本發(fā)明涉及一種光檢測裝置及其制造方法，且特別是涉及一種于彩色濾光陣列(color filter array)之后形成濾光膜層(light filter film)的光檢測裝置及其制造方法。

背景技術(shù)：

光感測器是可以捕捉和轉(zhuǎn)換光為電子信號的一種光檢測裝置。光感測器可以廣義地分成兩類：影像感測器(image sensor)和環(huán)境光感測器(ambient light sensor，ALS)。影像感測器可以將一光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為一電子信號。而環(huán)境光感測器則偵測可獲得的環(huán)境光源，其中包含可見光以及紅外光線，并在一應(yīng)用中，如電子產(chǎn)品的顯示面板(如液晶顯示面板)，幫助一程序處理器(processor)決定一背光亮度或影像感測器所需的亮度?？蓱?yīng)用的電子產(chǎn)品例如是手機、平板電腦、和可測量和處理光線的其他型態(tài)的產(chǎn)品。通過環(huán)境光感測器偵測環(huán)境的亮暗程度，而控制和調(diào)整顯示面板的背光，進而減少顯示系統(tǒng)整體的功率損耗。因此環(huán)境光感測器的使用可節(jié)省顯示面板的能源和增加顯示面板的使用壽命。

環(huán)境光感測器和影像感測器的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)仍有許多問題待解決。例如，傳統(tǒng)感測器結(jié)構(gòu)中構(gòu)成彩色濾光陣列的彩色濾光元件有大幅度的高度落差，而可能造成彩色濾光元件形成不良的問題。而且，在無機層上不容易形成彩色濾光陣列。再者，彩色濾光層的邊緣必須與無機層的邊緣保持一距離。因此，如何發(fā)展出一種具有良好特性的改良結(jié)構(gòu)的光檢測裝置，例如形成一沒有缺陷且可靠的彩色濾光陣列，以及形成均勻分布的彩色濾光元件，是業(yè)者欲達到的目標之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種光檢測裝置及其制造方法，其可改善裝置的組成元件的機構(gòu)和提升元件的特性。

根據(jù)一實施例，提出一種光檢測裝置，包括一圖案化金屬層(patterned metal layer)形成于一基板上方；一保護層(passivation layer)形成于基板上方且暴露出部分圖案化金屬層；多個彩色濾光元件(color filter elements)形成于保護層上；和一圖案化無機濾光層(patterned inorganic light filter film)形成于彩色濾光元件上方。

根據(jù)一實施例，提出一種光檢測裝置的制造方法，包括：提供一基板，且基板具有一圖案化金屬層形成于其上方；形成一保護層于基板上方且暴露出部分圖案化金屬層；形成多個彩色濾光元件于保護層上；和形成一圖案化無機濾光層于彩色濾光元件上方。

為了對本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉實施例，并配合所附的附圖，作詳細說明如下。然而，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以附上的權(quán)利要求所界定的為準。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實施例的光檢測裝置的示意圖；

圖2為本發(fā)明第二實施例的光檢測裝置的示意圖；

圖3A到圖3J為本發(fā)明第二實施例的光檢測裝置的制造方法的示意圖；

圖4為一實施例的光檢測裝置的一圖案化無機濾光層的局部示意圖；

圖5為第二實施例的一種具有微透鏡的光檢測裝置的示意圖；

圖6為第二實施例的另一種具有微透鏡的光檢測裝置的示意圖。

符號說明

10：基板

12：圖案化金屬層

121：金屬接墊

14：保護層

15：中間層

16：彩色濾光元件

16R：紅色濾光元件

16G：綠色濾光元件

16B：藍色濾光元件

171：第一圖案化光致抗蝕劑

172：第二圖案化光致抗蝕劑

18：圖案化無機濾光層

181：第一無機層

182：第二無機層

18a：第一無機材料層

18b：第二無機材料層

A1：第一光檢測區(qū)域

A2：第二光檢測區(qū)域

具體實施方式

以下所公開的實施例內(nèi)容中，配合圖示以詳細說明本發(fā)明所提出的一種光檢測裝置及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明，彩色濾光陣列(color filter array，CFA)(以有機材料制得)于形成濾光層(light filter film)(以無機材料制得)之前形成。依實施例所提出的光檢測裝置具有許多優(yōu)異特點。例如，可以避免任何后段制作工藝如N-甲基比咯酮(N-methyl-2-pyrollidinone，NMP)清洗、等離子體轟擊、溶劑處理、接墊重開(pad re-open)等制作工藝對彩色濾光陣列造成損害。再者，由于實施例的彩色濾光陣列的形成是在形成無機濾光層之前，因此在實施例的光檢測裝置中可以成功地避免發(fā)生在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中厚濾光層所造成的粗糙表面，而達到更佳的彩色濾光陣列涂布形成的控制(CFA coating control)及均勻度(uniformity)。再者，實施例的以無機濾光層形成于彩色濾光陣列之上，可以不用擔(dān)心彩色濾光陣列會有涂布形成不良的問題。因此，實施例提出的制造方法簡化了光檢測裝置的制作程序，也提升了光檢測裝置的品質(zhì)和良率。

以下提出兩個實施例，配合圖示以詳細說明本發(fā)明的相關(guān)結(jié)構(gòu)和制作工藝。然而本發(fā)明并不僅限于此，本發(fā)明并非顯示出所有可能的實施例。相同和/或相似元件沿用相同和/或相似元件符號。注意，未于本發(fā)明提出的其他實施態(tài)樣也可能可以應(yīng)用?？蓪嵤┑募毑拷Y(jié)構(gòu)和步驟可能有些不同，可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)根據(jù)實際應(yīng)用的需要而加以變化與修飾。再者，附圖上的尺寸比例并非按照實物等比例繪制。因此，說明書和圖示內(nèi)容僅作敘述實施例之用，而非作為限縮本發(fā)明保護范圍之用。

<第一實施例>

圖1繪示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光檢測裝置的示意圖。光檢測裝置包括一圖案化金屬層(patterned metal layer)12形成于一基板10上方，一保護層(passivation layer)14形成于基板10上方且暴露出部分的圖案化金屬層12，多個彩色濾光元件(color filter elements)16形成于保護層14上，和一圖案化無機濾光層(patterned inorganic light filter film)18形成于彩色濾光元件16上方。圖案化金屬層12暴露出來的部分可做為金屬接墊(metal pads)。圖1中繪示一金屬接墊121作舉例說明。

一實施例中，基板10上例如是包括有數(shù)個光電二極管/晶體管(photodiodes/transistors)(未繪示)形成其上，且一介間絕緣層(interlayer insulating film)(未繪示)可形成于基板10和光電二極管/晶體管上，其中保護層14形成于介間絕緣層上。再者，實施例的彩色濾光元件16例如是包括數(shù)個紅色濾光元件16R(一紅色濾光層)、綠色濾光元件16G(一綠色濾光層)和藍色濾光元件16B(一藍色濾光層)。然而，通常知識者當(dāng)知，圖1中紅色濾光元件16R、綠色濾光元件16G和藍色濾光元件16B的設(shè)置僅為舉例說明之用，并非用以限制本發(fā)明，其設(shè)置方式可依據(jù)實際應(yīng)用的需求而作適當(dāng)安排與變化。

一實施例中，圖案化無機濾光層18的厚度在2μm到7μm范圍之間。一實施例中，各彩色濾光元件16例如紅色濾光元件16R、綠色濾光元件16G和藍色濾光元件16B的厚度在0.5μm到2.5μm之間。一實施例中，彩色濾光元件16于溫度25℃到280℃范圍之間形成。例如，在室溫進行彩色濾光元件16的涂布，后續(xù)烘烤則上升至更高溫度如高達約280℃。

實施例的可遮蔽可見光的圖案化無機濾光層18包括至少兩種無機濾光層。三種或更多種無機濾光層也可應(yīng)用。圖案化無機濾光層18中的該些無機濾光層可用來遮蔽不同波長的光以達到不同應(yīng)用所需的目的。例如無機濾光層18可遮蔽波長如400～800nm的可見光，而讓紅外光(光波>800nm)通過，但本發(fā)明并不僅限制于此應(yīng)用，也可遮蔽其他波長范圍的光線(可見光)以及準許特定范圍的光線(如紅外光)通過。第一實施例中，圖案化無機濾光層18例如是包括一第一無機層(first inorganic film)181形成于一第一光檢測區(qū)域(first light detecting region)A1，和一第二無機層(second inorganic film)182形成于一第二光檢測區(qū)域(second light detecting region)A2。再者，第一無機層181例如是與第二無機層182分隔開來。

一實施例中，第一光檢測區(qū)域A1例如是具有由彩色濾光元件形成的至少一堆疊；例如第一光檢測區(qū)域A1中具有一綠色濾光元件16G，以及藍色濾光元件16B疊置于紅色濾光元件16R上的一堆疊。而第二光檢測區(qū)域A2例如是具有排列為一陣列的數(shù)個彩色濾光元件；例如由綠色濾光元件16G、紅色濾光元件16R和藍色濾光元件16B排成的一陣列，如圖1所示。第一光檢測區(qū)域A1和第二光檢測區(qū)域A2例如分別對應(yīng)于環(huán)境光感測(ambient light sensor，ALS)區(qū)域和影像感測(image sensor)區(qū)域，或者兩者都對應(yīng)環(huán)境光感測區(qū)域、或都對應(yīng)影像感測區(qū)，可根據(jù)實際應(yīng)用的需求而定，本發(fā)明對此并沒有特別限制。

<第二實施例>

圖2繪示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光檢測裝置的示意圖。第二實施例的光檢測裝置與第一實施例的光檢測裝置類似，除了有中間層的形成。第一實施例所例示的光檢測裝置沒有中間層存在，而第二實施例所例示的光檢測裝置則具有一中間層(an inter-layer)15覆蓋彩色濾光元件。請也參照圖1和第一實施例中的相關(guān)敘述，相同內(nèi)容在此不再贅述。

第二實施例中，光檢測裝置還包括一中間層15形成于保護層14上，例如全面地覆蓋彩色濾光元件16但位于圖案化金屬層12的暴露部分(如金屬接墊121)之外。之后，圖案化無機濾光層18形成于中間層15。因此，中間層15位于彩色濾光元件16和圖案化無機濾光層18之間。

如圖2所示，中間層15覆蓋位于第一光檢測區(qū)域A1和第二光檢測區(qū)域A2的所有彩色濾光元件16，其中第一無機層181和第二無機層182形成于中間層15上方并分別對應(yīng)地位于第一光檢測區(qū)域A1和第二光檢測區(qū)域A2。一實施例中，中間層15可以是光致抗蝕劑形成的一平坦層(planar layer)、四乙基硅烷層(tetraethoxysilane，TEOS)、二氧化硅層、富硅氧化層(silicon-rich oxide，SRO)、等離子體增強氧化層(plasma-enhanced oxide，PE-oxide)和旋轉(zhuǎn)涂布玻璃(spin on glass，SOG)膜層其中之一，或前述之中任選(任二或多者)的組合。一實施例中，中間層15例如是以一低溫化學(xué)氣相沉積(CVD)制作工藝形成。

圖3A到圖3J繪示本發(fā)明第二實施例的光檢測裝置的制造方法。首先，提供一基板10，且基板10具有一圖案化金屬層12形成其上方；之后形成一保護層14于基板10上方且暴露出部分的圖案化金屬層12。之后，形成多個 彩色濾光元件(color filter elements)16于保護層14上。如圖3A所示，包括多個紅色濾光元件16R的一紅色濾光層(或其他顏色如綠色或藍色的濾光元件也可)形成于保護層14上。如圖3B所示，包括多個藍色濾光元件16B的一藍色濾光層(或其他顏色如紅色或綠色的濾光元件也可)形成于保護層14上；例如于第一光檢測區(qū)域A1處形成不同顏色的濾光元件(如藍色濾光元件疊置于紅色濾光元件上)的一堆疊。如圖3C所示，包括多個綠色濾光元件16G的一綠色濾光層(或其他顏色如紅色或藍色的濾光元件也可)形成于保護層14上。根據(jù)此實施例，綠色濾光元件16G、紅色濾光元件16R和藍色濾光元件16B排成的一陣列位于第二光檢測區(qū)域A2中。值得注意的是，如圖3A-圖3C中所示的紅色濾光元件16R、綠色濾光元件16G和藍色濾光元件16B的設(shè)置僅為舉例說明之用，可依據(jù)實際應(yīng)用的需求而作適當(dāng)安排與變化。

一實施例中，各彩色濾光元件16例如紅色濾光元件16R、綠色濾光元件16G和藍色濾光元件16B的厚度在0.5μm到2.5μm之間。一實施例中，彩色濾光元件16于溫度25℃到280℃范圍之間形成。例如，在室溫進行彩色濾光元件16的涂布，后續(xù)烘烤則上升至更高溫度如高達約280℃。

之后，形成一中間層(an inter-layer)15以全面地覆蓋彩色濾光元件16和金屬接墊121，如圖3D所示。中間層15(例如平坦層(光致抗蝕劑)、氧化物等)可保護彩色濾光元件16免于后續(xù)形成無機膜層的制作工藝時對其的損壞。一實施例中，中間層15的厚度(可能包括了平坦層和氧化物的厚度)在到之間。一實施例中，中間層15于溫度100℃到300℃之間沉積于保護層14上。

之后，形成一圖案化無機濾光層18(例如一多層膜結(jié)構(gòu))于中間層15上。在此實施例中，以先形成第一無機層181，再依序形成第二無機層182為例作本發(fā)明其中一種可應(yīng)用方法的說明。

如圖3E所示，形成一第一圖案化光致抗蝕劑171以定義出形成第一無機層181的一區(qū)域。一實施例中，第一圖案化光致抗蝕劑171遮蓋第二光檢測區(qū)域A2和金屬接墊121。

如圖3F所示，第一無機層181沉積于中間層15上。一實施例中，沉積的第一無機層181對應(yīng)第一光檢測區(qū)域A1如環(huán)境光感測(ALS)區(qū)域。另一實施例中，沉積的第一無機層181也可對應(yīng)一環(huán)境光感測區(qū)域和一影像感測區(qū)域。形成第一無機層181后，移除第一圖案化光致抗蝕劑171。

如圖3G所示，形成一第二圖案化光致抗蝕劑172以定義出形成第二無機層182的一區(qū)域。

如圖3H所示，沉積第二無機層182于中間層15上。第二無機層182的形成方式可與第一無機層181的形成方式相同。

如圖3I所示，移除第二圖案化光致抗蝕劑172，形成一圖案化無機濾光層18(包括第一無機層181和第二無機層182)。一實施例中，圖案化無機濾光層18的厚度在2μm到7μm范圍之間。

之后，通過移除沉積于金屬接墊121表面上的中間層15的部分，以重新打開金屬接墊121，如圖3J所示(圖3J同圖2)。

第一無機層181和第二無機層182可應(yīng)用的材料廣泛。例如，可以選用過濾紅外光的一些無機濾光材料，或是可準許紅外光通過的無機濾光材料，如準許波長550+/-100 nm的光線(可見光)通過(BP550，又稱IR-cut)的彩色濾光材料，準許波長>850 nm的光線通過(BP850)的彩色濾光材料，準許波長>950 nm的光線通過(BP950)的彩色濾光材料，等等。彩色濾光材料的使用視應(yīng)用時的特定區(qū)域欲達到的濾光目的而作適當(dāng)選擇或組合，本發(fā)明對此并不多作限制。

再者，在彩色濾光元件16上方用來形成圖案化無機濾光層18的一無機層，例如是一單層或一多層膜結(jié)構(gòu)。圖4為根據(jù)一實施例的光檢測裝置的一圖案化無機濾光層的局部示意圖。圖案化無機濾光層18例如是包括多個第一無機材料層(first inorganic material layers)18a和第二無機材料層(second inorganic material layers)18b交替堆疊而成。第一無機材料層18a的第一介電系數(shù)(first dielectric coefficient，k1)不同于第二無機材料層18b的第二介電系數(shù)(second dielectric coefficient，k2)。再者，多層第一無機材料層18a可能具有相同或不同厚度；類似的，多層第二無機材料層18b可能具有相同或不同厚度。第一無機材料層18a和第二無機材料層18b各層的厚度可以視實際濾光波長的需求而作調(diào)整。光穿透特性也可通過第一無機材料層18a和第二無機材料層18b的層數(shù)而作調(diào)整。

一實施例中，圖案化無機濾光層18例如是包括數(shù)層氧化鈦層(Ti_xO_y，第一無機材料層18a)和氧化硅層(Si_aO_b，第二無機材料層18b)交替堆疊而成。另一實施例中，圖案化無機濾光層18例如是包括數(shù)層氮化硅層(SixNy，第一無機材料層18a)和氧化硅層(Si_aO_b，第二無機材料層18b)交替堆疊而成。

另外，光檢測裝置的微透鏡(micro-lens)可以在形成圖案化無機濾光層18之后或之前形成。圖5為第二實施例的一種具有微透鏡的光檢測裝置的示意圖。如圖5所示，微透鏡20于形成圖案化無機濾光層18之后形成；例如，形成圖案化光致抗蝕劑于第一無機層181和第二無機層182上方以做為微透鏡20。再者，可以選擇性地形成一平坦層19以覆蓋圖案化無機濾光層18，而微透鏡20則形成于平坦層19上，有平坦層19存在可提升微透鏡20分布的均勻度和其構(gòu)型。

圖6為第二實施例的另一種具有微透鏡的光檢測裝置的示意圖。在此實施例中，一平坦層19形成于彩色濾光元件16上，微透鏡20則形成于平坦層19上(在彩色濾光元件16上方)，中間層15覆蓋微透鏡20以做為一保護層。注意的是，形成于微透鏡20上的圖案化無機濾光層18應(yīng)在不使微透鏡20產(chǎn)生形變的溫度下進行制作。

根據(jù)上述，實施例提出的光檢測裝置，其濾光層(以無機材料制得)在彩色濾光陣列(以有機材料制得)形成之后進行制作，具有許多優(yōu)點。例如，可成功避免任何后段制作工藝(如N-甲基比咯酮清洗、等離子體轟擊、溶劑處理、接墊重開等制作工藝)對彩色濾光陣列造成損害；沒有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中厚濾光層所造成的粗糙表面的缺陷產(chǎn)生，因而達到更佳的彩色濾光陣列涂布形成的控制(CFA coating control)及均勻度(uniformity)；以及不用擔(dān)心彩色濾光陣列會有涂布形成不良的問題(實施例的無機濾光層形成于彩色濾光陣列之上)。再者，實施例的制造方法簡單、易進行，簡化了光檢測裝置的制作程序，可節(jié)省制作工藝時間和得以維持低的制造成本。綜上，實施例提出的結(jié)構(gòu)和制造方法不但提升了光檢測裝置的良率，也由于彩色濾光陣列和圖案化無機濾光層沒有缺陷產(chǎn)生而可達到更好的光學(xué)特性。

其他實施例，例如不同構(gòu)型的彩色濾光元件的圖案、圖案化無機濾光層和中間層等，也可應(yīng)用，并可視應(yīng)用時的實際狀況與需求而作適當(dāng)改變。因此，如圖示所繪示的結(jié)構(gòu)僅作說明之用，并非用以限制本發(fā)明欲保護的范圍。相關(guān)技術(shù)者當(dāng)知，實施例中構(gòu)成元素的形狀和位置并不限于圖示所繪，而是可根據(jù)實際應(yīng)用時的需求和/或制造步驟作相應(yīng)調(diào)整。

雖然結(jié)合以上實施例公開了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以附上的權(quán)利要求所界定 的為準。