CN113270430A - 光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，通过治具覆盖对应于图像传感器的焊盘区的部分，在对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜，实现了红外截止滤光膜避开图像传感器的焊盘区的目的，以免影响焊盘区的电学连接性能，由于治具可以反复利用，节省了光刻步骤所需的工艺时间和材料成本，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中形成红外截止滤光膜的方法。
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，其中挡光结构可以由硅晶圆形成。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、挡光结构、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。
现有技术中，通常是采用剥离工艺（lift off）避免在焊盘区形成红外截止滤光膜，即用光阻覆盖对应于图像传感器的焊盘区的部分，在对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜，然而这种方式必须用到光刻步骤，需要使用较为昂贵的光刻机台以及大量一次性的光阻材料，生产效率有限，制造成本较高。发明内容
本发明的目的在于提供一种光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，提高生产效率，增加产能，降低制造成本。
基于以上考虑，本发明提供一种光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，包括如下步骤：提供形成有若干图像传感器的第一晶圆；提供治具，所述治具覆盖对应于图像传感器的焊盘区的部分，在对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜。
优选的，提供形成有若干图像传感器的第一晶圆；提供治具覆盖所述第一晶圆对应于图像传感器的焊盘区的部分，在所述第一晶圆对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜。
优选的，提供形成有若干图像传感器的第一晶圆；提供第二晶圆，在第一晶圆上设置由第二晶圆形成的挡光结构；在所述设置第二晶圆的步骤之前或之后，提供治具覆盖所述第二晶圆对应于图像传感器的焊盘区的部分，在所述第二晶圆对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜。
优选的，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；在挡光结构上设置透光层；在所述设置透光层的步骤之前或之后，提供治具覆盖所述透光层对应于图像传感器的焊盘区的部分，在所述透光层对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜。
优选的，所述挡光结构由第二晶圆形成。
优选的，通过卡夹结构或磁性结构或临时键合胶使得第一晶圆与治具紧密贴合以提高成膜质量，在形成红外截止滤光膜后，移除所述卡夹结构或磁性结构或临时键合胶。
优选的，所述第一晶圆置于带磁性的基板上，所述治具与所述基板彼此吸附从而将第一晶圆夹持于中间，在形成红外截止滤光膜后，移除所述治具，在第一晶圆与挡光结构彼此结合后，移除所述基板。
优选的，通过卡夹结构或磁性结构或临时键合胶使得第二晶圆与治具紧密贴合以提高成膜质量，在形成红外截止滤光膜后，移除所述卡夹结构或磁性结构或临时键合胶。
优选的，所述第二晶圆置于带磁性的基板上，所述治具与所述基板彼此吸附从而将第二晶圆夹持于中间，在形成红外截止滤光膜后，移除所述治具，在第一晶圆与第二晶圆彼此结合后，移除所述基板。
优选的，提供第二晶圆的步骤包括, 先将第二晶圆临时结合一片支撑载体，再对第二晶圆进行减薄，去除支撑载体后，在第二晶圆对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜，在第一晶圆与第二晶圆彼此结合后，无需减薄第二晶圆。
优选的，通过卡夹结构或磁性结构或临时键合胶使得透光层与治具紧密贴合以提高成膜质量，在形成红外截止滤光膜后，移除所述卡夹结构或磁性结构或临时键合胶。
优选的，所述透光层置于带磁性的基板上，所述治具与所述基板彼此吸附从而将透光层夹持于中间，在形成红外截止滤光膜后，移除所述治具，在挡光结构与透光层彼此结合后，移除所述基板。
本发明的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，通过治具覆盖对应于图像传感器的焊盘区的部分，在对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜，实现了红外截止滤光膜避开图像传感器的焊盘区的目的，以免影响焊盘区的电学连接性能，由于治具可以反复利用，节省了光刻步骤所需的工艺时间和材料成本，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3为本发明光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法的示意图；
图4-图13为根据本发明一个优选实施例的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法的过程示意图；
图14-图23为根据本发明另一优选实施例的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法的过程示意图；
图24-图30为根据本发明又一优选实施例的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法的过程示意图。
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中形成红外截止滤光膜的方法，通过治具覆盖对应于图像传感器的焊盘区的部分，在对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜，实现了红外截止滤光膜避开图像传感器的焊盘区的目的，以免影响焊盘区的电学连接性能，由于治具可以反复利用，节省了光刻步骤所需的工艺时间和材料成本，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。
参见图1-图3，治具1（治具可以是晶圆形状，也可以是其他形状，可以是整体的，也可以是分体的）上设置有若干开孔11，在此仅示出三个开孔11作为示例而非限制，晶圆2上设置有若干图像传感器21，在此仅示出三个图像传感器21作为示例而非限制，治具1覆盖晶圆2的状态如图3所示，治具1覆盖了晶圆2对应于图像传感器21的焊盘区的部分，暴露出晶圆2对应于图像传感器21的感光区的部分，于是可以仅在晶圆2对应于图像传感器21的感光区的部分形成红外截止滤光膜，实现了红外截止滤光膜避开图像传感器的焊盘区的目的，以免影响焊盘区的电学连接性能，由于治具可以反复利用，节省了光刻步骤所需的工艺时间和材料成本，提高了生产效率，增加了产能，降低了制造成本。
本领域技术人员可以理解，也可能晶圆2本身并未设置图像传感器21，而是在用于与晶圆2结合的另一晶圆上设置图像传感器21，只要治具1覆盖了晶圆2对应于图像传感器21的焊盘区的部分，暴露出晶圆2对应于图像传感器21的感光区的部分，就可以仅在晶圆2对应于图像传感器21的感光区的部分形成红外截止滤光膜。
此外，还可以在设置透光层时，提供治具覆盖所述透光层对应于图像传感器的焊盘区的部分，暴露出透光层对应于图像传感器的感光区的部分，从而仅在所述透光层对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜。
因此，通过治具覆盖对应于图像传感器的焊盘区的部分，在对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜，即可实现红外截止滤光膜避开图像传感器的焊盘区的目的，以免影响焊盘区的电学连接性能，由于治具可以反复利用，节省了光刻步骤所需的工艺时间和材料成本，提高了生产效率，增加了产能，降低了制造成本。
下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
实施例一
图4-图13为根据本发明一个优选实施例的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法的过程示意图。
参见图4，提供形成有若干图像传感器的第一晶圆300，该图像传感器包括焊盘区302和感光区303，焊盘区302和感光区303在图中以虚线间隔开。
参见图5，治具401覆盖第一晶圆300对应于图像传感器的焊盘区302的部分。优选的，通过卡夹结构或磁性结构或临时键合胶使得第一晶圆300与治具401紧密贴合以提高成膜质量，在形成红外截止滤光膜后，移除所述卡夹结构或磁性结构或临时键合胶。本实施例中以磁性结构作为示例，第一晶圆300置于带磁性的基板402（基板402可以是整体的，也可以是分体的）上，治具401与基板402彼此吸附从而将第一晶圆300夹持于中间。
参见图6，在第一晶圆300对应于图像传感器的感光区303的部分形成红外截止滤光膜403。
参见图7，在形成红外截止滤光膜403后，移除治具401，例如可以使用比基板402具有更强磁性的工具移除治具401。
参见图8-图10，在第一晶圆300上设置挡光结构404。优选的，提供第二晶圆400，在第一晶圆300上设置由第二晶圆400形成的挡光结构404。
在如图所示的本实施例中，在第一晶圆300上设置由第二晶圆400形成的挡光结构404的步骤包括：先将第二晶圆400粘合或氧化层键合至第一晶圆300，减薄第二晶圆400并移除基板402，再刻蚀第二晶圆400形成挡光结构404。优选的，采用第二晶圆400氧化层键合至第一晶圆300的方式时，所述红外截止滤光膜403上形成有二氧化硅层（未示出），以提高氧化层键合的性能。
在未示出的其他优选实施例中，在第一晶圆300上设置由第二晶圆400形成的挡光结构404的步骤也可以包括：先减薄并刻蚀第二晶圆400形成挡光结构404，再将挡光结构404粘合至第一晶圆300。
通过上述方法，均可实现在第一晶圆300的上设置由第二晶圆400形成的挡光结构404，从而降低感光区相邻像素单元之间的光线串扰。
参见图11，为了进一步提高挡光结构404的挡光效果，优选的，还可以再在挡光结构404表面设置一层例如由黑胶材料形成的第一挡光层405，以便进一步降低光线串扰导致的信号干扰。
参见图12-图13，在挡光结构404上设置透光层406，例如通过粘接或涂布或喷涂等方式将透光层406设置于挡光结构404上；在透光层406上形成若干微透镜407；减薄第一晶圆300；去除对应焊盘区302的透光层406，暴露出焊盘区302；从而形成如图13所示的光学指纹器件。
优选的，还可以再在微透镜407之间形成例如由黑胶材料形成的第二挡光层408，以便进一步降低光线串扰导致的信号干扰。
实施例二
图14-图23为根据本发明另一优选实施例的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法的过程示意图。
参见图14，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15，提供第二晶圆200，治具201覆盖第二晶圆200对应于图像传感器的焊盘区102的部分。优选的，通过卡夹结构或磁性结构或临时键合胶使得第二晶圆200与治具201紧密贴合以提高成膜质量，在形成红外截止滤光膜后，移除所述卡夹结构或磁性结构或临时键合胶。本实施例中以磁性结构作为示例，第二晶圆200置于带磁性的基板202上（基板202可以是整体的，也可以是分体的），治具201与基板202彼此吸附从而将第二晶圆200夹持于中间。
参见图16，在第二晶圆200对应于图像传感器的感光区103的部分形成红外截止滤光膜203。
参见图17，在形成红外截止滤光膜203后，移除治具201，例如可以使用比基板202具有更强磁性的工具移除治具201。
参见图18-图20，在第一晶圆100上设置由第二晶圆200形成的挡光结构204。
在如图所示的本实施例中，在第一晶圆100上设置由第二晶圆200形成的挡光结构204的步骤包括：先将第二晶圆200粘合或氧化层键合至第一晶圆100，移除基板202，再刻蚀第二晶圆200形成挡光结构204。优选的，采用第二晶圆200氧化层键合至第一晶圆100的方式时，所述红外截止滤光膜203上形成有二氧化硅层（未示出），以提高氧化层键合的性能。
在未示出的其他优选实施例中，在第一晶圆100上设置由第二晶圆200形成的挡光结构204的步骤也可以包括：先刻蚀第二晶圆200形成挡光结构204，再将挡光结构204粘合至第一晶圆100。
通过上述方法，均可实现在第一晶圆100的上设置由第二晶圆200形成的挡光结构204，从而降低感光区相邻像素单元之间的光线串扰。
与实施例一不同的是，由于本实施例中第二晶圆200通过治具201与基板202彼此吸附从而将第二晶圆200夹持于中间，因此第二晶圆200可以使用比常规晶圆（厚度在700μm左右）更薄的超薄晶圆（厚度小于200μm），例如，先将第二晶圆200临时结合一片支撑载体，再对第二晶圆200进行减薄，去除支撑载体后，将减薄后的第二晶圆200通过治具201与基板202彼此吸附从而将第二晶圆200夹持于中间，在第二晶圆200对应于图像传感器的感光区103的部分形成红外截止滤光膜203，在第一晶圆100与第二晶圆200彼此结合后，无需减薄第二晶圆200。
此外，本实施例中是在设置第二晶圆200的步骤之前，提供治具201覆盖第二晶圆200对应于图像传感器的焊盘区102的部分，在第二晶圆200对应于图像传感器的感光区103的部分形成红外截止滤光膜；在未示出的其他优选实施例中，也可以在设置第二晶圆200的步骤之后，提供治具201覆盖第二晶圆200对应于图像传感器的焊盘区102的部分，在第二晶圆200对应于图像传感器的感光区103的部分形成红外截止滤光膜，均可实现红外截止滤光膜避开图像传感器的焊盘区的目的。
参见图21，为了进一步提高挡光结构204的挡光效果，优选的，还可以再在挡光结构204表面设置一层例如由黑胶材料形成的第一挡光层205，以便进一步降低光线串扰导致的信号干扰。
参见图22-图23，在挡光结构204上设置透光层206，例如通过粘接或涂布或喷涂等方式将透光层206设置于挡光结构204上；在透光层206上形成若干微透镜207；减薄第一晶圆100；去除对应焊盘区102的透光层206，暴露出焊盘区102；从而形成如图23所示的光学指纹器件。
优选的，还可以再在微透镜207之间形成例如由黑胶材料形成的第二挡光层208，以便进一步降低光线串扰导致的信号干扰。
实施例三
图24-图30为根据本发明又一优选实施例的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法的过程示意图。
参见图24，提供形成有若干图像传感器的第一晶圆500，该图像传感器包括焊盘区502和感光区503，焊盘区502和感光区503在图中以虚线间隔开。
参见图25-图26，在第一晶圆500上设置挡光结构604。优选的，提供第二晶圆600，在第一晶圆500上设置由第二晶圆600形成的挡光结构604。
在如图所示的本实施例中，在第一晶圆500上设置由第二晶圆600形成的挡光结构604的步骤包括：先将第二晶圆600粘合或氧化层键合至第一晶圆500，减薄第二晶圆600，再刻蚀第二晶圆600形成挡光结构604。
在未示出的其他优选实施例中，在第一晶圆500上设置由第二晶圆600形成的挡光结构604的步骤也可以包括：先减薄并刻蚀第二晶圆600形成挡光结构604，再将挡光结构604粘合至第一晶圆500。
通过上述方法，均可实现在第一晶圆500的上设置由第二晶圆600形成的挡光结构604，从而降低感光区相邻像素单元之间的光线串扰。
为了进一步提高挡光结构604的挡光效果，优选的，还可以再在挡光结构604表面设置一层例如由黑胶材料形成的第一挡光层605，以便进一步降低光线串扰导致的信号干扰。
参见图27，提供透光层606，提供治具601覆盖透光层606对应于图像传感器的焊盘区502的部分。优选的，通过卡夹结构或磁性结构或临时键合胶使得透光层606与治具601紧密贴合以提高成膜质量，在形成红外截止滤光膜后，移除所述卡夹结构或磁性结构或临时键合胶。本实施例中以磁性结构作为示例，透光层606置于带磁性的基板602（基板602可以是整体的，也可以是分体的）上，治具601与基板602彼此吸附从而将透光层606夹持于中间，在透光层606对应于图像传感器的感光区503的部分形成红外截止滤光膜603后，移除治具601，例如可以使用比基板602具有更强磁性的工具移除治具601。
参见图28，在挡光结构604上设置带有红外截止滤光膜603的透光层606，例如通过粘接方式将透光层606设置于挡光结构604上。在挡光结构604与透光层606彼此结合后，移除基板602。
此外，本实施例中是在设置透光层606的步骤之前，提供治具601覆盖透光层606对应于图像传感器的焊盘区502的部分，在透光层606对应于图像传感器的感光区503的部分形成红外截止滤光膜；在未示出的其他优选实施例中，也可以在设置透光层606的步骤之后，提供治具601覆盖透光层606对应于图像传感器的焊盘区502的部分，在透光层606对应于图像传感器的感光区503的部分形成红外截止滤光膜，均可实现红外截止滤光膜避开图像传感器的焊盘区的目的。
参见图29，在透光层606上形成若干微透镜607；减薄第一晶圆500；去除对应焊盘区502的透光层606，暴露出焊盘区502；从而形成如图30所示的光学指纹器件。
优选的，还可以再在微透镜607之间形成例如由黑胶材料形成的第二挡光层608，以便进一步降低光线串扰导致的信号干扰。
综上所示，本发明的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，通过治具覆盖对应于图像传感器的焊盘区的部分，在对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜，实现了红外截止滤光膜避开图像传感器的焊盘区的目的，以免影响焊盘区的电学连接性能，由于治具可以反复利用，节省了光刻步骤所需的工艺时间和材料成本，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中形成红外截止滤光膜的方法，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；
提供治具，所述治具覆盖对应于图像传感器的焊盘区的部分，在对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜。
2.如权利要求1所述的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，
提供形成有若干图像传感器的第一晶圆；
提供治具覆盖所述第一晶圆对应于图像传感器的焊盘区的部分，在所述第一晶圆对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜。
3.如权利要求1所述的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，
提供形成有若干图像传感器的第一晶圆；
提供第二晶圆，在第一晶圆上设置由第二晶圆形成的挡光结构；
在所述设置第二晶圆的步骤之前或之后，提供治具覆盖所述第二晶圆对应于图像传感器的焊盘区的部分，在所述第二晶圆对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜。
4.如权利要求1所述的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，
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；
在挡光结构上设置透光层；
在所述设置透光层的步骤之前或之后，提供治具覆盖所述透光层对应于图像传感器的焊盘区的部分，在所述透光层对应于图像传感器的感光区的部分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中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，所述挡光结构由第二晶圆形成。
6.根据权利要求2所述的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，通过卡夹结构或磁性结构或临时键合胶使得第一晶圆与治具紧密贴合以提高成膜质量，在形成红外截止滤光膜后，移除所述卡夹结构或磁性结构或临时键合胶。
7.根据权利要求6所述的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，所述第一晶圆置于带磁性的基板上，所述治具与所述基板彼此吸附从而将第一晶圆夹持于中间，在形成红外截止滤光膜后，移除所述治具，在第一晶圆与挡光结构彼此结合后，移除所述基板。
8.根据权利要求3所述的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，通过卡夹结构或磁性结构或临时键合胶使得第二晶圆与治具紧密贴合以提高成膜质量，在形成红外截止滤光膜后，移除所述卡夹结构或磁性结构或临时键合胶。
9.根据权利要求8所述的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，所述第二晶圆置于带磁性的基板上，所述治具与所述基板彼此吸附从而将第二晶圆夹持于中间，在形成红外截止滤光膜后，移除所述治具，在第一晶圆与第二晶圆彼此结合后，移除所述基板。
10.根据权利要求9所述的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，提供第二晶圆的步骤包括, 先将第二晶圆临时结合一片支撑载体，再对第二晶圆进行减薄，去除支撑载体后，在第二晶圆对应于图像传感器的感光区的部分形成红外截止滤光膜，在第一晶圆与第二晶圆彼此结合后，无需减薄第二晶圆。
11.根据权利要求4所述的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，通过卡夹结构或磁性结构或临时键合胶使得透光层与治具紧密贴合以提高成膜质量，在形成红外截止滤光膜后，移除所述卡夹结构或磁性结构或临时键合胶。
12.根据权利要求11所述的光学指纹器件中形成红外截止滤光膜的方法，其特征在于，所述透光层置于带磁性的基板上，所述治具与所述基板彼此吸附从而将透光层夹持于中间，在形成红外截止滤光膜后，移除所述治具，在挡光结构与透光层彼此结合后，移除所述基板。
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