CN101118298A - 制作彩色滤光阵列的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制作彩色滤光阵列的方法。首先提供一基底，且该基底表面包含有一介电层与一钝化层。然后进行一第一图案转移工艺，以形成一凹槽(trench)于该介电层与该钝化层中。接着形成一彩色滤光片于该凹槽内并覆盖部分该钝化层表面，并进行一化学机械研磨(chemical mechanical polishing)工艺，使该彩色滤光片形成一平坦表面，且该彩色滤光片的表面是与该钝化层的表面齐平。

Description

制作彩色滤光阵列的方法

技术领域

本发明是关于一种制作彩色滤光阵列的方法。

背景技术

随着数字相机、扫瞄器等电子商品不断的开发与成长，消费市场对影像感测元件的需求亦持续的增加。一般而言，目前常用的影像感测元件，包括了电荷耦合感测元件(charge coupled device，CCD sensor)以及CMOS影像感测元件(CMOS image sensor，CIS)两大类。其中，由于CMOS影像感测元件具有低操作电压、低功率消耗与高操作效率、可根据需要进行随机存取(random access)等因素，并且可以整合于目前的半导体技术来大量制造，因此受到极广泛的应用。

CMOS影像感测装置的感光原理是将入射光线区分为各种不同波长光线的组合，再分别由半导体基底上的多个感光元件(optically sensitiveelement)予以接收，并转换为不同强弱的数字信号。例如，将入射光区分为红、蓝、绿三色光线的组合，再由相对应的光电二极管(photodiode)予以接收，进而转换为数字信号。因此，于各光学感测元件上方必须形成一彩色滤光阵列以区分入射光线的波长。

在相关的现有技术中，其中美国专利第5510215号披露了一种利用剥离(lift-off)方式来制作彩色滤光阵列的方法。请参照图1至图3，图1至图3为公知利用剥离方式来制作彩色滤光阵列的方法示意图。如图1所示，首先形成一图案化光致抗蚀剂层12于一基底10表面，且基底10上已形成有多个呈阵列排列的感光元件(未显示)以及多层金属内连线(未显示)。接着如图2所示，沉积一彩色滤光层14，例如一分色膜(dichroic film)，于基底10与光致抗蚀剂层12表面。然后进行一剥离工艺，如图3所示，利用一光致抗蚀剂剥离剂来移除图案化光致抗蚀剂层12与设置于其上的彩色滤光层14，形成所需的彩色滤光图案16。

然而，在公知利用剥离方式制作彩色滤光阵列时，一般需控制工艺中沉积彩色滤光层的温度于150℃以下，以防止彩色滤光材料的品质降低(degrade)或产生变形(deformation)。由于此工艺温度的限制，因此在现有技术中，这种利用剥离方式所制作出来的彩色滤光阵列均无法有效提供具有高光学特性的彩色滤光层。

请参照图4至图9，图4至图9为公知另一制作彩色滤光阵列的方法示意图。如图4所示，首先提供一基底20，其上已形成有多个呈阵列排列的感光元件(未显示)以及多层金属内连线(未显示)。然后依序形成一绿色滤光层22与一光致抗蚀剂层24于基底20表面。接着如图5所示，进行一图案转移工艺，利用一图案化光掩模(图未示)进行一曝光显影工艺，以图案化光致抗蚀剂层24，并于光致抗蚀剂层24中形成多个凹槽26。如图6所示，随后进行一蚀刻工艺，去除未被光致抗蚀剂层24覆盖的绿色滤光层22，以形成多个绿色滤光片23，然后移除光致抗蚀剂层24。

如图7所示，接着沉积一蓝色滤光层28于绿色滤光片23与基底20表面。然后如图8所示，形成另一光致抗蚀剂层30于蓝色滤光层28表面，并进行另一图案转移工艺，以图案化光致抗蚀剂层30，并于光致抗蚀剂层30中形成多个凹槽32。如图9所示，接着进行一蚀刻工艺，去除未被光致抗蚀剂层30所覆盖的蓝色滤光层28，并于绿色滤光片23之间形成多个蓝色滤光片34。然后再移除图案化的光致抗蚀剂层30。接着可再重复进行沉积与图案转移工艺步骤，以形成多个红色滤光片(图未示)于蓝色滤光片34与绿色滤光片23之间，进而完成一彩色滤光阵列的制作。

然而，由于此制作彩色滤光阵列的方法是在彩色滤光材料上直接进行多道的图案转移与蚀刻工艺，因此各工艺中所使用的蚀刻剂将会无可避免的一再侵蚀各彩色滤光片的周围区域，并形成多处缺口，进而使完成的彩色滤光阵列无法具有一连续平面，最终将导致彩色滤光片产生分辨率不佳的问题。

因此，如何有效改善公知利用剥离或单纯蚀刻方式来制作彩色滤光阵列，以提升为具有高光学特性的彩色滤光片即为现今一重要课题。

发明内容

因此本发明的主要目的在于提供一种制作彩色滤光阵列的方法，以改善公知制作彩色滤光阵列时因工艺的限制而无法提供具有高分辨率与高光学特性的彩色滤光片的问题。

根据本发明的申请专利范围，是公开一种制作彩色滤光阵列的方法。首先提供一基底，且该基底表面包含有一介电层与一钝化层。然后进行一第一图案转移工艺，以形成一凹槽(trench)于该介电层与该钝化层中。接着形成一彩色滤光片于该凹槽内并覆盖部分该钝化层表面，并进行一化学机械研磨(chemical mechanical polishing)工艺，使该彩色滤光片形成一平坦表面，且该彩色滤光片的表面是与该钝化层的表面齐平。

由于本发明是先于一基底上进行图案转移工艺，以于该基底上的介电层中形成一凹槽，然后再填入一彩色滤光层于该凹槽内，并进行一化学机械研磨工艺，使该彩色滤光层形成一平坦表面，因此可有效改善公知利用剥离工艺或单纯蚀刻方式来制作彩色滤光阵列而导致分辨率或光学特性不佳的问题。

附图说明

图1至图3为公知利用剥离方式来制作彩色滤光阵列的方法示意图；

图4至图9为公知另一制作彩色滤光阵列的方法示意图；

图10至图14为本发明优选实施例制作一彩色滤光阵列的方法示意图；

图15至图24为本发明另一实施例制作一CMOS影像感测元件的方法示意图。

附图标记说明

10基底         12图案化光致抗蚀剂层

14彩色滤光层   16彩色滤光图案

20基底         22绿色滤光层

23绿色滤光片   24光致抗蚀剂层

26凹槽         28蓝色滤光层

30光致抗蚀剂层 32凹槽

34蓝色滤光片   40基底

42介电层       44钝化层

46凹槽         48彩色滤光层

50彩色滤光片   60半导体基底

62光电二极管   64浅槽隔离

66金属层       68蚀刻停止层

70钝化层      72凹槽

73绿色滤光片  74金属间介电层

76凹槽        78红色滤光片

80凹槽        82蓝色滤光片

84微透镜

具体实施方式

请参照图10至图14，图10至图14为本发明制作一彩色滤光阵列的方法示意图。如图10所示，首先提供一基底40，其上已形成有多个呈阵列排列的光学元件(optical element)(未显示)以及多层金属内连线(未显示)，然后依序形成一介电层42与一钝化层44于基底40表面。

然后如图11所示，进行一图案转移工艺。例如先形成一图案化光致抗蚀剂层(图未示)于钝化层44表面，接着利用此图案化光致抗蚀剂层当作掩模进行一蚀刻工艺，去除未被此图案化光致抗蚀剂层所覆盖的部分钝化层44与介电层42，以于钝化层44与介电层42中形成一凹槽(trench)46。在去除图案化光致抗蚀剂层之后，接着如图12所示，沉积一彩色滤光层48，例如一分色膜于凹槽46内。其中，彩色滤光层48可选自红色滤光层、蓝色滤光层、绿色滤光层、青绿色(cyan)滤光层、洋红色(magenta)滤光层或黄色(yellow)滤光层等。

如图13所示，然后进行另一图案转移工艺，例如先形成一图案化光致抗蚀剂层(图未示)于彩色滤光层48表面，并进行一蚀刻工艺，以去除未被此图案化光致抗蚀剂层所覆盖的彩色滤光层48，亦即位于钝化层44表面的部分彩色滤光层48。在去除图案化光致抗蚀剂层之后，如图14所示，接着进行一化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)工艺，使彩色滤光层48形成一平坦表面，且彩色滤光层48的表面是与钝化层44的表面齐平，并使彩色滤光层48镶嵌于钝化层44与介电层42中，进而完成一彩色滤光片50的制作。然而，不局限于此方法，本发明又可于沉积彩色滤光层48于凹槽46后，便直接进行一化学机械研磨工艺，使彩色滤光层48形成一平坦表面并与钝化层44的表面齐平。接着，本发明又可于彩色滤光片50制作完成后移除其周围的介电层42与钝化层44，然后再重复进行先前所述的图案转移与蚀刻步骤，以于彩色滤光片50的相邻位置形成多个不同颜色的彩色滤光片，进而完成一彩色滤光阵列的制作。

值得注意的是，由于本发明是先于一基底上进行图案转移工艺，以于该基底上的介电层中形成一凹槽，然后再填入一彩色滤光层于该凹槽内，并进行一化学机械研磨工艺，使该彩色滤光层形成一平坦表面，因此可有效改善公知利用剥离工艺或单纯蚀刻方式来制作彩色滤光阵列而导致分辨率或光学特性不佳的问题。

此外，根据本发明的优选实施例，随着基底上已形成的光学元件(opticalelement)的不同，例如为光电二极管(photodiode)等的感光元件(opticallysensitive element)或反射电极等的微显示元件(μ-display)，上述彩色滤光阵列的制作方法可应用于CMOS影像感测元件(CIS)、电荷耦合元件(CCD)或硅基液晶显示面板(LCoS panel)等产品的彩色滤光阵列的制作。

现以制作CMOS影像感测元件中的彩色滤光阵列为例。请参照第15图至图24，第15图至图24为本发明制作一CMOS影像感测元件的方法示意图。如第15图所示，首先提供一半导体基底60，并于半导体基底60表面形成多个用来收集光线的光电二极管(photodiode)62、多个互补型金属氧化物半导体(CMOS)晶体管(图未示)以及多个隔离用的浅槽隔离(shallow trenchisolation，STI)64。然后进行一金属内连线工艺，以于半导体基底60上方形成多个金属间介电层(inter-metal dielectric，IMD)74，且金属间介电层74之间具有多层金属层66设置于浅槽隔离64的上方，以及多个蚀刻停止层68位于各光电二极管62上方的金属间介电层74中。其中，蚀刻停止层68可为一透光或不透光材料所构成。

接着沉积一由氮化硅或氧化硅等材料所构成的钝化层(passivationlayer)70覆盖于金属层66与金属间介电层74表面。然后进行一图案转移工艺，例如先形成一图案化光致抗蚀剂层(图未示)于钝化层70上，随后对钝化层70与金属间介电层74进行一蚀刻工艺，直至相对应的蚀刻停止层68，以于钝化层70与金属间介电层74中形成一凹槽72。值得注意的是，如蚀刻停止层68是由不透光材料所组成，本发明可于蚀刻出凹槽72的同时将蚀刻停止层68去除，以防止后续滤光片填入凹槽72后光线无法有效的穿透蚀刻停止层68而到达相对应的光电二极管62。

在去除图案化光致抗蚀剂层之后，如图16所示，接着沉积一选自于红色滤光层、蓝色滤光层、绿色滤光层、青绿色滤光层、洋红色滤光层或黄色滤光层等的彩色滤光层，例如一由绿色分色膜所构成的绿色滤光片73，于钝化层70表面与凹槽72内。然后如图17所示，进行一化学机械研磨工艺，去除覆盖于钝化层70表面的绿色滤光片70并使填入凹槽72内的绿色滤光片73具有一平坦表面，且填入凹槽72内的绿色滤光片73的表面是与钝化层70的表面齐平，并使彩色滤光片73镶嵌于钝化层70与介电层74中。

相似地，再重复进行上述的步骤，如图18所示，接着进行另一图案转移工艺，例如先形成一图案化光致抗蚀剂层(图未示)于钝化层70上，然后进行一蚀刻工艺直至相对应的蚀刻停止层68，以于绿色滤光片73左侧的钝化层70与金属间介电层74中形成一凹槽76。

在去除图案化光致抗蚀剂层之后，接着如图19所示，沉积另一颜色的彩色滤光层，例如一由红色分色膜所构成的红色滤光片78，于钝化层70表面与凹槽76内。然后如图20所示，进行一化学机械研磨工艺，以去除覆盖于钝化层70表面的红色滤光片78并使填入于凹槽76内的红色滤光片78具有一平坦表面，且填入于凹槽76内的红色滤光片78的表面是与钝化层70的表面齐平。

同样地，再重复进行上述的步骤，如图21所示，然后于填入红色滤光片78后再进行另一图案转移工艺，先形成一图案化光致抗蚀剂层(图未示)于钝化层70表面，然后进行一蚀刻工艺，以于绿色滤光片73右侧的钝化层70与金属间介电层74中形成一凹槽80，并曝露出相对应的蚀刻停止层68。

接着如图22所示，沉积一其他颜色的彩色滤光层，例如一由蓝色分色膜所构成的蓝色滤光片82，于钝化层70表面与凹槽80内。然后如图23所示，进行一化学机械研磨工艺，以去除覆盖于钝化层70表面的蓝色滤光片82并使填入于凹槽80内的蓝色滤光片82具有一平坦表面，且填入于凹槽80内的蓝色滤光片82的表面是与钝化层70的表面齐平。至此，完成三色彩色滤光阵列的制作，或亦可再重复上述的步骤，以制备更多色系的彩色滤光阵列，在此不另加赘述。

接着如图24所示，形成多个微透镜(microlens)84于红色滤光片78、绿色滤光片73以及蓝色滤光片82上，并藉由微透镜84来有效的聚集光线，以使光线经由微透镜84及各颜色的滤光片聚焦投射于光电二极管62上，进而完成本发明的CMOS影像感测元件的制作。

综上所述，有别于公知制作彩色滤光阵列的方法，本发明是先于一基底上进行一图案转移工艺，以于该基底上的介电层中形成一凹槽，然后再形成一彩色滤光片于该凹槽内，并藉由一化学机械研磨工艺使该彩色滤光片形成一平坦表面，因此可有效改善公知利用剥离工艺或单纯蚀刻方式来制作彩色滤光阵列而导致分辨率或光学特性不佳的问题。而且本发明的彩色滤光阵列的制作方法可应用于CMOS影像感测元件(CIS)、电荷耦合元件(CCD)或硅基液晶显示面板(LCoS panel)等光学产品的彩色滤光阵列的工艺。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (14)

1.一种制作彩色滤光阵列的方法，包含有：

提供一基底，且该基底表面包含有一介电层与一钝化层；

进行一第一图案转移工艺，以形成一凹槽于该介电层与该钝化层中；

形成一彩色滤光片于该凹槽内并覆盖部分该钝化层表面；以及

进行一化学机械研磨工艺，使该彩色滤光片形成一平坦表面，且该彩色滤光片的表面是与该钝化层的表面齐平。

2.如权利要求1所述的方法，其中该彩色滤光片是为一分色膜。

3.如权利要求1所述的方法，其中该彩色滤光片包含红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片、青绿色滤光片、洋红色滤光片、以及黄色滤光片。

4.如权利要求1所述的方法，其中该第一图案转移工艺另包含有：

形成一图案化光致抗蚀剂层于该钝化层表面；

利用该图案化光致抗蚀剂层当作掩模，进行一蚀刻工艺，从而于该介电层与该钝化层中形成一凹槽；以及

移除该图案化光致抗蚀剂层。

5.如权利要求1所述的方法，其中该方法于进行该化学机械研磨工艺之前另包含有进行一第二图案转移工艺。

6.如权利要求5所述的方法，其中该第二图案转移工艺另包含有：

形成一图案化光致抗蚀剂层于该凹槽内的该彩色滤光片表面；

进行一蚀刻工艺，以移除该钝化层上的部分该彩色滤光片；以及

移除该图案化光致抗蚀剂层。

7.如权利要求1所述的方法，其中该方法于进行该化学机械研磨工艺后另包含有移除该彩色滤光片周围的该介电层与该钝化层。

8.如权利要求1所述的方法，其中该基底包含互补型金属氧化物半导体。

9.如权利要求1所述的方法，其中该介电层是为一CMOS影像感测元件的金属间介电层。

10.如权利要求1所述的方法，其中该基底是为一硅基液晶显示面板的硅基底。

11.一种CMOS影像感测元件，包含有：

一基底；

多个光电二极管，设置于该基底表面；

一介电层，覆盖于该基底与该光电二极管上；

一钝化层，设置于该介电层表面；

多个彩色滤光片，镶嵌于该介电层与该钝化层中并对应各该光电二极管；以及

多个微透镜，设置于部分该钝化层表面并对应各该彩色滤光片。

12.如权利要求11所述的CMOS影像感测元件，其中该影像感测元件另包含有多个金属层设置于该介电层中。

13.如权利要求11所述的CMOS影像感测元件，其中该影像感测元件另包含有多个CMOS晶体管设置于该基底表面。

14.如权利要求11所述的CMOS影像感测元件，其中该彩色滤光片包含红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片、青绿色滤光片、洋红色滤光片、以及黄色滤光片。

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