CN112768480A - 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:S100：提供第一面上形成有图像传感器的第一晶圆；S200：在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构；S300：将透光层粘合至挡光结构；S400：在透光层上形成若干微透镜；从而形成所述光学指纹器件。本发明通过提供第一面上形成有图像传感器的第一晶圆，在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构，取代现有技术中采用有机挡光材料形成的挡光结构，在有效降低光线串扰导致的信号干扰的同时，提高了生产效率，降低了工艺难度，改善了可靠性，提高了光学指纹器件的整体性能。

Description

光学指纹器件及其制造方法
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，而且现有技术中，透光层的厚度通常难以做到50μm以上的厚度，因为更大的厚度需要在图像传感器的相邻像素单元之间设置较厚的挡光结构（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，提高光学指纹器件的光学性能。但需注意的是，挡光结构需要避开图像传感器的焊盘区域，以免影响焊盘区域的电学连接性能。现有技术中，通常是在图像传感器晶圆表面涂布有机挡光材料后，再通过刻蚀工艺去除像素单元和焊盘区域对应的有机挡光材料，从而在像素单元之间形成挡光结构，因此需要涂布多层有机挡光材料，涂布效率较低，而在刻蚀去除像素单元和焊盘区域对应的有机挡光材料时，一般干法刻蚀一次只能去除5-10μm厚度，且每去除1μm一般需要0.5-1分钟，因此去除效率也比较低，产能非常有限。并且由于有机挡光材料的厚度较大，刻蚀的深宽比较高，沟槽宽度难以控制，工艺难度较大。此外，由于有机挡光材料与图像传感器晶圆的CTE（热膨胀系数）相差较大，可靠性不高，导致光学指纹器件的整体性能受到影响。
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，在有效降低光线串扰导致的信号干扰的同时，提高生产效率，降低工艺难度，改善可靠性，提高光学指纹器件的整体性能。
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:S100：提供第一面上形成有图像传感器的第一晶圆；S200：在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构；S300：将透光层粘合至挡光结构；S400：在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，在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构的步骤包括：先刻蚀第二晶圆形成挡光结构，再将挡光结构粘合至第一晶圆的第一面。
优选的，在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构的步骤包括：先将第二晶圆粘合或氧化层键合至第一晶圆的第一面，再刻蚀第二晶圆形成挡光结构。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：在第一晶圆的第一面或第二晶圆的表面形成红外截止滤光膜。
优选的，采用第二晶圆氧化层键合至第一晶圆的第一面的方式时，所述红外截止滤光膜上形成有二氧化硅层，以提高氧化层键合的性能。
优选的，在所述第二晶圆的表面形成红外截止滤光膜之前，先在第二晶圆的表面形成二氧化硅层。
优选的，所述二氧化硅层的厚度大于等于100nm。
优选的，当红外截止滤光膜位于第二晶圆朝向第一晶圆的表面时，所述二氧化硅层作为刻蚀第二晶圆的停止层。
优选的，当红外截止滤光膜位于第二晶圆朝向第一晶圆的表面时，红外截止滤光膜作为刻蚀第二晶圆的停止层。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：所述红外截止滤光膜位于第一晶圆的第一面时，采用剥离工艺去除焊盘区域对应的红外截止滤光膜。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：所述红外截止滤光膜位于第二晶圆的表面时，采用剥离工艺、机械切割方式或激光切割方式，去除焊盘区域对应的红外截止滤光膜。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：采用机械切割方式或激光切割方式去除对应于焊盘区域的透光层，以暴露出焊盘区域。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：第一晶圆的第一面上形成有焊盘区域，由第一晶圆的第二面将焊盘区域引出。
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形成第一挡光层。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：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第二挡光层。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：在形成所述微透镜之后，直接在所述微透镜之间形成第二挡光层。
优选的，所述透光层为有机的透光膜。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：所述有机的透光膜为干膜，直接将透光层粘合至挡光结构。
优选的，所述的光学指纹器件的制造方法还包括：所述透光层为有机的透光膜或玻璃，先将透光层与一支撑层临时键合，在将透光层粘合至挡光结构后，去除支撑层。
本发明的另一方面提供一种光学指纹器件，包括：第一面上形成有图像传感器的第一晶圆；设置于第一晶圆的第一面上的由第二晶圆形成的挡光结构；粘合于挡光结构上的透光层；形成于透光层上的若干微透镜。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：形成于第一晶圆的第一面或第二晶圆的表面的红外截止滤光膜。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：形成于第二晶圆的表面与红外截止滤光膜之间的二氧化硅层。
优选的，所述二氧化硅层的厚度大于等于100nm。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：形成于第一晶圆的第一面上的焊盘区域，所述焊盘区域的上方不存在红外截止滤光膜、第二晶圆、透光层，以暴露出焊盘区域。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：形成于第一晶圆的第一面上的焊盘区域，所述焊盘区域由第一晶圆的第二面引出。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：形成于所述挡光结构表面的第一挡光层。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：形成于所述微透镜之间的透明侧墙；以及形成于所述透明侧墙上的第二挡光层。
优选的，所述的光学指纹器件还包括：直接形成于所述微透镜之间的第二挡光层。
优选的，所述透光层为有机的透光膜或玻璃。
优选的，所述有机的透光膜为干膜。
本发明的光学指纹器件及其制造方法，通过提供第一面上形成有图像传感器的第一晶圆，在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构，取代现有技术中采用有机挡光材料形成的挡光结构，在有效降低光线串扰导致的信号干扰的同时，提高了生产效率，降低了工艺难度，改善了可靠性，提高了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11为根据本发明一个优选实施例的光学指纹器件制造方法的过程示意图；
图12为根据本发明另一优选实施例的光学指纹器件的结构示意图。
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及其制造方法，通过提供第一面上形成有图像传感器的第一晶圆，在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构，取代现有技术中采用有机挡光材料形成的挡光结构，在有效降低光线串扰导致的信号干扰的同时，提高了生产效率，降低了工艺难度，改善了可靠性，提高了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进行详细阐述。
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：S100：提供第一面上形成有图像传感器的第一晶圆；S200：在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构；S300：将透光层粘合至挡光结构；S400：在透光层上形成若干微透镜；从而形成所述光学指纹器件。
图1-图11为根据本发明一个优选实施例的光学指纹器件制造方法的过程示意图。
参见图1，提供第一晶圆100，第一晶圆100具有相对的第一面101和第二面102，其中第一面101上形成有图像传感器，该图像传感器包括多个像素单元103和焊盘区域104。
参见图2，提供第二晶圆200，第二晶圆200具有相对的第一面201和第二面202，其中第二面202上依次形成有红外截止滤光膜203和透光粘合剂204。本领域技术人员可以理解，在未示出的其他实施例中，红外截止滤光膜203也可以形成于第一晶圆100的第一面101或者第二晶圆200的第一面201上。相比于设置于透光层表面，设置于第一晶圆100的第一面101或者第二晶圆200的表面201、202的红外截止滤光膜203对于光学指纹器件的整体外观影响较小。为了避开第一晶圆100的第一面101上的焊盘区域104，需要在红外截止滤光膜203形成后，去除对应焊盘区域104的红外截止滤光膜203，当红外截止滤光膜203位于第一晶圆100的第一面101时，采用剥离工艺去除焊盘区域104对应的红外截止滤光膜203；当红外截止滤光膜203位于第二晶圆200的表面时，采用剥离工艺、机械切割方式或激光切割方式，去除焊盘区域104对应的红外截止滤光膜203。参见图3，将第二晶圆200的第二面202与第一晶圆100的第一面101相对，通过透光粘合剂204进行粘合。在未示出的其他优选实施例中，也可以采用氧化层键合的方式将第二晶圆200键合至第一晶圆100的第一面101，采用该方式需要在红外截止滤光膜203上形成有二氧化硅层，以提高氧化层键合的性能。
参见图4，从第二晶圆200的第一面201减薄第二晶圆200。
参见图5，刻蚀第二晶圆200形成挡光结构205。当红外截止滤光膜203位于第二晶圆200的第二面202上，也就是第二晶圆200朝向第一晶圆100的表面上，红外截止滤光膜203可以作为刻蚀第二晶圆200的停止层。在未示出的其他优选实施例中，也可以在第二晶圆200的表面形成红外截止滤光膜203之前，先在第二晶圆200的表面形成二氧化硅层作为刻蚀第二晶圆200的停止层，优选的，该二氧化硅层的厚度大于等于100nm。
在本实施例中，先将第二晶圆200粘合或氧化层键合至第一晶圆100的第一面101，再刻蚀第二晶圆200形成挡光结构205。本领域技术人员可以理解，在未示出的其他实施例中，也可以先刻蚀第二晶圆200形成挡光结构205，再将挡光结构205粘合至第一晶圆100的第一面101。通过上述方法，均可实现在第一晶圆100的第一面101上设置由第二晶圆200形成的挡光结构205，从而降低相邻像素单元103之间的光线串扰。由于采用第二晶圆形成的挡光结构取代现有技术中采用有机挡光材料形成的挡光结构，在第二晶圆的硅刻蚀工艺中，沟槽宽度更加易于控制，工艺难度大大降低，并且第二晶圆与第一晶圆的热膨胀系数更为接近，可靠性大大提高。
参见图6，为了进一步提高挡光结构205的挡光效果，优选的，还可以再在挡光结构205表面设置一层例如由黑胶材料形成的第一挡光层206，以便进一步降低光线串扰导致的信号干扰。
参见图7-图9，提供透光层300，透光层300可以为有机的透光膜或玻璃，先将透光层300与一支撑层302临时键合，在将透光层300通过透光粘合剂301粘合至挡光结构205后，去除支撑层302，形成如图9所示的结构。在未示出的其他实施例中，当有机的透光膜为干膜时，可以无需借助支撑层的临时键合，直接将透光层300通过透光粘合剂301粘合至挡光结构205，形成如图9所示的结构。
参见图10，在透光层300上形成若干微透镜207。优选的，在形成所述微透镜207时，同时形成微透镜207之间的透明侧墙208；再在所述透明侧墙208上形成例如由黑胶材料形成的第二挡光层209，以便进一步降低光线串扰导致的信号干扰。
参见图11，采用机械切割或激光切割去除对应焊盘区域104的透光层300，暴露出焊盘区域104，从而形成所述光学指纹器件。
参见图12，根据本发明的另一优选实施例，也可以在形成微透镜207之后，直接在微透镜207之间形成第二挡光层209，并在去除对应焊盘区域104的透光层300之后，形成如图12所示的光学指纹器件结构。
在上述优选实施例中，采用机械切割或激光切割的方式去除对应于焊盘区域104的红外截止滤光膜203、透光层300，采用刻蚀工艺去除对应于焊盘区域104的第二晶圆200，暴露出焊盘区域104，用于与外部电路形成电气连接，相比于现有技术中通过刻蚀去除有机挡光材料，生产效率大大提高。此外，在未示出的其他实施例中，还可以无需去除对应于焊盘区域104的红外截止滤光膜203、第二晶圆200、透光层300，而是通过第一晶圆100的第二面102通过TSV（硅通孔）或V形槽刻蚀方式将焊盘区域104引出，用于与外部电路形成电气连接。
本发明的另一方面提供一种光学指纹器件，参见图11、图12，该光学指纹器件包括：第一面101上形成有图像传感器的第一晶圆100；设置于第一晶圆100的第一面101上的由第二晶圆200形成的挡光结构205；粘合于挡光结构205上的透光层300；形成于透光层300上的若干微透镜207。
优选的，所述光学指纹器件还包括：形成于第一晶圆100的第一面101或第二晶圆200的表面201、202的红外截止滤光膜203。
优选的，所述光学指纹器件还包括：形成于第二晶圆的表面与红外截止滤光膜之间的二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度大于等于100nm。
优选的，所述光学指纹器件还包括：形成于第一晶圆100的第一面101上的焊盘区域104，根据本发明的一个优选实施例，所述焊盘区域的上方不存在红外截止滤光膜203、第二晶圆200、透光层300，以暴露出焊盘区域104；根据本发明未示出的另一实施例，所述焊盘区域104由第一晶圆100的第二面102引出。
优选的，所述光学指纹器件还包括：形成于所述挡光结构205表面的第一挡光层206。
优选的，所述光学指纹器件还包括：形成于所述微透镜207之间的透明侧墙208以及形成于所述透明侧墙208上的第二挡光层209；或者直接形成于所述微透镜207之间的第二挡光层209。
优选的，所述透光层300为有机的透光膜或玻璃，其中，有机的透光膜可以为干膜。
综上所示，本发明的光学指纹器件及其制造方法，通过提供第一面上形成有图像传感器的第一晶圆，在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构，取代现有技术中采用有机挡光材料形成的挡光结构，在有效降低光线串扰导致的信号干扰的同时，提高了生产效率，降低了工艺难度，改善了可靠性，提高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 (30)

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：提供第一面上形成有图像传感器的第一晶圆；
S200：在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构；
S300：将透光层粘合至挡光结构；
S400：在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，在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构的步骤包括：先刻蚀第二晶圆形成挡光结构，再将挡光结构粘合至第一晶圆的第一面。
3.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，在第一晶圆的第一面上设置由第二晶圆形成的挡光结构的步骤包括：先将第二晶圆粘合或氧化层键合至第一晶圆的第一面，再刻蚀第二晶圆形成挡光结构。
4.根据权利要求2或3所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，还包括：在第一晶圆的第一面或第二晶圆的表面形成红外截止滤光膜。
5.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，采用第二晶圆氧化层键合至第一晶圆的第一面的方式时，所述红外截止滤光膜上形成有二氧化硅层，以提高氧化层键合的性能。
6.根据权利要求3所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，在所述第二晶圆的表面形成红外截止滤光膜之前，先在第二晶圆的表面形成二氧化硅层。
7.根据权利要求6所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度大于等于100nm。
8.根据权利要求6所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，当红外截止滤光膜位于第二晶圆朝向第一晶圆的表面时，所述二氧化硅层作为刻蚀第二晶圆的停止层。
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，当红外截止滤光膜位于第二晶圆朝向第一晶圆的表面时，红外截止滤光膜作为刻蚀第二晶圆的停止层。
10.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，还包括：所述红外截止滤光膜位于第一晶圆的第一面时，采用剥离工艺去除焊盘区域对应的红外截止滤光膜。
11.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，还包括：所述红外截止滤光膜位于第二晶圆的表面时，采用剥离工艺、机械切割方式或激光切割方式，去除焊盘区域对应的红外截止滤光膜。
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：采用机械切割方式或激光切割方式去除对应于焊盘区域的透光层，以暴露出焊盘区域。
13.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：第一晶圆的第一面上形成有焊盘区域，由第一晶圆的第二面将焊盘区域引出。
14.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形成第一挡光层。
15.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第二挡光层。
16.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：在形成所述微透镜之后，直接在所述微透镜之间形成第二挡光层。
17.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，所述透光层为有机的透光膜。
18.根据权利要求17所述的光学指纹器件的制造方法，其特征在于，还包括：所述有机的透光膜为干膜，直接将透光层粘合至挡光结构。
19.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：所述透光层为有机的透光膜或玻璃，先将透光层与一支撑层临时键合，在将透光层粘合至挡光结构后，去除支撑层。
20.一种光学指纹器件，其特征在于，包括：
第一面上形成有图像传感器的第一晶圆；
设置于第一晶圆的第一面上的由第二晶圆形成的挡光结构；
粘合于挡光结构上的透光层；
形成于透光层上的若干微透镜。
21.根据权利要求20所述的光学指纹器件，其特征在于，还包括：形成于第一晶圆的第一面或第二晶圆的表面的红外截止滤光膜。
22.根据权利要求21所述的光学指纹器件，其特征在于，还包括：形成于第二晶圆的表面与红外截止滤光膜之间的二氧化硅层。
23.据权利要求22所述的光学指纹器件，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度大于等于100nm。
24.根据权利要求20所述的光学指纹器件，其特征在于，还包括：形成于第一晶圆的第一面上的焊盘区域，所述焊盘区域的上方不存在红外截止滤光膜、第二晶圆、透光层，以暴露出焊盘区域。
25.根据权利要求20所述的光学指纹器件，其特征在于，还包括：形成于第一晶圆的第一面上的焊盘区域，所述焊盘区域由第一晶圆的第二面引出。
26.根据权利要求20所述的光学指纹器件，其特征在于，还包括：形成于所述挡光结构表面的第一挡光层。
27.根据权利要求20所述的光学指纹器件，其特征在于，还包括：形成于所述微透镜之间的透明侧墙；以及形成于所述透明侧墙上的第二挡光层。
28.根据权利要求20所述的光学指纹器件，其特征在于，还包括：直接形成于所述微透镜之间的第二挡光层。
29.根据权利要求20所述的光学指纹器件，其特征在于，所述透光层为有机的透光膜或玻璃。
30.根据权利要求29所述的光学指纹器件，其特征在于，所述有机的透光膜为干膜。
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