KR20070011106A - 고체촬상장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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도시히로 히구치
도모코 고마츠
도모키 마스다
마모루 혼조
나오키 도모다
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 고감도를 갖는 고체촬상장치를 안정되게 공급할 수 있도록 하는 것이다.
포토다이오드(2) 상에 마이크로렌즈(6)가 형성된다. 마이크로렌즈(6) 상에 불소함유 수지재료층(7)이 형성된다. 불소함유 수지재료층(7) 위쪽에 투명기판(9)이 배치된다. 불소함유 수지재료층(7)과 투명기판(9)이 수지층(8)에 의해 접착된다.
마이크로렌즈, 불소함유 수지재료층, 투명기판, 고체촬상장치

Description

고체촬상장치 및 그 제조방법{SOLID-STATE IMAGE SENSING DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 고체촬상장치의 단면도.
도 2의 (a)∼(f)는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 고체촬상장치 제조방법의 각 공정을 나타내는 단면도.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 고체촬상장치의 집광효율 향상효과를 설명하기 위한 도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 고체촬상장치의 불소함유 수지재료층의 두께 및 수지층 두께를 설명하기 위한 도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 고체촬상장치의 마이크로렌즈에 도달하는 광량을 종래예와 비교하여 나타내는 도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 고체촬상장치의 감도를 종래예와 비교하여 나타내는 도.
도 7의 (a)∼(f)는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 고체촬상장치 제조방법의 각 공정을 나타내는 단면도.
도 8의 (a)∼(d)는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 고체촬상장치 제조방법의 각 공정을 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 고체촬상장치의 스페이서 배치예를 나타내는 평면도.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 고체촬상장치의 스페이서 배치예를 나타내는 평면도.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 고체촬상장치의 스페이서 배치예를 나타내는 평면도.
도 12는 본 발명의 제 2 실시예 변형예의 적용대상인 고체촬상장치 개략회로구성의 일례를 나타내는 도.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예 변형예에 관한 고체촬상장치의 스페이서 배치예를 나타내는 평면도.
도 14는 본 발명의 제 2 실시예 변형예에 관한 고체촬상장치의 스페이서 배치예를 나타내는 평면도.
도 15는 종래 고체촬상장치의 단면도.
도 16은 종래 고체촬상장치의 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 고체촬상소자용 기판 2 : 포토다이오드
3 : 제 1 아크릴평탄막 4 : 컬러필터
5 : 제 2 아크릴평탄막 6 : 마이크로렌즈
7 : 불소함유 수지재료층 8 : 수지층
9 : 투명기판 10 : 무기물층
11 : 광 12 : 스페이서
15 : 레지스트패턴 20 : 고체촬상장치
21 : 화소영역 25 : 수평전송레지스터
30 : 증폭부 D1 : 불소함유 수지재료층(7)의 두께
D2 : 수지층(8)의 두께 l0 : 스페이서(12)의 높이
l1 : 고체촬상소자용 기판(1) 상면에서 불소함유 수지재료층(7) 상면까지의 두께
본 발명은, 고체촬상소자와 이를 보호하는 투명기판으로 구성되는 고체촬상장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
CCD(전하결합소자: Charge Coupled Device) 등을 이용한 고체촬상장치에서는, 소형화 및 고해상도화의 요청에 따라, 수광부인 포토다이오드의 면적이 감소되고 있다. 이와 같은 수광부의 면적감소에 따르는 집광효율의 저하를 보완하기 위해, 이른바 마이크로렌즈가 개발 이용되기에 이르렀다. 이 마이크로렌즈는, 통상 수지로 구성되며, 화소별로 형성된 수광부 위쪽에 배치된다. 또 마이크로렌즈는, 직접적으로는 수광부에 입사되지 않는 광을 굴절시켜 수광부에 집광시킴으로써, 집광효율을 향상시켜 감도를 향상시킨다.
도 15 및 도 16은, 종래 고체촬상장치의 단면구성을 나타낸다. 도 15에 나타내는 바와 같이, CCD형 고체촬상소자용 기판(101) 표면에 화소별로 형성된 오목부 저부에, 입사광을 전기신호로 변환시키기 위한 포토다이오드(102)가 형성된다. 고체촬상소자용 기판(101) 상에는, 그 표면의 요철을 평탄화하기 위한 제1 아크릴평탄막(103)이 형성된다. 제 1 아크릴평탄막(103) 상에는 각 포토다이오드(102)와 대응하도록 컬러필터(104)가 형성된다. 각 컬러필터(104) 상에는, 컬러필터(104) 사이의 간격에 기인하여 발생한 요철을 평탄화하기 위한 제 2 아크릴평탄막(105)이 형성된다. 제 2 아크릴평탄막(105) 상에는 포토다이오드(102)와 대응하도록 마이크로렌즈(106)가 형성된다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 고체촬상소자용 기판(101) 상에 형성된 포토다이오드(102), 컬러필터(104), 및 마이크로렌즈(106) 등으로 구성되는 고체촬상소자(113)는, 패키지(112) 내부에 수납되며, 패키지(112) 상부는 투명기판(109)으로 피복된다. 여기서 패키지(112) 내의 고체촬상소자(113)와 투명기판(109) 이면과의 사이에는, 도 15에 나타내는 바와 같이 공기층(110)이 개재된다. 또 도 15에 나타내는 바와 같이, 광(111)이 투명기판(109)을 투과하여 마이크로렌즈(106)에 입사할 때, 투명기판(109)의 표면 및 이면 그리고 마이크로렌즈(106) 표면에서 각각 반사가 발생한다.
그러나 최근의 급속한 미세화에 따라, 마이크로렌즈에 의한 집광만으로는 충분한 감도를 얻기가 어려워지고 있다. 그래서 마이크로렌즈 상에 반사방지막을 형성하는 식의 구조가 제안되었다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일특허 제 2719238호 공보
특허문헌 2 : 일특공평 7-54974호 공보
특허문헌 3 : 일특공평 7-28014호 공보
특허문헌 4 : 일특허 제 2942369호 공보
특허문헌 5 : 일특개 2005-51518호 공보
그러나 마이크로렌즈 상에 반사방지막을 형성할 경우에도, 도 15 및 도 16에 나타내는 바와 같이, 고체촬상소자(113)와 이를 보호하기 위한 투명기판(109) 사이에 공기층(110)이 존재하면, 다음과 같은 문제가 발생한다.
즉, 투명기판(109)과 공기층(110)의 계면, 즉 투명기판(109)의 공기층(110)과의 접촉면(고체촬상소자(113) 쪽 면)에서의 광(111) 반사가 크며, 그 결과 고체촬상장치의 감도향상에도 한계가 있다.
또 도 16에 나타내는 바와 같이, 투명기판(109)과 고체촬상소자(113) 사이에 공기층(110)이 존재하면, 고체촬상장치의 반송 중에 패키지(112) 내부에 남아있던 먼지 등이 고체촬상소자(113)의 화소 위로 이동해버리며, 이로써 양품이 불량품으로 돼버린다는 문제도 있다.
또한 고체촬상소자(113)와 투명기판(109) 사이에 공기층(110)이 있기 때문에 고체촬상장치의 소형화(높이 저감)에도 한계가 있다.
상기에 감안하여 본 발명은, 고체촬상장치를 고감도화 및 소형화하며, 또 안정되게 공급할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 관한 제 1 고체촬상장치는, 광을 수광하는 수광부와, 상기 수광부 상에 형성된 마이크로렌즈와, 상기 마이크로렌즈 상에 형성된 불소함유 수지재료층과, 상기 불소함유 수지재료층 위쪽에 배치된 투명기판을 구비하며, 상기 불소함유 수지재료층과 상기 투명기판이 수지층으로 접착된다.
본 발명의 제 1 고체촬상장치에 있어서, 상기 불소함유 수지재료층 상면의 형상은 상기 마이크로렌즈의 표면형상과 다른 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1 고체촬상장치에 있어서, 상기 마이크로렌즈의 굴절률을 n1로 하고, 상기 불소함유 수지재료층의 굴절률을 n2로 하며, 상기 수지층의 굴절률을 n3으로 하고, 상기 투명기판의 굴절률을 n4로 했을 때, n3=(n2+n4)/2±0.2이며, 또 n1>n2인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1 고체촬상장치에 있어서, 상기 마이크로렌즈의 굴절률을 n1로 하고, 상기 불소함유 수지재료층의 굴절률을 n2로 했을 때, n1>1.60이며, 또 n2<1.45인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1 고체촬상장치에 있어서, 상기 수지층의 두께는 2㎛ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 제 1 고체촬상장치의 제조방법은, 광을 수광하는 수광부 상에, 제 1 굴절률을 갖는 마이크로렌즈를 형성하는 공정과, 상기 마이크로렌즈 상에, 제 2 굴절률을 갖는 불소함유 수지재료층을 형성하는 공정과, 상기 불소함유 수지재료층 상에, 제 3 굴절률을 갖는 수지층을 형성하는 공정과, 상기 수지층 상 에, 제 4 굴절률을 갖는 투명기판을 배치하는 공정을 구비한다.
본 발명의 제 1 고체촬상장치 제조방법에 있어서, 상기 불소함유 수지재료층은 스핀코팅으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1 고체촬상장치 제조방법에 있어서, 상기 불소함유 수지재료층 표면에 산소플라즈마처리를 실시하는 공정을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
그런데 본 발명에 관한 제 1 고체촬상장치 및 그 제조방법에 있어서, 다음과 같은 문제점이 있음이 판명되었다. 즉 제 1 고체촬상장치 및 그 제조방법에는, 불소함유 수지재료층과 투명기판과의 접착층인 수지층 두께를 규정하기가 어렵다는 문제점이 있다. 구체적으로는, 불소함유 수지재료층 상에 접착제를 도포한 후에 투명기판(투명보호부재)을 얹고 위에서 눌렀을 때, 접착제로 된 수지층의 두께를 원하는 값으로 제어하기가 어렵다. 그래서 당해 문제점을 극복하기 위해, 본원 발명자들은, 수지층 형성 전에, 수광영역(화소영역) 주변에, 수지층 두께를 규정하기 위한 스페이서를 배치해두는 것에 착상했다.
구체적으로는, 본 발명에 관한 제 2 고체촬상장치는, 반도체기판 상의 소정 영역에 형성되고, 또 광을 수광하는 복수의 수광부와, 상기 복수의 수광부를 피복하도록 상기 반도체기판 상에 배치된 투명기판을 구비하며, 상기 반도체기판과 상기 투명기판이 수지층으로 접착되고, 상기 수지층 두께는, 상기 소정 영역의 주변에 배치된 스페이서 높이에 의해 규정된다.
본 발명의 제 2 고체촬상장치에 있어서, 상기 스페이서는 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 고체촬상장치에 있어서, 상기 스페이서는 무기물로 구성되어도 된다.
본 발명의 제 2 고체촬상장치에 있어서, 상기 스페이서는 상기 반도체기판 상 또는 상기 반도체기판 상의 평탄막 상에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 고체촬상장치에 있어서, 상기 스페이서의 높이를 l0[㎛]로 하고, 상기 반도체기판 상면으로부터 상기 스페이서 하단까지의 두께를 l1[㎛]로 하면, l0>10[㎛]-l1의 관계식이 만족되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 고체촬상장치에 있어서, 상기 소정의 영역은 사각형상이며, 상기 스페이서는, 상기 소정 영역에서의 적어도 서로 대향하는 2변을 따라 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 고체촬상장치에 있어서, 상기 반도체기판 상에서의 상기 소정 영역 주변에 배치되며, 또 상기 복수의 수광부로부터 출력된 신호를 증폭시키는 증폭부를 추가로 구비하며, 상기 스페이서부는, 적어도 상기 증폭부와 상기 소정 영역과의 사이에 배치되는 동시에, 상기 스페이서에는 상기 증폭부와 대향하지 않도록 개구부가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 제 2 고체촬상장치의 제조방법은, 반도체기판 상의 소정 영역에, 광을 수광하는 복수의 수광부를 형성하는 공정과, 상기 복수의 수광부를 피복하도록 상기 반도체기판 상에 투명기판을 배치하는 공정과, 상기 반도체기판과 상기 투명기판을 수지층으로 접착하는 공정을 구비하며, 상기 수지층을 형성하기 전에 상기 소정 영역의 주변에 스페이서를 배치하고, 당해 스페이서의 높이에 의해 상기 수지층의 두께를 규정한다.
본 발명의 제 2 고체촬상장치 제조방법에 있어서, 드라이에칭을 이용하여 상기 스페이서를 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 고체촬상장치에 있어서, 감광성 수지를 도포한 후에 노광 및 현상을 순차 실시함으로써 상기 스페이서를 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.
(실시예)
제 1 실시예
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 고체촬상장치 및 그 제조방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서 각 도면은, 특별한 설명이 없는 한, 웨이퍼를 개별 고체촬상소자(chip)로 절단(dicing)한 후의 양상을 나타낸다.
도 1은 본 실시예에 관한 고체촬상장치의 단면구성을 나타낸다. 또 도 1에서는, 본 실시예에 관한 고체촬상장치의 마이크로렌즈로 광이 입사하는 양상을 함께 나타낸다.
도 1에 나타내는 바와 같이, CCD형 고체촬상소자용 기판(1) 표면에 화소별로 형성된 오목부 저부에, 입사광을 전기신호로 변환시키기 위한 포토다이오드(2)가 형성된다. 고체촬상소자용 기판(1) 상에는, 그 표면의 요철을 평탄화하기 위한 제 1 아크릴평탄막(3)이 형성된다. 제 1 아크릴평탄막(3) 상에는 각 포토다이오드(2) 와 대응하도록 컬러필터(4)가 형성된다. 각 컬러필터(4) 상에는, 컬러필터(4)에 기인하여 발생한 요철을 평탄화하기 위한 제 2 아크릴평탄막(5)이 형성된다. 제 2 아크릴평탄막(5) 상에는 각 포토다이오드(2)와 대응하도록 마이크로렌즈(6)가 형성된다. 고체촬상소자용 기판(1) 상에 형성된 포토다이오드(2), 컬러필터(4) 및 마이크로렌즈(6) 등에 의해 고체촬상소자가 구성된다.
본 실시예에서는, 마이크로렌즈(6)의 재료로서 예를 들어, 나프토퀴논 디아지드(naphthoquinone diazide)를 감광기로 하는 스틸렌계의 포지티브형 감광성 레지스트를 사용한다. 나프토퀴논 디아지드의 가시광영역 투과율은, 자외선 또는 가시광선을 이용한 노광에 의해 80% 이상으로 향상된다. 또 이 레지스트에서는, 120∼280℃의 가열처리에 의해, 열가소성에 의한 형상변화와 열경화성에 의한 형상고정이 동시에 진행되며, 그 결과 양자의 진행차에 의해, 당해 레지스트로 이루어지는 마이크로렌즈(6)의 형상이 결정된다.
또 도 1에 나타내는 바와 같이, 각 마이크로렌즈(6)를 피복하도록, 불소를 함유하는 수지재료로 이루어지는 층(이하, 불소함유 수지재료층이라 칭함)(7)이 예를 들어 스핀코팅으로 형성된다. 당해 불소함유 수지재료층(7)에 대해서는, 예를 들어 산소플라즈마에 의해 표면처리가 실시된다. 또 불소함유 수지재료층(7) 상에는 수지층(8)을 개재하고 투명기판(9)이 배치된다. 수지층(8)은, 포토다이오드(2) 및 마이크로렌즈(6) 등으로 구성되는 고체촬상소자 상의 불소함유 수지재료층(7)과 투명기판(9)을 접착시킨다. 또 투명기판(9)은 당해 고체촬상소자를 보호함과 더불어 수지층(8)을 봉입한다.
여기서 도 1에 나타내는 바와 같이, 광(11)이 투명기판(9)을 투과하여 마이크로렌즈(6)로 입사할 때, 투명기판(9)의 표면 및 이면, 수지층(8)과 불소함유 수지재료층(7)과의 계면, 그리고 마이크로렌즈(6) 표면에서 각각 반사가 발생한다.
이하, 상기 본 실시예의 고체촬상장치 제조방법에 대해 설명한다.
도 2의 (a)∼(f)는, 본 실시예의 고체촬상장치 제조방법의 각 공정을 나타내는 단면도이다.
우선, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 화소별로 포토다이오드(2)가 형성된 고체촬상소자용 기판(1)의 요철표면 상 전면에 걸쳐 예를 들어 아크릴수지를 회전 도포한 후, 도포된 수지를 예를 들어 180∼250℃ 정도의 온도에서 예를 들어 60∼600초 정도 가열하여 건조시킴으로써 제 1 아크릴평탄막(3)을 형성한다.
다음으로, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 아크릴평탄막(3) 상에 각 포토다이오드(2)와 대응하도록 컬러필터(4)를 형성한다.
다음에, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 각 컬러필터(4) 상 전면에, 컬러필터(4)에 기인하여 발생한 요철을 메우도록, 예를 들어 아크릴수지를 회전 도포한 후, 도포된 수지를 예를 들어 180∼250℃ 정도의 온도에서 예를 들어 60∼600초 정도 가열하여 건조시킨다. 본 실시예에서는, 당해 도포공정 및 건조공정을 예를 들어 2∼8회 정도 반복함으로써 평탄성 높은 제 2 아크릴평탄막(5)을 형성한다.
다음으로 도 2의 (d)에 나타내는 바와 같이, 제 2 아크릴평탄막(5) 상 전면에, 예를 들어 스틸렌계의 포지티브형 감광성 레지스트를 예를 들어 0.5㎛ 이상의 두께로 될 때까지 회전 도포한 후, 도포된 레지스트를 예를 들어 90∼120℃ 정도의 저온에서 예를 들어 10∼600초 정도 건조시킨다. 그 후 당해 레지스트에 예를 들어 i선에 의한 선택노광을, 예를 들어 100∼1000mJ 범위의 노광에너지로 실시한 후, 당해 레지스트에 대해 예를 들어 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)용액을 이용하여 현상함으로써, 당해 레지스트의 잔존부로 이루어지는 원하는 패턴을 형성한다. 또한 당해 레지스트 잔존부 및 제 2 아크릴평탄막(5)에 대해, 노광에너지 200mJ 이상이며 g선 또는 그보다 짧은 파장을 갖는 광에 의한 전면 노광을 실시하여, 상기 레지스트 잔존부에서의 가시광 투과율을 80% 이상으로 향상시킨다. 이어서 상기 레지스트 잔존부를 예를 들어 120∼180℃ 정도의 중온에서 예를 들어 60∼600초 정도 가열한다. 이로써 당해 레지스트 잔존부에서의 열가소성 및 열경화성의 양 성능을 제어할 수 있으며, 이에 따라 원하는 곡률의 표면을 가지면서 소정의 굴절률(제 1 굴절률)(n1)을 갖는 마이크로렌즈(6)가 형성된다. 또한 마이크로렌즈(6)에, 예를 들어 190∼280℃ 정도의 고온에서 예를 들어 60∼600초 정도 가열처리를 함으로써, 마이크로렌즈(6)의 신뢰성, 구체적으로는 내열성 및 내용제성(용제에 의해 변질되기 어려운 성질) 등을 향상시킨다.
다음에, 도 2의 (e)에 나타내는 바와 같이, 마이크로렌즈(6)가 형성된 제 2 아크릴평탄막(5) 상 전면에 걸쳐 불소를 함유하는 수지재료를 0.1㎛ 이상의 원하는 두께로 될 때까지 회전 도포한다. 이때 도포된 수지재료의 표면이 마이크로렌즈(6)의 만곡된 표면에 따라 만곡되지 않도록, 바꾸어 말하면, 당해 불소함유 수지재료의 표면형상이 마이크로렌즈(6) 표면형상과 다르도록, 예를 들어 500∼5000rpm(revolution per minute) 정도의 회전수로 회전 도포한다. 이어서 용제의 갑작스런 비등(solvent bumping)에 기인하는 상기 불소함유 수지재료의 기포침입을 막기 위해, 당해 수지재료를 예를 들어 90∼120℃ 정도의 저온에서 예를 들어 10∼600초 정도 건조시킨다. 계속해서 불소함유 수지재료를 경화시키기 위해, 예를 들어 150∼250℃의 온도에서 예를 들어 60∼600초 정도 가열 건조를 실시하고, 이로써 소정의 굴절률(제 2 굴절률)(n2)을 갖는 불소함유 수지재료층(7)을 형성한다.
여기서 전술한 불소함유 수지재료의 기포 침입이 발생할 가능성이 없을 경우에는, 전술한 저온(90∼120℃) 건조공정을 생략해도 된다.
또 본 실시예에서, "도포된 수지재료의 표면 즉 불소함유 수지재료층(7)의 상면이, 마이크로렌즈(6)의 만곡된 표면을 따라 만곡되지 않음"이란, "마이크로렌즈(6)의 전 표면에 걸쳐 불소함유 수지재료층(7)이 일정 막 두께로 형성돼버리는 상태(예를 들어 도 3의 (a) 참조)로 되지 않는" 것을 의미한다. 바꾸어 말하면, 예를 들어 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 마이크로렌즈(6)의 표면형상이 곡면인 것에 대해, 불소함유 수지재료층(7)의 상면 형상이 당해 곡면과는 다른 형상, 예를 들어 평탄면인 것을 의미한다.
또한 본 실시예에서, 불소함유 수지재료층(7)의 두께란, 예를 들어 도 4에 나타내는 바와 같이, 마이크로렌즈(6)의 정점(가장 높은 위치) 위 수직방향에 존재하는 불소함유 수지재료층(7)의 두께(D1)를 의미하는 것으로 한다. 여기서 도 3의 (a), (b) 및 도 4에서, 도 1에 나타내는 본 실시예의 고체촬상장치 구성요소의 일부를 변형 또는 생략하여 나타낸다.
또 본 실시예에서, 불소함유 수지재료층(7)의 재료로서, 예를 들어 아크릴계 수지, 올레핀계 수지 또는 실리콘계 수지 등을 이용할 수 있는데, 내열성의 관점에서 본다면 불소를 함유하는 실리콘계 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 토레(주)(Toray Industries, Inc.)가 제공하는, 불소를 함유하는 실리콘계 수지재료를 사용한다. 또한 불소함유 수지재료층(7) 중에, 입경이 예를 들어 400nm 미만인 실리콘산화물(SiO2) 또는 금속산화물의 중공미립자를 분산시켜도 된다. 이와 같이 하면, 불소함유 수지재료층(7)의 굴절률을 더욱 저감할 수 있다.
이어서 불소함유 수지재료층(7)의 형성 후, 예를 들어 산소를 함유하는 가스를 이용한 플라즈마처리를, 불소함유 수지재료층(7)에 대해 예를 들어 5∼500초 정도 실시한다. 이로써 불소함유 수지재료층(7)의 최표면에 존재하는 알킬 변성 실록산 결합(-SiO-R(R: 알킬기))을 -SiOx로 바꿀 수 있다. 그 결과 뒤에 필요하게 될, 수광부 외측에 배치된 전극부 또는 증폭부 상의 유기재료층을 포지티브형 레지스트를 이용하여 에치백으로 제거하는 공정에서, 레지스트 도포를 확실하게 실시할 수 있으므로, 전극부 또는 증폭부 상의 유기재료층 제거를 안정되게 실시할 수 있다. 또한 후 공정에서 수지층(8)을 균일하게 형성할 수 있음과 더불어, 수지층(8) 경화 후의 불소함유 수지재료층(7)과 수지층(8)의 계면밀착력을 보다 증대시킬 수 있다. 따라서 신뢰성 높은 고체촬상장치가 얻어진다.
다음으로, 도 2의 (f)에 나타내는 바와 같이, 플라즈마처리가 실시된 불소함유 수지재료층(7) 상에, 두께가 2㎛ 이상으로 될 때까지 수지를 도포하고, 이로써 소정의 굴절률(제 3 굴절률)(n3)을 갖는 수지층(8)을 형성한다. 이어서 포토다이오 드(2), 컬러필터(4) 및 마이크로렌즈(6) 등으로 이루어지는 고체촬상소자를 보호하기 위해, 수지층(8) 상에 소정의 굴절률(제 4 굴절률)(n4)을 갖는 투명기판(9)을 탑재한다. 이때 수지층(8)의 경화에 의해 불소함유 수지재료층(7)과 투명기판(9)이 접착된다.
여기서 본 실시예에서 수지층(8)의 두께란, 예를 들어 도 4에 나타내는 바와 같이, 마이크로렌즈(6)의 정점(가장 높은 위치) 위 수직방향에 존재하는 수지층(8)의 두께(D2)를 의미하는 것으로 한다.
또 수지층(8)의 재료는 특별히 한정되는 것은 아니나, 본 실시예에서는 (주)닛토덴코(日東電工)에서 제공하는 아크릴계 수지를 사용한다. 단 이 대신 그 밖의 에폭시수지 등을 이용해도 된다.
이하, 본 실시예의 고체촬상장치의 특징에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이 도 15는, 종래의 고체촬상장치에서 마이크로렌즈에 광이 입사하는 양상을 나타내며, 도 1은 본 실시예의 고체촬상장치에서 마이크로렌즈에 광이 입사하는 양상을 나타낸다.
도 1에 나타내는 바와 같이 본 실시예의 고체촬상장치에서는, 포토다이오드(2), 컬러필터(4), 마이크로렌즈(6) 및 불소함유 수지재료층(7) 등으로 구성되는 고체촬상소자와 투명기판(9) 사이에 수지층(8)이 개재하므로, 바꾸어 말하면 종래의 고체촬상장치(도 15 참조)와 같이 고체촬상소자와 투명기판 사이에 공기층이 개재하는 일이 없으므로, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
즉, 고체촬상장치의 반송 중에 고체촬상소자 바깥쪽으로부터 당해 공기층을 통해 고체촬상소자의 화소 상으로 먼지 등이 이동해오는 일이 없으므로, 당해 먼지 등에 기인하는 불량 발생을 완전히 방지할 수 있다. 여기서 도 1에 나타내는 본 실시예의 고체촬상장치에서는, 투명기판(9)의 외면(고체촬상소자로부터 먼 쪽의 면)에 부착한 먼지 등에 대해서는, 닦아내는 등의 작업에 의해 간단히 제거할 수 있다.
또 본 실시예의 고체촬상장치의 투명기판(9)과 수지층(8) 계면에서의 광 반사율을, 종래 고체촬상장치에서의 투명기판(109)과 공기층(110) 계면에서의 광 반사율보다 작게 할 수 있으므로, 고체촬상장치를 고감도화시킬 수 있다.
또한 본 실시예의 고체촬상장치에서는, 고체촬상소자에 투명기판(9)이 직접 접착되므로, 종래의 고체촬상장치에 비해 보다 소형화가 가능해진다.
구체적으로는, 본 실시예에서 마이크로렌즈(6)의 굴절률(제 1 굴절률)을 n1로 하고, 불소함유 수지재료층(7)의 굴절률(제 2 굴절률)을 n2로 하며, 수지층(8)의 굴절률(제 3 굴절률)을 n3으로 하고, 투명기판(9)의 굴절률(제 4 굴절률)을 n4로 했을 때, n3=(n2+n4)/2±0.2이며 또 n1>n2이면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 마이크로렌즈(6)를 통과할 수 있는 광량은, 투명기판(9)에 입사한 광량의 98% 이상이 된다. 바꾸어 말하면 마이크로렌즈(6)를 통과하기까지의 광량 손실은 2% 이하가 된다. 이에 반해 종래의 고체촬상장치에서는, 마이크로렌즈(106)를 통과하기까지의 광량 손실이 10% 정도에 달한다.
그리고 도 5에 나타내는 본 실시예의 고체촬상장치(본 발명의 고체촬상장치 1∼3)에서는, 마이크로렌즈(6)의 재료로서 스틸렌계 수지(n1=1.65)를, 불소함유 수 지재료층(7)의 재료로서 불소함유 실리콘계 수지(n2=1.41)를, 수지층(8)의 재료로서 굴절률이 다른 3종류의 아크릴계 수지(n3=1.26, 1.46, 1.66)를, 투명기판(9)의 재료로서 유리(n4=1.52)를 이용한다. 여기서, 각 구성요소의 재료로서, 전술한 굴절률의 관계식을 만족시키는 다른 재료를 이용해도 좋음은 물론이다. 또 비교를 위해 나타낸 종래의 고체촬상장치(1)는 본 실시예의 마이크로렌즈(6)와 마찬가지 마이크로렌즈 상에 공기층(n2, n3=1)을 개재하고 본 실시예의 투명기판(9)과 마찬가지 투명기판(n4=1.52)이 탑재되어 구성된 것이다. 또 종래의 고체촬상장치(2)는 본 실시예의 마이크로렌즈(6)와 마찬가지 마이크로렌즈 상에 본 실시예의 불소함유 수지재료층(7)과 마찬가지 수지재료층(n2=1.41; 반사방지막으로서 형성됨) 및 공기층(n3=1)을 개재하고 본 실시예의 투명기판(9)과 마찬가지 투명기판(n4=1.52)이 탑재되어 구성된 것이다.
또한 도 5에 나타내는 바와 같이, n1>1.60이며 또 n2<1.45이면, 마이크로렌즈(6)의 집광능력을 충분히 유지할 수 있으며, 이로써 마이크로렌즈(6)를 통과하는 광을 효율적으로 포토다이오드(2)로 유도할 수 있다.
그리고 본 실시예에서는, 예를 들어 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 불소함유 수지재료층(7) 상면이 마이크로렌즈(6)의 만곡된 표면을 따라 만곡되지 않도록 함으로써, n2<n3인 경우(본 발명의 고체촬상장치 2, 3)에도, 광 11을 효율적으로 포토다이오드(2)에 집광할 수 있다. 역으로 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 불소함유 수지재료층(7) 상면이 마이크로렌즈(6)의 만곡된 표면에 따라 만곡된 경우에 n2<n3이면, 수지층(8)으로부터 불소함유 수지재료층(7)으로 광(11)이 입사했 을 때 광(11)이 확산되어버리므로, 광(11)을 효율적으로 포토다이오드(2)로 유도할 수 없다. 여기서 불소함유 수지재료층(7)의 상면은 평탄한 것이 이상적이고 바람직하나, 불소함유 수지재료층(7) 최표면 요철의 고저차(도 4 참조)가 300nm 정도 이하이면, 불소함유 수지재료층(7)이 평탄한 경우와 거의 동등한 고체촬상소자 특성이 얻어진다.
이상 서술한 본 실시예의 고체촬상장치(예를 들어 도 5에 나타내는 "본 발명의 고체촬상장치(1∼3)")에 의하면, 도 6에 나타내는 바와 같이 종래의 고체촬상장치(도 15 참조)에 비해, 검출되는 전압감도가 약 10% 향상됨이 확인되었다.
그리고 본 실시예의 고체촬상장치에서는, 종래의 고체촬상장치(도 16 참조)에 비해, 높이 방향에 대해 약 0.5∼5.0mm 정도의 소형화(높이의 저감)를 이룰 수 있다.
또 본 실시예에서는, 불소함유 수지재료층(7)을 회전 도포로 형성하므로, 고체촬상소자가 내장된 웨이퍼를 절단(다이싱)하여 개별 고체촬상소자로 하기 전에 마이크로렌즈(6) 상에 불소함유 수지재료층(7)을 형성할 수 있으며, 이로써 다음과 같은 효과가 얻어진다. 즉, 통상 고체촬상장치의 특성은, 마이크로렌즈 및 그 바로 위에 형성된 층 각각의 광학적 특성에 크게 좌우되나, 다이싱 전에 불소함유 수지재료층(7)을 형성할 수 있으면, 웨이퍼를 다이싱하여 이루어지는 각 개별 고체촬상소자 상에 투명기판을 탑재하기 전에, 각 개별 고체촬상소자의 중간검사를 실시할 수 있다. 따라서 당해 검사결과에 기초하여, 그 후의 수지층(8) 형성 및 투명기판(9)의 탑재를 양품의 고체촬상소자에만 실시할 수 있으므로, 제조원가를 크게 저 감할 수 있어 매우 유용하다.
또한 본 실시예에서는, 제 3 굴절률(n3)을 갖는 수지층(8)의 두께를 2㎛ 이상으로 설정하므로, 투명기판(9)으로부터 입사한 광(11)이 포토다이오드(2)에 도달하기까지 통과하는 유기물질의 두께(수지층(8), 불소함유 수지재료층(7), 마이크로렌즈(6), 제 2 아크릴평탄막(5), 컬러필터(4), 및 제 1 아크릴평탄막(3)의 합계 두께)를 5㎛ 이상으로 할 수 있다. 따라서 장치 외부로부터 입사한 α선이 당해 유기물질층에 완전히 흡수되므로, 투명기판(9) 즉 유리에 알파선 대책을 실시할 필요가 없어지는 결과, 제조원가를 더욱 저감할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 도 1, 도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 마이크로렌즈(6)에 도달하는 광량을 종래의 고체촬상장치에 비해 보다 증대시킬 수 있음과 더불어, 마이크로렌즈(6)에 도달한 광(11)을 효율적으로 포토다이오드(2)로 유도할 수 있다. 따라서 고감도의 고체촬상장치를 실현할 수 있다. 또 먼지 등에 기인하는 불량 발생을 방지할 수 있는 동시에 종래에 비해 더 한층 소형화를 도모하기가 가능해진다. 또한 α선에의 대책이 필요 없어지며 또 광학적 특성을 크게 좌우하는 구성요소를 포함한 고체촬상소자의 중간검사를 개별로 절단하기 전에 실시할 수 있음으로써, 안정적이며 저가의 고감도 소형화 고체촬상장치의 제공이 가능해진다.
여기서 본 발명의 적용 예가, 이상에 서술한 실시예에 한정되지 않음은 물론이다. 예를 들어 본 실시예에서는, 평탄막(3 및 5)으로서 아크릴수지를 이용했으나, 평탄막 재료는 가시광 투과성이 높은 내열성 수지라면 아크릴수지에 한정되는 것은 아니다.
또 본 실시예에서 컬러필터(4)의 재료로, 예를 들어 안료 또는 염료를 함유한 감광성 레지스트를 이용해도 된다. 혹은 안료 또는 염료를 함유한 비감광성 레지스트를 에칭 함으로써 컬러필터(4)를 형성해도 된다. 또한 사용하는 안료 또는 염료의 색은 보색이라도 되고 원색이라도 된다.
또한 본 실시예에서 마이크로렌즈(6)의 재료로서, 나프토퀴논 디아지드 유도체를 감광제로 이용한 스틸렌계 포지티브형 레지스트를 이용했으나, 마이크로렌즈(6)의 재료는 당해 스틸렌계 레지스트에 한정되는 것은 아니다. 단, 당해 스틸렌계 포지티브형 레지스트 대신 이용하는 포지티브형 레지스트는, 다음의 제조건, (1) 바탕평탄막과의 밀착성이 좋을 것, (2) 선택 노광에 의해 미세패턴을 형성할 수 있을 것, (3) 노광에 의해 가시광 영역의 투과율이 80% 이상일 것, (4) 열처리에 의해, 열가소성에 의한 형상변화와 열경화성에 의한 형상고정이 동시에 진행되며 또 양자의 진행차에 의해 형상이 결정되는 것, (5) 내열성 및 내용제성 등의 신뢰성이 양호할 것을 만족시키는 것이 요구된다. 또 마이크로렌즈(6)가 될 포지티브형 레지스트의 노광공정에서 이용되는 노광광으로는, 자외선 또는 가시광선, 구체적으로는 i선, g선 혹은 h선 또는 이들의 혼합광선을 이용해도 된다. 혹은 i선, g선 혹은 h선과는 다른, 또 다른 파장을 가진 자외선 또는 전자선을 이용해도 된다. 또한 에치백에 의한 전사처리를 이용하여 마이크로렌즈를 형성해도 되며, 또는 무채색 축적(grayscale) 마스크를 이용하여 마이크로렌즈를 형성해도 된다. 그리고 마이크로렌즈(6) 중에, 예를 들어 입경 400nm 정도 이하의 금속산화물을 분산시켜 도 된다.
제 2 실시예
이하, 본 발명의 제 2 실시예에 관한 고체촬상장치 및 그 제조방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 제 2 실시예가 제 1 실시예와 크게 다른 점은, 수지층 형성 전에, 수광영역(화소영역) 주변에 수지층의 두께를 규정하기 위한 스페이서를 배치해두는 점이다. 이로써 불소함유 수지재료층 즉 반도체기판과 투명기판의 접착층인 수지층의 두께를 규정하기가 용이해진다.
도 7의 (a)∼(f) 및 도 8의 (a)∼(d)는, 본 실시예의 고체촬상장치 제조방법의 각 공정을 나타내는 단면도이다. 여기서 도 7의 (a)∼(f) 및 도 8의 (a)∼(d)에 있어서 도 1 및 도 2의 (a)∼(f) 등에 나타내는 제 1 실시예의 고체촬상장치와 동일한 구성요소에는 동일부호를 부여함으로써, 제 1 실시예와 중복된 설명을 생략한다.
우선, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 반도체기판으로 이루어지는 고체촬상소자용 기판(1)의 소정 화소영역에 복수의 포토다이오드(2)를 화소별로 형성한 후, 고체촬상소자용 기판(1)의 전면에 걸쳐 예를 들어 아클릴수지를 회전 도포한 뒤, 도포된 수지를 예를 들어 180∼250℃ 정도의 온도에서 예를 들어 60∼600초 정도 가열하여 건조시킴으로써 제 1 아크릴평탄막(3)을 형성한다.
다음으로 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 아크릴평탄막(3) 상에, 각 포토다이오드(2)와 대응하도록 컬러필터(4)를 형성한다.
다음에 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같이, 각 컬러필터(4) 상을 포함하는 고 체촬상소자용 기판(1)의 전면에 걸쳐 컬러필터(4)에 기인하여 발생한 요철을 메우도록, 예를 들어 아클릴수지를 회전 도포한 뒤, 도포된 수지를 예를 들어 180∼250℃ 정도의 온도에서 예를 들어 60∼600초 정도 가열하여 건조시킨다. 본 실시예에서는, 당해 도포공정 및 건조공정을 예를 들어 2∼8회 정도 반복함으로써 평탄성 높은 제 2 아크릴평탄막(5)을 형성한다.
다음에 제 1 실시예의 도 2 (d)에 나타내는 공정과 마찬가지로, 도 7의 (d)에 나타내는 바와 같이, 제 2 아크릴평탄막(5) 상에 각 포토다이오드(2)와 대응하도록 마이크로렌즈(6)를 형성한다.
다음으로 제 1 실시예의 도 2 (e)에 나타내는 공정과 마찬가지로, 도 7의 (e)에 나타내는 바와 같이, 마이크로렌즈(6)가 형성된 제 2 아크릴평탄막(5) 상 전면에 걸쳐 불소함유 수지재료층(7)을 형성한 후, 제 1 실시예와 마찬가지로 불소함유 수지재료층(7) 표면에 플라즈마 처리를 실시한다.
그 다음, 도 7의 (f)에 나타내는 바와 같이, 불소함유 수지재료층(7) 상 전면에 걸쳐, 예를 들어 SiN 또는 SiO2로 이루어지는 무기물층(10)을 형성한다. 이어서 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 무기물층(10) 상에 화소영역 주변에 위치하는 스페이서 형성영역을 피복하는 레지스트패턴(15)을 형성한 후, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이 레지스트패턴(15)을 마스크로 하여 무기물층(10)에 대해, 소정의 에칭가스로 이루어지는 플라즈마를 이용하여 드라이에칭 처리를 행한다. 이로써 도 8의 (c)에 나타내는 바와 같이, 화소영역 주변의 불소함유 수지재료층(7) 상에 스 페이서(12)가 형성된다. 여기서 스페이서(12)는, 후술하는 수지층의 두께를 규정하는 소정의 높이를 갖는다. 도 9는 본 실시예의 고체촬상장치(20)에서의 화소영역(21) 주변에 스페이서(12)가 배치된 양상의 일례를 나타내는 평면도이다.
다음으로 도 8의 (d)에 나타내는 바와 같이, 스페이서(12)가 형성된 불소함유 수지재료층(7) 상에, 두께가 예를 들어 2㎛ 이상으로 될 때까지 수지를 도포함으로써, 수지층(8)을 형성한다. 이어서 포토다이오드(2), 컬러필터(4) 및 마이크로렌즈(6) 등으로 이루어지는 고체촬상소자를 보호하기 위해, 수지층(8) 상에 투명기판(9)을 탑재한다. 이 때 수지층(8)의 경화에 의해, 불소함유 수지재료층(7) 즉 고체촬상소자용 기판(1)과 투명기판(9)이 접착된다. 또 수지층(8)의 두께는 스페이서(12)의 높이로 규정된다.
여기서 본 실시예에 있어서도 제 1 실시예와 마찬가지로, 수지층(8)의 두께란 예를 들어 도 4에 나타내는 바와 같이, 마이크로렌즈(6)의 정점(가장 높은 위치) 상의 수직방향에 존재하는 수지층(8)의 두께(D2)를 의미하는 것으로 한다.
이상 설명한 제 2 실시예에 의하면, 제 1 실시예와 마찬가지 효과와 더불어 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉 수지층(8)의 두께를, 화소영역 주변에 배치된 스페이서(12) 높이로 규정하므로, 수지층(8)의 두께를 원하는 값으로 제어할 수 있다. 이로써 예를 들어 수지층(8)의 두께를 두껍게 함으로써 α선을 감쇠시킬 수 있으므로, 투명기판(9)으로서 알파선 감쇠용의 고순도이며 고가의 유리를 이용할 필요가 없다. 즉 제조원가를 저감할 수 있다.
그리고 제 2 실시예에 있어서, 스페이서(12)의 재료로서 무기물을 이용하여 당해 무기물에 드라이에칭을 실시함으로써 스페이서(12)를 형성했다. 그러나 이 대신 스페이서(12)의 재료로 예를 들어 감광성 수지를 이용해도 된다. 구체적으로는, 불소함유 수지재료층(7) 상에 감광성 수지를 도포한 후에 당해 감광성 수지에 대해 노광 및 현상을 순차 실시함으로써, 수지로 이루어지는 스페이서(12)를 형성해도 된다. 이와 같이 하면, 포토다이오드(2), 컬러필터(4) 및 마이크로렌즈(6) 등으로 구성되는 고체촬상소자의 완성 후에(즉 온칩 형성 후에) 스페이서(12)를 용이하게 형성할 수 있다.
또 제 2 실시예에 있어서, 불소함유 수지재료층(7) 상에 스페이서(12)를 형성했다. 그러나 이 대신 불소함유 수지재료층(7)이 형성되지 않은 영역에 스페이서 형성영역을 설정하고 제 2 아크릴평탄막(5) 상에 스페이서(12)를 형성해도 되며, 불소함유 수지재료층(7) 및 제 2 아크릴평탄막(5)이 형성되지 않은 영역에 스페이서 형성영역을 설정하고 제 1 아크릴평탄막(3) 상에 스페이서(12)를 형성해도 되고, 또는 불소함유 수지재료층(7), 제 2 아크릴평탄막(5) 및 제 1 아크릴평탄막(3)이 형성되지 않은 영역에 스페이서 형성영역을 설정하고 고체촬상소자용 기판(1) 상에 스페이서(12)를 형성해도 된다. 이와 같이 하면, 화소영역 즉 수광면으로부터 충분히 떨어진 곳에 스페이서(12)를 배치할 수 있으므로, 수광면보다 큰 투명기판(9)의 접착이 용이해진다.
또 제 2 실시예에 있어서, 불소함유 수지재료층(7) 상면을 기준으로 한 스페이서(12)의 높이를 l0[㎛]로 하고, 고체촬상소자용 기판(1) 즉 반도체기판 상면부터 불소함유 수지재료층(7) 상면 즉 스페이서 하단까지의 두께를 l1[㎛]로 하면, l0>10[㎛]-l1의 관계식이 만족되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 투명기판(9)으로서 알파선 감쇠에는 그다지 공헌하지 않는 저가의 유리를 이용할 경우에도, 기판 상면으로부터 수지층(8) 상면까지의 사이에 존재하는 두께 10㎛를 초과하는 수지에 의해, 알파선을 충분히 감쇠시킬 수 있다. 여기서 상기 관계식이 만족된다면, 기판 상면부터 불소함유 수지재료층(7) 상면(스페이서 하단)까지의 두께(l1)가 8㎛를 초과하는 경우에는, 스페이서(12)의 높이(l0) 즉 수지층(8) 두께가 예를 들어 2㎛에 미치지 않아도 된다.
또 제 2 실시예에 있어서, 예를 들어 화소영역의 평면형상이 사각형으로 설정된 경우, 예를 들어 도 10 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 고체촬상장치(20)의 화소영역(21)에서의 적어도 서로 대향하는 2변을 따라 스페이서(12)를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 투명기판(9)을 화소영역(21) 즉 촬상면에 평행으로 배치할 수 있다. 이로써 본 실시예의 고체촬상장치(20)를 카메라 등에 탑재할 때, 투명기판(9) 상면을 기준면으로 하여 부품을 설치하기가 가능해져, 종래의 고체촬상장치(예를 들어 특허문헌 5 참조)와 같이 패키지 이면에 기준면이 될 부재를 설치한 경우에 비해, 기준면과 렌즈 사이의 부품수가 적어지므로, 부품 설치 오차가 작아져 촬상정밀도를 향상시킬 수 있다. 또 투명기판(9)을 화소영역(21) 즉 촬상면에 평행으로 배치함으로써, 색 무아레(moire)나 음영(shading: 휘도불균일) 등을 확실하게 방지할 수 있다.
제 2 실시예의 변형예
이하, 본 발명 제 2 실시예의 변형예에 관한 고체촬상장치 및 그 제조방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 제 2 실시예에 비해 본 변형예의 특징은, 화소영역 주변에 배치된 증폭부와 화소영역 사이에 본 발명의 스페이서가 형성되는 점, 및 당해 스페이서에는 상기 증폭부와 대향하지 않도록 개구부가 형성되는 점이다.
도 12는, 본 변형예의 적용대상인 고체촬상장치, 구체적으로는 인터라인 전송방식의 CCD 고체촬상장치의 개략회로구성의 일례를 나타낸다. 도 12에 나타내는 바와 같이, CCD 고체촬상장치(51)의 촬상영역(화소영역)(63)은, 행방향(수평방향) 및 열방향(수직방향)으로 매트릭스형으로 배열되며, 또 입사광량에 따른 신호전하를 축적하는 복수 개의 수광부(광전변환부)(61)와, 이들 수광부(61)의 수직렬마다 배열되며 각 수광부(61)로부터 출력된 신호전하를 수직 전송하는 복수 개의 수직전송 레지스터(62)로 구성된다. 촬상영역(63)에서, 수광부(61)는 예를 들어 PN접합의 포토다이오드로 이루어지며, 수직전송 레지스터(62)는 CCD로 구성된다. 수광부(61)에 축적된 신호전하는, 도시하지 않은 판독게이트에 전하판독 펄스가 인가됨으로써 수직전송 레지스터(62)에 출력된다. 수직전송 레지스터(62)는, 구동회로(52)로부터 공급되는 예를 들어 3상의 수직전송 클록(φV1∼φV3)에 의해 전송 구동된다. 수직전송 레지스터(62)에 출력된 신호전하는, 수평공백기간의 일부에서 1 주사선에 상당하는 분량씩 차례로 수직 전송된다.
또 도 12에 나타내는 바와 같이 촬상영역(63)에 인접하는 영역에는, 복수 개의 수직전송 레지스터(62)로부터 1 주사선에 상당하는 신호전하가 순차 전송되는 제 1 수평전송 레지스터(64) 및 제 2 수평전송 레지스터(65)가 전송게이트(66)를 개재하고 서로 평행으로 배치된다. 제 1 및 제 2 수평전송 레지스터(64 및 65)는 CCD로 구성된다. 이 2개의 수평전송 레지스터(64 및 65)가, 구동회로(52)로부터 공급되는 2상의 수평전송 클록(φH1, φH2)에 의해 전송 구동됨으로써, 2라인 양의 신호전하가 수평공백기간 후의 수평주사기간에 순차 수평 전송된다. 수평전송 레지스터(64 및 65) 각각의 끝단부에는, 예를 들어 부유확산(floating diffusion) 구성을 갖는 전하검출부(67 및 68)가 배치된다. 수평 전송된 2채널의 신호전하는 당해 전하검출부(67 및 68)에서 순차 전압신호로 변환된다. 그리고 이 전압신호는, 수평전송 레지스터(64 및 65)의 각각과 전하검출부(67 및 68)의 각각을 통해 접속되는 출력증폭기(69 및 70)에 의해 증폭된 후, 피사체로부터의 광 입사량에 따른 2채널의 CCD출력(1 및 2)으로서 CCD 고체촬상장치(51)로부터 출력된다. 이상과 같이, 2채널의 수평전송 레지스터(64 및 65)를 구비한 전(全)화소판독 방식의 CCD 고체촬상장치(51)가 구성된다.
본 변형예에 있어서, 2채널 구동(증폭기 2개)방식의 CCD 고체촬상장치를 대상으로 할 경우, 예를 들어 도 13에 나타내는 바와 같이, 본 변형예의 고체촬상장치(20)의 화소영역(21)(예를 들어 도시하지 않는 수광부 및 수직전송 레지스터가 배치된) 주변에는 2개의 수평전송 레지스터(25) 및 각 수평전송 레지스터(25)와 접속된 2개의 증폭부(30)가 배치되며, 스페이서(12)는 적어도 각 증폭부(30)와 화소영역(21) 사이에 형성됨과 더불어 스페이서(12)에는 각 증폭부(30)와 대향하지 않도록 개구부가 형성된다.
또 본 변형예에서, 4채널 구동(증폭기 4개)방식의 CCD 고체촬상장치를 대상으로 할 경우, 예를 들어 도 14에 나타내는 바와 같이, 본 변형예의 고체촬상장치(20)의 화소영역(21)(예를 들어 도시하지 않는 수광부 및 수직전송 레지스터가 배치된) 주변에는 4개의 수평전송 레지스터(25) 및 각 수평전송 레지스터(25)와 접속된 4개의 증폭부(30)가 배치되며, 스페이서(12)는 적어도 각 증폭부(30)와 화소영역(21) 사이에 형성됨과 더불어 스페이서(12)에는 각 증폭부(30)와 대향하지 않도록 개구부가 형성된다.
이상 설명한 본 변형예에 의하면, 제 1 및 제 2 실시예의 효과와 더불어 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉 스페이서(12)를 증폭부(30)와 화소영역(21) 사이에 형성하는 동시에 스페이서(12)에 증폭부(30)와 대향하지 않도록 개구부를 형성하므로, 수지층(8)이 될 접착제를 이용하여 불소함유 수지재료층(7) 상, 즉 고체촬상소자용 기판(1) 상에 투명기판(9)을 접착할 때, 예를 들어 화소영역(21)에 도포한 접착제가 증폭부(30) 쪽으로 밀려나오는 것을 스페이서(12)로 저지할 수 있다. 이 때 접착제는, 증폭부(30)와 대향하지 않도록 배치된 스페이서 개구부를 통해 화소영역(21) 외측(증폭부(30)가 배치되지 않은 영역)으로 밀려나온다. 따라서 증폭부(30)에 접착제가 부착하여 증폭감도가 저하되는 것(3∼10% 정도의 증폭감도 저하)을 확실하게 방지할 수 있다.
여기서 본 변형예에 있어서, 고체촬상장치의 구동방식이 특별히 한정되지 않음은 물론이다
본 발명에 의하면, 수광부, 마이크로렌즈 및 불소함유 수지재료층으로 이루어지는 고체촬상소자와 투명기판 사이에 수지층이 개재하므로, 바꾸어 말하면, 종래의 고체촬상장치와 같이 고체촬상소자와 투명기판 사이에 공기층이 개재하는 일이 없으므로, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 고체촬상장치의 반송 중에 고체촬상소자 외측에서 당해 공기층을 통해 고체촬상소자의 화소 상으로 먼지 등이 이동해오는 일이 없으므로, 당해 먼지 등에 기인하는 불량발생을 완전히 방지할 수 있다. 또 본 발명의 고체촬상장치에서의 투명기판과 수지층 계면에서의 광 반사율을, 종래의 고체촬상장치의 투명기판과 공기층 계면에서의 광 반사율보다 작게 할 수 있으므로, 고체촬상장치를 고감도화시킬 수 있다. 구체적으로는, 투명기판의 한쪽 면과 고체촬상소자면 사이에서의 반사광량 감소에 의해 G감도(파장 550nm)를 8% 정도 향상시키기가 가능해진다. 또한 고체촬상소자에 투명기판을 직접 접착하는 구조로 하므로, 종래의 고체촬상장치에 비해 보다 소형화 및 높이 저감이 가능해진다.
또 본 발명에 의하면, 상기 수지층의 두께를, 수광부 배치영역(화소영역) 주변에 배치된 스페이서 높이로 규정하므로, 수지층 두께를 원하는 값으로 제어할 수 있다. 이로써 예를 들어 수지층 두께를 두껍게 함으로써 α선을 감쇠시킬 수 있으므로, 투명기판으로서 α선 감쇠용의 고순도이며 고가의 유리를 이용할 필요가 없다. 즉, 제조원가를 저감할 수 있다. 또 예를 들어 사각형의 화소영역에서의 적어도 서로 대향하는 2변을 따라 스페이서를 배치함으로써, 투명기판을 화소영역 즉 촬상면에 대해 평행으로 배치할 수 있다. 이로써 본 발명의 고체촬상장치를 카메라 등에 탑재할 때, 투명기판 상면을 기준면으로 하여 부품을 설치하기가 가능해져, 종래의 고체촬상장치(예를 들어 특허문헌 5 참조)와 같이 패키지 이면에 기준면이 될 부재를 설치하는 경우에 비해, 기준면과 렌즈 사이의 부품 수가 적어지므로, 부품설치 오차가 작아져 촬상정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 투명기판을 화소영역 즉 촬상면에 평행으로 배치함으로써, 색 무아레나 음영(shading: 휘도불균일) 등을 확실하게 방지할 수 있다. 또한 스페이서를 증폭부와 화소영역 사이에 배치하는 동시에 스페이서에 증폭부와 대향하지 않도록 개구부를 형성함으로써, 수지층이 될 접착제를 이용하여 불소함유 수지재료층 상 즉 반도체기판 상에 투명기판을 접착할 때 증폭기에 접착제가 부착하여 증폭기 감도가 저하되는 것을 스페이서로 저지할 수 있다.
따라서 본 발명은, 집광용 마이크로렌즈를 이용한 CCD형 영상감지기 혹은 MOS형 영상감지기 등에 적용할 경우, 또는 디지털비디오카메라, 디지털스틸카메라 혹은 카메라장착 휴대전화 등에 탑재되는 고체촬상장치에 적용할 경우, 안정적이며 저가로 고감도 소형화 고체촬상장치를 제공할 수 있어 매우 유용하다.

Claims (18)

  1. 광을 수광하는 수광부와,
    상기 수광부 상에 형성된 마이크로렌즈와,
    상기 마이크로렌즈 상에 형성된 불소함유 수지재료층과,
    상기 불소함유 수지재료층 위쪽에 배치된 투명기판을 구비하며,
    상기 불소함유 수지재료층과 상기 투명기판이 수지층으로 접착되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불소함유 수지재료층 상면의 형상은 상기 마이크로렌즈의 표면형상과 다른 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈의 굴절률을 n1로 하고, 상기 불소함유 수지재료층의 굴절률을 n2로 하며, 상기 수지층의 굴절률을 n3으로 하고, 상기 투명기판의 굴절률을 n4로 했을 때,
    n3=(n2+n4)/2±0.2이며, 또 n1>n2인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈의 굴절률을 n1로 하고, 상기 불소함유 수지재료층의 굴절률을 n2로 했을 때,
    n1>1.60이며, 또 n2<1.45인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지층의 두께는 2㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  6. 광을 수광하는 수광부 상에, 제 1 굴절률을 갖는 마이크로렌즈를 형성하는 공정과,
    상기 마이크로렌즈 상에, 제 2 굴절률을 갖는 불소함유 수지재료층을 형성하는 공정과,
    상기 불소함유 수지재료층 상에, 제 3 굴절률을 갖는 수지층을 형성하는 공정과,
    상기 수지층 상에, 제 4 굴절률을 갖는 투명기판을 배치하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 불소함유 수지재료층은 스핀코팅으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 불소함유 수지재료층 표면에 산소플라즈마처리를 실시하는 공정을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  9. 반도체기판 상의 소정 영역에 형성되고, 또 광을 수광하는 복수의 수광부와,
    상기 복수의 수광부를 피복하도록 상기 반도체기판 상에 배치된 투명기판을 구비하며,
    상기 반도체기판과 상기 투명기판이 수지층으로 접착되고,
    상기 수지층 두께는, 상기 소정 영역의 주변에 배치된 스페이서 높이에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스페이서는 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 스페이서는 무기물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 반도체기판 상 또는 상기 반도체기판 상의 평탄막 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 스페이서의 높이를 l0[㎛]로 하고, 상기 반도체기판 상면으로부터 상기 스페이서 하단까지의 두께를 l1[㎛]로 하면, l0>10[㎛]-l1의 관계식이 만족되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 소정의 영역은 사각형상이며,
    상기 스페이서는, 상기 소정 영역에서의 적어도 서로 대향하는 2변을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 반도체기판 상에서의 상기 소정영역 주변에 배치되며, 또 상기 복수의 수광부로부터 출력된 신호를 증폭시키는 증폭부를 추가로 구비하며,
    상기 스페이서부는, 적어도 상기 증폭부와 상기 소정 영역과의 사이에 형성되는 동시에, 상기 스페이서에는 상기 증폭부와 대향하지 않도록 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  16. 반도체기판 상의 소정 영역에, 광을 수광하는 복수의 수광부를 형성하는 공 정과,
    상기 복수의 수광부를 피복하도록 상기 반도체기판 상에 투명기판을 배치하는 공정과,
    상기 반도체기판과 상기 투명기판을 수지층으로 접착하는 공정을 구비하며,
    상기 수지층을 형성하기 전에 상기 소정 영역의 주변에 스페이서를 배치하고, 당해 스페이서의 높이에 의해 상기 수지층의 두께를 규정하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    드라이에칭을 이용하여 상기 스페이서를 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    감광성 수지를 도포한 후에 노광 및 현상을 순차 실시함으로써 상기 스페이서를 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
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