TWI227037B - Method of forming planar color filters in an image sensor - Google Patents

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Description

1227037 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域·· 本發明與一種影像感測器有關，特別是一種應用到一 影像感測器之彩色濾波器。 先前技術： 影像感測器可以被利用來產生靜物攝影照片或電視影 像之電子積體電路。固態的影像感測器可以是電荷耦合元 件（CCD)型態或互補式金氧半導體（CMOS)型態。在每一 φ 種型態之影像感測器中，一光聚集圖素（pixel)是形成 於一底材中，並且排列在一二維陣列中。目前典型的影像 感測器包括數百萬的圖素以提供一高的影像之解析度。上 述影像感測器之最重要的部份是形成於上述圖素上之彩色 濾波器與微透鏡結構。就其名稱所暗示的，上述彩色濾波 器伴是隨著訊號的產生而提供一彩色影像。上述微透鏡則 提供了聚焦上述入射光線到上述圖素之上，並且因此增進 了每一個圖素的填充因子（fi 1 1 factor)。 底下之彩色濾波器之形成技術是相當成熟的，不過仍 ❶ 有一些問題可能會引起，特別是在更高的聚集密度中。例 如美國第6，2 9 7，0 7 1號專利、美國第6，3 6 2，5 1 3號專利與美 國第6，2 7 1，9 0 0號專利顯示了上述彩色濾波器之目前狀 態。在大部分的彩色濾波器製程中，一個最重要的需求是
1227037 五、發明說明（2) 上述彩色濾波器層以一種平面的方式被應用。如果底下的 底材被應用於上述彩色濾波器之上，則開始平面的方式是 比較容易完成的。 下面的底材，在上述彩色濾波器之下面，由於許多原 因所以是相當凹凸不平的。在習知技術中，這個凹凸不平 將可以被簡單地藉由利用旋轉（sp i n on)技術第一沉積 一第一平面層到上述底材地形之低凹處來解決。然後，一 第二平面層將沉積到上述第一平面層之上。這二個平面層 典型地是聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)或聚縮 φ 水甘油丙烯酸甲酯（PGMA)。然而，這個方法仍然無法提 供理想的平坦度。 發明内容： 本發明揭露一種平面化一影像感測器底材之方法，包 括：沉積一第一聚合物層於上述影像感測器底材之上；然 後，圖案化上述第一聚合物層以形成柱狀之第一聚合物 層；最後，沉積一第二聚合物層於上述柱狀之第一聚合物 層之上。 ❼ 本發明亦揭露一種形成彩色濾波器於一影像感測器底 材上之方法，包括：沉積一第一聚合物層於上述影像感測 器底材之上；然後，圖案化上述第一聚合物層以形成柱狀
第6頁 1227037 五、發明說明（3) 之第一聚合物層，之後儿積一第一聚合物層於上述；J:主狀 之第一聚合物層之上；最後，形成一彩色濾波器層於上述 第二聚合物層之上。 ^ 實施方法： 本發明係有關於一種應用於一影像感測器之一彩色據 波器之形成之前形成一平面層之方法。在接下來的描述 中，提供了許多的具體的詳細說明以提供對於本發明之實 施例的一個完整的了解。然而，對於一個熟知習知技術的 人而言，沒有一個或更多個具體的詳細說明，或者是有其 他方法、構成要素等，本發明都可以被實施。在其它例^ 中，熟知的結構或運作不加以顯示或詳細描述以避免模糊 了本發明不同實施例的觀點。 整個說明書中所提及到的一 embodiment)丨丨或 丨丨一實施例(an embodiment)丨丨是意謂 著：關聯著一實施例中所描述的一個特殊的特徵、結構或 特性疋包括在至少一個本發明之實施例中。因此，在整個 說，，不同地方中所出現的"在一個實施例中（in 〇ne rTTm :V 在—實施例中an emb〇diment)-之句子不必然是指向相 特徵、結構或特性也可处p f ^例。此外，上述之特殊的 7固實施例中。 、任何的方式而結合在一個或多 !227〇37 五、發明說明（4) ---------- ^ ^ Ξ ； ?〇 ΤΛ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 感測器包括一複數個m去截面圖。如圖一所示，上述影像 中之光檢測元件1〇3,上述光上二圖素具有形成於上述底材 ;-，例如-光電二極體光以是許多型態 成於每一個圖素之上的是一 匕固恶光感兀件。形 ;入射光在上述光檢測元件；4鏡1(35值3微透鏡105聚 J由旋轉塗佈一層微透鏡材料在—上。傳統上，微透鏡是 卜圖素之上之其它形成；m中於上迷 “形成-料 考數字107來^先表檢測右\件/03與微透鏡m之間的區域= 彩色滹波@ >彳 5夕的中間層典型地應該包括上> 一的與不同的金屬導線。可以理解的是ΐ 的、、，。構僅僅是一影像感測器的— ^ η +圖 可以採取任何不同種類的。_ 、’發明是 ，以形成在上述微透鏡，上述彩色據坡層 上述彩色濾波器層1 〇 9典型地e〜 材料中形成，其將僅僅允許一窄的 < —被著色或染色之 例如紅色、藍色或綠色。在其它實=頻帶經由那裡通過， 器可以是青綠色、*色或洋紅色。：：中’上述彩色濾坡 色渡波S 109之一些例子。被著 4所舉的顏色只是彩 用是最普遍的彩色遽波器之形式/ \色的顏色材料之使 異它反射型態的彩色、歲
1227037 五、發明說明（5) 波器也可以被使用，例如一堆疊層反射材料。上述彩色濾 波器1 0 9之形成是習知技術已知的，並且在此也不予以描 述以避免與本發明之敘述有任何不必要的模糊關係。 本發明直接朝向於形成上述彩色濾波器1 0 9之前預備 (藉由平面化）底材之製程。圖二顯示了具有圖素形成於 其上之一典型的晶圓底材201。上述圖素（pixels)包括 光檢測元件2 0 3，在這個例子中是光電二極體。然而，可 以理解的是，其它型態的光檢測元件，現在已知的（例如 光閘）或未來將開發的也可以被利用。再者，上述圖素典 _ 型地包括放大與/或讀出電路。為了簡化，這個電路就不 顯示於圖二中。在一實施例中，上述圖素可以是習知技術 中常用的主動圖素。詳細的形成上述光電二極體與其它相 關電路的方法已經是習知技術所知，因此在此就不重複以 免模糊的本發明。然而，習知技術的例子可以參考美國第 5，9 0 4，4 9 3號專利與美國第6，3 2 0，6 1 7號專利。 然而，其它結構是在目前的底材2 0 1之中。一個導電 結構2 0 5的例子是多晶矽或金屬内連線，那一些例如是用 來攜帶從上述光檢測元件2 0 3或圖素中的其它元件所傳來 〇 的信號。因為這一些導電結構2 0 5通常是形成於上述底材 201之上，這導致了一個不平坦的地形，這由低凹處20 7與 隆起處2 0 9表示。
1227037
五、發明說明（6) 上述低凹處2 0 7與隆起處2 0 9應該在上述彩念$ 1 〇 9形成之前平坦化。因此，回到第二圖，根樯 σ 像本發明夕 一實施例，一第一聚合物層3 0 1旋轉覆蓋於上诚 ‘ 4履材2 〇 1 $ 上。上述第一聚合物層3 0 1在一實施例中是聚縮水甘、、 烯酸曱酯（PGMA)或聚甲基丙烯酸甲酯（Ρμμα) 。^由丙 其它材料的型態也可以來取代，但是較佳的枒粗9f ’ A 何料疋旋轉塗 师（spun on)並進一步烘烤成一固體。例如包括不同的 旋轉塗佈玻璃上（spin on glass)之材料與光阻材料。 底下相關的第四圖可以看到，上述光阻型態的材料在⑩ 一實施例中是有優點的，因為它們可以直接藉由曝光與顯 影來圖案化。非光阻型態的材料也可以利用，但是需要一 個進一步的蝕刻步驟。特別地是，如圖四所示，上述第一 聚合物層3 0 1圖案化成為具有一分離距離d之柱狀物4 0 1。 上述柱狀物4 0 1不需要設定為一個規則的圖案，也不需要 任何特定的大小，但是在一實施例中，上述參數d是2微米 的級數。在一光阻型態材料的例子中，上述第一聚合物層 3 0 1之圖案化可以藉由從一例如步進機之一曝光輻射來曝 光上述第一聚合物層3 0 1來形成。然後，上述第一聚合物 層3 0 1可以被顯影而形成上述柱狀物4 0 1。在一非光阻型態. 材料的例子中，上述第一聚合物層3 0 1之圖案化需要利用 不同的罩幕與蝕刻技術。 回到第五圖，上述柱狀物4 〇 1形成之後，一第二聚合
第10頁 1227037 五、發明說明（7) 物層501沉積於上述柱狀物40 1之上。上述第二聚合物層 5 0 1在一實施例中是聚縮水甘油丙烯酸甲酯（PGMA)或聚 甲基丙烯酸甲酯（PMMA)。然而，其它材料的型態也可以 來取代，但是較佳的材料是旋轉塗佈（spun on)並進一 步烘烤成一固體。例如包括不同的旋轉塗佈玻璃上（s p i η ο n g 1 a s s)之材料與光阻材料。可以發現上述柱狀物4 0 1 將導致上述第二聚合物層5 0 1變成大大地平坦了。 再者，為了控制平坦化上述第二聚合物層501之厚 度，一選擇性的後蝕刻步驟可以執行以降低上述第一與第 ♦ 二聚合物層之厚度到一個想要的與/或可控制厚度於上述 底材之上。 從以上可以瞭解，本發明以一些特定實施例闡明如 上，然在不脫離本發明之精神與範圍内所作之修改均可以 被實施。因此，除了下述之申請專利範圍之外本發明是不 受限定的。
1227037 圖式簡單說明 圖式簡單說明： 圖一所示為習知技術之一影像感測器之一部份之截面 圖0 圖二至圖五為本發明之一實施例之方法之截面圖 圖示符號對照表： 影像感測器 101 光檢測元件 103〜 203 微透鏡 105〜 205 區域 107 彩色濾波器層 109 晶圓底材 201 導電結構 205 低凹處 207 隆起處 209 第一聚合物層 301 柱狀物 401 第二聚合物層 501 313 Φ Φ
第12頁

Claims (1)

1227037 六、申請專利範圍 申請專利範圍： 1. 一種平面化一影像感測器底材之方法，包括： 沉積一第一聚合物層於該影像感測器底材之上； 圖案化該第一聚合物層以形成柱狀之該第一聚合物 層；以及 沉積一第二聚合物層於該柱狀之該第一聚合物層之 上。 2 .如申請專利範圍第1項之平面化一影像感測器底材之方 # 法，更包括後姓刻該第二聚合物層。 3. 如申請專利範圍第1項之平面化一影像感測器底材之方 法，更包括形成一彩色濾波器層於該第二聚合物層之上。 4. 如申請專利範圍第1項之平面化一影像感測器底材之方 法，其中該柱狀之該第一聚合物層具有大約2微米之間 距。 5. 如申請專利範圍第1項之平面化一影像感測器底材之方 ® 法，其中該第一聚合物層與該第二聚合物層是聚縮水甘油 丙烯酸甲酯（PGMA)或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)。 6. —種形成彩色濾波器於一影像感測器底材上之方法，包
第13頁 1227037 六、申請專利範圍 括： 沉積一第一聚合物層於該影像感測器底材之上； 圖案化該第一聚合物層以形成柱狀之該第一聚合物 層； 沉積一第二聚合物層於該柱狀之該第一聚合物層之 上；以及 形成一彩色濾波器層於該第二聚合物層之上。 7. 如申請專利範圍第6項之形成彩色濾波器於一影像感測 器底材上之方法，更包括後蝕刻該第二聚合物層。 8. 如申請專利範圍第6項之形成彩色濾波器於一影像感測 器底材上之方法，其中該柱狀之該第一聚合物層具有大約 2微米之間距。 9. 如申請專利範圍第6項之形成彩色濾波器於一影像感測 器底材上之方法，其中該第一聚合物層與該第二聚合物層 是聚縮水甘油丙烯酸甲酯（PGMA)或聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)。
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