TW202029482A - 半導體裝置與生物辨識裝置 - Google Patents

Abstract

一種半導體裝置包含基板與光準直層。基板具有複數個畫素。光準直層設置於基板之上，且光準直層包含透明材料層、第一遮光層、第二遮光層及複數個透明柱體。透明材料層覆蓋畫素。第一遮光層設置於基板之上，且第一遮光層具有對應於畫素的複數個孔洞。第二遮光層設置於第一遮光層之上。透明柱體設置於第二遮光層中。

Description

半導體裝置

本發明實施例係有關於一種半導體裝置，且特別有關於一種包含光準直層(collimator layer)的半導體裝置。

半導體裝置可被使用於各種應用中。舉例而言，半導體裝置可被用來作為生物辨識裝置(例如，指紋辨識裝置、臉部辨識裝置、虹膜辨識裝置等的至少一部分)。生物辨識裝置可由大量的光學元件組成。舉例而言，上述光學元件可包括光準直器(collimator)。

光準直器可用於準直(collimate)光線，以減少因光發散所導致之能量損失。因此，光準直器可例如被應用於生物辨識裝置(例如，指紋辨識裝置)中，以增加其辨識的效能。

然而，現有之光準直器及其形成方法並非在各方面皆令人滿意。

本發明實施例包括一種半導體裝置。前述半導體裝置包含基板與光準直層。基板具有複數個畫素。光準直層設置於基板之上，且光準直層包含透明材料層、第一遮光層、第二遮光層及複數個透明柱體。透明材料層覆蓋畫素。第一遮光層設置於基板之上，且第一遮光層具有對應於畫素的複數個孔洞。第二遮光層設置於第一遮光層之上。透明柱體設置於第二遮光層中。

本發明實施例亦包括一種半導體裝置。前述半導體裝置包含基板與光準直層。基板具有複數個畫素。光準直層設置於基板之上，且光準直層包含複數個遮光層及透明材料層。遮光層設置於基板之上，且每個遮光層具有對應於畫素的複數個孔洞。透明材料層設置於遮光層之間並填充孔洞。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本發明實施例敘述了一第一特徵部件形成於一第二特徵部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵部件與上述第二特徵部件是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵部件形成於上述第一特徵部件與上述第二特徵部件之間，而使上述第一特徵部件與第二特徵部件可能未直接接觸的實施例。

應理解的是，額外的操作步驟可實施於所述方法之前、之間或之後，且在所述方法的其他實施例中，部分的操作步驟可被取代或省略。

此外，其中可能用到與空間相關用詞，例如「在… 下方」、「下方」、「較低的」、「在… 上方」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，這些空間相關用詞係為了便於描述圖式中一個(些)元件或特徵部件與另一個(些)元件或特徵部件之間的關係，這些空間相關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關形容詞也將依轉向後的方位來解釋。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有與相關技術及本發明的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本發明實施例有特別定義。

以下所揭露之不同實施例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。

本發明實施例之半導體裝置之光準直層包括複數個具有不同截面積之孔洞的遮光層。由於在光準直層中設置了此些遮光層，並可配合設置透明材料層，因此光準直層之透明柱體可具有較小的高寬比(aspect ratio)，藉此可避免或減少透明柱體發生倒塌的情況，同時使光準直層保有良好的準直效能。以下將以第1A~1G’圖所示的實施例進行說明。

第1A、1B、1C、1D、1E、1F以及1G圖為一系列之剖面圖，其繪示出本發明一實施例之半導體裝置100之形成方法。第1G’圖根據本發明一些實施例繪示出第1G圖之步驟的上視圖。

首先，根據一些實施例，如第1A圖所示，提供基板101。基板101可具有頂表面101T以及相對於頂表面101T的底表面101B。

在一些實施例中，基板101可由元素半導體(例如，矽或鍺)、化合物半導體(例如，碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)或磷化銦(InP))、合金半導體(例如:SiGe、SiGeC、GaAsP或GaInP)、其他適當之半導體或前述之組合所形成。在一些實施例中，基板101可為絕緣層上半導體基板(semiconductor-on-insulator (SOI) substrate)。前述絕緣層上半導體基板可包括底板、設置於前述底板上的埋藏氧化層以及設置於前述埋藏氧化層上的半導體層。在一些實施例中，基板101可為一半導體晶圓(例如:矽晶圓或其他適當之半導體晶圓)。

在一些實施例中，基板101可包括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。舉例而言，前述摻雜區可被配置來形成電晶體、光電二極體及/或發光二極體，但本發明實施例並非以此為限。

在一些實施例中，基板101可包括各種隔離特徵，以分隔基板101中不同之裝置區域。舉例而言，隔離特徵可包括淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)特徵，但本發明實施例並非以此為限。在一些實施例中，形成淺溝槽隔離之步驟可包括於基板101中蝕刻出一溝槽，並於上述溝槽中填入絕緣材料(例如，氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽)。所填充的溝槽可具有多層結構(例如，一熱氧化襯層以及填充於溝槽之氮化矽)。可進行化學機械研磨(Chemical mechanical polishing, CMP)製程以研磨多餘的絕緣材料並平坦化隔離特徵之上表面。

在一些實施例中，基板101可包括各種導電特徵(例如，導線(conductive line)或導孔(via))。舉例而言，前述導電特徵可由鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、其各自之合金、其他適當之導電材料或上述之組合所形成。

在第1A圖所示的實施例中，基板101可包括複數個畫素P。在一些實施例中，基板101之複數個畫素P可排列成一陣列，但本發明實施例並非以此為限。

在一些實施例中，基板101之一個畫素P包括或對應至少一光電二極體及/或其他適當之元件，其可將所接收到的光訊號轉換成電流訊號。

接著，如第1B圖所示，根據一些實施例，將第一材料102設置於基板101之頂表面101T之上。在本實施例中，第一材料102為金屬，例如：銅(Cu)、銀(Ag)等，但本發明實施例並非以此為限。在其他實施例中，第一材料102可為光阻(例如，黑光阻或其他適當之非透明的光阻)、油墨(例如，黑色油墨或其他適當之非透明的油墨)、模制化合物(molding compound)(例如，黑色模制化合物或其他適當之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適當之非透明的防焊材料)、環氧樹脂、其他適當之材料或前述材料之組合。在一些實施例中，第一材料102可為光固化材料、熱固化材料或前述材料之組合。

接著，如第1C圖所示，可進行圖案化製程以將第一材料102圖案化，形成第一遮光層104，第一遮光層104直接接觸基板101的頂表面101T。詳細而言，前述圖案化製程移除部分之第一材料102，以形成具有對應於畫素P的複數個孔洞O1的第一遮光層104。在一些實施例中，前述圖案化製程包括軟烘烤(soft baking)、光罩對準(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光後烘烤(post-exposure baking)、顯影(developing)、潤洗(rinsing)、乾燥、其他適當的步驟或前述步驟之組合。

接著，如第1D圖所示，將透明材料106設置於基板101之頂表面101T之上。舉例而言，透明材料106可為透明光阻、聚亞醯胺、環氧樹脂、其他適當之材料或前述材料之組合。於後續的製程中，可使用透明材料106來形成透明材料層與透明柱體(例如，後文所述之透明材料層108與透明柱體110)，於後文將對此進行詳細說明。

在一些實施例中，透明材料106可包括光固化材料、熱固化材料或上述之組合。舉例而言，可使用旋轉塗佈製程(spin-on coating process)將透明材料106塗佈於第一遮光層104與基板101之上，但本發明實施例並非以此為限。

接著，如第1E圖所示，進行圖案化製程以將透明材料106圖案化，以形成透明材料層108與複數個透明柱體110。詳細而言，前述圖案化製程移除部分之透明材料106，而殘留在基板101(且對應於畫素P的複數個孔洞O1)上之透明材料106則成為透明材料層108與複數個透明柱體110。類似地，在一些實施例中，前述圖案化製程包括軟烘烤、光罩對準、曝光、曝光後烘烤、顯影、潤洗、乾燥、其他適當的步驟或前述步驟之組合。

如第1E圖所示，在本實施例中，透明材料層108覆蓋第一遮光層104與畫素P，並填充第一遮光層104的孔洞O1；透明柱體110對應於畫素P設置。換句話說，在第1E圖所示之實施例中，透明材料層108可完全覆蓋(或部分地覆蓋)畫素P。在一些實施例中，覆蓋畫素P之透明材料層108(與第一遮光層104)可保護畫素P並減少或避免畫素P於製程中受到損害及/或汙染之情況。在一些實施例中，透明柱體110排列成陣列，但本發明實施例並非以此為限。

接著，如第1F圖所示，在一些實施例中，將第二材料112設置於透明材料層108之頂表面之上。在一些實施例中，第二材料112可填充透明柱體110之間的開口並覆蓋透明柱體110。

在本實施例中，第一材料102與第二材料112不同。舉例而言，第一材料102可為金屬，而第二材料112可為光阻(例如，黑光阻或其他適當之非透明的光阻)、油墨(例如，黑色油墨或其他適當之非透明的油墨)、模制化合物(molding compound)(例如，黑色模制化合物或其他適當之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適當之非透明的防焊材料)、環氧樹脂、其他適當之材料或前述材料之組合。在一些實施例中，第二材料112可為光固化材料、熱固化材料或前述材料之組合。然而，本發明實施例並非以此為限。在其他實施例中，第一材料102也可與第二材料112相同，即第一材料102可為光阻、油墨、模制化合物、防焊材料、環氧樹脂、其他適當之材料或前述材料之組合。

接著，如第1G圖所示，可對第二材料112進行固化製程。舉例而言，上述固化製程可為光固化製程、熱固化製程或上述組合。接著，進行平坦化製程移除部分第二材料112，以暴露出透明柱體110的頂表面並形成第二遮光層114。在一些實施例中，上述平坦化製程亦移除透明柱體110之一部分(例如，透明柱體110之頂部的一部分)。舉例而言，前述平坦化製程可為化學機械研磨製程、研磨製程、回蝕刻製程、其他適當之製程或上述之組合。

在一些實施例中，在前述平坦化製程之後，第二遮光層114的頂表面與透明柱體110的頂表面相互對齊。亦即，在上述平坦化製程之後，第二遮光層114的頂表面與透明柱體110的頂表面共平面。

在一些實施例中，如第1G圖與第1G’圖所示，第二遮光層114圍繞透明柱體110。亦即，在第1G圖與第1G’圖所示之實施例中，透明柱體110設置於第二遮光層114中。在一些實施例中，如第1G’圖所示，透明柱體110具有圓形的頂表面。但本發明實施例並非以此為限。在其他實施例中，透明柱體110的頂表面可為橢圓形、長圓形(oblong)、矩形、六角形、不規則形、其他適當之形狀或前述形狀之組合。

此外，由於透明柱體110對應於畫素P設置，因此，複數個透明柱體110亦分別對應於第一遮光層104的複數個孔洞O1。在一些實施例中，透明柱體110的寬度W2大於所對應之孔洞O1的寬度W1。舉例來說，透明柱體110的寬度W2可介於6~20 μm，而孔洞O1的寬度W1可介於1~10 μm。在此，透明柱體110的寬度W2定義為透明柱體110的截面的最大寬度，且孔洞O1的寬度W1定義為孔洞的截面的最大寬度。舉例來說，在本實施例中，透明柱體110的截面為圓形，因此透明柱體110的寬度W2為此圓形的直徑；孔洞O1的截面為圓形，因此孔洞O1的寬度W1為此圓形的直徑。

在一些實施例中，遮光層的厚度彼此不同。舉例來說，在第1G圖所示之實施例中，第一遮光層104的厚度T1小於第二遮光層114的厚度T2。舉例來說，第一遮光層104的厚度T1可介於4~20 μm，而第二遮光層114的厚度T2可介於10~90 μm。但本發明實施例並非以此為限。

如第1G圖所示，在一些實施例中，透明柱體110與第一遮光層104、第二遮光層114及透明材料層108共同形成半導體裝置100的光準直層116。在此，透明柱體110所佔據之空間可視為第二遮光層114的複數個孔洞O2，此些孔洞O2對應於複數個畫素P，且第一遮光層104之孔洞O1的截面積小於第二遮光層114之孔洞O2的截面積。

可依據光的路徑調整第一遮光層104之孔洞O1與第二遮光層114之孔洞O2的大小，避免半導體裝置100內的光彼此發生串擾(crosstalk)，並配合設置透明材料層108，因此，光準直層116的透明柱體110可具有較小的高寬比(例如，透明柱體110的高度H1與寬度W2的比值(亦即，H1/W2)為0.5至15)，藉此可避免或減少透明柱體110倒塌，同時使光準直層116保有良好的準直效能。

第2圖繪示將本發明實施例之半導體裝置100應用於生物辨識裝置10的示意圖。在此，生物辨識裝置10例如為指紋辨識裝置。

如第2圖所示，在一些實施例中，生物辨識裝置10包含半導體裝置100、彩色濾光層118以及光源層120。半導體裝置100可以前述第1A~1G圖的步驟形成。接著，可將彩色濾光層118設置於半導體裝置100之上。彩色濾光層118可由聚合物材料或其他適當的材料所形成，其用於限制使特定波長的光通過彩色濾光層118，其他波長的光則被隔絕。

接著，可將光源層120設置於彩色濾光層118之上。在一些實施例中，光源層120可包含光源(例如，發光二極體)122，光源122可例如以陣列形式排列。此外，光源層120可進一步包含阻擋層、其他適當之光學元件或前述之組合(未標示)。光源層120的頂部可例如設置蓋板(例如，玻璃蓋板)124，以形成如指紋辨識裝置之生物辨識裝置。應理解的是，光源層120中可能包含其他未繪示於第2圖中的元件，本發明實施例並非以此為限。

舉例來說，由光源122發出的光線會受到外部的生物特徵(例如，指紋FP)所阻擋而產生不同的反射光L通過彩色濾光層118。彩色濾光層118可限制對應於畫素P(例如，包括或對應至少一光電二極體及/或其他適當之元件)的特定波長的光L1通過，其他波長的光則被隔絕。通過彩色濾光層118後的光進入第二遮光層114中的透明柱體110。由於第二遮光層114可為黑色(例如，由黑光阻、黑色油墨、黑色模制化合物或黑色防焊材料所形成)，且第二遮光層114之孔洞O2的大小(或透明柱體110的寬度W2)是依據光的路徑所調整，因此可防止光L1彼此發生串擾，增進光準直層116之準直效能。接著，通過透明柱體110的光L1進入透明材料層108，之後再通過第一遮光層104之孔洞O1進入畫素P。類似地，由於第一遮光層104之孔洞O1的大小是依據光的路徑所調整，因此可防止光L1彼此發生串擾，增進光準直層116之準直效能。

在一些實施例中，使用金屬(例如，銅、銀)作為製成第一遮光層104的第一材料102可有效簡化製程。此外，經由前述光L(或光L1)的路徑可知，由於複數個遮光層(例如，第一遮光層104與第二遮光層114)之孔洞(例如孔洞O1與O2)的大小是依據光的路徑調整，能有效對光進行限位，避免光彼此發生串擾，同時配合設置透明材料層108，可使光準直層116的透明柱體110可具有較小的高寬比，藉此可避免或減少透明柱體110倒塌，同時使光準直層116保有良好的準直效能(即畫素P所感測的解析度(resolution)更進步)。

第3A、3B、3C、3D、3E以及3F圖為一系列之剖面圖，其繪示出本發明另一實施例之半導體裝置100’之形成方法。半導體裝置100’與半導體裝置100的一些差異在於半導體裝置100’的第一遮光層204的設置位置以及第二遮光層214-1的結構。後文將詳細描述。

首先，根據一些實施例，如第3A圖所示，提供基板101，基板101可具有頂表面101T以及相對於頂表面101T的底表面101B。基板101可包括複數個畫素P。在一些實施例中，基板101之複數個畫素P可排列成一陣列，但本發明實施例並非以此為限。在一些實施例中，基板101之一個畫素P包括或對應至少一光電二極體及/或其他適當之元件，其可將所接收到的光訊號轉換成電流訊號。

接著，根據一些實施例，將透明材料106設置於基板101之頂表面101T之上，使透明材料106可完全覆蓋或部分地覆蓋畫素P。舉例而言，透明材料106可為透明光阻、聚亞醯胺、環氧樹脂、其他適當之材料或前述材料之組合。於後續的製程中，可使用透明材料106來形成透明材料層與透明柱體(例如，後文所述之透明材料層108與透明柱體210)，於後文將對此進行詳細說明。

在一些實施例中，透明材料106可包括光固化材料、熱固化材料或上述之組合。舉例而言，可使用旋轉塗佈製程(spin-on coating process)將透明材料106塗佈於基板101之頂表面101T之上，但本發明實施例並非以此為限。

接著，根據一些實施例，如第3B圖所示，將遮光材料202設置於透明材料106上。在本實施例中，遮光材料202可為光阻(例如，黑光阻或其他適當之非透明的光阻)、油墨(例如，黑色油墨或其他適當之非透明的油墨)、模制化合物(molding compound)(例如，黑色模制化合物或其他適當之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適當之非透明的防焊材料)、環氧樹脂、其他適當之材料或前述材料之組合。在一些實施例中，遮光材料202可為光固化材料、熱固化材料或前述材料之組合。但本發明實施例並非以此為限。在其他實施例中，遮光材料202也可為金屬，例如：銅、銀等。

接著，如第3B圖所示，可進行圖案化製程以將遮光材料202圖案化，形成第一遮光層204。詳細而言，前述圖案化製程移除部分之遮光材料202，以形成具有對應於畫素P的複數個孔洞O1的第一遮光層204。在一些實施例中，前述圖案化製程包括軟烘烤(soft baking)、光罩對準(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光後烘烤(post-exposure baking)、顯影(developing)、潤洗(rinsing)、乾燥、其他適當的步驟或前述步驟之組合。

接著，根據一些實施例，如第3C圖所示，將透明材料106設置於第一遮光層204之上，使透明材料106可完全覆蓋或部分地覆蓋第一遮光層204並填充第一遮光層204的複數個孔洞O1。

接著，根據一些實施例，如第3D圖所示，再次將遮光材料202設置於透明材料106上，並進行圖案化製程以將遮光材料202圖案化，形成第二遮光層214-1。詳細而言，前述圖案化製程移除部分之遮光材料202，以形成具有對應於畫素P的複數個孔洞O2的第二遮光層214-1。類似地，前述圖案化製程包括軟烘烤、光罩對準、曝光、曝光後烘烤、顯影、潤洗、乾燥、其他適當的步驟或前述步驟之組合。

接著，根據一些實施例，如第3E圖所示，將透明材料106設置於第二遮光層214-1之上，使透明材料106可完全覆蓋或部分地覆蓋第二遮光層214-1並填充第二遮光層214-1的複數個孔洞O2。

接著，根據一些實施例，如第3F圖所示，再次將遮光材料202設置於透明材料106上，並進行圖案化製程以將遮光材料202圖案化，形成第三遮光層214-2。詳細而言，前述圖案化製程移除部分之遮光材料202，以形成具有對應於畫素P的複數個孔洞O3的第三遮光層214-2。類似地，前述圖案化製程包括軟烘烤、光罩對準、曝光、曝光後烘烤、顯影、潤洗、乾燥、其他適當的步驟或前述步驟之組合。

在一些實施例中，可選擇地以透明材料106填充第三遮光層214-2的複數個孔洞O3，以使第三遮光層214-2的頂表面平坦化。但本發明實施例並非以此為限。

在一些實施例中，由透明材料106所形成的透明材料層208可包含墊高部208-1與分隔部208-2。如第3F圖所示，墊高部208-1設置於基板101與第一遮光層204之間，而分隔部208-2設置於第一遮光層204與第二遮光層214-1之間以及第二遮光層214-1與第三遮光層214-2之間。

如第3F圖所示，在本實施例中，填充於第一遮光層204的複數個孔洞O1的透明材料、填充於第二遮光層214-1的複數個孔洞O2的透明材料以及可選擇地填充於第三遮光層214-2的複數個孔洞O3的透明材料皆可視為半導體裝置100’的透明柱體210。亦即，本實施例之透明柱體210可設置於第一遮光層204中、第二遮光層214-1中及第三遮光層214-2中。類似地，透明柱體210可具有圓形的頂表面。但本發明實施例並非以此為限。在其他實施例中，透明柱體210的頂表面可為橢圓形、長圓形、矩形、六角形、不規則形、其他適當之形狀或前述形狀之組合。

如第3F圖所示，在一些實施例中，透明柱體210與第一遮光層204、第二遮光層214、第三遮光層及透明材料層208共同形成半導體裝置100’的光準直層216。

在一些實施例中，第二遮光層214-1的孔洞O2的截面積與第三遮光層214-2的孔洞的截面積彼此不相同。舉例來說，在第3F圖所示的實施例中，第二遮光層214-1的孔洞O2的截面積小於第三遮光層214-2的孔洞的截面積；第一遮光層204的孔洞O1的截面積大於第二遮光層214-1的孔洞O2的截面積，但小於第三遮光層214-2的孔洞O3的截面積。但本發明實施例並非受限於此。在其他實施例中，第一遮光層204的孔洞O1的截面積可等於第三遮光層214-2的孔洞O3的截面積。

可依據光的路徑調整第一遮光層204之孔洞O1、第二遮光層214-1之孔洞O2及第三遮光層214-2之孔洞O3的大小，避免半導體裝置100’內的光彼此發生串擾，並配合設置透明材料層208，因此，光準直層216的每個透明柱體210可具有較小的高寬比，藉此可避免或減少透明柱體210倒塌，同時使光準直層216保有良好的準直效能。

在一些實施例中，第二遮光層214-1的厚度T2’可與第三遮光層214-1的厚度T3’不同。但本發明實施例並非以此為限。在其他實施例中，第一遮光層204的厚度T1’、第二遮光層214-1的厚度T2’與第三遮光層214-2的厚度T3’皆相同，可依實際需求改變第一遮光層204、第二遮光層214-1與第三遮光層214-2的厚度。此外，第一遮光層204、第二遮光層214-1與第三遮光層214-2彼此之間的距離也可不相同，可依據光的路徑進行調整。

應注意的是，在一些實施例中，半導體裝置100’也可不包含第三遮光層214-2。此外，在一些實施例中，可重複第3C~3D圖(或第3E~3F圖)的流程步驟以形成更多的遮光層。本發明實施例並未限定遮光層的數量，可依實際需求而改變。

第4圖繪示將本發明實施例之半導體裝置100’應用於生物辨識裝置10’的示意圖。在此，生物辨識裝置10’例如為指紋辨識裝置。

如第4圖所示，在一些實施例中，生物辨識裝置10’包含半導體裝置100’、彩色濾光層118以及光源層120。半導體裝置100’可以前述第3A~3F圖的步驟形成。接著，可將彩色濾光層118設置於半導體裝置100’之上。彩色濾光層118可由聚合物材料或其他適當的材料所形成，其用於限制使特定波長的光通過彩色濾光層118，其他波長的光則被隔絕。

接著，可將光源層120設置於彩色濾光層118之上。在一些實施例中，光源層120可包含光源(例如，發光二極體)122，光源122可例如以陣列形式排列。此外，光源層120可進一步包含阻擋層、其他適當之光學元件或前述之組合(未標示)。光源層120的頂部可例如設置蓋板(例如，玻璃蓋板)124，以形成如指紋辨識裝置之生物辨識裝置。應理解的是，光源層120中可能包含其他未繪示於第4圖中的元件，本發明實施例並非以此為限。

舉例來說，由光源122發出的光線會受到外部的生物特徵(例如，指紋FP)所阻擋而產生不同的反射光L通過彩色濾光層118。彩色濾光層118可限制對應於畫素P(例如，包括或對應至少一光電二極體及/或其他適當之元件)的特定波長的光L1通過，其他波長的光則被隔絕。通過彩色濾光層118後的光依序進入第三遮光層214-2、第二遮光層214-1與第一遮光層204中的透明柱體210。由於第一遮光層204、第二遮光層214-1與第三遮光層214-2可為黑色(例如，由黑光阻、黑色油墨、黑色模制化合物或黑色防焊材料所形成)，且第一遮光層204的孔洞O1、第二遮光層214-1的孔洞O2及第三遮光層214-2之孔洞O3的大小(或透明柱體210的寬度)是依據光的路徑所調整，因此可防止光L1彼此發生串擾，增進光準直層216之準直效能。

此外，經由前述光L(或光L1)的路徑可知，由於複數個遮光層(例如，第一遮光層204、第二遮光層214-1與第三遮光層214-2)之孔洞(例如孔洞O1、O2與O3)的大小是依據光的路徑調整，能有效對光進行限位，避免光彼此發生串擾，同時配合設置透明材料層208，可使光準直層216的透明柱體210可具有較小的高寬比，藉此可避免或減少透明柱體210倒塌，同時使光準直層216保有良好的準直效能(即畫素P所感測的解析度更進步)。

第5圖繪示將本發明實施例之半導體裝置100’’應用於生物辨識裝置10’’的示意圖。在此，生物辨識裝置10’’例如為指紋辨識裝置。

如第5圖所示，在一些實施例中，生物辨識裝置10’’包含半導體裝置100’’、彩色濾光層118以及光源層220。第5圖所示之半導體裝置100’’與第4圖(或第3F圖)所示之半導體裝置100’的一些差異是在於透明材料層308之墊高部308-1的厚度以及第一遮光層304之孔洞O1、第二遮光層314-1及第三遮光層314-2之孔洞O3的大小。其他相同或類似之處，在此不多加贅述。

第5圖所示之透明材料層308之墊高部308-1的厚度T5大於第4圖(或第3F圖)所示之透明材料層208之墊高部208-1的厚度T4，因此，第5圖所示之依據光的路徑調整的第一遮光層304之孔洞O1、第二遮光層314-1之孔洞O2及第三遮光層314-2之孔洞O3的大小也與第4圖(或第3F圖)所示之第一遮光層204之孔洞O1、第二遮光層214-1之孔洞O2及第三遮光層214-2之孔洞O3的大小不同。

舉例來說，如第5圖所示，第三遮光層314-2之孔洞O3的截面積大於第二遮光層314-1之孔洞O2的截面積，且第二遮光層314-1之孔洞O2的截面積大於第一遮光層304之孔洞O1的截面積。此外，透明材料層308之分隔部308-2也可與如第4圖(或第3F圖)所示之透明材料層208之分隔部208-2不同。在一些實施例中，光源層220也可基於透明材料層308之墊高部308-1的厚度增加，而對應縮減光源層220的厚度。

綜合上述，本發明實施例之半導體裝置之光準直層包括複數個具有不同截面積之孔洞的遮光層。由於在光準直層中設置了此些遮光層，並可配合設置透明材料層，因此光準直層之透明柱體可具有較小的高寬比，藉此可避免或減少透明柱體發生倒塌的情況，同時使光準直層保有良好的準直效能。

前述內文概述了許多實施例的特徵部件，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本發明實施例。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本發明實施例為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本發明實施例的發明精神與範圍。在不背離本發明實施例的發明精神與範圍之前提下，可對本發明實施例進行各種改變、置換或修改，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。另外，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，且並非所有優點都已於此詳加說明。

本揭露之每一請求項可為個別的實施例，且本揭露之範圍包括本揭露之每一請求項及每一實施例彼此之結合。

10、10’、10’’:生物辨識裝置100、100’、100’’:半導體裝置101:基板101T:基板頂表面101B:基板底表面102:第一材料104、204、304:第一遮光層106:透明材料108:透明材料層110:透明柱體112:第二材料114、214-1、314-1:第二遮光層116、216:光準直層118:彩色濾光層120、220:光源層122:光源124:蓋板202:遮光材料214-2、314-2:第三遮光層208、308:透明材料層208-1、308-1:墊高部208-2、308-2:分隔部FP:指紋H1:高度L、L1:光P:畫素O1、O2、O3:孔洞T1、T2、T1’、T2’、T3’、T4、T5:厚度W1、W2:寬度

以下將配合所附圖式詳述本發明實施例。應注意的是，各種特徵部件並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，元件的尺寸可能經放大或縮小，以清楚地表現出本發明實施例的技術特徵。 第1A、1B、1C、1D、1E、1F以及1G圖為一系列之剖面圖，其繪示出本發明一實施例之半導體裝置之形成方法。 第1G’圖根據本發明一些實施例繪示出第1G圖之步驟的上視圖。 第2圖繪示將本發明實施例之半導體裝置應用於生物辨識裝置的示意圖。 第3A、3B、3C、3D、3E以及3F圖為一系列之剖面圖，其繪示出本發明另一實施例之半導體裝置之形成方法。 第4圖繪示將本發明實施例之半導體裝置應用於生物辨識裝置的示意圖。 第5圖繪示將本發明實施例之半導體裝置應用於生物辨識裝置的示意圖。

100:半導體裝置

101:基板

104:第一遮光層

108:透明材料層

110:透明柱體

114:第二遮光層

116:光準直層

H1:高度

P:畫素

O1、O2:孔洞

T1、T2:厚度

W1、W2:寬度

Claims (20)

1. 一種半導體裝置，包括： 一基板，具有複數個畫素；以及 一光準直層，設置於該基板之上，該光準直層包括： 一透明材料層，覆蓋該等畫素； 一第一遮光層，設置於該基板之上，該第一遮光層具有對應於該等畫素的複數個孔洞； 一第二遮光層，設置於該第一遮光層之上；及 複數個透明柱體，設置於該第二遮光層中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該透明材料層設置於該第一遮光層與該第二遮光層之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之半導體裝置，其中該第一遮光層由一第一材料形成，該第二遮光層由一第二材料形成，且該第一材料不同於該第二材料。
4. 如申請專利範圍第3項所述之半導體裝置，其中該第一材料為金屬。
5. 如申請專利範圍第3項所述之半導體裝置，其中該第二材料為光阻、油墨、模制化合物、防焊材料、環氧樹脂或前述材料之組合。
6. 如申請專利範圍第2項所述之半導體裝置，其中該第一遮光層直接接觸該基板的頂表面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置，其中該等透明柱體的其中之一的寬度大於該等孔洞的其中之一的寬度。
8. 如申請專利範圍第2項所述之半導體裝置，其中該第一遮光層的厚度小於該第二遮光層的厚度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該透明材料層包括一墊高部及至少一分隔部，該墊高部設置於該基板與該第一遮光層之間，而該至少一分隔部設置於該第一遮光層與該第二遮光層之間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之半導體裝置，其中該第一遮光層與該第二遮光層由相同的材料形成。
11. 如申請專利範圍第10項所述之半導體裝置，其中該第一遮光層與該第二遮光層的材料為光阻、油墨、模制化合物、防焊材料、環氧樹脂或前述材料之組合。
12. 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其中該光準直層更包括一第三遮光層，該第三遮光層設置於第二遮光層之上，且該透明材料層包括複數該分隔部，該等分隔部設置於該第一遮光層與該第二遮光層之間以及該第二遮光層與該第三遮光層之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之半導體裝置，其中該第二遮光層與該第三遮光層分別具有複數個孔洞，且該第二遮光層的每個孔洞的截面積與該第三遮光層的每個孔洞的截面積彼此不相同。
14. 如申請專利範圍第12項所述之半導體裝置，其中該第二遮光層的厚度與該第三遮光層的厚度不同。
15. 一種半導體裝置，包括： 一基板，具有複數個畫素；以及 一光準直層，設置於該基板之上，該光準直層包括： 複數個遮光層，設置於該基板之上，每該遮光層具有對應於該等畫素的複數個孔洞；及 一透明材料層，設置於該等遮光層之間並填充該等孔洞。
16. 如申請專利範圍第15項所述之半導體裝置，其中該等遮光層中最靠近該基板的遮光層直接接觸該基板。
17. 如申請專利範圍第16項所述之半導體裝置，其中最靠近該基板的遮光層的材料為金屬，其他遮光層的材料為光阻、油墨、模制化合物、防焊材料、環氧樹脂或前述材料之組合。
18. 如申請專利範圍第16項所述之半導體裝置，其中最靠近該基板的遮光層的孔洞的截面積小於其他遮光層的孔洞的截面積。
19. 如申請專利範圍第15項所述之半導體裝置，其中該等遮光層的厚度彼此不同。
20. 如申請專利範圍第15項所述之半導體裝置，其中不同遮光層的孔洞的截面積彼此不相同。

Images