CN110416331A - 半导体装置及其形成方法 - Google Patents

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CN110416331A CN201810399427.1A CN201810399427A CN110416331A CN 110416331 A CN110416331 A CN 110416331A CN 201810399427 A CN201810399427 A CN 201810399427A CN 110416331 A CN110416331 A CN 110416331A
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曾汉良
林学荣
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Abstract

本发明提供了一种半导体装置及其形成方法。所述方法包括提供基板、形成第一遮光层于上述基板之上、进行第一光刻制造工艺图案化第一遮光层以于第一遮光层中形成多个第一开口。上述多个第一开口暴露出上述基板的多个像素。上述方法亦包括将第一模板放置于第一遮光层上。第一模板具有暴露出上述多个像素的第一镂空图案。上述方法亦包括提供第一材料。第一材料包括透明材料。上述方法亦包括经由第一模板将第一材料涂布于上述基板上以覆盖上述基板的多个像素并填充上述多个第一开口,使得多个由第一材料所形成的第一透明柱体形成于上述基板的多个像素上。本发明能够降低半导体装置的成本,增进所形成的光准直层的准直功能。

Description

半导体装置及其形成方法
技术领域
本发明是有关于半导体装置的形成方法,且特别有关于包括透明材料及遮光材料的半导体装置的形成方法。
背景技术
半导体装置可被使用于各种应用中。举例而言,半导体装置可被用来作为指纹辨识装置(或指纹辨识装置的至少一部分)。指纹辨识装置可由大量的光学元件组成。举例而言,上述光学元件可包括光准直器(light collimator)、分束器、聚焦镜以及线性感测器。
光准直器的功能在于准直(collimate)光线,以减少因光发散所导致的能量损失。举例而言,光准直器可被应用于指纹辨识装置中,以增加指纹辨识装置的效能。
然而,现有的光准直器及其形成方法并非在各方面皆令人满意。
发明内容
本发明提供一种半导体装置及其形成方法,以降低半导体装置的成本,增进所形成的光准直层的准直功能。
根据本发明一些实施例,提供一种半导体装置的形成方法。上述方法包括提供基板。上述基板包括多个像素。上述方法亦包括形成第一遮光层于上述基板之上、进行第一光刻制造工艺图案化上述第一遮光层以于上述第一遮光层中形成多个第一开口。上述多个第一开口暴露出上述基板的多个像素。上述方法亦包括将第一模板放置于上述第一遮光层之上。上述第一模板具有第一镂空图案,且上述第一镂空图案暴露出上述多个像素。上述方法亦包括提供第一材料。第一材料包括透明材料。上述方法亦包括经由上述第一模板将上述第一材料涂布于上述基板上以覆盖上述基板的多个像素并填充上述多个第一开口,使得多个由上述第一材料所形成的第一透明柱体形成于上述基板的多个像素上。上述方法亦包括将上述第一模板自上述第一遮光层移开。
根据本发明一些实施例,提供一种半导体装置。上述半导体装置包括基板。上述基板具有多个像素。上述半导体装置亦包括设置于上述基板上的光准直层。上述光准直层包括设置于上述基板上的第一遮光层以及设置于上述基板上的多个第一透明柱体。上述多个第一透明柱体覆盖上述基板的多个像素。上述光准直层亦包括设置于上述第一遮光层上的第二遮光层以及设置于上述多个第一透明柱体上的多个第二透明柱体。上述多个第二透明柱体覆盖上述多个第一透明柱体。
本发明实施例的半导体装置及其形成方法,先于基板上形成遮光层并于遮光层中形成多个开口,然后使用模板印刷制造工艺将透明材料设置于基板上以形成多个透明柱体。上述遮光层以及透明柱体可作为半导体装置(例如:指纹辨识装置)的光准直层。由于上述模板印刷制造工艺的成本较低,因此可降低光准直层及包括上述光准直层的半导体装置的生产成本。此外,在一些实施例中,经由在形成透明柱体的步骤之前先形成遮光层并在遮光层中形成多个暴露出基板的像素的开口,而可将透明柱体精准地设置在基板的像素的上方,藉此可增进所形成的光准直层的准直功能。
附图说明
以下将配合所附图式详述本发明实施例。应注意的是,各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上,元件的尺寸可能经放大或缩小,以清楚地表现出本发明实施例的技术特征。
图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F以及图1G为一系列的剖面图,其根据本发明一些实施例绘示出半导体装置的形成方法。
图1D’根据本发明一些实施例绘示出模板104的上视图。
图1G’根据本发明一些实施例绘示出半导体装置10的剖面图。
图1G”根据本发明一些实施例绘示出半导体装置10’的剖面图。
图2A、2B、2C、2D、2E、2F以及2G为一系列的剖面图,其根据本发明一些实施例绘示出半导体装置的形成方法。
图2D’根据本发明一些实施例绘示出模板204的上视图。
图2G’根据本发明一些实施例绘示出半导体装置20的剖面图。
图2G”根据本发明一些实施例绘示出半导体装置20’的剖面图。
符号说明:
10、10’、20、20’~半导体装置;
100~基板;
100T~基板的顶表面;
100B~基板的底表面;
100E~基板的侧边;
102、102’~遮光层;
102a~开口;
104~模板;
104a~开口;
106、106’、206、206’~透明柱体;
108、208~光准直层;
110~盖板;
204~模板;
204a~开口;
207、207’~透明连接特征;
P~像素;
W1、W2、W3、W4~宽度;
T1、T2、T3~厚度;
H1、H2~高度。
具体实施方式
以下的揭露内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的揭露内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例,以简化说明。当然,这些特定的范例并非用以限定。例如,若是本发明实施例叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方,即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例,亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间,而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外,以下所揭露的不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复是为了简化与清晰的目的,并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
后文将说明本发明的各种实施例。类似的标号可被用来表示类似的元件。应可理解的是,额外的操作步骤可实施于所述方法之前、之间或之后,且在所述方法的其他实施例中,部分的操作步骤可被取代或省略。
除非另外定义,在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇揭露所属的一般技艺者所通常理解的相同涵义。能理解的是,这些用语,例如在通常使用的字典中定义的用语,应被解读成具有与相关技术及本发明的背景或上下文一致的意思,而不应以一理想化或过度正式的方式解读,除非在本发明实施例有特别定义。
[第一实施例]
本实施例的半导体装置的形成方法是先于基板上形成遮光层并于遮光层中形成多个开口,然后使用模板印刷制造工艺(stencil printing process)将透明材料设置于基板上以形成多个透明柱体。上述遮光层以及透明柱体可作为半导体装置(例如:指纹辨识装置)的光准直层。由于上述模板印刷制造工艺的成本较低,因此可降低光准直层及包括上述光准直层的半导体装置的生产成本。
图1A绘示出本实施例的半导体装置的形成方法的起始步骤。如图1A所示,提供基板100。基板100可具有顶表面100T以及相对于顶表面100T的底表面100B,且基板100的侧边100E可位于顶表面100T以及底表面100B之间。
在一些实施例中,基板100可由元素半导体(例如:硅或锗)、化合物半导体(例如:碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)或磷化铟(InP))、合金半导体(例如:SiGe、SiGeC、GaAsP或GaInP)、其他适当的半导体或上述的组合所形成。在一些实施例中,基板100可为绝缘层上半导体基板(semiconductor-on-insulator(SOI)substrate)。上述绝缘层上半导体基板可包括底板、设置于上述底板上的埋藏氧化层以及设置于上述埋藏氧化层上的半导体层。在一些实施例中,基板100可为一半导体晶圆(例如:硅晶圆或其他适当的半导体晶圆)。
在一些实施例中,基板100可包括各种以如离子注入及/或扩散制造工艺所形成的p型掺杂区及/或n型掺杂区。举例而言,上述掺杂区可被配置来形成晶体管、光电二极管及/或发光二极管,但本发明实施例并非以此为限。
在一些实施例中,基板100可包括各种隔离特征,以分隔基板100中不同的装置区域。举例而言,隔离特征可包括浅沟槽隔离(shallow trench isolation,简称STI)特征,但本发明实施例并非以此为限。在一些实施例中,形成浅沟槽隔离的步骤可包括于基板100中蚀刻出一沟槽,并于上述沟槽中填入绝缘材料(例如:氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅)。所填充的沟槽可具有多层结构(例如:一热氧化衬层以及填充于沟槽的氮化硅)。可进行化学机械研磨(Chemical mechanical polishing,简称CMP)制造工艺以研磨掉多余的绝缘材料并平坦化隔离特征的上表面。
在一些实施例中,基板100可包括各种导电特征(例如:导线(line)或导孔(via))。举例而言,上述导电特征可由铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、其各自的合金、其他适当的导电材料或上述的组合所形成。
请继续参照图1A,在一些实施例中,基板100可包括多个像素P。在一些实施例中,像素P可将所接收到的光信号转换成电流信号。在一些实施例中,基板100的多个像素P可排列成一阵列,但本发明实施例并非以此为限。举例而言,在一些实施例中,基板100的一个像素P可包括或对应至少一光电二极管及/或其他适当的元件,但本发明实施例并非以此为限。如图1A所示,像素P可具有宽度W1。举例而言,宽度W1可为2至200微米,但本发明实施例并非以此为限。
接着,如图1B所示,形成遮光层102于基板100的顶表面100T之上。遮光层102可由遮光材料所形成。举例而言,遮光材料可包括光阻(例如:黑光阻或其他适当的非透明的光阻)、油墨(例如:黑色油墨或其他适当的非透明的油墨)、模制化合物(molding compound,例如:黑色模制化合物或其他适当的非透明的模制化合物)、防焊材料(solder mask,例如:黑色防焊材料或其他适当的非透明的防焊材料)、环氧树脂黑色高分子材料、其他适当的材料或上述的组合。在一些实施例中,遮光层102可包括光固化材料、热固化材料或上述的组合。
如图1B所示,遮光层102可具有厚度T1。举例而言,厚度T1可为2微米至150微米(例如:5微米至100微米),但本发明实施例并非以此为限。
接着,如图1C所示,图案化遮光层102,以于遮光层102中形成多个开口102a。在一些实施例中,开口102a是对应于像素P。换句话说,在此些实施例中,开口102a可暴露出所对应的像素P的至少一部分。如图1C所示,开口102a可具有宽度W2。举例而言,宽度W2可为2至200微米,但本发明实施例并非以此为限。
在一些实施例中,如图1C所示,开口102a的宽度W2可大抵上相同于像素P的宽度W1。换句话说,在此些实施例中,开口102a的侧壁可与其所对应的像素P的侧壁对齐。在一些其他的实施例中,开口102a的宽度W2大于像素P的宽度W1。
在一些实施例中,由于基板100的多个像素P是排列成一阵列,因此对应于像素P的多个开口102a亦排列成阵列。可视设计需求使开口102a具有任何适当的形状。举例而言,在一些实施例中,于上视图中,开口102a可为矩形、圆形、椭圆形、长圆形、六角形、不规则形、其他适当的形状或上述的组合。
在一些实施例中,形成多个开口102a的图案化制造工艺可包括光刻制造工艺。举例而言,光刻制造工艺可包括掩膜对准(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光后烘烤(post-exposure baking)、显影(developing photoresist)、其他适当的制造工艺或上述的组合。
接着,如图1D所示,将模板104放置于基板100的顶表面100T以及遮光层102之上。在一些实施例中,模板104可具有多个对应于基板100的像素P的开口104a。换句话说,在此些实施例中,在将模板104放置于基板100的顶表面100T以及遮光层102之上的步骤之后,开口104a可暴露出所对应的像素P的至少一部分。在一些实施例中,如图1D所示,在将模板104放置于基板100的顶表面100T以及遮光层102之上的步骤之后,开口104a与开口102a连通。
如图1D所示,模板104可具有厚度T2,开口104a可具有宽度W3。举例而言,厚度T2可为20至200微米,但本发明实施例并非以此为限。举例而言,宽度W3可为2至200微米,但本发明实施例并非以此为限。
在一些实施例中,如图1D所示,开口104a的宽度W3可大抵上相同于像素P的宽度W1。换句话说,在此些实施例中,开口104a的侧壁可与其所对应的像素P的侧壁对齐。在一些其他的实施例中,开口104a的宽度W3大于像素P的宽度W1。在一些实施例中,如图1D所示,开口104a的宽度W3可大抵上相同于开口102a的宽度W2。换句话说,在此些实施例中,开口104a的侧壁可与其所对应的开口102a的侧壁对齐。在一些其他的实施例中,开口104a的宽度W3大于开口102a的宽度W2。
接着,请参照图1D’,其绘示出模板104的上视图。在一些实施例中,如图1D’所示,模板104的开口104a于模板104中形成了镂空图案。于后续的步骤中,可经由模板104的镂空图案将一材料(例如:透明材料)设置于基板100的顶表面100T之上,使得基板100的顶表面100T上的上述材料具有对应于模板104的镂空图案的图案,于后文将对此详细说明。
在一些实施例中,由于基板100的多个像素P是排列成一阵列,因此对应于像素P的多个开口104a亦排列成阵列。应理解的是,虽然于图1D’所绘示的实施例中开口104a是排列成3x3的阵列,但本发明实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中,可视设计需求使开口104a所排列成的阵列具有其他适当数量的栏与列。
在一些实施例中,如图1D’所示,开口104a可大抵上为矩形,但本发明实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中,亦可视设计需求使开口104a为圆形、椭圆形、长圆形、六角形、不规则形、其他适当的形状或上述的组合。
举例而言,模板104可由钢铁形所成,但本发明实施例并非以此为限。举例而言,可使用如机械钻孔的方式于模板104中形成开口104a,但本发明实施例并非以此为限。
接着,如图1E所示,形成多个透明柱体106于基板100之上。在一些实施例中,如图1E所示,透明柱体106设置于开口102a以及开口104a中并覆盖基板100的像素P。透明柱体106可由第一材料所形成。在一些实施例中,第一材料可包括透明材料(例如:透明光阻、聚亚酰胺、其他适当的材料或上述的组合)。在一些实施例中,第一材料可包括光固化材料、热固化材料或上述的组合。在一些实施例中,第一材料可具有如胶体的流动性。
在一些实施例中,可使用模板104进行模板印刷制造工艺将第一材料涂布(或印刷)于基板100的顶表面100T之上。在一些实施例中,于上述模板印刷制造工艺中,先将第一材料设置于模板104之上,然后于模板104的顶表面之上沿着平行于基板100的顶表面100T的方向移动一刮刀或滚轮(未绘示于图中),并以上述刮刀或滚轮对第一材料施加适当的压力,使得第一材料从模板104的顶表面被挤压进入开口104a及开口102a。在一些实施例中,由于第一材料是经由模板104的镂空图案设置于基板100的顶表面100T之上,因此此些透明柱体106可具有对应于模板104的镂空图案的图案。在一些实施例中,此些透明柱体106的图案大抵上相同于模板104的镂空图案。
在一些实施例中,由于在使用模板104进行模板印刷制造工艺将第一材料涂布(或印刷)于基板100的顶表面100T之上的步骤的前先形成遮光层102以及暴露出像素P的开口102a,因此可使由第一材料所形成的透明柱体106被精准地设置在像素P的上方,而可增进光准直层(亦即,后文所述的光准直层108)的准直功能。
接着,如图1F所示,将模板104自基板100及遮光层102移开。在一些实施例中,可在将模板104自基板100及遮光层102移开的步骤之后进行固化制造工艺以固化透明柱体106的第一材料。举例而言,上述固化制造工艺可为光固化制造工艺、热固化制造工艺或上述组合。
在一些实施例中,如图1F所示,透明柱体106以及遮光层102可共同充当半导体装置的光准直层108。在一些实施例中,光准直层108的遮光层102以及透明柱体106可交错设置。
在一些实施例中,光准直层108的遮光层102为黑色(例如:遮光层102由黑光阻、黑色油墨、黑色模制化合物或黑色防焊材料所形成),因此可增进光准直层108的准直功能。
举例而言,在一些实施例中,可在光准直层108上设置如发光二极管的光源(未绘示于图中)、阻挡层(未绘示于图中)、其他适当的元件或上述的组合,并于此些光学元件上设置盖板110(例如:玻璃盖板)以形成如指纹辨识装置的半导体装置10(如图1G所示)。
在一些实施例中,可重复图1B至图1F所述的步骤(例如:重复两次、三次、或其他任何适当的次数),使半导体装置10的光准直层108包括更多遮光层及透明柱体,以增进光准直层108的准直功能。举例而言,如图1G’所示,在一些实施例中,可重复图1B至图1F所述的步骤于遮光层102上形成相同或类似于遮光层102的遮光层102’,并于透明柱体106上形成相同或类似于透明柱体106的透明柱体106’。在一些实施例中,可重复任何适当次数的图1B至图1F所述的步骤以提高像素P上的透明柱体的高度总和与像素P的宽度的比值(例如:H1/W1),藉此可增进光准直层108的准直功能。在一些实施例中,像素P上的透明柱体的高度总和与像素P的宽度的比值(例如:H1/W1)可为2至30(例如:10至30)。
在一些实施例中,如图1G’所示,透明柱体106的顶表面高于遮光层102的顶表面。在一些实施例中,如图1G’所示,透明柱体106’的顶表面高于遮光层102’的顶表面。
在一些实施例中,遮光层102’可直接接触遮光层102。在一些实施例中,遮光层102与遮光层102’可由相同的材料所形成,但本发明实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中,遮光层102与遮光层102’可由不同的材料所形成。
在一些实施例中,透明柱体106’可直接接触透明柱体106。在一些实施例中,透明柱体106与透明柱体106’可由相同的材料所形成,但本发明实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中,透明柱体106与透明柱体106’可由不同的材料所形成。
综合上述,本实施例的半导体装置的形成方法是先于基板上形成遮光层并于遮光层中形成多个开口,然后使用模板印刷制造工艺将透明材料设置于基板上以形成多个透明柱体。上述遮光层以及透明柱体可作为半导体装置(例如:指纹辨识装置)的光准直层。由于上述模板印刷制造工艺的成本较低,因此可降低光准直层及包括上述光准直层的半导体装置的生产成本。此外,在一些实施例中,经由在形成透明柱体的步骤的前先形成遮光层并在遮光层中形成多个暴露出基板的像素的开口,而可将透明柱体精准地设置在基板的像素的上方,藉此可增进所形成的光准直层的准直功能。
图1G”是绘示出本实施例的半导体装置10的一些变化例。应注意的是,除非特别说明,此些变化例与前述实施例的相同或类似的元件将以相同的元件符号表示,且其形成方法亦可相同或类似于前述实施例的形成方法。
如图1G”所示,半导体装置10’与半导体装置10的其中一个差异在于透明柱体的顶表面与遮光层的顶表面齐平。举例而言,在一些实施例中,可在形成透明柱体106之后进行平坦化制造工艺平坦化透明柱体106,使得透明柱体106的顶表面与遮光层102的顶表面具有大抵上相同的水平。换句话说,在此些实施例中,透明柱体106的顶表面可与遮光层102的顶表面共平面。类似地,在一些实施例中,可在形成透明柱体106’之后进行平坦化制造工艺平坦化透明柱体106’,使得透明柱体106’的顶表面与遮光层102’的顶表面具有大抵上相同的水平。换句话说,在此些实施例中,形成透明柱体106’的顶表面可与遮光层102’的顶表面共平面。举例而言,上述平坦化制造工艺可包括研磨制造工艺、化学机械研磨制造工艺、回蚀刻制造工艺、其他适当的制造工艺或上述的组合。
[第二实施例]
第二实施例与第一实施例的其中一个差异在于第二实施例的半导体装置的形成方法是使用仅具有单一开口的模板将第一材料设置于基板之上。
应注意的是,除非特别说明,本实施例与前述实施例的相同或类似的元件将以相同的元件符号表示,且其形成方法亦可相同或类似于前述实施例的形成方法。
首先,如图2A所示,提供基板100。接着,如图2B、图2C所示,于基板100上形成遮光层102并于遮光层102中形成多个开口102a以暴露出基板100的像素P。应理解的是,图2A至图2C所绘示的步骤是相同或类似于图1A至图1C所绘示的步骤,为了简明起见,于此将不再赘述。
接着,如图2D所示,将模板204放置于基板100的顶表面100T以及遮光层102之上。在一些实施例中,模板204可仅具有单一开口204a。在一些实施例中,开口204a对应多个像素P。换句话说,在此些实施例中,在将模板204放置于基板100的顶表面100T以及遮光层102之上的步骤之后,开口204a可暴露出所对应的多个像素P。在一些实施例中,如图2D所示,在将模板204放置于基板100的顶表面100T以及遮光层102之上的步骤之后,开口204a与多个开口102a连通。
如图2D所示,模板204可具有厚度T3,开口204a可具有宽度W4。举例而言,厚度T3可为10至100微米,但本发明实施例并非以此为限。举例而言,宽度W4可为50至550厘米,但本发明实施例并非以此为限。
在一些实施例中,如图2D所示,开口204a的宽度W4大于像素P的宽度W1。在一些实施例中,如图2D所示,开口204a的宽度W4大于开口102a的宽度W2。
接着,请参照图2D’,其绘示出模板204的上视图。在一些实施例中,如图2D’所示,模板204的开口204a于模板204中形成了镂空图案。于后续的步骤中,可经由模板204的镂空图案将前述第一实施例的第一材料设置于基板100的顶表面100T之上,使得基板100的顶表面100T上的第一材料具有对应于模板204的镂空图案的图案,于后文将对此详细说明。
在一些实施例中,如图2D’所示,开口204a可大抵上为圆形,但本发明实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中,亦可视设计需求使开口204a为矩形、椭圆形、长圆形、六角形、不规则形、其他适当的形状或上述的组合。
举例而言,模板204可由钢铁形所成,但本发明实施例并非以此为限。举例而言,可使用如机械钻孔的方式于模板204中形成开口204a,但本发明实施例并非以此为限。
接着,如图2E所示,形成多个透明柱体206以及透明连接特征207于基板100之上。在一些实施例中,如图2E所示,透明柱体206设置于开口102a中并延伸进入开口204a,且透明柱体206覆盖基板100的像素P。在一些实施例中,如图2E所示,透明连接特征207设置于遮光层102之上且可连接透明柱体206。换句话说,在此些实施例中,多个透明柱体206可经由连接特征207相互连接。
透明柱体206以及透明连接特征207可由第一材料所形成。在一些实施例中,第一材料可包括透明材料(例如:透明光阻、聚亚酰胺、其他适当的材料或上述的组合)。在一些实施例中,第一材料可包括光固化材料、热固化材料或上述的组合。在一些实施例中,第一材料可具有如胶体的流动性。
在一些实施例中,可使用模板204进行模板印刷制造工艺将第一材料涂布(或印刷)于基板100的顶表面100T之上。在一些实施例中,于上述模板印刷制造工艺中,先将第一材料设置于模板204之上,然后于模板204的顶表面之上沿着平行于基板100的顶表面100T的方向移动一刮刀或滚轮(未绘示于图中),并以上述刮刀或滚轮对第一材料施加适当的压力,使得第一材料从模板204的顶表面被挤压进入开口204a及开口102a。在一些实施例中,由于第一材料是经由模板204的镂空图案设置于基板100的顶表面100T之上,因此此些透明柱体206及透明连接特征207可具有对应于模板204的镂空图案的图案。在一些实施例中,此些透明柱体206及透明连接特征207的图案大抵上相同于模板204的镂空图案。
在一些实施例中,由于在使用模板204进行模板印刷制造工艺将第一材料涂布(或印刷)于基板100的顶表面100T之上的步骤之前先形成遮光层102以及暴露出像素P的开口102a,因此可使由第一材料所形成的透明柱体206被精准地设置在像素P的上方,而可增进光准直层(亦即,后文所述的光准直层208)的准直功能。
接着,如图2F所示,将模板204自基板100及遮光层102移开。在一些实施例中,可在将模板204自基板100及遮光层102移开的步骤之后进行固化制造工艺以固化透明柱体206以及透明连接特征207的第一材料。举例而言,上述固化制造工艺可为光固化制造工艺、热固化制造工艺或上述组合。
在一些实施例中,如图2F所示,透明柱体206、透明连接特征207以及遮光层102可共同充当半导体装置的光准直层208。在一些实施例中,光准直层208的遮光层102以及透明柱体206可交错设置。
在一些实施例中,光准直层208的遮光层102为黑色(例如:遮光层102由黑光阻、黑色油墨、黑色模制化合物或黑色防焊材料所形成),因此可增进光准直层208的准直功能。
举例而言,在一些实施例中,可在光准直层208上设置如发光二极管的光源(未绘示于图中)、阻挡层(未绘示于图中)、其他适当的元件或上述的组合,并于此些光学元件上设置盖板110(例如:玻璃盖板)以形成如指纹辨识装置的半导体装置20(如图2G所示)。
在一些实施例中,可重复图2B至图2F所述的步骤(例如:重复两次、三次、或其他任何适当的次数),使半导体装置20的光准直层208包括更多遮光层、透明柱体以及透明连接特征,以增进光准直层208的准直功能。举例而言,如图2G’所示,在一些实施例中,可重复图2B至图2F所述的步骤于基板100上形成相同或类似于遮光层102的遮光层102’、相同或类似于透明柱体206的透明柱体206’以及相同或类似于透明连接特征207的透明连接特征207’。在一些实施例中,可重复任何适当次数的图2B至图2F所述的步骤以提高像素P上的透明柱体的高度总和与像素P的宽度的比值(例如:H2/W1),藉此可增进光准直层208的准直功能。在一些实施例中,像素P上的透明柱体的高度总和与像素P的宽度的比值(例如:H2/W1)可为2至30(例如:10至30)。
在一些实施例中,如图2G’所示,透明柱体206的顶表面高于遮光层102的顶表面。在一些实施例中,如图2G’所示,透明柱体206’的顶表面高于遮光层102’的顶表面。
在一些实施例中,遮光层102’与遮光层102之间设置有透明连接特征207。在一些实施例中,遮光层102与遮光层102’可由相同的材料所形成,但本发明实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中,遮光层102与遮光层102’可由不同的材料所形成。
在一些实施例中,透明柱体206’可直接接触透明柱体206。在一些实施例中,透明柱体206与透明柱体206’可由相同的材料所形成,但本发明实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中,透明柱体206与透明柱体206’可由不同的材料所形成。
综合上述,本实施例的半导体装置的形成方法是先于基板上形成遮光层并于遮光层中形成多个开口,然后使用模板印刷制造工艺将透明材料设置于基板上以形成多个透明柱体。上述遮光层以及透明柱体可作为半导体装置(例如:指纹辨识装置)的光准直层。由于上述模板印刷制造工艺的成本较低,因此可降低光准直层及包括上述光准直层的半导体装置的生产成本。此外,在一些实施例中,经由在形成透明柱体的步骤之前先形成遮光层并在遮光层中形成多个暴露出基板的像素的开口,而可将透明柱体精准地设置在基板的像素的上方,藉此可增进所形成的光准直层的准直功能。
图2G”是绘示出本实施例的半导体装置20的一些变化例。应注意的是,除非特别说明,此些变化例与前述实施例的相同或类似的元件将以相同的元件符号表示,且其形成方法亦可相同或类似于前述实施例的形成方法。
如图2G”所示,半导体装置20’与半导体装置20的其中一个差异在于透明柱体的顶表面与遮光层的顶表面齐平。举例而言,在一些实施例中,可在形成透明柱体206之后进行平坦化制造工艺平坦化透明柱体206,使得透明柱体206的顶表面与遮光层102的顶表面具有大抵上相同的水平。换句话说,在此些实施例中,透明柱体206的顶表面可与遮光层102的顶表面共平面。在一些实施例中,上述平坦化制造工艺亦移除透明连接特征207。类似地,在一些实施例中,可在形成透明柱体206’之后进行平坦化制造工艺平坦化透明柱体206’,使得透明柱体206’的顶表面与遮光层102’的顶表面具有大抵上相同的水平。换句话说,在此些实施例中,形成透明柱体206’的顶表面可与遮光层102’的顶表面共平面。在一些实施例中,上述平坦化制造工艺亦移除透明连接特征207’。
应理解的是,虽然于图2G”所绘示的实施例中透明柱体206的顶表面与遮光层102的顶表面齐平且透明柱体206’的顶表面与遮光层102’的顶表面齐平,但本发明实施例并非以此为限。举例而言,在一些实施例中,透明柱体206的顶表面与遮光层102的顶表面齐平,而透明柱体206’的顶表面则高于遮光层102’的顶表面且透明连接特征207’未被移除。举例而言,在一些实施例中,透明柱体206’的顶表面与遮光层102’的顶表面齐平,而透明柱体206的顶表面则高于遮光层102的顶表面且透明连接特征207未被移除。
应理解的是,在一些实施例中,可经由具有不同镂空图案的多个模板形成光准直层的透明柱体。举例而言,在一些实施例中,可先使用第一实施例的模板104于基板100的像素P上形成透明柱体106,然后使用第二实施例的模板204于透明柱体106上形成透明柱体206。
综合上述,本发明实施例的半导体装置的形成方法是先于基板上形成遮光层并于遮光层中形成多个开口,然后使用模板印刷制造工艺将透明材料设置于基板上以形成多个透明柱体。上述遮光层以及透明柱体可作为半导体装置(例如:指纹辨识装置)的光准直层。由于上述模板印刷制造工艺的成本较低,因此可降低光准直层及包括上述光准直层的半导体装置的生产成本。此外,在一些实施例中,经由在形成透明柱体的步骤之前先形成遮光层并在遮光层中形成多个暴露出基板的像素的开口,而可将透明柱体精准地设置在基板的像素的上方,藉此可增进所形成的光准直层的准直功能。
前述内文概述了许多实施例的特征,使本技术领域技术人员可以从各个方面更佳地了解本发明实施例。本技术领域技术人员应可理解,且可轻易地以本发明实施例为基础来设计或修饰其他制造工艺及结构,并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本技术领域技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本发明实施例的发明精神与范围。在不背离本发明实施例的发明精神与范围的前提下,可对本发明实施例进行各种改变、置换或修改。
此外,本发明的每一项权利要求可为单独的实施例,且本发明的范围包括本发明的每一项权利要求及每一实施例彼此的结合。

Claims (18)

1.一种半导体装置的形成方法,其特征在于,包括:
提供一基板,其中所述基板包括多个像素;
形成一第一遮光层于所述基板之上;
进行一第一光刻制造工艺图案化所述第一遮光层以于所述第一遮光层中形成多个第一开口,其中所述第一开口暴露出所述基板的所述像素;
将一第一模板放置于所述第一遮光层之上,其中所述第一模板具有一第一镂空图案,且所述第一镂空图案暴露出所述像素;
提供一第一材料,其中所述第一材料包括一透明材料;
经由所述第一模板将所述第一材料涂布于所述基板上以覆盖所述基板的所述像素并填充所述第一开口,使得多个由所述第一材料所形成的第一透明柱体形成于所述基板的所述像素上;以及
将所述第一模板自所述第一遮光层移开。
2.如权利要求1所述的半导体装置的形成方法,其特征在于,还包括:
进行一平坦化制造工艺平坦化所述第一透明柱体,使得所述透明柱体的顶表面与所述第一遮光层的顶表面齐平。
3.如权利要求1所述的半导体装置的形成方法,其特征在于,所述第一镂空图案由多个第二开口所形成。
4.如权利要求3所述的半导体装置的形成方法,其特征在于,所述第二开口之一者的一宽度等于所述像素之一者的一宽度。
5.如权利要求1所述的半导体装置的形成方法,其特征在于,所述第一镂空图案仅具有一个开口。
6.如权利要求5所述的半导体装置的形成方法,其特征在于,所述第一镂空图案的所述开口的一宽度大于所述像素之一者的一宽度。
7.如权利要求1所述的半导体装置的形成方法,其特征在于,所述透明材料包括光固化材料、热固化材料或其二者的组合。
8.如权利要求1所述的半导体装置的形成方法,其特征在于,于将所述第一模板自所述第一遮光层移开的步骤之后还包括:
形成一第二遮光层于所述第一遮光层以及所述第一透明柱体之上;
进行一第二光刻制造工艺图案化所述第二遮光层以于所述第二遮光层中形成多个第三开口,其中所述第三开口暴露出所述第一透明柱体;
将所述第一模板放置于所述第二遮光层之上,其中所述第一模板的所述第一镂空图案暴露出所述第一透明柱体;
提供所述第一材料;
经由所述第一模板将所述第一材料涂布于所述基板上以覆盖所述第一透明柱体并填充所述第三开口,使得多个由所述第一材料所形成的第二透明柱体形成于所述第一透明柱体上;以及
将所述第一模板自所述第二遮光层移开。
9.如权利要求1所述的半导体装置的形成方法,其特征在于,于将所述第一模板自所述第一遮光层移开的步骤之后还包括:
形成一第二遮光层于所述第一遮光层以及所述第一透明柱体之上;
进行一第二光刻制造工艺图案化所述第二遮光层以于所述第二遮光层中形成多个第三开口,其中所述第三开口暴露出所述第一透明柱体;
将一第二模板放置于所述第二遮光层之上,其中所述第二模板具有一第二镂空图案,所述第二镂空图案暴露出所述第一透明柱体,且所述第一镂空图案与所述第二镂空图案不同;
提供所述第一材料;
经由所述第二模板将所述第一材料涂布于所述基板上以覆盖所述第一透明柱体并填充所述第三开口,使得多个由所述第一材料所形成的第二透明柱体形成于所述第一透明柱体之上;以及
将所述第二模板自所述第二遮光层移开。
10.一种半导体装置,其特征在于,包括:
一基板,其中所述基板具有多个像素;以及
一光准直层,设置于所述基板之上;
其中所述光准直层包括:
一第一遮光层,设置于所述基板之上;
多个第一透明柱体,设置于所述基板之上,其中所述第一透明柱体覆盖所述基板的所述像素;
一第二遮光层,设置于所述第一遮光层之上;以及
多个第二透明柱体,设置于所述第一透明柱体之上并覆盖所述第一透明柱体。
11.如权利要求10所述的半导体装置,其特征在于,所述第一遮光层直接接触所述第二遮光层。
12.如权利要求10所述的半导体装置,其特征在于,还包括:
多个透明连接特征,设置于所述第一遮光层以及所述第二遮光层之间,且所述透明连接特征连接所述第一透明柱体。
13.如权利要求10所述的半导体装置,其特征在于,还包括:
多个透明连接特征,设置于所述第二遮光层之上,且所述透明连接特征连接所述第二透明柱体。
14.如权利要求10所述的半导体装置,其特征在于,所述第二透明柱体的顶表面高于所述第二遮光层的一顶表面。
15.如权利要求10所述的半导体装置,其特征在于,所述第一透明柱体的顶表面高于所述第一遮光层的一顶表面。
16.如权利要求10所述的半导体装置,其特征在于,所述第一透明柱体以及所述第二透明柱体由光固化材料、热固化材料或其二者的组合所形成。
17.如权利要求10所述的半导体装置,其特征在于,所述基板的所述像素排列成一阵列。
18.如权利要求10所述的半导体装置,其特征在于,所述基板的所述像素的每一者包括至少一光电二极管。
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