KR100590124B1 - 고체촬상소자 - Google Patents

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KR100590124B1
KR100590124B1 KR1019980010281A KR19980010281A KR100590124B1 KR 100590124 B1 KR100590124 B1 KR 100590124B1 KR 1019980010281 A KR1019980010281 A KR 1019980010281A KR 19980010281 A KR19980010281 A KR 19980010281A KR 100590124 B1 KR100590124 B1 KR 100590124B1
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요우이찌 오쯔까
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

광센서부 상에 형성된 마이크로렌즈의 곡률 반경 및 광센서부 상의 층 두께를 크게 변화시키지 않고도 초점 위치를 조정하는 것을 가능케 함으로써 소형화되고 고해상도화된 고체 촬상 소자를 제공하는 것이 가능하다. 센서부(2) 상의 대응하는 위치에 마이크로렌즈(17)가 형성된다. 마이크로렌즈(17)의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 층(18)이 형성된다. 그 최상면이 실질적으로 평탄면으로서 형성된 고체 촬상 소자(10)가 구성된다.

Description

고체 촬상 소자{SOLID STATE IMAGING DEVICE}
본 발명은 센서부 상에 마이크로렌즈가 형성된 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
크기가 소형화되고 고해상도화된 CCD 고체 촬상 소자를 획득하기 위하여, 포토다이오드로 형성된 광센서부와 CCD 레지스터로 형성된 유닛 셀이 축소화되는 경향이 있다.
이 때문에, 광센서부로서 기능하는 포토다이오드의 면적이 감소되고, 이는 CCD 고체 촬상 소자의 주요 특성 중 하나인 광 변환 특성, 즉 광감도를 저하시킨다.
상용의 소형 단일 유닛 비디오 카메라 레코더에 사용되는 광학 시스템의 크기는 실제로 1/3 인치에서 1/4 인치로 이행되어 왔고, 1/6 인치 또는 보다 소형으로 더 이행될 수 있다.
화소 수는 250,000 화소, 360,000 화소, 380,000 화소로부터 560,000 화소의 범위로 널리 분포되어 있다.
이러한 CCD 고체 촬상 소자의 광감도를 향상시키기 위하여, 포토다이오드들 각각에 대응하는 위치에 마이크로렌즈를 제공하여 입사광을 광센서부로 효과적으로 집광시키는 소위 온칩 마이크로렌즈 기술이 확립되어 도입되어 있다.
도 1은 온칩 마이크로렌즈가 내부에 형성된 일반적인 CCD 고체 촬상 소자를 수평 방향, 즉 수직 CCD 레지스터의 전송 방향과 직교하는 방향을 따라 절취한 단면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(31) 내에 수직 CCD 레지스터(40)를 형성하는 전하 전송부(32) 및 광센서부(33)를 형성하는 포토다이오드가 확산층 등으로 형성되어 있다. 전하 전송부(32) 상에 절연막을 사이에 두고 수직 전송 전극(34)이 형성되어 있다. 차광막(35)이 수직 전송 전극(34)을 덮도록 형성되어 있다. 광센서부(33)는 차광막(35)의 개구에 대응하도록 형성되어 있다.
또한, 투명 평탄화막(36)이 광센서부(33)들과 차광막(35)을 덮도록 형성되어 있다. 투명 평탄화막(36)이 적층되어 평탄화된 표면 상에 컬러 필터가 형성되어 있다.
투명 평탄화막(38)이 컬러 필터(37) 상에 형성되어 있다. 또한, 그 표면이 일정한 곡률을 갖는 마이크로렌즈(39)가 투명 평탄화막(38) 상에 형성되어 있다. 이에 따라, CCD 고체 촬상 소자(30)가 형성된다.
도 1에서는, 입사광(L)의 광로들은 서로 평행하고 CCD 고체 촬상 소자(30)와 직각을 이루는 것들이라고 가정하자.
도 1에서, 참조 부호 (f)와 (r)은 각기 마이크로렌즈(39)의 초점 거리 및 그 곡률 반경을 나타낸다.
장래에는 CCD 고체 촬상 소자(30)의 유닛 셀을 더 소형화하는 것이 분명히 요구될 것임에도 불구하고, 도 1에 도시된 단층 마이크로렌즈로는 입사광(L)을 광센서부(33) 상에 효과적으로 집광시키는 것이 곤란하다.
구체적으로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈(39) 상에 입사된 광(L)이 광센서부(33)에 비해 상당히 높은 위치(f0) 상에 집광된다. 이에 따라 광센서부(33) 상에 입사되는 광량이 감소되고, 그 결과 광감도가 저하된다.
초점 위치가 광센서부(33) 위의 상부 위치에 위치하므로, 일단 집광된 광(L)의 광선들이 수직 CCD 레지스터(32) 상에 입사되기 때문에 소위 스미어(smear) 현상이 생기기 쉽다. 이 현상은 유닛 셀이 더 소형화됨에 따라 더 현저히 발생된다.
집광의 문제점을 개선하기 위해서는, 주로 광센서부(33)의 표면으로부터 마이크로렌즈(39)까지의 거리(이하, 층 두께라고 함)(h)를 감소시키고 마이크로렌즈(39)의 곡률 반경(r)을 증가시킬 필요가 있다.
그러나, 균일한 컬러 필터(37) 및 균일한 마이크로렌즈(39)를 형성하기 위하여 투명 평탄화막들(36, 38)과, CCD 고체 촬상 소자의 각각의 컬러에 대한 분광들을 서로 매칭시키기 위한 컬러 필터(37) 등의 두께가 어느 정도 필요하며, 그에 따라 이러한 층 두께(h)를 더 감소시키려는 시도에는 한계가 있다.
마이크로렌즈(39)의 곡률 반경(r)을 증가시키기 위해서는, 투명 수지의 열 리플로(thermal reflow)에 의해 마이크로렌즈(39)를 형성할 때 열 리플로 전의 투명 수지의 두께를 보다 얇게 설정할 필요가 있다.
그러나, 마이크로렌즈(39)를 형성하는 투명 수지의 막 두께를 얇게 하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 리플로 후에 얻어지는 렌즈는 렌즈 상부가 평평한 형상으로 되어, 일정한 곡률을 갖는 만족스럽게 리플로된 형상을 갖는 렌즈가 얻어지지 않고 만족스러운 집광이 얻어질 수 없다.
투명 수지의 막 두께를 얇게 하면, 하부(ground)의 단차(step)의 영향으로 인해 투명 수지를 균일하게 도포하는 것이 곤란하게 된다.
따라서, 균일한 마이크로렌즈를 형성하기 위해 곡률 반경(r)을 증가시키는 것은 한계가 있다.
이러한 관점에서, 본 발명의 목적은 광센서부 상에 형성된 마이크로렌즈의 곡률 반경 및 광센서부 상의 층 두께를 크게 변화시키지 않고도 초점 위치를 조정하는 것을 가능케 함으로써 소형화되고 고해상도화된 고체 촬상 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특성에 따르면, 고체 촬상 소자는, 센서부 상의 대응하는 위치에 형성된 마이크로렌즈, 마이크로렌즈의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 층, 및 실질적으로 평탄면으로서 형성된 최상면을 포함한다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 마이크로렌즈 상에 형성되며, 마이크로렌즈의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 층을 갖는다. 따라서, 마이크로렌즈 상에 입사되는 광의 집광 위치를, 마이크로렌즈의 위에 공기가 있는 경우에 비해, 보다 깊은 위치로 설정하는 것이 가능하다.
최상면이 실질적으로 평탄면으로 되어 있기 때문에, 최상면 상에 수직으로 입사되는 광이 굴절되는 것이 방지된다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자는, 센서부 상의 대응하는 위치에 형성된 마이크로렌즈, 마이크로렌즈의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 층, 및 실질적으로 평탄면으로서 형성된 최상면을 포함한다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 마이크로렌즈의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 층 상에 반사 방지막이 형성되어 있다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 센서부의 개구의 짧은 변의 길이 a와 반도체 표면으로부터 마이크로렌즈의 렌즈 저면까지의 길이 b의 비는 1/3 이하로 설정된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 소자를 설명하고자 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자, 즉 이 실시예에서는 인터라인 전송 방식(interline transfer system) CCD 고체 촬상 소자의 개략적인 구성을 도시하는 도면들이다. 도 4는 이 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 평면도이며, 도 5는 수평 전송 방향, 즉 소위 H 방향 (또는, 도 4에서의 라인 a-a'을 따라 절취한 단면)으로의 그 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, CCD 고체 촬상 소자(10)는 그 촬상 영역에서 매트릭스형으로 배치된 포토다이오드들로 형성된 광센서부(센서부)(2), 및 그 광센서부(2)들의 각 열에 대응하여 설치된 수직 CCD 레지스터(1)를 구비하고 있다. 하나의 광센서부(2)와 하나의 수직 CCD 레지스터(1)가 유닛 셀(3)을 형성한다.
그 단면 구조를 보여주는 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들면 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(11) 내에 광센서부(2)를 형성하는 포토다이오드 및 수직 CCD 레지스터(1)를 형성하는 전하 전송부(4)가 확산층 등으로 형성되어 있다. 전하 전송부(4) 상에 절연막을 사이에 두고 수직 전송 전극(12)이 형성되어 있다. 차광막(13)이 수직 전송 전극(12)을 덮도록 형성되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광센서부(2)는 차광막(13)의 개구에 대응하도록 형성되어 있다.
투명 평탄화막(14)이 광센서부(2)와 차광막(13)을 덮도록 형성되고, 투명 평탄화막(14)에 의해 평탄화된 표면 상에 컬러 필터(15)가 형성되어 있다.
컬러 필터(15) 상에 투명 평탄화막(16)이 형성된 다음, 일정한 곡률을 갖는 구면을 가진 마이크로렌즈(17)가 투명 평탄화막(16) 상에 형성된다.
이 실시예에서는, 마이크로렌즈(17)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가진 투명막으로 형성된 굴절률 조정층(18)이 마이크로렌즈(17)를 덮도록 형성된다.
마이크로렌즈(17)의 높이(Hl)와 굴절률 조정층(18)의 두께, 즉 마이크로렌즈(17)의 저면으로부터 굴절률 조정층(18)의 상면까지의 높이(Hi)간의 관계는 하기 수학식 1에 의해 표현되는 바와 같이 성립된다.
도 6은 n1의 굴절률을 갖는 매체를 통하여 굴절률 n2, 렌즈 곡률 반경 r을 갖는 마이크로렌즈 상에 평행 광선들이 입사되는 상태를 보여주는 개략도이다.
이 경우, 마이크로렌즈의 초점 거리(f)는 하기 수학식 2에 의해 표현될 수 있다.
도 1에 도시된 일반적인 고체 촬상 소자에서는, 예를 들면, n1의 굴절률을 갖는 매체는 공기(n1 = 1.0)이고, n2의 굴절률을 갖는 재료는 폴리스티렌 수지(n2 ≒ 1.6)이다.
이 경우, 초점 거리(f)는 f ≒ 2.67r이다.
도 5에 도시된 구조를 갖는 이 실시예에서는, n1의 굴절률을 갖는 굴절률 조정층(18)용의 재료로서 불소계 수지(예를 들면, citop이라는 상표명으로 아사히 글라스 주식회사에 의해 제조된 굴절률 n1 = 1.34를 갖는 불소계 수지)가 사용된다면, 초점 거리(f)는 1.65r이 되고, 따라서 도 1에 도시된 고체 촬상 소자의 상기 초점 거리(f)보다 약 2.3배 연장될 수 있다.
도 5에 도시된 구조를 갖는 이 실시예에서는, n2의 굴절률을 갖는 마이크로렌즈(17)용의 재료로서 (굴절률 n2 ≒ 1.75를 갖는) 폴리이미드 수지가 사용되고 n1의 굴절률을 갖는 굴절률 조정층(18)용의 재료로서 (굴절률 n1 = 1.34를 갖는) 불소계 수지가 사용된다면, 초점 거리(f)는 약 4.2r이 된다.
상술한 바와 같이 마이크로렌즈(17)의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 투명막으로 형성된 굴절률 조정층(18)이 제공되기 때문에, 마이크로렌즈(17) 상에 입사되는 광의 초점 거리(f)가 도 1에 도시된 구조에서 얻어지는 초점 거리에 비해 연장되고, 초점 위치는 도 1에 도시된 구조에서 얻어지는 위치(f0)보다 깊은 위치(F)이다.
구체적으로, 상이한 굴절률을 가진 재료들의 조합, 예를 들면, n1의 굴절률을 갖는 마이크로렌즈(17)와 n2의 굴절률을 갖는 굴절률 조정층(18)의 조합에 의해 초점 거리(f)가 바람직하게 제어될 수 있다.
따라서, 광센서부(2)에 입사되는 광선들의 양이 증가하고, 그에 따라 CCD 고체 촬상 소자(10)의 광감도가 증가하게 된다.
이 실시예에서는, 굴절률 조정층(18)이 굴절률 조정층(18) 상에 입사되는 광(L)을 반사시키는 것을 방지하기 위하여 굴절률 조정층(18) 상에 반사 방지막(19)이 형성된다. 반사 방지막(19)은 반사에 의해 감소되어 광센서부 상에 입사되는 입사광(L)의 양을 억제할 수 있다.
도 7은 굴절률 n3과 막 두께 T를 갖는 반사 방지막(19)이 n1의 굴절률을 갖는 굴절률 조정층(18) 상에 제공되는 경우에 얻어지는 광로를 보여주는 도면이다.
상술한 바와 같이 반사 방지막(19)이 n1의 굴절률을 갖는 굴절률 조정층(18) 상에 제공되는 경우에는, 반사 방지막(19)의 굴절률 n3과 그 막 두께 T는 수학식 3에 의해 표현되는 하기 조건을 만족시키는 것이 이상적이다.
반사 방지막(19)의 굴절률 n3과 그 막 두께 T를 수학식 3에 의해 표현된 조건과 매칭시키는 것은 어렵다. 그러나, 실제로는, 수학식 3의 조건에 근접하는 굴절률을 갖는 재료를 반사 방지막(19)의 재료로서 사용한다.
반사 방지막(19)이 반드시 제공되어야 할 필요는 없다.
광센서부(센서부)의 개구의 짧은 변의 길이(a)와 반도체 표면, 즉 광센서부(2)의 표면으로부터 마이크로렌즈(17)의 저면까지의 길이(b)(층 두께 h)의 비를 1/3 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈(39)의 위에 공기가 있는 경우에는, 입사광(L)이 광센서부(2)보다 상당히 위에 집광되므로 광센서부(2) 상에 입사되는 광량이 감소된다. 게다가, 집광된 후에 확산된 광선들이 수직 CCD 레지스터 상에 입사되어 스미어를 초래한다.
a/b의 비가 충분히 크면, 집광 위치가 광센서부의 표면보다 상당히 위에 위치하더라도, 광센서부가 넓고, 인접한 수직 CCD 레지스터들 간의 간격(Dv)이 충분하여, 그러한 문제가 거의 생기지 않는다.
그런데, a/b의 비가 1/3 이하이면, 광량이 현저히 감소되고 스미어가 현저하게 발생된다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 광센서부에 입사되는 광량을 효과적으로 증가시키는 것이 가능하고 굴절률 조정층(18)을 제공하여 초점 거리(f)를 조정함으로써 스미어를 효과적으로 방지한다.
이 실시예에서는 초점(f1)이 광센서부(2)의 표면보다 위에, 즉 반도체 기판(11)의 표면보다 위에 위치하고 있지만, 초점(f1)은 광센서부(2)의 표면보다 아래에 위치할 수도 있다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 구체적인 설계를 예를 들어 설명하고자 한다.
도 2는 도 1에 도시된 고체 촬상 소자의 구조에서 평행 광선들이 집광되는 상태를 보여주는 개략도(수평 방향을 따라 절취한 그 단면도)이다.
마이크로렌즈(39)의 위에는 (n1 = 1.0의 굴절률을 갖는) 공기가 있고 마이크로렌즈와 그 아래층의 굴절률은 n2 = 1.60이라고 가정하자.
마이크로렌즈(39)의 아래층의 두께, 즉 층 두께(h(B))는 4.50 ㎛이고, 광센서부(33)의 개구부의 폭은 1.0 ㎛이고, 인접한 수직 CCD 레지스터(32)들 간의 간격(Dv)은 2.0 ㎛라고 가정하자.
마이크로렌즈(39)의 곡률 반경(r1)이 1.0 ㎛라면, 마이크로렌즈(39)의 높이(h1)는 약 0.9 ㎛ 내지 1.0 ㎛이고, 초점 거리(f1)는 2.67 ㎛이다. 그러므로, 입사광(L)이 광센서부(33) 상에 효과적으로 집광되지 못한다. 게다가, 초점에서 집광된 후에 확산된 입사광(L)이 차광막(34) 상에 입사되기 때문에, 감도가 열화된다. 입사광은 기울어진 광의 성분들을 많이 포함하기 때문에, 그런 성분들이 스미어를 초래할 수 있다.
초점 거리(f1)를 연장시키기 위하여, 마이크로렌즈(39)의 곡률 반경(r1)을 보다 크게, 예를 들면 r2로 설정하였다. 마이크로렌즈의 곡률 반경(r2)이 1.7 ㎛라고 가정하면, 마이크로렌즈(39)의 높이(h2)는 약 0.3 내지 0.4 ㎛이므로 초점 거리(f2)가 연장되어 4.54 ㎛로 설정된다. 그러면, 집광 상태가 만족스러워진다.
그러나, 1.7 ㎛의 곡률 반경(r2)을 얻기 위해서는, 렌즈 재료를 0.2 내지 0.3 ㎛의 두께를 갖도록 도포하여야 한다.
이때, 스크라이브 라인, 본딩 패드 등에 의해 생성되는 하부층(ground layer)의 단차(step)의 영향 때문에 렌즈 재료를 균일하게 도포하는 것이 곤란하다.
렌즈 재료가 얇아지기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈 재료를 리플로(reflow)하여 얻어지는 마이크로렌즈의 형상이 만족스럽지 못하게 되고, 그것은 만족스럽게 집광하는 데 대한 장애가 될 수 있다.
한편 높이 h1과 곡률 반경 r1을 갖는 마이크로렌즈를 형성하는 경우에는, 렌즈 재료의 도포막의 두께를 약 0.8 내지 0.9 ㎛로 설정하는 것으로도 충분하고, 이 설정 두께는 리플로 후에 만족스러운 형상의 마이크로렌즈를 얻을 수 있게 해준다. 그러므로, 균일한 렌즈 형상을 얻기 위한 설계 마진이 넓어진다.
도 8은 도 2에 도시된 구조에 본 발명이 적용된 고체 촬상 소자의 예를 보여주는 도면이다.
처음에, 도 2에 도시된 마이크로렌즈(39)의 높이(h1)와 곡률 반경(r1)과 같은 크기, 즉 높이 H1(h1)과 곡률 반경 r(r1)을 갖는 마이크로렌즈(17)를 형성하였다.
마이크로렌즈(17) 상에 굴절률 조정층(18)을 형성하는 투명 수지를 도포하거나, 또는 패키지의 조립시에 포팅(potting)(적하)함으로써 굴절률 조정층(18)을 형성하였다.
굴절률 조정층(18)용의 재료로서 불소계 수지(예를 들면, citop이라는 상표명으로 아사히 글라스 주식회사에 의해 제조된 굴절률 n1 = 1.34를 갖는 불소계 수지)가 사용되었다.
이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 초점 거리(f)가 6.15 ㎛까지 연장되어 집광 상태가 만족스러워진다.
도 2 및 도 8에 도시된 마이크로렌즈의 곡률 반경들(r, r1, r2)의 값들로는 근사 값들이 사용된다.
마이크로렌즈(17)를 제조하는 방법은, 마이크로렌즈 재료를 직접 리플로하는 방법, 또는 포토레지스트를 리플로한 후에 에치 백에 의해 포토레지스트로부터 마이크로렌즈 재료로 렌즈 형상을 전사하는 방법 등일 수 있다. 임의의 마이크로렌즈(17) 제조 방법이 이용될 수 있다.
마이크로렌즈와 광센서부의 표면 사이에 실제로는 컬러 필터, 평탄화막, 패시베이션 막 등의 복수의 막들이 설치되지만, 도 2 및 도 8에는 그것들이 동일한 굴절률을 갖는 것으로 가정하여 입사광(L)의 광로가 도시되어 있다.
이 실시예에서는 입사 광선들이 서로에 대해 평행하지만, 본 발명은 거기에 국한되지 않고 마이크로렌즈에 대하여 비스듬하게 광이 입사되는 유닛 셀에도 적용될 수 있다.
이 경우, 입사광의 광로에 따라서 마이크로렌즈와 광센서부를 수평 방향으로 서로 어긋나게 형성하여, 입사광이 광센서부 상에 입사되도록 한다.
마이크로렌즈의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 굴절률 조정층(18)을 고체 촬상 소자를 덮도록 패키지를 형성하는 투명 밀봉 수지로서 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 마이크로렌즈가 형성된 고체 촬상 소자 상에, 마이크로렌즈의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 투명 수지를, 마이크로렌즈를 덮도록 적하(drip)한 다음 적하된 투명 수지를 경화시킴으로써, 패키지가 제조될 수 있다.
그러므로, 유리 등으로 패키지를 밀봉하는 일반적인 패키지 방식에 의한 것들에 비해 낮은 제조 비용으로 고체 촬상 소자의 패키지를 제조하는 것이 가능하다.
반사 방지막(19)은 플라스마 화학 기상 성장법(CVD)에 의해 P-SiO2(n = 1.45 내지 1.5)를 형성하고, 스퍼터링법에 의해 MgF2(n = 1.38) 및 CaF2(n = 1.26 내지 1.28)를 형성하고, 코팅에 의해 불소계 수지(n = 1.34)를 형성함으로써 형성될 수 있다.
본 고체 촬상 소자에 따르면, 마이크로렌즈 상에 마이크로렌즈의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 층이 형성되고 그 최상면이 평탄면으로서 형성되기 때문에, 고체 촬상 소자의 유닛 셀들이 미세화된 상태에서 광감도를 향상시키는 것이 가능하다.
게다가, 마이크로렌즈의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 층 상에 반사 방지막을 형성하면, 마이크로렌즈의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 층에 의해 광이 반사되는 것을 방지할 수 있으며, 그에 따라 광센서부 상에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있다.
마이크로렌즈의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는 층을, 고체 촬상 소자를 덮도록 패키지를 형성하는 투명 밀봉 수지로서 사용하면, 유리 등으로 패키지를 밀봉하는 일반적인 패키지 방식에 의한 것들에 비해 낮은 제조 비용으로 고체 촬상 소자의 패키지를 제조하는 것이 가능하다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에만 국한되지 않으며 첨부된 특허청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고서도 당 기술분야의 숙련자에 의해 각종 변경 또는 변형이 초래될 수 있음을 알아야 할 것이다.
도 1은 수평 전송 방향을 따라 절취한 CCD 고체 촬상 소자의 단면도.
도 2는 CCD 고체 촬상 소자의 설계 예를 도시하는 도면.
도 3은 렌즈 재료를 얇게 할 때 얻어지는 렌즈의 형상을 설명하기 위해 사용되는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 평면도.
도 5는 수평 전송 방향을 따라 절취한 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에서의 입사광의 광로를 설명하기 위해 사용되는 도면.
도 7은 도 5에 도시된 고체 촬상 소자에서의 입사광의 광로를 설명하기 위해 사용되는 도면.
도 8은 도 5에 도시된 고체 촬상 소자의 설계 예를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 수직 CCD 레지스터
2 : 광센서부(센서부)
3 : 유닛 셀
4 : 전하 전송부
10 : CCD 고체 촬상 소자
11 : 반도체 기판
12 : 수직 전송 전극
13 : 차광막
14, 16 : 투명 평탄화막
15 : 컬러 필터
17 : 마이크로렌즈
18 : 굴절률 조정층
19 : 반사 방지막
30 : CCD 고체 촬상 소자
31 : 반도체 기판
32 : 전하 전송부
33 : 광센서부
34 : 수직 전송 전극
35 : 차광막
36, 38 : 투명 평탄화막
37 : 컬러 필터
39 : 마이크로렌즈
40 : 수직 CCD 레지스터
L : 입사광
f : 초점 거리
r, r1, r2 : 마이크로렌즈의 곡률 반경
b, h : 광센서부의 표면으로부터 마이크로렌즈의 저면까지의 높이(층 두께)
h1, h2, H1 : 마이크로렌즈의 높이
Hi : 굴절률 조정층의 두께
a : 광센서부의 개구부의 폭
Dv : 수직 CCD 레지스터들 간의 간격

Claims (10)

  1. 고체 촬상 소자에 있어서,
    적어도 하나의 광센서를 포함하는 반도체 기판과,
    상기 기판 상에 형성되며, 상기 광센서에 대한 전송 전극을 포함하고 있는 제1 투명 평탄화층과,
    상기 제1 투명 평탄화층 상의 컬러 필터층과,
    상기 컬러 필터층 상의 제2 투명 평탄화층과,
    상기 광센서에 대응하는 위치에서 상기 제2 투명 평탄화층 상에 형성된 마이크로렌즈와,
    상기 마이크로렌즈 및 상기 제2 투명 평탄화층 상에 형성된 굴절률 조정층 ─ 상기 굴절률 조정층의 굴절률(n2)은 상기 마이크로렌즈의 굴절률(n1) 보다 낮음 ─ 을 포함하며,
    상기 굴절률 조정층에 의해 조정된 마이크로렌즈의 초점 거리(f)는 상기 제1 투명 평탄화층까지 연장되고, f=(n2)r/(n2-n1)의 식에 의해 표현 ─ 여기서, r은 상기 마이크로렌즈의 곡률 반경임 ─ 되며, 최상면은 평탄면인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 굴절률 조정층 상에 형성된 반사 방지막을 더 포함하며,
    상기 반사 방지막의 굴절률(n3)은 상기 마이크로렌즈의 굴절률(n1)의 제곱근이며, 상기 반사 방지막의 두께(T)는 상기 반사 방지막을 통과하는 광의 파장의 1/4인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초점 거리(f)는 적어도 상기 전송 전극 측면 공간 내로 연장되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 고체 촬상 소자를 제조하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 광센서를 포함하는 반도체 기판을 형성하는 단계와,
    상기 기판 상에, 상기 광센서에 대한 전송 전극을 포함하는 제1 투명 평탄화층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 투명 평탄화층 상에 컬러 필터층을 형성하는 단계와,
    상기 컬러 필터층 상에 제2 투명 평탄화층을 형성하는 단계와,
    상기 광센서에 대응하는 위치에서 상기 제2 투명 평탄화층 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계와,
    상기 마이크로렌즈 및 상기 제2 투명 평탄화층 상에 굴절률 조정층 ─ 상기 굴절률 조정층의 굴절률(n2)은 상기 마이크로렌즈의 굴절률(n1) 보다 낮음 ─ 을 투명 수지로 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 굴절률 조정층에 의해 조정된 마이크로렌즈의 초점 거리(f)는 상기 제1 투명 평탄화층까지 연장되고, f=(n2)r/(n2-n1)의 식에 의해 표현 ─ 여기서, r은 상기 마이크로렌즈의 곡률 반경임 ─ 되며, 최상면은 평탄면인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 상면으로부터 상기 마이크로렌즈의 렌즈 저면까지의 길이(b)에 대한 상기 광센서 상의 상기 전극들 간에 정의된 공간의 짧은 변의 길이(a)의 비가 1/3 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 굴절률 조정층은 상기 마이크로렌즈 상에 상기 투명 수지를 도포함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 굴절률 조정층은 상기 마이크로렌즈 상에 상기 투명 수지를 적하(drop)(포팅(potting))함으로써 형성되고, 상기 고체 촬상 소자의 패키지를 밀봉하는 수지로서 사용되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 굴절률 조정층 상에 반사 방지막이 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 상면으로부터 상기 마이크로렌즈의 렌즈 저면까지의 길이(b)에 대한 상기 광센서 상의 상기 전극들 간에 정의된 공간의 짧은 변의 길이(a)의 비가 1/3 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 반사 방지막의 굴절률(n3)은 상기 마이크로렌즈의 굴절률(n1)의 제곱근이며, 상기 반사 방지막의 두께(T)는 상기 반사 방지막을 통과하는 광의 파장의 1/4인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
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