CN105956545A - 光学指纹识别装置的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学指纹识别装置的形成方法，包括：提供硅基板，于硅基板上形成凹槽阵列；提供透光基板、图像传感器芯片，键合透光基板与图像传感器芯片，通过渐变通光量光刻方法于透光基板上形成透镜阵列，所述透镜阵列对应于图像传感器芯片的感光阵列；将硅基板的凹槽面与透光基板键合，所述凹槽阵列对应于所述透镜阵列，刻蚀硅基板的非凹槽面以暴露出所述透镜阵列，并且于相邻透镜之间形成硅光栏。本发明的光学指纹识别装置的形成方法，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
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的形成方法。
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的形成方法，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，本发明提供一种光学指纹识别装置的形成方法，包括：提供硅基板，于硅基板上形成凹槽阵列；提供透光基板、图像传感器芯片，键合透光基板与图像传感器芯片，通过渐变通光量光刻方法于透光基板上形成透镜阵列，所述透镜阵列对应于图像传感器芯片的感光阵列；将硅基板的凹槽面与透光基板键合，所述凹槽阵列对应于所述透镜阵列，刻蚀硅基板的非凹槽面以暴露出所述透镜阵列，并且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：于透光基板的相邻透镜之间形成黑胶层。
优选地，所述黑胶层位于所述硅光栏与所述透光基板之间。
优选地，所述的光学指纹识别装置的形成方法，还包括：于所述硅光栏上设置盖板玻璃，所述盖板玻璃与所述硅光栏之间存在空隙。
优选地，所述的光学指纹识别装置的形成方法，还包括：于所述凹槽阵列上形成二氧化硅层、氮化硅层或钛层，作为刻蚀非凹槽面的停止层。
优选地，所述的光学指纹识别装置的形成方法，还包括：刻蚀非凹槽面的步骤之后去除所述停止层。
优选地，所述的光学指纹识别装置的形成方法，还包括：形成透镜阵列的步骤之后于所述透镜阵列上形成保护膜，形成硅光栏的步骤之后去除所述保护膜。
优选地，所述的光学指纹识别装置的形成方法，还包括：键合透光基板与图像传感器芯片的步骤之后，减薄图像传感器芯片的背面。
本发明的光学指纹识别装置的形成方法，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为本发明的光学指纹识别装置的形成方法的过程示意图；
图11为本发明的光学指纹识别装置的形成方法的流程图。
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的形成方法，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。
如图11所示，本发明提供一种光学指纹识别装置的形成方法，包括：提供硅基板，于硅基板上形成凹槽阵列；提供透光基板、图像传感器芯片，键合透光基板与图像传感器芯片，通过渐变通光量光刻方法于透光基板上形成透镜阵列，所述透镜阵列对应于图像传感器芯片的感光阵列；将硅基板的凹槽面与透光基板键合，所述凹槽阵列对应于所述透镜阵列，刻蚀硅基板的非凹槽面以暴露出所述透镜阵列，并且于相邻透镜之间形成硅光栏。
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，实现系统芯片结构的制作。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。
图1-图10为本发明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。
本发明的光学指纹识别装置的形成方法，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 (8)
1.一种光学指纹识别装置的形成方法，其特征在于，包括：
提供硅基板，于硅基板上形成凹槽阵列；
提供透光基板、图像传感器芯片，键合透光基板与图像传感器芯片，通过渐变通光量光刻方法于透光基板上形成透镜阵列，所述透镜阵列对应于图像传感器芯片的感光阵列；
将硅基板的凹槽面与透光基板键合，所述凹槽阵列对应于所述透镜阵列，刻蚀硅基板的非凹槽面以暴露出所述透镜阵列，并且于相邻透镜之间形成硅光栏。
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：于透光基板的相邻透镜之间形成黑胶层。
3.根据权利要求2所述的光学指纹识别装置的形成方法，其特征在于，所述黑胶层位于所述硅光栏与所述透光基板之间。
4.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：于所述硅光栏上设置盖板玻璃，所述盖板玻璃与所述硅光栏之间存在空隙。
5.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：于所述凹槽阵列上形成二氧化硅层、氮化硅层或钛层，作为刻蚀非凹槽面的停止层。
6.根据权利要求5所述的光学指纹识别装置的形成方法，其特征在于，还包括：刻蚀非凹槽面的步骤之后去除所述停止层。
7.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：形成透镜阵列的步骤之后于所述透镜阵列上形成保护膜，形成硅光栏的步骤之后去除所述保护膜。
8.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：键合透光基板与图像传感器芯片的步骤之后，减薄图像传感器芯片的背面。
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