CN111552090A - 半导体装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体装置，包含基板与光准直层。基板具有多个像素。光准直层设置于基板之上，且光准直层包含透明材料层、第一遮光层、第二遮光层及多个透明柱体。透明材料层覆盖像素。第一遮光层设置于基板之上，且第一遮光层具有对应于像素的多个引线孔。第二遮光层设置于第一遮光层之上。透明柱体设置于第二遮光层中。本发明可以避免或减少透明柱体发生倒塌的情况，同时使光准直层保有良好的准直效能。

Description

半导体装置

技术领域

本发明实施例是有关于一种半导体装置，且特别有关于一种包含光准直层(collimator layer)的半导体装置。

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生物辨识装置(例如，指纹辨识装置、脸部辨识装置、虹膜辨识装置等的至少一部分)。生物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(collimator)。

光准直器可用于准直(collimate)光线，以减少因光发散所导致的能量损失。因此，光准直器可例如被应用于生物辨识装置(例如，指纹辨识装置)中，以增加其辨识的效能。

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

本发明实施例包括一种半导体装置。前述半导体装置包含基板与光准直层。基板具有多个像素。光准直层设置于基板之上，且光准直层包含透明材料层、第一遮光层、第二遮光层及多个透明柱体。透明材料层覆盖像素。第一遮光层设置于基板之上，且第一遮光层具有对应于像素的多个引线孔。第二遮光层设置于第一遮光层之上。透明柱体设置于第二遮光层中。

本发明实施例亦包括一种半导体装置。前述半导体装置包含基板与光准直层。基板具有多个像素。光准直层设置于基板之上，且光准直层包含多个遮光层及透明材料层。遮光层设置于基板之上，且每个遮光层具有对应于像素的多个引线孔。透明材料层设置于遮光层之间并填充引线孔。

本发明可以避免或减少透明柱体发生倒塌的情况，同时使光准直层保有良好的准直效能。

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，各种特征部件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，其绘示出本发明一实施例的半导体装置的形成方法。

图1G’根据本发明一些实施例绘示出图1G的步骤的上视图。

图2绘示将本发明实施例的半导体装置应用于生物辨识装置的示意图。

图3A、图3B、图3C、图3D、图3E以及图3F为一系列的剖面图，其绘示出本发明另一实施例的半导体装置的形成方法。

图4绘示将本发明实施例的半导体装置应用于生物辨识装置的示意图。

图5绘示将本发明实施例的半导体装置应用于生物辨识装置的示意图。

附图标号

10、10’、10”～生物辨识装置

100、100’、100”～半导体装置

101～基板

101T～基板顶表面

101B～基板底表面

102～第一材料

104、204、304～第一遮光层

106～透明材料

108～透明材料层

110～透明柱体

112～第二材料

114、214-1、314-1～第二遮光层

116、216～光准直层

118～彩色滤光层

120、220～光源层

122～光源

124～盖板

202～遮光材料

214-2、314-2～第三遮光层

208、308～透明材料层

208-1、308-1～垫高部

208-2、308-2～分隔部

FP～指纹

H1～高度

L、L1～光

P～像素

O1、O2、O3～引线孔

T1、T2、T1’、T2’、T3’、T4、T5～厚度

W1、W2～宽度

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部件形成于一第二特征部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征部件与上述第二特征部件是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征部件形成于上述第一特征部件与上述第二特征部件之间，而使上述第一特征部件与第二特征部件可能未直接接触的实施例。

应理解的是，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。

此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在……下方”、“下方”、“较低的”、“在……上方”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相关用词是为了便于描述图式中一个(些)元件或特征部件与另一个(些)元件或特征部件之间的关系，这些空间相关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关形容词也将依转向后的方位来解释。

除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇揭露本领域技术人员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。

以下所揭露的不同实施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。

本发明实施例的半导体装置的光准直层包括多个具有不同截面积的引线孔的遮光层。由于在光准直层中设置了此些遮光层，并可配合设置透明材料层，因此光准直层的透明柱体可具有较小的高宽比(aspect ratio)，藉此可避免或减少透明柱体发生倒塌的情况，同时使光准直层保有良好的准直效能。以下将以图1A～图1G’所示的实施例进行说明。

图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F以及图1G为一系列的剖面图，其绘示出本发明一实施例的半导体装置100的形成方法。图1G’根据本发明一些实施例绘示出图1G的步骤的上视图。

首先，根据一些实施例，如图1A所示，提供基板101。基板101可具有顶表面101T以及相对于顶表面101T的底表面101B。

在一些实施例中，基板101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前述的组合所形成。在一些实施例中，基板101可为绝缘层上半导体基板(semiconductor-on-insulator(SOI)substrate)。前述绝缘层上半导体基板可包括底板、设置于前述底板上的埋藏氧化层以及设置于前述埋藏氧化层上的半导体层。在一些实施例中，基板101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101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。举例而言，前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101可包括各种隔离特征，以分隔基板101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,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101中刻蚀出一沟槽，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,CMP)工艺以研磨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101可包括各种导电特征(例如，导线(conductive line)或导孔(via))。举例而言，前述导电特征可由铝(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。

在图1A所示的实施例中，基板101可包括多个像素P。在一些实施例中，基板101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。

在一些实施例中，基板101的一个像素P包括或对应至少一光电二极管及/或其他适当的元件，其可将所接收到的光信号转换成电流信号。

接着，如图1B所示，根据一些实施例，将第一材料102设置于基板101的顶表面101T之上。在本实施例中，第一材料102为金属，例如：铜(Cu)、银(Ag)等，但本发明实施例并非以此为限。在其他实施例中，第一材料102可为光刻胶(例如，黑光刻胶或其他适当的非透明的光刻胶)、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(moldingcompound)(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(soldermask)(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、其他适当的材料或前述材料的组合。在一些实施例中，第一材料102可为光固化材料、热固化材料或前述材料的组合。

接着，如图1C所示，可进行图案化工艺以将第一材料102图案化，形成第一遮光层104，第一遮光层104直接接触基板101的顶表面101T。详细而言，前述图案化工艺移除部分的第一材料102，以形成具有对应于像素P的多个引线孔O1的第一遮光层104。在一些实施例中，前述图案化工艺包括软烘烤(soft baking)、光罩对准(maskaligning)、曝光(exposure)、曝光后烘烤(post-exposure baking)、显影(developing)、润洗(rinsing)、干燥、其他适当的步骤或前述步骤的组合。

接着，如图1D所示，将透明材料106设置于基板101的顶表面101T之上。举例而言，透明材料106可为透明光刻胶、聚亚酰胺、环氧树脂、其他适当的材料或前述材料的组合。于后续的工艺中，可使用透明材料106来形成透明材料层与透明柱体(例如，后文所述的透明材料层108与透明柱体110)，于后文将对此进行详细说明。

在一些实施例中，透明材料106可包括光固化材料、热固化材料或上述的组合。举例而言，可使用旋转涂布工艺(spin-on coating process)将透明材料106涂布于第一遮光层104与基板101之上，但本发明实施例并非以此为限。

接着，如图1E所示，进行图案化工艺以将透明材料106图案化，以形成透明材料层108与多个透明柱体110。详细而言，前述图案化工艺移除部分的透明材料106，而残留在基板101(且对应于像素P的多个引线孔O1)上的透明材料106则成为透明材料层108与多个透明柱体110。类似地，在一些实施例中，前述图案化工艺包括软烘烤、光罩对准、曝光、曝光后烘烤、显影、润洗、干燥、其他适当的步骤或前述步骤的组合。

如图1E所示，在本实施例中，透明材料层108覆盖第一遮光层104与像素P，并填充第一遮光层104的引线孔O1；透明柱体110对应于像素P设置。换句话说，在图1E所示的实施例中，透明材料层108可完全覆盖(或部分地覆盖)像素P。在一些实施例中，覆盖像素P的透明材料层108(与第一遮光层104)可保护像素P并减少或避免像素P于工艺中受到损害及/或污染的情况。在一些实施例中，透明柱体110排列成阵列，但本发明实施例并非以此为限。

接着，如图1F所示，在一些实施例中，将第二材料112设置于透明材料层108的顶表面之上。在一些实施例中，第二材料112可填充透明柱体110之间的开口并覆盖透明柱体110。

在本实施例中，第一材料102与第二材料112不同。举例而言，第一材料102可为金属，而第二材料112可为光刻胶(例如，黑光刻胶或其他适当的非透明的光刻胶)、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(moldingcompound)(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、其他适当的材料或前述材料的组合。在一些实施例中，第二材料112可为光固化材料、热固化材料或前述材料的组合。然而，本发明实施例并非以此为限。在其他实施例中，第一材料102也可与第二材料112相同，即第一材料102可为光刻胶、油墨、模制化合物、防焊材料、环氧树脂、其他适当的材料或前述材料的组合。

接着，如图1G所示，可对第二材料112进行固化工艺。举例而言，上述固化工艺可为光固化工艺、热固化工艺或上述组合。接着，进行平坦化工艺移除部分第二材料112，以暴露出透明柱体110的顶表面并形成第二遮光层114。在一些实施例中，上述平坦化工艺亦移除透明柱体110的一部分(例如，透明柱体110的顶部的一部分)。举例而言，前述平坦化工艺可为化学机械研磨工艺、研磨工艺、回刻蚀工艺、其他适当的工艺或上述的组合。

在一些实施例中，在前述平坦化工艺之后，第二遮光层114的顶表面与透明柱体110的顶表面相互对齐。亦即，在上述平坦化工艺之后，第二遮光层114的顶表面与透明柱体110的顶表面共平面。

在一些实施例中，如图1G与图1G’所示，第二遮光层114围绕透明柱体110。亦即，在图1G与图1G’所示的实施例中，透明柱体110设置于第二遮光层114中。在一些实施例中，如图1G’所示，透明柱体110具有圆形的顶表面。但本发明实施例并非以此为限。在其他实施例中，透明柱体110的顶表面可为椭圆形、长圆形(oblong)、矩形、六角形、不规则形、其他适当的形状或前述形状的组合。

此外，由于透明柱体110对应于像素P设置，因此，多个透明柱体110亦分别对应于第一遮光层104的多个引线孔O1。在一些实施例中，透明柱体110的宽度W2大于所对应的引线孔O1的宽度W1。举例来说，透明柱体110的宽度W2可介于6～20μm，而引线孔O1的宽度W1可介于1～10μm。在此，透明柱体110的宽度W2定义为透明柱体110的截面的最大宽度，且引线孔O1的宽度W1定义为引线孔的截面的最大宽度。举例来说，在本实施例中，透明柱体110的截面为圆形，因此透明柱体110的宽度W2为此圆形的直径；引线孔O1的截面为圆形，因此引线孔O1的宽度W1为此圆形的直径。

在一些实施例中，遮光层的厚度彼此不同。举例来说，在图1G所示的实施例中，第一遮光层104的厚度T1小于第二遮光层114的厚度T2。举例来说，第一遮光层104的厚度T1可介于4～20μm，而第二遮光层114的厚度T2可介于10～90μm。但本发明实施例并非以此为限。

如图1G所示，在一些实施例中，透明柱体110与第一遮光层104、第二遮光层114及透明材料层108共同形成半导体装置100的光准直层116。在此，透明柱体110所占据的空间可视为第二遮光层114的多个引线孔O2，此些引线孔O2对应于多个像素P，且第一遮光层104的引线孔O1的截面积小于第二遮光层114的引线孔O2的截面积。

可依据光的路径调整第一遮光层104的引线孔O1与第二遮光层114的引线孔O2的大小，避免半导体装置100内的光彼此发生串扰(crosstalk)，并配合设置透明材料层108，因此，光准直层116的透明柱体110可具有较小的高宽比(例如，透明柱体110的高度H1与宽度W2的比值(亦即，H1/W2)为0.5至15)，藉此可避免或减少透明柱体110倒塌，同时使光准直层116保有良好的准直效能。

图2绘示将本发明实施例的半导体装置100应用于生物辨识装置10的示意图。在此，生物辨识装置10例如为指纹辨识装置。

如图2所示，在一些实施例中，生物辨识装置10包含半导体装置100、彩色滤光层118以及光源层120。半导体装置100可以前述图1A～图1G的步骤形成。接着，可将彩色滤光层118设置于半导体装置100之上。彩色滤光层118可由聚合物材料或其他适当的材料所形成，其用于限制使特定波长的光通过彩色滤光层118，其他波长的光则被隔绝。

接着，可将光源层120设置于彩色滤光层118之上。在一些实施例中，光源层120可包含光源(例如，发光二极管)122，光源122可例如以阵列形式排列。此外，光源层120可进一步包含阻挡层、其他适当的光学元件或前述的组合(未标示)。光源层120的顶部可例如设置盖板(例如，玻璃盖板)124，以形成如指纹辨识装置的生物辨识装置。应理解的是，光源层120中可能包含其他未绘示于图2中的元件，本发明实施例并非以此为限。

举例来说，由光源122发出的光线会受到外部的生物特征(例如，指纹FP)所阻挡而产生不同的反射光L通过彩色滤光层118。彩色滤光层118可限制对应于像素P(例如，包括或对应至少一光电二极管及/或其他适当的元件)的特定波长的光L1通过，其他波长的光则被隔绝。通过彩色滤光层118后的光进入第二遮光层114中的透明柱体110。由于第二遮光层114可为黑色(例如，由黑光刻胶、黑色油墨、黑色模制化合物或黑色防焊材料所形成)，且第二遮光层114的引线孔O2的大小(或透明柱体110的宽度W2)是依据光的路径所调整，因此可防止光L1彼此发生串扰，增进光准直层116的准直效能。接着，通过透明柱体110的光L1进入透明材料层108，之后再通过第一遮光层104的引线孔O1进入像素P。类似地，由于第一遮光层104的引线孔O1的大小是依据光的路径所调整，因此可防止光L1彼此发生串扰，增进光准直层116的准直效能。

在一些实施例中，使用金属(例如，铜、银)作为制成第一遮光层104的第一材料102可有效简化工艺。此外，经由前述光L(或光L1)的路径可知，由于多个遮光层(例如，第一遮光层104与第二遮光层114)的引线孔(例如引线孔O1与O2)的大小是依据光的路径调整，能有效对光进行限位，避免光彼此发生串扰，同时配合设置透明材料层108，可使光准直层116的透明柱体110可具有较小的高宽比，藉此可避免或减少透明柱体110倒塌，同时使光准直层116保有良好的准直效能(即像素P所感测的解析度(resolution)更进步)。

图3A、图3B、图3C、图3D、图3E以及图3F为一系列的剖面图，其绘示出本发明另一实施例的半导体装置100’的形成方法。半导体装置100’与半导体装置100的一些差异在于半导体装置100’的第一遮光层204的设置位置以及第二遮光层214-1的结构。后文将详细描述。

首先，根据一些实施例，如图3A所示，提供基板101，基板101可具有顶表面101T以及相对于顶表面101T的底表面101B。基板101可包括多个像素P。在一些实施例中，基板101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。在一些实施例中，基板101的一个像素P包括或对应至少一光电二极管及/或其他适当的元件，其可将所接收到的光信号转换成电流信号。

接着，根据一些实施例，将透明材料106设置于基板101的顶表面101T之上，使透明材料106可完全覆盖或部分地覆盖像素P。举例而言，透明材料106可为透明光刻胶、聚亚酰胺、环氧树脂、其他适当的材料或前述材料的组合。于后续的工艺中，可使用透明材料106来形成透明材料层与透明柱体(例如，后文所述的透明材料层108与透明柱体210)，于后文将对此进行详细说明。

在一些实施例中，透明材料106可包括光固化材料、热固化材料或上述的组合。举例而言，可使用旋转涂布工艺(spin-on coating process)将透明材料106涂布于基板101的顶表面101T之上，但本发明实施例并非以此为限。

接着，根据一些实施例，如图3B所示，将遮光材料202设置于透明材料106上。在本实施例中，遮光材料202可为光刻胶(例如，黑光刻胶或其他适当的非透明的光刻胶)、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(moldingcompound)(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、其他适当的材料或前述材料的组合。在一些实施例中，遮光材料202可为光固化材料、热固化材料或前述材料的组合。但本发明实施例并非以此为限。在其他实施例中，遮光材料202也可为金属，例如：铜、银等。

接着，如图3B所示，可进行图案化工艺以将遮光材料202图案化，形成第一遮光层204。详细而言，前述图案化工艺移除部分的遮光材料202，以形成具有对应于像素P的多个引线孔O1的第一遮光层204。在一些实施例中，前述图案化工艺包括软烘烤(soft baking)、光罩对准(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光后烘烤(post-exposure baking)、显影(developing)、润洗(rinsing)、干燥、其他适当的步骤或前述步骤的组合。

接着，根据一些实施例，如图3C所示，将透明材料106设置于第一遮光层204之上，使透明材料106可完全覆盖或部分地覆盖第一遮光层204并填充第一遮光层204的多个引线孔O1。

接着，根据一些实施例，如图3D所示，再次将遮光材料202设置于透明材料106上，并进行图案化工艺以将遮光材料202图案化，形成第二遮光层214-1。详细而言，前述图案化工艺移除部分的遮光材料202，以形成具有对应于像素P的多个引线孔O2的第二遮光层214-1。类似地，前述图案化工艺包括软烘烤、光罩对准、曝光、曝光后烘烤、显影、润洗、干燥、其他适当的步骤或前述步骤的组合。

接着，根据一些实施例，如图3E所示，将透明材料106设置于第二遮光层214-1之上，使透明材料106可完全覆盖或部分地覆盖第二遮光层214-1并填充第二遮光层214-1的多个引线孔O2。

接着，根据一些实施例，如图3F所示，再次将遮光材料202设置于透明材料106上，并进行图案化工艺以将遮光材料202图案化，形成第三遮光层214-2。详细而言，前述图案化工艺移除部分的遮光材料202，以形成具有对应于像素P的多个引线孔O3的第三遮光层214-2。类似地，前述图案化工艺包括软烘烤、光罩对准、曝光、曝光后烘烤、显影、润洗、干燥、其他适当的步骤或前述步骤的组合。

在一些实施例中，可选择地以透明材料106填充第三遮光层214-2的多个引线孔O3，以使第三遮光层214-2的顶表面平坦化。但本发明实施例并非以此为限。

在一些实施例中，由透明材料106所形成的透明材料层208可包含垫高部208-1与分隔部208-2。如图3F所示，垫高部208-1设置于基板101与第一遮光层204之间，而分隔部208-2设置于第一遮光层204与第二遮光层214-1之间以及第二遮光层214-1与第三遮光层214-2之间。

如图3F所示，在本实施例中，填充于第一遮光层204的多个引线孔O1的透明材料、填充于第二遮光层214-1的多个引线孔O2的透明材料以及可选择地填充于第三遮光层214-2的多个引线孔O3的透明材料皆可视为半导体装置100’的透明柱体210。亦即，本实施例的透明柱体210可设置于第一遮光层204中、第二遮光层214-1中及第三遮光层214-2中。类似地，透明柱体210可具有圆形的顶表面。但本发明实施例并非以此为限。在其他实施例中，透明柱体210的顶表面可为椭圆形、长圆形、矩形、六角形、不规则形、其他适当的形状或前述形状的组合。

如图3F所示，在一些实施例中，透明柱体210与第一遮光层204、第二遮光层214、第三遮光层及透明材料层208共同形成半导体装置100’的光准直层216。

在一些实施例中，第二遮光层214-1的引线孔O2的截面积与第三遮光层214-2的引线孔的截面积彼此不相同。举例来说，在图3F所示的实施例中，第二遮光层214-1的引线孔O2的截面积小于第三遮光层214-2的引线孔的截面积；第一遮光层204的引线孔O1的截面积大于第二遮光层214-1的引线孔O2的截面积，但小于第三遮光层214-2的引线孔O3的截面积。但本发明实施例并非受限于此。在其他实施例中，第一遮光层204的引线孔O1的截面积可等于第三遮光层214-2的引线孔O3的截面积。

可依据光的路径调整第一遮光层204的引线孔O1、第二遮光层214-1的引线孔O2及第三遮光层214-2的引线孔O3的大小，避免半导体装置100’内的光彼此发生串扰，并配合设置透明材料层208，因此，光准直层216的每个透明柱体210可具有较小的高宽比，藉此可避免或减少透明柱体210倒塌，同时使光准直层216保有良好的准直效能。

在一些实施例中，第二遮光层214-1的厚度T2’可与第三遮光层214-1的厚度T3’不同。但本发明实施例并非以此为限。在其他实施例中，第一遮光层204的厚度T1’、第二遮光层214-1的厚度T2’与第三遮光层214-2的厚度T3’皆相同，可依实际需求改变第一遮光层204、第二遮光层214-1与第三遮光层214-2的厚度。此外，第一遮光层204、第二遮光层214-1与第三遮光层214-2彼此之间的距离也可不相同，可依据光的路径进行调整。

应注意的是，在一些实施例中，半导体装置100’也可不包含第三遮光层214-2。此外，在一些实施例中，可重复图3C～图3D(或图3E～图3F)的流程步骤以形成更多的遮光层。本发明实施例并未限定遮光层的数量，可依实际需求而改变。

图4绘示将本发明实施例的半导体装置100’应用于生物辨识装置10’的示意图。在此，生物辨识装置10’例如为指纹辨识装置。

如图4所示，在一些实施例中，生物辨识装置10’包含半导体装置100’、彩色滤光层118以及光源层120。半导体装置100’可以前述图3A～图3F的步骤形成。接着，可将彩色滤光层118设置于半导体装置100’之上。彩色滤光层118可由聚合物材料或其他适当的材料所形成，其用于限制使特定波长的光通过彩色滤光层118，其他波长的光则被隔绝。

接着，可将光源层120设置于彩色滤光层118之上。在一些实施例中，光源层120可包含光源(例如，发光二极管)122，光源122可例如以阵列形式排列。此外，光源层120可进一步包含阻挡层、其他适当的光学元件或前述的组合(未标示)。光源层120的顶部可例如设置盖板(例如，玻璃盖板)124，以形成如指纹辨识装置的生物辨识装置。应理解的是，光源层120中可能包含其他未绘示于图4中的元件，本发明实施例并非以此为限。

举例来说，由光源122发出的光线会受到外部的生物特征(例如，指纹FP)所阻挡而产生不同的反射光L通过彩色滤光层118。彩色滤光层118可限制对应于像素P(例如，包括或对应至少一光电二极管及/或其他适当的元件)的特定波长的光L1通过，其他波长的光则被隔绝。通过彩色滤光层118后的光依序进入第三遮光层214-2、第二遮光层214-1与第一遮光层204中的透明柱体210。由于第一遮光层204、第二遮光层214-1与第三遮光层214-2可为黑色(例如，由黑光刻胶、黑色油墨、黑色模制化合物或黑色防焊材料所形成)，且第一遮光层204的引线孔O1、第二遮光层214-1的引线孔O2及第三遮光层214-2的引线孔O3的大小(或透明柱体210的宽度)是依据光的路径所调整，因此可防止光L1彼此发生串扰，增进光准直层216的准直效能。

此外，经由前述光L(或光L1)的路径可知，由于多个遮光层(例如，第一遮光层204、第二遮光层214-1与第三遮光层214-2)的引线孔(例如引线孔O1、O2与O3)的大小是依据光的路径调整，能有效对光进行限位，避免光彼此发生串扰，同时配合设置透明材料层208，可使光准直层216的透明柱体210可具有较小的高宽比，藉此可避免或减少透明柱体210倒塌，同时使光准直层216保有良好的准直效能(即像素P所感测的解析度更进步)。

图5绘示将本发明实施例的半导体装置100”应用于生物辨识装置10”的示意图。在此，生物辨识装置10”例如为指纹辨识装置。

如图5所示，在一些实施例中，生物辨识装置10”包含半导体装置100”、彩色滤光层118以及光源层220。图5所示的半导体装置100”与图4(或图3F)所示的半导体装置100’的一些差异是在于透明材料层308的垫高部308-1的厚度以及第一遮光层304的引线孔O1、第二遮光层314-1及第三遮光层314-2的引线孔O3的大小。其他相同或类似之处，在此不多加赘述。

图5所示的透明材料层308的垫高部308-1的厚度T5大于图4(或图3F)所示的透明材料层208的垫高部208-1的厚度T4，因此，图5所示的依据光的路径调整的第一遮光层304的引线孔O1、第二遮光层314-1的引线孔O2及第三遮光层314-2的引线孔O3的大小也与图4(或图3F)所示的第一遮光层204的引线孔O1、第二遮光层214-1的引线孔O2及第三遮光层214-2的引线孔O3的大小不同。

举例来说，如图5所示，第三遮光层314-2的引线孔O3的截面积大于第二遮光层314-1的引线孔O2的截面积，且第二遮光层314-1的引线孔O2的截面积大于第一遮光层304的引线孔O1的截面积。此外，透明材料层308的分隔部308-2也可与如图4(或图3F)所示的透明材料层208的分隔部208-2不同。在一些实施例中，光源层220也可基于透明材料层308的垫高部308-1的厚度增加，而对应缩减光源层220的厚度。

综合上述，本发明实施例的半导体装置的光准直层包括多个具有不同截面积的引线孔的遮光层。由于在光准直层中设置了此些遮光层，并可配合设置透明材料层，因此光准直层的透明柱体可具有较小的高宽比，藉此可避免或减少透明柱体发生倒塌的情况，同时使光准直层保有良好的准直效能。

前述内文概述了许多实施例的特征部件，使本技术领域中相关技术人员可以从各个方面更佳地了解本发明实施例。本技术领域中相关技术人员应可理解，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相同的优点。本技术领域中相关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，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。另外，虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，且并非所有优点都已于此详加说明。

本揭露的每一权利要求可为个别的实施例，且本揭露的范围包括本揭露的每一权利要求及每一实施例彼此的结合。

Claims (20)

1.一种半导体装置，其特征在于，包括：

一基板，具有多个像素；以及

一光准直层，设置于该基板之上，该光准直层包括：

一透明材料层，覆盖该多个像素；

一第一遮光层，设置于该基板之上，该第一遮光层具有对应于该多个像素的多个引线孔；

一第二遮光层，设置于该第一遮光层之上；及

多个透明柱体，设置于该第二遮光层中。

2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，该透明材料层设置于该第一遮光层与该第二遮光层之间。

3.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，该第一遮光层由一第一材料形成，该第二遮光层由一第二材料形成，且该第一材料不同于该第二材料。

4.如权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，该第一材料为金属。

5.如权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，该第二材料为光刻胶、油墨、模制化合物、防焊材料、环氧树脂或前述材料的组合。

6.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，该第一遮光层直接接触该基板的顶表面。

7.如权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，该多个透明柱体的其中之一的宽度大于该多个引线孔的其中之一的宽度。

8.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，该第一遮光层的厚度小于该第二遮光层的厚度。

9.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，该透明材料层包括一垫高部及至少一分隔部，该垫高部设置于该基板与该第一遮光层之间，而该至少一分隔部设置于该第一遮光层与该第二遮光层之间。

10.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，该第一遮光层与该第二遮光层由相同的材料形成。

11.如权利要求10所述的半导体装置，其特征在于，该第一遮光层与该第二遮光层的材料为光刻胶、油墨、模制化合物、防焊材料、环氧树脂或前述材料的组合。

12.如权利要求11所述的半导体装置，其特征在于，该光准直层更包括一第三遮光层，该第三遮光层设置于第二遮光层之上，且该透明材料层包括多个该分隔部，该多个分隔部设置于该第一遮光层与该第二遮光层之间以及该第二遮光层与该第三遮光层之间。

13.如权利要求12所述的半导体装置，其特征在于，该第二遮光层与该第三遮光层分别具有多个引线孔，且该第二遮光层的每个引线孔的截面积与该第三遮光层的每个引线孔的截面积彼此不相同。

14.如权利要求12所述的半导体装置，其特征在于，该第二遮光层的厚度与该第三遮光层的厚度不同。

15.一种半导体装置，其特征在于，包括：

一基板，具有多个像素；以及

一光准直层，设置于该基板之上，该光准直层包括：

多个遮光层，设置于该基板之上，每该遮光层具有对应于该多个像素的多个引线孔；及

一透明材料层，设置于该多个遮光层之间并填充该多个引线孔。

16.如权利要求15所述的半导体装置，其特征在于，该多个遮光层中最靠近该基板的遮光层直接接触该基板。

17.如权利要求16所述的半导体装置，其特征在于，最靠近该基板的遮光层的材料为金属，其他遮光层的材料为光刻胶、油墨、模制化合物、防焊材料、环氧树脂或前述材料的组合。

18.如权利要求16所述的半导体装置，其特征在于，最靠近该基板的遮光层的引线孔的截面积小于其他遮光层的引线孔的截面积。

19.如权利要求15所述的半导体装置，其特征在于，该多个遮光层的厚度彼此不同。

20.如权利要求15所述的半导体装置，其特征在于，不同遮光层的引线孔的截面积彼此不相同。

Images