TW201944123A - 光學元件及其製造方法 - Google Patents

光學元件及其製造方法

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Abstract

本發明提供一種光學元件，包括：一基板，包括複數個畫素單元；一介電層，設置於該基板上；一圖案化透光層，設置於該介電層上，並對應該等畫素單元；以及複數個連續遮光層，設置於該介電層上，並位於該圖案化透光層的兩側。本發明亦提供一種光學元件的製造方法。

Description

光學元件及其製造方法
本發明係有關於一種光學元件，特別是有關於一種具有準直效果的光學元件及其製造方法。
傳統上，作為指紋辨識的光學元件中，其準直器的兩側均會設置避免入射光線洩漏至鄰近畫素區域的遮光層。例如，於準直器的兩側設置多層式堆疊的遮光層即是其中一種方式。此種多層式堆疊的遮光層係由黑色遮光材料層與透明材料層相互堆疊設置而成。雖此種遮光層的製作方式較簡易，但由於黑色遮光材料層與透明材料層是採相互堆疊的方式設置，因此，入射準直器的光線仍有可能從其兩側的透明材料層藉由折射或繞射等方式洩漏至相鄰的畫素區域而進一步干擾相鄰畫素區域的收光，由此來看，此種設計並無法確實解決串音干擾的問題。
因此，開發一種具有理想準直效果且可有效避免串音(cross-talk)現象的光學元件及相關製造方法是眾所期待的。
根據本發明的一實施例，提供一種光學元件。該光學元件包括：一基板，包括複數個畫素單元；一介電層，設置於該基板上；一圖案化透光層，設置於該介電層上，並對應 該等畫素單元；以及複數個連續遮光層，設置於該介電層上，並位於該圖案化透光層的兩側。
根據部分實施例，上述圖案化透光層包括透光度90%以上的有機材料。
根據部分實施例，上述圖案化透光層對波長大於550奈米的光線透光。
根據部分實施例，上述圖案化透光層的厚度與寬度的比例介於5：1至15：1。
根據部分實施例，上述圖案化透光層的寬度與上述畫素單元的寬度的比例介於0.5：1至0.75：1。
根據部分實施例，上述遮光層為縱向連續。
根據部分實施例，上述遮光層包括一氧化層與一遮光材料層，且上述遮光材料層包圍上述氧化層。
根據部分實施例，上述遮光材料層包括氮化鈦、鈦鎢合金或鎢金屬。
根據部分實施例，上述遮光材料層的厚度介於300至1,500埃。
根據部分實施例，本發明光學元件更包括一觸控玻璃，設置於上述圖案化透光層與上述連續遮光層上。
根據本發明的一實施例，提供一種光學元件的製造方法。該製造方法包括下列步驟：提供一基板，包括複數個畫素單元；形成一介電層於該基板上；形成一圖案化透光層於該介電層上，並對應該等畫素單元；坦覆性地形成一遮光材料層於該圖案化透光層間的區域；以及形成一氧化層於該遮光材 料層上，以於該圖案化透光層的兩側，形成複數個連續遮光層。
根據部分實施例，藉由化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或濺鍍法形成上述遮光材料層於上述圖案化透光層間的區域。
根據部分實施例，於形成上述遮光材料層之前，更包括坦覆性地形成一阻障層於上述圖案化透光層間的區域。
根據部分實施例，於形成上述氧化層之後，更包括實施一回蝕刻或一化學機械研磨製程，以於上述圖案化透光層的兩側，形成上述連續遮光層。
在本發明中，設置於透光層(準直器)兩側的遮光層係為縱向連續式的遮光層，即遮光層沿垂直基板的方向延伸形成連續態樣，在遮光層中並未存在任何使光線穿透的間隙，因此，當光線進入透光層時，此入射光線並不會從透光層兩側的遮光層洩漏至鄰近的畫素單元，如此，使得各種角度的入射光線均能更加集中地進入下方所對應的畫素單元，有效改善相鄰畫素間彼此有可能產生的串音(cross-talk)現象。此外，本發明所定義的透光層的厚度與寬度的比例(例如介於5：1至15：1)以及透光層的寬度與畫素單元的寬度的比例(例如介於0.5：1至0.75：1)均為特定適當的比例範圍，此結構間的特定尺寸比例關係不但能維持光準直效果，又能使到達透光層底部(連接畫素單元)的光線訊號維持在一定的適當強度，實有助於維持畫素單元的收光效果。再者，本發明採用分段式的製程步驟逐 步墊高透光層的厚度，此方式可避免一次性製程所製作厚度過高的透光層在後續製程(例如各種沉積法及化學機械研磨(CMP))中可能造成結構傾倒的現象。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下。
10‧‧‧光學元件
12‧‧‧基板
14‧‧‧介電層
16、160‧‧‧圖案化透光層
18、180‧‧‧連續遮光層
20‧‧‧畫素單元
22、220‧‧‧垂直基板的方向
24、240‧‧‧氧化層
25、250‧‧‧阻障層
26、260‧‧‧遮光材料層
28‧‧‧觸控玻璃
30、300‧‧‧圖案化透光層間的區域
32、320‧‧‧平坦化步驟
34、340‧‧‧光學結構
P‧‧‧畫素單元的寬度
t‧‧‧遮光材料層的厚度
T‧‧‧圖案化透光層的厚度
W‧‧‧圖案化透光層的寬度
第1圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的剖面示意圖；第2A-2E圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件製造方法的剖面示意圖；第3A-3E圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件製造方法的剖面示意圖。
請參閱第1圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學元件10。第1圖為光學元件10的剖面示意圖。
如第1圖所示，在本實施例中，光學元件10包括一基板12、一介電層14、一圖案化透光層16、以及複數個連續遮光層18。基板12包括複數個畫素單元20。介電層14設置於基板12上。圖案化透光層16設置於介電層14上，並對應畫素單元20。連續遮光層18設置於介電層14上，並位於圖案化透光層16的兩側。
在部分實施例中，基板12可包括矽基板或任何適 當的基板材料。
在部分實施例中，介電層14可包括氧化物、氮化物、氮氧化物或任何適當的介電材料。
在部分實施例中，圖案化透光層16可包括透光度90%以上的有機材料，例如透光度90%以上的環氧樹脂或類光阻材料。
在部分實施例中，圖案化透光層16可對波長大於550奈米的光線透光，例如對綠光或其他可見光或非可見光透光。
在部分實施例中，圖案化透光層16的厚度T與寬度W的比例大約介於5：1至15：1。
在部分實施例中，圖案化透光層16的厚度T與寬度W的比例大約為10：1。
在部分實施例中，圖案化透光層16的寬度W與畫素單元20的寬度P的比例大約介於0.5：1至0.75：1。
在部分實施例中，圖案化透光層16的寬度W與畫素單元20的寬度P的比例大約為0.5：1。
在部分實施例中，遮光層18可為縱向連續。此處的縱向是指垂直基板12的方向22，即遮光層18沿方向22延伸形成連續態樣。
在部分實施例中，遮光層18包括一氧化層24與一遮光材料層26，且遮光材料層26包圍氧化層24。
在部分實施例中，氧化層24可包括高密度電漿(HDP)氧化物層或旋塗玻璃(SOG)氧化物層。
在部分實施例中，遮光材料層26可包括氮化鈦、鈦鎢合金、鎢金屬、或其他遮光性佳的金屬材料。
在部分實施例中，遮光材料層26的厚度t大約介於300至1,500埃。
在部分實施例中，於遮光材料層26與圖案化透光層16之間，更包括設置有一阻障層(未圖示)，以促進遮光材料層26與圖案化透光層16的黏著。
在部分實施例中，上述阻障層可為氧化層，其厚度大約介於800至1,000埃。
在部分實施例中，本發明光學元件10更包括一觸控玻璃28，設置於圖案化透光層16與連續遮光層18上。
本發明光學元件10可廣泛應用於光學辨識的領域，例如指紋辨識。
請參閱第2A-2E圖，根據本揭露的一實施例，提供一種光學元件10的製造方法。第2A-2E圖為光學元件10製造方法的剖面示意圖。
如第2A圖所示，提供一基板12。基板12包括複數個畫素單元20。
在部分實施例中，基板12可包括矽基板或任何適當的基板材料。
之後，形成一介電層14於基板12上。
在部分實施例中，介電層14可包括氧化物、氮化物、氮氧化物或任何適當的介電材料。
之後，形成一透光層(未圖示)於介電層14上。接著， 形成一圖案化光阻層(未圖示)於上述透光層上。之後，以上述圖案化光阻層為一罩幕，實施一微影製程，以形成圖案化透光層16。
值得注意的是，圖案化透光層16對應畫素單元20。
在部分實施例中，圖案化透光層16可包括透光度90%以上的有機材料，例如透光度90%以上的環氧樹脂或類光阻材料。
在部分實施例中，圖案化透光層16可對波長大於550奈米的光線透光，例如對綠光或其他可見光或非可見光透光。
在部分實施例中，圖案化透光層16的厚度T與寬度W的比例大約介於5：1至15：1。
在部分實施例中，圖案化透光層16的厚度T與寬度W的比例大約為10：1。
在部分實施例中，圖案化透光層16的寬度W與畫素單元20的寬度P的比例大約介於0.5：1至0.75：1。
在部分實施例中，圖案化透光層16的寬度W與畫素單元20的寬度P的比例大約為0.5：1。
之後，如第2B圖所示，藉由適當的沉積法坦覆性地形成一阻障層25於圖案化透光層16上以及圖案化透光層16間的介電層14上。
在部分實施例中，阻障層25可為氧化層，其厚度大約介於800至1,000埃。
之後，如第2C圖所示，藉由例如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或濺鍍法坦覆性地形成一遮光材料層26於阻障層25上。
在部分實施例中，遮光材料層26可包括氮化鈦、鈦鎢合金、鎢金屬、或其他遮光性佳的金屬材料。
在部分實施例中，遮光材料層26的厚度t大約介於300至1,500埃。
之後，藉由例如高密度電漿(HDP)或旋塗玻璃(SOG)製程，形成一氧化層24於遮光材料層26上，並填入圖案化透光層16間的區域30，如第2D圖所示。
之後，如第2E圖所示，藉由例如回蝕刻(etch back)或化學機械研磨(CMP)製程，進行平坦化步驟32，以於圖案化透光層16的兩側，形成連續遮光層18，至此，即完成光學結構34的製作。
在部分實施例中，遮光層18可為縱向連續。此處的縱向是指垂直基板12的方向22，即遮光層18沿方向22延伸形成連續態樣。
在部分實施例中，更包括設置一觸控玻璃(未圖示)於圖案化透光層16與連續遮光層18上。
請參閱第3A-3E圖，根據本揭露的一實施例，提供一種光學元件10的製造方法。第3A-3E圖為光學元件10製造方法的剖面示意圖。
如第3A圖所示，提供如第2E圖所示的光學結構34。
之後，形成一透光層(未圖示)於光學結構34上。接著，形成一圖案化光阻層(未圖示)於上述透光層上。之後，以上述圖案化光阻層為一罩幕，實施一微影製程，以形成圖案化透光層160。
值得注意的是，圖案化透光層160對應圖案化透光層16以及畫素單元20。
在部分實施例中，圖案化透光層160可包括透光度90%以上的有機材料，例如透光度90%以上的環氧樹脂或類光阻材料。
在部分實施例中，圖案化透光層160可對波長大於550奈米的光線透光，例如對綠光或其他可見光或非可見光透光。
在部分實施例中，圖案化透光層160的厚度T與寬度W的比例大約介於5：1至15：1。
在部分實施例中，圖案化透光層160的厚度T與寬度W的比例大約為10：1。
在部分實施例中，圖案化透光層160的寬度W與畫素單元20的寬度P的比例大約介於0.5：1至0.75：1。
在部分實施例中，圖案化透光層160的寬度W與畫素單元20的寬度P的比例大約為0.5：1。
之後，如第3B圖所示，藉由適當的沉積法坦覆性地形成一阻障層250於圖案化透光層160上以及圖案化透光層160間的遮光層18上。
在部分實施例中，阻障層250可為氧化層，其厚度 大約介於800至1,000埃。
之後，如第3C圖所示，藉由例如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或濺鍍法坦覆性地形成一遮光材料層260於阻障層250上。
在部分實施例中，遮光材料層260可包括氮化鈦、鈦鎢合金、鎢金屬、或其他遮光性佳的金屬材料。
在部分實施例中，遮光材料層260的厚度t大約介於300至1,500埃。
之後，藉由例如高密度電漿(HDP)或旋塗玻璃(SOG)製程，形成一氧化層240於遮光材料層260上，並填入圖案化透光層160間的區域300，如第3D圖所示。
之後，如第3E圖所示，藉由例如回蝕刻或化學機械研磨(CMP)製程，進行平坦化步驟320，以於圖案化透光層160的兩側，形成連續遮光層180，至此，即完成光學結構340的製作。
在部分實施例中，遮光層180可為縱向連續。此處的縱向是指垂直基板12的方向220，即遮光層180沿方向220延伸形成連續態樣。
在部分實施例中，更包括設置一觸控玻璃(未圖示)於圖案化透光層160與連續遮光層180上。
本發明可藉由重複實施上述製程步驟來調整光學元件的厚度，即透光層(準直器)的厚度。
在本發明中，設置於透光層(準直器)兩側的遮光層係為縱向連續式的遮光層，即遮光層沿垂直基板的方向延伸形 成連續態樣，在遮光層中並未存在任何使光線穿透的間隙，因此，當光線進入透光層時，此入射光線並不會從透光層兩側的遮光層洩漏至鄰近的畫素單元，如此，使得各種角度的入射光線均能更加集中地進入下方所對應的畫素單元，有效改善相鄰畫素間彼此有可能產生的串音(cross-talk)現象。此外，本發明所定義的透光層的厚度與寬度的比例(例如介於5：1至15：1)以及透光層的寬度與畫素單元的寬度的比例(例如介於0.5：1至0.75：1)均為特定適當的比例範圍，此結構間的特定尺寸比例關係不但能維持光準直效果，又能使到達透光層底部(連接畫素單元)的光線訊號維持在一定的適當強度，實有助於維持畫素單元的收光效果。再者，本發明採用分段式的製程步驟逐步墊高透光層的厚度，此方式可避免一次性製程所製作厚度過高的透光層在後續製程(例如各種沉積法及化學機械研磨(CMP))中可能造成結構傾倒的現象。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (20)

  1. 一種光學元件，包括：一基板，包括複數個畫素單元；一介電層，設置於該基板上；一圖案化透光層，設置於該介電層上，並對應該等畫素單元；以及複數個連續遮光層，設置於該介電層上，並位於該圖案化透光層的兩側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該圖案化透光層包括透光度90%以上的有機材料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該圖案化透光層對波長大於550奈米的光線透光。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該圖案化透光層的厚度與寬度的比例介於5：1至15：1。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該圖案化透光層的寬度與該畫素單元的寬度的比例介於0.5：1至0.75：1。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該等遮光層為縱向連續。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該等遮光層包括一氧化層與一遮光材料層，該遮光材料層包圍該氧化層。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的光學元件，其中該遮光材料層包括氮化鈦、鈦鎢合金或鎢金屬。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的光學元件，其中該遮光材料層 的厚度介於300至1,500埃。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，更包括一觸控玻璃，設置於該圖案化透光層與該等連續遮光層上。
  11. 一種光學元件的製造方法，包括：提供一基板，包括複數個畫素單元；形成一介電層於該基板上；形成一圖案化透光層於該介電層上，並對應該等畫素單元；坦覆性地形成一遮光材料層於該圖案化透光層間的區域；以及形成一氧化層於該遮光材料層上，以於該圖案化透光層的兩側，形成複數個連續遮光層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的光學元件的製造方法，其中該圖案化透光層包括透光度90%以上的有機材料，其對波長大於550奈米的光線透光。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的光學元件的製造方法，其中該圖案化透光層的厚度與寬度的比例介於5：1至15：1。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的光學元件的製造方法，其中該圖案化透光層的寬度與該畫素單元的寬度的比例介於0.5：1至0.75：1。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的光學元件的製造方法，其中藉由化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或濺鍍法形成該遮光材料層於該圖案化透光層間的區域。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的光學元件的製造方法，其中 該遮光材料層包括氮化鈦、鈦鎢合金或鎢金屬。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的光學元件的製造方法，其中該遮光材料層的厚度介於300至1,500埃。
  18. 如申請專利範圍第11項所述的光學元件的製造方法，於形成該遮光材料層之前，更包括坦覆性地形成一阻障層於該圖案化透光層間的區域。
  19. 如申請專利範圍第11項所述的光學元件的製造方法，於形成該氧化層之後，更包括實施一回蝕刻或一化學機械研磨製程，以於該圖案化透光層的兩側，形成該等連續遮光層。
  20. 如申請專利範圍第11項所述的光學元件的製造方法，其中該等遮光層為縱向連續。
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