TW554227B - Using DUV curing to form a protective coating for color filters - Google Patents

Description

554227 五、發明說明（1) 發明背景 (1 ) 發明領域 本發明是有關於一種彩色光偵測器的製作。更特別的 是，本發明是有關於一種在彩色光偵測器中所使用到的濾 色器上形成保護塗層。 (2 )習用相關技術之說明 彩色光偵測器在數位影像應用中變得越加重要。數位影 像系統常使用光偵測器陣列，以產生物體的影像。為了產 生彩色數位影像，便在光感測器上製作出濾色器，比如光 偵測器。每個濾色器只讓一種預設的彩色光（某特定頻率 範圍内的光）到達相對應的光偵測器上，進而決定何種色 光會被光偵測器所感測到。 數位影像中的每個彩色像素，一般是結合一組光偵測器 的輸出所產生的。其中的一種作法是，結合一組光偵測器 的輸出，以產生一個彩色像素。該組中的每個光偵測器是 非常接近於該組中的另二光偵測器。其中一個實例是，藍 色濾、色器對到達第一光"ί貞測器的光線進行過濾、，紅色遽色 器對到達第二光偵測器的光線進行過濾，綠色濾色器對到 達第三光偵測器的光線進行過濾。藉決定出通過每個濾色 器光線的強度，可以決定出特定色彩或波長光線的強度。 電子處理器從三個光偵側器的資料進行内插，並結合以決 定出光偵侧器在一般像素範圍内所接受到的色彩。該資訊 以電子方式處理，並結合其他組的光偵測器，以產生數位 彩色影像。

554227 —' ' 1 ----——— 表、發明說明（2) 光偵測器與濾色器一般是在互補型金氧半（C μ 〇 S )製程中 成。製程中會發生一些效應，降低濾光能力或對濾色器 尤其是，製程中所遇到的三個問題，將在以; 釋0 形成 邊成損壞 説明中作解釋 第一個問題是’相鄰濾色器内組成成分的褪色。濾色器 陣列是安置在光偵’則器或影像感測器上，通常是沉積出分 散於高分子薄膜中的顏料來產生的。顏料的型式決定渡^ 器的濾色能力。在一般的色彩偵測系統中，相鄰濾色器具 有不同的顏料。當每個光感測器都覆蓋住單一濾色器時，、 不論是紅的，藍的或綠的，系統的性能會最佳化。濾色器 阻擋其他的色光通過到達光感測器。理想上，是要製造= 能傳送所有特定色彩的光線，並完全阻擋其他色光的濾色 器。實際上，不同濾色器（紅色，藍色或綠色）間的緊密接 觸，會在製程進行中造成顏料的輕微混合（"褪色π )。褪 會造成每個濾色器的反應變寬，降低每個濾色器的色彩 別能力。褪色會降低系統的性能。 第二個與製程技術有關的問題是，進行研磨鱼 製程（研磨/今萝裎）φ，、占a 1 1 "L積·的 ::?歷/至衣粒）中’慮色器常會損 色器陣列)層材料的沉積製程後，包含有、唐：= ΘΑ(/慮 基材接著進行研磨/金f 骆仅》a有，慮色扣的日日圓或 上，而晶圓的後側則變衣^並將用保ΛΛ側的膠帶貼到晶圓 程後，在去膠帶操作中從丄用復皿住。完成研磨/金製 中易受到物理性損壞。* °亥知τ。濾色器在去膠帶操作 以及光感測器的功能性：成】：損壞會對結合製作濾色器 554227 五、發明說明（3) 第三個與製程技術有關的問題是，由於對整組的濾色器 重複製程步驟，一次加入一個不同色彩的濾色器。產生出 第一濾色器後，便利用後續層中後續不同顏料高分子薄膜 的沉積，來產生每個後續的不同濾色器。因此三組濾色器 (紅色，藍色或綠色）便牵涉到三個顏料高分子薄膜的沉積 製程。因為每層的顏料高分子薄膜是由相類似的材料所構 成，所以製作或薄層處理時的顯微製程，可能會損壞到之 前已產生的薄層，並需要再次對之前已產生的薄層進行處 理。 置 裝 或 法 方 的 題 問 述 上 免 避 能 二&一| 種 一要 要摘 需單 ，簡 此的 因明 發 光性 在護 積保 沉的 有圍 含周 包器 構色 結濾 該一 。 第 構在 結及 的以。 線，層 光器子 測色分 積遽高 種一度 一 第密 明的高 說上且 要器鏈 將測交 感高 程 製 同 不 在 列 1-61 器 色 中 例 施 實 明 發 本 康 明2目 說是示 單E剖 簡-1的 的1A中 式圖段 圖 階 同 不 示 在 剖 列 的 陣 置 器 裝 色 之 濾 器 中 色 例 濾 施 中 實 例 一 施 另 實 明 明 ο 發卩發 據 — 據 依爿依 是 用 E 中使 2 殳 — -4是 A 皆 一/ 2 ί 3 圖程圖 製 圖 保 圍 周 器 色 及 以 器 色 中 法 方 明 發 本 據 依 示 顯 是 4 圖 圖 程 流 驟明 步說 乍 田 製詳 Aw 層明 護發

554227 五、發明說明（4) 依據本發明實施例，在不同的濾色器薄層之間形成保護 性高交鏈且高密度高分子層。保護層會保護並降低濾色器 的損壞。例如，利用保護層，使得研磨/金沉積製程中的 去膠帶處理只會損壞很少量的濾色器。保護層最好是用高 交鏈且高密度表面高分子來形成，而該高分子是在深紫外 線（DUV)熟化製程中形成的。CFA之間的高交鏈且高密度高 分子層，當後續CFA進行顯微處理時，也會降低對之前已 沉積的CF A層進行再處理的需求。最後，使用在相鄰濾色 器之間的高交鏈且高密度高分子層，會降低相鄰濾色器間 顏料或CFA高分子材料的褪色。降低褪色能改善每個濾色 器的色彩選擇性。 在相關的圖式中，提供某些細節來方便對本發明的了 解。例如，規範中會記住熟化時間，以及處理材料與紫外 線的波長。然而，要了解的是，可以使用其他的材料，且 不同的熟化時間也可能是適當的。所包含的詳細内容是用 來提供方便對本發明的了解，而不是用來限定本發明的範 圍。例如，會省略掉說明產生光偵測器步驟的某些細節， 因為這些細節會模糊本發明，並且已經是熟知該技術領域 人士所了解的。 圖1 A-1E與圖2A-2E顯示出在不同處理階段下濾色器與保 護層或塗層的簡化剖示圖。圖1 A- 1 E顯示出在使用保護層 以降低相鄰濾色器間顏料褪色時，濾色器與保護層的簡化 剖示圖。圖1 A- 1 E中所顯示的實施例，當顯微處理步驟發 生時，也會極小化對已製造濾色器需要"再處理π的可能

554227 五、發明說明（5) 性。

圖1 A的CF A高分子1 〇 4形成濾色器，沉積在基材1 〇 8上。 基材1 08可以是矽晶圓。可以在CFA高分子1 〇4下，形成如 光偵測器裝置的光感測器。可以在基材1 08與CFA高分子 1 0 4之間形成光偵測器，或是在基材1 0 8中内建光偵測器。 可以用旋轉塗佈製程沉積出CFArt；分子1〇4 °CFA高分子104 一般包含基材高分子樹脂，比如包含有單一高分子串的聚 丙稀酸酯。一般是用溶劑將該樹脂製成溶液狀，而利用光 敏感劑來造成高分子串的交鏈反應。有機金屬顏料混合到 樹脂中。所加入的顏料型式會決定出由CF A高分子所過滤 過的光波長。

圖lb顯示在CFA南分子104上形成南交鍵且高密度高分子 層1 1 2。在其中一實施例中，在熟化製程中，將(；FA高分子 曝露到深紫外光下，形成高交鏈且高密度高分子層。在所 述的實施例中，熟化製程會造成高分子材料的氧化樹脂， 包含高密度高分子材料層。在曝露到深紫外光時，會發生 交鏈與密緻化。在上升硬烤製程中，會發生曝露到深紫外 光，其中濾色器被加熱到超過2 0 0 t：。在較佳實施例中， 最後的高交鏈且高密度高分子層只有約2 /1 〇微米的厚度。 為了形成鄰接的濾色器，在後續的沉積製程中，將第二 或後續C F A高分子1 1 6層，沉積在基材1 〇 8上。後續c F A高分 子11β層可以包圍住高交鏈且高密度高分子層112，如圖lc 所示。比起CFA南分子104 ’後績CFA南分子116層包含不同 的有機金屬顏料。光定義製程去除掉過多的C f a高分子材

554227

2 ：些過多的CFA高分子材料是在 的第一濾色i§ ，如圖1 d餅- 々— ^ ^ 丨〜风 器具有不同的光線=:。；：=12°與第-渡色 結合到高分子中。』= !同的有機金屬顏料 := 二極小化第二據色議與第-渡色器間Ξ二 在顯微製程時，高交鏈且高密度高分子層n 所形成的第一濾色器。去除掉第二濾色器丨2 〇後，具有保 護性高交鏈且高密度高分子層丨12的第一濾色器，還保持 完整，如圖1 e所示。在一般的光偵測器組中，第二與第三 濾色器也會製作在原先的第一濾色器周圍。 ^ 圖2顯示依據本發明另一實施例中濾色器陣列的剖示 圖。圖2所示的實施例適合用多個濾色器來過濾照在感測 器上的光線。圖2 A是第一濾色器2 〇 4，在光偵測器與基材 2 0 8上形成。在上升硬烤製程中’將第一濾色器2 〇 4曝露到 深紫外光，會形成高交鏈且高密度高分子層212，包圍第 一濾色器204，如圖2b所示。 在圖2c中，後續CFA高分子層216沉積在第一濾色器204 以及保護性高交鏈且高密度高分子層212上。進行光定義 製程，以去除掉產生第一濾色器2 〇 4上第二濾色器2 2 0以及 高交鏈且高密度高分子層212過多的材料。第一高交鏈且 高密度高分子層2 1 2也會保護第一濾色器2 0 4，在製作第二

554227 五、發明說明（7) 濾色器2 2 0發生處理錯誤時不會受到損壞。為了在第二渡 色器220上形成第二高交鏈且高密度高分子層224如圖2e所 示，將第二濾色器2 2 0曝露到深紫外光。曝露到深紫外光 後，第一濾色器2 0 4與第二濾色器2 2 0是由相對應高交鏈且 高密度高分子層212與224所保護。每個高交鏈且高密度高 分子層21 2與224 —般是十分幾微米厚，並在去膠帶與濾色 器表面後續去膠帶時’極小化濾色器2 〇 4與2 2 0的損壞機 率。

圖3是使用濾色器之裝置的剖示圖。氧化層3 〇 4當作基 材，支撐住偵測裝置。如半導體光偵測器的光感測裝置， 一般是結合到氧化層，或氧化層3 〇 4表面上的薄層中。如 圖3所示的實施例中’在氧化層3 04上長出氮化矽層3〇8。 濾色器3 1 2在金屬線3 2 4與3 2 8之間的位阱内形成。該滅色 器讓預設頻率範圍的光線通過。濾色器3丨2阻擋其他$光 線。保護性高交鏈且高密度高分子層32()覆蓋住濾色器 3 1 2。要注意的是，所顯示的並不是適當尺寸大小，=為 高交鏈且南密度高分子層320只有幾埃的厚度，而淚色器 3 1 2 —般有約1 5，0 〇 〇埃的高度。因此在實際尺寸大小的圖

式中，保護性高交鏈且高密度高分子層32〇幾乎是看不 到。 高交鏈且咼密度高分子層3 2 0當作保護性塗層，最好邊 具有極小化的光學效應。因此高交鏈且高密度9高 32 0最好是不會影響到濾色器312的光線穿透率。八曰 324與328 —般是由鋁-矽—銅合金所構成，而所

554227 五、發明說明（8) 實施例中’是被氮化矽材 中，金屬線324與32 8是當作 名在本發明的實施例 的接觸線。 作連接4色器312底下光偵測器 在本發明的較佳實施例中，使 影像，每個濾色器具有不 一 *濾色15來產生彩色 器的其中之一。每個光哭合二：對應於三個光偵測 大約的光績。在實施每個頻率範圍内 電腦中的部分圖形卡”"訊用電c置可以是個人 圖4是顯示濾色器以及清//两泉円色衫以及強度。 程圖。在步驟4〇4中，用來#測光層的製作步驟流 上形成。也可以形成其他先—極體，在基材 材一般包含氧化石夕材料。適當基如金屬線。基 程中所用到的半導體晶圓。在步的實例是半導體製 咼分子塗層，沉積在基材上，中，形成濾色器的 高分子塗層-般是包含有機金屬顏u轉塗佈製程中。 顏料決定高分子的濾光特性。在步、封脂’言亥有機金屬 熱到攝氏90。大約9〇秒，以便熟化兮古12中，、該材料被烤 為了形成裝置結構，在步驟41〇中^分子塗層丄。 層上，而且整個表面都曝露到約3 6 5太L罩放到高分子塗 大約m毫秒。最後的材料在顯影劑：：波長的光線中， 去除掉步驟42 0中過多的材料。者’之中進行顯影，以 在男、砭例中，顯影劑是稀 554227 五、發明說明（9) 釋的氫氧化銨（鹼性）溶液。最後的結構在步驟4 2 4中又被 烤熱到約1 8 0 °C，三秒，以便熟化該材料。所以形成第一 濾色器來過濾一種色光的製程便完成。 在步驟428-432中，保護層在濾色器上形成。在步驟428 中，該濾色器以及相關的基材是在第二處理室内，或是 DUV熟化單元内。DUV熟化單元是商業上可由Fus i on Systems公司獲得的，而且是用在互補型金氧半（CMOS)處 理中。 在步驟43 2中，濾色器在上升硬烤製程中被烤熱大約十 六秒，並在π熟化π製程中曝露到深紫外光。一般在上升硬 烤製程中，濾色器的溫度在大約β 〇秒内從2 2。〇上升到

2 0 0 °C。最好是，濾色器的溫度上升在60秒内是線性上 升。如果使用DUV(深紫外線）熟化製程，所使用的波長拿 圍是從193奈米到248奈米。高強度的uv光一般是超過2〇丨

WattS/Cm2。熟化製程時，沿著濾色器已曝露周邊的有機 材料，會吸收掉造成邊绘& * =痛、 ^ 成高交鏈且高密度高分t料緻密化以 中，硬烤熱製程利用曝t層的紫外光般㈣祕製 刻的攻擊性化學處理之：到1外光丄：:匕：離子佈植或'

程中，交鏈高分子1):，穩'定住光被衫材料。在⑽S 鏈高分子層是當作保!;：必須去除掉。在目前情況中’ 當需要避免不同遽2;高交鏈”子層。 同遽色器重複步驟408色:，間發生褪色日…以對每個 高分子層，包圍每個塘/驟432，以形成馬交鏈且高密 /慮色器。例如，可以重覆步驟40 8到

第13頁 554227 五、發明說明（ίο) 步驟4 3 2三次，形成紅色，綠色，藍色的濾色器。每次重 複時，步驟4 0 8被修改成加入包含有不同混合顏料的高分 子材料。 在另一貫^例中’當高交鏈且高密度高分子層的目的， 只是要來避免去膠帶製程時的損壞，只需重複步驟4〇 8到 步驟432 —次’對貼膠帶/去膠帶製程，用高交鏈且高密度 南分子層覆蓋住所有的有機表面。在所有濾色器形成後進 二步驟40 8到步驟432 —次，以便在所有濾色器上，產生高 父鍵且南密度高分子層。接著可以將膠帶貼到整個表面 上’以便在研磨晶圓的其他表面並進行金接觸製程時保護 ，面。研磨以及金接觸製程完成後，去除掉該膠帶，一般 璃紙私帶。南交鏈且高密度高分子層會降低底下濾色 口口在去膠帶製程時損壞的可能性。 ί 2:=體：t用數個相鄰近的*:極體，每個光 器的：器所填滿的光線，讓比如圖形處 使用成陣列結構的多組光二極體，可 = 某j實施例已經做了詳細的說明，而且顯 限制ί了：的、是，這些實施例對本發明只是說明性： 加=性。本發明不受限於在此所顯示並說明 〜而 的不同的其他修改對於熟知該技術領域的人排

Claims (1)

1. 554227 六、申請專利範圍 Ά ν：Γ 1. 一種偵測光之結構，包含： 一光感測器； :以及 ，置於第一濾色器周 進一步包含： 一第一濾色器，沉積在光感測器上 一保護性南交鍵且局密度南分子層 邊。 2. 如申請專利範圍中第1項之結構， 一膠帶，施加至高交鏈且高密度高分子層上，用於在研 磨/金製程時保護第一濾色器。 3. 如申請專利範圍中第1項之結構，進一步包含： 一第二濾色器，該第二濾色器阻擋掉與被第一濾色器所 阻擋掉的不同色光，第二濾色器係鄰接在第一濾色器周邊 的保護性高交鏈且高密度高分子層。 4. 如申請專利範圍中第1項之結構，其中該保護性高交 鏈且高密度高分子層是將第一濾色器曝露到紫外光下所形 成的，該紫外光在硬烤熱製程中，具有193奈米到248奈米 的波長。 5. —種製造光偵測結構之方法，包含： 在基材上的第一光二極體上，形成第一濾色器； 在硬烤熱製程中，將濾色器-光二極體的組合曝露到紫 外光下，在第一濾色器上，形成一第一保護層，以便在濾 色器-光二極體的組合上，形成高交鏈且高密度高分子 層；以及 形成一第二濾色器，係鄰接第一保護層。 6. 如申請專利範圍中第5項之方法，其中該紫外光具有

   匪11__ 第15頁 554227 六、申請專利範圍 1 9 3奈米到2 4 8奈米的波長。 7. 如申請專利範圍中第5項之方法，進一步包含以下步 驟： 將一膠帶施加至高交鏈且高密度高分子層上； 研磨光偵測結構的表面；以及 從高交鏈且高密度高分子層上去除掉該膠帶。 8. 如申請專利範圍中第5項之方法，進一步包含以下步 驟： 在基材上的第二光二極體上，製作一第二濾色器，該第 二濾色器被設計成吸收掉與該第一濾色器不同的波長光 線； 將第二濾色器在硬烤熱製程中，曝露到高強度紫外光 下。 9. 如申請專利範圍中第5項之方法，進一步包含以下步 驟： 在濾色器-光二極體的組合曝露到矽烷基化合物之前， 將第一濾色器，曝露到顯影劑溶液中，以去除掉過多的材 料。 1 0. —種產生數位影像之結構，包含： 一基材； 複數個光偵測器，在該基材上形成； 複數個濾色器，該複數個濾色器中的每個濾色器具有一 輸入被該複數個濾色器中的一濾色器所覆蓋住，該複數個 濾色器中的一第一濾色器被設計成阻擋掉第一頻率的光

   第16頁 554227 々、申請專利範圍 ^而忒複數個濾色器中的一第二滹色哭被設計成卩且# 第二頻率的光線； 木4巴扣很卩又。卞烕阻揞掉 、、則^ 2 ί子叙I，結合從複數個光偵測器中的至少二光伯 測=得士的資料，產生彩色數位影像；以及 先偵 又鏈问分子保護層，保護該複數個光偵測器。 穿晉·：田申請專利範圍中第10項之結構，#中該支援電子 資料。後數個光偵測器之間的點，11内插處理，以結合 _ 早1申請專利範圍中第10項之結構，其中該交鏈高分 ”棱曰的厚度在5〇〇與1，0 0 0奈米之間。 13·^如申請專利範圍中第1〇項之結構，其中該交鏈高分 呆€層是將高分子曝露到強紫外光輻射下所形成的。 • 14^如申請專利範圍中第1〇項之結構，其中該交鏈高分 保護層覆蓋住每個濾色器，使得該交鏈高分子保護層被 夾在相鄰濾色器之間。 1 5 · 一種债測光線之結構，包含： 一感測光線裝置； 一過f色光裝置，由該感測光線裝置所接收； 二保護過濾色光裴置之裝置，該裝置保護利用保護性交 鍵南分子層。 1 6 ·如申請專利範圍中第1 5項之結構，進一步包含： 一黏性膠帶’黏貼到保護過濾色光裝置之裝置上。 =·如申請專利範圍中第15項之結構，其中該保護過濾 一衣置之I置包含一材料層，是在上升應烤熱製程中，

   第17頁 554227 六、申請專利範圍 曝露到強紫外光下所形成的。 1 8.如申請專利範圍中第1 5項之結構，其中該感測光線 裝置包含一光二極體，從矽所製作出來的。 1 9.如申請專利範圍中第1 5項之結構，其中該過濾色光 裝置包含一顏料聚丙烯酸酯高分子。

   第18頁