CN111191491B

CN111191491B - 光学感应器及其形成方法

Info

Publication number: CN111191491B
Application number: CN201811358902.7A
Authority: CN
Inventors: 李新辉; 曾汉良; 余俊良; 林光明; 陈茵; 陈子端; 林学荣; 吕文志; 吕定蓉
Original assignee: Vanguard International Semiconductor Corp
Current assignee: Vanguard International Semiconductor Corp
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2023-10-27
Anticipated expiration: 2038-11-15
Also published as: CN111191491A

Abstract

本发明实施例提供一种光学感应器及其形成方法，该光学感应器包括：位于基板中的多个像素以及位于基板之上的光准直层。上述光准直层包括：第一遮光层、第一透光柱、第二遮光层及第二透光柱。第一遮光层位于基板之上。第一透光柱穿过第一遮光层，对应设置于像素上。第二遮光层位于第一遮光层及第一透光柱上方；以及第二透光柱，穿过第二遮光层，对应设置于第一透光柱上；第一透光柱的顶面积不等于第二透光柱的底面积。该光学感应器可避免工艺能力限制，提高透光柱的总高宽比，改善多层透光柱之间的对准问题，以提升工艺良率。

Description

光学感应器及其形成方法

技术领域

本发明是有关于一种光学元件，特别是有关于一种光学感应器。

背景技术

光学感应器中的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。其中，光准直器的功能在于准直光线，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光学感应器中，以增加指纹辨识装置的效能。

光准直器包括透光柱及包围透光柱的遮光层，以达到准直光线的效果。因设计需求，需要高高宽比(aspect ratio)的透光柱时，可能因工艺能力限制而容易使透光柱倒塌变形，影响光准直器的准直效果，进一步影响光学感应器的良率。

虽然现有的光学感应器大致符合需求，但并非各方面皆令人满意，特别是提高光学感应器的光准直器透光柱的高宽比仍需进一步改善。

发明内容

根据一实施例，本发明提供一种光学感应器，包括：像素，位于基板中；光准直(collimating)层，位于基板之上，包括：第一遮光层，位于基板上方；第一透光柱，穿过第一遮光层，对应设置于像素上；第二遮光层，位于第一遮光层及第一透光柱上方；以及第二透光柱，穿过第二遮光层，对应设置于第一透光柱上；其中第一透光柱的顶面积不等于第二透光柱的底面积。

根据另一实施例，本发明提供一种光学感应器的形成方法，包括：形成像素于基板中；形成光准直层于基板之上，其中光准直层的形成包括：形成第一透光柱于基板之上，其中第一透光柱对应设置于像素上；形成第一遮光层于第一透光柱之间；平坦化第一透光柱与第一遮光层的上表面；形成第二透光柱于第一透光柱与第一遮光层之上，其中第二透光柱对应设置于第一透光柱上；形成第二遮光层于第二透光柱之间；以及平坦化第二透光柱与第二遮光层的上表面；其中第一透光柱的顶面积不等于第二透光柱的底面积。

为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举数个实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

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，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本发明实施例的特征。

图1至图5是根据一些实施例绘示出形成光学感应器不同阶段的剖面示意图。

图6是根据另一些实施例绘示出光学感应器的剖面图。

图7是根据又一些实施例绘示出光学感应器的剖面图。

图8是根据再一些实施例绘示出光学感应器的剖面图。

图9是根据其他一些实施例绘示出光学感应器的剖面图。

图10是根据其他一些实施例绘示出光学感应器的剖面图。

图11是根据其他一些实施例绘示出光学感应器的剖面图。

附图标号：

100、200、300、400、500、600、700～光学感应器；

102～基板；

104～像素；

106、206、306、406、506～透光柱；

106a、206a、306a、406a、506a～第一透光柱；

106b、206b、306b、406b、506b～第二透光柱；

108、208、308、408、508～遮光层；

108a、208a、308a、408a、508a～第一遮光层；

108b、208b、308b、408b、508b～第二遮光层；

110～光准直层；

110a～第一光准直层；

110b～第二光准直层；

612～底遮光层；

706D～虚置透光柱；

706aD～第一虚置透光柱；

706bD～第二虚置透光柱；

θ1、θ2、θ3～夹角；

306aW、306bW、406aW、406bW～口径。

具体实施方式

以下公开许多不同的实施方法或是例子来实行本发明实施例的不同特征，以下描述具体的元件及其排列的实施例以阐述本发明实施例。当然这些实施例仅用以例示，且不该以此限定本发明实施例的范围。例如，在说明书中提到第一特征形成于第二特征之上，其包括第一特征与第二特征是直接接触的实施例，另外也包括于第一特征与第二特征之间另外有其他特征的实施例，亦即，第一特征与第二特征并非直接接触。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示，这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明实施例，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。

此外，其中可能用到与空间相对用词，例如「在…下方」、「下方」、「较低的」、「上方」、「较高的」及类似的用词，这些空间相对用词是为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相对用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及图式中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相对形容词也将依转向后的方位来解释。

在此，「约」、「大约」、「大抵」的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内，或3％之内，或2％之内，或1％之内，或0.5％之内。应注意的是，说明书中所提供的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明「约」、「大约」、「大抵」的情况下，仍可隐含「约」、「大约」、「大抵」的含义。

虽然所述的一些实施例中的步骤以特定顺序进行，这些步骤亦可以其他合逻辑的顺序进行。在不同实施例中，可替换或省略一些所述的步骤，亦可于本发明实施例所述的步骤之前、之中、及/或之后进行一些其他操作。本发明实施例中的光学感应器可加入其他的特征。在不同实施例中，可替换或省略一些特征。

本发明实施例提供一种光学感应器，逐层堆迭透光柱及遮光层，以分层方式形成光准直层，可避免工艺能力限制，提高透光柱的总高宽比，并藉由改变透光柱在剖面图的形状大小，改善多层透光柱之间的对准问题，以提升工艺良率。

图1至图5是根据一些实施例绘示出形成光学感应器100不同阶段的剖面示意图。如图1所示，提供一基板102。此基板102可为半导体基板，例如硅基板。此外，上述半导体基板亦可为元素半导体，包括锗(germanium)；化合物半导体，包括氮化镓(gallium nitride，GaN)、碳化硅(silicon carbide)、砷化镓(gallium arsenide)、磷化镓(galliumphosphide)、磷化铟(indium phosphide)、砷化铟(indium arsenide)及/或锑化铟(indiumantimonide)；合金半导体，包括硅锗合金(SiGe)、磷砷镓合金(GaAsP)、砷铝铟合金(AlInAs)、砷铝镓合金(AlGaAs)、砷铟镓合金(GaInAs)、磷铟镓合金(GaInP)、及/或磷砷铟镓合金(GaInAsP)、或上述材料的组合。在一些实施例中，基板102也可以是绝缘层上覆半导体(semiconductor on insulator)基板，上述绝缘层覆半导体基板可包括底板、设置于底板上的埋藏氧化层、或设置于埋藏氧化层上的半导体层。此外，基板102可为N型或P型导电型。

在一些实施例中，基板102可包括各种隔离部件(未绘示)，用以定义主动区，并电性隔离基板102之中/之上的主动区元件。在一些实施例中，隔离部件包括浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)部件、局部硅氧化(local oxidation of silicon，LOCOS)部件、其他合适的隔离部件、或上述的组合。在一些实施例中，形成隔离部件可例如包括形成绝缘层于基板102之上，选择性刻蚀绝缘层及基板102以于基板102中形成沟槽，于沟槽中成长富含氮(例如氮氧化硅)的衬层，以沉积工艺于沟槽中填入绝缘材料(例如二氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅)，对沟槽中绝缘材料进行退火工艺，并以例如化学机械研磨(Chemical mechanical polishing，CMP)工艺对基板102进行平坦化工艺，以去除多余的绝缘材料，使沟槽中的绝缘材料与基板102的顶表面等高。

在一些实施例中，基板102可包括各种以如离子注入及/或扩散工艺所形成的P型掺杂区及/或N型掺杂区(未绘示)。在一些实施例中，掺杂区可形成晶体管、发光二极管等元件。然而，上述的元件仅为范例，本发明并不以此为限。

在一些实施例中，基板102可包括各种导电部件(例如:导线或导孔)(未绘示)。例如，上述导电特征可由铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、其他适当的导电材料、上述的合金、或上述的组合所形成。

如图1所示，在一些实施例中，基板102中可包括像素104。像素104可包括光感测器及读出电路(read out circuit)。光侦测器可包括发光二极管、电荷耦合元件(chargedcoupling device，CCD)感测器、互补式金属氧化物半导体(complimentary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感测器、主动感测器、被动感测器、其他适合的感测器、或上述的组合。读出电路可包括传输晶体管(transfer transistor)、重置晶体管(resettransistor)、源极跟随晶体管(source-follower transistor)、选择晶体管(selecttransistor)、一或多种其他合适的晶体管、或上述的组合。像素104可藉由光感测器将接收到的光信号转换成电子信号，并透过读出电路读取上述电子信号。其中，一个像素104可对应至至少一个光感测器，例如至少一个发光二极管。值得注意的是，在图1中仅绘示出部分像素104，实际上的数量并不以此为限。在一些实施例中，像素104以阵列方式排列在基板中。

接着，如图2所绘示，在基板102上形成第一透光柱106a。在一些实施例中，可先于基板102上毯覆性地(blanketly)形成透光层。在一些实施例中，透光层可包括透光材料，其对于波长300nm至1100nm光线的透光度大于60％。透光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，透光材料可包括例如聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate，PMMA)、全氟环丁基(perfluorocyclobutyl，PFCB)聚合物、聚亚酰胺、环氧树脂、其他适当的材料、或上述的组合。在一些实施例中，可以旋转涂布法、化学气相沉积法、物理气相沉积法(例如蒸镀或溅镀)、电镀、原子层沉积法、其他适当的方法、或上述的组合于基板102上沉积透光材料。

接着，选择性地去除基板102的透光材料。在一些实施例中，以光刻工艺及刻蚀工艺选择性去除透光材料以在像素104上方对应形成第一透光柱106a。在一些实施例中，光刻工艺可包括光阻涂布(例如旋转涂布)、软烤(soft baking)、掩膜对准、曝光图案、曝光后烘烤(post-exposure baking)、光阻显影、清洗及干燥(例如硬烤(hard baking))、其他合适的技术、或上述的组合。刻蚀工艺可包括干刻蚀工艺(例如反应离子刻蚀(reactive ionetch，RIE)、等离子体刻蚀、离子研磨(ion milling))、湿刻蚀工艺、或上述的组合。在另一些实施例中，亦可藉由固化工艺如光固化工艺固化透光材料并清洗未曝光的部分而直接形成第一透光柱106a。可藉由透过图案化工艺中曝光的焦距而改变第一透光柱106a在剖面图中的形状。例如，如图2所示，第一透光柱106a在剖面图中为上窄下宽的梯形。在一些其他实施例中，第一透光柱106a在剖面图中亦可为其他形状，例如上宽下窄的倒梯形、矩形、双凹形(double concave)等、其他合适的形状、或上述的组合。

接着，如图3所绘示，形成第一遮光层108a在基板102上方的第一透光柱106a之间。在一些实施例中，第一遮光层108a可包括遮光材料，其对于波长300nm至1100nm光线的吸收度大于90％。上述遮光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，遮光材料包括非透明的光阻、油墨、模制化合物(molding compound)、防焊材料(soldermask)、其他适当的材料、或上述的组合。在一些实施例中，可将遮光材料设置于基板102上方的第一透光柱106a之间，并进行固化工艺如光固化工艺、热固化工艺或上述的组合以固化遮光材料并形成第一遮光层108a。在一些实施例中，使用单一遮光材料形成第一遮光层108a，如此一来，可简化工艺，降低量产时间及成本。

接着，以例如化学机械研磨(Chemical mechanical polishing，CMP)工艺对第一透光柱106a及第一遮光层108a进行平坦化工艺，以去除多余的遮光材料，使第一透光柱106a及第一遮光层108a顶表面等高。如此，便形成包括第一透光柱106a及第一遮光层108a的第一光准直层110a。

接着，如图4所绘示，在第一透光柱106a及第一遮光层108a上形成第二透光柱106b，且第二透光柱106b对应设置于第一透光柱106a之上。在一些实施例中，用以形成第二透光柱106b的工艺与材料可与前述形成第一透光柱106a的工艺与材料相同或相似，此处不重述。在另一些实施例中，第二透光柱106b与第一透光柱106a的材料不同，视工艺需求而定。

在一些实施例中，第二透光柱106b与第一透光柱106a在剖面图中的形状大小相同。举例而言，如图4所示，第二透光柱106b与第一透光柱106a在剖面图中均为大小相同的上窄下宽的梯形，如此一来，可使遮光层较易形成于透光柱之间，避免于透光柱与遮光层之间形成空隙，影响准直效果。此外，由于第二透光柱106b与第一透光柱106a的各自的底面积大于其各自的顶面积，第一透光柱106a的顶面积不等于第二透光柱106b的底面积，举例而言，第一透光柱106a的顶面积小于第二透光柱106b的底面积。如此一来，有助于形成第二透光柱106b时的重叠(overlay)对准，可避免第二透光柱106b与第一透光柱106a因未对准而减少其重叠面积，进而改善准直效果，提升良率。在一些实施例中，第二透光柱106b与第一透光柱106a各自的侧壁与其底表面的夹角θ1为30°至89°。夹角θ1若太大，则可能使第二透光柱106b与第一透光柱106a未对准而降低准直效果。夹角θ1若太小，则可能使第二透光柱106b与第一透光柱106a重叠面积太小而减少下方像素104吸收的光量。

接着，如图5所绘示，形成第二遮光层108b在第一光准直层110a上的第二透光柱106b之间。在一些实施例中，用以形成第二遮光层108b的工艺与材料可与前述形成第一遮光层108a的工艺与材料相同或相似，此处不重述。在另一些实施例中，第二遮光层108b与第一遮光层108a的材料不同，视工艺需求而定。在图5中，由于第二遮光层108b与第一遮光层108a使用单一的遮光材料，第二透光柱106b与第一透光柱106a亦使用单一的透光材料，两者之间没有明显的界面，其交界处以虚线表示。

接着，以例如化学机械研磨工艺对第二透光柱106b及第二遮光层108b进行平坦化工艺，以去除多余的遮光材料，使第二透光柱106b及第二遮光层108b顶表面等高。如此，便形成包括第二透光柱106b及第二遮光层108b的第二光准直层110b。

如图5所示，光学感应器100的光准直层110包括第一光准直层110a及第二光准直层110b，其中的透光柱106包括第一透光柱106a及第二透光柱106b，遮光层108包括第一遮光层108a及第二遮光层108b。藉由分别形成第一光准直层110a及第二光准直层110b，可提高透光柱106的高宽比(aspect ratio)，避免于单次工艺中因透光柱106太高而使其变形倒塌。在一些实施例中，透光柱106的高宽比(亦即第一透光柱106a及第二透光柱106b的总高宽比)介于1:1至10:1之间。

在一些实施例中，光准直层110上方可包括其他光学元件例如彩色滤光片、玻璃、微透镜、透明层等(未绘示)。入射的光线透过光准直层110上方的光学元件经过透光柱106照射像素104。在一些实施例中，第二透光柱106b与第一透光柱106a位于像素104的正上方。如此一来，可增加照射像素104的光量。

值得注意的是，图5中光准直层层数仅为一范例，本发明并不以此为限。在本发明实施例中，光准直层亦可包括三层以上的光准直层，视工艺及设计需求而定。

如上所述，藉由分层形成光学感应器的光准直层，可提高透光柱的总高宽比，避免透光柱太高而变形倒塌，并藉由调整各层透光柱在剖面图的形状及大小，例如使各层透光柱的底面积大于其顶面积，可避免于透光柱与遮光层之间形成空隙，并使下层透光柱的顶面积与上层透光柱的底面积不相等，可避免各层透光柱因未对准而减少其重叠面积，进而改善准直效果，提升良率。

图6是根据另一些实施例绘示出光学感应器200的剖面图。其中与前述实施例相同或相似的工艺或元件将沿用相同的元件符号，其详细内容将不再赘述。与前述实施例的差别在于，如图6所示，第一透光柱206a与第二透光柱206b为上宽下窄的倒梯形。在一些实施例中，可藉由透过图案化工艺中曝光的焦距而改变第一透光柱206a与第二透光柱206b在剖面图中的形状。若使遮光层208a、208b形成于上宽下窄的倒梯形透光柱206a、206b，可增强工艺对准能力。

在一些实施例中，第二透光柱206b与第一透光柱206a在剖面图中的形状大小相同。举例而言，如图6所示，第二透光柱206b与第一透光柱206a在剖面图中均为大小相同的上宽下窄的倒梯形。此外，由于第二透光柱206b与第一透光柱206a的各自的顶面积大于其各自的底面积，第一透光柱206a的顶面积不等于第二透光柱206b的底面积，举例而言，第一透光柱206a的顶面积大于第二透光柱206b的底面积。如此一来，有助于形成第二透光柱206b时的重叠(overlay)对准，可避免第二透光柱206b与第一透光柱206a因未对准而减少其重叠面积，进而改善准直效果，提升良率。在一些实施例中，第二透光柱206b与第一透光柱206a各自的侧壁与其底表面的夹角θ2为91°至150°。夹角θ2若太小，则可能因第二透光柱206b与第一透光柱206a未对准而降低准直效果。夹角θ2若太大，则可能使第二透光柱206b与第一透光柱206a重叠面积太小而减少下方像素104吸收的光量。

如图6所示的实施例中，藉由分层形成光学感应器的光准直层，可提高透光柱的总高宽比，避免透光柱太高而变形倒塌，并由于各层透光柱的顶面积大于其底面积，使下层透光柱的顶面积与上层透光柱的底面积不相等，可避免各层透光柱因未对准而减少其重叠面积，进而改善准直效果，提升良率。

图7是根据再一些实施例绘示出光学感应器300的剖面图。其中与前述实施例相同或相似的工艺或元件将沿用相同的元件符号，其详细内容将不再赘述。与前述实施例的差别在于，如图7所示，第一透光柱306a与第二透光柱306b在剖面图中为大小不同的矩形，且第一透光柱306a在剖面图中小于第二透光柱306b。在一些实施例中，可利用不同的图案化掩膜形成第一透光柱306a与第二透光柱306b，以形成不同大小的第一透光柱306a与第二透光柱306b。

由于第二透光柱306b的口径306bW大于第一透光柱306a的口径306aW，第一透光柱306a的顶面积不等于第二透光柱306b的底面积，举例而言，第一透光柱306a的顶面积小于第二透光柱306b的底面积。如此一来，有助于形成第二透光柱306b时的重叠(overlay)对准，可避免第二透光柱306b与第一透光柱306a因未对准而减少其重叠面积，进而改善准直效果，提升良率。在一些实施例中，第二透光柱306b的口径306bW与第一透光柱306a的口径306aW的比值介于1至10之间。第二透光柱306b的口径306bW与第一透光柱306a的口径306aW的比值若太小，则可能因第二透光柱306b与第一透光柱306a未对准而降低准直效果。第二透光柱306b的口径306bW与第一透光柱306a的口径306aW的比值若太大，则可能使第二透光柱306b与第一透光柱306a重叠面积太小而减少下方像素104吸收的光量。

如图7所示的实施例中，藉由分层形成光学感应器的光准直层，可提高透光柱的总高宽比，避免透光柱太高而变形倒塌，并由于上层透光柱之口径大于下层透光柱的口径，使下层透光柱的顶面积与上层透光柱的底面积不相等，可避免各层透光柱因未对准而减少其重叠面积，改善准直效果，进而提升良率。

图8是根据再一些实施例绘示出光学感应器400的剖面图。其中与前述实施例相同或相似的工艺或元件将沿用相同的元件符号，其详细内容将不再赘述。与前述实施例的差别在于，如图8所示，第一透光柱406a与第二透光柱406b在剖面图中为大小不同的矩形，且第一透光柱406a在剖面图中大于第二透光柱406b。在一些实施例中，可利用不同的图案化掩膜形成第一透光柱406a与第二透光柱406b，以形成不同大小的第一透光柱406a与第二透光柱406b。

由于第一透光柱406a的口径406aW大于第二透光柱406b的口径406bW，第一透光柱406a的顶面积不等于第二透光柱406b的底面积，举例而言，第一透光柱406a的顶面积大于第二透光柱406b的底面积。如此一来，有助于形成第二透光柱406b时的重叠(overlay)对准，可避免第二透光柱406b与第一透光柱406a因未对准而减少其重叠面积，进而改善准直效果，提升良率。在一些实施例中，第二透光柱406b的口径406bW与第一透光柱406a的口径406aW的比值介于0.1至0.99之间。第二透光柱406b的口径406bW与第一透光柱406a的口径406aW的比值若太大，则可能因第二透光柱406b与第一透光柱406a未对准而降低准直效果。第二透光柱406b的口径406bW与第一透光柱406a的口径406aW的比值若太小，则可能使第二透光柱406b与第一透光柱406a重叠面积太小而减少下方像素104吸收的光量。

如图8所示的实施例中，藉由分层形成光学感应器的光准直层，可提高透光柱的总高宽比，避免透光柱太高而变形倒塌，并由于上层透光柱的口径小于下层透光柱的口径，使下层透光柱的顶面积与上层透光柱的底面积不相等，可避免各层透光柱因未对准而减少其重叠面积，改善准直效果，进而提升良率。

图9是根据其他一些实施例绘示出光学感应器500的剖面图。其中与前述实施例相同或相似的工艺或元件将沿用相同的元件符号，其详细内容将不再赘述。与前述实施例的差别在于，如图9所示，第一透光柱506a与第二透光柱506b在剖面图中形状不同。举例而言，第一透光柱506a为双凹形，第二透光柱506b为梯形。在一些实施例中，可藉由透过图案化工艺中曝光的焦距而改变第一透光柱506a与第二透光柱506b在剖面图中的形状。

藉由自由调变第一透光柱506a与第二透光柱506b在剖面图中不同的形状及大小，使第二透光柱506b与第一透光柱506a的各自的底面积大于其各自的顶面积，可使遮光层较易形成于透光柱之间，避免于透光柱与遮光层之间形成空隙，影响准直效果。此外，使第一透光柱506a的顶面积不等于第二透光柱506b的底面积，有助于形成第二透光柱506b时的重叠(overlay)对准，可避免第二透光柱506b与第一透光柱506a因未对准而减少其重叠面积，进而改善准直效果，提升良率。

值得注意的是，图9中第一透光柱与第二透光柱在剖面图中形状、大小、及比例关系仅为一范例，本发明并不以此为限。在本发明实施例中，光准直层亦可包括任意形状、大小、及比例关系的透光柱组合，视工艺及设计需求而定。

如图9所示的实施例中，藉由分层形成光学感应器的光准直层，可提高透光柱的总高宽比，避免透光柱太高而变形倒塌，并藉由自由调变各层透光柱的形状、大小、及比例关系，例如使各层透光柱的底面积大于其顶面积，可避免于透光柱与遮光层之间形成空隙，且使下层透光柱的顶面积与上层透光柱的底面积不相等，可避免各层透光柱因未对准而减少其重叠面积，进而改善准直效果，提升良率。

图10是根据其他一些实施例绘示出光学感应器600的剖面图。其中与前述实施例相同或相似的工艺或元件将沿用相同的元件符号，其详细内容将不再赘述。与前述实施例的差别在于，如图10所示，光学感应器600更包括底遮光层612。底遮光层612位于像素104之间的基板102上方，且底遮光层612位于第一光准直层110a之下。在一些实施例中，底遮光层612与后续形成的第一遮光层108a及第二遮光层108b的材料不同。在一些实施例中，底遮光层612可包括光固化材料，其对于波长300nm至1100nm光线的吸收度大于90％。在一些实施例中，光固化材料包括非透明的光敏树脂、含黑色挡光树酯、其他适当的材料、或上述的组合。在一些实施例中，可在将光固化材料设置于基板102上方，并进行固化工艺如光固化工艺以固化光固化材料并于像素104之间的基板102上方形成底遮光层612。

在一些实施例中，底遮光层612位于像素104之间的基板102上方，可避免光线进入非像素104区域的基板之中，而产生光信号的噪声。

如图10所示的实施例中，藉由分层形成光学感应器的光准直层，可提高透光柱的总高宽比，避免透光柱太高而变形倒塌，并藉由在像素之间的基板上形成底遮光层，可减少光信号的噪声，并由于下层透光柱的顶面积与上层透光柱的底面积不相等，可避免各层透光柱因未对准而减少其重叠面积，改善准直效果，进而提升良率。

图11是根据其他一些实施例绘示出光学感应器700的剖面图。其中与前述实施例相同或相似的工艺或元件将沿用相同的元件符号，其详细内容将不再赘述。与前述实施例的差别在于，如图11所示，第一光准直层110a中更包括第一虚置透光柱706aD，穿过第一遮光层108a，位于第一光准直层110a中周边区域的基板102上方。第二光准直层110b中更包括第二虚置透光柱706bD，穿过第二遮光层108b，对应设置于第一虚置透光柱706aD之上。在一些实施例中，如图11所示，第一虚置透光柱706aD下方并未对应至任何像素104。

在一些实施例中，可在分别形成第一透光柱106a与第二透光柱106b时，同时于基板102周边区域上方分别形成第一虚置透光柱706aD及第二虚置透光柱706bD，且与第一透光柱106a及第二透光柱106b各自的材料相同。如此一来，可节省工艺时间与成本。

在一些实施例中，像素104可为阵列排列。因此，透光柱106亦可为阵列排列。在阵列边缘的透光柱106可能因透光材料分子间的内聚力或后续工艺作用而变形倒塌。藉由在透光柱106阵列边缘设置虚置透光柱706D(包括第一虚置透光柱706aD及第二虚置透光柱706bD)作为应力缓冲，提供物理性支撑，可强化透光柱106阵列结构，避免阵列边缘透光柱106变形倒塌，保持透光柱106的均匀度，进而提升良率。

值得注意的是，图11中虚置透光柱与透光柱之形状、大小仅为一范例，本发明并不以此为限。在本发明实施例中，虚置透光柱亦可为任意数目、排列方式、形状、大小、及比例关系，视工艺及设计需求而定。

如图11所示的实施例中，藉由分层形成光学感应器的光准直层，可提高透光柱的总高宽比，并藉由在透光柱周围设置虚置透光柱，可进一步增强透光柱阵列结构，避免透光柱太高而变形倒塌，并由于下层透光柱的顶面积与上层透光柱的底面积不相等，可避免各层透光柱因未对准而减少其重叠面积，进而改善准直效果，提升良率。

综上所述，本发明实施例提供一种光学感应器，藉由分层形成光准直层，可提高透光柱的总高宽比，藉由自由调变各层透光柱的形状、大小、及比例关系，可避免遮光层与透光柱之间形成空隙，并使下层透光柱的顶面积与上层透光柱的底面积不相等，可避免各层透光柱因未对准而减少其重叠面积。此外，在像素之间的基板上形成底遮光层，可减少光信号的噪声。而在透光柱周围设置虚置透光柱，可进一步增强透光柱阵列结构，避免透光柱太高而变形倒塌，进而改善准直效果，提升良率。

应注意的是，虽然以上描述了本发明一些实施例的优点与功效，但并非各个实施例都需要达到所有的优点与功效。

上述内容概述许多实施例的特征，因此任何本领域技术人员，可更加理解本发明实施例的各面向。任何本领域技术人员，可能无困难地以本发明实施例为基础，设计或修改其他工艺及结构，以达到与本发明实施例相同的目的及/或得到相同的优点。任何本领域技术人员也应了解，在不脱离本发明实施例的精神和范围内做不同改变、代替及修改，如此等效的创造并没有超出本发明实施例的精神及范围。

Claims

1.一种光学感应器，其特征在于，包括：

多个像素，位于一基板中；

一光准直层，位于所述基板之上，包括：

一第一遮光层，位于所述基板上方；

多个第一透光柱，穿过所述第一遮光层，对应设置于所述像素上；

一第二遮光层，位于所述第一遮光层及所述第一透光柱上方，且与所述第一遮光层直接接触；以及

多个第二透光柱，穿过所述第二遮光层，对应设置于所述第一透光柱上；

其中所述第一透光柱的顶面积不等于所述第二透光柱的底面积。

2.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，所述第一透光柱及所述第二透光柱在剖面图中的形状相同。

3.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，所述第一透光柱及所述第二透光柱在剖面图中的形状不同。

4.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，所述第一透光柱及所述第二透光柱在剖面图中的大小相同。

5.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，所述第一透光柱及所述第二透光柱在剖面图中的大小不同。

6.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，所述第一透光柱及所述第二透光柱各自的底面积不等于其各自的顶面积。

7.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，所述第一透光柱及所述第二透光柱各自的底面积等于其各自的顶面积。

8.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，所述第一透光柱及所述第二透光柱各自的侧壁与其各自的底表面不垂直。

9.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，所述第一透光柱及所述第二透光柱的侧壁与其各自的底表面垂直。

10.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，所述第一透光柱及所述第二透光柱的总高宽比介于1:1至30:1之间。

11.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，所述第一透光柱与所述第二透光柱材料相同，及所述第一遮光层与所述第二遮光层材料相同。

12.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，更包括：

一底遮光层，位于所述第一遮光层下，且位于所述像素之间的所述基板上方。

13.根据权利要求12所述的光学感应器，其特征在于，所述底遮光层与所述第一遮光层及所述第二遮光层的材料不同。

14.根据权利要求1所述的光学感应器，其特征在于，更包括：

一第一虚置透光柱，穿过所述第一遮光层，位于所述光准直层的一周边区域中的所述基板上方，未对应至任何所述像素；及

一第二虚置透光柱，穿过所述第二遮光层，对应设置于所述第一虚置透光柱上。

15.一种光学感应器的形成方法，其特征在于，包括：

形成多个像素于一基板中；

形成一光准直层于所述基板之上，其中所述光准直层的形成包括：

形成多个第一透光柱于所述基板之上，其中所述第一透光柱对应设置于所述像素上；

形成一第一遮光层于所述第一透光柱之间；

平坦化所述第一透光柱与所述第一遮光层的上表面；

形成多个第二透光柱于所述第一透光柱与所述第一遮光层之上，其中所述第二透光柱对应设置于所述第一透光柱上；

形成一第二遮光层于所述第二透光柱之间，其中所述第二遮光层与所述第一遮光层直接接触；以及

平坦化所述第二透光柱与所述第二遮光层的上表面；

16.根据权利要求15所述的光学感应器的形成方法，其特征在于，所述第一透光柱及所述第二透光柱的总高宽比介于1:1至30:1之间。

17.根据权利要求15所述的光学感应器的形成方法，其特征在于，所述第一透光柱与所述第二透光柱材料相同，及所述第一遮光层与所述第二遮光层材料相同。

18.根据权利要求15所述的光学感应器的形成方法，其特征在于，更包括：

形成一底遮光层于所述像素之间的所述基板上方，其中所述底遮光层位于所述第一遮光层之下。

19.根据权利要求18所述的光学感应器的形成方法，其特征在于，所述底遮光层与所述第一遮光层及所述第二遮光层的材料不同。

20.根据权利要求15所述的光学感应器的形成方法，其特征在于，更包括：

形成一第一虚置透光柱于所述光准直层的一周边区域中，其中所述第一虚置透光柱未对应至任何所述像素；及

形成一第二虚置透光柱对应设置于所述第一虚置透光柱上。