CN110970449A

CN110970449A - 光学感测器及其形成方法

Info

Publication number: CN110970449A
Application number: CN201811156105.0A
Authority: CN
Inventors: 李新辉; 曾汉良; 林学荣
Original assignee: Vanguard International Semiconductor Corp
Current assignee: Vanguard International Semiconductor Corp
Priority date: 2018-09-30
Filing date: 2018-09-30
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2038-09-30
Also published as: CN110970449B

Abstract

本发明提供了一种光学感测器及其形成方法，该光学感测器包含基板及位于基板之上的光准直层。上述基板包含具有多个感测像素的感测像素阵列。上述光准直层包含：图案化晶种层，于基板之上且露出感测像素阵列；多个透光柱，设置于感测像素阵列之上；金属材料层，位于图案化晶种层之上且填充于这些透光柱之间；以及遮光层，位于金属材料层之上。本发明不仅能够提升光学感测装置的灵敏度，亦可大幅提升工艺良品率以及降低工艺成本。

Description

光学感测器及其形成方法

技术领域

本发明涉及一种光学元件，尤其涉及一种光学感测器及其形成方法。

背景技术

现今的行动电子装置(例如手机、平板电脑、笔记型电脑等)通常配备有使用者辨识***，用以保护个人资料安全。由于每个人的指纹皆不同，因此指纹感测器是一种常见并可靠的使用者辨识***。

市面上的指纹感测器常使用光学技术以感测使用者的指纹，这种基于光学技术的指纹感测器的光学元件可包括光准直器(light collimator)、分束器、聚焦镜以及线性感测器等，其中使用准直器(collimator)来使入射到感测器的光线平行前进，以减少因光发散所导致的能量损失。然而，在制作光准直器过程中，光准直器的内部结构将影响光准直器的准直效果，并进一步影响光学指纹感应器的良品率。

虽然现有的光学指纹感测器大致符合需求，但并非各方面皆令人满意，特别是提升高光学指纹感应器的光准直器的结构强度仍需进一步改善。

发明内容

本发明实施例提供一种光学感测器，用以提升光学指纹感应器的光准直器的结构强度。

本发明的一些实施例提供光一种光学感测器，此光学感测器包含基板及光准直层。此基板包含感测像素阵列，此感测像素阵列包含多个感测像素。此光准直层，位于此基板之上，其中此光准直层包含：图案化晶种层，于基板之上且露出感测像素阵列；多个透光柱，设置于感测像素阵列之上；金属材料层，位于图案化晶种层之上且填充于这些透光柱之间；以及遮光层，位于此金属材料层之上。

本发明的一些实施例提供一种光学感测器的形成方法，包含：提供基板，其中此基板具有感测像素阵列，其中此感测像素阵列包含多个感测像素；以及形成光准直层于此基板之上。形成此光准直层于基板之上的步骤包含：形成图案化晶种层于此基板之上，其中此图案化晶种层露出上述的感测像素阵列；形成多个透光柱于上述的感测像素阵列之上；在形成这些透光柱之后，形成金属材料层于图案化晶种层之上，以填充于这些透光柱之间；以及形成遮光层于此金属材料层之上。

在本发明实施例中，形成光准直层于包含感测像素阵列的基板之上，在形成光准直层的步骤中，于形成多个透光柱于感测像素阵列之后才形成金属材料层填充于这些透光柱之间，此可以有效防止感测像素被碎屑或污染物遮蔽，造成工艺上良品率不佳，并且被遮蔽的感测像素也会失去或降低感测入射光线的功能。本发明实施例所提供的光学感测器及其形成方法，不仅能够提升光学感测装置的灵敏度，亦可大幅提升工艺良品率以及降低工艺成本。

本发明的光学感测器可应用于多种类型的光学指纹辨识***，为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举数个实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

以下将配合所附图式详述本发明实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本发明实施例的特征。

图1是根据本发明的一些实施例，绘示出光学感测装置感测目标物的示意图。

图2是根据本发明的一些实施例，绘示出光学感测器的形成方法的示例性流程图。

图3-图8是根据本发明的一些实施例，绘示出光学感测器于工艺的各种阶段的剖面示意图。

图9A是根据本发明的一些实施例，绘示出遮光层的顶面略高于透光柱的顶面的示意图。

图9B是根据本发明的其他实施例，绘示出遮光层与透光柱的顶面齐平的示意图。

图10A是根据本发明的另一些实施例，绘示出光学感测器的俯视图。

图10B是根据本发明的又一些实施例，绘示出光学感测器的俯视图。

图11是根据本发明的一些实施例，绘示出光学感测装置的范例结构感测目标物的示意图。

附图符号：

100～光学感测装置；

101～光学感测器；

102～盖板层；

103～目标物；

201、202～步骤；

210、211、212、213～步骤；

300～基板；

301～感测像素阵列；

302～感测像素；

400～晶种层；

500～图案化晶种层；

600～透光材料层；

700～透光柱；

800～金属材料层；

900～遮光层；

1000、1001、1002～光线。

具体实施方式

以下揭露提供了许多的实施例或范例，用于实施所提供的电容结构的不同元件。各元件和其配置的具体范例描述如下，以简化本发明实施例的说明。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本发明实施例。举例而言，叙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触的实施例，也可能包含额外的元件形成在第一和第二元件之间，使得它们不直接接触的实施例。此外，本发明实施例可能在不同的范例中重复参考数字及/或字母。如此重复是为了简明和清楚，而非用以表示所讨论的不同实施例之间的关系。

此外，其中可能用到与空间相对用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相对用词是为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相对用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及图式中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相对形容词也将依转向后的方位来解释。

在此，“约”、“大约”、“大抵”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内，或3％之内，或2％之内，或1％之内，或0.5％之内。应注意的是，说明书中所提供的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明“约”、“大约”、“大抵”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。

虽然所述的一些实施例中的步骤以特定顺序进行，这些步骤亦可以其他合逻辑的顺序进行。在不同实施例中，可替换或省略一些所述的步骤，亦可于本发明实施例所述的步骤之前、之中、及/或之后进行一些其他操作。本发明实施例中的光学指纹感应器可加入其他的特征。在不同实施例中，可替换或省略一些特征。

本发明提供了光学感测器及其形成方法的实施例，特别是一种应用于指纹辨识***的光学感测器。本发明的实施例所提供的光学感测器的光准直层包含了设置于感测像素阵列(sensor pixel array)上的透光柱以及填充在透光柱之间的金属材料层，其中于感测像素阵列上形成的透光柱可确保感测像素阵列不会被工艺中的碎屑、污染物、或光准直层中其他结构崩落的部分所掩盖，另外，于金属材料层上形成遮光层以防止入射光学感测器的光线所产生的串音(crosstalk)，进而提升光学感测器的效能。

传统上，于光学感测器的工艺中，在形成光准直层时，通常会在感测像素上形成一柱状开口，用以将光线以接近垂直的角度导入至感测像素。然而，在传统的工艺中，碎屑或污染物时常落入此柱状开口而遮蔽了感测像素，使得光学感测器的灵敏度大幅降低。本发明的实施例形成透光柱于感测像素上，再以金属材料填充于透光柱之间而形成光准直层，此可有效避免感测像素被工艺中的碎屑或污染物遮蔽，进而大幅提升工艺的良品率。此外，填充于透光柱之间的金属材料层上可进一步形成遮光层以防止入射光学感测器的光线所产生的串音，并改善光学感测器的效能。

图1是根据本发明的一些实施例，绘示出光学感测装置100对目标物103(例如：指纹)感测的范例。光学感测装置100包括盖板层102及在盖板层102下的光学感测器101。盖板层102保护光学感测装置100的其他元件，例如其下的光学感测器101。盖板层102的材料可包括透光材料(例如：玻璃、石英(quartz)、蓝宝石(sapphire)、或透明聚合物等)，其允许光线通过。当目标物103接触盖板层102的上表面时，目标物103将光源(未绘示)发出的光反射到光学感测器101上以接收光信号。目标物103具有各种轮廓特征，例如凸部与凹部(未绘示)。因此，当目标物103接触盖板层102的上表面，目标物103的凸部与盖板层102的上表面接触，而目标物103的凹部则不与盖板层102的上表面接触，亦即在凹部与盖板层102的上表面间有一间隙。因此，在目标物103的凸部与凹部下方的感测像素所接受到的光线强度将会不同，从而可藉此对目标物103的轮廓特征进行识别。

图2是根据本发明的一些实施例，绘示出光学感测器101的形成方法的示例性流程图。在一些实施例中，图2绘示出步骤201提供包含感测像素阵列的基板，以及步骤202形成光准直层于基板上，其中形成光准直层的步骤202更进一步包含步骤210至213，以下将根据本发明的一些实施例，以步骤210至213搭配图3-图8详细说明本发明的实施例。值得注意的是，除非特别指明，否则图2所绘示的步骤顺序仅为例示性的，本发明的形成方法不限定于此顺序。

以下将参照图2的光学感测器101的形成方法并搭配图3-图8所绘示的形成图1的光学感测器101在各个不同阶段的工艺剖面示意图来说明本发明的实施例。

参照图2的步骤201并搭配参照图3，在一些实施例中，提供包含感测像素阵列301的基板300。基板300可为半导体基板，例如：硅基板。此外，在一些实施例中，上述半导体基板亦可为元素半导体(elemental semiconductor)，包含：锗(germanium)；化合物半导体(compound semiconductor)，包含：氮化镓(gallium nitride，GaN)、碳化硅(siliconcarbide)、砷化镓(gallium arsenide)、磷化镓(gallium phosphide)、磷化铟(indiumphosphide)、砷化铟(indium arsenide)及/或锑化铟(indium antimonide)；合金半导体(alloy semiconductor)，包含：硅锗合金(SiGe)、磷砷镓合金(GaAsP)、砷铝铟合金(AlInAs)、砷铝镓合金(AlGaAs)、砷铟镓合金(GaInAs)、磷铟镓合金(GaInP)、及/或磷砷铟镓合金(GaInAsP)、或上述材料的组合。在其他实施例中，基板300也可以是绝缘层上覆半导体(semiconductor on insulator)基板，上述绝缘层覆半导体基板可包含底板、设置于底板上的埋藏氧化层、及设置于埋藏氧化层上的半导体层。此外，基板300可为N型或P型导电类型。

在一些实施例中，基板300可包含各种隔离部件(未绘示)，用以定义主动区，并电性隔离基板300之中/之上的主动区元件。在一些实施例中，隔离部件包含浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)部件、局部硅氧化(local oxidation of silicon，LOCOS)部件、其他合适的隔离部件、或上述的组合。在一些实施例中，形成隔离部件可例如包含形成绝缘层于基板300之上，选择性蚀刻绝缘层及基板300以于基板300中形成沟槽，于沟槽中成长富含氮(例如氮氧化硅)的衬层，以沉积工艺于沟槽中填入绝缘材料(例如二氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅)，对沟槽中绝缘材料进行退火工艺，并以例如化学机械抛光(Chemical mechanical polishing，CMP)工艺对基板300进行平坦化工艺，以去除多余的绝缘材料，使沟槽中的绝缘材料与基板300的顶表面等高。

在一些实施例中，基板300可包含各种以如离子布植及/或扩散工艺所形成的P型掺杂区及/或N型掺杂区(未绘示)。在一些实施例中，掺杂区可形成晶体管、光电二极管(photodiode)等元件。然而，上述的元件仅为范例，本发明并不以此为限。

在一些实施例中，基板300可包含各种导电部件(例如：导线或导孔)(未绘示)。举例来说，上述导电部件可由铝(Aluminum)、铜(Copper)、钨(Tungsten)、其他适当的导电材料、上述的合金、或上述的组合所形成。

参照图3，在一些实施例中，基板300所包含的感测像素阵列301具有多个感测像素302，并且感测像素302可与信号处理电路(signal processing circuitry)(未绘示)连接。在一些实施例中，感测像素阵列301所具有的感测像素302的数量取决于光学感测区的面积大小。每个感测像素302可包含一或多个光侦测器(photodector)。在一些实施例中，光侦测器可包含光电二极管，其中光电二极管可包含P型半导体层、本质层(intrinsic layer)、以及N型半导体层的三层结构的光电材料(photoelectric material)，本质层吸收光以产生出激子(exciton)，并且激子会在P型半导体层及N型半导体层的接面分成电子与电洞，进而产生电流信号。在其他实施例中，光侦测器可也包含电荷耦合元件(charged couplingdevice，CCD)感测器、互补式金属氧化物半导体(complimentary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感测器、主动感测器、被动感测器、其他适合的感测器、或上述的组合。在一些实施例中，感测像素302可藉由光侦测器将接收到的光信号转换成电子信号，并通过信号处理电路处理上述电子信号。

在一些实施例中，如图3所示，感测像素302在剖面示意图中为阵列排列从而形成感测像素阵列301，并位于基板300的上表面。值得注意的是，在图3所绘示的感测像素阵列301的数量与排列方式仅为例示性的，本发明实施例并不以此为限，感测像素302可为任意行列数目的阵列或其他的排列方式。

参照图2的步骤210并搭配参照图4-图5，形成露出感测像素阵列301的图案化晶种层500于基板300上。如图4所示，在一些实施例中，先将一晶种层(seed layer)400毯覆性地(blanketly)沉积于此基板300之上。晶种层400的材料可包含例如钛(Titanium)、铜(Copper)、其他适合的金属材料、或前述的组合。在一些实施例中，可藉由化学气相沉积工艺(chemical vapor deposition，CVD)、物理气相沉积工艺(physical vapor deposition，PVD)(例如：真空蒸镀工艺(vacuum evaporation process)、溅镀工艺(sputteringprocess)、脉冲雷射沉积(pulsed laser deposition，PLD))、原子层沉积(Atomic LayerDeposition，ALD)、其他适合的沉积工艺、或前述的组合来沉积晶种层400。在一些实施例中，藉由上述方法所形成的晶种层400的厚度在约50纳米(nanometer，nm)至约5000纳米的范围，例如可为3000纳米。在其他实施例中，晶种层400的厚度在约100纳米至约3000纳米的范围。

如图5所示，在一些实施例中，选择性移除晶种层400以露出基板300上的感测像素阵列301。在一些实施例中，图案化晶种层500及感测像素阵列301在俯视图中的形状为互补。在一些实施例中，可使用图案化工艺以选择性移除晶种层，其中图案化工艺可包含光微影(photolithography)工艺与蚀刻工艺。光微影工艺可包含例如：光阻涂布(例如旋转涂布(spin-coating))、软烤(soft baking)、曝光图案、曝光后烘烤(post-exposure baking)、光阻显影、清洗及干燥(例如硬烤(hard baking))、其他适合的工艺、或上述的组合。蚀刻工艺可包含例如：湿式蚀刻工艺、干式蚀刻工艺(例如反应离子蚀刻(reactive ion etch，RIE)、电浆蚀刻、离子研磨(ion milling))、其他适合的工艺、或上述的组合。

参照图2的步骤211并搭配参照图6-图7，形成多个透光柱700于感测像素阵列301上。如图6所示，在一些实施例中，可于基板300上的图案化晶种层500上毯覆性地形成透光材料层600，以覆盖图案化晶种层500及图案化晶种层500所露出的感测像素阵列301并与其直接接触。在一些实施例中，透光材料层600可包含透光材料，其对于在300纳米至1200纳米波长范围下的光穿透率大于90％，从而允许部分入射光线穿过透光材料层600而抵达感测像素302。

在一些实施例中，透光材料层600可包含光固化材料(UV-curable material)、热固化材料(thermosetting material)、或上述的组合。举例来说，透光材料可包含例如聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate，PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、全氟环丁基(perfluorocyclobutyl，PFCB)聚合物、聚亚酰胺(Polyimide，PI)、压克力树酯、环氧树脂(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)、其他适当的材料、或上述的组合。在一些实施例中，可以旋转涂布法(spin-coating)、铸模(casting)、棒状涂布(bar coating)、刮刀涂布(blade coating)、滚筒涂布(rollercoating)、线棒涂布(wire bar coating)、浸渍涂布(dip coating)、化学气相沉积法(CVD)、其他适合的方法、或上述的组合于基板300上沉积透光材料层600。在一些实施例中，藉由上述方法所形成的透光材料层600的厚度在约10微米(micrometer，μm)至约500微米的范围，例如可为60微米。在其他实施例中，透光材料层600的厚度在约50微米至约300微米的范围，例如可为100微米。

如图7所示，在一些实施例中，选择性移除形成于基板300上的透光材料层600，以形成对应感测像素302而设置于感测像素阵列301之上的多个透光柱700。在一些实施例中，可使用图案化工艺以选择性移除透光材料层600，其中图案化工艺可包含光微影工艺与蚀刻工艺。光微影工艺可包含例如：光阻涂布(例如旋转涂布)、软烤、曝光图案、曝光后烘烤、光阻显影、清洗及干燥(例如硬烤)、其他适当的工艺、或上述的组合。蚀刻工艺可包含例如：湿式蚀刻工艺、干式蚀刻工艺(例如反应离子蚀刻(RIE)、电浆蚀刻、离子研磨)、其他适合的工艺、或上述的组合。

在其他实施例中，透光材料层600可为光阻材料，在此情况下，可藉由包含例如：光阻涂布(例如旋转涂布)、软烤、曝光图案、曝光后烘烤、光阻显影、清洗及干燥(例如硬烤)、其他适当的工艺、或上述的组合的光微影工艺，直接形成透光柱700在感测像素阵列301上，不需要额外经过蚀刻工艺。

在一些实施例中，由于透光柱700对应设置于从图案化晶种层500露出的感测像素阵列301之上，故而在俯视图中透光柱700及图案化晶种层500的形状亦为互补。在其他实施例中，透光柱700在俯视图中为圆形、矩形、多边形、或前述的组合，并且排列成阵列(array)。在一些实施例中，每一个透光柱700对应地设置于每一个感测像素302之上；在其他实施例中，至少一个透光柱700覆盖两个以上的感测像素302(未绘示)。如此一来，透光柱700可保护感测像素302并减少或避免感测像素302于工艺中受到污染及/或损害，进而影响光学感测器101的灵敏度。

参照图10A，是根据本发明的另一些实施例，绘示出圆柱体的透光柱700与图案化晶种层500在俯视图中形状互补的示意图。参照图10B，是根据本发明的又一些实施例，绘示出长方体的透光柱700与图案化晶种层500在俯视图中形状互补的示意图。值得注意的是，此处所绘示的透光柱700于俯视图中的形状及排列方式仅为例示性的，其并不局限于此处所揭露的实施例。藉由将透光柱700对应设置于感测像素阵列301之上并于俯视图中呈现互补的形状，可有效避免感测像素302被在光学感测器101的其他工艺步骤中所产生的碎屑或污染物遮蔽，导致降低或失去感测入射光线的功能。

参照图2的步骤212并搭配参照图8，在一些实施例中，形成金属材料层800于基板300上的图案化晶种层500之上，并且填充于上述的多个透光柱700之间。在一些实施例中，可藉由先前所形成的包含金属材料的图案化晶种层500连接电极(未绘示)以执行电镀(electrode plating)工艺来形成金属材料层800。在一些实施例中，藉由电镀工艺或其他适合的工艺所产生的金属材料层800的厚度在约50纳米至约300纳米的范围。在一些实施例中，金属材料层800可包含铜(Copper)、镍(Nickel)、其他适合的金属材料、或前述的组合。在其他一些实施例中，金属材料层800与晶种层400/500所包含的材料可为相同，例如两者皆为铜(Cu)。在另外一些实施例中，金属材料层800与晶种层400、500所包含的材料可为不同，例如金属材料层800包含镍(Ni)，而晶种层400/500包含钛(Ti)。

参照图2的步骤213并搭配参照图9A、图9B，在一些实施例中，形成遮光层900于金属材料层800之上。在一些实施例中，遮光层900可包含遮光材料，例如可为树脂遮光材料，其对于在300纳米至1200纳米波长范围下的光穿透率小于1％。遮光材料可包含光固化材料、热固化材料、或上述的组合。在一些实施例中，于金属材料层800上所形成的遮光层900可避免感测像素阵列301接收到不需要的光线，并可防止入射光学感测器101的光线所产生的串音，进而提升光学感测器101的效能。

在一些实施例中，可藉由旋转涂布法、化学气相沉积法、其他适当的方法、或上述的组合将遮光材料形成于金属材料层800上，并进行固化工艺如光固化工艺、热固化工艺或上述组合以固化遮光材料，接着可执行图案化工艺，以形成在金属材料层800之上的遮光层900。上述经过图案化工艺的遮光层900仅覆盖于金属材料层800之上，而不会覆盖透光柱700。在一些实施例中，藉由上述方法所形成的遮光层900的厚度在约10纳米至约5000纳米的范围，例如可为100纳米。在其他实施例中，遮光层900的厚度在约0.1微米至约5微米的范围，例如可为3微米。

在一些实施例中，遮光材料包含非透明的碳黑、油墨、模制化合物(moldingcompound)、防焊材料(solder mask)、其他适当的材料、或上述的组合，在此情况下，上述的图案化工艺可包含光微影工艺与蚀刻工艺。光微影工艺可包含例如：光阻涂布(例如旋转涂布)、软烤、曝光图案、曝光后烘烤、光阻显影、清洗及干燥(例如硬烤)、其他适当的工艺、或上述的组合。蚀刻工艺可包含例如：湿式蚀刻工艺、干式蚀刻工艺(例如反应离子蚀刻(RIE)、电浆蚀刻、离子研磨)、其他适合的工艺、或上述的组合。

在其他实施例中，遮光材料包含非透明的光阻(photoresist)材料，在此情况下，上述的图案化工艺可为包含例如：光阻涂布(例如旋转涂布)、软烤、曝光图案、曝光后烘烤、光阻显影、清洗及干燥(例如硬烤)、其他适当的工艺、或上述的组合的光微影工艺，直接形成遮光层900在金属材料层800上，不需要额外经过蚀刻工艺。

在一些实施例中，在形成遮光层900于金属材料层800之上之前，可执行平坦化工艺(例如化学机械研磨工艺)以平坦化金属材料层800，使得金属材料层800与透光柱700的顶面齐平。接着，于上述实施例中，形成于经过平坦化工艺的金属材料层800之上的遮光层900的顶面将会略高于透光柱700的顶面(例如遮光层900的顶面将会略高于透光柱700的顶面约10纳米)，即如图9A所绘示。

在其他实施例中，可藉由控制电镀工艺的时间，使得形成于图案化晶种层500之上的金属材料层800的顶面略低于透光柱700的顶面(例如金属材料层800的顶面略低于透光柱700的顶面约10纳米至约10微米)，并且形成遮光层900于此金属材料层800与透光柱700的顶面之上，使得此遮光层900的顶面略高于透光柱700的顶面(例如遮光层900的顶面略高于透光柱700的顶面约为10纳米)，接着可执行平坦化工艺(例如化学机械研磨(CMP)工艺)以平坦化遮光层900，使得遮光层900与透光柱700的顶面齐平，即如图9B所绘示。

根据本发明的一些实施例，藉由图2所示的步骤202而形成的光准直层包含：露出基板300上的感测像素阵列301的图案化晶种层500、设置于感测像素阵列301上的多个透光柱700、填充于此些透光柱700之间的金属材料层800、以及设置于金属材料层800之上的遮光层900。在一些实施例中，光准直层上方可包含其他光学元件，例如：彩色滤光片(colorfilter)、玻璃、透镜等(未绘示)。在一些实施例中，入射的光线通过光准直层上方的光学元件经过光准直层导入至感测像素302。其中，透光柱700的高宽比(aspect ratio)在2至30的范围，例如可为5、10、15、或20。若透光柱700太高(即高宽比太大)，则透光柱700容易变形或倒塌，而导致工艺难度提高，相对地也将提高工艺成本。若透光柱700太宽(即高宽比太小)，则容易接收到不必要的入射光，难以达到准直效果，因而降低光学感测器101的灵敏度。

在一些实施例中，光学感测装置100包含了光学感测器101及设置于光准直层之上的盖板层102，如图11所绘示。盖板层102可为硬质透光材料，例如：铝硅酸盐玻璃(calciumaluminosilicate glass)、钠钙玻璃(soda lime glass)、蓝宝石、透明聚合物、或其他适合的材料，使得至少部分的入射光线能够穿透而到达感测像素阵列301，并且此硬质盖板能够保护在其之下的光学感测器101或光学感测装置100的其他元件。

图11是根据本发明的一些实施例，绘示出光学感测装置100的范例结构感测目标物103的示意图。在一些实施例中，如图11所绘示，当目标物103(例如：指纹)接触盖板层102的上表面时，目标物103将光源(未绘示)发出的光线反射，所反射的部分光线1002穿透盖板层102后被遮光层900吸收，另一部分光线1000穿透盖板层102后进入透光柱700中而入射至感测像素302，又另一部分光线1001穿透盖板层102后进入透光柱700中再经由金属材料层800反射而入射至感测像素302。藉由遮光层900以及填充于透光柱700之间的金属材料层800，可将入射光的所欲接收的部分导入至感测像素302，以达到将入射光线准直的效果。

如前所述，根据本发明的实施例，在光学感测器的形成方法中，形成光准直层于包含感测像素阵列的基板之上。然而，在形成光准直层的步骤中，于形成多个透光柱于感测像素阵列之后才形成金属材料层填充于这些透光柱之间，此可以有效防止感测像素被碎屑或污染物遮蔽，造成工艺上良品率不佳，并且被遮蔽的感测像素也会失去或降低感测入射光线的功能。本发明的实施例所提供的光学感测器及其形成方法，不仅能够提升光学感测装置的灵敏度，亦可大幅提升工艺良品率以及降低工艺成本。

值得注意的是，虽然此处所讨论的范例所揭露的例示性实施方式是有关于指纹感测装置，但本发明所提供的技术也可应用至其他型态的感测器，而不仅止于应用在侦测指纹的感测器装置。举例来说，亦可应用至生物感测器(biosensor)、医学相关(例如感测心跳或血氧)以及辐射研究等领域的感测装置中，并不局限于上述实施例所揭露的范围。

以上概述数个实施例，以便本领域相关人员可以更理解本发明实施例的观点。本领域相关人员应该理解，他们能以本发明实施例为基础，设计或修改其他工艺和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的及/或优势。本领域相关人员也应该理解到，此类等效的工艺和结构并无悖离本发明的精神与范围，且他们能在不违背本发明的精神和范围之下，做各式各样的改变、取代和替换。

Claims

1.一种光学感测器，其特征在于，包括：

一基板，包括一感测像素阵列，其中该感测像素阵列

包括多个感测像素；以及

一光准直层，位于该基板之上，其中该光准直层包括：

一图案化晶种层，于该基板之上且露出该感测像素阵列；

多个透光柱，设置于该感测像素阵列之上；

一金属材料层，位于该图案化晶种层之上且填充于所述透光柱之间；以及

一遮光层，位于该金属材料层之上。

2.如权利要求1所述的光学感测器，其特征在于，该图案化晶种层及该感测像素阵列在俯视图中的形状为互补。

3.如权利要求1所述的光学感测器，其特征在于，该图案化晶种层包括钛、铜其中之一或任意组合。

4.如权利要求1所述的光学感测器，其特征在于，所述透光柱由一透光材料所形成，并且该透光材料在300纳米至1200纳米波长范围下的光穿透率大于90％。

5.如权利要求1所述的光学感测器，其特征在于，所述透光柱在俯视图中为圆形、矩形、多边形其中之一或任意组合。

6.如权利要求1所述的光学感测器，其特征在于，所述透光柱的高宽比值在2至30的范围。

7.如权利要求1所述的光学感测器，其特征在于，每一透光柱对应地设置于每一感测像素之上。

8.如权利要求1所述的光学感测器，其特征在于，至少一透光柱覆盖二个以上的感测像素。

9.如权利要求1所述的光学感测器，其特征在于，该金属材料层包括铜、镍其中之一或任意组合。

10.如权利要求1所述的光学感测器，其特征在于，该金属材料层的厚度在50纳米至300纳米的范围。

11.如权利要求1所述的光学感测器，其特征在于，该遮光层为一树脂遮光层，并且该树脂遮光层在300纳米至1200纳米波长范围下的光穿透率小于1％。

12.一种光学感测器的形成方法，其特征在于，包括：

提供一基板，其中该基板具有一感测像素阵列，其中

该感测像素阵列包括多个感测像素；以及

形成一光准直层于该基板之上，其中形成该光准直层

于该基板之上的步骤包括：

形成一图案化晶种层于该基板之上，其中该图案化晶种层露出该感测像素阵列；

形成多个透光柱于该感测像素阵列之上；

在形成所述透光柱之后，形成一金属材料层于该图案化晶种层之上，以填充于所述透光柱之间；以及

形成一遮光层于该金属材料层之上。

13.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，执行一电镀工艺以形成该金属材料层于该图案化晶种层之上并填充于所述透光柱之间。

14.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，在形成该遮光层于该金属材料层之上之前，执行一平坦化工艺以平坦化该金属材料层，使该金属材料层与所述透光柱的顶面齐平。

15.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，该图案化晶种层及该感测像素阵列在俯视图中的形状为互补。

16.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，图案化晶种层包括钛、铜其中之一或任意组合。

17.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，所述透光柱由一透光材料所形成，并且该透光材料在300纳米至1200纳米波长范围下的光穿透率大于90％。

18.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，所述透光柱在俯视图中为圆形、矩形、多边形其中之一或任意组合。

19.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，所述透光柱的高宽比值在2至30的范围。

20.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，每一透光柱对应地设置于每一感测像素之上。

21.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，至少一透光柱覆盖二个以上的感测像素。

22.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，该金属材料层包括铜、镍其中之一或任意组合。

23.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，该金属材料层的厚度在50纳米至300纳米的范围。

24.如权利要求12所述的光学感测器的形成方法，其特征在于，该遮光层为一树脂遮光层，并且该树脂遮光层在300纳米至1200纳米波长范围下的光穿透率小于1％。