KR960000905B1 - 고체촬상장치 및 그 제조방법 - Google Patents

고체촬상장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR960000905B1 KR1019910024102A KR910024102A KR960000905B1 KR 960000905 B1 KR960000905 B1 KR 960000905B1 KR 1019910024102 A KR1019910024102 A KR 1019910024102A KR 910024102 A KR910024102 A KR 910024102A KR 960000905 B1 KR960000905 B1 KR 960000905B1
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Abstract

내용 없음.

Description

고체촬상장치 및 그 제조방법
제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 고체촬상장치의 단면구조를 나타낸 도면.
제2도는 제1도에 나타낸 장치의 일부 평면도.
제3도는 제1도에 나타낸 장치의 일부 평면도.
제4도는 제1도에 나타낸 장치의 1제조방법을 나타낸 단면공정도.
제5도는 제1도에 나타낸 장치의 1제조방법을 나타낸 단면공정도.
제6도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체촬상장치의 일부 평면도를 나타낸 도면.
제7도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체촬상장치의 일부 평면구조를 나타낸 도면.
제8도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체촬상장치의 일부 평면구조를 나타낸 도면.
제9도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체촬상장치의 일부 평면구조를 나타낸 도면.
제10도는 제1도 및 제6도 내지 제9도에 나타낸 본 발명의 1실시예에 따른 장치에 대한 F치와 상대감도의 관계를 나타낸 도면.
제11도는 종래 고체촬상장치의 1단면구조를 나타낸 도면.
제12도는 제11도에 나타낸 장치에 대한 상대적 감도특성을 나타낸 도면.
제13도는 제11도에 나타낸 종래 장치에 대한 F치와 각도의 관계를 설명하기 위한 도면.
제14도는 제11도에 나타낸 종래 장치에 대한 F치와 각도의 관계를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,11 : 반도체기관 1,12 : 감광부
3,13 : 전송부 4,14 : 평탄화층
5,15 : 마이크로렌즈 16 : 단위셀
18 : 렌즈재료
[산업상의 이용분야]
본 발명은 입사광을 집광하는 마이크로렌즈를 구비하고 있는 고체촬상장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
반도체기판에 형성된 고체촬상장치에 있어서, 입사광을 집광하는 마이크로렌즈를 구비한 구조로서는, 예컨대 제11도에 나타낸 바와 같은 것이 있다.
제11도에 있어서, 고체촬상상치는 반도체기판(1)에 입사광을 광전변환시켜 전하를 생성시키는, 예컨대 포토다이오드로 이루이진 감광부(2)와, 생성된 전하를 외부로 전송하는 전송부(3)가 형성되어 있다.
또한, 상기 감광부(2)와 전송부(3)의 상부에는 표면을 평탄하게 하는 투명한 평탄화층(4)이 형성되어 있고, 더욱이 이 평탄화층(4)상에는 각각의 감광부(2)에 대응해서 도상(島狀) 또는 스트라이프상(stripe 狀)으로 패터닝된 렌즈재료를 용융해서 어닐경화시켜 이루어진 마이크로렌즈(5)가 형성되어 있다. 이와 같은 구조는 문헌 「Y Ishihara et al; IDEM 83 P497(1983)」에 기재되어 있는데, 마이크로렌즈를 형성하지 않은 경우에 비해 감도를 2배 정도로 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같은 구조의 고체촬상장치는 비디오 카메라등의 카메라에 이용되는데, 렌즈를 매개로 입사광이 인가되는 경우에는 고체촬상장치의 감도 또는 스미어(smear) 특성이 변화하게 된다. 즉, 카메라 렌즈의 F치(F=f/D, F : 카메라 렌즈의 밝기, f : 카메라 렌즈의 촛점거리, D : 카메라 렌즈의 구경에 의해 상기 특성이 변화된다.
여기서, 고체촬상장치의 상대적인 감도와 카메라 렌즈의 F치와의 관계는 제12도에 나타낸 바와 같이 되는바, 제12도에서는 마이크로렌즈(5)의 막두께를 2.3∼2.8(μm) 사이에서 변화시킨 경우를 나타내고 있다. 제12도로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 카메라 렌즈의 F치가 작아지게 되면, 고체촬상장치에서의 상대적인 감도가 저하되게 된다.
이는 카메라 렌즈의 구경(D)이 제13도에 나타낸 바와 같이 화각(θ;畵角)과 관계하고 있는 것에 기인하는 바, 카메라 렌즈의 F치가 작아지게 된다고 하는 것은 화각(θ)이 크게 되어 입사광이 경사방향으로부터 입사되는 것을 의미하는 것으로, 예전대 F=1.4에는 화각 θ=19.7°에 상당하고, F=11에는 화각 θ=2.6°에 상당한다. 이에 따라, F치가 작아지게 됨에 따라 화각이 커지게 되면, 제14도에 나타낸 바와 같이 F치가 큰 경우에 비해 입사광의 광로가 변화되어 입사광이 고체촬상장치의 감광부(2)에 입사되지 않게 된다. 따라서, 감광부(2)에 인가되는 광량이 감소하여 감도가 저하된다.
그러나, 비디오 카메라등의 고체촬상장치를 사용하는 카메라에 있어서는 소형화에 수반하여 F치가 작으면서 감도가 높은 것이 요구되고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 마이크로렌즈를 구비한 종래의 고체촬상장치에 있어서는 상기 고체촬상장치가 비디오 카메라등에 조립된 경우 카메라 렌즈의 F치가 작아짐에 따라 상대적인 감도가 저하되었다. 이 때문에, 비디오 카메라등의 카메라 렌즈의 소형화에 따라 작은 F치로 고감도가 요구되고 있으나, 이 요구를 만족시킬 수 없다는 결점을 초래하고 있다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 비교적 작은 F치에서도 고감도를 얻을 수 있어 비디오 카메라등의 화상카메라의 소형화 및 고감도화에 기여할 수 있는 고체촬상장치를 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체기판상에 형성된 복수의 감광부에 대해 각각의 감광부에, 입사광을 각각 대응한 감광부로 집광시키는 복수의 집광용 렌즈가 배열 설치되어 구성된다.
[작용]
상기와 같이 구성된 본 발명은, 복수의 집광용 렌즈에 의해 각각의 감광부에 입사되는 입사광량을 증가시키도록 하고 있다.
[실시예]
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 1실시예에 따른 고체촬상장치의 단면구조를 나타낸 도면으로, 동도에 나타낸 실시예의 고체촬상장치는 1개의 감광부(12)에 대해 단층인 2개의 마이크로렌즈(15)를 대응시켜 설치하여 형성한 것이다.
제1도에 있어서, 고체촬상장치는 반도체기판(11)에 다수의 감광부(12)와 전하전송부(13)가 형성되어 있고, 그 상부에는 평탄화층(14)이 형성되어 있다.
또한, 1개의 감광부(12)에 대응해서 2개의 마이크로렌즈(15)가 펑탄화층(14)상에 형성되어 있다.
이와 같은 구조를, 예컨대 32만 화소로 PLA 방식(주사선 개수 625개)의 텔레비젼방식의 고체촬상장치에 적용한 경우, 제2도에 나타낸 바와 같이, 6.4μm×9.6μm의 면적을 갖춘 단위셀(16)에 대해 감광부(12)의 포토다이오드의 점유면적은 3.0μm×3.5μm로 된다. 또, 단위셀(16)과 감광부(12)의 면적은 NTSC 방식 또는 하이비전방식의 텔레비전방식이나 설계방법등에 따라 변화되지만, 본 발명은 그들 면적의 관계에 의존하는 것은 아니다. 이와 같은 단위셀(16)과 감광부(12)에 대해 제1도에 나타낸 1개의 감광부(12)에 대한 2개의 마이크로렌즈(15)의 평면배치관계는 제3도에 나타낸 바와 같이 된다.
다음에, 이와 같은 구조를 얻기 위한 1제조방법을 제4도 및 제5도의 제조공정 단면도를 참조하여 설명한다.
먼저, 반도체기판(11)에 감광부(12)와 전송부(13)를 형성한 후, 표면을 평탄하게 하기 위한 평탄화층(14)을 5.0μm 정도의 두께로 형성한다(제4도).
다음에, 평탄화층(14)상에 마이크로렌즈(15)로 되는 렌즈재료(18)를 2.0μm 정도의 두께로 도포하고, 1개의 감광부(12)에 대해 2개의 마이크로렌즈(15)가 형성되도록 제3도에 나타낸 바와 같이 렌즈재료(18)를 패터닝한다. 이 경우, i선에 따른 스탭퍼 노광장치에 의해 400ms 정도의 노광을 수행하고, 0.5% 정도의 TMAH 수용액으로 현상을 수행하면, 제3도에 나타낸 바와 같이 1개의 감광부(12)에 대해 0.6μm 간격으로 패터닝된 렌즈재료(18)의 도상블럭이 얻어 진다(제5도).
마지막으로, 후노광(後露光)에 의해 렌즈재료(18)를 투명화한 후, 렌즈재료(18)를 150℃의 온도에서 10분간의 베이킹을 수행하여 열경화처리함으로써 마이크로렌즈(15)를 형성해서 제1도에 나타낸 바와 같은 구조가 얻어 진다.
이렇게 해서 얻어진 구조에서는, 작은 F치, 즉 입사광의 화각이 크게 된 경우에도 복수의 마이크로렌즈(15)에 의해 경사방향으로부터의 입사광이 감광(12)에 입사되도록 임사광의 광로가 제어됨으로써 종래에 비해 입사광량이 증가되어 감도를 향상시킬 수 있게 된다.
다음에 본 발명의 다른 실시예로서는, 예컨테 1개의 감광부(12)에 형성되는 마이크로렌즈(15)의 개수를 4개로 하여 제6도에 나타낸 바와 같이 배치하거나 또는 제7도에 나타낸 바와 같은 패턴으로 마이크로렌즈(15)를 형성하도록 한 것이 있다.
또, 마이크로렌즈(15)를 다층화해서 다층렌즈구조로 한 것이 있다. 예컨대 2층 구조로는, 제8도에 나타낸 바와 같이 1.3μm 정도의 막두께의 V 방향의 스트라이프상으로 1층째의 마이크로렌즈(15)를 형성하고, 그후 각각의 단위셀(16)마다 2층째의 마이크로렌즈(15)를 형성한 2중 렌즈구조나, 제9도에 나타낸 바와 같이 2층째의 마이크로렌즈(15)를 제6도에 나타낸 바와 같이 단위셀(16)에 대해 4분할하도록 한 것이 있다.
이와 같은 구조에서는, F=1.2에 대한 상대적인 감도가 제10도에 나타낸 바와 같이, 모두 종래의 구조에 비해 향상된다.
한편, 본원 청구범위의 각 구성요소에 병기한 도면참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예로 한정할 의도로 병기한 것은 아니다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 각각의 감광부에 대해 복수의 집광용 렌즈를 설치해서 각각의 감광부에 입사되는 입사광량을 증가시킴으로써 비교적 작은 F치에서도 고감도를 달성할 수 있게 되어 소형이면서 고감도인 비디오 카메라등의 화상카메라를 제공할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 반도체기판(11)상에 형성된 복수의 감광부(12)에 대해 각각의 감광부(12)에, 입사광을 각각 대응한 감광부로 집광시키는 복수의 집광용 렌즈(15)가 배열 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 집광용 렌즈(15)가 다층화되어 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  3. 집광용 렌즈재료(18)를 도포하고, 도포한 집광용 렌즈재료(18)를 1개의 감광부(12)에 대해 복수의 블럭으로 패터닝하며, 패터닝된 집광용 렌즈재료(18)를 열경화시켜 렌즈화해서 1개의 감광부(12)에 대해 복수의 집광용 렌즈(15)를 배치·형성하도록 된 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
KR1019910024102A 1990-12-27 1991-12-24 고체촬상장치 및 그 제조방법 KR960000905B1 (ko)

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