TW202013241A - 光學感測器及其形成方法 - Google Patents

Abstract

一種光學感測器，包含基板及位於基板之上的光準直層。上述基板包含具有複數個感測畫素的感測畫素陣列。上述光準直層包含：圖案化晶種層，於基板之上且露出感測畫素陣列；複數個透光柱，設置於感測畫素陣列之上；金屬材料層，位於圖案化晶種層之上且填充於這些透光柱之間；以及遮光層，位於金屬材料層之上。

Description

光學感測器及其形成方法

本發明係有關於一種光學元件，特別是有關於一種光學感測器及其形成方法。

現今的行動電子裝置(例如手機、平板電腦、筆記型電腦等)通常配備有使用者辨識系統，用以保護個人資料安全。由於每個人的指紋皆不同，因此指紋感測器是一種常見並可靠的使用者辨識系統。

市面上的指紋感測器常使用光學技術以感測使用者的指紋，這種基於光學技術的指紋感測器之光學元件可包括光準直器(light collimator)、分束器、聚焦鏡以及線性感測器等，其中使用準直器(collimator)來使入射到感測器的光線平行前進，以減少因光發散所導致之能量損失。然而，在製作光準直器過程中，光準直器的內部結構將影響光準直器之準直效果，並進一步影響光學指紋感應器的良率。

雖然現有的光學指紋感測器大致符合需求，但並非各方面皆令人滿意，特別是提升高光學指紋感應器的光準直器之結構強度仍需進一步改善。

本發明的一些實施例提供光一種光學感測器，此光學感測器包含基板及光準直層。此基板包含感測畫素陣列，此感測畫素陣列包含複數個感測畫素。此光準直層，位於此基板之上，其中此光準直層包含：圖案化晶種層，於基板之上且露出感測畫素陣列；複數個透光柱，設置於感測畫素陣列之上；金屬材料層，位於圖案化晶種層之上且填充於這些透光柱之間；以及遮光層，位於此金屬材料層之上。

本發明的一些實施例提供一種光學感測器之形成方法，包含：提供基板，其中此基板具有感測畫素陣列，其中此感測畫素陣列包含複數感測畫素；以及形成光準直層於此基板之上。形成此光準直層於基板之上的步驟包含：形成圖案化晶種層於此基板之上，其中此圖案化晶種層露出上述的感測畫素陣列；形成複數個透光柱於上述的感測畫素陣列之上；在形成這些透光柱之後，形成金屬材料層於圖案化晶種層之上，以填充於這些透光柱之間；以及形成遮光層於此金屬材料層之上。

本發明的光學感測器可應用於多種類型的光學指紋辨識系統，為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉數個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

100‧‧‧光學感測裝置

101‧‧‧光學感測器

102‧‧‧蓋板層

103‧‧‧目標物

201、202‧‧‧步驟

210、211、212、213‧‧‧步驟

300‧‧‧基板

301‧‧‧感測畫素陣列

302‧‧‧感測畫素

400‧‧‧晶種層

500‧‧‧圖案化晶種層

600‧‧‧透光材料層

700‧‧‧透光柱

800‧‧‧金屬材料層

900‧‧‧遮光層

1000、1001、1002‧‧‧光線

以下將配合所附圖式詳述本發明實施例。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，可能任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現出本發明實施例的特徵。

第1圖是根據本發明的一些實施例，繪示出光學感測裝置感測目標物的示意圖。

第2圖是根據本發明的一些實施例，繪示出光學感測器之形成方法的例示性流程圖。

第3-8圖是根據本發明的一些實施例，繪示出光學感測器於製程之各種階段的剖面示意圖。

第9A圖是根據本發明的一些實施例，繪示出遮光層之頂面略高於透光柱之頂面的示意圖。

第9B圖是根據本發明的其他實施例，繪示出遮光層與透光柱之頂面齊平的示意圖。

第10A圖是根據本發明的另一些實施例，繪示出光學感測器之上視圖。

第10B圖是根據本發明的又一些實施例，繪示出光學感測器之上視圖。

第11圖是根據本發明的一些實施例，繪示出光學感測裝置之範例結構感測目標物的示意圖。

以下揭露提供了許多的實施例或範例，用於實施所提供的電容結構之不同元件。各元件和其配置的具體範例描述如下，以簡化本發明實施例之說明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例而言，敘述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接觸的實施例，也可能包含額外的元件形成在第一和第二元件之間，使得它們不直接接觸的實施例。此外，本發明實施例可能在不 同的範例中重複參考數字及/或字母。如此重複是為了簡明和清楚，而非用以表示所討論的不同實施例之間的關係。

此外，其中可能用到與空間相對用詞，例如「在...下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，這些空間相對用詞係為了便於描述圖示中一個(些)元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係，這些空間相對用詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉90度或其他方位)，則其中所使用的空間相對形容詞也將依轉向後的方位來解釋。

在此，「約」、「大約」、「大抵」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，較佳是10%之內，且更佳是5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。應注意的是，說明書中所提供的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「大抵」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「大抵」之含義。

雖然所述的一些實施例中的步驟以特定順序進行，這些步驟亦可以其他合邏輯的順序進行。在不同實施例中，可替換或省略一些所述的步驟，亦可於本發明實施例所述的步驟之前、之中、及/或之後進行一些其他操作。本發明實施例中的光學指紋感應器可加入其他的特徵。在不同實施例中，可替換或省略一些特徵。

本發明提供了光學感測器及其形成方法的實施例，特別是一種應用於指紋辨識系統的光學感測器。本發明之實施例所提供的光學感測器之光準直層包含了設置於感測畫 素陣列(sensor pixel array)上的透光柱以及填充在透光柱之間的金屬材料層，其中於感測畫素陣列上形成的透光柱可確保感測畫素陣列不會被製程中的碎屑、汙染物、或光準直層中其他結構崩落的部分所掩蓋，另外，於金屬材料層上形成遮光層以防止入射光學感測器之光線所產生之串音(crosstalk)，進而提升光學感測器的效能。

傳統上，於光學感測器的製程中，在形成光準直層時，通常會在感測畫素上形成一柱狀開口，用以將光線以接近垂直的角度導入至感測畫素。然而，在傳統的製程中，碎屑或汙染物時常落入此柱狀開口而遮蔽了感測畫素，使得光學感測器之靈敏度大幅降低。本發明之實施例係形成透光柱於感測像素上，再以金屬材料填充於透光柱之間而形成光準直層，此可有效避免感測畫素被製程中的碎屑或汙染物遮蔽，進而大幅提升製程的良率。此外，填充於透光柱之間之金屬材料層上可進一步形成遮光層以防止入射光學感測器的光線所產生之串音，並改善光學感測器的效能。

第1圖是根據本發明之一些實施例，繪示出光學感測裝置100對目標物103(例如：指紋)感測的範例。光學感測裝置100包括蓋板層102及在蓋板層102下的光學感測器101。蓋板層102保護光學感測裝置100的其他元件，例如其下的光學感測器101。蓋板層102的材料可包括透光材料(例如：玻璃、石英(quartz)、藍寶石(sapphire)、或透明聚合物等)，其允許光線通過。當目標物103接觸蓋板層102的上表面時，目標物103將光源(未繪示)發出的光反射到光學感測器101上以接收光訊號。目 標物103具有各種輪廓特徵，例如凸部與凹部(未繪示)。因此，當目標物103接觸蓋板層102的上表面，目標物103的凸部與蓋板層102的上表面接觸，而目標物103的凹部則不與蓋板層102的上表面接觸，亦即在凹部與蓋板層102的上表面間有一間隙。因此，在目標物103的凸部與凹部下方的感測畫素所接受到的光線強度將會不同，從而可藉此對目標物103的輪廓特徵進行識別。

第2圖是根據本發明之一些實施例，繪示出光學感測器101之形成方法的例示性流程圖。在一些實施例中，第2圖繪示出步驟201提供包含感測畫素陣列之基板，以及步驟202形成光準直層於基板上，其中形成光準直層之步驟202更進一步包含步驟210至213，以下將根據本發明之一些實施例，以步驟210至213搭配第3-9圖詳細說明本發明之實施例。值得注意的是，除非特別指明，否則第2圖所繪示之步驟順序僅為例示性的，本發明之形成方法不限定於此順序。

以下將參照第2圖之光學感測器101之形成方法並搭配第3-9圖所繪示之形成第1圖之光學感測器101在各個不同階段的製程剖面示意圖來說明本發明之實施例。

參照第2圖之步驟201並搭配參照第3圖，在一些實施例中，提供包含感測畫素陣列301的基板300。基板300可為半導體基板，例如：矽基板。此外，在一些實施例中，上述半導體基板亦可為元素半導體(elemental semiconductor)，包含：鍺(germanium)；化合物半導體(compound semiconductor)，包含：氮化鎵(gallium nitride，GaN)、碳化矽(silicon carbide)、 砷化鎵(gallium arsenide)、磷化鎵(gallium phosphide)、磷化銦(indium phosphide)、砷化銦(indium arsenide)及/或銻化銦(indium antimonide)；合金半導體(alloy semiconductor)，包含：矽鍺合金(SiGe)、磷砷鎵合金(GaAsP)、砷鋁銦合金(AlInAs)、砷鋁鎵合金(AlGaAs)、砷銦鎵合金(GaInAs)、磷銦鎵合金(GaInP)、及/或磷砷銦鎵合金(GaInAsP)、或上述材料之組合。在其他實施例中，基板300也可以是絕緣層上覆半導體(semiconductor on insulator)基板，上述絕緣層覆半導體基板可包含底板、設置於底板上之埋藏氧化層、及設置於埋藏氧化層上之半導體層。此外，基板300可為N型或P型導電類型。

在一些實施例中，基板300可包含各種隔離部件(未繪示)，用以定義主動區，並電性隔離基板300之中/之上的主動區元件。在一些實施例中，隔離部件包含淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)部件、局部矽氧化(local oxidation of silicon，LOCOS)部件、其他合適的隔離部件、或上述之組合。在一些實施例中，形成隔離部件可例如包含形成絕緣層於基板300之上，選擇性蝕刻絕緣層及基板300以於基板300中形成溝槽，於溝槽中成長富含氮(例如氮氧化矽)的襯層，以沉積製程於溝槽中填入絕緣材料(例如二氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽)，對溝槽中絕緣材料進行退火製程，並以例如化學機械研磨(Chemical mechanical polishing，CMP)製程對基板300進行平坦化製程，以去除多餘的絕緣材料，使溝槽中的絕緣材料與基板300的頂表面等高。

在一些實施例中，基板300可包含各種以如離子佈 植及/或擴散製程所形成之P型摻雜區及/或N型摻雜區(未繪示)。在一些實施例中，摻雜區可形成電晶體、光電二極體(photodiode)等元件。然而，上述之元件僅為範例，本發明並不以此為限。

在一些實施例中，基板300可包含各種導電部件(例如：導線或導孔)(未繪示)。舉例來說，上述導電部件可由鋁(Aluminum)、銅(Copper)、鎢(Tungsten)、其他適當之導電材料、上述之合金、或上述之組合所形成。

參照第3圖，在一些實施例中，基板300所包含的感測畫素陣列301具有複數個感測畫素302，並且感測畫素302可與訊號處理電路(signal processing circuitry)(未繪示)連接。在一些實施例中，感測畫素陣列301所具有之感測測畫素302的數量取決於光學感測區的面積大小。每個感測畫素302可包含一或多個光偵測器(photodector)。在一些實施例中，光偵測器可包含光電二極體，其中光電二極體可包含P型半導體層、本質層(intrinsic layer)、以及N型半導體層之三層結構的光電材料(photoelectric material)，本質層吸收光以產生出激子(exciton)，並且激子會在P型半導體層及N型半導體層的接面分成電子與電洞，進而產生電流訊號。在其他實施例中，光偵測器可也包含電荷耦合元件(charged coupling device，CCD)感測器、互補式金屬氧化物半導體(complimentary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感測器、主動感測器、被動感測器、其他適合的感測器、或上述之組合。在一些實施例中，感測畫素302可藉由光偵測器將接收到的光訊號轉換成 電子訊號，並透過訊號處理電路處理上述電子訊號。

在一些實施例中，如第3圖所示，感測畫素302在剖面示意圖中為陣列排列從而形成感測畫素陣列301，並位於基板300的上表面。值得注意的是，在第3圖所繪示之感測畫素陣列301的數量與排列方式僅為例示性的，本發明實施例並不以此為限，感測畫素302可為任意行列數目之陣列或其他的排列方式。

參照第2圖之步驟210並搭配參照第4-5圖，形成露出感測畫素陣列301之圖案化晶種層500於基板300上。如第4圖所示，在一些實施例中，先將一晶種層(seed layer)400毯覆性地(blanketly)沉積於此基板300之上。晶種層400之材料可包含例如鈦(Titanium)、銅(Copper)、其他適合的金屬材料、或前述之組合。在一些實施例中，可藉由化學氣相沉積製程(chemical vapor deposition，CVD)、物理氣相沉積製程(physical vapor deposition，PVD)(例如：真空蒸鍍製程(vacuum evaporation process)、濺鍍製程(sputtering process)、脈衝雷射沉積(pulsed laser deposition，PLD))、原子層沉積(Atomic Layer Deposition，ALD)、其他適合的沉積製程、或前述之組合來沉積晶種層400。在一些實施例中，藉由上述方法所形成之晶種層400之厚度在約50奈米(nanometer，nm)至約5000奈米的範圍，例如可為3000奈米。在其他實施例中，晶種層400之厚度在約100奈米至約3000奈米的範圍。

如第5圖所示，在一些實施例中，選擇性移除晶種層400以露出基板300上的感測畫素陣列301。在一些實施例 中，圖案化晶種層500及感測畫素陣列301在上視圖中之形狀為互補。在一些實施例中，可使用圖案化製程以選擇性移除晶種層，其中圖案化製程可包含光微影(photolithography)製程與蝕刻製程。光微影製程可包含例如：光阻塗佈(例如旋轉塗佈(spin-coating))、軟烤(soft baking)、曝光圖案、曝光後烘烤(post-exposure baking)、光阻顯影、清洗及乾燥(例如硬烤(hard baking))、其他適合的製程、或上述之組合。蝕刻製程可包含例如：濕式蝕刻製程、乾式蝕刻製程(例如反應離子蝕刻(reactive ion etch，RIE)、電漿蝕刻、離子研磨(ion milling))、其他適合的製程、或上述之組合。

參照第2圖之步驟211並搭配參照第6-7圖，形成複數個透光柱700於感測畫素陣列301上。如第6圖所示，在一些實施例中，可於基板300上之圖案化晶種層500上毯覆性地形成透光材料層600，以覆蓋圖案化晶種層500及圖案化晶種層500所露出的感測畫素陣列301並與其直接接觸。在一些實施例中，透光材料層600可包含透光材料，其對於在300奈米至1200奈米波長範圍下的光穿透率大於90%，從而允許部分入射光線穿過透光材料層600而抵達感測畫素302。

在一些實施例中，透光材料層600可包含光固化材料(UV-curable material)、熱固化材料(thermosetting material)、或上述之組合。舉例來說，透光材料可包含例如聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate，PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)聚碳酸酯 (Polycarbonate，PC)、全氟環丁基(perfluorocyclobutyl，PFCB)聚合物、聚亞醯胺(Polyimide，PI)、壓克力樹酯、環氧樹脂(Epoxy resins)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)、其他適當之材料、或上述之組合。在一些實施例中，可以旋轉塗佈法(spin-coating)、鑄模(casting)、棒狀塗佈(bar coating)、刮刀塗佈(blade coating)、滾筒塗佈(roller coating)、線棒塗佈(wire bar coating)、浸漬塗佈(dip coating)、化學氣相沉積法(CVD)、其他適合之方法、或上述之組合於基板300上沉積透光材料層600。在一些實施例中，藉由上述方法所形成之透光材料層600之厚度在約10微米(micrometer，μm)至約500微米的範圍，例如可為60微米。在其他實施例中，透光材料層600之厚度在約50微米至約300微米的範圍，例如可為100微米。

如第7圖所示，在一些實施例中，選擇性移除形成於基板300上的透光材料層600，以形成對應感測畫素302而設置於感測畫素陣列301之上的複數個透光柱700。在一些實施例中，可使用圖案化製程以選擇性移除透光材料層600，其中圖案化製程可包含光微影製程與蝕刻製程。光微影製程可包含例如：光阻塗佈(例如旋轉塗佈)、軟烤、曝光圖案、曝光後烘烤、光阻顯影、清洗及乾燥(例如硬烤)、其他適當的製程、或上述之組合。蝕刻製程可包含例如：濕式蝕刻製程、乾式蝕刻製程(例如反應離子蝕刻(RIE)、電漿蝕刻、離子研磨)、其他適合的製程、或上述之組合。

在其他實施例中，透光材料層600可為光阻材料，在此情況下，可藉由包含例如：光阻塗佈(例如旋轉塗佈)、軟烤、曝光圖案、曝光後烘烤、光阻顯影、清洗及乾燥(例如硬烤)、其他適當的製程、或上述之組合的光微影製程，直接形成透光柱700在感測畫素陣列301上，不需要額外經過蝕刻製程。

在一些實施例中，由於透光柱700對應設置於從圖案化晶種層500露出的感測畫素陣列301之上，故而在上視圖中透光柱700及圖案化晶種層500之形狀亦為互補。在其他實施例中，透光柱700在上視圖中為圓形、矩形、多邊形、或前述之組合，並且排列成陣列(array)。在一些實施例中，每一個透光柱700對應地設置於每一個感測畫素302之上；在其他實施例中，至少一個透光柱700覆蓋兩個以上之感測畫素302(未繪示)。如此一來，透光柱700可保護感測畫素302並減少或避免感測畫素302於製程中受到污染及/或損害，進而影響光學感測器101的靈敏度。

參照第10A圖，是根據本發明之另一些實施例，繪示出圓柱體的透光柱700與圖案化晶種層500在上視圖中形狀互補之示意圖。參照第10B圖，是根據本發明之又一些實施例，繪示出長方體的透光柱700與圖案化晶種層500在上視圖中形狀互補之示意圖。值得注意的是，此處所繪示之透光柱700於上視圖中的形狀及排列方式僅為例示性的，其並不侷限於此處所揭露的實施例。藉由將透光柱700對應設置於感測畫素陣列301之上並於上視圖中呈現互補的形狀，可有效避免感測畫素 302被在光學感測器101之其他製程步驟中所產生的碎屑或汙染物遮蔽，導致降低或失去感測入射光線的功能。

參照第2圖之步驟212並搭配參照第8圖，在一些實施例中，形成金屬材料層800於基板300上之圖案化晶種層500之上，並且填充於上述的複數個透光柱700之間。在一些實施例中，可藉由先前所形成之包含金屬材料的圖案化晶種層500連接電極(未繪示)以執行電鍍(electrode plating)製程來形成金屬材料層800。在一些實施例中，藉由電鍍製程或其他適合的製程所產生的金屬材料層800之厚度在約50奈米至約300奈米的範圍。在一些實施例中，金屬材料層800可包含銅(Copper)、鎳(Nickel)、其他適合的金屬材料、或前述之組合。在其他一些實施例中，金屬材料層800與晶種層400/500所包含之材料可為相同，例如兩者皆為銅(Cu)。在另外一些實施例中，金屬材料層800與晶種層400、500所包含的材料可為不同，例如金屬材料層800包含鎳(Ni)，而晶種層400/500包含鈦(Ti)。

參照第2圖之步驟213並搭配參照第9A、9B圖，在一些實施例中，形成遮光層900於金屬材料層800之上。在一些實施例中，遮光層900可包含遮光材料，例如可為樹脂遮光材料，其對於在300奈米至1200奈米波長範圍下的光穿透率小於1%。遮光材料可包含光固化材料、熱固化材料、或上述之組合。在一些實施例中，於金屬材料層800上所形成的遮光層900可避免感測畫素陣列301接收到不需要的光線，並可防止入射光學感測器101之光線所產生之串音(crosstalk)，進而提升光學感測器101的效能。

在一些實施例中，可藉由旋轉塗佈法(spin-coating)、化學氣相沉積法(CVD)、其他適當之方法、或上述之組合將遮光材料形成於金屬材料層800上，並進行固化製程如光固化製程、熱固化製程或上述組合以固化遮光材料，接著可執行圖案化製程，以形成在金屬材料層800之上的遮光層900。上述經過圖案化製程之遮光層900僅覆蓋於金屬材料層800之上，而不會覆蓋透光柱700。在一些實施例中，藉由上述方法所形成之遮光層900之厚度在約10奈米至約5000奈米的範圍，例如可為100奈米。在其他實施例中，遮光層900之厚度在約0.1微米至約5微米的範圍，例如可為3微米。

在一些實施例中，遮光材料包含非透明的碳黑、油墨、模制化合物(molding compound)、防焊材料(solder mask)、其他適當之材料、或上述之組合，在此情況下，上述的圖案化製程可包含光微影製程與蝕刻製程。光微影製程可包含例如：光阻塗佈(例如旋轉塗佈)、軟烤、曝光圖案、曝光後烘烤、光阻顯影、清洗及乾燥(例如硬烤)、其他適當的製程、或上述之組合。蝕刻製程可包含例如：濕式蝕刻製程、乾式蝕刻製程(例如反應離子蝕刻(RIE)、電漿蝕刻、離子研磨)、其他適合的製程、或上述之組合。

在其他實施例中，遮光材料包含非透明的光阻(photoresist)材料，在此情況下，上述的圖案化製程可為包含例如：光阻塗佈(例如旋轉塗佈)、軟烤、曝光圖案、曝光後烘烤、光阻顯影、清洗及乾燥(例如硬烤)、其他適當的製程、或上述之組合的光微影製程，直接形成遮光層900在金屬材料層 800上，不需要額外經過蝕刻製程。

在一些實施例中，在形成遮光層900於金屬材料層800之上之前，可執行平坦化製程(例如化學機械研磨(CMP)製程)以平坦化金屬材料層800，使得金屬材料層800與透光柱700之頂面齊平。接著，於上述實施例中，形成於經過平坦化製程之金屬材料層800之上的遮光層900之頂面將會略高於透光柱700之頂面(例如遮光層900之頂面將會略高於透光柱700之頂面約10奈米)，即如第9A圖所繪示。

在其他實施例中，可藉由控制電鍍製程的時間，使得形成於圖案化晶種層500之上的金屬材料層800之頂面略低於透光柱700之頂面(例如金屬材料層800之頂面略低於透光柱700之頂面約10奈米至約10微米)，並且形成遮光層900於此金屬材料層800與透光柱700之頂面之上，使得此遮光層900之頂面略高於透光柱700之頂面(例如遮光層900之頂面略高於透光柱700之頂面約為10奈米)，接著可執行平坦化製程(例如化學機械研磨(CMP)製程)以平坦化遮光層900，使得遮光層900與透光柱700之頂面齊平，即如第9B圖所繪示。

根據本發明之一些實施例，藉由第2圖所示之步驟202而形成的光準直層包含：露出基板300上之感測畫素陣列301的圖案化晶種層500、設置於感測畫素陣列301上的複數個透光柱700、填充於此些透光柱700之間的金屬材料層800、以及設置於金屬材料層800之上的遮光層900。在一些實施例中，光準直層上方可包含其他光學元件，例如：彩色濾光片(color filter)、玻璃、透鏡等(未繪示)。在一些實施例中，入射的光 線透過光準直層上方的光學元件經過光準直層導入至感測畫素302。其中，透光柱700的高寬比(aspect ratio)在2至30的範圍，例如可為5、10、15、或20。若透光柱700太高(即高寬比太大)，則透光柱700容易變形或倒塌，而導致製程難度提高，相對地也將提高製程成本。若透光柱700太寬(即高寬比太小)，則容易接收到不必要的入射光，難以達到準直效果，因而降低光學感測器101的靈敏度。

在一些實施例中，光學感測裝置100包含了光學感測器101及設置於光準直層之上的蓋板層102，如第11圖所繪示。蓋板層102可為硬質透光材料，例如：鋁矽酸鹽玻璃(calcium aluminosilicate glass)、鈉鈣玻璃(soda lime glass)、藍寶石(sapphire)、透明聚合物、或其他適合的材料，使得至少部分的入射光線能夠穿透而到達感測畫素陣列301，並且此硬質蓋板能夠保護在其之下的光學感測器101或光學感測裝置100之其他元件。

第11圖是根據本發明的一些實施例，繪示出光學感測裝置100之範例結構感測目標物103的示意圖。在一些實施例中，如第11圖所繪示，當目標物103(例如：指紋)接觸蓋板層102的上表面時，目標物103將光源(未繪示)發出的光線反射，所反射之部分光線1002穿透蓋板層102後被遮光層900吸收，另一部分光線1000穿透蓋板層102後進入透光柱700中而入射至感測畫素302，又另一部分光線1001穿透蓋板層102後進入透光柱700中再經由金屬材料層800反射而入射至感測畫素302。藉由遮光層900以及填充於透光柱700之間的金屬材料層800，可 將入射光之所欲接收的部分導入至感測畫素302，以達到將入射光線準直的效果。

如前所述，根據本發明之實施例，在光學感測器之形成方法中，形成光準直層於包含感測畫素陣列之基板之上。然而，在形成光準直層的步驟中，於形成複數個透光柱於感測畫素陣列之後才形成金屬材料層填充於這些透光柱之間，此可以有效防止感測畫素被碎屑或汙染物遮蔽，造成製程上良率不佳，並且被遮蔽的感測畫素也會失去或降低感測入射光線的功能。本發明之實施例所提供之光學感測器及其形成方法，不僅能夠提升光學感測裝置的靈敏度，亦可大幅提升製程良率以及降低製程成本。

值得注意的是，雖然此處所討論的範例所揭露的例示性實施方式係有關於指紋感測裝置，但本發明所提供之技術也可應用至其他型態的感測器，而不僅止於應用在偵測指紋的感測器裝置。舉例來說，亦可應用至生物感測器(biosensor)、醫學相關(例如感測心跳或血氧)以及輻射研究等領域的感測裝置中，並不侷限於上述實施例所揭露的範圍。

以上概述數個實施例，以便在本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本發明實施例的觀點。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者應該理解，他們能以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例相同之目的及/或優勢。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解到，此類等效的製程和結構並無悖離本發明的精神與範圍，且他們能在不違背本發明之精神和範 圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。

300‧‧‧基板

301‧‧‧感測畫素陣列

302‧‧‧感測畫素

500‧‧‧圖案化晶種層

700‧‧‧透光柱

800‧‧‧金屬材料層

900‧‧‧遮光層

Claims (24)

1. 一種光學感測器，包括：一基板，包括一感測畫素陣列，其中該感測畫素陣列包括複數個感測畫素；以及一光準直層，位於該基板之上，其中該光準直層包括：一圖案化晶種層，於該基板之上且露出該感測畫素陣列；複數個透光柱，設置於該感測畫素陣列之上；一金屬材料層，位於該圖案化晶種層之上且填充於該些透光柱之間；以及一遮光層，位於該金屬材料層之上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該圖案化晶種層及該感測畫素陣列在上視圖中之形狀為互補。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該圖案化晶種層包括鈦、銅、或前述之組合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該些透光柱由一透光材料所形成，並且該透光材料在300奈米至1200奈米波長範圍下的光穿透率大於90%。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該些透光柱在上視圖中為圓形、矩形、多邊形、或前述之組合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該些透光柱之高寬比值在2至30的範圍。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中每一透光柱係對應地設置於每一感測畫素之上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中至少一透光 柱覆蓋二個以上之感測畫素。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該金屬材料層包括銅、鎳、或前述之組合。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該金屬材料層的厚度在50奈米至300奈米的範圍。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該遮光層為一樹脂遮光層，並且該樹脂遮光層在300奈米至1200奈米波長範圍下的光穿透率小於1%。
12. 一種光學感測器之形成方法，包括：提供一基板，其中該基板具有一感測畫素陣列，其中該感測畫素陣列包括複數感測畫素；以及形成一光準直層於該基板之上，其中形成該光準直層於該基板之上的步驟包括：形成一圖案化晶種層於該基板之上，其中該圖案化晶種層露出該感測畫素陣列；形成複數個透光柱於該感測畫素陣列之上；在形成該些透光柱之後，形成一金屬材料層於該圖案化晶種層之上，以填充於該些透光柱之間；以及形成一遮光層於該金屬材料層之上。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中執行一電鍍製程以形成該金屬材料層於該圖案化晶種層之上並填充於該些透光柱之間。
14. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中在形成該遮光層於該金屬材料層之上之前，執行一平坦 化製程以平坦化該金屬材料層，使該金屬材料層與該些透光柱之頂面齊平。
15. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中該圖案化晶種層及該感測畫素陣列在上視圖中之形狀為互補。
16. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中圖案化晶種層包括鈦、銅、或前述之組合。
17. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中該些透光柱由一透光材料所形成，並且該透光材料在300奈米至1200奈米波長範圍下的光穿透率大於90%。
18. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中該些透光柱在上視圖中為圓形、矩形、多邊形、或前述之組合。
19. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中該些透光柱之高寬比值在2至30的範圍。
20. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中每一透光柱係對應地設置於每一感測畫素之上。
21. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中至少一透光柱覆蓋二個以上之感測畫素。
22. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中該金屬材料層包括銅、鎳、或前述之組合。
23. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其中該金屬材料層的厚度在50奈米至300奈米的範圍。
24. 如申請專利範圍第12項所述之光學感測器之形成方法，其 中該遮光層為一樹脂遮光層，並且該樹脂遮光層在300奈米至1200奈米波長範圍下的光穿透率小於1%。

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