專利名稱：制作濾光片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體的制造，尤其是可增加一半導(dǎo)體晶片上的一濾光片(color filter)附著力(adhesion)并避免光線的跨越干擾(cross talk)現(xiàn)象的一種制作濾光片的方法。
不論是由CCD或CMOS感光二極管構(gòu)成的影像感測裝置，入射光線都必須要被分隔成各種不同波長光線的組合，例如紅光、藍光及綠光，然后分別由相對應(yīng)的感測元件予以接收并轉(zhuǎn)換為電子信號，因此而還原得知入射光的顏色，例如入射黃光是由50％藍光及50％綠光所組成，所以在各光學(xué)感測元件上方必須形成一濾光片陣列，現(xiàn)今濾光片的制作是利用具有光敏感性(photosensitive)的樹脂(resin)，以黃光暨蝕刻制程(photo-etching)得到所需的濾光片陣列圖案后，再利用染料予以染色，或是直接利用含有染料的光阻作為濾光片材質(zhì)。
請參考
圖1至圖6，圖1至圖6為習(xí)知于一光學(xué)感測元件上形成濾光片陣列的方法示意圖。該光學(xué)感測元件設(shè)于一半導(dǎo)體晶片10上且包含有復(fù)數(shù)個CMOS感光二極管。如圖1所示，半導(dǎo)體晶片10包含有一硅基底(siliconsubstrate)12，以及一P型井(P-well)14設(shè)于硅基底12之上。感光二極管包含有金屬氧化半導(dǎo)體(metal-oxide semiconductor，MOS)晶體管(未顯示)，設(shè)于P型井14的表面，以及一光感測區(qū)18，形成于P型井14表層并與該MOS晶體管電連接。其中該MOS晶體管是由一N型金屬氧化半導(dǎo)體(NMOS)晶體管以及一P型金屬氧化半導(dǎo)體(PMOS)晶體管所組成的互補式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)晶體管，用來作為一CMOS晶體管感測器(sensor)。半導(dǎo)體晶片10另包含有復(fù)數(shù)個場氧化層或淺溝隔離16，分別設(shè)于硅基底12表面且環(huán)繞于光感測區(qū)18周圍，用來作為介電隔絕物質(zhì)的絕緣層，以避免光感測區(qū)18與其他元件相接觸而發(fā)生短路。
首先，于半導(dǎo)體晶片10表面形成一保護層(passivation later)20，以覆蓋各光感測區(qū)18。接著如圖2所示，半導(dǎo)體晶片10表面形成紅色濾光層(未顯示)，濾光層是由正光阻(positive type photoresist)構(gòu)成，該正光阻含有重量比例(dry weight)約10％至50％的紅色染料(dye)，然后經(jīng)由一曝光(pattern-exposure)制程，以于濾光層中形成各紅色濾光片的圖案，之后去除濾光層中曝光的部分，以形成各紅色濾光片22。為了加強濾光片的濾光效果及可靠度，在紅色濾光片22形成后，必須經(jīng)過一紫外線(ultravioletlight)照射過程以及熱處理。使用的紫外線波長為320nm，能量范圍是20J/cm2以下。加熱過程必須在一惰性氣體的環(huán)境下進行，例如氮氣(nitrogen)，以避免光阻材料被氧化，加熱的起始溫度范圍是60℃至140℃，之后以1.5℃/sec的速率提高溫度，最終溫度范圍約160℃至220℃。
接下來，重復(fù)上述步驟以依序形成綠色及藍色濾光片。如圖3所示，于半導(dǎo)體晶片10表面形成綠色濾光層24，濾光層24是由正光阻(positivetype photoresist)構(gòu)成，該正光阻含有重量比例(dry weight)約10％至50％的綠色染料(dye)。然后如圖4所示，經(jīng)由一曝光制程(pattern-exposure)，以于濾光層24中形成各綠色濾光片的圖案，并去除濾光層24中曝光的部分，以形成各綠色濾光片26。為了加強濾光片的濾光效果及可靠度，在綠色濾光片26形成后，必須經(jīng)過一紫外線(ultraviolet light)照射過程以及熱處理。使用的紫外線波長為320nm，能量范圍是20 J/cm2以下。加熱過程必須在一惰性氣體的環(huán)境下進行，例如氮氣(nitrogen)，以避免光阻材料被氧化，加熱的起始溫度范圍是60℃至140℃，之后以1.5℃/sec的速率提高溫度，最終溫度范圍約160℃至220℃。
如圖5所示，于半導(dǎo)體晶片10表面形成藍色濾光層28，濾光層28是由正光阻(positive type photoresist)構(gòu)成，該正光阻含有重量比例(dryweight)約10％至50％的藍色染料(dye)。然后如圖6所示，經(jīng)由一曝光(pattern-exposure)制程，以于濾光層28中形成各濾光片的圖案，并去除濾光層28中曝光的部分，以形成各藍色濾光片30。為了加強濾光片的濾光效果及可靠度，在藍色濾光片30形成后，必須經(jīng)過一紫外線(ultravioletlight)照射過程以及熱處理。使用的紫外線波長為320nm，能量范圍是20J/cm2以下。加熱過程必須在一惰性氣體的環(huán)境下進行，例如氮氣(nitrogen)，以避免光阻材料被氧化，加熱的起始溫度范圍是60℃至140℃，之后以1.5℃/sec的速率提高溫度，最終溫度范圍約160℃至220℃。至此完成習(xí)知于光學(xué)感測元件上濾光片陣列的制作。
習(xí)知技術(shù)制作的濾光片陣列，其濾光片僅靠底部面積與保護層的間接觸，因此附著力(adhesion)較差，容易發(fā)生剝落(peeling)的問題。同時，濾光片之間有一空隙存在，因此容易造成散射光線直接穿透濾光片之間的間隙，甚至照射至相鄰的光感測區(qū)，因而發(fā)生跨越干擾現(xiàn)象(cross-talk)，使CMOS晶體管感測器接收到的雜訊增加，降低感測度。
本發(fā)明提供一種增加一半導(dǎo)體晶片上的一濾光片(color filter)附著力(adhesion)并避免光線的跨越干擾(cross talk)現(xiàn)象的方法，該半導(dǎo)體晶片上包含有一基底，復(fù)數(shù)個金屬氧化半導(dǎo)體(metal-oxide semiconductor，MOS)晶體管感測器設(shè)于該基底上，以及復(fù)數(shù)個絕緣物(insulator)分別設(shè)于任兩MOS晶體管感測器間的該基底上。該方法是先于該半導(dǎo)體晶片上形成一介電層，覆蓋該MOS晶體管感測器以及該絕緣物。然后于該介電層上形成復(fù)數(shù)個金屬層，且任兩該金屬層約略設(shè)置于其中的一該MOS晶體管感測器兩側(cè)上方。接著于該介電層上以及該金屬層上形成一保護層(passivationlayer)，并于該保護層上形成一第一濾光片，其中該第一濾光片設(shè)置相對應(yīng)于其中的一該MOS晶體管感測器上方，且該第一濾光片的兩側(cè)與其下方的兩該金屬層約略對齊。之后依序于該保護層上形成一第二濾光片以及一第三濾光片，且部分的該第二濾光片以及部分該第三濾光片分別相疊于該第一濾光片的一側(cè)。其中該第二濾光片以及該第三濾光片與該第一濾光片相疊的部分可以提高各該濾光片的附著力(adhesion)，同時形成一光線阻障層，以避免光線的跨越干擾(cross talk)。
利用本發(fā)明制作的濾光片，由于各濾光片有部分互相重疊，因此可以增加濾光片之間的接觸面積，進而加強濾光片的附著力，以避免發(fā)生濾光片剝落(peeling)。同時，各濾光片相疊的部分可以形成一光線阻障層，以避免光線的跨越干擾(cross talk)。
圖示的符號說明10半導(dǎo)體晶片 12硅基底14P型井 16淺溝隔離18光感測區(qū) 20介電層22紅色濾光片 24綠色濾光層26綠色濾光片 28藍色濾光層30藍色濾光層60半導(dǎo)體晶片 62硅基底64P型井 66淺溝隔離68光感測區(qū) 70介電層72金屬層 74保護層76紅色濾光片 78綠色濾光片80藍色濾光片 82光線阻障層84介層 86聚光鏡然后如圖8所示，于介電層70上形成復(fù)數(shù)個金屬層72，且任兩金屬層72約略設(shè)置于與其中的一MOS晶體管電連接的光感測區(qū)68兩側(cè)上方，接著于介電層70上以及金屬層72上形成一由氮氧化硅(silicon-oxy-nitride)所構(gòu)成的保護層(passivation layer)74。接下來，應(yīng)用習(xí)知技術(shù)依序于保護層74上形成各色濾光片，首先如圖9所示，于保護層74上形成一紅色濾光片76，其中紅色濾光片76設(shè)置相對應(yīng)于與其中的一MOS晶體管電連接的光感測區(qū)68上方，且紅色濾光片76的兩側(cè)與其下方的兩金屬層72約略對齊。
接著如圖10所示，依序于保護層74上形成一綠色濾光片78以及一藍色濾光片80，且部分的綠色濾光片78以及部分藍色濾光片80為分別相疊于紅色濾光片76的一側(cè)，相疊部分的寬度約為1μm。其中綠色濾光片78以及藍色濾光片80與紅色濾光片76相疊的部分是用來增加各濾光片76、78、80的接觸面積，以提高各濾光片76、78、80的附著力(adhesion)，同時綠色濾光片78以及藍色濾光片80與紅色濾光片76相疊的部分是用來形成一光線阻障層82，以避免光線的跨越干擾(cross talk)。
于形成濾光片76、78、80的制程后，另包含有一形成聚光鏡(U-lens)的制程以完成光學(xué)感測裝置的制作。如圖11所示，于濾光片76、78、80表面形成一介層(interlayer)84，然后于介層84上方形成一由壓克力材料(acrylate material)組成的聚合物層(未顯示)，并利用一曝光(exposure)與顯影(development)制程于聚合物層中形成各聚光鏡的圖案。最后利用一回火制程(anneal)將各聚光鏡圖案形成相對應(yīng)于各光感測區(qū)68的聚光鏡(U-len)86。
由于本發(fā)明制作濾光片陣列的方法，是先于半導(dǎo)體晶片表面形成各CMOS晶體管感測器，然后依序形成一介電層、復(fù)數(shù)個金屬層以及一保護層，之后于該保護層中依序形成各色濾光片，且各濾光片有部分相疊，因此可以增加接觸面積，提高各濾光片的附著力(adhesion)，同時各濾光片相疊的部分是用來形成一光線阻障層，以避免光線的跨越干擾(cross talk)。
相較于習(xí)知方法所制作的濾光片陣列，本發(fā)明制作的濾光片陣列具有下列優(yōu)點(1)兩種顏色的濾光片部分跨于另一顏色的濾光片上，因此可以增加濾光片的接觸面積，以增加其附著力，解決濾光片容易剝落的問題。(2)不同顏色的濾光片相互重疊部分可行成一光線阻障層，避免入射光直接穿透濾光片間的間隙，以減少感測器接收的雜訊。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種增加一半導(dǎo)體晶片上的一濾光片附著力并避免光線的跨越干擾現(xiàn)象的方法，該半導(dǎo)體晶片上包含有一基底，復(fù)數(shù)個金屬氧化半導(dǎo)體(MOS)晶體管感測器設(shè)于該基底上，以及復(fù)數(shù)個絕緣物分別設(shè)于任兩MOS晶體管感測器間的該基底上，其特征是該方法包含有下列步驟于該半導(dǎo)體晶片上形成一介電層，覆蓋該MOS晶體管感測器以及該絕緣物；于該介電層上形成復(fù)數(shù)個金屬層，且任兩該金屬層約略設(shè)置于其中的一該MOS晶體管感測器兩側(cè)上方；于該介電層上以及該金屬層上形成一保護層；于該保護層上形成一第一濾光片，其中該第一濾光片系設(shè)置相對應(yīng)于其中的一該MOS晶體管感測器上方，且該第一濾光片的兩側(cè)與其下方的兩該金屬層約略對齊；以及于該保護層上形成一第二濾光片以及一第三濾光片，且部分的該第二濾光片以及部分該第三濾光片分別相疊于該第一濾光片的一側(cè)；其中該第二濾光片以及該第三濾光片與該第一濾光片相疊的部分用來增加各該濾光片的接觸面積，以提高各該濾光片的附著力，同時該第二濾光片以及該第三濾光片與該第一濾光片相疊的部分用來形成一光線阻障層，以避免光線的跨越干擾。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該濾光片設(shè)置于一光學(xué)感測裝置中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該MOS晶體管感測器為一互補式MOS晶體管(CMOS)感測器。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該絕緣物為一場氧化層或一淺溝隔離。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該介電層由一多硅硅氧層以及一旋涂式玻璃所構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該保護層由氮氧化硅所構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該方法于形成該濾光片的制程后另包含有一形成聚光鏡的制程。
8.一種于一半導(dǎo)體晶片上制作一濾光片的方法，該半導(dǎo)體晶片上包含有一基底，復(fù)數(shù)個金屬氧化半導(dǎo)體(MOS)晶體管感測器設(shè)于該基底上，以及復(fù)數(shù)個絕緣物分別設(shè)于任兩MOS晶體管感測器間的該基底上，其特征是該方法包含有下列步驟于該半導(dǎo)體晶片上形成一介電層，覆蓋該MOS晶體管感測器以及該絕緣物；于該介電層上形成一第一濾光片，且該第一濾光片系約略設(shè)置相對應(yīng)于其中的一該MOS晶體管感測器上方；以及于該介電層上形成一第二濾光片以及一第三濾光片，且部分該第二濾光片以及部分該第三濾光片分別相疊于該第一濾光片的一側(cè)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該濾光片設(shè)置于一光學(xué)感測裝置中。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該MOS晶體管感測器為一互補式MOS晶體管(CMOS)感測器。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該絕緣物系為一場氧化層或一淺溝隔離。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該介電層由一多硅硅氧層以及一旋涂式玻璃所構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該介電層另設(shè)有復(fù)數(shù)個金屬層，其中任兩該金屬層設(shè)置于其中的一該MOS晶體管感測器兩側(cè)上方。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是該介電層另包含有一由氮氧化硅構(gòu)成的保護層覆蓋于該金屬層上。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是該第一濾光片的兩側(cè)與其下方的兩該金屬層約略對齊，且該第二濾光片以及該第三濾光片與該第一濾光片相疊的部分用來形成一光線阻障層，以避免光線的跨越干擾。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該第二濾光片以及該第三濾光片與該第一濾光片相疊的部分用來增加各該濾光片的接觸面積，以提高各該濾光片的附著力。
17.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該方法于形成該濾光片的制程后另包含有一形成聚光鏡的制程。
全文摘要
本發(fā)明為一種制作濾光片的方法，可增加一半導(dǎo)體晶片上的一濾光片附著力并避免光線的跨越干擾現(xiàn)象；該方法是先于該半導(dǎo)體晶片上形成一介電層以覆蓋設(shè)于該半導(dǎo)體晶片上的MOS晶體管感測器；然后于該介電層上形成復(fù)數(shù)個金屬層約略設(shè)置于各MOS晶體管感測器兩側(cè)上方；接著形成一保護層，并于該保護層上形成一第一濾光片，其兩側(cè)與下方的兩該金屬層約略對齊；之后依序于該保護層上形成一第二濾光片以及一第三濾光片且分別部分相疊于該第一濾光片的一側(cè)；其中各濾光片相疊的部分可以提高各該濾光片的附著力，同時形成一光線阻障層，以避免光線的跨越干擾。
文檔編號H01L29/04GK1396665SQ0212470
公開日2003年2月12日 申請日期2002年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月21日
發(fā)明者葉拯邦, 陳慶忠 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司