CN101231358B

CN101231358B - 彩色滤光片的布局图案

Info

Publication number: CN101231358B
Application number: CN2007100037504A
Authority: CN
Inventors: 许中荣
Original assignee: United Microelectronics Corp
Current assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2027-01-24
Also published as: CN101231358A

Abstract

一种彩色滤光片的布局图案，该布局图案包括多个像素矩阵，各该像素矩阵具有以阵列方式排列的四个彩色滤光片，且相邻的彩色滤光片为不相同的颜色，其中，该布局图案在角隅处设有加大型彩色滤光片或延伸棱边，该些加大型彩色滤光片或该些延伸棱边可以加大该布局图案与基底的接触面积，以提高彩色滤光片对基底的附着力，防止彩色滤光片剥离的现象发生，以提高工艺的良率。

Description

彩色滤光片的布局图案

技术领域

本发明涉及一种彩色滤光片的布局图案，尤其涉及一种在布局图案各角隅设有加大型彩色滤光片或延伸棱边以避免彩色滤光片剥离的彩色滤光片的布局图案。

背景技术

一般现有的彩色图像传感器可依其成像技术大略分为互补式金属氧化物半导体图像传感器(CMOS image sensor，CIS)和电荷耦合(CCD)传感器二种，其中互补式金属氧化物半导体图像传感器可利用半导体工艺制作，将图像感测和图像处理所需的元件制作在单一的芯片上，其应用范围遍布多种消费性的电子商品，例如数字相机、个人数字助理(PDA)和照像手机等等。

现有的CIS由下而上依序包括基底、多个光电二极管、金属内连线层、彩色滤光片阵列及多个微聚光镜(microlens)等多层结构共同组成多个感测图像的像素(pixel)。光线由最上层的微聚光镜进入CIS后，经过彩色滤光片将光线依其波长作分类，分类后的光线再到达下方的光电二极管产生对应强度的电子信号，并交由其他相关的元件处理和记录；而该些像素是井然有序地排列成包括多条行列的像素阵列(pixel array)，且该像素阵列可划分为负责感测图像的一有源感测区(active sensor region)的一有源像素阵列(activepixel array)以及在该有源感测区外围的一虚置像素阵列(dummy pixel array)，其中，该些虚置像素一方面是用以保护有源感测区的该有源像素阵列，另一方面来说，由该虚置像素阵列所产生的信号可以作为该有源感测区中该有源像素阵列所产生的信号的参考值，藉此校正因CIS结构所造成的信号误差。

请参考图1，其绘示典型现有CIS的彩色滤光片阵列10的示意图，彩色滤光片阵列10是涵盖CIS的该有源感测区的该些有源像素阵列及该有源感测区周边的该些虚置像素阵列，其包括多个红色(R)滤光片12、多个绿色(G)滤光片14及多个蓝色(B)滤光片16等不同颜色的彩色滤光片，且每四个彩色滤光片(G、R、G、B)构成一个单位，彼此相邻排列成马赛克(mosaic)式的彩色滤光片阵列10，藉此分离不同波长的光线，进而达成感测彩色图像的目的。

以目前的工艺技术来说，制作彩色滤光片阵列时皆利用彩色光致抗蚀剂依其颜色依序经过涂布、曝光、显影、烘烤等工艺，在一基底表面上逐次制作出一种颜色的彩色滤光片，然后再共同拼凑出完整的彩色滤光片阵列。然而，请参考图2，由左到右依序为制作完成的红色彩色滤光片、绿色彩色滤光片及蓝色彩色滤光片的剖面图，以负光致抗蚀剂为材料的彩色滤光片为例，在制作完成后，由于构成彩色光致抗蚀剂的感光材料特性的差异，不同颜色的彩色滤光片会有着不同剖面结构，因此在显影、清洗等工艺后，常会发生彩色滤光片自该基底表面剥离(pealing)的现象，当中尤以底面积最小的蓝色彩色滤光片最容易发生剥离的情形；此外，如图3所示，图3为设于有源感测区外围的虚置像素阵列上彩色滤光片阵列的一部分结构的示意图，可以清楚地观察到在边缘和角隅(corner)都有剥离的彩色滤光片，根据统计，剥离的彩色滤光片中有80％是来自位于彩色滤光片阵列的角隅，这些剥离的彩色滤光片严重影响产品的良率，为产品良率无法提升的主要原因之一。

发明内容

针对上述现有彩色滤光片阵列的缺点，本发明的一目的在于提供一种彩色滤光片的布局图案，特别是一种在布局图案各角隅设置加大型彩色滤光片或延伸棱边，以降低彩色滤光片自布局图案角隅剥离的机率。

为达上述的目的，本发明提供一种彩色滤光片的布局图案，该布局图案包括排列为一矩阵的多个彩色滤光片以及分别设置于该矩阵的各角隅的多个加大型彩色滤光片(enlarged color filter)，其中，各该加大型彩色滤光片的面积大于各该彩色滤光片，以降低自该布局图案角隅剥离的可能性。

为达上述的目的，本发明另提供一种彩色滤光片的布局图案，该布局图案包括排列为一矩阵的多个彩色滤光片以及多个延伸棱边(extendededge)，其中，该些延伸棱边是设于该矩阵的各角隅的并与设于各角隅的各该彩色滤光片连接。

据此，本发明所提供的彩色滤光片的布局图案是适用于有源感测区的有源像素阵列上的彩色滤光片阵列配置、有源像素阵列外围虚置像素阵列上的彩色滤光片的彩色滤光片阵列配置或前述两个区域的彩色滤光片阵列配置，并可有效防止彩色滤光片的剥离，并显著提升产品的良率。

附图说明

图1是绘示典型现有CIS的彩色滤光片阵列的示意图；

图2为制作完成的红色彩色滤光片、绿色彩色滤光片及蓝色彩色滤光片的剖面图；

图3为设于有源感测区外围的虚置像素阵列上彩色滤光片阵列的一部分结构的示意图；

图4是依据本发明的第一优选实施例所绘示的一彩色滤光片的布局图案的示意图；

图5是依据本发明的第二优选实施例所绘示的一彩色滤光片的布局图案的示意图；

图6是依据本发明的第三优选实施例所绘示的一彩色滤光片的布局图案的示意图；

图7是依据本发明的第四优选实施例所绘示的一彩色滤光片的布局图案的示意图；

图8是依据本发明的第五优选实施例所绘示的一包括矩阵边框的彩色滤光片的布局图案的示意图；

图9是依据本发明的第六优选实施例所绘示的另一包括矩阵边框的彩色滤光片的布局图案的示意图。

主要元件符号说明

10彩色滤光片阵列 12红色彩色滤光片

14绿色彩色滤光片 16蓝色彩色滤光片

17、18、19像素矩阵 20红色彩色滤光片

221、222绿色彩色滤光片 24蓝色彩色滤光片

26彩色滤光片阵列 28角隅

30加大型彩色滤光片 32延伸棱边

34延伸型彩色滤光片 36、38矩阵边框

具体实施方式

为了突显本发明的优点及特征，下文列举本发明的数个优选实施例，并配合图示作详细说明如下：

由于在实际的CIS工艺中，80％剥离的彩色滤光片是来自设于角隅处的彩色滤光片，本发明是提供一第一优选实施例，以消去设于角隅处彩色滤光片的方式，达成减少彩色滤光片剥离的可能性。请参考图4，图4是依据本发明的第一优选实施例所绘示的彩色滤光片的布局图案的示意图，该布局图案设置于一基底的一表面(图未示)，例如一包括多层层间介电(inter-layer dielectric，ILD)层、多个金属内连线以及多个光电二极管的半导体基底表面，且该布局图案是一具有缺口的彩色滤光片阵列26，其包括多个像素矩阵(cell)17、18、19等(以较粗的黑框示之)。其中，每一个像素矩阵均包括四个彩色滤光片以阵列方式排列，且相邻的彩色滤光片颜色并不相同。以像素矩阵18为例，像素矩阵18包括一蓝色彩色滤光片(B)24、一第一绿色彩色滤光片(G)221、一第二绿色彩色滤光片222以及一红色彩色滤光片(R)20，而且蓝色彩色滤光片24与第一绿色彩色滤光片位于像素矩阵18的第一列，呈左、右配置，第二绿色彩色滤光片222与红色彩色滤光片20则设在像素矩阵18的第二列，亦呈左、右配置。

如前所述，由于构成彩色光致抗蚀剂的感光材料特性的差异，不同颜色的彩色滤光片具有不同的剖面结构，所以在历经形成不同颜色的彩色滤光片的涂布、曝光、显影、烘烤、清洗等工艺，设于彩色滤光片阵列的角隅处的彩色滤光片常会发生彩色滤光片自该基底表面剥离的现象，因此本发明的第一优选实施例便利用去除原本应该设置在角隅28的彩色滤光片的布局设计，来降低设于角隅28的彩色滤光片的数量，以减少彩色滤光片可自角隅28剥离的可能性，因此构成如图4所示的具有缺口的一彩色滤光片阵列26，在角隅28并未设置任何一种的彩色滤光片。此外，于第一优选实施例中，并不限制被消去的彩色滤光片的种类与数量，端视整体布局图案的设计而决定被消去的彩色滤光片的种类，亦即需消去设置于最角落的至少一彩色滤光片，尤以底面积最小的蓝色彩色滤光片为佳。

上述第一优选实施例是以消去法减少设于角隅处的彩色滤光片数量，以使彩色滤光片阵列的角隅在宏观上约略形成一圆角化结构，接着本发明另提供一第二优选实施例，在维持原有方式矩阵完整外型的前提下，达成减少彩色滤光片剥离的状况。请参考图5，图5是依据本发明的第二优选实施例所绘示的一彩色滤光片的布局图案的示意图，且第二优选实施例与该第一优选实施例相同的元件是沿用该第一优选实施例的元件符号。如图5所示，该布局图案设置于一基底的一表面(图未示)，例如一包括多层层间介电层、多个金属内连线以及多个光电二极管的半导体基底表面，且该布局图案包括多个像素矩阵17、18、19等(以较粗的黑框示之)以及设于该布局图案各角隅处的多个加大型彩色滤光片30，共同排列为一马赛克式的矩阵，且相邻的彩色滤光片为不同的颜色。值得注意的是，第二优选实施例所包括的加大型彩色滤光片30是各自取代现有彩色滤光片阵列角隅处至少三块彩色滤光片的位置，亦即其面积为该布局图案所包括的红色彩色滤光片20、绿色彩色滤光片221、222或蓝色滤光片24的至少三倍，也就是说，藉由扩大位于角隅处的加大型彩色滤光片30面积，以增加与下方基底(图未示)的接触面，因此加大型彩色滤光片30较不易剥离，进而使产品良率提升。

如同第一优选实施例一样，本第二优选实施例也是利用调整彩色滤光片的光掩模布局图案即可达成，以图5绿色的加大型彩色滤光片作说明，在制作第二优选实施例的彩色滤光片的布局图案时，仅需修改现有用以制作绿色彩色滤光片的光掩模图案，将角隅处的滤光片图案开口分别向水平及垂直方向各延伸一个彩色滤光片的大小，便可得到如本第二优选实施例所示的L型的加大型彩色滤光片30，然而，加大型彩色滤光片30的外型并不局限为L型，以增加接触面积的概念为前提，任意一种形状如矩形、三角形、平行四边形、菱形等均可适用于本发明所述的彩色滤光片。据此，当制作如本发明所述的彩色滤光片的布局图案时，无须增加新的工艺或材料，仅利用增加角隅处的彩色滤光片与基底的接触面积的方式，就可以有效降低彩色滤光片的剥离数量，并大幅提升产品的良率。

本发明另揭露一第三优选实施例，其特点在彩色滤光片所排列而成的矩阵周边设置加强贴附力的结构，因此使设于矩阵周边的彩色滤光片更不易剥离。请参考图6，图6是依据本发明的该第三优选实施例所绘示的一彩色滤光片的布局图案的示意图，且本第三优选实施例与该第一优选实施例相同的元件是沿用该第一优选实施例的元件符号。如图6所示，该第三优选实施例的该布局图案设置于一基底的一表面(图未示)，例如一包括多层层间介电层、多个金属内连线以及多个光电二极管的半导体基底表面，且该布局图案包括多个像素矩阵17、18、19等(以较粗的黑框示之)以及设于该布局图案各角隅处的多个延伸棱边(extended edge)32，排列成一马赛克式的矩阵且相邻的彩色滤光片的颜色并不相同，其中，各像素矩阵均包括一蓝色彩色滤光片24、一第一绿色彩色滤光片221、一第二绿色彩色滤光片222以及一红色彩色滤光片20，其排列方式如第一优选实施例所示的蓝色彩色滤光片24与第一绿色彩色滤光片位于像素矩阵18的第一列，呈左、右配置，第二绿色彩色滤光片222与红色彩色滤光片20则设在像素矩阵18的第二列，亦呈左、右配置。

本发明的第三优选实施例的特点在于该布局图案的角隅处设置有延伸棱边32，且延伸棱边32与相邻的该些彩色滤光片连接，在该布局图案的角隅处构成近似“口”字型的环绕结构，而口字型结构内则为蓝色彩色滤光片24。于本优选实施例中，延伸棱边32和绿色彩色滤光片221、222是利用绿色光致抗蚀剂制作，因此在形成滤光片时，只需将利用在该布局图案角隅处开口为“口”字型的绿色彩色滤光片的光掩模，就可以形成如图6所示，与最接近的绿色彩色滤光片221、222共同连接为“口”字型结构的延伸棱边32。第三优选实施例可同时达成增加该布局图案角隅处彩色滤光片与该基底(图未示)间的接触面积、减少该布局图案角隅处彩色滤光片自该基底(图未示)剥离的机会等目的。然而，本发明的第三优选实施例是以绿色的彩色光致抗蚀剂制作延伸棱边，但不局限于此，延伸棱边亦可用蓝色的彩色光致抗蚀剂、红色的彩色光致抗蚀剂，或其他适用于制作彩色滤光片的材料，同时，延伸棱边的颜色设定及延伸范围可视实际所需的情况而决定。

于该第三优选实施例中，设于该布局图案角隅处的延伸棱边是与相近的彩色滤光片连接为“口”字型结构，然而延伸棱边亦可与相邻的彩色滤光片合为一体，形成面积较其他彩色滤光片大的延伸型彩色滤光片。如图7所示，图7是依据本发明的一第四优选实施例所绘示的一彩色滤光片的布局图案的示意图，其与该第一优选实施例相同的元件是沿用该第一优选实施例的元件符号，该第四优选实施例的该布局图案设置于一基底的一表面(图未示)，该布局图案包括多个像素矩阵17、18、19等(以较粗的黑框示之)以及多个设于该布局图案角隅处的延伸型彩色滤光片34，排列为一马赛克式的矩阵，且相邻的彩色滤光片为不同的颜色。其中，各像素矩阵均包括一蓝色彩色滤光片24、一第一绿色彩色滤光片221、一第二绿色彩色滤光片222以及一红色彩色滤光片20，其排列方式如第一优选实施例所示的蓝色彩色滤光片24与第一绿色彩色滤光片在像素矩阵18的第一列，呈左、右配置，第二绿色彩色滤光片222与红色彩色滤光片20在像素矩阵18的第二列，亦呈左、右配置。

第四优选实施例的特点在于将第三优选实施例的延伸棱边与设置于该布局图案角隅处的彩色滤光片以相同颜色的彩色光致抗蚀剂结合，构成如图7所示位于该布局图案角隅处的多个延伸型彩色滤光片34，该些延伸型彩色滤光片34因涵盖原本延伸棱边以及位于该布局图案角隅处彩色滤光片的面积，因此其总面积较其他彩色滤光片更大，更不容易自该基底的该表面剥离。

除前述的优选实施例外，本发明另提供一第五优选实施例，请参考图8，图8是依据本发明的第五优选实施例所绘示的一包括矩阵边框的彩色滤光片的布局图案的示意图，与该第一优选实施例相同的元件是沿用该第一优选实施例的元件符号。该第五优选实施例的该布局图案设置于一基底表面(图未示)，该布局图案包括多个像素矩阵17、18、19等(以较粗的黑框示之)以及一矩阵边框(border)36，该些像素矩阵排列为一马赛克式的矩阵，且相邻的彩色滤光片为不同的颜色。其中，各像素矩阵均包括一蓝色彩色滤光片24、一第一绿色彩色滤光片221、一第二绿色彩色滤光片222以及一红色彩色滤光片20，其排列方式如第一优选实施例所示的蓝色彩色滤光片24与第一绿色彩色滤光片在像素矩阵18的第一列，呈左、右配置，第二绿色彩色滤光片222与红色彩色滤光片20在像素矩阵18的第二列，亦呈左、右配置。

设于该矩阵外围的矩阵边框36是将第三优选实施例所揭露的延伸棱边分别向水平和垂直方向延伸并连接而成，如护城河一般围住由该些彩色滤光片所组成的该矩阵，可有效防止位于角隅处或该矩阵边缘处的红色彩色滤光片20、绿色彩色滤光片221、222或蓝色彩色滤光片24自该基底的该表面(图未示)剥离。

图8所绘示的矩阵边框36是利用与制作红色彩色滤光片20相同原料的红色光致抗蚀剂所制作，但不限于此，矩阵边框36亦可利用制作绿色彩色滤光片221、222、或蓝色彩色滤光片24的原料建构。此外，矩阵边框36亦可与位于该矩阵最外围的彩色滤光片连接，即构成本发明的第六优选实施例，如图9所示。图9是依据本发明的第六优选实施例所绘示的另一包括矩阵边框的彩色滤光片的布局图案的示意图，与该第一优选实施例相同的元件是沿用该第一优选实施例的元件符号，该第六优选实施例的该布局图案设置于一基底的一表面(图未示)，该布局图案包括多个像素矩阵17、18、19等(以较粗的黑框示之)以及一矩阵边框38，该些像素矩阵是排列为一马赛克式的矩阵，且相邻的彩色滤光片为不同的颜色。其中，各像素矩阵均包括一蓝色彩色滤光片24、一第一绿色彩色滤光片221、一第二绿色彩色滤光片222以及一红色彩色滤光片20，其排列方式如第一优选实施例所示的蓝色彩色滤光片24与第一绿色彩色滤光片在像素矩阵18的第一列，呈左、右配置，第二绿色彩色滤光片222与红色彩色滤光片20在像素矩阵18的第二列，呈左、右配置。

值得注意的是，第六优选实施例所包括的矩阵边框38是与设于该矩阵最外圈的该些蓝色彩色滤光片24合而为一，结合后的结构与下方该基底的接触面积大幅增加，并连接较前述实施例更多的彩色滤光片，不仅能保护设于该矩阵角隅处或边缘处的该些彩色滤光片，同时可以消弭该些彩色滤光片自该基底表面(图未示)脱离的疑虑。

本发明所揭露的该些优选实施例是以红蓝绿三色的彩色滤光片阵列为例，其他组合的彩色滤光片阵列亦适用于本发明，例如：青色(cyan，C)、品红色(magenta，M)及黄色(yellow，Y)三色组合的彩色滤光片阵列(CMYpattern)，红色、绿色、蓝色及祖母绿色(emerald，E)四色组合的彩色滤光片阵列(RGBE)，青色、品红色、黄色及绿色四色组合的彩色滤光片阵列(CMYGpattern)或黄色、青色、绿色及无滤光层(unfiltered，以W表示)的四色彩色滤光片阵列(YGCW pattern)等。同时，本发明所述的加大型彩色滤光片、延伸棱边、矩阵边框的制作并不局限于本发明所述的彩色光致抗蚀剂，其他适用于制作彩色滤光片的原料，如加入彩色染料的树脂、彩色玻璃、分色膜等亦可应用于本发明，且制作彩色滤光片的工艺不局限为利用光掩模曝光、显影以完成彩色滤光片的制作，将配合彩色滤光片的原料而决定其工艺。此外，彩色滤光片的外型除本发明各优选实施例所绘示的矩型外，亦可采用三角形、平行四边形、菱形等形状，且彩色滤光片的排列方式亦不限制为如本发明所示的包括多排行列的方形矩阵，将视产品需要而更动，例如排列成三角排列式的矩阵、平行四边形排列式的矩阵或其他的排列方式，同样适用本发明的彩色滤光片的布局图案。

本发明所揭露的彩色滤光片的布局图案，是在彩色滤光片排列的矩阵的角隅处设有加大型彩色滤光片、在该些角隅处另设延伸棱边或在矩阵外围设置矩阵边框，以减少彩色滤光片剥落的机会，此外，本发明在实施时，亦可结合前述两种结构，在各加大型彩色滤光片外侧同时设置延伸棱边或矩阵边框，且该些延伸棱边或矩阵边框可与相邻的加大型彩色滤光片或该些彩色滤光片连接，以增加设于彩色滤光片的布局图案角隅处彩色滤光片与下方基底的接触面积，并确保该些设于角隅处的彩色滤光片更不容易脱落。基于上述的优点，本发明的彩色滤光片的布局图案上十分适合用于配置于有源感测区的像素阵列、有源感测区外围的虚置像素阵列，亦或是涵盖前述两个区域的彩色滤光片阵列，且本发明的彩色滤光片布局图案不仅适用于CIS，其他形式的光学元件，如同属图像感测元件的电荷耦合(CCD)传感器；或图像显示器，如液晶显示面板(LCD panel)、数字光源处理(digitallight processing，DLP)投影机、硅基液晶显示器(liquid crystal on silicon display，LCoS display)或其他具有彩色滤光片的显示器，其彩色滤光片的设计，均可适用本发明的彩色滤光片的布局图案，以供高良率的产品。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种彩色滤光片的布局图案，其包括：

多个彩色滤光片，且该些彩色滤光片排列为矩阵；以及

多个加大型彩色滤光片，各该加大型彩色滤光片的面积大于各该彩色滤光片，其中各该加大型彩色滤光片仅设置于该矩阵的各角隅，各该加大型彩色滤光片的外型为L型。

2.如权利要求1所述的布局图案，其中各该加大型彩色滤光片与相邻的该些彩色滤光片具有不同的颜色。

3.如权利要求1所述的布局图案，其中相邻的各该彩色滤光片具有不同的颜色。

4.如权利要求1所述的布局图案，其中各该加大型彩色滤光片的面积为各该彩色滤光片的倍数。