光学感测器的制作方法

本公开主要关于一种光学感测器，特别涉及一种具有彩色滤光单元的光学感测器。

背景技术：

光学感测器，例如光谱感测器或是影像感测器，用以检测光线或是取得一物体的影像。光学感测器一般安装于如光谱仪或是相机等电子装置。

图1为现有光学感测器b1的示意图。光学感测器b1包括一感测层b10、多个彩色滤光单元b20、以及多个微透镜b30。感测层b10包括用以感测光线以及转换光线至电子信号的多个光二极管b11。彩色滤光单元b20设置于感测层b10上，且彩色滤光单元b20的剖面为矩形。微透镜b30设置于彩色滤光单元b20上，且用以将光线聚焦于光二极管b11。

然而，随着电子装置的发展，对于电子装置有着超薄化以及降低制造成本的要求，并且需减少现有光学感测器b1的厚度以配合超薄化的电子装置。因此，需要提供改进光学感测器的方案。

技术实现要素：

本公开提供具有较薄厚度及较低制造成本的光学感测器。

本公开提供一种光学感测器，包括一感测层、一第一彩色滤光单元、以及一格状结构。感测层包括一光二极管。第一彩色滤光单元设置于感测层的一第一底部、以及设置于第一底部的一第一顶部，其中第一顶部包括连接于第一底部的一第一底面、相对于第一底面倾斜的一第一倾斜面、以及对应于第一倾斜面且相对于第一底面倾斜的一第二倾斜面。

格状结构环绕第一顶部。第一倾斜面与第一底面具有一第一锐角，且第二倾斜面与第一底面之间具有一第二锐角。

于一些实施例中，第一锐角以及第二锐角约为65度至89度。于一些实施例中，第一锐角等于第二锐角。第一倾斜面以及第二倾斜面相对于第一彩色滤光单元的一对称平面对称排列。

于一些实施例中，第一顶部还包括相反于第一底面的一顶面，且第一顶部由第一底面至顶面逐渐变窄。

于一些实施例中，第一顶部的剖面具有一梯形，且第一顶部的剖面垂直于第一底面以及第一倾斜面。

于一些实施例中，第一底部与第一顶部一体成形，且包括相同的材质。

于一些实施例中，还包括环绕第一底部的一遮光结构，其中格状结构设置于遮光结构上。

于一些实施例中，格状结构包括设置于遮光结构的一第一格状层、设置于第一格状层的一第二格状层、以及设置于第二格状层的一第三格状层，其中第一格状层的折射率大于第二格状层的折射率，以及第二格状层的折射率大于第三格状层的折射率。

于一些实施例中，第一格状层以及第二格状层为v型。第一格状层、第二格状层以及第三格状层的材质为不同的。于一些实施例中，第一彩色滤光单元的厚度大于1um。

于一些实施例中，第一彩色滤光单元还包括设置于第一顶部的第一穹顶部，且第一穹顶部包括一弧形顶面，其中第一底部、第一顶部以及穹顶部为一体成形，且包括相同的材质。

于一些实施例中，彩色滤光单元还包括一第二彩色滤光单元以及一第三彩色滤光单元。第二彩色滤光单元包括设置于感测层上的一第二底部、设置于第二底部上的一第二顶部，其中第二顶部包括连接于第二底部的一第二底面，以及相对于第二底面的一第三倾斜面。

第三彩色滤光单元，包括设置于感测层上的一第三底部、以及设置于第三底部上的一第三顶部，其中第三顶部包括连接于第三底部的一第三底面、以及相对于第三底面倾斜的一第四倾斜面。第三倾斜面与第二底面之间具有一第三锐角，第四倾斜面与第三底面之间具有一第四锐角，第一锐角大于第三锐角，且第三锐角大于第四锐角。

于一些实施例中，第一彩色滤光单元为一蓝色的彩色滤光单元，第二彩色滤光单元为一绿色的彩色滤光单元，且第三彩色滤光单元为一红色的彩色滤光单元。

于一些实施例中，第一彩色滤光单元还包括设置于第一顶部的一第一穹顶部，第二彩色滤光单元还包括设置于第二顶部的一第二穹顶部，且第三彩色滤光单元还包括设置于第三顶部的一第三穹顶部。

于一些实施例中，第一穹顶部相对于第一顶部的高度大于第二穹顶部相对于第二顶部的高度，且第二穹顶部相对于第二顶部的高度大于第三穹顶部相对于第三顶部的高度。

于一些实施例中，第一穹顶部相对于第一顶部的高度、第二穹顶部相对于第二顶部的高度、以及第三穹顶部相对于第三顶部的高度约为50nm至150nm。

于一些实施例中，还包括设置于第一顶部、第二顶部以及第三顶部的一抗反射膜，其中抗反射膜的厚度约为100nm至250nm。

于一些实施例中，于第一顶部上的抗反射膜的厚度大于于第二顶度上的抗反射膜的厚度，以及于第二顶部上的抗反射膜的厚度大于于第三顶部上的抗反射膜的厚度。

综上所述，通过彩色滤光单元的结构，光学感测器并不需要包括现有的微透镜，因此可减少光学感测器的厚度的制造成本。

附图说明

图1为现有光学感测器的示意图。

图2为根据本公开的一些实施例中光学感测器的示意图。

图3为本公开的光学感测器以及现有具有微透镜的光学感测器的波长对qe光谱的曲线图。

图4a为本公开的光学感测器的一剖面依据530nm的光束以域有限差分(finite-differencetime-domain,fdtd)模拟方法产生的电场分布图。

图4b为现有光学感测器的一剖面依据530nm的光束以域有限差分模拟方法产生的电场分布图。

图5a为根据本公开的一些实施例的光学感测器1以及现有光学感测器的锐角对snr10的曲线图。

第5b为根据本公开的一些实施例的光学感测器1以及现有光学感测器的锐角对g-感光度(g-sensitivity)的曲线图。

图6本公开的光学感测器1以及现有具有微透镜的光学感测器以530nm的入射光线照射的入射角对qe光谱的曲线图。

图7为根据本公开的一些实施例的光学感测器的示意图。

附图标记说明：

光学感测器1

感测层10

基材11

光二极管12

彩色滤光单元20、20a、20b、20c

底部21

顶部22、22a、22b、22c

底面221、221a、221b、221c

顶面222

倾斜面223、223a、223b、223c

倾斜面224

穹顶部23、23a、23b、23c

弧形顶面231

遮光结构30

格状结构40

第一格状层41

第二格状层42

第三格状层43

底端44

顶面45

抗反射膜50

锐角a1、a2、a3、a4、a5

光学感测器b1

感测层b10

光二极管b11

彩色滤光单元b20

微透镜b30

迭置方向d1

参考平面p1、p2

对称平面p3

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本公开的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本公开，其仅作为例子，而并非用以限制本公开。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。

此外，本说明书于不同的例子中沿用了相同的元件标号及/或文字。前述的沿用仅为了简化以及明确，并不表示于不同的实施例以及设定之间必定有关联。再者，附图中的形状、尺寸、厚度、以及倾斜的角度可能为了清楚的对其进行说明目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供的对其进行说明用。

可理解的是，于下列各实施例的方法中的各步骤中，可于各步骤之前、之后以及其间增加额外的步骤，且于前述的一些步骤可被置换、删除或是移动。

图2为根据本公开的一些实施例中光学感测器1的示意图。光学感测器1用以感测光线，且转换光线为电子信号。

于一些实施例中，光学感测器1可为互补式金属氧化物半导体(cmos，complementarymetal-oxide-semiconductor)感测器。于一些实施例中，光学感测器1可为一背照式(bsi，backsideillumination)cmos感测器。于一些实施例中，光学感测器1为一影像感测器，用以获得一影像。光学感测器可应用于一影像设备，例如一数字相机。

于一些实施例中，光学感测器1可为一光谱感测器，用以检测一物体的光谱。光谱感测器可应用于一光谱仪。

光学感测器1包括一感测层10、彩色滤光单元20、一遮光结构30、格状结构40、以及一抗反射膜50。感测层10可沿一参考平面p1延伸。感测层10用以根据照射于感测层10的光线来检测入射光线。

感测层10可包括所有下列元件，但只要达到感测层10于使用上的目的，可不需包括所有下列的元件。感测层10包括一基材11以及多个光二极管12。于一些实施例中，感测层10还包括其他元件或是层(图未示)，例如光二极管12下的电路、以及用以保护电路的保护层(passivationlayer)。

光二极管12设置于基材11之内，且可以阵列的方式排列于一参考平面p1上。每一光二极管12根据照射于其上的光线的强度感测光线且产生电子信号。于一些实施例中，可通过一处理晶片(图未示)根据上述电子信号产生影像。

彩色滤光单元20设置于感测层10上。于一些实施例中，彩色滤光单元20为波导(wave-guided)彩色滤光单元。于一迭置方向d1上，每一彩色滤光单元20位于一个光二极管12上。迭置方向d1垂直于感测层10以及参考平面p1。彩色滤光单元20以阵列的方式排列于平行参考平面p1的一平面上。彩色滤光单元20的厚度大于1um。

每一彩色滤光单元20允许光线于一特定范围内的波长通过。于一些实施例中，彩色滤光单元20包括红色的彩色滤光单元、绿色的彩色滤光单元、以及蓝色的彩色滤光单元。举例而言，红色的彩色滤光单元允许光线于620nm至750nm的波长(红光)通过至光二极管12。绿色的彩色滤光单元允许光线于495nm至570nm的波长(绿光)通过至光二极管12。蓝色的彩色滤光单元允许光线于476nm至495nm的波长(蓝光)通过至光二极管12。

每一彩色滤光单元20包括一底部21以及一顶部22。底部21设置于感测层10上，且顶部22设置于底部21上。底部21以及顶部22为一体成形，且包括相同的材质。

遮光结构30设置于感测层10上。遮光结构30环绕且连接于底部21。遮光结构30排列于平行参考平面p1的一平面。于一些实施例中，遮光结构30具有低于30％的透光率。遮光结构30用以止挡光线通过。因此，减少了光线由一彩色滤光单元20穿透至另一相邻的彩色滤光单元20的量。

格状结构40设置于遮光结构30上。格状结构40环绕且连接于顶部22。格状结构40排列于平行参考平面p1的一平面。格状结构40包括连接于遮光结构30的底端44、以及连接于抗反射膜50的顶面45。于一些实施例中，格状结构40的顶面45为平坦的平面。

格状结构40的透光率大于80％或是90％。格状结构40用以反射彩色滤光单元20内的光线至光二极管12。

于一些实施例中，格状结构40及/或遮光结构30的折射率低于彩色滤光单元20的折射率，因此彩色滤光单元20、格状结构40及/或遮光结构30形成一光管结构可引导光线至光二极管12。

于一些实施例中，格状结构40的折射率约为1.2至1.5的范围之间。遮光结构30的折射率约为1.3至1.9的范围之间。彩色滤光单元20的折射率约为1.7至3.2的范围之间。

抗反射膜50设置于顶部22以及格状结构40的上。抗反射膜50用以减少射向光学感测器1的光线的反射。于一些实施例中，抗反射膜50为一平坦结构，且平行于感测层10。抗反射膜50的厚度约为100nm至250nm。

如图2所示，底部21的剖面包括矩形。顶部22的剖面包括梯形。遮光结构30的剖面包括矩形。格状结构40的剖面包括三角形。

上述的剖面垂直于参考平面p1、参考平面p2、底面221、以及感测层10。于一些实施例中，上述剖面垂直于倾斜面223及/或倾斜面224。

每一顶部22包括一底面221、一顶面222、一倾斜面223、以及一倾斜面224。于一些实施例中，底面221、顶面222、倾斜面223、及/或倾斜面224为平坦的表面。

底面221连接于底部21。于一些实施例中，底面221以及遮光结构30的顶面位于平行于参考平面p1的一参考平面p2上。

顶面222相反于底面221，且平行于底面221。顶面222连接于抗反射膜50。底面221的面积大于顶面222的面积。顶部22由底面221至顶面222逐渐变窄。

倾斜面223相对于底面221倾斜。倾斜面224相反于倾斜面223，且相对于底面221倾斜。倾斜面223以及倾斜面224相对于彩色滤光单元20的一对称平面p3对称排列。对称平面p3位于彩色滤光单元20的中央，且平行于底面221。

倾斜面223与底面221之间为一锐角a1，且倾斜面224与底面221之间为一锐角a2。锐角a1以及锐角a2约为65度至89度。于此实施例中，锐角a1等于锐角a2。

倾斜面223与倾斜面224之间的距离由底面221至顶面222逐渐变窄。上述的距离于平行于底面221的方向而被测量。

通过彩色滤光单元20以及格状结构40的结构以及设计，射向光学感测器1的光线被良好地引导至光二极管12。于本实施例中，现有的微透镜可不包括于光学感测器1中。通过省略现有的微透镜，可减少光学感测器1的厚度以及制造成本。

图3为本公开的光学感测器以及现有具有微透镜的光学感测器的波长对量子效率(quantumefficiency，qe)光谱的曲线图。于本例子中，举例而言，光学感测器1的锐角a1、a2为78度。于图3中，具有不同波长的光线射向红色的彩色滤光单元、绿色的彩色滤光单元、以及蓝色的彩色滤光单元。

于图3中，根据量子效率光谱，本公开的光学感测器1的感光度以及光互扰噪声(opticalcrosstalk)较佳。光学感测器1的qepeaks相对于现有的具有微透镜的光学感测器增加。此外，光学感测器1的光互扰噪声相对于现有的光学感测器减少。本公开的光学感测器1的信号噪声比10(signaltonoiseratio10，snr10)相对于现有的光学感测器较佳。

如第4a、4b图所示，电场强度于绿色的彩色滤光单元20b以及绿色的彩色滤光单元20b下的感测层10较为明显。此外，电场较少地分布于相邻于彩色滤光单元20的区域，例如红色的彩色滤光单元或是蓝色的彩色滤光单元，以及相邻的彩色滤光单元20下的感测层10。因此，降低了光学感测器1的光互扰噪声。

此外，彩色滤光单元20的反射较少，且降低了彩色滤光单元20的驻波效应(standingwaveeffect)。彩色滤光单元20与感测层10具有高的光通量(photoflux)。通过彩色滤光单元20的电场较深且较垂直。

图5a为根据本公开的一些实施例的光学感测器1以及现有光学感测器的锐角对snr10的曲线图。当锐角a1以及锐角a2大于65度，本公开的光学感测器1的snr10大于现有的光学感测器。

第5b为根据本公开的一些实施例的光学感测器1以及现有光学感测器的锐角对g-感光度的曲线图。当锐角a1、a2大于65度，本公开的光学感测器1的g-感光度大于现有的光学感测器。

图6本公开的光学感测器1以及现有具有微透镜的光学感测器以530nm的入射光线照射的入射角对qe光谱的曲线图。当530nm光线的入射角于约0度至30度时，光学感测器1的qeg-peak相对于现有的光学感测器为较佳的。当530nm入射光线的入射角约为0度至30度时，光学感测器1的qer-peak以及qeb-peak相对于现有的光学感测器为较佳的。

因此，光学感测器1通过彩色滤光单元20的结构以及设计可具有较佳的效率，且光学感测器1可不需要现有的微透镜。

图7为根据本公开的一些实施例的光学感测器1的示意图。格状结构40包括至少两层相互迭置的格状层，且包括至少两种不同的材质。于本实施例中，格状结构40包括一第一格状层41、一第二格状层42、以及一第三格状层43。第一格状层41设置于遮光结构30上。第二格状层42设置于第一格状层41上。第三格状层43设置于第二格状层42上。

第一格状层41、第二格状层42、以及第三格状层43的材质为不同的。于一些实施例中，第一格状层41的折射率大于第二格状层42的折射率。第二格状层42的折射率大于第三格状层43的折射率。于一些实施例中，第一格状层41的剖面以及第二格状层42的剖面为v型。第三格状层43的剖面为三角形。上述剖面垂直于底面221。

通过格状结构40的结构以及设计，光学感测器1的光线能被良好地引导至光二极管12。

于一些实施例中，彩色滤光单元20包括彩色滤光单元20a、20b、以及20c。彩色滤光单元20a可为蓝色的彩色滤光单元。彩色滤光单元20b可为绿色的彩色滤光单元。彩色滤光单元20c可为红色的彩色滤光单元。

彩色滤光单元20a的顶部22a的倾斜面223a相对于底面221a倾斜。倾斜面223a与底面221a之间为锐角a3。彩色滤光单元20b的顶部22b的倾斜面223b相对于底面221b倾斜。倾斜面223b与底面221b之间为锐角a4。

彩色滤光单元20c的顶部22c的倾斜面223c相对于底面221c倾斜。倾斜面223c与底面221c为锐角a5。锐角a3大于锐角a4。锐角a4大于锐角a5。锐角a3、a4以及a5约为65度至89度。

通过彩色滤光单元20的锐角a3、a4以及a5，光线被引导至彩色滤光单元20a的量大于光线被引导至彩色滤光单元20b的量。光线被引导至彩色滤光单元20b的量大于光线被引导至彩色滤光单元20c的量。因此，光学感测器1所产生的影像的品质可通过彩色滤光单元20的锐角a3、a4以及a5加强。

彩色滤光单元20还包括设置于顶部22的穹顶部23。每一穹顶部23包括一弧形顶面231。因此，穹顶部23的功能可如同现有的微透镜，穹顶部23可将光线聚焦于光二极管12。通过穹顶部23的结构以及设计，照射于光学感测器1的光线能被良好地引导至光二极管12。

于一些实施例中，彩色滤光单元20a还包括设置于顶部22a的一穹顶部23a。彩色滤光单元20b还包括设置于顶部22b的一穹顶部23b。彩色滤光单元20c还包括设置于顶部22c的一穹顶部23c。穹顶部23a相对于顶部22a的高度大于穹顶部23b相对于顶部22b的高度。穹顶部23b相对于顶部22b的高度大于穹顶部23c相对于顶部22c的高度。穹顶部23a、23b以及23c的高度约为50nm至150nm。

通过穹顶部23的高度，光线被引导至彩色滤光单元20a的量大于光线被引导至彩色滤光单元20b的量。光线被引导至彩色滤光单元20b的量大于光线被引导至彩色滤光单元20c的量。光学感测器1所产生影像的品质可通过调整穹顶部23的高度来加强。

于一些实施例中，于顶部22a上的抗反射膜50的厚度大于顶部22b上的抗反射膜50的厚度。顶部22b上的抗反射膜50的厚度大于顶部22c上的抗反射膜50的厚度。

通过抗反射膜50的厚度，光线被引导至彩色滤光单元20a的量可大于光线被引导至彩色滤光单元20b的量。光线被引导至彩色滤光单元20b的量可大于光线被引导至彩色滤光单元20c的量。光学感测器1所产生的影像的品质可通过调整抗反射膜50的厚度来加强。

综上所述，通过彩色滤光单元的结构，光学感测器并不需要包括现有的微透镜，因此可减少光学感测器的厚度的制造成本。

上述已公开的特征能以任何适当方式与一或多个已公开的实施例相互组合、修饰、置换或转用，并不限定于特定的实施例。

本公开虽以各种实施例公开如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本公开的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本公开的精神和范围内，当可做些许的变动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本公开的范围，本公开的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。