TW202131057A - 光學感測裝置及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本案提供一種光學感測裝置及其形成方法，包含：形成可固化透明材料於基板上，其中基板具有複數個光感測單元於其中；提供透明模板，其中透明模板具有複數個凹口；以透明模板壓印可固化透明材料，以形成複數個凸出部對應於凹口；以及固化可固化透明材料，以形成具有微透鏡陣列的透明層，其中固化可固化透明材料的步驟包含將透明模板貼合至可固化透明材料上，以作為光學感測裝置之蓋板。

Description

光學感測裝置及其形成方法

本發明實施例係有關於一種光學感測裝置，且有關於一種包括微透鏡(microlens)的光學感測裝置及其形成方法。

光學感測裝置可被使用於各種應用中。舉例而言，光學感測裝置可被用來作為指紋辨識裝置(或指紋辨識裝置之至少一部份)。指紋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) 、分束器、聚焦鏡以及線性感測器等。

光準直器的功能在於準直(collimate)光線，以減少因光發散所導致之能量損失。舉例而言，光準直器可被應用於指紋辨識裝置中，以增加指紋辨識裝置的效能。然而，在製作光準直器過程中，光準直器的內部結構，例如微透鏡等等，影響了光準直器之內部元件之介面數目及厚度，因此不僅影響其準直效果，並進一步影響光學指紋感應器的良率。

雖然現有的光學感測裝置大致符合需求，但並非各方面皆令人滿意，特別是光學感測裝置中的介面數目及厚度仍需進一步改善。

本發明的一些實施例提供一種光學感測裝置，包含：基板、光準直結構以及透明蓋板。基板具有光感測單元於其中。光準直結構於基板上，其中光準直結構包含透明層以及複數個遮光層。透明層具有排列成陣列之複數個微透鏡。複數個遮光層於透明層上且於微透鏡之間。透明蓋板於光準直結構上，其中透明蓋板由單一透明材料形成且與微透鏡直接接觸。

本發明的一些實施例另提供一種光學感測裝置的形成方法，包含：形成可固化透明材料於基板上；提供透明模板，其中透明模板具有複數個凹口；以透明模板壓印可固化透明材料，以形成複數個凸口對應於該些凹口；以及固化可固化透明材料，以形成具有微透鏡陣列的透明層，其中固化可固化透明材料的步驟包括將透明模板貼合至可固化透明材料上，以作為光學感測裝置之蓋板。基板具有複數個光感測單元於其中。

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)元件或特徵部件與另一個(些)元件或特徵部件之間的關係，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。

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。

本發明實施例之光學感測裝置之透明蓋板直接與光學微透鏡接觸。由於透明蓋板與光學微透鏡之間不需使用光學膠(optical cement)作為黏著層，使光準直的路徑至少減少了兩個介面，進而增進準直效能。此外，由於不具有以往包含光學膠的黏著層，減少了光學感測裝置整體的厚度，並減少了製程成本。

第1圖繪示出本發明一些實施例之光學感測裝置的剖面圖。首先，根據一些實施例，如第1圖所示，光學感測裝置10包含基板100、光準直結構130、透明蓋板200。

在一些實施例中，基板100可為半導體基板，例如：矽基板。此外，在一些實施例中，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100也可以是絕緣層上覆半導體(semiconductor on insulator)基板。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100可為N型或P型導電類型。

在一些實施例中，基板100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100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100之上，選擇性蝕刻絕緣層及基板100以於基板100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，並對基板100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100的頂表面等高。

在一些實施例中，基板100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，並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。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，如第1圖所示，基板100可包含複數個光感測單元P於其中。在一些實施例中，光感測單元P包含畫素，其可與訊號處理電路(signal processing circuitry)(未繪示)連接。在一些實施例中，光感測單元P的數量取決於光學感測區域的面積大小。每個感測單元P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，光感測單元P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。

應注意的是，在第1圖所繪示的光感測單元P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。亦即，光感測單元P可為任意行列數目之陣列或其他的排列方式。

接著，根據一些實施例，如第1圖所示，光準直結構130於基板100上，且包含透明層134以及在透明層134上的複數個遮光層210。

在一些實施例中，透明層134於基板100上。在一些實施例中，透明層134包含可固化透明材料(亦稱為軟質透明材料(soft transparent material))。可固化透明材料包含光固化材料(UV-curable material)、熱固化材料(thermosetting material)、或上述之組合，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)、透明光阻等材料或其組合。在一些實施例中，透明層134之材料在200-1100奈米(nm)波長下的光穿透率大於70%，較佳大於90%，從而允許入射光線穿過透明層134而抵達光感測單元P。

在一些實施例中，透明層134具有排列成陣列之複數個微透鏡134a。在一些實施例中，微透鏡134a可為半凸透鏡或凸透鏡。在一些實施例中，微透鏡134a具有彎曲的頂表面。在此些實施例中，微透鏡具有匯聚入射光的功能，使更多的光聚焦在更小的感測單元上。

在一些實施例中，遮光層210於透明層134上且於微透鏡134a之間。在一些實施例中，遮光層210包含遮光材料。

在一些實施例中，遮光材料包含光固化材料、熱固化材料或上述之組合，例如樹脂。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)、其他適當之材料、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。在一些實施例中，遮光材料在200-1200奈米(nm)波長下的光穿透率小於1%。或者，遮光材料在200-1200奈米(nm)波長下的光吸收率大於99%

在一些實施例中，遮光層210可阻擋或吸收不想要的入射光，而可防止光感測單元P因接收到不想要的入射光而造成影像模糊的問題。

接著，根據一些實施例，如第1圖所示，透明蓋板200於光準直結構上。具體而言，透明蓋板200於遮光層210上且由單一透明材料形成且與微透鏡134a直接接觸。

在一些實施例中，透明蓋板200包含軟質透明材料，其類似於透明層134，在此不再贅述。在此實施例中，透明蓋板200可作為中間黏著層，進一步於其上設置光源(例如:發光二極體)、阻擋層、其他適當之光學元件或上述之組合，並於此些光學元件上設置另一蓋板(例如:玻璃蓋板)，以形成如指紋辨識裝置之光學感測裝置。

在其他實施例中，透明蓋板200包含硬質透明材料(hard transparent material)，例如：玻璃(例如:鋁矽酸鹽玻璃(calcium aluminosilicate glass)、鈉鈣玻璃(soda lime glass))、石英(quartz)、藍寶石(sapphire)、透明聚合物、或其他適合的材料。在此實施例中，透明蓋板200於光學感測裝置10中最外側，且直接與外界接觸。也就是說，在此實施例中，沒有比透明蓋板200更外側的元件。在此情況下，透明蓋板200能夠直接對其下的光準直結構130或基板100等等之元件物理保護以避免摩擦、刮傷，並減少水氣滲透對元件的損害。

於一對照實施例中，使用包含光學膠之黏著層黏著透明蓋板與光準直結構(或微透鏡)。相較之下，本發明實施例直接將光準直結構與透明蓋板黏合，使光學感測裝置整體之厚度減少約5-20微米(μm)。此外，相較於以往沒有微透鏡的光學感測裝置，其厚度大約60-300μm，本發明實施例藉由微透鏡134a，可使光學感測裝置整體之厚度減少約至50μm以下。

換句話說，本發明實施例中的光學感測裝置之厚度為約20至50μm，或者，透明蓋板之厚度佔光學感測裝置之厚度的比例為20%至40%。因此，藉由本發明實施例，可大幅縮小光學感測裝置之厚度，並減少光入射之介面數目，而確保光感測單元能有效感測到入射光並增進準直效能。

在一些實施例中，透明蓋板200之材料不同於透明層134之材料，得以於兩者之交界處形成微透鏡，其可折射入射光，以提升準直效能。在一些實施例中，透明層134之材料的折射率大於透明蓋板200之材料的折射率。舉例來說，透明層134之材料的折射率可為約1.2至1.8而透明蓋板200之材料的折射率為約1.0至1.5。在此實施例中，由於透明層134之材料的折射率較大，使得入射光到透明層134中的入射角度變小，可增加入射光入射到光感測單元P中。

此外，根據一些實施例，如第1圖所示，基板100更包含保護層110於光感測單元P上。在一些實施例中，保護層110包含氮化矽(silicon nitride)。在一些實施例中，保護層110可保護光感測單元P於後續形成其他光學元件時免於受到製程影響。

此外，根據一些實施例，如第1圖所示，光準直結構更包含濾光層120於基板100上。在一些實施例中，濾光層120的材料可為光阻材料，並且可藉由各種不同的光阻材料，進而阻擋各種不同波段的光線射入。在此實施例中，濾光層120可過濾光源，使得僅有特定波長的光可通過，進而防止在感測圖像時來自其他波長光線的干擾，使得所得的影像更加清晰。舉例來說，若入射光為可見光，則濾光層120可為半透明層以允許足夠的光通過濾光層120並到達像素上。在一些實施例中，濾光層包含紅外濾光片 (Infrared cut，IR cut)，其可以防止紅外線入射到光感測單元P上，以減少紅外線的干擾。

此外，根據一些實施例，如第1圖所示，光準直結構130更包含遮光層132於光感測單元P之間，遮光層132與光感測單元P交錯排列，且設置於透明層134下方，遮光層132對應於遮光層210且於一垂直投影於基板100方向上至少部分重疊。遮光層132包含遮光材料，其類似於遮光層210所包含之遮光材料，在此不再贅述。在一些實施例中，遮光層132可進一步避免光感測單元P接受到不需要的光線，並可防止入射光學感測裝置10之光線產生串音(crosstalk)，進而提升光學感測裝置的效能。

接下來，藉由第2-5圖與第6-8圖描述上述光學感測裝置10之形成方法。第2-5圖繪示出本發明一些實施例之光學感測裝置10的下半部A的形成方法之剖面圖。第6-8圖繪示出本發明一些實施例之光學感測裝置10的上半部B的形成方法之剖面圖。

首先，根據一些實施例，如第2圖所示，在光學感測裝置10的下半部A中，提供基板100。具體而言，基板100具有複數個光感測單元P於其中。保護層110可形成於基板上。保護層110的形成可包含沉積製程，其包含例如旋轉塗佈製程、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、其他合適的方法或前述之組合。

接著，根據一些實施例，如第3圖所示，在光學感測裝置10的下半部A中，形成濾光層120於保護層110上。濾光層的形成可包含沉積製程，其類似於保護層110的形成，在此不再贅述。在一些實施例中，濾光層的形成也可包含印刷(printing)，例如噴墨印刷(inkjet printing)。

接著，根據一些實施例，如第4圖所示，在光學感測裝置10的下半部A中，形成遮光層132於光感測單元P之間的基板100上。

在遮光層132為非透明的光阻材料的實施例中，遮光層132的形成包含圖案化製程。在此實施例中，圖案化製程包含微影製程，其包含光阻塗佈(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、或上述之組合等等，直接形成在光感測單元P之外而不需要額外的蝕刻製程。

在其他實施例中，遮光層132的形成包含沉積製程與圖案化製程。沉積製程類似於先前所述，在此不再贅述。圖案化製程包含微影製程與蝕刻製程。微影製程包含光阻塗佈(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、或上述之組合等等，而蝕刻製程包含濕式蝕刻製程、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、或上述之組合等等。此外，圖案化製程更包含去除製程，其包含剝離(strip)製程、灰化(ash)製程、上述之組合等等以去除光阻。也就是說，可先藉由沉積製程沉積遮光材料於基板100上，再藉由圖案化製程圖案化遮光材料，以形成遮光層132。

接著，根據一些實施例，如第5圖所示，在光學感測裝置10的下半部A中，形成可固化透明材料(軟質透明材料)133於基板100上。可固化透明材料133的形成可包含沉積製程，其類似於保護層110的形成，在此不再贅述。

另一方面，根據一些實施例，如第6圖所示，在光學感測裝置10的上半部B中，提供做為透明模板的透明材料200A。透明材料200A包含軟質透明材料或硬質透明材料，其細節如前所述，在此不再贅述。

接著，根據一些實施例，如第7圖所示，在光學感測裝置10的上半部B中，圖案化透明材料200A，以形成具有複數個凹口(concaves)201的透明模板200。

在透明材料200A為硬質透明材料的情況下，圖案化透明材料200A的步驟包含圖案化製程，其包含微影與蝕刻製程，類似於先前所述，在此不再贅述。在一些實施例中，微影製程包含使用灰階光罩(gray-scale mask)，其隨著任一方向具有不同透光率，可使欲圖案化的材料隨著任一方向具有不同的深度。舉例來說，灰階光罩的中間可具有較兩側高的透光率，進而使得曝光後的材料具有凹口。相較於傳統的步進光罩(step mask)，本發明實施例中所使用的灰階光罩可藉由控制欲圖案化之材料之曝光程度，而產生深度不一致之圖案，例如凹口201，以於後續壓印出微透鏡。

在透明材料200A為軟質透明材料的情況下，圖案化透明材料200A的步驟包含圖案化製程，類似於先前所述，在此不再贅述。在此情況下，圖案化透明材料200A的步驟也可使用其他模板對透明材料200A進行壓印。具體而言，可使用具有複數個凸出部(convexes)的其他硬質模板，使透明材料200A形成複數個凹口201，再固化透明材料200A，以形成透明模板200。

接著，根據一些實施例，如第8圖所示，光學感測裝置10的上半部B中，形成複數個遮光層210於凹口201之間的透明模板200上。遮光層210的形成類似於遮光層132的形成，在此不再贅述。

接著，根據一些實施例，將如第8圖所示含有遮光層210的透明模板200倒置，使凹口201朝向可固化透明材料133並對組(assembly)至如第5圖所示的結構上，以形成如第1圖所示的光學感測裝置10。具體而言，以透明模板200壓印可固化透明材料133，以形成複數個凸出部對應複數個凹口，如第1圖所示。

接著，根據一些實施例，固化可固化透明材料133，以形成具有微透鏡陣列的透明層134。具體而言，固化可固化透明材料的步驟包含將透明模板200貼合至可固化透明材料133上，以作為光學感測裝置10之蓋板。

在一些實施例中，固化製程包含光固化製程、熱固化至製程或上述之組合。可根據可固化透明材料的特性，選擇適當的固化條件使之固化。

於一對照實施例中，微透鏡是用黏著方式形成於透明層上，為了防止微透鏡在黏著時對不準(misalign)的情形，遮光層會水平延伸至微透鏡之下。相較之下，本發明實施例藉由含有遮光層210的透明模板200形成具有微透鏡134a的透明層134(也就是說，不需額外黏合微透鏡於透明層上)，可使得遮光層210之兩側能夠大致上與微透鏡134a齊平，以減少遮光層210吸收或阻擋有效的入射光。

在本發明實施例中，由於具有微透鏡之透明層直接由可固化透明材料形成，因此透明層與微透鏡之間不需要額外的黏著層，進而可使光準直的路徑減少至少兩個介面並減少光學感測裝置整體的厚度，並增加準直效能。

第9圖繪示出本發明另一些實施例之光學感測裝置20的剖面圖。光學感測裝置20與光學感測裝置10的差異在於在形成可固化透明材料於基板100上的步驟之前更包括形成框膠(dam)於基板100的兩側上。在一實施例中，光準直結構130包含位於透明層134的兩側的框膠150。在一實施例中，框膠之材料可包含光固化材料、熱固化材料、或上述之組合，例如甲基丙烯酸樹脂、不飽和聚酯或環氧樹脂等等。在一實施例中，可先形成框膠材料，並依據其材料性質進行固化製程後，再形成可固化透明材料。在此實施例中，先形成的框膠150可進一步控制後續形成的透明層134於每個位置上的高度都相同，以防止光學感測裝置歪斜。

第10圖繪示出本發明另一些實施例之光學感測裝置30的剖面圖。光學感測裝置30與光學感測裝置10的差異在於基板100更包括複數個金屬層102於光感測單元P之間，以取代於光感測單元P之間的基板100上的遮光層132。金屬層102與光感測單元P交錯排列，且設置於透明層134下方，金屬層102對應於遮光層210且於一垂直投影於基板100方向上至少部分重疊。在一實施例中，光準直結構130不包含遮光層132。金屬層102之材料可包含Cu、W、Ag、Ag、Sn、Ni、Co、Cr、Ti、Pb、Au、Bi、Sb、Zn、Zr、Mg、In、Te、Ga、其他適合的金屬材料、上述之合金、或上述之組合。金屬層的形成可包含沉積與圖案化製程，類似於先前所述。金屬層的形成也可包含鑲嵌製程(damascene process)。在此實施例中，由於將金屬層形成於基板中，可再減少光入射所經過遮光層132的兩個介面，而增加準直效能。

第11圖繪示出本發明另一些實施例之光學感測裝置40的剖面圖。光學感測裝置40與光學感測裝置10的差異在於先形成遮光層132再形成濾光層120於遮光層132上。在此實施例中，後形成的濾光層120可進一步保護遮光層132免於受後續製程的影響。

第12圖繪示出本發明另一些實施例之光學感測裝置50的剖面圖。光學感測裝置50與光學感測裝置10的差異在於在形成可固化透明材料於基板100上的步驟之前，更包括形成另一光準直結構160於基板100上。具體而言，另一光準直結構160包含複數個遮光層162與透明層164。

在一實施例中，透明層164於基板100上。透明層164的材料可包含軟質或硬質透明材料且透明層164的形成類似於先前所述，在此不再贅述。

在一實施例中，複數個遮光層162於透明層164上且對應於遮光層210。在一些實施例中，遮光層162也可以對應於遮光層132。遮光層162的材料與形成類似於遮光層210，在此不再贅述。在此實施例中，對應於遮光層210的遮光層162可在不阻擋光學感測單元P感測入射光的情況下，進一步吸收或阻擋不想要的入射光。

在此實施例中，雖然只繪示一層遮光層162以及一層透明層164，然可依據實際需求任意變更。由於在此實施例中具有額外的遮光層162，可進一步防止感測圖像時失真的問題並防止入射之光線產生串音(crosstalk)的問題，而提升準直效能。

第13圖繪示出本發明另一些實施例之光學感測裝置60的剖面圖。光學感測裝置60與光學感測裝置10的差異在於在形成可固化透明材料於基板100上的步驟之前，更包括形成另一光準直結構170於基板100上。具體而言，另一光準直結構170包含透明柱(pillar)172與遮光層174。

在一實施例中，透明柱172於基板100中的光感測單元P上。透明柱172的材料可類似於透明層164，在此不再贅述。透明柱172的形成包含沉積製程與圖案化製程，其類似於先前所述，因此在此不再贅述。

在一實施例中，遮光層174圍繞透明柱172。遮光層162的材料可包含遮光材料，其類似於遮光層210，在此不再贅述。遮光層162的形成可包含固化製程或沉積製程，其類似於先前所述，在此不再贅述。遮光層162的形成更可包含平坦化製程，使得遮光層162的頂部與透光柱164的頂部共平面，以利於後續遮光層132以及透明層134的製程。平坦化製程包含化學機械研磨(Chemical mechanical polishing，CMP)製程、回蝕刻製程、其他適當之製程或上述之組合。

在此實施例中，先形成透明柱172於光感測單元P上，再形成遮光層174於透光柱172之間，可有效避免光感測單元P被製程中的碎屑或汙染物遮蔽，而大幅提升製程的良率。

本發明實施例藉由直接由可固化透明材料形成具有微透鏡的透明層，使得透明蓋板與微透鏡之間與微透鏡與透明層之間皆不具有黏著層，因此減少了黏著層的厚度及介面，增加了光學感測裝置的準直效能。再者，微透鏡可確保光感測單元能有效感測到入射光，亦增加了準直效能。也就是說，本發明實施例所提供之光學感測裝置及其形成方法，不僅能夠提升光學感測裝置的準直效能，亦可大幅提升製程良率以及降低製程成本。

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。

10,20,30,40,50,60:光學感測裝置 100:基板 102:金屬層 110:保護層 120:濾光層 130:光準直結構 132:遮光層 133:可固化透明材料 134:透明層 134a:微透鏡 150:框膠 160:光準直結構 162:透明層 164:遮光層 170:光準直結構 172:透明柱 174:遮光層 200A:透明材料 200:透明模板/透明蓋板 201:凹口 210:遮光層 A:下半部 B:上半部 P:光感測單元

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1圖繪示出本發明一些實施例之光學感測裝置的剖面圖。 第2-5圖繪示出本發明一些實施例之部分光學感測裝置的形成方法之剖面圖。 第6-8圖繪示出本發明一些實施例之部分光學感測裝置的形成方法之剖面圖。 第9-13圖繪示出本發明另一些實施例之光學感測裝置的剖面圖。

10:半導體裝置

100:基板

110:保護層

120:濾光層

130:光準直結構

132:遮光層

134:透明層

134a:微透鏡

200:透明模板/透明蓋板

210:遮光層

A:下半部

B:上半部

P:光感測單元

Claims (22)

1. 一種光學感測裝置，包括： 一基板，具有複數個光感測單元於其中； 一第一光準直結構，於該基板上，包括： 一第一透明層，具有排列成陣列之複數個微透鏡；以及 複數個第一遮光層，於該透明層上且於該些微透鏡之間；以及 一透明蓋板，於該第一光準直結構上，其中該透明蓋板由一單一透明材料形成且與該些微透鏡直接接觸。
2. 如請求項1之光學感測裝置，其中該第一光準直結構更包括複數個第二遮光層於該些光感測單元之間的該基板上，且該些第一遮光層分別對應於該些第二遮光層且於一垂直投影方向上至少部分重疊。
3. 如請求項1之光學感測裝置，其中該基板更包括複數個金屬層於該些光感測單元之間，且該些金屬層分別對應於該些第一遮光層且於一垂直投影方向上至少部分重疊。
4. 如請求項1之光學感測裝置，其中該第一透明層的材料為可固化透明材料。
5. 如請求項1之光學感測裝置，其中該第一透明層的材料不同於該透明蓋板的材料。
6. 如請求項1之光學感測裝置，其中該第一透明層的折射率大於該透明蓋板的折射率。
7. 如請求項1之光學感測裝置，其中該第一光準直結構更包括一框膠位於該透明層的兩側。
8. 如請求項2之光學感測裝置，更包括一第二光準直結構於該基板上。
9. 如請求項8之光學感測裝置，其中該第二光準直結構包括： 一第二透明層，於該基板上；以及 複數個第三遮光層，於該第二透明層上且對應於該些第一遮光層。
10. 如請求項8之光學感測裝置，其中該第二光準直結構包括： 複數個透明柱，於該基板中的該些光感測單元上；以及 一第四遮光層，圍繞該些透明柱。
11. 如請求項1之光學感測裝置，其中該基板更包括一保護層於該些光感測單元上。
12. 如請求項1所述之光學感測結構，其中該透明蓋板之厚度佔該光學感測裝置之厚度的比例為20%至40%。
13. 一種光學感測裝置的形成方法，包括： 形成一可固化透明材料於一基板上，其中該基板具有複數個光感測單元於其中； 提供一透明模板，其中該透明模板具有複數個凹口； 以該透明模板壓印該可固化透明材料，以形成複數個凸出部對應於該些凹口；以及 固化該可固化透明材料，以形成具有一微透鏡陣列的一透明層，其中固化該可固化透明材料的步驟包括將該透明模板貼合至該可固化透明材料上，以作為該光學感測裝置之蓋板。
14. 如請求項13之光學感測裝置的形成方法，其中提供該透明模板的步驟包括： 提供一透明材料； 圖案化該透明材料，以形成具有複數個凹口的該透明模板。
15. 如請求項14之光學感測裝置的形成方法，其中圖案化該透明材料的步驟包括使用其他模板對該透明材料進行壓印。
16. 如請求項14之光學感測裝置的形成方法，其中圖案化該透明材料的步驟包括對該透明材料進行一微影與一蝕刻製程。
17. 如請求項16之光學感測裝置的形成方法，其中該微影製程包括使用一灰階光罩。
18. 如請求項13之光學感測裝置的形成方法，在以該透明模板壓印該可固化透明材料的步驟之前，更包括形成複數個第一遮光層於該些凹口之間的該透明模板上。
19. 如請求項13之光學感測裝置的形成方法，在形成該可固化透明材料於該基板上的步驟之前，更包括形成複數個第二遮光層於該些光感測單元之間的該基板上。
20. 如請求項13之光學感測裝置的形成方法，其中該基板更包括複數個金屬層於該些光感測單元之間。
21. 如請求項13之光學感測裝置的形成方法，在形成該可固化透明材料於該基板上的步驟之前，更包括形成一框膠於該基板的兩側上。
22. 如請求項13之光學感測裝置的形成方法，在形成該可固化透明材料於該基板上的步驟之前，更包括形成一第二光準直結構於該基板上。

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