TWI536549B - 照射式影像感測器的濾光片及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種照射式影像感測器的濾光片及其製造方法，特別係有關於一種照射式影像感測器的濾光片的遮光部分及其製造方法。
第1圖為習知照射式影像感測器的濾光片102的上視圖。習知濾光片102包括一感測部分106和一遮光部分104。上述感測部分106由複數個紅色格狀光阻圖案102R、複數個綠色格狀光阻圖案102G和複數個藍色格狀光阻圖案102B構成。習知濾光片102的遮光部分104通常由一鉻層或一黑樹脂層102M構成。然而，在習知濾光片的製程中，因為感測部分106和遮光部分104的材質不同，所以會於兩者之間產生一熱應力問題。前述的熱應力會降低照射式影像感測器的性能。
在此技術領域中，有需要一種照射式影像感測器的濾光片及其製造方法，以改善上述缺點。
有鑑於此，本發明一實施例係提供一種照射式影像感測器的濾光片，包括一遮光部分，由格狀光阻圖案構成，其中上述遮光部分覆蓋一照射式影像感測器晶片的一周圍區域。
本發明另一實施例係提供一種照射式影像感測器的濾光片的製造方法，包括形成格狀光阻圖案，覆蓋一照射式影像感測器晶片的一周圍區域。
以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。
第2圖為本發明一實施例之照射式影像感測器的濾光片202的上視圖。如第2圖所示，本發明一實施例之照射式影像感測器的濾光片202可包括一遮光部分204和一感測部分206。濾光片202的遮光部分204係覆蓋一照射式影像感測器晶片的一周圍區域。另外，濾光片202的感測部分206係覆蓋一照射式影像感測器晶片的一感測區域。在本發明一實施例中，周圍區域為提供例如邏輯電路(logic circuit)之周圍電路設置於其中的區域，而感測區域為提供光二極體(photo diode)設置於其中以感光的區域。如第2圖所示，濾光片202的感測部分206通常由複數個格狀光阻圖案202a構成，包括依據客戶設計而定且排列成一陣列的複數個紅色格狀光阻圖案202R1、複數個綠色格狀光阻圖案202G1和複數個藍色格狀光阻圖案202B1，上述格狀光阻圖案202a係幫助下方的光二極體接受過濾之後的光。如第2圖所示，在本發明一實施例中，濾光片202的遮光部分204可由類似於格狀光阻圖案202a之複數個格狀光阻圖案202b構成。在此並未限制格狀光阻圖案202b的數量且依據客戶設計而定。在本發明一實施例中，格狀光阻圖案202b的數量可大於一。舉例來說，格狀光阻圖案202b可包括排列成一陣列的複數個紅色格狀光阻圖案202R2、複數個綠色格狀光阻圖案202G2和複數個藍色格狀光阻圖案202B2。在本發明一實施例中，格狀光阻圖案202b的材質可與濾光片202的感測部分206的格狀光阻圖案202a的材質相同。此外，照射式影像感測器晶片的周圍區域中的紅色格狀光阻圖案202R2、綠色格狀光阻圖案202G2和藍色格狀光阻圖案202B2的尺寸可大於、等於或小於照射式影像感測器晶片的感測區域紅色格狀光阻圖案202R1、綠色格狀光阻圖案202G1和藍色格狀光阻圖案202B1的尺寸。舉例來說，紅色格狀光阻圖案202R2、綠色格狀光阻圖案202G2和藍色格狀光阻圖案202B2的尺寸可大於0.4μm。因此，在濾光片的製程中，可降低因為感測部分和遮光部分之間材料不匹配所造成濾光片的熱應力問題。
第3a至3e圖為本發明一實施例之照射式影像感測器500的濾光片202的製造方法的製程剖面圖。在本發明一實施例中，照射式影像感測器500可為一背面照射式影像感測器(back side illumination(BSI) image sensor)，然而也可為一前面照射式影像感測器(front side illumination(FSI) image sensor)。請參考第3a圖，提供一照射式影像感測器晶片200。照射式影像感測器晶片200包括一矽晶圓210，其具有一正面222和一背面220。在本發明一實施例中，照射式影像感測器晶片200可包括相鄰的一感測區域306和一周圍區域304。如上所述，周圍區域304為提供例如邏輯電路(logic circuit)之周圍電路設置於其中的區域，而感測區域306為提供光二極體(photo diode)設置於其中以感光的區域。於矽晶圓210的正面222的感測區域306中形成複數個光二極體212，且於矽晶圓210的周圍區域304和感測區域306兩者中形成一內連線結構217，其中內連線結構217係包括至少一個層間介電層216和至少一個金屬線218。在本發明一實施例中，照射式影像感測器晶片200的內連線結構217可接合至一載板300上以進行一晶圓薄化製程。上述晶圓薄化製程可從矽晶圓210的背面220移除一部分矽晶圓210。因此，光二極體212可從矽晶圓210的背面220暴露出來。如第3a圖所示，於矽晶圓210的背面220的周圍區域304中形成一金屬層214，其中金屬層214係具有遮光功能，且金屬層214可與內連線結構217隔開。
接著，請參考第3b圖，可進行一第一微影製程，以於感測區域306中形成至少一個紅色格狀光阻圖案202R1，並覆蓋矽晶圓210。同時，第一微影製程可於周圍區域304中形成至少一個紅色格狀光阻圖案202R2，並覆蓋矽晶圓210上的金屬層214。在本發明一實施例中，可於同一步驟或於不同步驟形成紅色格狀光阻圖案202R1和202R2。紅色格狀光阻圖案202R1和202R2可具有相同或不同的形狀和尺寸。如第3b圖所示，每一個紅色格狀光阻圖案202R1覆蓋一個光二極體212。
接著，請參考第3c圖，可進行一第二微影製程，以於感測區域306中形成至少一個藍色格狀光阻圖案202B1，並覆蓋矽晶圓210。同時，第二微影製程可於周圍區域304中形成至少一個藍色格狀光阻圖案202B2，並覆蓋矽晶圓210上的金屬層214。類似於如第3b圖所示的紅色格狀光阻圖案202R1和202R2，藍色格狀光阻圖案202B1和202B2可具有相同或不同的形狀和尺寸。如第3c圖所示，每一個藍色格狀光阻圖案202B1覆蓋一個光二極體212。
接著，請參考第3d圖，可進行一第三微影製程，以於感測區域306中形成至少一個綠色格狀光阻圖案202G1，並覆蓋矽晶圓210。同時，第三微影製程可於周圍區域304中形成至少一個綠色格狀光阻圖案202G2，並覆蓋矽晶圓210上的金屬層214。類似於如第3b和3c圖所示的紅色格狀光阻圖案202R1和202R2和藍色格狀光阻圖案202B1和202B2，綠色格狀光阻圖案202G1和202G2可具有相同或不同的形狀和尺寸。如第3d圖所示，每一個綠色格狀光阻圖案202G1覆蓋一個光二極體212。另外，在第3d圖所示的一實施例中，紅色格狀光阻圖案202R1和202R2、藍色格狀光阻圖案202B1和202B2和綠色格狀光阻圖案202G1和202G2係形成於同一層別中。此外，在第3d圖所示的一實施例中，紅色格狀光阻圖案202R1、藍色格狀光阻圖案202B1和綠色格狀光阻圖案202G1係共同構成濾光片202的感測部分206之格狀光阻圖案202a。並且，紅色格狀光阻圖案202R2、藍色格狀光阻圖案202B2和綠色格狀光阻圖案202G2係共同構成濾光片202的遮光部分204之格狀光阻圖案202b。在本發明一實施例中，濾光片202的遮光部分204中的格狀光阻圖案的材質與覆蓋照射式影像感測器晶片的感測區域的濾光片的感測部分206之格狀光阻圖案的材質相同。此外，濾光片202的遮光區域中，紅色格狀光阻圖案202R2、藍色格狀光阻圖案202B2和綠色格狀光阻圖案202G2之任兩個相鄰的格狀光阻圖案可彼此相連。
接著，請參考第3e圖，濾光片的感測部分的於格狀光阻圖案202a上形成複數個微透鏡224。微透鏡224係分別設置於紅色格狀光阻圖案202R1、藍色格狀光阻圖案202B1和綠色格狀光阻圖案202G1上。濾光片202的遮光部分之格狀光阻圖案202b並沒有設置微透鏡224。經過上述製程，係形成本發明實施例之照射式影像感測器500。
第4a圖為本發明另一實施例之照射式影像感測器的濾光片的上視圖。在本發明另一實施例中，位於濾光片202的遮光部分中的紅色格狀光阻圖案202R2、藍色格狀光阻圖案202B2和綠色格狀光阻圖案202G2之任兩個相鄰的格狀光阻圖案可藉由一間隙d彼此隔開。第4b至4c圖為第4a圖之區域250的放大圖，其顯示本發明不同實施例之格狀光阻圖案。在本發明一實施例中，位於濾光片202的遮光部分204中的紅色格狀光阻圖案202R2、藍色格狀光阻圖案202B2和綠色格狀光阻圖案202G2可具有不同的形狀，例如圓形(第4b圖)或多邊形(第4c圖)。如第4b至4c圖所示，位於濾光片202的遮光部分204中的紅色格狀光阻圖案202R2、藍色格狀光阻圖案202B2和綠色格狀光阻圖案202G2的尺寸L可大於0.4μm。
本領域之技術人士當可注意本發明實施例之濾光片202的遮光部分204(覆蓋照射式影像感測器的周圍區域)和感測部分206(覆蓋照射式影像感測器的光二極體)可使用相同的材質。並且，濾光片202的遮光部分可利用視為一應力釋放結構的一格狀光阻圖案來構成。因此，可降低在濾光片的製程中，因為感測部分和遮光部分之間材料不匹配所造成濾光片的熱應力問題。另外，可使用一些測試項目，例如暗電流(dark current)、暗電流環(dark current ring)或藍通道尾段上升(blue channel tail up)，來分析具有本發明實施例之濾光片的照射式影像感測器的性能。
第5a至5d圖為習知照射式影像感測器的濾光片以及本發明不同實施例之照射式影像感測器的濾光片做成的測試樣品。特別是，第5a圖顯示習知濾光片502a，其具有由紅色/藍色/綠色格狀光阻圖案102 R/B/G構成的感測部分106和由一鉻層102M或一黑樹脂層102M構成的遮光部分504a。如第5b至5d圖所示的濾光片502b、502c、502d的感測部分206與第5a圖所示的感測部分106相同，其中感測部分206由格狀光阻圖案202a構成，而格狀光阻圖案202a具有排列成一陣列的複數個紅色/藍色/綠色格狀光阻圖案202 R1/B1/G1。第5b圖顯示本發明一實施例之濾光片502b，其中濾光片502b的遮光部分504b由格狀光阻圖案502構成，其類似於感測部分206的格狀光阻圖案，不一樣的是，由紅色/藍色/綠色格狀光阻圖案502 R2/B2/G2構成遮光部分504b中的格狀光阻圖案502的尺寸為感測部分206中的紅色/藍色/綠色格狀光阻圖案202 R1/B1/G1的兩倍大。第5c圖顯示本發明一實施例之濾光片502c，其中濾光片502c的遮光部分504c由格狀光阻圖案504構成，其類似於感測部分206的格狀光阻圖案，不一樣的是，遮光部分504c中格狀光阻圖案504的紅色/藍色/綠色格狀光阻圖案504 R2/B2/G2的尺寸小於感測部分206中的紅色/藍色/綠色格狀光阻圖案案202 R1/B1/G1的百分之二十。第5d圖顯示本發明一實施例之濾光片502d，其中濾光片502d的遮光部分504d由格狀光阻圖案202b構成，其類似於感測部分206的格狀光阻圖案，不一樣的是，由紅色/藍色/綠色格狀光阻圖案202 R2/B2/G2構成遮光部分504d中的格狀光阻圖案202b的尺寸與感測部分206中的紅色/藍色/綠色格狀光阻圖案202 R1/B1/G1相同。如第5a圖所示的習知濾光片502a和如第5b至5d圖所示的濾光片502b、502c、502d可分別設置於照射式影像感測器的背面，因此，可將背面照射式影像感測器視為測試樣品以進一步分析照射式影像感測器的性能。
第6a至6c圖為第5a至5d圖的習知照射式影像感測器的濾光片502a以及本發明不同實施例之照射式影像感測器的濾光片502b-502d做成的測試樣品之暗電流測試結果。暗電流(dark current)定義為即使沒有光子進入例如光電倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)、光二極體、或電荷耦合元件之感光元件時，流過感光元件的小電流。如第6a圖所示的資料點602aa、602ba、602ca和602da係分別顯示濾光片502b-502d的感測部分106/206中的暗電流(以下簡稱為暗電流1)的測試結果。如第6a圖所示，相較於習知濾光片502a(資料點602aa)，濾光片502b-502d(資料點602ba、602ca和602da)具有較佳的暗電流1測試結果。在濾光片502b-502d(資料點602ba、602ca和602da)之中，濾光片502c(資料點602ca)的暗電流1最小。
如第6b圖所示的資料點602ab、602bb、602cb和602db係分別顯示濾光片502b-502d在感測部分106/206與遮光部分504d之間的暗電流(以下簡稱為暗電流2)的測試結果。如第6b圖所示，相較於習知濾光片502a(資料點602ab)，濾光片502b-502d(資料點602bb、602cb和602db)具有較佳的暗電流2測試結果。在濾光片502b-502d(資料點602bb、602cb和602db)之中，濾光片502c(資料點602cb)的暗電流2最小。
如第6c圖所示的資料點602ac、602bc、602cc和602dc係分別顯示濾光片502b-502d在遮光部分(在區域508a/508b/508c/508d中)中的暗電流(以下簡稱為暗電流3)的測試結果。如第6c圖所示，相較於習知濾光片502a(資料點602ac)，濾光片502b-502d(資料點602bc、602cc和602dc)具有較佳的暗電流3測試結果。在濾光片502b-502d(資料點602bc、602cc和602dc)之中，濾光片502c(資料點602cc)的暗電流3最小。
第1表 習知濾光片502a和濾光片502b-502d的暗電流的測試結果比較表
第1表係顯示在不同晶圓級溫濕度貯存應力條件(wafer level temperature humidity storage stress(THS))之下，習知濾光片502a和濾光片502b-502d的暗電流的測試結果比較表。條件T0為樣品在進行晶圓級THS暗電流測試之前測得的暗電流。條件24hrs為樣品在進行24小時晶圓級THS暗電流測試之後測得的暗電流。觀察到在條件24hrs下的暗電流值(暗電流1~暗電流3)均大於在條件T0下的暗電流值。另外，相較於暗電流1和暗電流2，暗電流3係顯示較大的變異量。並且，具有濾光片502c的照射式影像感測器係顯示較佳的暗電流的測試結果。
本發明實施例係提供一種照射式影像感測器的濾光片及其製造方法。上述濾光片可具有一遮光部分，其由複數個格狀光阻圖案構成。並且，格狀光阻圖案可由其間具有空隙的紅色/藍色/綠色格狀光阻圖案構成，以進一步改善照射式影像感測器的性能，例如暗電流。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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為準。
102、202、502a、502b、502c、502d．．．濾光片
102M．．．鉻層/黑樹脂層
104、204、504a、504b、504c、504d．．．遮光部分
106、206．．．感測部分
200．．．照射式影像感測器晶片
202a、202b、502．．．格狀光阻圖案
202R、202R1、202R2．．．紅色格狀光阻圖案
202G、202G1、202G2．．．綠色格狀光阻圖案
202B、202B1、202B2．．．藍色格狀光阻圖案
210．．．矽晶圓
212．．．光二極體
214．．．金屬層
216．．．層間介電層
217．．．內連線結構
218．．．金屬線
220．．．背面
222．．．正面
224．．．微透鏡
250、508a、508b、508c、508d．．．區域
300．．．載板
304．．．周圍區域
306．．．感測區域
500．．．照射式影像感測器
602aa、602ba、602ca、602da、602ab、602bb、602cb、602db、602ac、602bc、602cc、602dc．．．資料點
d．．．間隙
L．．．尺寸
第1圖為習知照射式影像感測器的濾光片的上視圖。
第2圖為本發明一實施例之照射式影像感測器的濾光片的上視圖。
第3a至3e圖為本發明一實施例之照射式影像感測器的濾光片的製造方法的製程剖面圖。
第4a圖為本發明另一實施例之照射式影像感測器的濾光片的上視圖。
第4b至4c圖為第4a圖的放大圖，其顯示本發明不同實施例之格狀光阻圖案。
第5a至5d圖為習知照射式影像感測器的濾光片以及本發明不同實施例之照射式影像感測器的濾光片做成的測試樣品。
第6a至6c圖為第5a至5d圖的習知照射式影像感測器的濾光片以及本發明不同實施例之照射式影像感測器的濾光片做成的測試樣品之暗電流測試結果。
202．．．濾光片
204．．．遮光部分
206．．．感測部分
202a、202b．．．格狀光阻圖案
202R1、202R2．．．紅色格狀光阻圖案
202G1、202G2．．．綠色格狀光阻圖案
202B1、202B2．．．藍色格狀光阻圖案
Claims (10)
- 一種照射式影像感測器的濾光片，包括：一遮光部分，由格狀光阻圖案構成，其中該遮光部分覆蓋一照射式影像感測器晶片的一周圍區域的一表面，其中兩個相鄰的該些多個格狀光阻圖案藉由一間隙彼此隔開，以使該照射式影像感測器晶片的該周圍區域的部分該表面暴露出來。
- 如申請專利範圍第1項所述之照射式影像感測器的濾光片，其中該照射式影像感測器晶片包括一金屬層，介於該遮光部分和位於該照射式影像感測器晶片的該周圍區域之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之照射式影像感測器的濾光片，其中該些格狀光阻圖案排列成一陣列，且其中該些格狀光阻圖案的形狀包括圓形或多邊形。
- 如申請專利範圍第1項所述之照射式影像感測器的濾光片，其中該些格狀光阻圖案的尺寸大於0.4μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之照射式影像感測器的濾光片，其中該些格狀光阻圖案的任何一個的顏色為紅色、綠色或藍色。
- 如申請專利範圍第1項所述之照射式影像感測器的濾光片，其中該些格狀光阻圖案的材質與該濾光片的一感測部分的格狀光阻圖案的材質相同，且該感測部分覆蓋該照射式影像感測器晶片的一感測區域。
- 一種照射式影像感測器的濾光片的製造方法，包括下列步驟： 形成格狀光阻圖案，覆蓋一照射式影像感測器晶片的一周圍區域的一表面，其中兩個相鄰的該些多個格狀光阻圖案藉由一間隙彼此隔開，以使該照射式影像感測器晶片的該周圍區域的部分該表面暴露出來。
- 如申請專利範圍第7項所述之照射式影像感測器的濾光片的製造方法，其中該照射式影像感測器晶片包括形成於其上的一內連線結構，。
- 如申請專利範圍第7項所述之照射式影像感測器的濾光片的製造方法，其中形成該些格狀光阻圖案包括：形成該些格狀光阻圖案的至少一個，其具有一第一顏色，該第一顏色係擇自由紅色、綠色和藍色組成的族群；形成該些格狀光阻圖案的至少一個，其具有一第二顏色，該第二顏色係擇自由紅色、綠色和藍色組成的族群，其中該第二顏色與該第一顏色不同。
- 如申請專利範圍第9項所述之照射式影像感測器的濾光片的製造方法，更包括：形成該些格狀光阻圖案的至少一個，其具有一第三顏色，該第三顏色係擇自由紅色、綠色和藍色組成的族群，其中該第三顏色與該第一顏色和該第二顏色不同。
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