필터층으로 구성되며,상기 칼라 필터층은 적외선 흡수성의 색소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 적외선 흡수성의 색소를 포함하는 칼라 필터층에는, 소망한 리지스트(resist) 재료에 가시광선 흡수 색소 재료 및 적외선 흡수 색소 재료를 소정의 비율로 분산시킨 혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상 장치.
- 제 2항에 있어서,상기 적외선 흡수 색소 재료는 다음식으로 구성되는 시아닌(cyanine)계의 색소가 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상 장치.
- 제 2항에 있어서,상기 적외선 흡수 색소 재료는 다음식으로 구성되는 스퀄리움(squalium)계의 색소가 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상 장치.
- 소정의 기판에 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가지는 촬상 소자 어레이를 형성하는 공정과,상기 기판에 형성된 촬상 소자 어레이상에 적외선 흡수성의 색소를 포함하는 칼라 필터층을 형성하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 촬상 장치의 제조 방법.
- 제 5항에 있어서,상기 적외선 흡수성의 색소를 포함하는 칼라 필터층을 형성할 때에, 소망한 리지스트 재료에 가시광선 흡수 색소 재료 및 적외선 흡수 색소 재료를 소정의 비율로 분산시켜 얻어지는 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상 장치 의 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 적외선 흡수 색소 재료는 다음식으로 구성되는 시아닌계의 색소를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상 장치의 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 적외선 흡수 색소 재료는 다음식으로 구성되는 스퀄리움계의 색소를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상 장치의 제조 방법.
- 소정의 기판과,수신된 빛을 광전 변환하여 신호 전하를 출력하기 위한 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가지고 상기 기판에 설치된 촬상 소자 어레이와,상기 촬상 소자 어레이상에 설치된 칼라 필터층과,상기 칼라 필터층의 광조사면의 일측에 제공된 렌즈로 구성되며,상기 칼라 필터층은 적외선 흡수성의 색소를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
- 소정의 기판에 복수의 반도체 촬상 소자 및 전극을 가지는 촬상 소자 어레이를 형성하는 공정과,상기 기판에 형성된 촬상 소자 어레이상에 적외선 흡수성의 색소를 포함하는 칼라 필터층을 형성하는 공정과,상기 칼라 필터층의 광조사면의 일측에 렌즈를 제공하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 카메라 제조방법.
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