KR100263466B1 - Solid stage image sensor and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 각각의 칼라 필터층의 두께를 달리하여 칼라 필터층을 통과한 각각의 파장대의 초점거리가 균일하도록한 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
빛은 그 파장이 극히 짧은 일종의 전자파이다. 즉, 주파수가 아주 높다.Light is a kind of electromagnetic wave whose wavelength is extremely short. That is, the frequency is very high.
따라서 전자파가 눈의 망막을 자극함으로써 사람들이 이를 빛으로 느낄 수 있도록되어 있다.Therefore, electromagnetic waves stimulate the retina of the eye so that people can feel it as light.
가시광선대를 파장별로 크게 나누면 R.G.B로 등분되는데, 흑백 고체 촬상 소자를 컬러화하기 위해서는 컬러필터를 구성해야한다.Dividing the visible light band into wavelengths is divided into R.G.B. In order to colorize the monochrome solid-state imaging device, a color filter must be configured.
컬러필터는 특정파장대의 빛만을 통과시키는 유기물질로 이루어져 있다.Color filters consist of organic materials that only pass light at a specific wavelength.
예를들어, 블루 필터는 파랑색 대역의 빛만을 통과시키고 나머지 빛은 차단한다.For example, a blue filter passes only light in the blue band and blocks the rest of the light.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 공정에 관하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a manufacturing process of the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a내지 도 1e는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 공정 단면도이고, 도 2a와 도 2b는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 광투과시의 초점 거리를 나타낸 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views of a solid-state imaging device of the prior art, and FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing focal lengths during light transmission of the solid-state imaging device of the prior art.
종래 기술의 고체 촬상 소자는 RGB의 칼라 필터층들을 각각 분리시켜 형성하는 것으로, 먼저, 도 1a에서와 같이 빛에 관한 영상 신호를 전기적인 신호로 변환하는 포토 다이오드 영역(2)들과 상기 포토 다이오드 영역(2)들에서 생성된 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(3)들 그리고 수직 방향으로 전송된 영상 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(도면에 도시되지 않음) 등을 구비한 흑백 고체 촬상 소자(1)상에 제 1 평탄층(4)을 형성한다.The solid-state imaging device of the prior art is formed by separating the color filter layers of RGB, respectively, first, the photodiode region (2) and the photodiode region for converting the image signal for light into an electrical signal as shown in Figure 1a Vertical
그리고 도 1b에서와 같이, 각각의 포토 다이오드 영역(2)들의 상측 제 1 평탄층(4)상에 선택적으로 대응되어 형성되는 각각의 제 1 칼라 필터층(5),제 2 칼라 필터층(6), 제 3 칼라 필터층(7)들을 차례로 형성한다.1B, each of the first
이때, 칼라 필터층들은 가염성 레지스트를 도포 및 패터닝하고 패터닝되어진 가염성 레지스트층을 염색 및 고착하는 공정으로 형성한다.In this case, the color filter layers are formed by applying and patterning the salty resist and dyeing and fixing the salted resist layer.
각각의 칼라 필터층들은 RGB에 해당하는 파장의 빛만을 선택적으로 투과하는 RGB의 필터 또는 파장대에 따른 투과율이 좋은 시안,마젠타,옐로우 및 그린의 복합 칼라 필터 어레이(Complementary Color Filter Array)를 채택할 수도 있다.Each of the color filter layers may adopt an RGB filter which selectively transmits only light having a wavelength corresponding to RGB, or a complex color filter array of cyan, magenta, yellow, and green having good transmittance according to the wavelength band. .
복합 칼라 필터 어레이에서 마젠타층의 R:G:B 성분은 0.5 : 0 : 0.5이고, 시안층의 R:G:B 성분은 0 : 0.5 : 0.5 이고, 옐로우층의 R:G:B 성분은 0.5 : 0.5 : 0이다.In the composite color filter array, the R: G: B component of the magenta layer is 0.5: 0: 0.5, the R: G: B component of the cyan layer is 0: 0.5: 0.5, and the R: G: B component of the yellow layer is 0.5 : 0.5: 0.
이어, 도 1c에서와 같이, 상기의 RGB 칼라 필터층들(5)(6)(7)을 포함하는 전면에 제 2 평탄층(8)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, a second
그리고 도 1d에서와 같이, 각각의 포토 다이오드 영역(2)에 일대일 대응하여 제 2 평탄층(8)상에 마이크로 렌즈층(9)을 형성한다.1D, the
이어, 도 1e에서와 같이, 제 1,2 평탄층(4)(8)을 선택적으로 제거하여 패드 부분을 오픈한다.Subsequently, as shown in FIG. 1E, the pad portions are opened by selectively removing the first and second
상기와 같은 공정을 포함하여 형성되는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 동작은 다음과 같다.The operation of the solid-state imaging device of the prior art formed by including the above steps is as follows.
고체 촬상 소자에 촬상되는 빛은 마이크로 렌즈층(9)에 의해 집속되어 특정 파장의 빛만을 투과하는 각각의 칼라 필터층(5)(6)(7)들을 통과하여 대응되는 포토 다이오드 영역(2)으로 입사된다.Light captured by the solid-state imaging device is focused by the
상기 입사되어진 빛은 포토 다이오드 영역(2)에서 전기적인 신호로 변환되어 고체 촬상 소자의 수평,수직 전하 전송 영역상에 구성되는 게이트들(도면에 도시되지 않음)에 인가되는 클럭 신호에 의해 수직 방향, 수평 방향으로 전송되어 수평 전하 전송 영역의 끝단의 플로우팅 디퓨전 영역(도면에 도시되지 않음)에서 센싱 및 증폭되어 주변회로로 전송된다.The incident light is converted into an electrical signal in the
상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자에서는 각각의 포토 다이오드 영역에 선택적으로 대응하여 RGB 칼라 필터층의 어느 하나가 구성된다.In the above-described solid-state imaging device of the prior art, any one of the RGB color filter layers is selectively configured to correspond to each photodiode region.
상기의 RGB 칼라 필터층들은 각각 분리 구성되어 특정 파장의 빛만을 투과시키게 된다.The RGB color filter layers are separately configured to transmit only light having a specific wavelength.
칼라 필터층을 투과한 특정 파장대의 빛은 각각의 포토다이오드 영역(2)에 도 2에서와 같이 조사되어 각 파장대별로 입사되는 빛의 초점 거리가 다르다.The specific wavelength band of light transmitted through the color filter layer is irradiated to each
종래 기술의 고체 촬상 소자는 각각의 칼라 필터층들이 분리 구성되어 특정 파장대의 빛을 투과시키지만 각 파장대별 굴절율이 달라 다음과 같은 문제점이 있다.The solid-state imaging device of the prior art has each color filter layer separated to transmit light of a specific wavelength band, but the refractive index for each wavelength band is different, there are the following problems.
이는 굴절율이 달라 초점이 다름에도 불구하고 칼라 필터층과 포토다이오드와의 거리가 동일하여 정확하게 포토다이오드 영역에 빛의 초점거리가 맺히지 못하는 것으로 칼라 필터 특성의 균일성 확보가 어렵다.Although the refractive index is different and the focal point is different, the distance between the color filter layer and the photodiode is the same, so that the focal length of light cannot be accurately formed in the photodiode region.
이는 화면상에서 특정색이 진하고 다른색은 흐린 것으로 나타나 화질을 저하시킨다.This may cause certain colors to appear darker on the screen and other colors to appear blurred, degrading the picture quality.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 각각의 칼라 필터층의 두께를 달리하여 칼라 필터층을 통과한 각각의 파장대의 초점거리가 균일하도록한 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the conventional solid-state imaging device as described above, and the solid-state imaging device having a uniform focal length of each wavelength band passing through the color filter layer by varying the thickness of each color filter layer and Its purpose is to provide a process for its preparation.
도 1a내지 도 1e는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 공정 단면도1A to 1E are cross-sectional views of a solid state image pickup device of the prior art.
도 2는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 광투과시의 초점 거리를 나타낸 단면도2 is a cross-sectional view showing a focal length at the time of light transmission of the solid-state imaging device of the prior art
도 3a내지 도 3g는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도3A to 3G are cross-sectional views of a solid-state imaging device according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 광투과시의 초점 거리를 나타낸 단면도4 is a cross-sectional view showing a focal length for light transmission of the solid-state imaging device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21. 흑백 고체 촬상 소자 22. 포토 다이오드21. monochrome solid-
23. 수직 전하 전송 영역 24. 제 1 평탄층23. Vertical
25. 제 1 칼라 필터층 26. 제 2 칼라 필터층25. First
27. 제 3 칼라 필터층 28. 제 2 평탄층27. Third
29. 마이크로 렌즈29. Micro Lens
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 촬상 소자는 복수개의 포토 다이오드들을 포함하는 고체 촬상 소자의 임의 포토다이오드 3개의 상측에 각각 하나씩 대응하고, 투과시키는 각각의 파장대의 빛이 포토다이오드들에 균일하게 초점이 맺도록 서로 다른 제 1,2,3의 두께로 형성한 제 1,2,3의 칼라 필터층들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고, 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 흑백 고체 촬상 소자의 전면에 제 1 평탄층을 형성하고 상기의 제 1 평탄층상에 RGB의 어느 하나에 해당하는 제 1 칼라 필터층을 제 1 의 두께로 형성하는 공정과,상기 제 1 칼라 필터층이 형성되지 않은 제 1 평탄층상에 RGB의 다른 하나에 해당하는 제 2 칼라 필터층을 제 2 의 두께로 형성하는 공정과,상기 제 1 칼라 필터층 또는 제 2 칼라 필터층이 형성되지 않은 제 1 평탄층상에 RGB의 또다른 하나에 해당하는 제 3 칼라 필터층을 제 3 의 두께로 형성하는 공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The solid-state imaging device of the present invention for achieving the above object corresponds to each one of the three upper side of any photodiode of the solid-state imaging device including a plurality of photodiodes, and the light of each wavelength band to transmit is uniform to the photodiodes And color filter layers of the first, second, and third colors formed to have different thicknesses of the first, second, and third to focus. Forming a first flat layer on the entire surface of the device, and forming a first color filter layer corresponding to any one of RGB on the first flat layer to a first thickness, and a first color filter layer on which the first color filter layer is not formed. Forming a second color filter layer corresponding to the other one of RGB to a second thickness on the first flat layer, and wherein the first color filter layer or the second color filter layer is not formed And forming a third color filter layer corresponding to another one of RGB on the first flat layer to a third thickness.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the solid-state imaging device and its manufacturing method of the present invention.
도 3a내지 도 3g는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도이다.3A to 3G are cross-sectional views of a solid-state imaging device according to the present invention.
본 발명의 고체 촬상 소자는 각각의 칼라 필터층의 두께를 달리하여 투과된 빛의 초점 거리를 일치시킨 것으로 그 구조는 다음과 같다.The solid-state imaging device of the present invention matches the focal length of transmitted light by varying the thickness of each color filter layer, and its structure is as follows.
먼저,빛에 관한 신호를 전기적으로 변환하는 포토 다이오드(22)영역들, 그 영역들에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(23)들을 포함하는 흑백 고체 촬상 소자(21)의 임의 포토다이오드 3개의 상측에 각각 하나씩 대응하고, 투과시키는 각각의 파장대의 빛이 포토다이오드(22)들에 균일하게 초점이 맺도록 서로 다른 제 1,2,3의 두께로 형성한 제 1,2,3의 칼라 필터층들(25)(26)(27)을 포함하여 구성된다.First, the black-and-white solid-
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 공정은 다음과 같다.The manufacturing process of the solid-state image sensor of this invention which has such a structure is as follows.
먼저, 도 3a에서와 같이, 빛에 관한 신호를 전기적으로 변환하는 포토 다이오드(22)영역들, 그 영역들에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(23)들을 포함하는 흑백 고체 촬상 소자(21)의 전면에 제 1 평탄층(24)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, a black-and-white solid comprising
이어, 도 3b에서와 같이, 상기 포토 다이오드(22)영역들에서 3개중에 어느하나에는 반드시 대응되도록 제 1 평탄층(24)상에 RGB의 어느 하나에 해당하는 제 1 칼라 필터층(25)을 제 1 의 두께로 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, the first
그리고 도 3c에서와 같이, 상기 제 1 칼라 필터층(25)이 형성되지않은 포토 다이오드(22)영역들에서 2개중에 어느하나에는 반드시 대응되도록 제 1 평탄층(24)상에 RGB의 다른 하나에 해당하는 제 2 칼라 필터층(26)을 제 2 의 두께로 형성한다.As shown in FIG. 3C, in the
이어, 도 3d에서와 같이, 상기 제 1 칼라 필터층(25) 또는 제 2 칼라 필터층(26)이 형성되지 않은 포토 다이오드(22)영역에 대응되게 제 1 평탄층(24)상에 RGB의 또다른 하나에 해당하는 제 3 칼라 필터층(27)을 제 3 의 두께로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, another RGB of RGB is formed on the first
이때, 상기의 제 1,2,3 칼라 필터층들은 가염성 레지스트를 도포하고 선택적으로 패터닝하여 특정의 포토 다이오드 영역상에만 남도록한후 염색 및 고착 공정을 거쳐 형성한다.In this case, the first, second, and third color filter layers are formed by applying a salty resist and selectively patterning them so as to remain only on a specific photodiode region, followed by dyeing and fixing processes.
그리고 도 3e에서와 같이, 상기의 칼라 필터층들을 포함하는 제 1 평탄층(24)의 전면에 제 2 평탄층(28)을 형성한다.As shown in FIG. 3E, the second
제 2 평탄층(28)은 후 공정에서의 마이크로 렌즈를 보다 정확하게 형성하기 위한 것이다.The second
이어, 도 3f에서와 같이, 상기 각각의 포토 다이오드(22)영역에 대응되게 제 2 평탄층(28)상에 마이크로 렌즈(29)를 형성하고, 도 2g에서와 같이 패드 영역을 오픈한다.3F, the
이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 있어서는 칼라 필터층들의 형성시에 장파장대(R)의 칼라 필터층을 두껍게 형성하고 단파장대(B)의 칼라 필터층을 얇게 형성한다. 그리고 중간 파장대(G)의 칼라 필터층은 중간 정도의 두께로 형성한다.In the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention, the color filter layer of the long wavelength band R is formed thick and the color filter layer of the short wavelength band B is formed thin when the color filter layers are formed. And the color filter layer of the intermediate wavelength band G is formed in moderate thickness.
상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자의 동작은 다음과 같다.The operation of the solid-state imaging device of the present invention as described above is as follows.
고체 촬상 소자에 촬상되는 빛은 마이크로 렌즈(29)에 의해 집속되어 특정 파장의 빛만을 투과하는 각각의 제 1,2,3 칼라 필터층(25)(26)(27)들을 통과하여 대응되는 포토 다이오드 (22)영역으로 입사된다.Light captured by the solid-state imaging device is focused by the
상기 입사되어진 빛은 포토 다이오드(22)영역에서 전기적인 신호로 변환되어 고체 촬상 소자의 수평,수직 전하 전송 영역상에 구성되는 게이트들(도면에 도시되지 않음)에 인가되는 클럭 신호에 의해 수직 방향, 수평 방향으로 전송되어 수평 전하 전송 영역의 끝단의 플로우팅 디퓨전 영역(도면에 도시되지 않음)에서 센싱 및 증폭되어 주변회로로 전송된다.The incident light is converted into an electrical signal in the
이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 도 4에서와 같이, 각각의 파장대에 해당하는 칼라 필터층을 서로다른 두께로 형성하여 수광 부위에 균일한 위치에서 초점이 맺혀지도록하므로 색투광 특성이 균일하게 된다. 이는 화면상에서 균일한 색특성을 나타낼 수 있게 하여 화질을 향상시키는 효과가 있다.Such a solid-state imaging device of the present invention, as shown in Figure 4, by forming a color filter layer corresponding to each wavelength band with a different thickness so that the focus is made at a uniform position in the light receiving site, the color light transmission characteristics are uniform. This makes it possible to exhibit uniform color characteristics on the screen, thereby improving image quality.
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