TWI517241B - 圖案化偏光膜的製作方法 - Google Patents

Description

圖案化偏光膜的製作方法

本發明是有關於一種半導體元件的製造方法，特別是有關於一種圖案化偏光膜(dichroic film)的製作方法。

彩色濾光片(color filter)為液晶平面顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)與影像偵測元件(image sensor)之關鍵零組件。其包含由紅(R)綠(G)黃(B)三原色所構成的彩色濾光陣列，並藉由結合顯示元件來顯示彩色畫面。亦可與感光元件結合，以用來讀取彩色影像。

典型的彩色濾光陣列，較佳是將不同顏色的有機染劑，嵌設於位在基材上方的一圖案化材質層中，藉以構成彩色濾光陣列圖案。由於，習知的有機染劑較不易調整光譜感度特性(Spectral Characteristics)；且易受紫外光或時間等因素影響，而發生退色問題。因此習知技術遂逐漸採用偏光膜來取代習知的染劑。

一般而言，以偏光膜形成彩色濾光鏡陣列圖案的方法，係先在基材上提供一圖案化光阻層；再以鍍膜製程，在基材以及圖案化光阻層所覆蓋的部分，形成圖案化偏光膜。並以剝離技術(lift off)移除圖案化光阻層，以定義出彩色濾光陣列圖案。

然而，習知剝離技術所採用的圖案化光阻層，通常因玻璃轉換溫度(glass transition temperature，Tg)過低，而會在偏光膜鍍膜製程中，因高溫產生回流(reflow)現象，致使剝離光阻層之後，無法使偏光膜產生清楚的高低斷差圖案，進而造成製程良率過低的問題。

因此，有需要提供一種先進的圖案化偏光膜製作方法，解決習知技術所面臨的問題。

有鑑於此，本發明是在提供一種圖案化偏光膜的製作方法，包括下述步驟：首先，於基材上形成一圖案化材質層，其中此圖案化材質層至少包含一無機材質層。接著，進行鍍膜製程，以在圖案化材質層與基材上，形成一偏光膜。然後，移除圖案化材質層，以移除形成於圖案化材質層上的一部份偏光膜。

在本發明的一實施例之中，圖案化材質層的厚度實質大於偏光膜的厚度。在本發明的一實施例之中，形成於材質層上的一部份偏光膜，與形成於基材上的一部份偏光膜，二者係彼此分離。

在本發明的一實施例之中，形成圖案化材質層的步驟，包括：先於基材上形成無機材質層；再於無機材質層上形成一罩幕層。之後，再圖案化無機材質層和罩幕層。在本發明的一實施例之中，無機材質層和罩幕層的總和厚度，實質大於偏光膜的厚度。

在本發明的一實施例之中，在進行鍍膜製程之前，更包括進行一蝕刻製程，藉以使無機材質層產生側蝕。在本發明的一實施例之中，圖案化無機材質層以及形成於圖案化材質層上的一部份偏光膜，分別與形成於基材上的一部份偏光膜分離。

在本發明的一實施例之中，對於蝕刻製程，罩幕層具有比無機材質層低的蝕刻率。在本發明的一實施例之中，蝕刻製程係一種包含有磷酸(H₃PO₄)的濕式蝕刻製程。

在本發明的一實施例之中，無機材質層係由氮化矽(SiN)材質所構成。罩幕層係由氮化矽或二氮化矽(silicon oxide)所構成。

在本發明的一實施例之中，形成圖案化材質層的步驟，包括：先於基材上，形成一富碳材質層；再於富碳材質層上，形成一罩幕層。之後，再圖案化富碳材質層和罩幕層。

在本發明的一實施例之中，富碳材質層係一非晶碳薄膜層。在本發明的一實施例之中，此非晶碳薄膜層係一先進曝光圖樣薄膜(Advanced Patterning Film^(TM)，APF^(TM))。

在本發明的一實施例之中，圖案化富碳材質層和罩幕層的步驟，包括：先進行一蝕刻製程，以圖案化係罩幕層，並將一部份的富碳材質層暴露出來。再使用氧氣電漿，移除暴露於外的一部分富碳材質層。在本發明的一實施例之中，在圖案化富碳材質層和罩幕層的步驟中，氧氣電漿會對餘留下來的富碳材質層產生側蝕。

根據上述，本發明的實施例是提供一種圖案化偏光膜的製作方法，其係採用包含有無機材質層的圖案化材質層，來取代習知的有機光阻層。再進行偏光膜鍍膜製程，在圖案化材質層以及基材上形成偏光膜。之後，再以剝離技術移除圖案化材質層，以定義出由圖案化偏光膜彩所構成的色濾光陣列圖案。由於，圖案化材質層膜，具有耐高溫的特性，在偏光膜鍍膜製程中不會發生回流現象，可使圖案化偏光膜產生更清楚的高低斷差圖案，增進彩色濾光陣列圖案的製程良率。

本發明是在提供一種先進圖案化偏光膜的製作方法，藉以形成清楚的高低斷差圖案的偏光膜，以增進彩色濾光陣列圖案的製程良率。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個作為較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照圖1A至1D，圖1A至1D係根據本發明的一實施例，所繪示的一連串製作彩色濾光陣列圖案100的製程結構剖面示意圖。此一彩色濾光陣列圖案100的製作方法，包括下述步驟：

首先，於基材101上形成一無機材質層102(如圖1A所繪示)。形成無機材質層102的材質，可以是氧化矽或氮化矽。在本實施例之中，形成無機材質層102的材質，較佳可以是氮化矽。接著，採用微影蝕刻製程105，以圖案化光阻層103為罩幕，對無機材質層102進行圖案化；藉以在無機材質層102中形成至少一開口104；並將一部份的基材101，由開口104中暴露出來。在本實施例之中，無機材質層102的圖案化，係採用含有磷酸的蝕刻劑，對無機材質層102進行濕式蝕刻，以形成包含有開口104的圖案化無機材質層102(如圖1B所繪示)。但亦可採用乾式蝕刻，來圖案化無機材質層102。例如，在一些實施例之中，可反應性離子電漿蝕刻(Reactive Ion Etching，RIE)，來圖案化無機材質層102，以形成包含有開口104的圖案化無機材質層102。

然後，在暴露於外的基材101以及圖案化的無機材質層102上，進行一鍍膜製程，藉以在基材101和無機材質層102上，形成一偏光膜106，並填充開口104(如圖1C所繪示)。

偏光膜106，係由兩種以上具有不同折射係數(refractive indices)的介電材質層，所構成的干涉濾光片(interference filter)。偏光膜106，可採用物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)製程、化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)製程、真空蒸鍍(Vacuum Evaporation，VE)製程、電子束蒸鍍(Electron Beam Evaporation，EBE)製程或其他沉積鍍膜製程來形成。並藉由調整鍍膜製程的製程氣氛，形成具有多層結構的偏光膜106。其中，不同結構的偏光膜106，可提供不同顏色的色光。

形成偏光膜106之後，再進行另一個蝕刻製程107，藉以移除剩餘的無機材質層102。在本發明的一些實施例之中，蝕刻製程107係藉由含有磷酸的濕式蝕刻劑，將位於基材101上的圖案化無機材質層102完全移除；同時，將形成於圖案化無機材質層102上的一部份偏光膜106a一併移除。形成如圖1D所繪示的圖案化偏光膜116。

值得注意的是，在本發明的實施例之中，偏光膜106的厚度T11，較佳係小於無機材質層102的厚度T12。可使形成於圖案化無機材質層102上的一部份偏光膜106a，以及形成於基材101上的另一部份偏光膜106b，二者之間產生高低落差或缺口。意即是，使形成於圖案化無機材質層102上的一部份偏光膜106a和形成於基材101上的另一部份偏光膜106b，二者彼此分離。而由於此高低落差或缺口，可容許蝕刻製程107的蝕刻劑與圖案化無機材質層102直接接觸；故更有助於蝕刻製程107移除剩餘的無機材質層102。

後續，重複上述製程，完成可提供多種色光之彩色濾光陣列圖案100的製備。

請參照圖2A至2E，圖2A至2E係根據本發明的另一實施例，所繪示的一連串製作彩色濾光陣列圖案200的製程結構剖面示意圖。此一彩色濾光陣列圖案200的製作方法，包括下述步驟：

首先，於基材201上形成一材質層202。其中材質層202至少包含一個無機材質層202a。在本發明的一些實施例之中，無機材質層202a的材質，較佳可以是氮化矽。另外，在本實施例之中，材質層202還包含一個罩幕層202b，形成於無機材質層202a之上(如圖2A所繪示)。其中，罩幕層202b具有與無機材質層202a不同的蝕刻選擇比。在本發明的一些實施例之中，罩幕層202b可以由氮化矽或二氧化矽所構成。較佳為二氧化矽材質。

接著，採用微影蝕刻製程205，以圖案化光阻層203為罩幕，對材質層202進行圖案化，藉以在材質層202中形成至少一開口204，並將一部份的基材201，由開口204中暴露出來。在本發明的一些實施例之中，係採用含有氫氟酸(HF)的蝕刻劑，對材質層202進行濕式蝕刻；亦可採用，例如反應離子蝕刻製程，對材質層202進行蝕刻；藉以同時移除一部份的罩幕層202b和無機材質層202a，進而形成包含有開口204的圖案化材質層202(如圖2B所繪示)。

之後，再進行另一個蝕刻製程208，藉以使無機材質層202a產生側蝕。在本實施例之中，係採用含有磷酸的蝕刻劑，對無機材質層202a(氮化矽)進行濕式蝕刻。由於，磷酸對於氮化矽的蝕刻率大於對二氧化矽的蝕刻率；因此可在罩幕層202b(二氧化矽)下方的無機材質層202a(氮化矽)側壁中形成側蝕缺口209(如圖2C所繪示)。

值得注意的是，雖然在本實施例之中，罩幕層202b(二氧化矽)係形成於無機材質層202a(氮化矽)之上，但無機材質層202a和罩幕層202b的排列方式，並不以此為限。例如，在本發明的其他實施例之中，只要位於下層的罩幕層202b對蝕刻製程208，具有比無機材質層202a還高的蝕刻率，即可使罩幕層202b產生側蝕。若選用不同的蝕刻液，則氮化矽亦可形成於二氧化矽之上。

接著，在暴露於外的基材201以及圖案化的材質層202上，進行一鍍膜製程，藉以在基材201和材質層202上，形成一偏光膜206，並填充開口204(如圖2D所繪示)。

偏光膜206，係由兩種以上具有不同折射係數的介電材質層，所形成的干涉濾光片。其可採用物理氣相沉積製程、化學氣相沉積製程、真空蒸鍍製程、電子束蒸鍍製程或其他沉積鍍膜製程來形成；並藉由調整鍍膜製程的製程氣氛，形成具有多層結構的偏光膜206。其中，不同結構的偏光膜206，可提供不同顏色的色光。

形成偏光膜206之後，再進行一個蝕刻製程207，藉以移除剩餘的圖案化材質層202；同時，將形成於圖案化材質層202上的一部份偏光膜206a一併移除。在本發明的一些實施例之中，蝕刻製程207係藉由含有磷酸的濕式蝕刻劑，將位於基材201上的圖案化無機材質層202a移除，藉以同時移除形成於圖案化無機材質層202a上的一部份罩幕層202b和偏光膜206a。形成如圖2E所繪示的圖案化偏光膜216。

值得注意的是，在本發明的實施例之中，偏光膜206的厚度T21，較佳係小於無機材質層202a和罩幕層202b二者的總厚度T22。可使形成於罩幕層202b上的一部份偏光膜206a，和形成於基材201上的另一部份偏光膜206b，二者之間產生高低落差或缺口。意即是，使形成於罩幕層202b上的一部份偏光膜206a，和形成於基材201上的另一部份偏光膜206b，二者彼此分離。加上，無機材質層202a的側壁具有側蝕缺口209，可確保形成於基材201上的一部份偏光膜206，不會與無機材質層202a直接接觸。因此，可容許蝕刻製程207的蝕刻劑，經由高低落差(或缺口)以及側蝕缺口209與圖案化無機材質層202直接接觸；更有助於蝕刻製程207更移除位於基材201上的圖案化材質層202。

後續，重複上述製程，完成可發出多種色光之彩色濾光陣列圖案200的製備。

請參照圖3A至3E，圖3A至3E係根據本發明的又一實施例，所繪示的一連串製作彩色濾光陣列圖案300的製程結構剖面示意圖。此一彩色濾光陣列圖案300的製作方法，包括下述步驟：

首先，於基材301上形成一材質層302。其中材質層302至少包含一個富含碳的富碳材質層302a。在本發明的一些實施例之中，富碳材質層302a，較佳可以是(但不限於是)一種非晶碳薄膜層(Amorphous Carbon Film)。在本實施例之中，此非晶碳薄膜層是一種由美國應用材料公司(Applied Materials Inc. US)所提供的先進曝光圖樣薄膜(Advanced Patterning Film^(TM)，APF^(TM))。

另外，材質層302還包含一個罩幕層302b，形成於富碳材質層302a之上(如圖3A所繪示)。其中，罩幕層302b可以由氮化矽或二氧化矽所構成。較佳為二氧化矽材質。

接著，圖案化材質層302，藉以在材質層302中形成至少一開口304，並將一部份的基材301，由開口304中暴露出來。在本實施例之中，材質層302的圖案化包含下述步驟：

首先，採用微影蝕刻製程305，以圖案化光阻層303為罩幕，對罩幕層302b進行圖案化。例如，採用含有氫氟酸的蝕刻劑，對材質層302進行濕式蝕刻；亦或採用反應離子蝕刻製程，對材質層302進行乾式蝕刻。藉以同時移除一部份罩幕層302b，並在罩幕層302b上形成開口304，使一部份富碳材質層302a暴露於外(如圖3B所繪示)。

之後，再使用氧氣電漿307，使暴露於外的一部分該富碳材質層302a因灰化而被移除。在本實施例之中，由於氧氣電漿307，會對餘留下來的富碳材質層302a產生侵蝕。因此，可在罩幕層302b下方之富碳材質層302a的側壁形成側蝕缺口309(如圖3C所繪示)。

接著，在暴露於外的基材301以及圖案化之後的材質層302上，進行一鍍膜製程，藉以在基材301和材質層302上，形成一偏光膜306，並填充開口304(如圖3D所繪示)。

偏光膜306，係由兩種以上具有不同折射係數的介電材質層，所形成的干涉濾光片。其可採用物理氣相沉積製程、化學氣相沉積製程、真空蒸鍍製程、電子束蒸鍍製程或其他沉積鍍膜製程來形成；並藉由調整鍍膜製程的製程氣氛，形成具有多層結構的偏光膜306。其中，不同結構的偏光膜306，可提供不同顏色的色光。

形成偏光膜306之後，將剩餘的圖案化材質層302移除；同時將形成於圖案化材質層302上的一部份偏光膜306a一併移除。在本實施例之中，剩餘圖案化材質層302的移除製程，係採用氧氣電漿307，將位於基材201上的圖案化富碳材質層302a完全灰化，藉以同時移除形成於圖案化富碳材質層302a上的一部份罩幕層302b和偏光膜306a。形成如圖3E所繪示的圖案化偏光膜316。在本發明的一些實施例之中，導入氧氣電漿307之後，可再進行一濕式清潔製程，以進一步移除灰化後的圖案化富碳材質層302a。

值得注意的是，在本發明的實施例之中，偏光膜306的厚度T31，較佳係小於富碳材質層302a和罩幕層302b二者的總厚度T32。可使形成於罩幕層302b上的一部份偏光膜306a，和形成於基材301上的另一部份偏光膜306b，二者之間產生高低落差或缺口。意即是，使形成於罩幕層302b上的一部份偏光膜306a，和形成於基材301上的另一部份偏光膜306，二者彼此分離。加上，富碳材質層302a的側壁具有蝕缺口309，可確保形成於基材301上的一部份偏光膜306b，不會與富碳材質層302a直接接觸。因此，因此，可容許氧氣電漿307，經由高低落差(或缺口)以及側蝕缺口309與圖案化富碳材質層302a直接接觸；更有助於氧氣電漿307移除位於基材301上方的圖案化富碳材質層302a。

後續，重複上述製程，完成可發出多種色光之彩色濾光陣列圖案300的製備。

根據上述，本發明的實施例是提供一種圖案化偏光膜的製作方法，其係採用包含有無機材質層的圖案化材質層，來取代習知的有機光阻層。再進行偏光膜鍍膜製程，在圖案化材質層以及基材上形成偏光膜。之後，再以剝離技術移除圖案化材質層，以定義出由圖案化偏光膜所構成的色濾光陣列圖案。由於，圖案化材質層膜，具有耐高溫的特性，在偏光膜鍍膜製程中不會發生回流現象，可使圖案化偏光膜產生更清楚的高低斷差圖案，增進彩色濾光陣列圖案的製程良率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．彩色濾光陣列圖案

101．．．基材

102．．．無機材質層

103．．．圖案化光阻層

104．．．開口

105．．．微影蝕刻製程

106．．．偏光膜

106a．．．形成於圖案化無機材質層上的一部份偏光膜

106b．．．形成於基材上的另一部份偏光膜

107．．．蝕刻製程

116．．．圖案化偏光膜

200．．．彩色濾光陣列圖案

201．．．基材

202．．．材質層

202a．．．無機材質層

202b．．．罩幕層

203．．．圖案化光阻層

204．．．開口

205．．．微影蝕刻製程

206．．．偏光膜

206a．．．形成於圖案化材質層上的一部份偏光膜

206b．．．形成於基材上的另一部份偏光膜

207．．．蝕刻製程

208．．．蝕刻製程

209．．．側蝕缺口

216．．．圖案化偏光膜

300．．．彩色濾光陣列圖案

301．．．基材

302．．．材質層

302a．．．富碳材質層

302b．．．罩幕層

303．．．圖案化光阻層

304．．．開口

305．．．微影蝕刻製程

306．．．偏光膜

306a．．．形成於圖案化材質層上的一部份偏光膜

306b．．．形成於基材上的另一部份偏光膜

307．．．氧氣電漿

309．．．側蝕缺口

316．．．圖案化偏光膜

T11．．．偏光膜的厚度

T12．．．無機材質層的厚度

T21．．．偏光膜的厚度

T22．．．無機材質層和罩幕層二者的總厚度

T31．．．偏光膜的厚度

T32．．．富碳材質層和罩幕層二者的總厚度

圖1A至1D係根據本發明的一實施例，所繪示的一連串製作彩色濾光陣列圖案的製程結構剖面示意圖。

圖2A至2E係根據本發明的另一實施例，所繪示的一連串製作彩色濾光陣列圖案的製程結構剖面示意圖。

圖3A至3E係根據本發明的又一實施例，所繪示的一連串製作彩色濾光陣列圖案的製程結構剖面示意圖。

201．．．基材

202a．．．無機材質層

202b．．．罩幕層

206．．．偏光膜

206a．．．形成於圖案化材質層上的一部份偏光膜

206b．．．形成於基材上的另一部份偏光膜

207．．．蝕刻製程

209．．．側蝕缺口

T21．．．偏光膜的厚度

T22．．．無機材質層和罩幕層二者的總厚度

Claims (16)

1. 一種圖案化偏光膜的製作方法，包括下述步驟：於一基材上形成一圖案化材質層，其中該圖案化材質層至少包含一無機材質層；進行一鍍膜製程，在該圖案化材質層與該基材上，形成一偏光膜；以及完全移除該圖案化材質層，以移除形成於該圖案化材質層上的該一部份該偏光膜。
2. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中該圖案化材質層具有實質大於該偏光膜的一厚度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中形成於該圖案化材質層上的一部份該偏光膜，與形成於該基材上的一部份該偏光膜，係彼此分離。
4. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中形成該圖案化材質層的步驟，包括：於該基材上，形成一無機材質層；於該無機材質層上，形成一罩幕層；以及圖案化該無機材質層和該罩幕層。
5. 如申請專利範圍第4項所述的半導體元件的製作方法，其中該無機材質層和該罩幕層具有一總和厚度，而該總和厚度實質大於該偏光膜的一厚度。
6. 如申請專利範圍第4項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中在進行該鍍膜製程之前，更包括進行一蝕刻製程，藉以使該無機材質層產生一側蝕。
7. 如申請專利範圍第6項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中圖案化之該無機材質層以及形成於圖案化材質層上的一部份該偏光膜，分別與形成於該基材上的一部份該偏光膜分離。
8. 如申請專利範圍第6項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中對於該蝕刻製程，該罩幕層具有比該無機材質層低的一蝕刻率。
9. 如申請專利範圍第8項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中該蝕刻製程，係包含有磷酸(H₃PO₄)的一濕式蝕刻製程。
10. 如申請專利範圍第4項所述之製作該圖案化偏光膜的製作方法，其中該無機材質層，係由氮化矽(SiN)所構成。
11. 如申請專利範圍第4項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中該罩幕層，係由氮化矽或二氧化矽(silicon oxide)所構成。
12. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化偏光膜的製作方 法，其中形成該圖案化材質層的步驟，包括：於該基材上，形成一富碳材質層；於該富碳材質層上，形成一罩幕層；以及圖案化該富碳材質層和該罩幕層。
13. 如申請專利範圍第12項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中該富碳材質層係一非晶碳薄膜層。
14. 如申請專利範圍第13項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中該非晶碳薄膜層係一先進曝光圖樣薄膜(Advanced Patterning Film^(TM)，APF^(TM))。
15. 如申請專利範圍第12項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中圖案化該富碳材質層和該罩幕層的步驟，包括：進行一蝕刻製程，以圖案化該罩幕層，並將一部份的該富碳材質層暴露出來；以及使用一氧氣電漿，移除暴露於外的一部份該富碳材質層。
16. 如申請專利範圍第15項所述之圖案化偏光膜的製作方法，其中在圖案化該富碳材質層和該罩幕層的該步驟中，該氧氣電漿會對餘留下來的該富碳材質層產生一側蝕。