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，尤其是可增加半導(dǎo)體晶片上的濾光片(color filter)附著力(adhesion)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(lán)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，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。如圖1所示，半導(dǎo)體晶片10包含有一硅基底(silicon substrate)12，以及一P型井(P-well)14設(shè)于硅基底12之上。該光學(xué)感測元件設(shè)于半導(dǎo)體晶片10上且包含有復(fù)數(shù)個(gè)CMOS感光二極管。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(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal-oxidesemiconductor，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(gè)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(hù)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(qiáng)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(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20J/cm2以下。加熱過程必須在一惰性氣體的環(huán)境下進(jìn)行，例如氮?dú)?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(lán)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(positive type 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(qiáng)濾光片的濾光效果及可靠度，同樣地，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20J/cm2以下。加熱過程必須在一惰性氣體的環(huán)境下進(jìn)行，例如氮?dú)?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(lán)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(dry weight)約10％至50％的藍(lán)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(lán)色濾光片30。為了加強(qiáng)濾光片的濾光效果及可靠度，同樣地，在藍(lán)色濾光片30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20J/cm2以下。加熱過程必須在一惰性氣體的環(huán)境下進(jìn)行，例如氮?dú)?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。
隨著光學(xué)裝置解析力的提升，感光裝置中的各元件尺寸也相對的日趨縮小，而受到濾光片尺寸縮小的影響，一來造成濾光片與保護(hù)層之間的接觸面積減少，而使得附著力(adhesion)變差，容易發(fā)生剝落(peeling)的問題，二來濾光片厚度變薄，使得濾光效果變差，而容易發(fā)生跨越干擾(cross-talk)的現(xiàn)象。
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)的方法。該半導(dǎo)體晶片上包含有一基底，復(fù)數(shù)個(gè)金屬氧化半導(dǎo)體(metal-oxides emiconductor，MOS)晶體管感測器設(shè)于該基底上，以及復(fù)數(shù)個(gè)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，覆蓋各該MOS晶體管感測器以及各該絕緣物。接著于該介電層上形成一保護(hù)層(passivationlayer)，然后于該保護(hù)層內(nèi)形成復(fù)數(shù)個(gè)設(shè)置于相對應(yīng)的一MOS晶體管感測器上方的濾光凹槽(recess)。最后于每一濾光凹槽中各形成一濾光片，其中各該濾光凹槽用來增加各該濾光片與該保護(hù)層的接觸面積，以避免各該濾光片發(fā)生剝落(peeling)。
利用本發(fā)明制作的濾光片，由于在保護(hù)層中形成有復(fù)數(shù)個(gè)濾光凹槽，因此可以增加濾光片與保護(hù)層之間的接觸面積，進(jìn)而加強(qiáng)濾光片與保護(hù)層間的附著力，以避免發(fā)生濾光片發(fā)生剝落(peeling)。
因此，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(diǎn)(1)可以增加濾光片與保護(hù)層的接觸面積，以增加其附著力，解決濾光片容易剝落的問題。(2)蝕刻出的濾光凹槽深度可以相對增加形成于各濾光凹槽中的濾光片膜厚，進(jìn)而加強(qiáng)濾光效果，減少跨越干擾(cross-talk)現(xiàn)象。
圖示的符號說明10 半導(dǎo)體晶片12 硅基底14 P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(lán)色濾光層
30 藍(lán)色濾光層60 半導(dǎo)體晶片62 硅基底64 P型井 66 淺溝隔離68 光感測區(qū) 70 介電層71 濾光溝槽 72 保護(hù)層74 紅色濾光片76 綠色濾光片78 藍(lán)色濾光片80 介層82 聚合物層 84 聚光鏡接著如圖8所示，于介電層70上形成一由氮氧化硅(silicon-oxy-nitride)所構(gòu)成的保護(hù)層(passivation layer)72，并于保護(hù)層72內(nèi)形成復(fù)數(shù)個(gè)濾光凹槽(recess)71，其中每一濾光凹槽71設(shè)置于與相對應(yīng)的MOS晶體管電連接的光感測區(qū)68上方。隨后如圖9所示，應(yīng)用習(xí)知技術(shù)依序于每一濾光凹槽71中形成紅色74、綠色76及藍(lán)色濾光片78，其中濾光凹槽71用來增加各濾光片74、76、78與保護(hù)層72的接觸面積，以避免各濾光片74、76、78發(fā)生剝落(peeling)。
圖10及圖11為本發(fā)明形成濾光片陣列的第二及第三實(shí)施例的方法示意圖。第二實(shí)施例如圖10所示，設(shè)置于各光感測區(qū)68上方的濾光凹槽71穿透保護(hù)層72而至介電層70表面，隨后應(yīng)用習(xí)知技術(shù)依序于每一濾光凹槽71中形成紅色74、綠色76及藍(lán)色濾光片78，如此一來，各濾光片74、76、78與保護(hù)層72的接觸面積更為增加。第三實(shí)施例如圖11所示，設(shè)置于各光感測區(qū)68上方的濾光凹槽71穿透保護(hù)層72而至介電層70表面，且形成于每一濾光凹槽71中的紅色74、綠色76及藍(lán)色濾光片78表面約略與保護(hù)層72表面切齊，如此一來，光線只需經(jīng)過濾光片74、76、78及介電層70即可射入光感測區(qū)68，而不需再經(jīng)過一保護(hù)層72，因此可以降低入射光的能量損耗。
在完成各濾光片74、76、78的制程之后，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12所示，于濾光片74、76、78表面形成一介層(interlayer)80，然后于介層80上方形成一由壓克力材料(acrylate material)組成的聚合物層82，并利用一曝光(exposure)與顯影(development)制程于聚合物層82中形成各聚光鏡的圖案。最后如圖13所示，利用一回火制程(anneal)將各聚光鏡圖案形成相對應(yīng)于各MOS晶體管的聚光鏡(U-lens)84。
本發(fā)明制作濾光片陣列的方法，是在半導(dǎo)體晶片表面形成各CMOS晶體管感測器以及介電層與保護(hù)層之后，于該保護(hù)層中相對應(yīng)于各MOS晶體管感測器上方的位置形成一濾光凹槽，再依序于各濾光凹槽中形成一濾光片，該濾光凹槽可以增加濾光片與保護(hù)層的接觸面積，以避免該濾光片發(fā)生剝落(peeling)。
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(diǎn)(1)可以增加濾光片與保護(hù)層的接觸面積，以增加其附著力，解決濾光片容易剝落的問題。(2)蝕刻出的濾光凹槽深度可以相對增加形成于各濾光凹槽中的濾光片膜厚，進(jìn)而加強(qiáng)濾光效果，減少跨越干擾(cross-talk)現(xiàn)象。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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的方法，該半導(dǎo)體晶片上包含有一基底，復(fù)數(shù)個(gè)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(gè)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保護(hù)層；于該保護(hù)層內(nèi)形成復(fù)數(shù)個(gè)濾光凹槽，其中每一濾光凹槽設(shè)置于相對應(yīng)的一MOS晶體管感測器上方；以及于每一濾光凹槽中各形成一濾光片；其中該濾光凹槽用來增加該濾光片與該保護(hù)層的接觸面積，以避免該濾光片發(fā)生剝落。
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(bǔ)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(hù)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。
8.一種制作一半導(dǎo)體晶片上的濾光片的方法，其特征是該半導(dǎo)體晶片上包含有一基底，一金屬氧化半導(dǎo)體(MOS)晶體管感測器設(shè)于該基底上，以及復(fù)數(shù)個(gè)絕緣物環(huán)繞于該MOS晶體管感測器周圍的該基底上，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保護(hù)層；于該保護(hù)層內(nèi)形成一濾光凹槽，其中該濾光凹槽設(shè)置于相對應(yīng)于該MOS晶體管感測器之上方；以及于該濾光凹槽中形成該濾光片。
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(bǔ)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，其特征是該保護(hù)層由氮氧化硅所構(gòu)成。
14.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。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該濾光凹槽用來增加該濾光片與該保護(hù)層的接觸面積，以避免該濾光片發(fā)生剝落。
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；該半導(dǎo)體晶片上包含有一基底，復(fù)數(shù)個(gè)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(gè)絕緣物分別設(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，覆蓋各該MOS晶體管感測器以及各該絕緣物；接著于該介電層上形成一保護(hù)層，然后于該保護(hù)層內(nèi)形成復(fù)數(shù)個(gè)設(shè)置于相對應(yīng)的一MOS晶體管感測器上方的濾光凹槽；最后于每一濾光凹槽中各形成一濾光片；本發(fā)明因在保護(hù)層中形成復(fù)數(shù)個(gè)濾光凹槽，可增加濾光片與保護(hù)層的接觸面積，以增加其附著力，解決濾光片容易剝落的問題，且蝕刻出的濾光凹槽深度可相對增加形成于各濾光凹槽中的濾光片膜厚，進(jìn)而加強(qiáng)濾光效果，減少跨越干擾現(xiàn)象。
文檔編號H01L31/18GK1396666SQ02124708
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