CN112466896A - 光学指纹器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学指纹器件的制造方法，采用带有红外截止滤光膜的有机透光层粘合至图像传感器晶圆，在所述有机透光层上形成若干微透镜，从而形成所述光学指纹器件，由于采用有机透光层代替了现有技术中的无机玻璃等透光材质，有机透光层的厚度通常为100μm左右，降低了光学指纹器件的厚度，并且由于有机透光层的优良强度和韧性，便于通过切割等工艺形成凹槽并填充挡光材料形成挡光结构，避免光线串扰导致的信号干扰，提高了成像质量，降低了工艺难度和成本，改善了光学指纹器件的整体性能。

Description

光学指纹器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学指纹器件的制造方法。
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。
现有技术中，透光层通常由玻璃等无机材料形成，为提高光学指纹识别性能，需要在玻璃表面通过喷砂、刻蚀等工艺形成小孔、凹槽等结构，并于其中填充挡光材料，以实现降低光线串扰导致的信号干扰的目的，然而由于玻璃薄、脆的特性，使得在玻璃上的喷砂、刻蚀等工艺难度较大，良率较低，成本较高，从而导致光学指纹识别器件的制造成本提升，性能下降。此外，随着便携式电子装置的快速发展，便携式电子装置外形尺寸不断趋向薄型化，其组成部件可用的安装空间也在日益变得更为有限，然而为了保证玻璃的支撑强度等性能，所用的玻璃厚度通常为140-150μm左右，并且难以做到更薄，相应的，光学指纹器件的厚度也难以进一步降低。
因此，如何采取更为有效的方法降低光学指纹器件的厚度，避免光线串扰导致的信号干扰，提高成像质量，同时降低工艺难度和成本，更好地满足纤薄型便携式电子装置的应用需求，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器件的制造方法，降低光学指纹器件的厚度，避免光线串扰导致的信号干扰，提高成像质量，同时降低工艺难度和成本，改善光学指纹器件的整体性能。
基于以上考虑，本发明提供一种光学指纹器件的制造方法，包括如下步骤：S100：提供图像传感器晶圆；S200：将带有红外截止滤光膜的有机透光层粘合至图像传感器晶圆；S300：在所述有机透光层上形成若干微透镜；从而形成所述光学指纹器件。
优选的，将多片的有机透光层粘合至图像传感器晶圆，减少有机透光层的翘曲变形。
优选的，所述多片的有机透光层的交界区域在图像传感器芯片的感光像素之外，避免影响图像性能。
优选的，在所述图像传感器晶圆上形成挡光的支撑侧墙后再将带有红外截止滤光膜的有机透光层粘合至图像传感器晶圆，以提高光学指纹器件的性能。
优选的，采用机械切割或激光切割于所述有机透光层中形成若干凹槽，并于所述凹槽中填充挡光材料，以提高光学指纹器件的性能。
优选的，在形成凹槽后，通过喷涂或旋涂或印刷工艺方式将挡光材料覆盖在有机透光层表面和凹槽中；采用机械方式将有机透光层表面的部分挡光材料压至凹槽内部。
优选的，采用多个刀片或多束激光同时进行切割形成凹槽，以提高切割效率。
优选的，在形成所述微透镜时，同时形成微透镜之间的透明侧墙；再在所述透明侧墙上形成挡光层，以提高光学指纹器件的光学性能。
优选的，在图像传感器上形成支撑侧墙时，支撑侧墙避开图像传感器的焊盘；将有机透光层粘合至图像传感器晶圆；在有机透光层上形成若干微透镜；采用机械切割或激光切割有机透光层，暴露出焊盘。
优选的，将所述多片的有机透光层的第一面粘合至某平面结构上，并进行固化；再将所述多片的有机透光层的另一面粘合至图像传感器晶圆，然后去除所述平面结构，提高有机透光层粘合的平整度。
优选的，将所述多片的有机透光层粘合至带有临时粘合胶的玻璃基板上；将玻璃基板与所述多片的有机透光层的组合体与图像传感器晶圆粘合，再去除玻璃基板，提高有机透光层粘合的平整度。
优选的，将所述多片的有机透光层粘合至图像传感器晶圆后，将所述多片的有机透光层压在某平面结构上，使得有机透光层与图像传感器晶圆之间的粘合胶固化，再去除该平面结构，提高有机透光层粘合的平整度。
优选的，在所述凹槽内的挡光材料或透明侧墙上的挡光层内加入金属层，以提高挡光效果。
优选的，先将所述有机透光层粘合在某一平面结构上，于所述有机透光层的第一面上形成若干凹槽，并于所述凹槽中填充挡光材料；再将所述有机透光层的第一面粘合至图像传感器晶圆上，去除所述平面结构；然后，在有机透光层的第二面上形成微透镜结构。
优选的，在所述有机透光层的第二面上形成微透镜结构时，控制工艺，使形成的微透镜和所述图像传感器晶圆的感光像素直接对准，以减少工艺偏差。
优选的，在所述有机透光层的第一面上形成凹槽后，通过喷涂方式将挡光材料覆盖在有机透光层和凹槽的表面，再采用溅射或化学镀或电镀的方法，在所述挡光材料的表面形成金属层，光刻挡光材料和金属层,保留凹槽内部及凹槽边缘的挡光材料和金属层；再将所述有机透光层的第一面粘合至图像传感器晶圆上；所述凹槽在粘合至图像传感器晶圆后存在局部的空腔结构。
本发明的光学指纹器件的制造方法，采用带有红外截止滤光膜的有机透光层粘合至图像传感器晶圆，在所述有机透光层上形成若干微透镜，从而形成所述光学指纹器件，该方法可有效降低光学指纹器件的厚度，避免光线串扰导致的信号干扰，提高成像质量，同时降低工艺难度和成本，改善光学指纹器件的整体性能。
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6为本发明光学指纹器件的制造方法的一个实施例的过程示意图；
图7-图13为本发明光学指纹器件的制造方法的另一实施例的过程示意图。
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器件的制造方法，采用带有红外截止滤光膜的有机透光层粘合至图像传感器晶圆，在所述有机透光层上形成若干微透镜，从而形成所述光学指纹器件，该方法可有效降低光学指纹器件的厚度，避免光线串扰导致的信号干扰，提高成像质量，同时降低工艺难度和成本，改善光学指纹器件的整体性能。
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。
下面结合具体实施例对本发明的光学指纹器件的制造方法进行详细阐述。
图1-图6为本发明光学指纹器件的制造方法的一个实施例的过程示意图。
参见图1，提供图像传感器晶圆100，该图像传感器晶圆100上形成有包括若干感光像素101的像素区域（即图中点划线A-A之间的区域），在图像传感器上形成若干挡光的支撑侧墙102，该支撑侧墙102可有效降低光线串扰导致的信号干扰，提高光学指纹器件的光学性能，优选的，支撑侧墙102避开图像传感器的焊盘103，以免影响焊盘103的电学连接性能。提供带有至少一层红外截止滤光膜201（在此示出为两层红外截止滤光膜201）的有机透光层200粘合至图像传感器晶圆100，从而形成如图2所示的结构。
优选的，粘合至图像传感器晶圆100的有机透光层200不是一整片，而是分别将多片的有机透光层200粘合至图像传感器晶圆100，以减少有机透光层200的翘曲变形，并且所述多片的有机透光层200的交界区域在图像传感器芯片的感光像素101之外，避免影响图像性能。
优选的，为提高有机透光层200粘合的平整度，可采取如下两种粘合方式：根据本发明的一个优选实施例，将所述多片的有机透光层200的第一面粘合至某平面结构上，并进行固化，再将所述多片的有机透光层的另一面粘合至图像传感器晶圆100，然后去除所述平面结构，例如先将所述多片的有机透光层200粘合至带有临时粘合胶的玻璃基板上，将玻璃基板与所述多片的有机透光层200的组合体与图像传感器晶圆100粘合，再去除玻璃基板，从而提高有机透光层200粘合的平整度。根据本发明的另一优选实施例，将所述多片的有机透光层200粘合至图像传感器晶圆100后，将所述多片的有机透光层200压在某平面结构上，使得有机透光层与图像传感器晶圆之间的粘合胶固化，再去除该平面结构，从而提高有机透光层粘合的平整度。
参见图3，采用机械切割或激光切割于所述有机透光层200中形成若干凹槽，可采用多个刀片或多束激光同时进行切割形成凹槽，以提高切割效率，并于所述凹槽中填充挡光材料202，具体的，通过喷涂或旋涂或印刷工艺方式将挡光材料覆盖在有机透光层表面和凹槽中；采用机械方式将有机透光层表面的部分挡光材料压至凹槽内部。该挡光材料202可有效降低光线串扰导致的信号干扰，提高光学指纹器件的光学性能。优选的，还可以通过在所述凹槽内的挡光材料202内加入金属层（未示出）以提高挡光效果，例如在凹槽内先形成一层金属层，再填充挡光材料202。
参见图4，优选的，在所述凹槽内形成挡光材料202后，采用平坦化工艺处理上表面，再在所述有机透光层200上形成若干微透镜203，在形成所述微透镜203时，同时形成微透镜203之间的透明侧墙204，参见图5，再在所述透明侧墙204上形成挡光层205，该挡光层205可有效降低光线串扰导致的信号干扰，提高光学指纹器件的光学性能。优选的，还可以通过在所述透明侧墙204上的挡光层205内加入金属层（未示出）以提高挡光效果，例如在透明侧墙204表面先形成一层金属层，再形成挡光层205。
参见图6，采用机械切割或激光切割有机透光层200，暴露出焊盘103，从而形成所述光学指纹器件。
图7-图13为本发明光学指纹器件的制造方法的另一实施例的过程示意图。
参见图7-图9，提供带有至少一层红外截止滤光膜201（在此示出为两层红外截止滤光膜201）的有机透光层200，先将有机透光层200粘合在某一平面结构（例如玻璃基板）206上，于所述有机透光层200的第一面（即远离平面结构206的一面）上形成若干凹槽，并于所述凹槽中填充挡光材料202，具体的，可通过喷涂方式将挡光材料202覆盖在有机透光层和凹槽的表面，再采用溅射或化学镀或电镀的方法，在所述挡光材料202的表面形成金属层207（如图8所示），光刻挡光材料202和金属层207，保留凹槽内部及凹槽边缘的挡光材料202和金属层207，形成如图9所示的结构。与上一实施例的方法相比，采用本实施例的方法，具有凹槽更容易切割成形的优点。
参见图10，提供图像传感器晶圆100，该图像传感器晶圆100上形成有包括若干感光像素101的像素区域（即图中点划线A-A之间的区域），在图像传感器上形成若干挡光的支撑侧墙102，该支撑侧墙102可有效降低光线串扰导致的信号干扰，提高光学指纹器件的光学性能，优选的，支撑侧墙102避开图像传感器的焊盘103，以免影响焊盘103的电学连接性能。将有机透光层200的第一面粘合至图像传感器晶圆100上，如图10所示，所述填充有挡光材料202和金属层207的凹槽在粘合至图像传感器晶圆100后存在局部的空腔结构。
参见图11，去除平面结构206。
参见图12，在所述有机透光层200的第二面（即没有凹槽的一面）上形成微透镜结构203。具体方法与上一实施例类似，在形成所述微透镜203时，同时形成微透镜203之间的透明侧墙204，再在所述透明侧墙204上形成挡光层205，该挡光层205可有效降低光线串扰导致的信号干扰，提高光学指纹器件的光学性能。优选的，还可以通过在所述透明侧墙204上的挡光层205内加入金属层（未示出）以提高挡光效果，例如在透明侧墙204表面先形成一层金属层，再形成挡光层205。此外，在所述有机透光层200的第二面上形成微透镜结构203时，控制工艺，使形成的微透镜203和所述图像传感器晶圆100的感光像素101直接对准，以减少工艺偏差。
参见图13，采用机械切割或激光切割有机透光层200，暴露出焊盘103，从而形成所述光学指纹器件。
综上所示，本发明的光学指纹器件的制造方法，采用带有红外截止滤光膜的有机透光层粘合至图像传感器晶圆，在所述有机透光层上形成若干微透镜，从而形成所述光学指纹器件，由于采用有机透光层代替了现有技术中的无机玻璃等透光材质，有机透光层的厚度通常为100μm左右，降低了光学指纹器件的厚度，并且由于有机透光层的优良强度和韧性，便于通过切割等工艺形成凹槽并填充挡光材料形成挡光结构，避免光线串扰导致的信号干扰，提高了成像质量，降低了工艺难度和成本，改善了光学指纹器件的整体性能。
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 (16)

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:
S100：提供图像传感器晶圆；
S200：将带有红外截止滤光膜的有机透光层粘合至图像传感器晶圆；
S300：在所述有机透光层上形成若干微透镜；
从而形成所述光学指纹器件。
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，将多片的有机透光层粘合至图像传感器晶圆，减少有机透光层的翘曲变形。
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，所述多片的有机透光层的交界区域在图像传感器芯片的感光像素之外，避免影响图像性能。
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，
在所述图像传感器晶圆上形成挡光的支撑侧墙后再将带有红外截止滤光膜的有机透光层粘合至图像传感器晶圆，以提高光学指纹器件的性能。
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，
采用机械切割或激光切割于所述有机透光层中形成若干凹槽，并于所述凹槽中填充挡光材料，以提高光学指纹器件的性能。
6.根据权利要求5所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，
在形成凹槽后，通过喷涂或旋涂或印刷工艺方式将挡光材料覆盖在有机透光层表面和凹槽中；
采用机械方式将有机透光层表面的部分挡光材料压至凹槽内部。
7.根据权利要求5所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，采用多个刀片或多束激光同时进行切割形成凹槽，以提高切割效率。
8.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，
在形成所述微透镜时，同时形成微透镜之间的透明侧墙；再在所述透明侧墙上形成挡光层，以提高光学指纹器件的光学性能。
9.根据权利要求4所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，
在图像传感器上形成支撑侧墙时，支撑侧墙避开图像传感器的焊盘；
将有机透光层粘合至图像传感器晶圆；
在有机透光层上形成若干微透镜；
采用机械切割或激光切割有机透光层，暴露出焊盘。
10.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，
将所述多片的有机透光层的第一面粘合至某平面结构上，并进行固化；
再将所述多片的有机透光层的另一面粘合至图像传感器晶圆，然后去除所述平面结构，提高有机透光层粘合的平整度。
11.根据权利要求10所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，
将所述多片的有机透光层粘合至带有临时粘合胶的玻璃基板上；
将玻璃基板与所述多片的有机透光层的组合体与图像传感器晶圆粘合，再去除玻璃基板，提高有机透光层粘合的平整度。
12.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，
将所述多片的有机透光层粘合至图像传感器晶圆后，将所述多片的有机透光层压在某平面结构上，使得有机透光层与图像传感器晶圆之间的粘合胶固化，再去除该平面结构，提高有机透光层粘合的平整度。
13.根据权利要求5或8所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，在所述凹槽内的挡光材料或透明侧墙上的挡光层内加入金属层，以提高挡光效果。
14.根据权利要求5所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，
先将所述有机透光层粘合在某一平面结构上，于所述有机透光层的第一面上形成若干凹槽，并于所述凹槽中填充挡光材料；再将所述有机透光层的第一面粘合至图像传感器晶圆上，去除所述平面结构；然后，在有机透光层的第二面上形成微透镜结构。
15.根据权利要求14所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，在所述有机透光层的第二面上形成微透镜结构时，控制工艺，使形成的微透镜和所述图像传感器晶圆的感光像素直接对准，以减少工艺偏差。
16.根据权利要求14所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，在所述有机透光层的第一面上形成凹槽后，通过喷涂方式将挡光材料覆盖在有机透光层和凹槽的表面，再采用溅射或化学镀或电镀的方法，在所述挡光材料的表面形成金属层，光刻挡光材料和金属层,保留凹槽内部及凹槽边缘的挡光材料和金属层；再将所述有机透光层的第一面粘合至图像传感器晶圆上；所述凹槽在粘合至图像传感器晶圆后存在局部的空腔结构。
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