KR100261127B1 - 고체촬상소자 - Google Patents

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KR100261127B1
KR100261127B1 KR1019930023476A KR930023476A KR100261127B1 KR 100261127 B1 KR100261127 B1 KR 100261127B1 KR 1019930023476 A KR1019930023476 A KR 1019930023476A KR 930023476 A KR930023476 A KR 930023476A KR 100261127 B1 KR100261127 B1 KR 100261127B1
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요지 다까무라
히로기 엔도
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이데이 노부유끼
소니 가부시키가이샤
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Abstract

컬러 CCD 촬상소자의 각 화소간의 감도향상율의 적성화(適性化)를 도모한다.
각 화소로 되는 센서부상에 각각 색필터성분이 형성되고, 각 색필터성분상에 미소집관렌즈가 설치되어 이루어지는 컬러 CCD 촬상소자에 있어서, 각 색필터성분(15G), (15Ye), (15Cy), (15Mg)의 막두께에 따라서 미소집광렌즈의 면적을 변화시키도록 구성한다.

Description

고체촬상소자
제1도는 본 발명에 관한 고체촬상소자의 일실시예를 도시한 평면도.
제2도는 제1도의 단면도.
제3도는 본 발명에 관한 고체촬상소자의 다른 실시예를 도시한 단면도.
제4도는 본 발명에 관한 고체촬상소자의 또 다른 실시예의 단면도.
제5도는 종래의 고체촬상소자의 단면도.
제6도는 보색계(補色系)의 염색에 의한 컬러필터패턴의 예를 도시한 평면도.
제7도는 CCD고체촬상소자에 있어서의 각 색마다의 감도향상율을 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,12 : 반도체기판 2,13 : 센서부
4,15 : 컬러필터 5,16 : 미소집광렌즈
15G,15Ye,15Cy,15Mg : 색필터성분 4G,4Ye,4Cy,4Mg : 색필터성분
11 : CCD고체촬상소자
본 발명은 CCD이미지센서 등의 고체촬상소자에 관한 것이다.
CCD고체촬상소자, 특히 컬러고체촬상소자에 있어서는 제5도에 도시한 바와 같이, 반도체기판(1)상에 각 화소로 되는 센서부(2), 즉 수광부인 포토다이오드가 형성되고, 이 센서부(2)를 포함하는 전면(全面)상에 보호막(3)을 통해 각 색필터성분으로 이루어지는 컬러필터(4)가 형성되고, 이 각 색필터성분상에 감도의 향상을 목적으로 한 미소집광렌즈(5)를 형성하여 구성된다. (7)은 절연막이다.
컬러필터(4)는 예를 들면 제6도에 도시한 바와 같이 그린(G), 시안(Cy), 옐로(Ye) 및 마젠타(Mg)의 각 색필터성분(4G),(4Ye),(4Cy),(4Mg)이 도시한 패턴의 반복에 의해 형성되고 있다. 또한, 미소집광렌즈(5)는 예를 들면 포토레지스트막에 의해 형성된다.
그런데, 전술한 바와 같이 CCD고체촬상소자에 있어서, 감도의 향상을 목적으로 하여 센서부(2)상에 미소집광렌즈(5)를 형성하는 수법이 종래 사용되고 있으나, 이 때의 CCD고체촬상소자에 컬러필터(4)를 사용한 제품에 있어서의 문제점으로서, 센서부(2)상의 색필터 성분의 패턴에 의해 각 화소마다의 감도향상율이 다르다는 것을 들수 있다.
감도의 향사율의 변화는 수광부인 포토다이오드(2)의 위에 형성되는 보호막(3)의 막두께나 각 색필터성분(4G),(4Ye),(4Cy),(4Mg)의 막두께 등에 의해서도 초래된다. 예를 들면 보색계(補色系)의 염색에 의해 그린의 염색층(즉 그린필터성분 4G)을 형성하는 경우에는, 시안의 염색층(즉 시안필터성분 4Cy)과 옐로의 염색층(즉 옐로필터성분4Ye)을 겹침으로써 그 그린의 염색층을 이루고 있다. 따라서, 그린의 염색층(4G)의 두께 t1는 시안 및 옐로의 염색층(4Cy) 및 (4Ye)의 두께 t2및 t3가 각각 색재현성이나 허위신호의 상태를 고려하여 적당한 값으로 개별로 변하고 있다. 그러므로, 촬상소자의 각 센서의 위에 형성되는 염색층, 즉 각 색필터성분(4G),(4Ye),(4Cy),(4Mg)의 두께 t1, t2, t3및 t4는 컬러필터(4)의 패턴에 따라서 다른 값을 나타내는 것이다.
색필터성분(염색층)의 두께가 다른 경우에는, 굴절율 등의 관계에 의해 미소집광렌즈(5)를 설치한 경우의 집광율이 변하므로, 결과로서 미소집광렌즈(5)를 설치하지 않은 경우에 대한 미소집광렌즈를 설치했을 때의 감도의 향상율이 컬러필터(4)의 패턴에 의해 화소마다 다른 값을 나타내게 된다.
즉, 제7도에 도시한 바와 같이, 감도향상율이 시안(Cy)이 가장 높고, 다음에 마젠타(Mg), 옐로(Ye), 그린(G)의 순으로 저하한다. 또한, 이 도면에 있어서, 렌즈를 설치하지 않을 때를 배율 1.0으로 하였다.
감도향상율이 다르면 보색계의 컬러필터(4)를 사용하는 CCD 고체 촬상소자의 경우, 신호처리를 하여 휘도신호와 색신호를 분리하기 위해 예를 들면 미소집광렌즈를 설치하지 않을 때와 미소집광렌즈를 설치했을 때의 허위신호의 상태가 다르게 된다. 또한, 같은 이유에 의해 색재현성도 변하게 된다.
CCD 고체촬상소자를 해상도가 떨어지지 않고 소형화할 경우에는, 필연적으로 수광면적이 감소하므로, 센서부(2)상의 미소집광렌즈(5)의 집광율을 더욱 높여서 감도를 올리는 것이 도모된다. 그러므로, 컬러 CCD 고체촬상소자에 있어서는, 미소집광렌즈에 의한 감도의 향상율의 화소마다에 의한 차이는 CCD고체촬상장치의 보다 소형화를 도모하는 경우, 색관계의 특성에 미치는 영향이 더욱 커져서 그들의 값을 결정하는 중요한 요소로 된다.
본 발명은 전술한 점에 감안하여, 특히 각 화소 사이의 감도향상율의 적성화(適性化)(즉 윤일화)를 도모한 고체촬상소자를 제공하는 것이다.
제1의 본 발명은, 각 화소로 되는 센서부(13)상에 각각 소정의 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)이 형성되고, 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)상에 미소집광렌즈(16)가 설치되어 이루어지는 고체촬상소자에 있어서, 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 막두께에 따라서 미소집광렌즈(16)의 면적을 변화시키도록 구성한다.
제2의 발명은 상기 제1의 발명에 있어서, 그 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)에 대응하는 미소집광렌즈(16)의 곡율이 동일하게 되도록 구성한다.
제3의 발명은, 각 화소로 되는 센서부(13)상에 각각 소정의 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)이 형성되고, 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)상에 미소집광렌즈(16)가 설치되어 이루어지는 고체촬상소자에 있어서, 각 미소집광렌즈(16)의 면적을 동일하게 하고, 또한 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 막두께에 다라서 미소집광렌즈(16)의 곡율을 변화시키도록 구성한다.
제4의 본 발명은, 각 화소로 되는 센서부(13)상에 각각 소정의 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)이 형성되고, 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)상에 미소집광렌즈(16)가 설치되어 이루어지는 고체촬상소자에 있어서, 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 굴절율에 따라서 미소집광렌즈(16)의 면적을 변화시키도록 구성한다.
제5의 발명은 상기 제4의 발명에 있어서, 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)에 대응하는 미소집광렌즈(16)의 곡율이 동일하게 되도록 구성한다.
제6의 발명은, 각 화소로 되는 센서부(13)상에 각각 소정의 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)이 형성되고, 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)상에 미소집광렌즈(16)가 설치되어 이루어지는 고체촬상소자에 있어서, 각 미소집광렌즈(16)의 면적을 동일하게 하고, 또한 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 굴절율에 따라서 미소집광렌즈(16)의 곡율을 변화시키도록 구성한다.
제1의 본 발명에 있어서는, 각 화소의 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 막두께에 따라서 미소집광렌즈(16)의 면적을 변화시킴으로써, 화소마다의 감도향상율을 적성화 즉 균일화할 수 있으며, 허위신호의 상태나 색재현성을 적당히 조정할 수 있다.
제2의 발명에 있어서는, 각 미소집광렌즈(16)의 곡율을 동일하게 하고, 또한 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 막두께에 따라서 미소집광렌즈(16)의 면적을 변화시킴으로서, 각 화소마다의 감도향상율을 적성화할 수 있다.
제3의 발명에 있어서는, 각 미소집광렌즈(16)의 면적을 동일하게 하고, 또한 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 막두께에 따라서 미소집광렌즈(16)의 곡율을 변화시킴으로써, 마찬가지로 화소마다의 감도향상율을 적성화할 수 있다.
제4의 발명에 있어서는, 각 화소의 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 굴절율에 따라서 미소집광렌즈(16)의 면적을 변화시킴으로써, 마찬가지로 화소마다의 감도향상율을 적성화 즉 균일화할 수 있으며, 허위신호의 상태나 색재현성을 적당히 조정할 수 있다.
제5의 발명에 있어서는, 제4의 발명에서 각 미소집광렌즈(16)의 곡율을 동일하게 하고, 또한 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 굴절율에 따라서 미소집광렌즈(16)의 면적을 변화시킴으로써, 마찬가지로 각 화소마다의 감도향상율을 적성화할 수 있다.
제6의 발명에 있어서는, 각 미소집광렌즈(16)의 면적을 동일하게하고, 또한 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 굴절율에 따라서 미소집광렌즈의 곡율을 변화시킴으로써, 마찬가지로 화소마다의 감도향상율을 적성화할 수 있다.
다음에, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
제1도 및 제2도는 본 발명에 의한 CCD고체촬상소자의 일실시예를 도시한다. 이 도면에 있어서, (11)은 CCD고체촬상소자, 특히 그 촬상영역부를 도시한 것으로, 반도체기판(12)상에 화소로 되는 복수의 센서부(즉 수광부인 포토다이오드)(13)가 매트릭스형으로 형성되고, 이 센서부(13)를 가진 촬상영역상에 보호막(14)을 통해 각 색필터성분으로 이루어지는 컬러필터(15)가 형성되고, 다시 그 위에 감도향상을 목적으로 한 미세집광렌즈(16)의 군이 형성되어 이루어진다. (18)은 절연막이다.
여기서, 컬러필터(15)의 패턴은 전술한 제6도와 마찬가지로, 그린(G), 시안(Cy), 옐로(Ye), 마젠차(Mg)의 각 색필터성분(4G),(4Ye),(4Cy),(4Mg)이 도시한 패턴의 반복에 의해 배열형성된다. 이 각 색 필터성분의 막두께 t1, t2, t3, t4는 그린, 옐로, 마젠타, 시안의 순으로 막두께가 크게(t1＞t3＞t4＞t2)형성된다.
그래서, 본 예에 있어서는, 각 막두께의 차이에 의해 전술한 제7도에서 도시한 바와 같이 감도향상율에 차이가 있는 그린, 옐로, 마젠타, 시안의 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)상에 각각 면적을 달리한 미소집광렌즈(16)를 형성한다. 즉, 본 예에서는 도시한 바와 같이 그린필터성분(15G), 옐로필터성분(15Ye), 시안필터성분(15Cy) 및 마젠타필터성분(15Mg)의 순으로 미소집광렌즈의 면적을 크게 하여 형성한다.
이 경우, 미소집광레렌즈(16)는 포토레지스트층의 패터닝에 의해 형성하여 최종적으로는 리플로처리됨으로써 면적이 다른 미소집광렌즈(16)를 얻을 수 있는 동시에, 포토레지스트층의 막두께가 동일하므로 면적이 다른 미소집광렌즈 사이에서는 그 렌즈곡율도 달라지게 된다.
이러한 구성에 의하면, 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)의 막두께에 대응하여 그 상면에 형성하는 미소집광렌즈(16)의 면적을 다르게 함으로써, 각 색마다의 감도향상율을 균일화할 수 있다.
즉, 그린(G) 및 옐로(Ye)에 대응하는 센서부(13)에서의 집광율이 향상되고, 감도향상율이 높아지는 동시에, 시안(Cy), 마젠타(Mg)에 대응하는 센서부(13)의 집광율이 내려감으로써 감도향상율이 내려가고, 그 결과 각 색의 화소의 감도향상율이 균일화된다. 따라서, 허위신호의 상태나 색재현성을 적당히 조정할 수 있으며, 신뢰성이 높은 CCD고체촬상소자가 얻어진다. 특히, CCD고체촬상소자를 소형화한 경우, 해상도가 떨어지지 않고, 더욱이 집광율을 높여서, 각 화소마다의 감도향상율을 균일화할 수 있다.
제3도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 또한, 제1도 및 제2도와 대응하는 부분에는 동일부호를 붙여서 중복설명을 생략한다.
본 예에 있어서는, 각 화소마다에 대응하는 미소집광렌즈(16)로서, 그 면적을 일정하게 하면서 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)에 대응하여 미소집광렌즈(16)의 렌즈곡율(즉 곡율반경)을 다르게 하여 구성한다. 또한, 면적을 일정하게 하여 곡율반경이 다른 미소집광렌즈군은, 예를 들면 포토레지스트막의 막두께를 각 색필터 성분마다 다르게 함으로써 얻어진다. 즉, 감도향상율이 낮은 센서부에서는 미소집광렌즈(16)를 통한 광이 포커스되어 집광능력이 커지도록하고, 감도향상율이 높은 센서부에서는 미소집광렌즈(16)를 통한 광이 디포커스되어 집광능력을 저하시키도록 한다. 이 구성에 있어서도, 각 화소의감도향상율을 균일하게 적성화(適性化)할 수 있으며, 허위신호의 상태나 색재현성을 적절히 조정할 수 있다.
제4도는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 도면에 있어서 제1도 및 제2도와 대응하는 부분에는 동일부호를 붙여서 중복설명을 생략한다. 본 예에 있어서는 , 미소집광렌즈(16)의 곡율반경을 동일하게 하여 각 색필터성분(15G),(15Ye),(15Cy),(15Mg)에 대응하여 미소집광렌즈(16)의 면적을 다르게 구성한다.
이 경우에 있어서도, 미소집광렌즈(16)의 면적에 따른 집광능력의 차이에 따라서 각 화소의 감도향상율의 적성화를 도모할 수 있다.
또한, 전술한 것에 있어서는 색필터성분의 막두께의 차이에 의한 굴절율의 차이로 감도향상율이 다른 것을 개선하기 위해 미소집광렌즈의 형상을 각 화소마다 변화시키도록 하였으나, 그 밖에, 도시하지 않았지만 막두께를 동일하게 하는 것도, 각 색필터성분의 염색재에 의한 굴절율의 차에 따라서 각 화소의 감도향상율이 다른 것을 개선하는 경우에도, 전술한 제1도 및 제2도, 또는 제3도, 또는 제4도와 같은 미소집광렌즈(16)의 구성을 취할 수 있으며, 같은 작용효과를 얻는다. 본 발명에 의하면, 고체촬상소자에 있어서 미소집광렌즈를 각 화소의 각 색필터성분마다 그 면적 또는 곡율을 변화시킴으로써, 화소마다의 감도향상율을 균일화할 수 있다. 따라서, 허위신호의 상태나 색재현성을 적절히 조정할 수 있으며 신뢰성이 높은 고체촬상소자를 얻을수 있다.

Claims (6)

  1. 각 화소로 되는 센서부상에 각각 소정의 색필터성분이 형성되고, 이 각 색필터성분상에 미소집광렌즈가 설치되어 이루어지는 고체촬상소자에 있어서, 상기 각 색필터성부의 막두께에 따라서 상기 미소집광렌즈의 면적을 변화시키는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  2. 제1항에 있어서, 각 색필터성분에 대응하는 미소집광렌즈의 곡율이 동일한 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  3. 각 화소로 되는 센서부상에 각각 소정의 색필터성분이 형성되고, 이 각 색필터성분상에 미소집광렌즈가 설치되어 이루어지는 고체촬상소자에 있어서, 각 미소집광렌즈의 면적을 동일하게 하고, 또한 상기 각 색필터성분의 막두께에 따라서 미소집광렌즈의 곡율을 변화시키는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  4. 각 화소로 되는 센서부상에 각각 소정의 색필터성분이 형성되고, 이 각 색필터성분상에 미소집광렌즈가 설치되어 이루어지는 고체촬상소자에 있어서, 각 색필터성분의 굴절율에 따라서 상기 미소집광렌즈의 면적을 변화시키는 것을 특징으로 하는고체촬상소자.
  5. 제4항에 있어서, 각 색필터성분에 대응하는 미소집광렌즈의 곡율이 동일한 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  6. 각 화소로 되는 센서부상에 각각 소정의 색필터성분이 형성되고, 이 각 색필터성분상에 미소집광렌즈가 설치되어 이루어지는 고체촬상소자에 있어서, 각 미소집광렌즈의 면적을 동일하게 하고, 또한 상기 각 색필터성분의 굴절율에 따라서 미소집광렌즈의 곡율을 변화시키는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
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