TWI559036B - 彩色濾光層及其製造方法 - Google Patents

Description

彩色濾光層及其製造方法

本發明是有關一種彩色濾光層及其製造方法，且特別是一種可應用於積體電路製程中之彩色濾光層及其製造方法。

為了攝影裝置等各種可攜式電子產品的小型化，該等電子產品中所配置的影像感測器的尺寸逐漸減縮但像素點反而增加，因此像素點密度便大幅增加。在影像感測器中，用以過濾影像光線色彩的彩色濾光片(color filter)主要是由有色光阻材料經由曝光顯影後所形成。然而，現今高像素點密度的需求，使得有色光阻材料對於曝光顯影的解析度已無法配合逐漸減縮的影像感測器的尺寸，成形不良的彩色濾光片不僅容易導致汙染，更會造成影像光線的干擾，進而嚴重影響影像畫質，因此，如何解決上述種種問題，即是發展本發明之目的。

本發明的目的就是在提供一種彩色濾光層之製造方法，應用於積體電路製程中，包含下列步驟。首先，提供一基底，於基底上定義出一空槽結構。空槽結構包含複數個正型光阻圖案以及複數個凹槽。接著，形成一第一組彩色濾光圖案於該等凹槽中。之後，去除該等正型光阻圖案而露出部分之基底表面。以及，形成一第二組彩色濾光圖案於露出部分之 基底表面。

本發明的再一目的就是在提供一種彩色濾光層，應用於積體電路中，其包含一基底以及複數個有色負型光阻圖案。該等有色負型光阻圖案配置於該基底上，其中每一有色負型光阻圖案垂直於基底之高度尺寸與平行於該基底之寬度尺寸之比值不小於7。

本發明之彩色濾光層之製造方法，因為選用正型光阻材料於基底上先形成一空槽結構，再分別形成第一組彩色光阻圖案以及第二彩色光阻圖案，所以不需增加製程成本使用高解析度之有色負型光阻材料，即可解決光阻材料解析度限制之問題，更可避免有色光阻材料殘留導致汙染之問題。利用本發明之方法所製造之彩色濾光層，應用於積體電路製程中，不僅能配合現今半導體元件之尺寸逐漸減縮，達到提高像素點密度之目的，更因彩色光阻層中每一有色負型光阻圖案之高寬比不小於7，且每一有色負型光阻圖案的寬度尺寸可等於或略大於該感光單元的寬度尺寸，對影像光線能產生極佳的分光度，而具有提昇影像感測元件效能之功效。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

100‧‧‧基底

101‧‧‧影像感測元件層

101a、101b、101c‧‧‧感光單元

102‧‧‧層間介電層

103‧‧‧金屬接線層

104‧‧‧保護層

105‧‧‧第一平坦層

110‧‧‧空槽結構

111、113、115‧‧‧凹槽

112、114、116、118‧‧‧正型光阻圖案

120、220‧‧‧第一組彩色濾光圖案

121‧‧‧第一色負型光阻圖案

122‧‧‧第三色負型光阻圖案

130、230‧‧‧第二組彩色濾光圖案

131‧‧‧第二色負型光阻圖案

132‧‧‧第四色負型光阻圖案

140‧‧‧第二平坦層

150‧‧‧微透鏡層

210‧‧‧彩色濾光層

1011‧‧‧隔離結構

h‧‧‧有色負型光阻圖案垂直於基底之高度尺寸

w‧‧‧有色負型光阻圖案平行於基底之寬度尺寸

圖1A至圖1D繪示為本發明之一實施例部分步驟及結構示意圖。

圖2繪示為本發明之彩色濾光層應用於影像感測器之一實施例部分結構示意圖。

本發明中所述之「正型光阻」係指光分解型之有機化合物，其經曝光吸收特定波長光線之能量後可溶解於特定溶液，而未經曝光時不 溶於該特定溶液，光分解型之有機化合物應用於顯影製程中可得到與光罩圖案相同的正型影像圖案。本發明中所述之「負型光阻」係指光聚合型之有機化合物，其未經曝光時可溶解於特定的溶液，而經曝光吸收特定波長光線之能量後不溶於該特定溶液，應用於顯影製程中可得到與光罩圖案相反的負型影像圖案。本發明中所述之「光阻解析度」係指正型光阻或負型光阻應用於顯影製程中可再現光罩影像之最小線寬尺寸，即其顯影後兩條以上等間隔並列的線與線間之線寬尺寸越小則解析能力越高，而就目前可應用於積體電路製程之光阻材料而言，以110奈米技術為例，正型光阻之最小解析度(約為0.1微米)遠高於彩色濾光層的負型光阻之最小解析度(約為1.0~1.4微米)。

為配合現今半導體元件之尺寸逐漸減縮，在積體電路之顯影製程中，所使用曝光光源已逐漸由長波長低能量走向短波長高能量，例如是：由365奈米(i-line)之汞燈轉變為波長248奈米之KrF雷射、波長193奈米之ArF雷射等深紫外光波長(deep ultraviolet，DUV)之激發雷射，甚至亦有如電子束或X-ray等波長更短之曝光光源，用以得到更小線寬比的半導體元件尺寸。於積體電路之顯影製程中，相對於上述各種波長的曝光源，也必須使用可吸收該特定波長的光阻材料，其中負型光阻材料因材料特性的緣故，難以配合短波長之曝光源達到今後半導體元件設計尺寸所需求解析度的情況，例如是影像感測元件中彩色濾光層所使用之負型光阻材料。本發明提供彩色濾光層之製造方法不需特別限定曝光源之波長或有色負型光阻之材料，即能達到深次微米級甚至奈米級元件設計尺寸所需求的解析度。茲配合圖式說明如後。

請參見圖1A所示剖面示意圖。首先，提供基底100，接著，於100基底上定義出空槽結構110，空槽結構110包含複數個正型光阻圖案，如：正型光阻圖案112，以及複數個凹槽，如凹槽111、113等。詳細來說，於形成空槽結構110之前，基底100已完成有影像感測元件層101， 影像感測元件層101中包含複數個隔離結構1011以及複數個感光單元101a、101b、101c等(為便於說明，圖1A中僅繪示感光單元101a、101b、101c)。感光單元間配置有隔離結構1011，感光單元可以是光二極體(photo diode)，本發明對感測元件之型式不做限制。影像感測元件層101上依序配置有至少一層間介電層102、金屬導線層103(metal layer)、保護層104(passivation layer)，還可選擇性地於保護層104上形成第一平坦層105，其中形成層間介電層102之材料可為矽氧化物或矽氮化物；形成金屬導線層103之材料可選用各種金屬或合金，例如是銅、鈦等；形成保護層104之材料可選用具有透光性之絕緣材料，例如是矽氧化物；以及形成第一平坦層105可選用負型光阻材料。本發明對上述各種材料不做限制，而增設第一平坦層105除可保持基底100表面的平坦度以利後續製造彩色濾光層，亦可增加彩色濾光層與基底表面的接著度。

在本實施例中，於100基底上定義出空槽結構110之步驟可包含下列次步驟。於基底100上以塗布法形成一正型光阻層，其中形成正型光阻層之材料可選用包含如雙氮基醌系(Diazonaphthoquinone，DNQ)等光分解型化合物之正型光阻材料，但不以此為限。接著，對位影像感測元件層中部分之感光單元，以顯影製程定義該正型光阻層形成複數個正型光阻圖案，如：正型光阻圖案112，並於基底100上形成複數個凹槽，如：凹槽111、113等。該等凹槽以及該等正型光阻圖案構成空槽結構110，其中每一正型光阻圖案以及每一凹槽分別形成於一感光單元上。

請參見圖1B所示由上方俯視空槽結構110之局部示意圖。空槽結構110呈正方形西洋棋盤格配置，每一凹槽的四邊鄰接四個正型光阻圖案，例如凹槽115鄰接正型光阻圖案112、114、116、118；或可視為每一正型光阻圖案的四邊鄰接四個凹槽。值得一提的是，在其他的實施例中，可依據元件之需求而設計空槽結構中正型光阻圖案或凹槽的形狀，例如是：矩形、菱形、正多邊形狀或圓形等，本發明不以此為限。為便於說 明本發明形成彩色濾光層之步驟，後續圖1C~1D僅繪示兩個個凹槽111、115與兩個正型光阻圖案112、114所構成的一個陣列式畫素區域(即圖1B中虛線框內範圍)。

請參見圖1C所示之俯視示意圖，其為圖1B中虛線框內範圍。於該等凹槽中形成第一組彩色濾光圖案120。第一組彩色濾光圖案120包含複數個有色負型光阻圖案，該等有色負型光阻圖案可為多種顏色或單一顏色。在本實施例中，第一組彩色濾光圖案120包含至少一第一色負型光阻圖案121以及至少一第三色負型光阻圖案122，第一色負型光阻圖案121與第三色負型光阻圖案122的顏色不同，例如：形成第一色負型光阻圖案121為藍色而第三色負型光阻圖案122為紅色，但不以此為限。在其他實施例中，第一色負型光阻圖案121與第三色負型光阻圖案122的顏色相同，亦即第一組彩色濾光圖案120的顏色均相同，例如是綠色，但不以此為限。

進一步來說，形成第一組彩色濾光圖案120可包含以下步驟。首先，於圖1B之空槽結構110上，形成第一色負型光阻層，例如是藍色，其中形成第一色負型光阻層之材料可選用一般商用彩色濾光層材料，於此不特別例示說明，該彩色濾光層材料之解析度規格可介於數微米到1.0微米，但本發明不做限定。接著，於部分之該等凹槽中曝光顯影形成第一色負型光阻圖案，去除剩餘未曝光之第一色光阻層，而形成如圖1C中之第一色負型光阻圖案121。之後，以不同於第一色負型光阻圖案顏色之第三色負型光阻材料，例如是紅色，於剩餘之該等凹槽中曝光顯影形成第三色負型光阻圖案後，去除剩餘未曝光之第三色光阻層，而形成如圖1C中之第三色負型光阻圖案122。值得一提的是，如圖1B之空槽結構110中，正型光阻圖案或凹槽之尺寸係依據所選用之正型光阻材料之解析度，而正型光阻材料之解析度高於彩色負型光阻材料之解析度已如前述，並且，於彩色負型光阻材料顯影製程中，用於去除未經曝光之彩色負型光阻材料之溶劑， 其對正型光阻圖案之材料有很高的選擇比，因此，不會破壞空槽結構110中正型光阻圖案或凹槽之形狀，而使第一組彩色濾光圖案120不受限於彩色負型光阻材料之解析度，從而使得第一組彩色濾光圖案120中每一色負型光阻圖案之尺寸得以對應感光單元尺寸的減縮，達到提高像素點密度之目的。

請參見圖1D所示俯視示意圖。形成第一組彩色濾光圖案120後，去除如圖1C中該等正型光阻圖案112、114，而露出部分之基底表面，其中只要不會影響第一彩色濾光圖案120中之有色負型光阻圖案之溶劑(striper)或製程，皆可應用於剝除正型光阻圖案之步驟，本發明對此不做限制。在本實施例中，選用之甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)混合丙酮(Acetone)做為剝除正光阻圖案之溶劑，該溶劑對有色負型光阻材料有很高的選擇比，因此，不會破壞已形成之第一組彩色濾光圖案120之形狀。利用去除正型光阻圖案後露出部分之基底表面之空間來形成有色負型光阻圖案，不僅能使有色負型光阻圖案之尺寸減縮，更能避免在進行顯影製程中，因有色負型光阻材料殘留或汙染，導致影響後續形成彩色濾光層之分光效能。接著，於露出部分之基底表面上形成第二組彩色濾光圖案130。在本實施例中，第一色負型光阻圖案121為藍色，而第三色負型光阻圖案122為紅色，則形成第二組彩色濾光圖案130可為相同顏色或不同顏色，例如：均為綠色或綠色組合其他顏色。在其他的實施例中，若形成第一組彩色濾光圖案120均為相同顏色，例如：均為綠色，則可依據前述步驟以顯影製程來使第二組彩色濾光圖案130包含不同顏色之有色負型光阻圖案，例如：先形成至少一第二色負型光阻圖案131為藍色，再形成至少一第四色光阻圖案132為紅色，但不以此為限。第一組彩色濾光層120組合第二組彩色濾光層130即可構成影像感測器之彩色濾光層。

為了更清楚說明本發明之彩色濾光層之優點，再請配合圖2參見以下說明。圖2繪示本發明之彩色濾光層應用於影像感測器之一實施 例部分結構剖面示意圖。如圖1A所示之基底100，基底100已依序完成有影像感測元件層101、層間介電層102、金屬導線層103、保護層104，以及第一平坦層105。影像感測元件層101中包含複數個隔離結構1011以及複數個感光單元101a、101b、101c。圖2中之感光單元101a、101b、101c構成一直列式畫素區域。基底100上依序配置有彩色濾光層210、第二平坦層140以及微透鏡層150(micro lens layer)，其中可如圖1A至圖1D所述之方法，先於基底100上形成空槽結構，再分別形成第一組彩色光阻圖案220以及第二組彩色濾光圖案230來完成彩色濾光層210。與上述實施方式不同的是，在圖2之一個畫素區域內第一組彩色光阻圖案220以及第二組彩色濾光圖案230為直線式排列，例如：第一組彩色光阻圖案220包含藍色以及紅色負型光阻圖案，而第二組彩色濾光圖案230為綠色負型光阻圖案，但不以此為限。形成第二平坦層140以及微透鏡層150可選用折射率相同的無色透明負型光阻材料，該等無色透明負型光阻材料之折射率約在1.5~1.6。

值得強調的是，影響有色負型光阻材料解析度之因素，除了除了有色負型光阻材料的光化學性質外，形成有色負型光阻材料層之膜層厚度也是其中之一。如同前述有色負型光阻材料的解析度較低，於製造影像感測器之彩色濾光層時，為配合感測單元尺寸縮減，又受限於有色負型光阻材料的光化學性質，所以只能相對降低形成有色負型光阻材料之膜厚，用以提高有色負型光阻材料的解析度。然而，降低形成有色負型光阻材料之膜厚，卻會相對影響彩色濾光層的分光效能。利用本發明之製造方法所形成之彩色濾光層，形成有色負型光阻圖案的解析度是依據形成空槽結構的正型光阻材料的解析度，所以不須降低形成有色負型光阻材料之膜厚來提高解析度。參酌上述正型光阻材料的較佳解析度值，對比影像感測器之彩色濾光層較佳的膜厚值約為1~0.7微米可知，本發明之彩色濾光層中，每一有色負型光阻圖案等的高寬比不小於7，也就是如圖2中的彩色濾 光層210，在一畫素中每一次畫素的有色負型光阻圖案，其垂直於基底100之高度尺寸h與平行於基底100之寬度尺寸w之比值不小於7，甚至依據影像感測元件之設計需求，其比值可達10或10以上。

綜上所述，本發明之彩色濾光層之製造方法，因為選用正型光阻材料於基底上先形成一空槽結構，再分別形成第一組彩色光阻圖案以及第二彩色光阻圖案，不需增加製程成本使用高解析度之有色負型光阻材料，即可解決彩色濾光層之有色光阻材料解析度限制之問題，更可避免有色光阻材料殘留導致汙染之問題。利用本發明之方法所製造之彩色濾光層，應用於積體電路製程中，不僅能配合現今半導體元件之尺寸逐漸減縮，達到提高像素點密度之目的，更因彩色光阻層中每一有色負型光阻圖案之高寬比不小於7，且每一有色負型光阻圖案的寬度尺寸可等於或略大於該感光單元的寬度尺寸，對影像光線能產生極佳的分光度，而具有提昇影像感測元件效能之功效。

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本案所附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧空槽結構

111、115‧‧‧凹槽

112、114、116、118‧‧‧正型光阻圖案

Claims (14)

1. 一種彩色濾光層之製造方法，應用於積體電路製程中，其方法包含下列步驟：提供一基底；於該基底上定義出一空槽結構，該空槽結構包含複數個正型光阻圖案以及複數個凹槽；形成一第一組彩色濾光圖案於該等凹槽中；去除該等正型光阻圖案而露出部分之該基底表面；以及形成一第二組彩色濾光圖案於露出部分之該基底表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述彩色濾光層之製造方法，該基底完成有複數個感光單元，其中於該基底上定義該空槽結構之步驟包含：對位每一正型光阻圖案以及每一凹槽分別形成於一感光單元上。
3. 如申請專利範圍第1項所述彩色濾光層之製造方法，其中該第一組彩色光阻圖案包含至少一第一色負型光阻圖案。
4. 如申請專利範圍第3項所述彩色濾光層之製造方法，其中形成該第一組彩色濾光圖案於該空槽結構中之步驟更包含：形成該第一色負型光阻圖案於該等凹槽其中之一；以及形成至少一第三色負型光阻圖案於剩餘之該等凹槽中，其中該第三色負型光阻圖案之顏色不同於該第一色負型光阻圖案之顏色。
5. 如申請專利範圍第1項所述彩色濾光層之製造方法，其中該第二組彩色光阻圖案包含至少一第二色負型光阻圖案。
6. 如申請專利範圍第5項所述彩色濾光層之製造方法，其中形成該第二組彩色光阻圖案於露出部分之該基底表面之步驟更包含：形成該第二色負型光阻圖案於部分之露出部分之該基底表面；以及形成至少一第四色負型光阻圖案於剩餘之露出部分之該基底表面，其中該第四色負型光阻圖案之顏色不同於該第二色負型光阻圖案之顏色。
7. 如申請專利範圍第1項所述彩色濾光層之製造方法，其中該第二組彩色濾光圖案之顏色不同於該第一組彩色濾光圖案之顏色。
8. 如申請專利範圍第1項所述彩色濾光層之製造方法，其中在一畫素區域中之該第一組彩色濾光圖案以及該第二組彩色濾光圖案為直線式排列。
9. 如申請專利範圍第1項所述彩色濾光層之製造方法，其中在一畫素區域中之該第一組彩色濾光圖案以及該第二組彩色濾光圖案為陣列式排列。
10. 一種彩色濾光層，應用於積體電路中，其包含：一基底；以及複數個有色負型光阻圖案，配置於該基底上，其中每一有色負型光阻圖案垂直於該基底之高度尺寸與平行於該基底之寬度尺寸之比值不小於7。
11. 如申請專利範圍第10項所述之彩色濾光層，其中該等複數個有色負型光阻圖案包含至少一第一色負型光阻圖案以及至少一第二色負型光阻圖案，該第一色負型光阻圖案之顏色不同於該第二色負型光阻圖案之顏色。
12. 如申請專利範圍第11項所述之彩色濾光層，其中該等複數個有色負型 光阻圖案還包含至少一第三色負型光阻圖案，該第三色負型光阻圖案之顏色不同於該第一色負型光阻圖案以及該第二色負型光阻圖案之顏色。
13. 如申請專利範圍第12項所述之彩色濾光層，其中在一畫素區域中之該第一色負型光阻圖案、該第二色負型光阻圖案以及該第三色負型光阻圖案呈直線式排列。
14. 如申請專利範圍第12項所述之彩色濾光層，其中在一畫素區域中之該第一色負型光阻圖案、該第二色負型光阻圖案以及該第三色負型光阻圖案呈陣列式排列。