CN113707678B - 光学指纹器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学指纹器件及其制造方法，该方法包括如下步骤：提供形成有若干图像传感器的第一晶圆；在第一晶圆上设置挡光结构；采用透光材料形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构并在所述透光结构上形成微透镜；从而形成所述光学指纹器件。本发明通过采用透光材料形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构，代替现有技术中的透光层，提高结构可靠性，改善入射光线的均匀性，提高像素单元接收光学信号的准确性，改善光学指纹器件的识别性能，由于采用机械切割或激光切割方式去除覆盖层，相比现有技术的刻蚀工艺，节省了工艺时间，提高了生产效率，增加了产能，降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学指纹器件及其制造方法。
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。其中，光学指纹识别技术已被广泛应用于便携式电子装置中。
光学指纹识别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透光层（例如有机、无机玻璃）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。
由于需要较大尺寸的微透镜以增加入射光的能量，实现较高的图像质量，现有技术中，常常需要在像素单元上方设置较厚的透光层（50μm以上）且在像素单元之间设置较厚的挡光层（例如15-50μm）以便解决入射光进入图像传感器的相邻像素单元从而造成信号串扰的问题。另外还需要在像素单元上方设置红外截止滤光膜以减少入射光中的红外光进入图像传感器造成噪声串扰和图像失真，提高光学指纹器件的光学性能。但需注意的是，透光层、挡光层、红外截止滤光膜均需要避开图像传感器的焊盘区，以免影响焊盘区的电学连接性能。
然而，采用贴膜方式在像素单元上方设置透光层的可靠性较差，孔内膜的均一性也不好控制，使得穿过透光层的入射光线常常存在均匀性较差的问题，从而影响图像传感器像素单元接收到的光学信号准确性，进而影响光学指纹器件的识别性能。
此外，现有技术中常常通过刻蚀工艺去除焊盘区对应的透光层、挡光层、红外截止滤光膜以实现打开图像传感器的焊盘区的目的，工艺难度比较大，刻蚀效率也比较低，产能非常有限，制造成本相对升高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学指纹器件及其制造方法，提高结构可靠性，改善入射光线的均匀性，提高像素单元接收光学信号的准确性，改善光学指纹器件的识别性能，提高生产效率，增加产能，降低制造成本。
基于以上考虑，本发明的一个方面提供一种光学指纹器件的制造方法，包括如下步骤：提供形成有若干图像传感器的第一晶圆；在第一晶圆上设置挡光结构；采用透光材料形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构并在所述透光结构上形成微透镜；从而形成所述光学指纹器件。
优选的，所述挡光结构由不透可见光的材料制成。
优选的，所述挡光结构由第二晶圆或有机挡光材料形成。
优选的，采用压印的方式一体成型所述透光结构和微透镜。
优选的，先用压印或涂覆的方式形成透光结构，平坦化所述透光结构，再用压印或涂覆的方式在所述透光结构上形成微透镜。
优选的，所述透光材料为光敏胶，二氧化硅或有机材料。
优选的，形成透光结构之前，采用覆盖层阻挡图像传感器的焊盘区以避免所述透光材料接触焊盘区；形成透光结构和微透镜之后，去除所述覆盖层对应于焊盘区的部分以暴露出焊盘区。
优选的，该覆盖层与焊盘区之间具有间隙，采用机械切割或激光切割的方式去除所述覆盖层对应于焊盘区的部分。
优选的，所述挡光结构作为覆盖层，或者在所述挡光结构上设置透光层作为覆盖层。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：在所述微透镜之间形成挡光层。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：在所述挡光结构和第一晶圆之间形成红外截止滤光膜。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：在所述挡光结构表面及侧壁覆盖减反射层。
本发明的另一方面提供一种光学指纹器件，包括：形成有若干图像传感器的第一晶圆；设置于所述第一晶圆上的挡光结构；位于图像传感器感光单元上方的透光结构以及位于所述透光结构上的微透镜。
优选的，所述挡光结构由不透可见光的材料形成。
优选的，所述挡光结构由第二晶圆或有机挡光材料形成。
优选的，所述透光结构和微透镜由光敏胶，二氧化硅或有机材料的透光材料形成。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：位于所述微透镜之间的挡光层。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：位于所述挡光结构和第一晶圆之间的红外截止滤光膜。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：位于所述挡光结构表面及侧壁的减反射层。本发明的光学指纹器件及其制造方法，通过采用透光材料形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构，代替现有技术中的透光层，提高结构可靠性，改善入射光线的均匀性，提高像素单元接收光学信号的准确性，改善光学指纹器件的识别性能，由于采用机械切割或激光切割方式去除覆盖层，相比现有技术的刻蚀工艺，节省了工艺时间，提高了生产效率，增加了产能，降低了制造成本。
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7为根据本发明实施例一的光学指纹器件制造方法的过程示意图；
图8-图15为根据本发明实施例二的光学指纹器件制造方法的过程示意图。
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
本发明提供一种光学指纹器件及其制造方法，通过采用透光材料形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构，代替现有技术中的透光层，提高结构可靠性，改善入射光线的均匀性，提高像素单元接收光学信号的准确性，改善光学指纹器件的识别性能，由于采用机械切割或激光切割方式去除覆盖层，相比现有技术的刻蚀工艺，节省了工艺时间，提高了生产效率，增加了产能，降低了制造成本。
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器件的制造方法，包括如下步骤：提供形成有若干图像传感器的第一晶圆；在第一晶圆上设置挡光结构；采用透光材料形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构并在所述透光结构上形成微透镜；从而形成所述光学指纹器件。
下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
实施例一
参见图1，提供形成有若干图像传感器的第一晶圆100，该图像传感器包括焊盘区102和感光区103，焊盘区102和感光区103在图中以虚线间隔开。
参见图2，提供用于形成挡光结构的第二晶圆106。优选的，所述挡光结构由不透可见光的材料形成。本领域技术人员可以理解，利用第二晶圆形成挡光结构仅为本发明的一种优选实施例，根据工艺及应用需要，也可以由例如黑胶等其他有机挡光材料形成挡光结构。
优选的，在第二晶圆106与第一晶圆100结合之前，刻蚀第二晶圆106对应于图像传感器的焊盘区102的部分以形成凹槽，并在第二晶圆106表面形成红外截止滤光膜101。在未示出的其他优选实施例中，也可以采用剥离工艺或者治具阻挡的方式使得所述红外截止滤光膜101避开对应于图像传感器的焊盘区102的部分。
本领域技术人员可以理解，红外截止滤光膜101位于第二晶圆106表面仅为本发明的一种优选实施例，根据工艺及应用需要，红外截止滤光膜101还可以设置在第二晶圆106和第一晶圆100之间的其他位置（例如第一晶圆100表面），或者第二晶圆106上方。
参见图3，优选的，第二晶圆106采用粘合或氧化层键合的方式形成于第一晶圆100上，减薄并刻蚀第二晶圆形成挡光结构106，该挡光结构106对应图像传感器的感光单元的区域具有间隙113。优选的，还可以在所述挡光结构106表面及侧壁覆盖减反射层，以及减少挡光结构106对光线的反射。
参见图4-图6，采用透光材料107填充间隙113形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构110并在透光结构110上形成微透镜108。优选的，透光材料为光敏胶，二氧化硅（SOG材料）或有机材料。具体的，先用压印（例如纳米压印）或涂覆的方式填充间隙113形成透光结构110，平坦化凸出于间隙113的透光材料107，再用压印或涂覆的方式在透光结构110上形成微透镜108。在未示出的其他优选实施例中，也可以采用压印的方式一体成型所述透光结构110和微透镜108。
优选的，可以在形成所述微透镜108时，同时形成微透镜108之间的透明侧墙111，再在所述透明侧墙111上形成例如黑胶材料的挡光层109，以便进一步降低光线串扰导致的信号干扰。在未示出的其他优选实施例中，也可以直接在微透镜108之间形成挡光层109。
参见图7，由于在填充间隙113之前，采用挡光结构106作为覆盖层阻挡了图像传感器的焊盘区102，可以避免透光材料107接触焊盘区102。在形成透光结构110和微透镜108之后，减薄第一晶圆100并去除所述覆盖层对应于焊盘区102的部分以暴露出焊盘区102。优选的，该覆盖层与焊盘区102之间具有间隙114，可以采用机械切割或激光切割的方式去除所述覆盖层对应于焊盘区102的部分，从而形成如图7所示的光学指纹器件。
本发明的光学指纹器件的制造方法，通过采用透光材料形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构，代替现有技术中的透光层，提高结构可靠性，改善入射光线的均匀性，提高像素单元接收光学信号的准确性，改善光学指纹器件的识别性能，由于采用机械切割或激光切割方式去除覆盖层，相比现有技术的刻蚀工艺，节省了工艺时间，提高了生产效率，增加了产能，降低了制造成本。
如图7所示，本发明的光学指纹器件包括：形成有若干图像传感器的第一晶圆100；设置于所述第一晶圆100上的挡光结构106；位于图像传感器感光单元上方的的透光结构110以及位于所述透光结构110上的微透镜108。
优选的，所述挡光结构106由第二晶圆或有机挡光材料形成。
优选的，所述透光结构110和微透镜108由光敏胶，二氧化硅或有机材料的透光材料形成。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：位于所述微透镜108之间的挡光层109。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：位于所述挡光结构106和第一晶圆100之间的红外截止滤光膜101。
实施例二
参见图8，提供形成有若干图像传感器的第一晶圆200，该图像传感器包括焊盘区202和感光区203，焊盘区202和感光区203在图中以虚线间隔开。
参见图9，提供用于形成挡光结构的第二晶圆206。优选的，所述挡光结构由不透可见光的材料形成。本领域技术人员可以理解，利用第二晶圆形成挡光结构仅为本发明的一种优选实施例，根据工艺及应用需要，也可以由例如黑胶等其他有机挡光材料形成挡光结构。
优选的，在第二晶圆206与第一晶圆200结合之前，在第二晶圆206表面形成红外截止滤光膜201。优选的，可以采用剥离工艺或者治具阻挡的方式使得所述红外截止滤光膜201避开对应于图像传感器的焊盘区202的部分。
本领域技术人员可以理解，红外截止滤光膜201位于第二晶圆206表面仅为本发明的一种优选实施例，根据工艺及应用需要，红外截止滤光膜201还可以设置在第二晶圆206和第一晶圆200之间的其他位置（例如第一晶圆200表面），或者第二晶圆206上方。
参见图10，优选的，第二晶圆206采用粘合或氧化层键合的方式形成于第一晶圆200上，减薄并刻蚀第二晶圆形成挡光结构206，该挡光结构206对应图像传感器的感光单元的区域具有间隙213。优选的，还可以在所述挡光结构206表面及侧壁覆盖减反射层，以及减少挡光结构206对光线的反射。
参见图11-图12，在挡光结构206上设置透光层212，去除透光层212对应于图像传感器感光区203的部分，保留对应于焊盘区202的部分作为覆盖层，用于在后续步骤中阻挡焊盘区202接触透光材料。
参见图13-图14，采用透光材填充间隙213形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构210并在透光结构210上形成微透镜208。优选的，透光材料为光敏胶，二氧化硅（SOG材料）或有机材料。具体的，先用压印或涂覆的方式填充间隙213形成透光结构210，平坦化凸出于间隙213的透光材料，再用压印或涂覆的方式在透光结构210上形成微透镜208。在未示出的其他优选实施例中，也可以采用压印的方式一体成型所述透光结构210和微透镜208。
优选的，可以在形成所述微透镜208时，同时形成微透镜208之间的透明侧墙211，再在所述透明侧墙211上形成例如黑胶材料的挡光层209，以便进一步降低光线串扰导致的信号干扰。在未示出的其他优选实施例中，也可以直接在微透镜208之间形成挡光层209。
参见图15，在形成透光结构210和微透镜208之后，减薄第一晶圆200并去除所述覆盖层对应于焊盘区202的部分以暴露出焊盘区202。优选的，该覆盖层与焊盘区202之间具有间隙214，可以采用机械切割或激光切割的方式去除所述覆盖层对应于焊盘区202的部分，从而形成如图15所示的光学指纹器件。
本发明的光学指纹器件的制造方法，通过采用透光材料形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构，代替现有技术中的透光层，提高结构可靠性，改善入射光线的均匀性，提高像素单元接收光学信号的准确性，改善光学指纹器件的识别性能，由于采用机械切割或激光切割方式去除覆盖层，相比现有技术的刻蚀工艺，节省了工艺时间，提高了生产效率，增加了产能，降低了制造成本。
如图15所示，本发明的光学指纹器件包括：形成有若干图像传感器的第一晶圆200；设置于所述第一晶圆200上的挡光结构206；位于图像传感器感光单元上方的的透光结构210以及位于所述透光结构210上的微透镜208。
优选的，所述挡光结构206由第二晶圆或有机挡光材料形成。
优选的，所述透光结构210和微透镜208由光敏胶，二氧化硅或有机材料的透光材料形成。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：位于所述微透镜208之间的挡光层209。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：位于所述挡光结构206和第一晶圆200之间的红外截止滤光膜201。
综上所示，本发明的光学指纹器件及其制造方法，通过采用透光材料形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构，代替现有技术中的透光层，提高结构可靠性，改善入射光线的均匀性，提高像素单元接收光学信号的准确性，改善光学指纹器件的识别性能，由于采用机械切割或激光切割方式去除覆盖层，相比现有技术的刻蚀工艺，节省了工艺时间，提高了生产效率，增加了产能，降低了制造成本。
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 (12)
1.一种光学指纹器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供形成有若干图像传感器的第一晶圆；
在第一晶圆上设置挡光结构；
采用透光材料形成位于图像传感器感光单元上方的透光结构并在所述透光结构上形成微透镜；
从而形成所述光学指纹器件；
其中，所述挡光结构、透光结构、微透镜与所述图像传感器的感光区位于所述第一晶圆的同一面；
形成透光结构之前，采用覆盖层阻挡图像传感器的焊盘区以避免所述透光材料接触焊盘区；形成透光结构和微透镜之后，去除所述覆盖层对应于焊盘区的部分以暴露出焊盘区；
该覆盖层与焊盘区之间具有间隙，采用机械切割或激光切割的方式去除所述覆盖层对应于焊盘区的部分。
2.根据权利要求1所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，所述挡光结构由不透可见光的材料制成。
3.根据权利要求2所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，所述挡光结构由第二晶圆或有机挡光材料形成。
4.根据权利要求1所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，采用压印的方式一体成型所述透光结构和微透镜。
5.根据权利要求1所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，先用压印或涂覆的方式形成透光结构，平坦化所述透光结构，再用压印或涂覆的方式在所述透光结构上形成微透镜。
6.根据权利要求1所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，所述透光材料为光敏胶。
7.根据权利要求1所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，所述透光材料为二氧化硅。
8.据权利要求1所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，所述透光材料为有机材料。
9.根据权利要求1所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，所述挡光结构作为覆盖层，或者在所述挡光结构上设置透光层作为覆盖层。
10.根据权利要求1所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，还包括：在所述微透镜之间形成挡光层。
11.根据权利要求1所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，还包括：在所述挡光结构和第一晶圆之间形成红外截止滤光膜。
12.根据权利要求1所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，还包括：在所述挡光结构表面及侧壁覆盖减反射层。
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