TW201947286A - 具有虛擬高深寬比光學準直器的影像感測器、電子裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種影像感測器至少包含：一影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成陣列形式；以及一光通道層，位於影像感測晶片上，並具有多個光通道，此等光通道分別對應於此等影像感測單元。各光通道包含：一第一光孔；一第二光孔；及一中空通道，位於第一光孔與第二光孔之間，並光學耦合至第一光孔與第二光孔。中空通道的橫向尺寸大於第一光孔與第二光孔的一者或兩者的尺寸，且第一光孔係光軸對準於第二光孔，此等影像感測單元通過此等光通道感測接近第一光孔而遠離第二光孔的一物體之光學影像。本案亦提供電子裝置及上述影像感測器的製造方法。

Description

具有虛擬高深寬比光學準直器的影像感測器、電子裝置及其製造方法

本發明是有關於一種影像感測器，且特別是有關於一種具有虛擬高深寬比光學準直器的影像感測器及電子裝置及其製造方法。

互補式金屬氧化物半導體影像感測元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS image sensor，簡稱CIS)，是一種利用光電相關技術原理製造的影像感測元件，目前主要應用於各種影像產品如安全監控、數位相機、玩具、手機、影像電話、等等。譬如，本案發明人於美國專利US20180069048A1揭露一種用來進行指紋感測的積體化感測模組、積體化感測組件及其製造方法，於此併入作參考。

圖1顯示一種本案發明人於美國專利US20180069048A1揭露的一種可應用於指紋感測的影像感測器的工作示意圖。如圖1所示，傳統的CMOS影像感測器300包含一基板310，基板310上形成有多個影像感測單元311至314排列成陣列型 式，利用一金屬層320進行佈線，金屬層320上方有一通道層330，其中形成有多個光通道331至334，通道層330上方設置有一透光蓋板340。透光蓋板340可以是單純是透光基板或材料組合而成，譬如，光線可以從透光蓋板的側面投射到手指，手指再將光線反射回來給影像感測單元311至314接收。透光蓋板340也可以是顯示器的一部分，例如是有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro Light-Emitting Diode(LED))顯示器的一部分，可以投射光線到手指再反射回來。手指再將光線反射回來給影像感測單元311至314接收。當CMOS影像感測器300在執行物體F的影像感測時，固定張角(也就是光路OP形成的張角)對應的物體F的面積會反射投射在其表面的光而進入每一影像感測單元，譬如，影像感測單元311接收到的光線為對應到區域R1與R2的面積，而影像感測單元312接收到的光線為對應到區域R2與R3的面積，所以區域R2為重疊的部分。CMOS影像感測器300的解析度首先取決於影像感測單元311至314的解析度，其次是取決於相鄰的影像感測單元是否會互相干擾，也就是光路OP是否有過度重疊，其中重疊區域R2的面積越大，則越不容易有清楚的影像。

圖2顯示圖1的影像感測單元311至314所感測到的光強度的分佈圖，其中每一個強度分布對應的是每一光路OP涵蓋的部分物體面積，如果該等光通道的深寬比太小(例如<10)，則光路OP的張角越大，區域R2的重疊部分就越多，強度分布就越寬廣，這時就會如圖3一樣，疊合出來的最後強度分布，顯示不出來例如指紋分布的對比。圖3顯示圖2的光強度的疊成圖。如圖2所示，影像感測單元311至314感測到的光強度的分佈是由左至右的四個 高斯分佈曲線(在此僅顯示一維空間的分布，在實際的情況下其為二維的分布)，由此可知，相鄰兩高斯分佈曲線有互相重疊。因此，將這些強度的高斯分佈曲線疊合後，可以得到的曲線如圖3所示的強度分布。從圖3可以看出，已經無法分辨清楚影像感測單元311至314感測到的光強度。因此，解析度會因為這樣的原因而降低，使得所獲得的影像無法被分辨清楚(對比很低)。

圖4顯示另一種傳統的影像感測器300'的工作示意圖，其相同於前述感測器的示意圖，唯一差別是加大了光通道的深寬比(例如大於15)，則光路的張角可以大幅縮小，因此每一感測單元接收到的光強度分布較窄。圖5顯示圖4的影像感測單元311'至314'所感測到的光強度的分佈圖。圖6顯示圖5的光強度的疊合圖。圖4類似於圖1，不同之處在於光通道331'至334'的深寬比提高了，當CMOS影像感測器300'在執行物體F的影像感測時，影像感測單元311'接收到的光線為對應到區域R1與R2的面積，而影像感測單元312'接收到的光線為對應到區域R2與R3的面積，所以區域R2為重疊的部分，面積明顯變小。因此光路OP'的重疊部分大幅減少，使得圖5的相鄰高斯分佈曲線的重疊部分減少，因而獲得圖6的疊合曲線，使得所獲得的影像可以被分辨清楚(對比高)。

圖1的光通道331至334是以半導體蝕刻的方式進行，如果深寬比小，則於製造上較容易，且蝕刻速度快，可以有效的降低成本，但是如前面說明一樣，會降低物體影像的對比，沒辦法得到清晰影像，如果作為例如指紋感測，會影響其辨識率。反之，如果提高光通道的深寬比(採用圖4的光通道331'至334')，則可以得到較清晰影像，然而於製造上較困難，且蝕刻的效率及精度控制 不易，會大幅提高成本及降低良率。

因此，如何提供一種可以提高影像解析度且降低製造成本的影像感測器，實為本案所欲解決的問題。

因此，本發明的一個目的是提供一種具有虛擬高深寬比光學準直器的影像感測器及電子裝置及其製造方法，其能提高影像解析度且降低製造成本，且所提供的中空通道可以當作準直器使用，提升影像感測品質。

為達上述目的，本發明提供一種影像感測器，至少包含：一影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成陣列形式；以及一光通道層，位於影像感測晶片上，並具有多個光通道，此等光通道係以一對一、多對一或一對多的方式分別對應於此等影像感測單元，其中各光通道包含：一第一光孔；一第二光孔；及一中空通道，位於第一光孔與第二光孔之間，並光學耦合至第一光孔與第二光孔，其中中空通道的橫向尺寸大於第一光孔與第二光孔的一者或兩者的尺寸，且第一光孔係光軸對準於第二光孔，此等影像感測單元通過此等光通道感測接近第一光孔而遠離第二光孔的一物體之光學影像。

本發明又提供一種電子裝置，包含：一顯示器，用於顯示資訊，並具有一保護蓋板；以及上述影像感測器，安裝於保護蓋板下方。

本發明又提供一種電子裝置，包含：一顯示器，用於顯示資訊，並具有一保護蓋板；以及上述影像感測器，安裝於顯示器下方。

本發明更提供一種影像感測器的製造方法，至少包含以下步驟：提供一個影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成陣列型式；以及於影像感測晶片上形成一光通道層，其中具有多個光通道，此等光通道係以一對一、多對一或一對多的方式分別對應於此等影像感測單元，其中各光通道包含：一第一光孔；一第二光孔；及一中空通道，位於第一光孔與第二光孔之間，並光學耦合至第一光孔與第二光孔，其中中空通道的尺寸大於第一光孔與第二光孔的尺寸，此等影像感測單元通過此等光通道感測接近第一光孔而遠離第二光孔的一物體之光學影像。

藉由上述實施方式，可以提供一種具有虛擬深寬比光學準直器的影像感測器及電子裝置，可以輕易利用半導體晶圓製造的方式快速完成，以克服上述所有習知技術的缺點，達到增強影像品質及降低成本的優點。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

OP‧‧‧光路

F‧‧‧物體

R1、R2、R3‧‧‧區域

X、Y‧‧‧座標軸

10‧‧‧影像感測晶片

11‧‧‧影像感測單元

12‧‧‧基板

20‧‧‧光通道層

21‧‧‧光通道

22‧‧‧第一光孔

23‧‧‧中空通道

23S‧‧‧壁面

24‧‧‧第二光孔

24C‧‧‧弧狀凹陷結構

25‧‧‧第一光孔層

25A‧‧‧金屬連接層組

25B‧‧‧第一遮光層

26‧‧‧中空通道層

26A、26A'‧‧‧保護層

26B‧‧‧半導體基板

26C‧‧‧表面

26R‧‧‧殘留部分

27‧‧‧第二光孔層

27'‧‧‧遮光膜

27A‧‧‧透光膜

27B‧‧‧濾光膜

27C‧‧‧第二遮光層

30‧‧‧透光蓋板

40‧‧‧黏著層

100A至100G‧‧‧影像感測器

300、300'‧‧‧CMOS影像感測器

310‧‧‧基板

311至314‧‧‧影像感測單元

311'至314'‧‧‧影像感測單元

320‧‧‧金屬層

330‧‧‧通道層

331至334‧‧‧光通道

331'至334'‧‧‧光通道

340‧‧‧透光蓋板

400、400'‧‧‧電子裝置

410‧‧‧顯示器

420‧‧‧保護蓋板

圖1顯示一種傳統的影像感測器的工作示意圖。

圖2顯示圖1的影像感測單元所感測到的光強度的分佈圖。

圖3顯示圖2的光強度的疊合圖。

圖4顯示另一種傳統的影像感測器的工作示意圖。

圖5顯示圖4的影像感測單元所感測到的光強度的分佈圖。

圖6顯示圖5的光強度的疊合圖。

圖7顯示依據本發明第一實施例的影像感測器的剖面示意圖。

圖7A至7F顯示圖7的影像感測器的多個製造步驟的剖面示意圖。

圖8顯示依據本發明第二實施例的影像感測器的剖面示意圖。

圖8A至8H顯示圖8的影像感測器的多個製造步驟的剖面示意圖。

圖9顯示依據本發明第三實施例的影像感測器的剖面示意圖。

圖9A至9G顯示圖9的影像感測器的多個製造步驟的剖面示意圖。

圖10顯示依據本發明第四實施例的影像感測器的剖面示意圖。

圖10A至10H顯示圖10的影像感測器的多個製造步驟的剖面示意圖。

圖11顯示依據本發明第五實施例的影像感測器的剖面示意圖。

圖11A至11F顯示圖11的影像感測器的多個製造步驟的剖面示意圖。

圖12顯示依據本發明第六實施例的影像感測器的剖面示意圖。

圖13顯示依據本發明第七實施例的影像感測器的剖面示意圖。

圖14A顯示依據本發明較佳實施例的電子裝置的一個例子。

圖14B顯示依據本發明較佳實施例的電子裝置的另一個例子。

以下實施例最大精神在於提供一種具有虛擬高深寬比光學準直器的影像感測器及電子裝置，可以輕易利用半導體晶圓製造的方式克服上述製作高深寬比光通道時面臨的高成本低良率問題，以克服上述所有習知技術的缺點，達到增強影像品質及降低成本的優點，也就是獲得媲美或超越圖6的感測結果。

圖7顯示依據本發明第一實施例的影像感測器的剖面示意圖。如圖7所示，本實施例提供一種影像感測器100A，至少 包含一影像感測晶片10以及一光通道層20。

影像感測晶片10包含多個影像感測單元11，排列成陣列形式，譬如是一維或二維陣列。影像感測晶片10至少包含一基板12以及此等影像感測單元11，形成於基板12上。影像感測晶片例如是但不限於利用CMOS製程製造的CMOS影像感測器(CMOS Image Sensor,CIS)，以及電荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)影像感測器。

光通道層20位於影像感測晶片10上，並具有多個光通道21，此等光通道21可以以一對一、多對一或一對多的方式分別對應於此等影像感測單元11。各光通道21包含一第一光孔22、一第二光孔24及一中空通道23。中空通道23位於第一光孔22與第二光孔24之間，並光學耦合至第一光孔22與第二光孔24。中空通道23的橫向尺寸(X軸尺寸)大於第一光孔22與第二光孔24的尺寸，且第一光孔22係光軸對準於第二光孔24，此等影像感測單元11通過此等光通道21感測接近第一光孔22而遠離第二光孔24的一物體F之光學影像。該光學影像可以為表皮/真皮指紋影像、皮下靜脈影像及/或者陣列影像感測模組可量測其他生物特徵影像或資訊，例如血氧濃度、心跳資訊等等。於本實施例中，第一光孔22可為實心或空心光通道，第二光孔24可為實心或空心光通道。

於本實施例中，中空通道23的Y軸較佳尺寸大約是介於50與100μm之間，但不限定於此，中空通道23的X軸較佳尺寸大約是介於6與12μm之間，而第一光孔22與第二光孔24的X軸尺寸可以相同或不同，譬如是介於2與5μm之間。這些尺寸的通道及光孔在半導體光刻及蝕刻製程是能輕易且快速完成的。 換算成深寬比，本實施例的實體中空通道23的深寬比係小於15，而藉由中空通道23、第一光孔22與第二光孔24所形成的光通道21的虛擬高深寬比係大於15。

光通道層20至少包含一第一光孔層25、一中空通道層26以及一第二光孔層27。第一光孔層25位於影像感測晶片10上，並具有此等第一光孔22。第一光孔層25至少包含一金屬連接層組25A及一第一遮光層25B。金屬連接層組25A位於基板12及此等影像感測單元11上。實際上可能有CMOS製程中常用的多個層間金屬介電層(Inter-Metal Dielectric,IMD)、層間介電層(Inter-Layer Dielectric,ILD)及金屬連接層位於基板及該等影像感測單元上。第一遮光層25B位於金屬連接層組25A上，第一遮光層25B形成有此等第一光孔22。譬如，第一遮光層25B可以為半導體製程中的一個最上方的金屬層，除了遮光的功能以外，亦可提供導電的效果。然而，本發明並未受限於此，於另一例子中，第一遮光層25B位於金屬連接層組25A之中。又於另一例子中，遮光層可以為例如對可見光及近紅外線吸收的材料，例如碳膜等等。

中空通道層26位於第一光孔層25上，並具有此等中空通道23。第二光孔層27位於中空通道層26上，並具有此等第二光孔24。於部分實施例中，由於下述製程的關係，第二光孔層27的第二光孔24可以具有一弧狀凹陷結構24C，且第二光孔24為一中空光通道，也就是沒有填入任何固體材質。中空通道層26至少包含一保護層26A以及一個半導體基板26B。保護層26A位於金屬連接層組25A及第一遮光層25B之上，以及此等中空通道23的底部。於一例子中，保護層26A在製造上可以是第一遮光層25B上的 平坦保護層，例如是經過化學機械研磨(Chemical-Mechanical Polishing,CMP)的氧化矽層，作為融合接合(Fusion Bonding)的介面層。亦或者於另一例子中，保護層可以為一專做晶圓黏合用的高分子黏膠層。半導體基板26B位於保護層26A上，並形成有此等中空通道23。

於本實施例中，影像感測器100A更包含一透光蓋板30，其透過一黏著層40黏著至光通道層20，用於承載物體F。值得注意的是，透光蓋板30並非是必要元件，因為影像感測晶片10以及光通道層20的組合，亦可搭配透鏡組，達成相機的遠距影像感測功能。

藉由上述實施例，本發明最重要的精神就是藉由三者的組合，可以利用兩端的小尺寸光孔配合中間的大尺寸中空通道，提供類似具有高深寬比的光通道的功能，光線從物體F走光路OP進入到光通道21，並由影像感測單元11接收。在光路OP以外的光線都會被中空通道23的側壁(譬如是矽材料)所吸收，因此，中空通道23也提供了光學準直器的功能，有效提升影像品質。此外，中空通道23的蝕刻(例如深矽蝕刻)，也因本發明創意，可以很容易地降低其深寬比製造(例如<10)，而第二光孔24的形成技術(例如黑光阻的曝光顯影)也相當容易而不費時，故可有效縮短製造時間，降低成本。

圖7A至7F顯示圖7的影像感測器的多個製造步驟的剖面示意圖。本實施例提供一種影像感測器100A的製造方法，至少包含以下步驟。

首先，如圖7A所示，提供一個影像感測晶片10， 包含多個影像感測單元11，排列成陣列型式。譬如，首先提供基板12。於基板12上形成此等影像感測單元11。

接著，如圖7B至7F於影像感測晶片10上形成光通道層20，其中具有多個光通道21所示。此等光通道21係分別對應於此等影像感測單元11。各光通道21包含：第一光孔22；第二光孔24；及中空通道23，位於第一光孔22與第二光孔24之間，並光學耦合至第一光孔22與第二光孔24。中空通道23的尺寸大於第一光孔22與第二光孔24的尺寸。此等影像感測單元11通過此等光通道21感測接近第一光孔22而遠離第二光孔24的物體F之光學影像。

形成光通道層20的步驟將說明於下。

首先，如圖7A所示，於影像感測晶片10上形成第一光孔層25，此步驟為半導體製程的金屬層間介電層及金屬連線層的形成方式。首先，於影像感測晶片10上形成金屬連接層組25A，然後，於金屬連接層組25A上或之中形成第一遮光層25B，並形成此等第一光孔22貫穿第一遮光層25B，又於另一例子中，遮光層可以為例如對可見光及近紅外線吸收的材料，例如碳膜等等。第一遮光層25B上設置有保護層26A，也就是於第一遮光層25B上先形成氧化矽層，再施以CMP以形成平坦保護層，作為融合接合的介面層。亦或者於另一例子中，保護層26A可以為一專做晶圓黏合用的高分子黏膠層。

然後，如圖7B至圖7D所示，於第一光孔層25上形成中空通道層26，詳細說明如下。如圖7B所示，於金屬連接層組25A及第一遮光層25B之上設置保護層26A，其位於此等中空通 道23的底部。保護層26A譬如是氧化矽/二氧化矽或者其他絕緣層材料。保護層26A在製造上可以是第一遮光層25B上的平坦保護層。也就是於第一遮光層25B上先形成氧化矽層，再施以CMP，作為融合接合(Fusion Bonding)的介面層。然後，使用譬如融合接合(Fusion Bonding)技術於保護層26A上接合一個半導體基板26B(又稱啞晶圓(Dummy Wafer))。接著，如圖7C所示，去除部分半導體基板26B，然後，如圖7D所示，譬如透過蝕刻來形成此等中空通道23貫穿半導體基板26B，蝕刻停止於保護層26A。

接著，如圖7E至7F所示，於中空通道層26上形成第二光孔層27。本發明在製造上的另一個重要創意，是利用黏滯高的高分子材料的表面張力，將其例如光阻旋佈於該等中空通道表面時，由於中空通道的尺寸很小(6~12μm)，該光阻性材料不會落入該通道中，而是會在表面張力及內聚力的作用下，形成薄膜覆蓋在中空通道上方，並且由於重力關係，會形成一弧型。首先，如圖7E所示，於中空通道層26上形成一遮光膜27'，遮光膜27'譬如是深色或黑色光阻(會吸收可見光及近紅外光)，由於其黏性及重力的因素，會形成多個弧狀凹陷結構24C於中空通道23上方。然後，如圖7F形成此等第二光孔24貫穿遮光膜27'。當然也可以有其他的替代材料，例如可使用乾膜材料(如乾膜光阻)來取代液體狀的材料。

最後，如圖7F與圖7所示，透過黏著層40將透光蓋板30黏著至光通道層20，透光蓋板30用於承載物體F。黏著層40與保護層26A都是透光材質，故不影響影像感測結果。

圖8顯示依據本發明第二實施例的影像感測器100B的剖面示意圖。如圖8所示，本實施例類似於第一實施例，不同之 處在於第二光孔層27包含一透光膜27A、一濾光膜27B以及一第二遮光層27C。透光膜27A位於中空通道層26上，並封閉此等中空通道23。透光膜27A可以由乾膜材料取代。濾光膜27B位於透光膜27A上，允許特定波長的光線通過，提供濾光的功能，特別是濾掉太陽光的紅外線干擾。第二遮光層27C位於濾光膜27B上，並形成有此等第二光孔24。

圖8A至8H顯示圖8的影像感測器的多個製造步驟的剖面示意圖。圖8A至圖8D係類似於圖7A至圖7D，故於此不再詳述。因此，形成第二光孔層27的步驟包含以下步驟。首先，如圖8E所示，於中空通道層26上形成透光膜27A，以封閉此等中空通道23。接著，如圖8F所示，於透光膜27A上形成濾光膜27B。然後，如圖8G所示，於濾光膜27B上形成第二遮光層27C。接著，如圖8H所示，形成此等第二光孔24貫穿第二遮光層27C。值得注意的是，濾光膜27B與第二遮光層27C的製造程序也可以互換。

圖9顯示依據本發明第三實施例的影像感測器100C的剖面示意圖。本實施例類似於第一實施例，不同之處在於中空通道層26至少包含一保護層(保護層26A與26A'的組合也可以通稱為一個保護層)以及一個半導體基板26B。保護層26A位於金屬連接層組25A及第一遮光層25B之上，保護層26A'位於此等中空通道23的側壁、底部及頂部。半導體基板26B位於保護層26A上。實際製造上，於第一遮光層25B上有平坦保護層26A。也就是於第一遮光層25B上先形成氧化矽層，再施以CMP，作為融合接合(Fusion Bonding)的介面層。

圖9A至9G顯示圖9的影像感測器的多個製造步 驟的剖面示意圖。圖9A類似於圖7A，故於此不再詳述。於本實施例中，形成中空通道層26與第二光孔層27的步驟將一體說明如下。

首先，如圖9B所示，於一個半導體基板26B上形成此等中空通道23，此等中空通道23並未貫穿半導體基板26B。然後，如圖9B與圖9C所示，對半導體基板26B進行譬如熱氧化，以於半導體基板26B的表面26C及中空通道23的壁面23S形成保護層26A'，當然本發明並不限定於此，也可以以例如化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition,CVD)的方式形成一氧化矽或其他透光材料。接著，如圖9D所示，藉由使用對準式接合(Alignment Bonding)技術接合半導體基板26B與影像感測晶片10(包括了對準式融合接合(alignment fusion bonding)或者高分子材料接合(polymer bonding)；如果是對準式融合接合的話，為簡化之便，保護層26A'與26A的組合可以被稱為保護層；如果是高分子材料接合的話，半導體基板26B與影像感測晶片10的中間就要有高分子黏著層，高分子黏著層與保護層26A'的組合亦可以被稱為保護層。然後，如圖9E所示，去除部分的半導體基板26B(例如機械研磨加蝕刻)，停止於保護層26A'。接著，如圖9F所示，於半導體基板26B及保護層26A'上形成一第二光孔層27(這一材料在這個實施例中，可以是黒膜光阻，也可以是研磨留下一薄矽層，也可以是例如任何可以擋光的材料如金屬)。然後，如圖9G所示，形成此等第二光孔24貫穿第二光孔層27。

圖10顯示依據本發明第四實施例的影像感測器100D的剖面示意圖。如圖10所示，本實施例類似於第三實施例，不同之處在於第二光孔層27包含一濾光膜27B以及一第二遮光層 27C。濾光膜27B位於保護層26A'與半導體基板26B上，允許特定波長的光線通過。第二遮光層27C位於濾光膜27B上，並形成有此等第二光孔24。

圖10A至10H顯示圖10的影像感測器的多個製造步驟的剖面示意圖。圖10A至圖10E類似於圖9A至圖9E，於此不再詳述。形成第二光孔層27的步驟將說明於下。首先，如圖10F所示，於保護層26A'與半導體基板26B上形成濾光膜27B。接著，如圖10G所示，於濾光膜27B上形成第二遮光層27C。然後，如圖10H所示，形成此等第二光孔24貫穿第二遮光層27C(這一材料在這個實施例中，可以是黒膜光阻，也可以是例如任何可以擋光的材料如金屬)。

圖11顯示依據本發明第五實施例的影像感測器100E的剖面示意圖。如圖11所示，本實施例類似於第三實施例，不同之處在於第二光孔層27與半導體基板26B是一體成型，譬如由同一種材料所形成。

圖11A至11F顯示圖11的影像感測器的多個製造步驟的剖面示意圖。圖11A至11D係類似於圖9A至9D，故於此不再詳述。形成中空通道層26與第二光孔層27的步驟的步驟將一體說明如下。如圖11E所示，去除部分的半導體基板26B，保留位於保護層26A'上方的半導體基板26B的一殘留部分26R(厚度譬如5至20μm，特別是10μm)當作第二光孔層27。接著，如圖11F所示，形成此等第二光孔24貫穿第二光孔層27。

圖12顯示依據本發明第六實施例的影像感測器100F的剖面示意圖。如圖12所示，本實施例係類似於第一實施例 中，不同之處在於不存在有第一遮光層，所以第一光孔22並非是由第一遮光層所形成。於此情況下，中空通道23為一錐狀通道，且從第二光孔24至第一光孔22逐漸縮小。另外，第一光孔22為中空通道23的一最小開孔。因此，可以省略第一光孔層的設計，而在製作中空通道23時，形成漏斗形狀(上寬下窄)，使得底部的窄孔(當作第一光孔22使用)配合第二光孔24，亦可以形成虛擬高深寬比結構。因此，中空通道23的橫向尺寸只要大於第一光孔22與第二光孔24的一者的尺寸即可。當然於另一實施例中，也可以僅利用一端點的小尺寸光孔搭配一中空通道來完成。

圖13顯示依據本發明第七實施例的影像感測器100G的剖面示意圖。如圖13所示，本實施例係類似於第六實施例，不同之處在於漏斗形狀的錐狀通道被倒過來了。因此，中空通道23為一錐狀通道，且從第二光孔24至該第一光孔22逐漸變大，且第一光孔22為該中空通道23的一最大開孔。

圖14A顯示依據本發明較佳實施例的一電子裝置400的一個例子。如圖14A所示，譬如是智慧型手機的電子裝置400包含一用於顯示資訊的顯示器410，顯示器410具有一保護蓋板420。電子裝置400可以安裝有不含透光蓋板30的影像感測器100A至100G的其中一者，其是一種蓋板下方(under cover plate)的影像感測器，其中影像感測器安裝於保護蓋板420下方或下表面，也就是透光蓋板30可以被視為保護蓋板420的一部分或全部；或者，電子裝置400也可以安裝有不含透光蓋板30的影像感測器100A至100G的其中一者，其是一種顯示器下方(under display)的影像感測器(這種安裝方式可以適用於任何顯示器位置)，也就是顯示器的一部分或 全部可以被當作透光蓋板30使用，而把影像感測器安裝於顯示器下方或下表面。

當然，OLED或Micro LED顯示器為習知技術，本發明之描述僅以主結構之部分予以描述，而非重新定義其結構與材料，不夠詳細的顯示器部分可以參酌現有技術，並不會影響本發明實施例的創新。本實施例最重要特色，是要讓使用者可以在顯示器的任何指定位置同時獲得顯示器內容及生物識別的能力(顯示器的任何指定位置可以執行顯示及生物特徵感測)，這種設計是目前市場完全沒有的。這對例如手機產品的設計相當重要，可以有一全新的工業設計，窄邊框以及全螢幕概念。圖14B顯示依據本發明較佳實施例的電子裝置400'的另一個例子。如圖14B所示，譬如是智慧型手機的一電子裝置400'包含一顯示器410，顯示器410具有保護蓋板420。顯示器410是以全螢幕的型態呈現。電子裝置400'可以安裝有影像感測器100A至100G的其中一者。

藉由上述實施例，可以提供一種具有虛擬深寬比的影像感測器，可以輕易利用半導體晶圓製造的方式快速完成，以克服上述所有習知技術的缺點，達到增強影像品質及降低成本的優點。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。

Claims (26)

1. 一種影像感測器，至少包含：一影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成陣列形式；以及一光通道層，位於該影像感測晶片上，並具有多個光通道，該等光通道係以一對一、多對一或一對多的方式分別對應於該等影像感測單元，其中各該光通道包含：一第一光孔；一第二光孔；及一中空通道，位於該第一光孔與該第二光孔之間，並光學耦合至該第一光孔與該第二光孔，其中該中空通道的橫向尺寸大於該第一光孔與該第二光孔的一者或兩者的尺寸，且該第一光孔係光軸對準於該第二光孔，該等影像感測單元通過該等光通道感測接近該第一光孔而遠離該第二光孔的一物體之光學影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，更包含：一透光蓋板，透過一黏著層黏著至該光通道層，用於承載該物體。
3. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中該光通道層至少包含：一第一光孔層，位於該影像感測晶片上，並具有該等第一光孔；一中空通道層，位於該第一光孔層上，並具有該等中空通道；以及 一第二光孔層，位於該中空通道層上，並具有該等第二光孔。
4. 如申請專利範圍第3項所述的影像感測器，其中該第一光孔層至少包含：一金屬連接層組，位於該等影像感測單元上；以及一第一遮光層，位於該金屬連接層組上或之中，其中該第一遮光層形成有該等第一光孔。
5. 如申請專利範圍第4項所述的影像感測器，其中該中空通道層至少包含：一保護層，位於該金屬連接層組及該第一遮光層上，以及該等中空通道的底部；以及一個半導體基板，位於該保護層上，並形成有該等中空通道。
6. 如申請專利範圍第3項所述的影像感測器，其中該第二光孔層的該第二光孔為一中空光通道。
7. 如申請專利範圍第3項所述的影像感測器，其中該第二光孔層包含：一透光膜，位於該中空通道層上，並封閉該等中空通道；一濾光膜，位於該透光膜上，允許特定波長的光線通過；以及一第二遮光層，位於該濾光膜上，並形成有該等第二光孔。
8. 如申請專利範圍第4項所述的影像感測器，其中該中空通道層至少包含：一保護層，位於該金屬連接層組及該第一遮光層之上，以及該等中空通道的側壁、底部及頂部；以及一個半導體基板，位於該保護層上。
9. 如申請專利範圍第8項所述的影像感測器，其中該第二光孔層包含：一濾光膜，位於該保護層與該半導體基板上，允許特定波長的光線通過；以及一第二遮光層，位於該濾光膜上，並形成有該等第二光孔。
10. 如申請專利範圍第8項所述的影像感測器，其中該第二光孔層與該半導體基板是一體成型。
11. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中該第一光孔為實心光通道，該第二光孔為空心光通道。
12. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中該中空通道為一錐狀通道，且從該第二光孔至該第一光孔逐漸縮小，且該第一光孔為該中空通道的一最小開孔。
13. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中該中空通道為一錐狀通道，且從該第二光孔至該第一光孔逐漸變大，且該第一光孔為該中空通道的一最大開孔。
14. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中該中空通道的一深寬比係小於15，而藉由該中空通道、該第一 光孔與該第二光孔所形成的該光通道的一虛擬高深寬比係大於15。
15. 一種電子裝置，包含：一顯示器，用於顯示資訊，並具有一保護蓋板；及如申請專利範圍第1項以及第3至14項中之任一項所述的影像感測器，安裝於該保護蓋板下方。
16. 一種電子裝置，包含：一顯示器，用於顯示資訊；及如申請專利範圍第1項以及第3至14項中之任一項所述的影像感測器，安裝於該顯示器下方。
17. 一種影像感測器的製造方法，至少包含以下步驟：提供一個影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成陣列型式；以及於該影像感測晶片上形成一光通道層，其中具有多個光通道，該等光通道係以一對一、多對一或一對多的方式分別對應於該等影像感測單元，其中各該光通道包含：一第一光孔；一第二光孔；及一中空通道，位於該第一光孔與該第二光孔之間，並光學耦合至該第一光孔與該第二光孔，其中該中空通道的尺寸大於該第一光孔與該第二光孔的尺寸，該等影像感測單元通過該等光通道感測接近該第一光孔而遠離該第二光孔的一物體之光學影像。
18. 如申請專利範圍第17項所述的製造方法，更包含以下步驟： 透過一黏著層將一透光蓋板黏著至該光通道層，該透光蓋板用於承載該物體。
19. 如申請專利範圍第17項所述的製造方法，其中形成該光通道層的步驟至少包含：於該影像感測晶片上形成一第一光孔層，其具有該等第一光孔；於該第一光孔層上形成一中空通道層，其具有該等中空通道；以及於該中空通道層上形成一第二光孔層，其具有該等第二光孔。
20. 如申請專利範圍第19項所述的製造方法，其中形成該第一光孔層的步驟至少包含：於該影像感測晶片上形成一金屬連接層組；以及於該金屬連接層組上或之中形成一第一遮光層，並形成該等第一光孔貫穿該第一遮光層。
21. 如申請專利範圍第20項所述的製造方法，其中形成該中空通道層的步驟至少包含：於該金屬連接層組及該第一遮光層之上或之中設置一保護層，其位於該等中空通道的底部；於該保護層上接合一個半導體基板；以及去除部分的該半導體基板，並形成該等中空通道貫穿該半導體基板。
22. 如申請專利範圍第19項所述的製造方法，其中形成該第二光孔層的步驟包含： 於該中空通道層上形成一遮光膜，並形成該等第二光孔貫穿該遮光膜。
23. 如申請專利範圍第19項所述的製造方法，其中形成該第二光孔層的步驟包含：於該中空通道層上形成一透光膜，以封閉該等中空通道；於該透光膜上形成一濾光膜，其允許特定波長的光線通過；以及於該濾光膜上形成一第二遮光層，並形成該等第二光孔貫穿該第二遮光層。
24. 如申請專利範圍第19項所述的製造方法，其中形成該中空通道層與該第二光孔層的該等步驟至少包含：於一個半導體基板上形成該等中空通道，該等中空通道並未貫穿該半導體基板；於該半導體基板的表面及該等中空通道的壁面形成一保護層；接合該半導體基板與該影像感測晶片；去除部分的該半導體基板，停止於該保護層；以及於該半導體基板及該保護層上形成該第二光孔層，並形成該等第二光孔貫穿該第二光孔層。
25. 如申請專利範圍第24項所述的製造方法，其中形成該第二光孔層的步驟包含：於該保護層與該半導體基板上形成一濾光膜，其允許特定波長的光線通過；以及 於該濾光膜上形成一第二遮光層，並形成該等第二光孔貫穿該第二遮光層。
26. 如申請專利範圍第20項所述的製造方法，其中形成該中空通道層與該第二光孔層與的步驟至少包含：於一個半導體基板上形成該等中空通道，該等中空通道並未貫穿該半導體基板；於該半導體基板的表面及該等中空通道的壁面形成一保護層；接合該半導體基板與該影像感測晶片；去除部分的該半導體基板，保留位於該保護層上方的該半導體基板的一殘留部分當作該第二光孔層；以及形成該等第二光孔貫穿該第二光孔層。