CN101419939A - 彩色图像传感器、彩色滤光片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种彩色影像图像传感器、彩色滤光片及其制造方法，其中该彩色滤光片的制作方法，包括下列步骤：提供一基板；毯覆式形成一平坦层于该基板上；形成一第一彩色层于该平坦层上；对该第一彩色层施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第一彩色单元于该平坦层上；形成一第二彩色层于该平坦层和该图案化第一彩色单元上；对该第二彩色层施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第二彩色单元于该平坦层上；形成一第三彩色层于该平坦层、该图案化第一彩色单元和该图案化第二彩色单元上；以及对该第三彩色层施以一回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺，以形成一图案化第三彩色单元于该平坦层上。
Description
技术领域
本发明涉及一种彩色滤光片的制造方法，且特别涉及一种用于液晶显示器或彩色图像传感器的彩色滤光片的制造方法。
背景技术
随着科技与信息的进步，为了得到丰富的色彩信息，彩色滤光片(colorfilter，CF)广泛地使用于彩色液晶显示器、电荷耦合元件及图像传感器等视讯产品上。对于具有轻薄、省电、以及可全彩化特色的液晶显示器而言，须使用含有红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色的彩色滤光片，经由三原色比例调和而创造出各种色彩，可使液晶显示器呈现亮丽、逼真、鲜艳的画面并能提高其附加价值。彩色滤光片的工艺是在一玻璃基板上制作微薄的R、G、B彩色单元，而且R、G、B彩色单元的位置必须与薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)阵列基板上的每一个像素精准对位。基于制作成本及质量考虑，较常用的彩色单元制作方式包含有染色法、颜料分散法、印刷法、电着法等四种。由于颜料分散法所制造的彩色滤光片具有高精密度及较佳的耐旋光性与耐热性，目前成为TFT型彩色滤光片的制造主流。
传统彩色滤光片工艺所采用的颜料分散法包括下列步骤：首先利用旋转涂布(spin coating)方式将黑色感光树脂材料均匀地涂布在玻璃基板上，再利用掩模曝光、显影、硬烤等黄光光刻程序将黑色感光树脂材料层定义成为一黑色矩阵(black matrix，BM)的图案。然后利用上述的涂布方式与黄光光刻程序，依序将红色、绿色、蓝色树脂材料制作三种不同的彩色单元图案，则可使红色单元、绿色单元、蓝色单元的色块图案以特定的排列模式而填满黑色矩阵图案的开口区域。由于颜料分散法的光刻工艺包括有：树脂涂布、曝光以及显像等三个关键程序，因此可能会发生彩色单元的对位精确度不准的问题，而发生例如两相邻彩色单元交互重叠(cross-talk)的现象。然而，在生产过程中，对于发生两相邻彩色单元交互重叠的产品，常需进行重工再制(rework)，因而影响产能并增加整体工艺的周期时间(cycle time)。此外，当大量的产品需重工再制时，则会造成光刻工艺的负担，而使得光刻工艺成为生产过程中的工艺瓶颈(bottle neck)。
因此，急需一种新的彩色滤光片的制造方法可解决上述的问题。
发明内容
本发明提供一种彩色图像传感器的制造方法，包括下列步骤：提供一基板，包括一感测像素阵列；形成一金属层间介电层于该基板上，且覆盖该感测像素阵列；毯覆式形成一第一平坦层于该金属层间介电层上；形成一第一彩色层于该第一平坦层上；对该第一彩色层施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第一彩色单元于该感测像素阵列上方；形成一第二彩色层于该第一平坦层和该图案化第一彩色单元上；对该第二彩色层施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第二彩色单元于该感测像素阵列上方，且与该图案化第一彩色单元相邻；形成一第三彩色层于该第一平坦层、该图案化第一彩色单元和该图案化第二彩色单元上；以及对该第三彩色层施以一回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺，以形成一图案化第三彩色单元于该感测像素阵列上方，且介于该图案化第一和第二彩色单元之间。
本发明又提供一种彩色滤光片的制作方法，包括下列步骤：提供一基板，具有一显示区；于该基板上形成一遮光层且于该显示区定义出多个次像素区；形成一第一彩色层于该基板和所述多个次像素区上；施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第一彩色单元于所述多个次像素区上；形成一第二彩色层于该基板、该图案化第一彩色单元和所述多个次像素区上；施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第二彩色单元于所述多个次像素区上；形成一第三彩色层于该基板、该图案化第一彩色单元、该图案化第二彩色单元和所述多个次像素区上；施以一回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺，以形成一图案化第三彩色单元于所述多个次像素区上；以及于该遮光层上方形成一导电层。
本发明还提供一种彩色滤光片的制作方法，包括下列步骤：提供一基板；毯覆式形成一平坦层于该基板上；形成一第一彩色层于该平坦层上；对该第一彩色层施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第一彩色单元于该平坦层上；形成一第二彩色层于该平坦层和该图案化第一彩色单元上；对该第二彩色层施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第二彩色单元于该平坦层上；形成一第三彩色层于该平坦层、该图案化第一彩色单元和该图案化第二彩色单元上；以及对该第三彩色层施以一回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺，以形成一图案化第三彩色单元于该平坦层上。
附图说明
图1A至图1H绘示按照一实施例所制造的彩色滤光片的剖面图及其制造步骤。
图2A至图2H绘示按照一优选实施例所制造的彩色滤光片的剖面图及其制造步骤。
图2I绘示按照一实施例所形成的包括红色(R)、绿色(G)和蓝色(R)滤光图案的彩色滤光片阵列。
图3A至图3K绘示按照一实施例所制造的彩色图像传感器的剖面图及其制造步骤。
图4为按照一实施例所制造的液晶显器的剖面图。
其中，附附图标记记说明如下：
I～显示区； 15～栅极；
20～基板； 21～层遮盖层
22～金属层； 24～像素单元；
26～导电层； 30～基板；
40～半导体层； 52～源极；
54～漏极； 55～第二金属层；
72～第一开口； 74～第二开口；
76～第三开口； 99～存储电容结构；
100、101、102、200、201、360、361～图案化光致抗蚀剂层；
130～平坦层 145～彩色滤光片
140B、150B、350B～蓝色彩色层；
140R、150R、350R～红色彩色层；
140G、150G、350G～绿色彩色层；
141B、151B、351B、650B～图案化蓝色滤光元件；
141R、151R、351R、650R～图案化红色滤光元件；
141G、151G、351G、650G～图案化绿色滤光元件；
160～彩色滤光片； 205～感测像素阵列；
215～金属层间介电层； 220～保护层；
225～金属层； 226～接触垫；
230～第一平坦层； 240～第二平坦层；
250～彩色滤光阵列； 300～基板；
380～微透镜元件； 390～彩色图像传感器；
400～下基板： 430～介电层；
441～配向层； 450～液晶层；
460～保护层； 465～有机平坦层；
468～绝缘层； 470～配向层；
480～第一透明导体层； 482～第二透明导体层；
600～上基板； 610～彩色滤光片；
620～绝缘间隔层； 615～层遮盖层。
具体实施方式
本发明的实施例提供一种彩色滤光片及彩色图像传感器的制造方法，有关各实施例的制造和使用方式如下所详述，并伴随附图加以说明。其中，附图标记和说明书中使用的相同的元件编号表示相同或类似的元件。而在附图中，为清楚和方便说明起见，有关实施例的形状和厚度或有不符实际的情形。而以下所描述的特别针对本发明的装置的各项元件或其整合加以说明，然而，值得注意的是，上述元件并不特别限定于本文所显示或描述的，而是可以熟悉此技术的技术人员所得知的各种形式，此外，当一材料层是位于另一材料层或基板之上时，其可以是直接位于其表面上或另外插入有其它中介层。
以下配合图1A至图1H的工艺剖面图来说明彩色滤光片的制作方法的一实施例。
首先，参照图1A，先提供一基板20，如塑料或玻璃基板，具有一显示区I，接着形成一层遮盖层21于基板20之上，以围出次像素单元24，关于遮光层21的材质包括黑树脂或黑压克力，其中遮光层21可使用光刻工艺(photolithography)形成。
接着，请参阅图1B至图1C，先形成蓝色彩色层140B于基板20上，再形成一图案化光致抗蚀剂层100于蓝色彩色层140B上，并施以曝光及显影工艺，以形成图案化蓝色滤光元件141B于基板20上。接着，请参阅图1D至图1E，形成一红色彩色层140R于基板20和图案化蓝色滤光元件141B上，再形成一图案化光致抗蚀剂层101于红色彩色层140R上，并施以曝光及显影工艺，以形成与图案化蓝色滤光元件141B相邻的图案化红色滤光元件141R于基板20之上。接着，请参阅图1F至图1G，形成一绿色彩色层140G于基板20、图案化红色滤光元件141R和图案化蓝色滤光元件141B上，再形成一图案化光致抗蚀剂层102于绿色彩色层140G上，并施以回蚀刻或化学机械研磨(CMP)工艺，以形成介于上述图案化蓝色滤光元件141B和图案化红色滤光元件141R之间的图案化绿色滤光元件141G于基板20上。
最后参照图1H，利用溅镀法或类似的方法形成一导电层26于基板20上，且覆盖图案化蓝色滤光元件141B、图案化红色滤光元件141R、图案化绿色滤光元件141G和遮盖层21。其中，导电层26材料可为ITO、ZnO或ZnO掺杂其它金属于其内，如ZnO:Sn、ZnO:V、ZnO:Co、ZnO:Al、ZnO:Ga、ZnO:Ti或ZnO:In。因此，便形成一彩色滤光片145。
图2A至图2I为本发明的一优选实施例，绘示一彩色滤光片的制作方法。首先，参照图2A，先提供一基板30，且形成一平坦层130于基板30之上。平坦层130的材质可为高透光度的光致抗蚀剂材料，例如透明树脂或负光致抗蚀剂，其透光度大抵大于或等于95％。其中，平坦层130具有能抵抗曝光及显影过程中显影液侵蚀的能力，且经过平坦化工艺后，具有平坦的表面。
接着，请参阅图2B至图2D，先形成蓝色彩色层150B于平坦层130上，再形成一图案化光致抗蚀剂层200于蓝色彩色层150B上，并施以曝光及显影工艺，以形成图案化蓝色滤光元件151B于平坦层130上。接着，请参阅图2E至图2F，形成一红色彩色层150R于平坦层130和图案化蓝色滤光元件151B上，再形成一图案化光致抗蚀剂201于红色彩色层150R上，并施以曝光及显影工艺，以形成与图案化蓝色滤光元件151B相邻的图案化红色滤光元件151R于平坦层130上。接着，请参阅图2G至图2H，形成一绿色彩色层150G于平坦层130、图案化蓝色滤光元件151B和图案化红色滤光元件151R之上，并施以回蚀刻或化学机械研磨(CMP)工艺，以形成图案化绿色滤光元件151G于平坦层130上，且介于图案化蓝色滤光元件151B和图案化红色滤光元件151R之间。综上所述，便形成一彩色滤光片160。如图2I所示，其绘示一按照此实施例所形成的包括红色(R)、绿色(G)和蓝色(R)滤光图案的彩色滤光片阵列。
如图3A至图3J，其绘示形成一彩色图像传感器的优选的实施例。首先，请参照图3A，提供一基板300，包括一感测像素阵列205设置于其内。在一实施例中，感测像素阵列205包括一pn结装置(例如：二极管)。接着，如图3B所示，形成两层或两层以上的金属层间介电层(IMD)215于基板300上，且覆盖感测像素阵列205。此外，每一金属层间介电层(IMD)215中包括金属层225。再者，可在最上层的金属层间介电层(IMD)215上形成一接触垫(pad)226。在此实施例中，金属层间介电层(IMD)215可为二氧化硅并以原子层沉积法(ALD)、例如等离子体增强式化学气相沉积法(PECVD)、高密度等离子体化学气相沉积法(HDP-CVD)、低压化学气相沉积法(LPCVD)的化学气相沉积法(CVD)、蒸镀法或其它适当技术形成。
之后，如图3C所示，依序以毯覆式形成一保护层220和一第一平坦层230金属层间介电层(IMD)215上。第一平坦层230的材质可为高透光度的光致抗蚀剂材料，例如透明树脂或负光致抗蚀剂，其透光度大抵大于或等于95％。其中，第一平坦层230具有能抵抗曝光及显影过程中显影液侵蚀的能力，且经过平坦化工艺后，具有平坦的表面。
随后，如图3D所示，形成一蓝色彩色层350B于第一平坦层230上，再形成一图案化光致抗蚀剂层360于蓝色彩色层350B上。接着，如图3E所示，施以曝光及显影工艺，以形成图案化蓝色滤光元件351B于感测像素阵列205之上。
之后，请参阅图3F至图3G，先形成一红色彩色层350R于第一平坦层230和图案化蓝色滤光元件351B上，再形成一图案化光致抗蚀剂361于红色彩色层350R上，并施以曝光及显影工艺，以形成与上述图案化蓝色滤光元件351B相邻的图案化红色滤光元件351R于感测像素阵列205上。
接着，请参阅图3H至图3I，形成一绿色彩色层350G于第一平坦层230、图案化蓝色滤光元件351B和图案化红色滤光元件351R上，并施以回蚀刻或化学机械研磨(CMP)工艺，以形成图案化绿色滤光元件351G于感测像素阵列205上，且介于图案化蓝色滤光元件351B和图案化红色滤光元件351R之间。因此，形成一彩色滤光阵列250。
随后，请参阅图3J，形成第二平坦层240于第一平坦层230上，覆盖彩色滤光元件351R、351G、351B。第二平坦层150的材质可为高透光度的光致抗蚀剂材料，例如透明树脂或负光致抗蚀剂，其透光度大抵大于或等于95％。第二平坦层240的材质可与第一平坦层230的材质相同。
最后，请参阅图3K，形成微透镜元件380于第二平坦层240上，且对应感测像素阵列205及彩色滤光阵列250。因此，便形成一彩色图像传感器390。
值得注意的是，若使用化学机械研磨工艺来形成上述图案化彩色单元351，则可形成一具有高平坦度的彩色滤光阵列250，因此，可不需形成上述的第二平坦层240。
如图4所示，其绘示按照一实施例所制造的彩色滤光片的剖面图。首先，形成一栅极15与一第一金属层22于一下基板400上。接着，形成一介电层430覆盖栅极15、第一金属层22和下基板400。随后形成当作是通道层的一半导体层40于栅极15上方的介电层430上。
之后，形成一源极52延伸至部分半导体层40上，并且同时形成一漏极54于部分半导体层40和介电层430上，以及形成一第二金属层55于介电层430上。其中，第一金属层22、第二金属层55以及夹于其间的该介电层430构成一存储电容结构99。
接着，全面性形成一保护层460覆盖整个下基板400。再者，为了要得到平坦的表面，可以再形成一有机平坦层465于保护层460上，然而有机平坦层465可予以省略。为了说明方便，在此将保护层460与有机平坦层465合并称之为绝缘层468。
随后形成第一开口72、第二开口74与第三开口76，其中第一开口72穿越绝缘层468而露出第二金属层55，且第二开口74穿越绝缘层468与介电层430而露出第一金属层22，而第三开口76则穿越该绝缘层468而露出漏极54。
接下来，形成一第一透明导体层480于部分绝缘层468上，并填入该第一开口72而电性连接第二金属层55。随后形成当作是像素电极的一第二透明导体层482于部分绝缘层468上，并填入第二开口74与第三开口76而电性连接第一金属层22与漏极54。接着，形成一配向层470于上述第二透明导体层482上。
请再次参阅图4，提供例如玻璃的一上基板600，其对向于下基板400，且在上基板600的内侧表面上，形成一彩色滤光片610，其制作方法包括下列步骤：首先，形成一层遮盖层615于上基板600上，以定义出次像素单元；接着，形成一蓝色彩色层于基板上，再形成一图案化光致抗蚀剂层于此蓝色彩色层上，并施以曝光及显影工艺，以形成图案化蓝色滤光元件650B于上基板600上。接着，形成一红色彩色层于上述基板和图案化蓝色滤光元件650B上，再形成一图案化光致抗蚀剂层于此红色彩色层上，并施以曝光及显影工艺，以形成与图案化蓝色滤光元件650B相邻的图案化红色滤光元件650R于上基板600上。接着，形成一绿色彩色层于上述基板600、图案化红色滤光元件650R和图案化蓝色滤光元件650B之上，再形成一图案化光致抗蚀剂层于此绿色彩色层上，并施以回蚀刻或化学机械研磨(CMP)工艺，以形成图案化绿色滤光元件650G于基板上，且介于图案化红色滤光元件650R和图案化蓝色滤光元件650B之间。
接着，形成一绝缘间隔层620于彩色滤光片610上，且绝缘间隔层620延伸于后续形成在上基板600和下基板400间的一液晶层450中，而用以保持液晶层450的厚度(即保持液晶胞厚度)。另外，部分遮光层的位置对应于上述绝缘间隔层620。
然后，顺应性形成当作是共通电极的一第三透明导体层630于彩色滤光片610和绝缘间隔层620上，而电性连接上述第一透明导体层480。接着，形成一配向层441于第三透明导体层630上。最后，将液晶材料注入上基板600与下基板400之间，而形成一液晶层450。根据上述工艺，便形成如图4所示的液晶显示器490。
需注意的是，上述实施例中所述的彩色滤光层，绘示为包括由红、绿、蓝等色彩染料所形成的滤光物的周期图样所组成的二维彩色滤光阵列，但并非以其加以限制本发明。此外，上述实施例所述的彩色滤光阵列亦可绘示为包括由青蓝(cyan)、洋红(magenta)与黄(yellow)等色彩染料所形成的滤光物的周期图样所组成的二维彩色滤光阵列。其中，红色滤光图样可为青蓝色滤光图样所替换、绿色滤光图样可为黄色滤光图样所替换，而蓝色滤光图样可为洋红色滤光图样所替换。再者，上述实施例的各种颜色的彩色滤光层的形成顺序仅为范例，并非用以限制本发明。
上述实施例通过回蚀刻或化学机械研磨，以图案化最后形成于彩色滤光片上的彩色单元。利用此些实施例，除可减少至少一道光刻工艺外，并可改善公知技术中，彩色单元对位不准所产生的相互交叠(cross-talk)的现象。再者，若使用化学机械研磨来进行图案化，更可获得一具有高度平坦性的彩色滤光片，因而可省略公知技术在制作彩色图像传感器时，设置于彩色滤光片上方的平坦层。
虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视后附的权利要求所限定的范围为准。
Claims (15)
1.一种彩色图像传感器的制造方法，包括下列步骤：
提供一基板，包括一感测像素阵列；
形成一金属层间介电层于该基板上，且覆盖该感测像素阵列；
毯覆式形成一第一平坦层于该金属层间介电层上；
形成一第一彩色层于该第一平坦层上；
对该第一彩色层施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第一彩色单元于该感测像素阵列上方；
形成一第二彩色层于该第一平坦层和该图案化第一彩色单元上；
对该第二彩色层施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第二彩色单元于该感测像素阵列上方，且与该图案化第一彩色单元相邻；
形成一第三彩色层于该第一平坦层、该图案化第一彩色单元和该图案化第二彩色单元上；以及
对该第三彩色层施以一回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺，以形成一图案化第三彩色单元于该感测像素阵列上方，且介于该图案化第一和第二彩色单元之间。
2.如权利要求1所述的彩色图像传感器的制造方法，还包括：
形成一第二平坦层于该第一平坦层上，且覆盖该第一、第二和第三彩色单元上；以及
形成一微透镜阵列于该第二平坦层上，且对应该感测像素阵列。
3.如权利要求1所述的彩色图像传感器的制造方法，还包括形成一保护层于该金属间介电层上。
4.如权利要求1所述的彩色图像传感器的制造方法，其中该金属层间介电层为一复合层，且该复合层包含两层或两层以上的金属层间介电层。
5.如权利要求1所述的彩色图像传感器的制造方法，其中该第一、该第二与该第三彩色单元包括择自由绿色、蓝色与红色等色彩所组成族群中的一不同色彩。
6.如权利要求1所述的彩色图像传感器的制造方法，其中该第一彩色单元、该第二彩色单元与该第三彩色单元包括择自由青蓝色、洋红色与黄色等色彩所组成族群中的一不同色彩。
7.如权利要求1所述的彩色图像传感器的制造方法，其中该第一平坦层与该第二平坦层由透明树脂或光致抗蚀剂材料所组成。
8.一种彩色滤光片的制造方法，包括下列步骤：
提供一基板，具有一显示区；
于该基板上形成一遮光层且于该显示区定义出多个次像素区；
形成一第一彩色层于该基板和该多个次像素区上；
施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第一彩色单元于所述多个次像素区上；
形成一第二彩色层于该基板、该图案化第一彩色单元和所述多个次像素区上；
施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第二彩色单元于所述多个次像素区上；
形成一第三彩色层于该基板、该图案化第一彩色单元、该图案化第二彩色单元和所述多个次像素区上；
施以一回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺，以形成一图案化第三彩色单元于所述多个次像素区上；以及
于该遮光层上方形成一导电层。
9.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其中该第一彩色单元、该第二彩色单元与该第三彩色单元包括择自由绿、蓝与红等色彩所组成族群中的一不同色彩。
10.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其中该第一彩色单元、该第二彩色单元与该第三彩色单元包括择自由青蓝色、洋红色与黄色等色彩所组成族群中的一不同色彩。
11.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其中该电极层包括ITO、IZO、ZnO:Sn、ZnO:V、ZnO:Co、ZnO:Al、ZnO:Ga、ZnO:Ti或ZnO:In。
12.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其中该导电层以溅镀法、蒸镀法或无电镀法镀上。
13.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其中该遮光层的材质包括黑树脂或黑压克力。
14.一种彩色滤光片的制造方法，包括下列步骤：
提供一基板；
毯覆式形成一平坦层于该基板上；
形成一第一彩色层于该平坦层上；
对该第一彩色层施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第一彩色单元于该平坦层上；
形成一第二彩色层于该平坦层和该图案化第一彩色单元上；
对该第二彩色层施以曝光及显影工艺，以形成一图案化第二彩色单元于该平坦层上；
形成一第三彩色层于该平坦层、该图案化第一彩色单元和该图案化第二彩色单元上；以及
对该第三彩色层施以一回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺，以形成一图案化第三彩色单元于该平坦层上。
15.如权利要求14所述的彩色滤光片的制造方法，其中该平坦层由树脂或光致抗蚀剂材料所构成。
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