CN105868737B - 光学指纹识别装置及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学指纹识别装置及其形成方法，通过渐变通光量光刻方法形成透镜阵列，可满足更为精细、复杂的透镜制作要求，准确保证光学指纹识别装置所需的光学特性，适用于便携式电子设备，且与现有的芯片制作和封装工艺兼容，以降低成本。

Description

光学指纹识别装置及其形成方法
技术领域
本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种光学指纹识别装置及其形成方法。
背景技术
目前的指纹识别方案有光学技术，硅技术（电容式/射频式），超声波技术等。
光学技术采用光学取像设备根据的是光的全反射原理（FTIR）。光线照到压有指纹的玻璃外表，反射光线由图像传感器去取得，反射光的量依赖于压在玻璃外表的指纹脊和谷的深度，以及皮肤与玻璃间的油脂和水分。光线经玻璃射到谷的中央后在玻璃与空气的界面发生全反射，光线被反射到图像传感器，而射向脊的光线不发生全反射，而是被脊与玻璃接触面吸收或者漫反射到别的中央，这样就在图像传感器上构成了指纹的图像。
然而，目前的光学指纹识别装置体积较大，光程较长，无法应用到便携式电子设备，例如手机上。适用于手机等便携式电子设备的指纹识别装置在体积有限的前提下，为保证所需的光学特性，例如分辨率，需要采用三维表面更为精细、复杂的透镜，然而使用传统的微加工技术，如各向异性或各向同性干刻蚀、湿刻蚀只能加工有限形貌的表面，新开发的多层掩膜技术、激光三维立体光刻、电子束直接写入技术等三维微加工技术，则存在精确度差、成本高、产量低等问题，无法满足这类高精器件的制作要求。
因此，如何在体积有限的前提下，采取更为有效的透镜制作工艺以保证光学指纹识别装置的光学特性，且与现有的芯片制作和封装工艺兼容，以降低成本，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学指纹识别装置及其形成方法，满足更为精细、复杂的透镜制作要求，准确保证光学指纹识别装置所需的光学特性，适用于便携式电子设备，且与现有的芯片制作和封装工艺兼容，以降低成本。
基于以上考虑，本发明的一个方面提供一种光学指纹识别装置的形成方法，包括：通过渐变通光量光刻方法形成透镜阵列。
优选地，所述的光学指纹识别装置的形成方法还包括：于相邻透镜之间形成黑胶层。
优选地，所述的光学指纹识别装置的形成方法还包括：于相邻透镜之间形成硅光栏。
优选地，所述的光学指纹识别装置的形成方法还包括：于所述硅光栏上方设置盖板玻璃，所述盖板玻璃与所述硅光栏之间存在空隙。
本发明的另一方面提供一种光学指纹识别装置，包括通过渐变通光量光刻方法形成的透镜阵列。
优选地，所述的光学指纹识别装置还包括位于相邻透镜之间的黑胶层。
优选地，所述的光学指纹识别装置还包括位于相邻透镜之间的硅光栏。
优选地，所述的光学指纹识别装置还包括位于所述硅光栏上方的盖板玻璃，所述盖板玻璃与所述硅光栏之间存在空隙。
本发明的光学指纹识别装置及其形成方法，通过渐变通光量光刻方法形成透镜阵列，可满足更为精细、复杂的透镜制作要求，准确保证光学指纹识别装置所需的光学特性，适用于便携式电子设备，且与现有的芯片制作和封装工艺兼容，以降低成本。
附图说明
通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1-图10为根据本发明实施例一的光学指纹识别装置的形成方法的过程示意图；
图11-图18为根据本发明实施例二的光学指纹识别装置的形成方法的过程示意图。
在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种光学指纹识别装置及其形成方法，通过渐变通光量光刻方法形成透镜阵列，可满足更为精细、复杂的透镜制作要求，准确保证光学指纹识别装置所需的光学特性，适用于便携式电子设备，且与现有的芯片制作和封装工艺兼容，以降低成本。
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。
本发明提供一种光学指纹识别装置及其形成方法，包括：通过渐变通光量光刻方法形成透镜阵列。
渐变通光量光刻技术，又称为灰度光刻（Gray-tone Lithography）技术，它通过灰度掩膜把加工光束能量密度分布调制成不同的形状，对光刻胶进行曝光，微型器件一次成形，不需要移动掩膜或移动加工晶片，也不需要对光刻胶进行热处理，只需要对掩膜版进行一定的编码和标准的光刻设备，容易和其它IC工艺相兼容，实现***芯片结构的制作。灰度光刻使用灰度掩膜调制均匀辐射，一次曝光显影可形成任意表面的微光学器件，且能保证器件表面光滑，消除了二进制光刻过程中的对准误差和多步光刻、多层掩膜的缺点，器件的性能和质量仅仅和曝光剂量有关，和加工过程无关，可重复性强。
因此，通过渐变通光量光刻方法形成透镜阵列，可满足更为精细、复杂的透镜制作要求，准确保证光学指纹识别装置所需的光学特性，适用于便携式电子设备，且与现有的芯片制作和封装工艺兼容，以降低成本。
以下结合具体实施例对本发明进一步阐述。
实施例一
图1-图10为根据本发明实施例一的光学指纹识别装置的形成方法的过程示意图。
如图1-图3所示，提供硅基板110，于硅基板110上形成凹槽阵列111。优选地，于凹槽阵列111上形成二氧化硅层、氮化硅层或钛层112，作为后续刻蚀的停止层。
如图4-图6所示，提供透光基板120、图像传感器芯片130，键合透光基板120与图像传感器芯片130之后，减薄图像传感器芯片130的背面，再通过渐变通光量光刻方法于透光基板120上形成透镜阵列150，该透镜阵列150对应于图像传感器芯片130的感光阵列（未示出）。优选地，形成透镜阵列150的步骤之后于透镜阵列150上形成保护膜151，以保证后续刻蚀步骤不对透镜阵列造成伤害。
如图7-图9所示，将硅基板110的凹槽面与透光基板120键合，使凹槽阵列111对应于透镜阵列150，减薄并刻蚀硅基板110的非凹槽面，停止于停止层112，从而于相邻透镜之间形成硅光栏113。采用硅材质制作光栏，可以保证光栏的制作精度要求，包括高度、开口尺寸、对位的精度等，以保证光栏的挡光效果。此外优选地，如图6所示，还可以于透光基板120的相邻透镜之间形成黑胶层140，该黑胶层140位于后续形成的硅光栏113与透光基板120之间，作为硅光栏113的辅助，以实现更好的挡光效果。
如图10所示，依次去除凹槽阵列111中的停止层112和保护膜151（例如采用干法刻蚀），暴露出透镜阵列150。优选地，于硅光栏113上设置盖板玻璃160，该盖板玻璃160于芯片周边的非感光区域（未示出）进行粘接固定，并保证盖板玻璃160在感光区域中与硅光栏113之间存在空隙，以使光线到达盖板玻璃160时的反射条件不受影响。
此后，可通过现有的封装方法，例如CSP（芯片级封装）、TSV（硅通孔）等技术进行封装，以形成本发明的光学指纹识别装置。
实施例二
图11-图18为根据本发明实施例二的光学指纹识别装置的形成方法的过程示意图。
如图11所示，提供硅基板210，优选地，于硅基板210上形成二氧化硅层、氮化硅层或钛层211，作为后续刻蚀的停止层。
如图12-图14所示，提供透光基板220、图像传感器芯片230，键合透光基板220与图像传感器芯片230之后，减薄图像传感器芯片230的背面，再通过渐变通光量光刻方法于透光基板220上形成透镜阵列250，该透镜阵列250对应于图像传感器芯片230的感光阵列（未示出）。优选地，形成透镜阵列250的步骤之后于透镜阵列250上形成保护膜251，以保证后续刻蚀步骤不对透镜阵列造成伤害。
如图15-图17所示，将硅基板210上的停止层211朝向透光基板220，通过透光胶层270将硅基板210与透光基板220键合，透光胶层270覆盖透镜阵列250，减薄并刻蚀硅基板210形成对应于透镜阵列250的通孔阵列212，停止于停止层211，从而于相邻透镜之间形成硅光栏213。采用硅材质制作光栏，可以保证光栏的制作精度要求，包括高度、开口尺寸、对位的精度等，以保证光栏的挡光效果。此外优选地，如图14所示，还可以于透光基板220的相邻透镜之间形成黑胶层240，该黑胶层240位于后续形成的硅光栏213与透光基板220之间，作为硅光栏213的辅助，以实现更好的挡光效果。
如图18所示，依次去除通孔阵列212中的停止层211，透光胶层270和保护膜251（例如采用干法刻蚀），暴露出透镜阵列250。优选地，于硅光栏213上设置盖板玻璃260，该盖板玻璃260于芯片周边的非感光区域（未示出）进行粘接固定，并保证盖板玻璃260在感光区域中与硅光栏213之间存在空隙，以使光线到达盖板玻璃260时的反射条件不受影响。
此后，可通过现有的封装方法，例如CSP（芯片级封装）、TSV（硅通孔）等技术进行封装，以形成本发明的光学指纹识别装置。
本发明的光学指纹识别装置及其形成方法，通过渐变通光量光刻方法形成透镜阵列，可满足更为精细、复杂的透镜制作要求，准确保证光学指纹识别装置所需的光学特性，适用于便携式电子设备，且与现有的芯片制作和封装工艺兼容，以降低成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (3)

1.一种光学指纹识别装置的形成方法，其特征在于，包括：通过渐变通光量光刻方法于透光基板上形成透镜阵列，于透镜阵列上形成保护膜以保证后续刻蚀步骤不对透镜阵列造成伤害，于相邻透镜之间形成硅光栏，去除保护膜以暴露出透镜阵列；
其中，于相邻透镜之间形成硅光栏的步骤包括：
于硅基板上形成凹槽阵列，于凹槽阵列上形成后续刻蚀的停止层，将硅基板的凹槽面与透光基板键合，使凹槽阵列对应于透镜阵列，减薄并刻蚀硅基板的非凹槽面，停止于停止层；或者，于硅基板上形成后续刻蚀的停止层，硅基板上的停止层朝向透光基板与透光基板键合，减薄并刻蚀硅基板形成对应于透镜阵列的通孔阵列，停止于停止层。
2.根据权利要求1所述的光学指纹识别装置的形成方法，其特征在于，还包括：于相邻透镜之间形成黑胶层。
3.根据权利要求1所述的光学指纹识别装置的形成方法，其特征在于，还包括：于所述硅光栏上方设置盖板玻璃，所述盖板玻璃与所述硅光栏之间存在空隙。
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