TWI684269B - 光學感應器及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本發明實施例提供一種光學感應器，包括：位於基板中之複數個畫素以及位於基板之上之光準直層。上述光準直層包括：第一遮光層、第一透光柱、第二遮光層、及第二透光柱。第一遮光層位於基板之上。第一透光柱穿過第一遮光層，對應設置於些畫素上。第二遮光層位於第一遮光層及第一透光柱上方；以及第二透光柱，穿過第二遮光層，對應設置於第一透光柱上；第一透光柱之頂面積不等於第二透光柱之底面積。

Description

光學感應器及其形成方法

本發明係有關於一種光學元件，特別是有關於一種光學感應器。

光學感應器中的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。其中，光準直器的功能在於準直光線，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光學感應器中，以增加指紋辨識裝置的效能。

光準直器包括透光柱及包圍透光柱的遮光層，以達到準直光線的效果。因設計需求，需要高高寬比(aspect ratio)之透光柱時，可能因製程能力限制而容易使透光柱倒塌變形，影響光準直器之準直效果，進一步影響光學感應器的良率。

雖然現有的光學感應器大致符合需求，但並非各方面皆令人滿意，特別是提高光學感應器的光準直器透光柱之高寬比仍需進一步改善。

根據一實施例，本發明提供一種光學感應器，包括：畫素，位於基板中；光準直(collimating)層，位於基板之上，包括：第一遮光層，位於基板上方；第一透光柱，穿過第 一遮光層，對應設置於畫素上；第二遮光層，位於第一遮光層及第一透光柱上方；以及第二透光柱，穿過第二遮光層，對應設置於第一透光柱上；其中第一透光柱之頂面積不等於第二透光柱之底面積。

根據另一實施例，本發明提供一種光學感應器的形成方法，包括：形成畫素於基板中；形成光準直層於基板之上，其中光準直層的形成包括：形成第一透光柱於基板之上，其中第一透光柱對應設置於畫素上；形成第一遮光層於第一透光柱之間；平坦化第一透光柱與第一遮光層的上表面；形成第二透光柱於第一透光柱與第一遮光層之上，其中第二透光柱對應設置於第一透光柱上；形成第二遮光層於第二透光柱之間；以及平坦化第二透光柱與第二遮光層的上表面；其中第一透光柱之頂面積不等於第二透光柱之底面積。

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、200、300、400、500、600、700‧‧‧光學感應器

102‧‧‧基板

104‧‧‧畫素

106、206、306、406、506‧‧‧透光柱

106a、206a、306a、406a、506a‧‧‧第一透光柱

106b、206b、306b、406b、506b‧‧‧第二透光柱

108、208、308、408、508‧‧‧遮光層

108a、208a、308a、408a、508a‧‧‧第一遮光層

108b、208b、308b、408b、508b‧‧‧第二遮光層

110‧‧‧光準直層

110a‧‧‧第一光準直層

110b‧‧‧第二光準直層

612‧‧‧底遮光層

706D‧‧‧虛置透光柱

706aD‧‧‧第一虛置透光柱

706bD‧‧‧第二虛置透光柱

θ1、θ2、θ3‧‧‧夾角

306aW、306bW、406aW、406bW‧‧‧口徑

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至5圖係根據一些實施例繪示出形成光學感應器不同階段的剖面示意圖。

第6圖係根據另一些實施例繪示出光學感應器的剖面圖。

第7圖係根據又一些實施例繪示出光學感應器的剖面圖。

第8圖係根據再一些實施例繪示出光學感應器的剖面圖。

第9圖係根據其他一些實施例繪示出光學感應器的剖面圖。

第10圖係根據其他一些實施例繪示出光學感應器的剖面圖。

第11圖係根據其他一些實施例繪示出光學感應器的剖面圖。

以下公開許多不同的實施方法或是例子來實行本發明實施例之不同特徵，以下描述具體的元件及其排列的實施例以闡述本發明實施例。當然這些實施例僅用以例示，且不該以此限定本發明實施例的範圍。例如，在說明書中提到第一特徵形成於第二特徵之上，其包括第一特徵與第二特徵是直接接觸的實施例，另外也包括於第一特徵與第二特徵之間另外有其他特徵的實施例，亦即，第一特徵與第二特徵並非直接接觸。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示，這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明實施例，不代表所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。

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。

本發明實施例提供一種光學感應器，逐層堆疊透光柱及遮光層，以分層方式形成光準直層，可避免製程能力限制，提高透光柱的總高寬比，並藉由改變透光柱在剖面圖的形狀大小，改善多層透光柱之間的對準問題，以提升製程良率。

第1至5圖係根據一些實施例繪示出形成光學感應器100不同階段的剖面示意圖。如第1圖所示，提供一基板102。此基板102可為半導體基板，例如矽基板。此外，上述半導體基板亦可為元素半導體，包括鍺(germanium)；化合物半導體，包括氮化鎵(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，包括矽鍺合金(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。在一些實施例中，基板102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括底板、設置於底板上之埋藏氧化層、或設置於埋藏氧化層上之半導體層。此外，基板102可為N型或P型導電型。

在一些實施例中，基板102可包括各種隔離部件(未繪示)，用以定義主動區，並電性隔離基板102之中/之上的主動區元件。在一些實施例中，隔離部件包括淺溝槽隔離(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括形成絕緣層於基板102之上，選擇性蝕刻絕緣層及基板102以於基板102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102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102的頂表面等高。

在一些實施例中，基板102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(未繪示)。在一些實施例中，摻雜區可形成電晶體、光二極體等元件。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102可包括各種導電部件(例如：導線或導孔)(未繪示)。例如，上述導電特徵可由鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、其他適當之導電材料、上述之合金、或上述之組合所形成。

如第1A及1B圖所示，在一些實施例中，基板102中可包括畫素104。畫素104可包括光感測器及讀出電路(read out circuit)。光偵測器可包括光二極體、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。讀出電路可包括傳輸電晶體(transfer transistor)、重置電晶體(reset transistor)、源極隨耦電晶體(source-follower transistor)、選擇電晶體(select transistor)、一或多種其他合適的電晶體、或上述之組合。畫素104可藉由光感測器將接收到的光訊號轉換成電子訊號，並透過讀出電路讀取上述電子訊號。其中，一個畫素104可對應至至少一個光感測器，例如至少一個光二極體。值得注意的是，在第1圖中僅繪示出部分畫素104，實際上的數量並不以此為限。在一些實施例中，畫素104以陣列方式排列在基板中。

接著，如第2圖所繪示，在基板102上形成第一透光柱106a。在一些實施例中，可先於基板102上毯覆性地(blanketly)形成透光層。在一些實施例中，透光層可包括透光材料，其對於波長300nm至1100nm光線的透光度大於60%。透 光材料可包括光固化材料、熱固化材料、或上述之組合。在一些實施例中，透光材料可包括例如聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate，PMMA)、全氟環丁基(perfluorocyclobutyl，PFCB)聚合物、聚亞醯胺、環氧樹脂、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、化學氣相沉積法、物理氣相沉積法(例如蒸鍍或濺鍍)、電鍍、原子層沉積法、其他適當之方法、或上述之組合於基板102上沉積透光材料。

接著，選擇性地去除基板102的透光材料。在一些實施例中，以微影製程及蝕刻製程選擇性去除透光材料以在畫素104上方對應形成第一透光柱106a。在一些實施例中，微影製程可包括光阻塗佈(例如旋轉塗佈)、軟烤(soft baking)、罩幕對準、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))、其他合適的技術、或上述之組合。蝕刻製程可包括乾蝕刻製程(例如反應離子蝕刻(reactive ion etch，RIE)、電漿蝕刻、離子研磨(ion milling))、濕蝕刻製程、或上述之組合。在另一些實施例中，亦可藉由固化製程如光固化製程固化透光材料並清洗未曝光的部分而直接形成第一透光柱106a。可藉由透過圖案化製程中曝光的焦距而改變第一透光柱106a在剖面圖中的形狀。例如，如第2圖所示，第一透光柱106a在剖面圖中為上窄下寬的梯形。在一些其他實施例中，第一透光柱106a在剖面圖中亦可為其他形狀，例如上寬下窄的倒梯形、矩形、雙凹形(double concave)等、其他合適的形狀、或上述之組合。

接著，如第3圖所繪示，形成第一遮光層108a在基板102上方之第一透光柱106a之間。在一些實施例中，第一遮光層108a可包括遮光材料，其對於波長300nm至1100nm光線的吸收度大於90%。上述遮光材料可包括光固化材料、熱固化材料、或上述之組合。在一些實施例中，遮光材料包括非透明的光阻、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。在一些實施例中，可將遮光材料設置於基板102上方之第一透光柱106a之間，並進行固化製程如光固化製程、熱固化製程或上述之組合以固化遮光材料並形成第一遮光層108a。在一些實施例中，使用單一遮光材料形成第一遮光層108a，如此一來，可簡化製程，降低量產時間及成本。

接著，以例如化學機械研磨(Chemical mechanical polishing，CMP)製程對第一透光柱106a及第一遮光層108a進行平坦化製程，以去除多餘的遮光材料，使第一透光柱106a及第一遮光層108a頂表面等高。如此，便形成包括第一透光柱106a及第一遮光層108a的第一光準直層110a。

接著，如第4圖所繪示，在第一透光柱106a及第一遮光層108a上形成第二透光柱106b，且第二透光柱106b對應設置於第一透光柱106a之上。在一些實施例中，用以形成第二透光柱106b的製程與材料可與前述形成第一透光柱106a的製程與材料相同或相似，此處不重述。在另一些實施例中，第二透光柱106b與第一透光柱106a的材料不同，視製程需求而定。

在一些實施例中，第二透光柱106b與第一透光柱 106a在剖面圖中的形狀大小相同。舉例而言，如第4圖所示，第二透光柱106b與第一透光柱106a在剖面圖中均為大小相同之上窄下寬的梯形，如此一來，可使遮光層較易形成於透光柱之間，避免於透光柱與遮光層之間形成空隙，影響準直效果。。此外，由於第二透光柱106b與第一透光柱106a的各自的底面積大於其各自的頂面積，第一透光柱106a之頂面積不等於第二透光柱106b之底面積，舉例而言，第一透光柱106a之頂面積小於第二透光柱106b之底面積。如此一來，有助於形成第二透光柱106b時的重疊(overlay)對準，可避免第二透光柱106b與第一透光柱106a因未對準而減少其重疊面積，進而改善準直效果，提升良率。在一些實施例中，第二透光柱106b與第一透光柱106a各自的側壁與其底表面的夾角θ1為30°至89°。夾角θ1若太大，則可能使第二透光柱106b與第一透光柱106a未對準而降低準直效果。夾角θ1若太小，則可能使第二透光柱106b與第一透光柱106a重疊面積太小而減少下方畫素104吸收的光量。

接著，如第5圖所繪示，形成第二遮光層108b在第一光準直層110a上之第二透光柱106b之間。在一些實施例中，用以形成第二遮光層108b的製程與材料可與前述形成第一遮光層108a的製程與材料相同或相似，此處不重述。在另一些實施例中，第二遮光層108b與第一遮光層108a的材料不同，視製程需求而定。在第5圖中，由於第二遮光層108b與第一遮光層108a使用單一的遮光材料，第二透光柱106b與第一透光柱106a亦使用單一的透光材料，兩者之間沒有明顯的界面，其交界處以虛線表示。

接著，以例如化學機械研磨製程對第二透光柱106b及第二遮光層108b進行平坦化製程，以去除多餘的遮光材料，使第二透光柱106b及第二遮光層108b頂表面等高。如此，便形成包括第二透光柱106b及第二遮光層108b的第二光準直層110b。

如第5圖所示，光學感應器100的光準直層110包括第一光準直層110a及第二光準直層110b，其中的透光柱106包括第一透光柱106a及第二透光柱106b，遮光層108包括第一遮光層108a及第二遮光層108b。藉由分別形成第一光準直層110a及第二光準直層110b，可提高透光柱106的高寬比(aspect ratio)，避免於單次製程中因透光柱106太高而使其變形倒塌。在一些實施例中，透光柱106的高寬比(亦即第一透光柱106a及第二透光柱106b的總高寬比)介於1：1至10：1之間。

在一些實施例中，光準直層110上方可包括其他光學元件例如彩色濾光片、玻璃、微透鏡、透明層等(未繪示)。入射的光線透過光準直層110上方的光學元件經過透光柱106照射畫素104。在一些實施例中，第二透光柱106b與第一透光柱106a位於畫素104之正上方。如此一來，可增加照射畫素104的光量。

值得注意的是，第5圖中光準直層層數僅為一範例，本發明並不以此為限。在本發明實施例中，光準直層亦可包括三層以上的光準直層，視製程及設計需求而定。

如上所述，藉由分層形成光學感應器之光準直層，可提高透光柱的總高寬比，避免透光柱太高而變形倒塌，並藉 由調整各層透光柱在剖面圖的形狀及大小，例如使各層透光柱的底面積大於其頂面積，可避免於透光柱與遮光層之間形成空隙，並使下層透光柱之頂面積與上層透光柱之底面積不相等，可避免各層透光柱因未對準而減少其重疊面積，進而改善準直效果，提升良率。

第6圖係根據另一些實施例繪示出光學感應器200的剖面圖。其中與前述實施例相同或相似的製程或元件將沿用相同的元件符號，其詳細內容將不再贅述。與前述實施例的差別在於，如第6圖所示，第一透光柱206a與第二透光柱206b為上寬下窄的倒梯形。在一些實施例中，可藉由透過圖案化製程中曝光的焦距而改變第一透光柱206a與第二透光柱206b在剖面圖中的形狀。若使遮光層208a、208b形成於上寬下窄的倒梯形透光柱206a、206b，可增強製程對準能力。

在一些實施例中，第二透光柱206b與第一透光柱206a在剖面圖中的形狀大小相同。舉例而言，如第6圖所示，第二透光柱206b與第一透光柱206a在剖面圖中均為大小相同之上寬下窄的倒梯形。此外，由於第二透光柱206b與第一透光柱206a的各自的頂面積大於其各自的底面積，第一透光柱206a之頂面積不等於第二透光柱206b之底面積，舉例而言，第一透光柱206a之頂面積大於第二透光柱206b之底面積。如此一來，有助於形成第二透光柱206b時的重疊(overlay)對準，可避免第二透光柱206b與第一透光柱206a因未對準而減少其重疊面積，進而改善準直效果，提升良率。在一些實施例中，第二透光柱206b與第一透光柱206a各自的側壁與其底表面的夾角θ2為91° 至150°。夾角θ2若太小，則可能因第二透光柱206b與第一透光柱206a未對準而降低準直效果。夾角θ2若太大，則可能使第二透光柱206b與第一透光柱206a重疊面積太小而減少下方畫素104吸收的光量。

如第6圖所示的實施例中，藉由分層形成光學感應器之光準直層，可提高透光柱的總高寬比，避免透光柱太高而變形倒塌，並由於各層透光柱的頂面積大於其底面積，使下層透光柱之頂面積與上層透光柱之底面積不相等，可避免各層透光柱因未對準而減少其重疊面積，進而改善準直效果，提升良率。

第7圖係根據再一些實施例繪示出光學感應器300的剖面圖。其中與前述實施例相同或相似的製程或元件將沿用相同的元件符號，其詳細內容將不再贅述。與前述實施例的差別在於，如第7圖所示，第一透光柱306a與第二透光柱306b在剖面圖中為大小不同的矩形，且第一透光柱306a在剖面圖中小於第二透光柱306b。在一些實施例中，可利用不同的圖案化罩幕形成第一透光柱306a與第二透光柱306b，以形成不同大小的第一透光柱306a與第二透光柱306b。

由於第二透光柱306b的口徑306bW大於第一透光柱306a的口徑306aW，第一透光柱306a之頂面積不等於第二透光柱306b之底面積，舉例而言，第一透光柱306a之頂面積小於第二透光柱306b之底面積。如此一來，有助於形成第二透光柱306b時的重疊(overlay)對準，可避免第二透光柱306b與第一透光柱306a因未對準而減少其重疊面積，進而改善準直效果，提 升良率。在一些實施例中，第二透光柱306b的口徑306bW與第一透光柱306a的口徑306aW之比值介於1至10之間。第二透光柱306b的口徑306bW與第一透光柱306a的口徑306aW之比值若太小，則可能因第二透光柱306b與第一透光柱306a未對準而降低準直效果。第二透光柱306b的口徑306bW與第一透光柱306a的口徑306aW之比值若太大，則可能使第二透光柱306b與第一透光柱306a重疊面積太小而減少下方畫素104吸收的光量。

如第7圖所示的實施例中，藉由分層形成光學感應器之光準直層，可提高透光柱的總高寬比，避免透光柱太高而變形倒塌，並由於上層透光柱之口徑大於下層透光柱之口徑，使下層透光柱之頂面積與上層透光柱之底面積不相等，可避免各層透光柱因未對準而減少其重疊面積，改善準直效果，進而提升良率。

第8圖係根據再一些實施例繪示出光學感應器400的剖面圖。其中與前述實施例相同或相似的製程或元件將沿用相同的元件符號，其詳細內容將不再贅述。與前述實施例的差別在於，如第8圖所示，第一透光柱406a與第二透光柱406b在剖面圖中為大小不同的矩形，且第一透光柱406a在剖面圖中大於第二透光柱406b。在一些實施例中，可利用不同的圖案化罩幕形成第一透光柱406a與第二透光柱406b，以形成不同大小的第一透光柱406a與第二透光柱406b。

由於第一透光柱406a的口徑406aW大於第二透光柱406b的口徑406bW，第一透光柱406a之頂面積不等於第二透光柱406b之底面積，舉例而言，第一透光柱406a之頂面積大於 第二透光柱406b之底面積。如此一來，有助於形成第二透光柱406b時的重疊(overlay)對準，可避免第二透光柱406b與第一透光柱406a因未對準而減少其重疊面積，進而改善準直效果，提升良率。在一些實施例中，第二透光柱406b的口徑406bW與第一透光柱406a的口徑406aW之比值介於0.1至0.99之間。第二透光柱406b的口徑406bW與第一透光柱406a的口徑406aW之比值若太大，則可能因第二透光柱406b與第一透光柱406a未對準而降低準直效果。第二透光柱406b的口徑406bW與第一透光柱406a的口徑406aW之比值若太小，則可能使第二透光柱406b與第一透光柱406a重疊面積太小而減少下方畫素104吸收的光量。

如第8圖所示的實施例中，藉由分層形成光學感應器之光準直層，可提高透光柱的總高寬比，避免透光柱太高而變形倒塌，並由於上層透光柱之口徑小於下層透光柱之口徑，使下層透光柱之頂面積與上層透光柱之底面積不相等，可避免各層透光柱因未對準而減少其重疊面積，改善準直效果，進而提升良率。

第9圖係根據其他一些實施例繪示出光學感應器500的剖面圖。其中與前述實施例相同或相似的製程或元件將沿用相同的元件符號，其詳細內容將不再贅述。與前述實施例的差別在於，如第9圖所示，第一透光柱506a與第二透光柱506b在剖面圖中形狀不同。舉例而言，第一透光柱506a為雙凹形，第二透光柱506b為梯形。在一些實施例中，可藉由透過圖案化製程中曝光的焦距而改變第一透光柱506a與第二透光柱506b 在剖面圖中的形狀。

藉由自由調變第一透光柱506a與第二透光柱506b在剖面圖中不同的形狀及大小，使第二透光柱506b與第一透光柱506a的各自的底面積大於其各自的頂面積，可使遮光層較易形成於透光柱之間，避免於透光柱與遮光層之間形成空隙，影響準直效果。此外，使第一透光柱506a之頂面積不等於第二透光柱506b之底面積，有助於形成第二透光柱506b時的重疊(overlay)對準，可避免第二透光柱506b與第一透光柱506a因未對準而減少其重疊面積，進而改善準直效果，提升良率。

值得注意的是，第9圖中第一透光柱與第二透光柱在剖面圖中形狀、大小、及比例關係僅為一範例，本發明並不以此為限。在本發明實施例中，光準直層亦可包括任意形狀、大小、及比例關係的透光柱組合，視製程及設計需求而定。

如第9圖所示的實施例中，藉由分層形成光學感應器之光準直層，可提高透光柱的總高寬比，避免透光柱太高而變形倒塌，並藉由自由調變各層透光柱的形狀、大小、及比例關係，例如使各層透光柱的底面積大於其頂面積，可避免於透光柱與遮光層之間形成空隙，且使下層透光柱之頂面積與上層透光柱之底面積不相等，可避免各層透光柱因未對準而減少其重疊面積，進而改善準直效果，提升良率。

第10圖係根據其他一些實施例繪示出光學感應器600的剖面圖。其中與前述實施例相同或相似的製程或元件將沿用相同的元件符號，其詳細內容將不再贅述。與前述實施例的差別在於，如第10圖所示，光學感應器600更包括底遮光層 612。底遮光層612位於畫素104之間的基板102上方，且底遮光層612位於第一光準直層110a之下。在一些實施例中，底遮光層612與後續形成的第一遮光層108a及第二遮光層108b之材料不同。在一些實施例中，底遮光層612可包括光固化材料，其對於波長300nm至1100nm光線的吸收度大於90%。在一些實施例中，光固化材料包括非透明的光敏樹脂、含黑色擋光樹酯、其他適當之材料、或上述之組合。在一些實施例中，可在將光固化材料設置於基板102上方，並進行固化製程如光固化製程以固化光固化材料並於畫素104之間的基板102上方形成底遮光層612。

在一些實施例中，底遮光層612位於畫素104之間的基板102上方，可避免光線進入非畫素104區域的基板之中，而產生光訊號的雜訊。

如第10圖所示的實施例中，藉由分層形成光學感應器之光準直層，可提高透光柱的總高寬比，避免透光柱太高而變形倒塌，並藉由在畫素之間的基板上形成底遮光層，可減少光訊號的雜訊，並由於下層透光柱之頂面積與上層透光柱之底面積不相等，可避免各層透光柱因未對準而減少其重疊面積，改善準直效果，進而提升良率。

第11圖係根據其他一些實施例繪示出光學感應器700的剖面圖。其中與前述實施例相同或相似的製程或元件將沿用相同的元件符號，其詳細內容將不再贅述。與前述實施例的差別在於，如第11圖所示，第一光準直層110a中更包括第一虛置透光柱706aD，穿過第一遮光層108a，位於第一光準直層 110a中周邊區域的基板102上方。第二光準直層110b中更包括第二虛置透光柱706bD，穿過第二遮光層108b，對應設置於第一虛置透光柱706aD之上。在一些實施例中，如第11圖所示，第一虛置透光柱706aD下方並未對應至任何畫素104。

在一些實施例中，可在分別形成第一透光柱106a與第二透光柱106b時，同時於基板102周邊區域上方分別形成第一虛置透光柱706aD及第二虛置透光柱706bD，且與第一透光柱106a及第二透光柱106b各自的材料相同。如此一來，可節省製程時間與成本。

在一些實施例中，畫素104可為陣列排列。因此，透光柱106亦可為陣列排列。在陣列邊緣的透光柱106可能因透光材料分子間的內聚力或後續製程作用而變形倒塌。藉由在透光柱106陣列邊緣設置虛置透光柱706D(包括第一虛置透光柱706aD及第二虛置透光柱706bD)作為應力緩衝，提供物理性支撐，可強化透光柱106陣列結構，避免陣列邊緣透光柱106變形倒塌，保持透光柱106的均勻度，進而提升良率。

值得注意的是，第11圖中虛置透光柱與透光柱之形狀、大小僅為一範例，本發明並不以此為限。在本發明實施例中，虛置透光柱亦可為任意數目、排列方式、形狀、大小、及比例關係，視製程及設計需求而定。

如第11圖所示的實施例中，藉由分層形成光學感應器之光準直層，可提高透光柱的總高寬比，並藉由在透光柱周圍設置虛置透光柱，可進一步增強透光柱陣列結構，避免透光柱太高而變形倒塌，並由於下層透光柱之頂面積與上層透光 柱之底面積不相等，可避免各層透光柱因未對準而減少其重疊面積，進而改善準直效果，提升良率。

綜上所述，本發明實施例提供一種光學感應器，藉由分層形成光準直層，可提高透光柱的總高寬比，藉由自由調變各層透光柱的形狀、大小、及比例關係，可避免遮光層與透光柱之間形成空隙，並使下層透光柱之頂面積與上層透光柱之底面積不相等，可避免各層透光柱因未對準而減少其重疊面積。此外，在畫素之間的基板上形成底遮光層，可減少光訊號的雜訊。而在透光柱周圍設置虛置透光柱，可進一步增強透光柱陣列結構，避免透光柱太高而變形倒塌，進而改善準直效果，提升良率。

應注意的是，雖然以上描述了本發明一些實施例的優點與功效，但並非各個實施例都需要達到所有的優點與功效。

上述內容概述許多實施例的特徵，因此任何所屬技術領域中具有通常知識者，可更加理解本發明實施例之各面向。任何所屬技術領域中具有通常知識者，可能無困難地以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程及結構，以達到與本發明實施例相同的目的及/或得到相同的優點。任何所屬技術領域中具有通常知識者也應了解，在不脫離本發明實施例之精神和範圍內做不同改變、代替及修改，如此等效的創造並沒有超出本發明實施例的精神及範圍。

100‧‧‧光學感應器

102‧‧‧基板

104‧‧‧畫素

106‧‧‧透光柱

106a‧‧‧第一透光柱

106b‧‧‧第二透光柱

108‧‧‧遮光層

108a‧‧‧第一遮光層

108b‧‧‧第二遮光層

110‧‧‧光準直層

110a‧‧‧第一光準直層

110b‧‧‧第二光準直層

θ1‧‧‧夾角

Claims (18)

1. 一種光學感應器，包括：複數個畫素，位於一基板中；一光準直(collimating)層，位於該基板之上，包括：一第一遮光層，位於該基板上方；複數個第一透光柱，穿過該第一遮光層，對應設置於該些畫素上；一第二遮光層，位於該第一遮光層及該些第一透光柱上方；以及複數個第二透光柱，穿過該第二遮光層，對應設置於該些第一透光柱上；其中該第一透光柱之頂面積不等於該第二透光柱之底面積，其中該些第一透光柱及該些第二透光柱各自之底面積不等於其各自之頂面積。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學感應器，其中該些第一透光柱及該些第二透光柱在剖面圖中的形狀相同。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學感應器，其中該些第一透光柱及該些第二透光柱在剖面圖中的形狀不同。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學感應器，其中該些第一透光柱及該些第二透光柱在剖面圖中的大小相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學感應器，其中該些第一透光柱及該些第二透光柱在剖面圖中的大小不同。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學感應器，其中該些第一透光柱及該些第二透光柱各自之側壁與其各自之底表面不垂 直。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學感應器，其中該些第一透光柱及該些第二透光柱之側壁與其各自之底表面垂直。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學感應器，其中該些第一透光柱及該些第二透光柱的總高寬比介於1：1至30：1之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學感應器，其中該些第一透光柱與該些第二透光柱材料相同，及該第一遮光層與該第二遮光層材料相同。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光學感應器，更包括：一底遮光層，位於該第一遮光層下，且位於該些畫素之間的該基板上方。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光學感應器，其中該底遮光層與該第一遮光層及該第二遮光層之材料不同。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光學感應器，更包括：一第一虛置透光柱，穿過該第一遮光層，位於該光準直層的一周邊區域中的該基板上方，未對應至任何該些畫素；及一第二虛置透光柱，穿過該第二遮光層，對應設置於該些第一虛置透光柱上。
13. 一種光學感應器的形成方法，包括：形成複數個畫素於一基板中；形成一光準直層於該基板之上，其中該光準直層的形成包括：形成複數個第一透光柱於該基板之上，其中該些第一透光 柱對應設置於該些畫素上；形成一第一遮光層於該些第一透光柱之間；平坦化該第一透光柱與該第一遮光層的上表面；形成複數個第二透光柱於該第一透光柱與該第一遮光層之上，其中該些第二透光柱對應設置於該些第一透光柱上；形成一第二遮光層於該些第二透光柱之間；以及平坦化該第二透光柱與該第二遮光層的上表面；其中該第一透光柱之頂面積不等於該第二透光柱之底面積。
14. 如申請專利範圍第13項所述之光學感應器的形成方法，其中該些第一透光柱及該些第二透光柱的總高寬比介於1：1至30：1之間。
15. 如申請專利範圍第13項所述之光學感應器的形成方法，其中該些第一透光柱與該些第二透光柱材料相同，及該第一遮光層與該第二遮光層材料相同。
16. 如申請專利範圍第13項所述之光學感應器的形成方法，更包括：形成一底遮光層於該些畫素之間的該基板上方，其中該底遮光層位於該第一遮光層之下。
17. 如申請專利範圍第16項所述之光學感應器的形成方法，其中該底遮光層與該第一遮光層及該第二遮光層之材料不同。
18. 如申請專利範圍第13項所述之光學感應器的形成方法，更 包括：形成一第一虛置透光柱於該光準直層的一周邊區域中，其中該第一虛置透光柱未對應至任何該些畫素；及形成一第二虛置透光柱對應設置於該些第一虛置透光柱上。

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