KR100239408B1 - 고체 촬상 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 감도를 향상시킨 초박형의 소자를 구현하는데 적당하도록한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 복수개의 광전 변환 영역들과 그 영역들에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들을 포함하는 고체 촬상 소자의 상측에 구성되는 평탄층 또는 그 상측의 마이크로 렌즈층에 그 층들의 굴절율을 변화시키는 불순물을 이온 주입하는 것을 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 감도를 향상시킨 초박형의 소자를 구현하는데 적당하도록한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고체 촬상 소자는 광전 변환 소자와 전하 결합 소자를 사용하여 피사체를 촬상하여 전기적인 신호로 출력하는 장치를 말한다.
전하 결합 소자는 광전 변환 소자(PD)에서 생성되어진 신호 전하를 기판내에서 전위의 변동을 이용하여 특정 방향으로 전송하는데 사용된다.
고체 촬상 소자는 복수개의 광전 변환 영역(PD)과, 그 광전 변환 영역들의 사이에 구성되어 상기의 광전 변환 영역에서 생성되어진 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(VCCD)과 상기 수직 전하 전송 영역에 의해 수직 방향으로 전송된 전하를 다시 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD) 그리고 상기 수평 전송된 전하를 센싱하고 증폭하여 주변회로로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 고체 촬상 소자에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a와 도 1b는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 빛의 입사 경로를 나타낸 구조 단면도이다.
종래 기술의 고체 촬상 소자는 도 1a에서와 같이, n형 기판(11)상에 제1 및 제2의 p-형 웰(12)(13)이 형성되고, 제1 및 제2의 p-형 웰(12)(13)영역내에 각각 n+형 포토 다이오드(14)와 전하 전송 영역인 n+형 VCCD(Vertical Charge Coupled Device)(17)이 형성되며, n+형 포토 다이오드(14) 영역의 상면에는 p++ 형 표면 격리층(15)이 형성되고, n+형 VCCD(17)를 감싸는 제3의 p-형 웰(16)이 형성된다.
그리고 기판(11)의 전면에 게이트 절연막(19)이 형성되고, 포토 다이오드(14) 영역을 제외한 게이트 절연막(19)상에는 전송 게이트(20), 층간 절연막(21) 및 금속 차광막(22)이 순차 형성되며, 이들을 포함하는 게이트 절연막(19)상에는 보호막(Passivation layer)(23)이 형성된다.
보호막(23)상에는 평탄화층(24)이 형성되고 포토 다이오드(14) 영역의 상부의 평탄화층(24)상에는 마이크로 렌즈(25)가 형성된다.
그리고 상기의 포토 다이오드(14) 영역의 둘레에는 화소와 화소간을 격리시켜 주기 위한 채널 스톱층(18)이 형성된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술의 고체 촬상 소자는 카메라 렌즈를 통해 입사되는 광이 도 1a에서 나타낸 빛의 경로와 같이, 마이크로 렌즈(25)에 의해 집속되어 포토 다이오드(14) 영역으로 입사된다.
포토 다이오드(14) 영역으로 입사된 광은 영상 전하로 광전 변환된다.
그리고 상기의 포토 다이오드(14) 영역에서 광전 변환된 영상 전하들은 VCCD 클럭 신호에 의해 VCCD(17)를 통해 수직 전송되어 HCCD(도면에 도시되지 않음)로 전송되고 HCCD에 의해 수평 방향으로 다시 전송되어 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변 회로로 출력된다.
종래 기술의 고체 촬상 소자는 마이크로 렌즈에 의해 빛을 집속시켜 소자의 촬상 감도를 향상시켰으나 도 1b에서와 같이, 비스듬히 입사되는 빛을 집광하는데는 한계가 있다.
상기와 같은 사광(斜光)은 스미어 현상을 발생시켜 소자의 화질을 저하시키게 된다.
그리고 마이크로 렌즈를 통한 빛의 초점을 정확하게 포토 다이오드 영역에 맞추어야 하므로 마이크로 렌즈를 구성하는 물질의 굴절율 및 투광율 등을 고려하여 그 두께를 결정해야 한다.
그러므로 평탄층과 마이크로 렌즈의 두께(h)를 선택적으로 변화시키는 것은 어렵다.
이는 소자의 박막화에 불리하고 사광에 의한 문제점 해결을 어렵게 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 감도를 향상시킨 초박형의 소자를 구현하는데 적당하도록한 고체 촬상 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1a도와 제1b도는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 빛의 입사 경로를 나타낸 구조 단면도.
제2a도 내지 제2c도는 본 발명의 제1실시예에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도.
제3a도 내지 제3c도는 본 발명의 제2실시예에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도.
제4a도 내지 제4c도는 본 발명의 제3실시예에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도.
제5a도와 제5b도는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 빛의 입사 경로를 나타낸 구조 단면도.
제6a도와 제6b도는 이온주입의 실시 전후에 따른 굴절율 변화를 측정한 결과표.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
31 : 기판 32 : 제1p-형웰
33 : 제2p-형웰 34 : PDN
35 : PDP 36 : 제3p-형웰
37 : VCCD 38 : 채널 스톱층
39 : 게이트 절연막 40 : 전송 게이트
41 : 층간 절연막 42 : 금속 차광층
43 : 보호막 44 : 평탄화층
45 : 마이크로 렌즈층
소자의 촬상 감도를 향상시키고 초박형의 소자를 구현할 수 있도록한 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 복수개의 광전 변환 영역들과 그 영역들에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들을 포함하는 고체 촬상소자의 상측에 구성되는 평탄층 또는 그 상측의 마이크로 렌즈층에 그 층들의 굴절율을 변화시키는 불순물을 이온 주입하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 고체 촬상 소자는 평탄층과 마이크로 렌즈층의 굴절율을 변화시켜 그 두께를 조절할 수 있도록한 것으로, 먼저, 도 2a에서와 같이, n형의 기판(31)상에 제1 및 제2의 p-형 웰(32)(33)이 형성되고, 제1 및 제2의 p-형 웰(32)(33)영역내에 각각 n+형 포토 다이오드 영역 즉, PDN(34)과 전하 전송 영역인 n+형 VCCD(Vertical Charge Coupled Device)(37)이 형성되며, PDN(34)영역의 상면에는 p++ 형 표면 격리층으로 PDP(35)영역이 형성되고, n+형 VCCD(37)를 감싸는 제3의 p-형 웰(36)이 형성된다.
그리고 기판(31)의 전면에 게이트 절연막(39)이 형성되고, 상기의 PDN(34), PDP(35)의 포토 다이오드영역을 제외한 게이트 절연막(39)상에는 전송 게이트(40), 층간 절연막(41) 및 금속 차광층(42)이 순차 형성되며, 이들을 포함하는 게이트 절연막(39)상에는 보호막(Passivation layer)(43)이 형성된다.
그리고 상기의 제3p-형웰(36)의 형성 공정후에 상기의 포토 다이오드 영역의 둘레에는 화소와 화소간을 격리시켜 주기 위한 채널 스톱층(38)이 형성된다.
상기와 같이, 보호막(43)의 형성이 끝나고 도 2b에서와 같이, 평탄화층(44)을 형성하게 되는데, 이때의 공정은 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 평탄화층(44)을 형성하기 위한 물질을 도포하고 고온에서 베이킹 공정을 한다.
그리고 상기의 평탄화층(44)의 굴절율을 변화시키는 불순물 이온을 주입하여 굴절율을 높여준다.
이어, 상기의 굴절율이 높아진 평탄화층(44)상에 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 마이크로 렌즈 물질층을 도포하고 노광 및 현상하여 패터닝하고 UV 노광 및 고온에서의 리플로우 공정으로 마이크로 렌즈(45)를 형성한다.
이때, 평탄화층(44)의 굴절율을 높이기 위해 사용되는 불순물은 Ar을 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 고체 촬상 소자는 제조 공정에서 평탄화층(44)에 불순물을 이온 주입하여 그 평탄화층(44)의 굴절율을 높인 것이다.
그리고 본 발명의 제2실시예에 따른 고체 촬상 소자에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제2실시예에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 고체 촬상 소자는 도 3a와 도 3b에서와 같이, 평탄화층(44)을 형성한 후에 도 3c에서와 같이, 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 물질층을 도포하고 노광 및 현상하여 패터닝하고 UV 노광 및 리플로우 공정으로 마이크로 렌즈층(45)을 형성한다.
그리고 상기의 마이크로 렌즈층(45)에 굴절율을 변화시키는 불순물을 이온 주입하여 상기 마이크로 렌즈층(45)의 굴절율을 높인다.
이때, 사용되는 불순물은 Ar을 포함한다.
그리고 본 발명의 제3실시에에 따른 고체 촬상 소자에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제3실시예에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 고체 촬상 소자는 평탄화층과 마이크로 렌즈층 모두에 굴절율을 변화시키기 위한 불순물을 이온 주입하는 것으로 그 공정 순서는 다음과 같다.
도 4a에서와 같이, 보호막(43)의 형성이 끝나고 도 4b에서와 같이, 평탄화층(44)을 형성하게 되는데, 이때의 공정은 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 평탄화층(44)을 형성하기 위한 물질을 도포하고 고온에서 베이킹 공정을 한다.
그리고 상기의 평탄화층(44)의 굴절율을 변화시키는 불순물 이온을 주입하여 굴절율을 높여준다.
이때, 사용되는 불순물은 Ar을 포함한다.
이어, 상기의 굴절율이 높아진 평탄화층(44)상에 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 마이크로 렌즈 물질층을 도포하고 노광 및 현상하여 패터닝하고 UV 노광 및 고온에서의 리플로우 공정으로 마이크로 렌즈(45)를 형성한다.
그리고 도 4c에서와 같이, 상기의 마이크로 렌즈층(45)에 굴절율을 변화시키는 불순물을 이온 주입하여 상기 마이크로 렌즈층(45)의 굴절율을 높인다.
이때, 사용되는 불순물은 Ar을 포함한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 고체 촬상 소자는 평탄화층, 마이크로 렌즈층 모두에 굴절율을 높일 수 있는 불순물을 주입하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 고체 촬상 소자는 카메라 렌즈를 통해 입사되는 광이 도 5a와 도 5b에서 나타낸 빛의 경로에서와 같이, 평탄화층(44), 마이크로 렌즈층(45)에 의해 굴절되고 집속되어 포토 다이오드영역으로 입사된다.
이때, 사광이 입사되어도 평탄화층(44)과 마이크로 렌즈층(45)이 큰 굴절율을 갖고 있으므로 정확히 포토 다이오드 영역으로 집속된다.
상기 포토 다이오드영역으로 입사된 광은 영상 전하로 광전 변환된다.
그리고 상기의 포토 다이오드영역에서 광전 변환된 영상 전하들은 VCCD 클럭 신호에 의해 VCCD(37)를 통해 수직 전송되어 HCCD(도면에 도시되지 않음)로 전송되고 HCCD에 의해 수평 방향으로 다시 전송되어 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변 회로로 출력된다.
도 6a와 도 6b는 평탄화층 또는 마이크로 렌즈층에 이온 주입의 실시 전후에 따른 굴절율 변화를 측정한 결과를 나타낸 것으로, 불순물 이온을 주입한후의 굴절율이 더 커지는 것을 알 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 소자는 제조 공정시에 평탄화층 또는 마이크로 렌즈층 또는 상기의 평탄화층, 마이크로 렌즈층에 그층들의 굴절율의 변화시키는 불순물을 이온 주입하여 굴절율을 높인 것이다.
상기와 같이, 평탄화층과 마이크로 렌즈층의 굴절율을 높여기 때문에 그층들의 두께를 얇게하여도 입사되는 광을 정확히 포토 다이오드 영역에 조사할 수 있게 된다.
그러므로 소자의 박막화, 경량화에 유리하다.
그리고 비스듬히 입사되는 광을 큰 굴절율을 갖는 평탄층과 마이크로 렌즈층에 의해 정확히 포토 다이오드 영역에 조사할 수 있으므로 스미어 현상의 발생을 줄일 수 있다.
그러므로 소자의 화질을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (9)
- 복수개의 광전 변환 영역들과 그 영역들에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하는 전하 전송 영역들을 포함하는 고체 촬상 소자의 상측에 구성되는 평탄층 또는 그 상측의 마이크로 렌즈층에 그 층들의 굴절율을 변화시키는 불순물을 이온 주입하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 평탄층과 마이크로 렌즈층 모두에 그층들의 굴절율을 변화시키는 불순물 이온을 주입하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 불순물 이온 주입 공정은 Ar을 포함하는 불순물을 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 불순물의 이온 주입은 광전 변환 영역에 포커싱되는 빛의 촛점 거리를 이온 주입하기전보다 짧아지도록하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
- 반도체 기판에 복수개의 광전 변환 영역과 그들에서 생성된 영상 전하들을 일방향으로 전송하는 복수개의 전하 전송 영역들을 형성하는 공정과, 상기의 광전 변환 영역들과 전하 전송 영역들을 포함하는 전면에 패시베이션층을 형성하는 공정과, 상기의 패시베이션층상에 평탄화층을 형성하고 그 층의 굴절율을 변화시키는 불순물을 이온 주입하는 공정과, 상기의 굴절율이 변화된 평탄화층상에 마이크로 렌즈층을 형성하고 그층의 굴절율을 변화시키는 불순물을 이온 주입하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 마이크로 렌즈층 또는 평탄화층의 어느 하나의 층에만 굴절율을 변화시키는 불순물을 주입하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 굴절율을 변화시키기 위한 이온 주입 공정은 Ar을 포함하는 불순물을 사용하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 마이크로 렌즈층은 각각의 광전 변환 영역에 대응되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 불순물의 이온 주입은 광전 변환 영역에 포커싱되는 빛의 촛점 거리를 이온 주입하기전보다 짧아지도록 하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
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