KR20160048643A

KR20160048643A - 지문인식센서

Info

Publication number: KR20160048643A
Application number: KR1020150131886A
Authority: KR
Inventors: 박광수; 남동욱; 민병일; 김현식
Original assignee: 주식회사 비욘드아이즈
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2016-05-04
Also published as: KR20160048646A; CN107077605A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 지문인식센서는 이미지 센서; 및 수광부에 수직에 가깝게 입사하는 빛을 검출하기 위한 광입사 경로를 형성하는 관통홀 웨이퍼를 포함한다.

Description

지문인식센서{Image sensor for finger-print}

본 발명은 지문인식센서에 관한 것이다.

이미지 센서는 빛을 전기 신호로 변환하는 센서이다. 대표적인 이미지 센서로 CMOS를 이용한 APS(Active Pixel Sensor), PPS(Passive Pixel Sensor)가 있다. 이러한 이미지 센서에 사용되는 포토 다이오드는 입사된 빛을 축적하여 전기 신호로 변환한다. 포토 다이오드로 입사되는 빛의 양을 증가시키기 위하여, 포토 다이오드의 상부에 마이크로 렌즈가 일반적으로 구비된다.

한편, 광학식 지문인식용 센서는 지문의 이미지를 촬영하여 전기 신호로 변환한다. 지문의 이미지 촬영을 위해서, 종래의 광학식 지문인식용 센서는 지문에 빛을 조사하여 반사시키는 광학계를 구비한다. 그러나, 반사 미러나 렌즈와 같은 광학계는 일반적으로 상당한 체적을 가지기 때문에, 광학식 지문인식용 센서를 구비한 지문 인식 장치는 소형화가 어렵다.

미국 등록특허 제5,726,443호

따라서, 본 발명의 실시예들은 소형화가 가능한 지문인식센서를 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 지문인식센서는 이미지 센서; 및 수광부에 수직에 가깝게 입사하는 빛을 검출하기 위한 광입사 경로를 형성하는 관통홀 웨이퍼를 포함한다.

일 실시예에 따른 지문인식센서의 상기 이미지 센서는, 광전 변화가 발생하는 상기 수광부를 포함하는 단위 화소; 상기 단위 화소가 복수 개 배열된 화소 어레이를 포함하는 반도체 기판; 상기 화소 어레이를 보호하기 위해 형성되는 보호층; 및 복수의 메탈 라인을 포함한다.

일 실시예에 따른 지문인식센서의 상기 관통홀 웨이퍼에 형성된 관통홀의 모양은 원형, 사각형 및 육각형 중 하나이다.

일 실시예에 따른 지문인식센서의 상기 메탈 라인은 상기 수광부로 입사하는 빛을 통과시키기 위한 슬릿을 형성한다.

일 실시예에 따른 지문인식센서는 상기 관통홀 웨이퍼 상부에 위치하는 유리층을 더 포함한다.

일 실시예에 따른 지문인식센서의 상기 유리층의 상면 구조가 원뿔형, 정삼각뿔형, 피라미드형, 정육면체형 또는 단방향 일렬구조 중 하나이다.

일 실시예에 따른 지문인식센서는 상기 유리층 상부에 위치하는 프리즘 시트를 더 포함한다.

일 실시예에 따른 지문인식센서의 상기 보호층은 질화물(Nitride)계열의 단단하고 굴절율이 높은 투명 물질이다.

일 실시예에 따른 지문인식센서의 상기 관통홀 웨이퍼는 에폭시 수지를 이용해 몰딩(molding)하는 방식으로 상기 이미지 센서와 일체화되며, 상기 관통홀 웨이퍼의 폭은 수광영역의 폭보다 크게 소잉(sawing)되며, 상기 관통홀 웨이퍼의 관통홀은 수광영역에 대응하게 정렬(align)된다.

일 실시예에 따른 지문인식센서의 상기 관통홀 웨이퍼의 관통홀의 내부는 비워진 상태의 공기 또는 투명한 물질로 충전된다.

일 실시예에 따른 지문인식센서의 상기 메탈 라인은 상기 보호층과 상기 반도체 기판 사이에 위치하는 FSI(Front-Side Illumination)구조를 갖는다.

일 실시예에 따른 지문인식센서의 상기 메탈 라인은 상기 보호층과 상기 반도체 기판 사이에 위치하는 BSI(Back-Side Illumination)구조를 갖는다.

일 실시예에 따른 지문인식센서의 상기 반도체 기판의 하면은 씨닝(thinning)되어 두께가 얇게 형성되며, 상기 관통홀 웨이퍼는 상기 반도체 기판 하부에 위치한다.

본 발명의 실시예에 따른 지문인식센서는, 지문 이미지를 촬영하기 위한 광학계 및 입사되는 빛의 양을 증가시키기 위한 마이크로 렌즈가 필요하지 않으므로, 지문 인식 장치의 소형화를 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀 웨이퍼가 적층된 지문인식센서의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 관통홀 웨이퍼가 적층된 지문인식센서의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀 웨이퍼를 이미지 센서 하부에 적층한 지문인식센서의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 상부에 보호층을 형성하는 지문인식센서를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1의 지문인식센서에서 복수의 메탈 라인이 슬릿을 형성한 것을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5의 지문인식센서에 유리층이 더 포함된 지문인식센서를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 5의 지문인식센서의 유리층이 더 포함된 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 6의 지문인식센서의 유리층 표면을 구체적으로 설명하는 다른 예시의 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 명세서 및 청구항에서 사용되는 단수 표현은, 달리 언급하지 않는 한 일반적으로 “하나 이상”을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀 웨이퍼가 적층된 지문인식센서의 구성을 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 지문인식센서(100)는 이미지 센서 및 이미지 센서에 결합된 관통홀 웨이퍼(140)를 포함한다. 이미지 센서는 반도체 기판(110), 복수의 메탈 라인(120) 및 보호층(130)을 포함한다.

반도체 기판(110)은 단위 화소가 복수 개 배열된 화소 어레이(115)를 포함한다. 단위 화소는 광전 변화가 발생하는 수광부를 포함한다. 도면에 도시되지 않았으나 수광부는 포토 다이오드 또는 플로팅 게이트 구조의 트랜지스터일 수 있다. 플로팅 게이트 구조의 트랜지스터를 수광부로 사용할 경우, 수광부는 높은 광 감도 특성으로 인해 적은 양의 빛으로도 선명한 이미지를 얻을 수 있다. 이하, 각 단위 화소의 수광부가 차지하는 영역을 수광영역(115a)이라 한다. 수광영역(115a)은 관통홀웨이퍼(140)의 관통홀(145)이 차지하는 영역과 일치할 수 있다.

또한, 반도체 기판(110)은 광전 변환된 전기신호를 출력하기 위한 신호처리회로를 구비한다.

복수의 메탈 라인(120)은 화소 어레이(115)에 포함된 각 단위 화소의 구동 및 신호의 전송을 위한 배선들을 형성한다. 이러한 복수의 메탈 라인(120)은 IMD(Inter Metal Dielectric)에 의해 상호간에 전기적으로 절연된다.

복수의 메탈 라인(120)은 보호층(130)과 반도체 기판(110)사이에 위치할 수 있다. 복수의 메탈 라인(120)이 보호층(130)과 반도체 기판(110)사이에 위치하는 경우, FSI(Front-Side Illumination)구조를 갖는 지문인식센서라 한다. 복수의 메탈 라인(120)은 반도체 기판(110) 하부에 위치할 수 있다. 복수의 메탈 라인(120)이 반도체 기판(110) 하부에 위치하는 경우, BSI(Back-Side Illumination)구조를 갖는 지문인식센서라 한다. 도 1은 FSI구조를 갖는 지문인식센서를 설명한다. BSI구조를 갖는 지문인식센서는 도 2에서 설명하도록 한다.

복수의 메탈 라인(120)에는 수광부로 입사하는 빛을 통과시키기 위한 슬릿이 추가로 형성될 수 있다. 슬릿이 형성된 복수의 메탈 라인(120)은 도 5에서 자세히 설명하도록 한다.

보호층(130)은 상기 화소 어레이(115)를 보호하기 위해 형성된다. 화소 어레이(115)를 보호하기 위해 보호층(130)은 더욱 높게 형성될 수 있다. 보호층(130)은 직접 지문과 닿는 표면이 될 수 있다. 보호층(130)에 대해서는 이하 도 4에서 자세히 설명하도록 한다.

관통홀 웨이퍼(140)는 수광부가 실질적으로 수직에 가깝게 입사되는 빛을 검출할 수 있도록 하기 위한 광입사 경로를 형성한다. 관통홀 웨이퍼(140)는 복수의 관통홀(145)이 형성된 웨이퍼(wafer)를 의미한다. 관통홀 웨이퍼(140)에 형성된 관통홀(145)의 모양은 원형, 사각형 또는 육각형 등이 될 수 있다. 관통홀 웨이퍼(140)의 관통홀(Through-Hole, 145)이 형성된 부분과 수광부의 수광영역(115a)은 일치될 수 있다. 즉, 관통홀 웨이퍼(140)는 반도체 기판(110)의 수광영역(115a)에 정렬(align)되어 위치한다. 관통홀 웨이퍼(140)는 지문인식센서(100)의 수광영역(115a)과 대응되는 부분에만 관통홀(145)이 형성되고, 그 이외의 영역에는 관통홀(145)이 형성되지 않아야 신호처리회로에 빛이 입사되는 현상이 방지될 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 점선과 같이 관통홀(145)이 차지하는 총 영역은 광입사 경로의 폭과 실질적으로 동일하거나 클 수 있다. 광입사 경로는 빛이 진행할 수 있는 경로를 의미한다.

관통홀 웨이퍼(140)는 이미지 센서의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 관통홀 웨이퍼(140)와 이미지 센서와의 접합면은 빈 공간이 발생하지 않아야하므로, 에폭시 수지 등을 이용해 몰딩(molding)하는 방식으로 이미지 센서와 일체화된다. 또한, 관통홀 웨이퍼(140)는 패드 오픈(135)에 접하지 않도록 위치된다. 패드 오픈(135)은 보호층(130) 상부의 일부를 식각하여 형성되며, 신호처리회로로부터 출력된 신호를 위부로 출력하거나 이미지 센서를 구동하기 위한 신호를 입력 받기 위한 금속 컨택이 형성될 위치를 정의한다.

한편, 관통홀(145) 내부에는 먼지나 액체 등의 이물질이 유입되지 않아야 한다. 이를 위해, 관통홀(145)의 내부는 투명한 물질로 충전될 수 있다. 관통홀(145) 내부를 투명한 물질로 충전시키는 방법은 다음과 같다. 관통홀(145)이 형성된 관통홀 웨이퍼(140)는 진공 상태에서 투명한 에폭시 수지 용매에 일정 시간 동안 침지된다. 이후, 관통홀 웨이퍼(140)의 양면은 그라인딩(grinding)된다. 이에 따라 이물질 등이 관통홀(145)에 유입되는 것이 방지될 수 있다.

또한, 지문인식센서는 관통홀 웨이퍼(140)가 이미지 센서에 부착되는 구조이므로, 관통홀 웨이퍼(140)와 이미지 센서간 접합면에 공기 등의 공간이 생기면, 이미지 센서의 출력 이미지 상에서 왜곡된 영역이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 접합면은 관통홀 웨이퍼(140)보다 굴절률이 낮은 물질(액체 또는 액체에서 고체로 변형될 수 있는 소재)로 채워질 수 있다. 또한, 접합면의 물질은 관통홀 웨이퍼와 이미지 센서 사이에서 접착제의 역할을 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 관통홀 웨이퍼가 적층된 지문인식센서의 구성을 설명하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 지문인식센서(200)는 이미지 센서와 관통홀 웨이퍼(240)를 포함한다. 여기서 이미지 센서는 반도체 기판(210), 복수의 메탈 라인(220) 및 보호층(230)을 포함한다. 도 1과 비교하여 동일한 점은 생략하고, 차이점을 주로 설명한다.

도 2의 지문인식센서의 복수의 메탈 라인(220)은 반도체 기판(210) 하부에 형성되어 있다. 빛을 받아들이는 수광부 상부에 복수의 메탈 라인(220)이 위치하지 않기 때문에, BSI구조의 지문인식센서(200)는 FSI구조의 지문인식센서보다 많은 양의 빛을 받아들일 수 있다.

구체적으로, FSI구조의 지문인식센서의 경우, 지문인식센서에 입사되는 빛은 복수의 메탈 라인을 경유한 후 최종적으로 수광부에 입사된다. 반면, BSI구조의 지문인식센서(200)의 경우, 빛은 복수의 메탈 라인(220)을 경유하지 않고 수광부로 입사할 수 있다. 즉, FSI구조의 지문인식센서의 경우와 같이 빛이 복수의 메탈 라인을 경유하여 수광부로 입사되는 경우, 복수의 메탈 라인 등에 의해 수광부로 입사되는 빛의 일부가 차단될 수 있다. 따라서 빛을 수신하는 효율이 BSI구조의 지문인식센서(200)가 FSI구조의 지문인식센서보다 높다.

후술하는 본 발명의 실시예들은 FSI구조의 지문인식센서를 예시하여 설명한다. 다만, 본 발명의 실시예들이 BSI구조의 지문인식센서에도 적용될 수 있음은 당연하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀 웨이퍼를 이미지 센서 하부에 적층한 지문인식센서의 구성을 설명하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 지문인식센서(300)는 이미지 센서 및 관통홀 웨이퍼(340)를 포함한다. 여기서 이미지 센서는 반도체 기판(310), 복수의 메탈 라인(320) 및 보호층(330)을 포함한다. 도 1 및 도 2와 비교하여 동일한 점을 생략하고, 차이점을 주로 설명한다.

관통홀 웨이퍼(340)는 반도체 기판(310) 하부에 위치할 수 있다. 관통홀 웨이퍼(340)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술을 이용하여 제작될 수 있다. MEMS기술을 통해 제작된 관통홀 웨이퍼(340)는 반도체 기판(310)과 일체화 될 수 있다.

관통홀 웨이퍼(340)가 반도체 기판(310) 하부에 형성되면, 면적 대비 높이의 비율을 현저히 높일 수 있다. 즉, FSI구조의 지문인식센서(300)임에도 불구하고 BSI구조의 지문인식센서와 같은 기능을 수행할 수 있다.

관통홀 웨이퍼(340)를 반도체 기판(310)에 결합시키기 위하여, 반도체 기판(310)의 두께는 최대 100um로 씨닝(Thinning)된다. 이때, 반도체 기판(310)의 하면을 씨닝한다. 씨닝 후, 관통홀 웨이퍼(340)가 반도체 기판(310) 하부에 접합되면, 일체의 지문인식센서(300)가 될 수 있어, 와이어 본딩 또는 범핑 등 패키징이 가능하다. 지문인식센서(300)의 패키징(packaging)이란 이미지 센서가 외부와 전기 신호를 교신하도록 하며, 외부의 충격에 견딜 수 있도록 밀봉하는 공정을 의미한다. 이미지 센서를 패키징하는 방법에는 크게 COB(chip on board) 방식, COF(chip on film) 방식 등이 존재한다. 센서의 표면에 외부 접속 단자인 범프를 형성하는 것을 범핑(buming)이라 하며, 인쇄회로기판과 이미지 센서를 와이어와 패드를 이용하여 전기적으로 연결하는 것을 와이어 본딩(wire bonding)이라 한다.

한편, 빛은 관통홀 웨이퍼(340)가 있는 밑면으로 입사할 수 있고, 지문인식센서(300)는 지문을 검출할 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 관통홀 웨이퍼(340)는 지문인식센서(300)의 수광영역(115a)과 대응되는 부분에만 관통홀이 형성되고, 그 이외의 영역에는 관통홀이 형성되지 않는다. 따라서, 관통홀 웨이퍼(340)는 신호처리회로에 빛이 입사되는 현상을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 상부에 보호층을 형성하는 지문인식센서를 설명하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 지문인식센서(400)는 반도체 기판(410), 복수의 메탈 라인(420) 및 보호층(430)을 포함한다. 도 1과 비교하여 동일한 점을 생략하고, 차이점을 주로 설명한다.

보호층(430)은 하면에 위치하는 반도체 기판(410)을 보호하기 위해 형성된다. 보호층(430)의 상면는 지문(440)이 직접 접촉될 수 있다. FSI구조의 지문인식센서의 경우, 반도체 기판(410) 상부에 복수의 메탈 라인(420)이 위치하며, 복수의 메탈 라인(420) 상부에 보호층(430)이 위치하게 된다. 반면, 도면에 도시하지 않았으나 BSI구조의 지문인식센서의 경우, 반도체 기판(410) 하부에 복수의 메탈 라인(420)이 위치하며, 반도체 기판(410) 상부에 보호층(430)이 위치하게 된다.

이 때 보호층(430)은 반도체 증착 방식으로 질화물(Nitride) 계열의 단단하고 굴절률이 높은 투명 물질로 형성될 수 있다. 이때, 보호층(passivation layer)은 일반적으로 SiO2 또는 Si3N4(다른 예로, SiOxNy를 사용하여 굴절률을 조정할 수 있다.)를 사용해 적층할 수 있다. 이 경우, SiO2는 대략 0.3~2um, Si3N4는 약 0.1~0.3um두께로 형성될 수 있다.

보호층(430)은 하부에 위치하는 화소 어레이를 보호하는 역할을 하며, 보호층(430) 상부는 지문이 직접적으로 접촉되는 부분이기 때문에 단단한 물질로 형성되어야 한다. 또한, 보호층(430)에 지문이 접촉될 때, 지문의 융선 부분이 보호층(430)에 접촉하게 되며, 상기 융선 부분에 정확히 접촉된 빛만이 보호층(430)을 통과하여 수광부로 전달되어야 하기 때문에, 보호층(430)은 투명하고 굴절률이 높은 물질로 형성되어야 한다.

도 5는 도 1의 지문인식센서에서 복수의 메탈 라인이 슬릿을 형성한 것을 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 지문인식센서(500)는 이미지 센서 및 관통홀 웨이퍼(540)를 포함한다. 여기서 이미지 센서는 반도체 기판(510), 복수의 메탈 라인(520) 및 보호층(530)을 포함한다. 도 1과 비교하여 동일한 점은 생략하고, 차이점을 주로 설명한다.

복수의 메탈 라인(520)은 각 단위 화소의 수광부에 전원 및 제어 신호를 공급하고, 수광부로부터 데이터 신호를 수신할 수 있다. 구체적으로, 복수의 메탈 라인(520) 중 수광부로부터 가장 가까운 메탈 라인은 수광부의 작동을 제어하는 수광부 제어 신호를 전달하고, 수광부가 직진광을 검출하여 생성한 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성할 수 있다. 또한, 0.18um 반도체 공정을 예로 들면 일반적으로, 메탈 라인은 6개까지 적층이 가능하며, 수광부 표면으로부터 최대 7~10um 높이를 공정적으로 구현할 수 있다.

FSI구조의 이미지 센서의 경우, 복수의 메탈 라인(520)이 수광부 상부에 적층되면서, 수광부로 입사되는 빛의 일부가 차단될 수 있다. 예를 들어 도 1의 경우, 복수의 메탈 라인(120)은 수광부의 작동을 제어하기 위해 임의로 형성되거나 단순한 더미 메탈 라인으로 형성되므로, 수광부에 입사되는 빛의 일부는 무작위로 차단될 수 있다.

반면, 도 5의 지문인식센서(500)에 포함된 복수의 메탈 라인(520)에는 복수의 슬릿이 형성될 수 있다. 따라서, 형성된 슬릿을 통해 빛이 입사되고, 나머지 빛은 차단되므로 지문인식센서(500)는 수광부에 실질적으로 수직으로 입사하는 빛만을 검출할 수 있다.

도 6은 도 5의 지문인식센서에 유리층이 더 포함된 지문인식센서를 설명하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 지문인식센서(600)는 이미지 센서, 관통홀 웨이퍼(640) 및 유리층(650)을 포함한다. 여기서, 이미지 센서는 반도체 기판(610), 복수의 메탈 라인(620) 및 보호층(630)을 포함한다. 도 5와 비교하여 동일한 점은 생략하고, 차이점을 주로 설명한다.

유리층(650)은 관통홀 웨이퍼(640) 상부에 배치될 수 있다. 유리층(650)은 굴절률이 높은 물질, 예를 들어, 강화 유리 또는 사파이어 물질로 형성 될 수 있다.

또한, 유리층(650) 상면에는 코팅층(655)이 더 형성되어, 굴절률은 더 높아질 수 있다. 코팅층(655)은 무반사 코팅, 반사 코팅, 다이아몬드 코팅 또는 메탈 코팅 등과 같은 방식으로 형성될 수 있다.

또한, 도 6의 지문인식센서(600)가 스마트 폰에 적용될 때, 스마트 폰의 지문인식 부분만을 코팅하는 방식으로 굴절률을 높일 수 있다.

지문(660)이 유리층에 접촉할 때, 유리층(650)의 높은 굴절률로 인하여, 지문(660)의 융선(Ridge)과 골(Valley)이 접촉하는 부분에 굴절률의 차이가 발생한다. 구체적으로, 지문(660)의 융선이 접촉하는 부분에서, 빛은 유리층(650) 내부로 입사되지만, 지문(660)의 골이 접촉하는 부분에서, 빛은 유리층(650) 내부로 입사되지 못하고 반사된다. 지문(660)의 융선과 골에 접촉된 빛이 유리층(650)을 통과하는 과정은 도 8에서 자세히 설명하도록 한다.

도 7은 도 5의 지문인식센서의 유리층이 더 포함된 다른 실시예를 설명하는 도면이다.

도 7을 참조하면, 지문인식센서(700)는 이미지 센서, 관통홀 웨이퍼(740) 및 유리층(750)을 포함한다. 여기서, 이미지 센서는 반도체 기판(710), 복수의 메탈 라인(720) 및 보호층(730)을 포함한다. 도 6과 비교하여 동일한 점은 생략하고, 차이점을 주로 설명한다.

유리층(750)의 상면은 지문(760)과 접촉하는 영역과 접촉하지 않는 영역으로 구분될 수 있다. 지문(760)의 융선은 유리층(750)의 상면에 접촉되며, 지문(760)의 골은 유리층(750)의 상면에 접촉되지 않는다. 이 구분을 더욱 명확하게 하기 위해, 유리층(750)의 상면(755)은 규칙적인 배열을 가진 형태로 가공될 수 있다. 예를 들어, 유리층(750)의 상면(755)은 원뿔형, 정삼각뿔형, 피라미드형 또는 단방향 일렬 구조 등으로 가공될 수 있다. 또한, 유리층(750)은 상면에 불규칙적인 패턴이 형성된 지문방지 유리가 사용될 수 있다. 이와 같이 지문(760)의 융선과 골이 각각 다른 위치에 접촉되도록 하여, 지문(760)의 융선에 직접적으로 접촉된 빛만이 유리층(750) 아래로 통과할 수 있다.

도 8은 도 6의 지문인식센서의 유리층 표면을 구체적으로 설명하는 다른 예시의 도면이다.

도 8을 참조하면, 지문인식센서(800)는 이미지 센서, 관통홀 웨이퍼(840), 유리층(850) 및 프리즘 시트(860)을 포함한다. 여기서, 이미지 센서는 반도체 기판(810), 복수의 메탈 라인(820) 및 보호층(830)을 포함한다. 도 6과 비교하여 동일한 점은 생략하고, 차이점을 주로 설명한다.

유리층(850)의 상면은 지문(870)과 접촉하는 영역과 접촉하지 않는 영역으로 구분될 수 있다. 이 구분을 더욱 명확하게 하기 위해, 유리층(850) 상부에는 프리즘 시트(860)를 추가적으로 부착할 수 있다. 프리즘 시트(860)는 LCD(Liquid Crystal Displays) 패널에 사용되는 프리즘 시트 또는 이와 유사한 구조의 프리즘 시트를 사용할 수 있다. 프리즘 시트(860)는 입사되는 빛을 굴절 및 집광시킬 수 있다. 프리즘 시트(860)는 유리층(850) 상부 표면에 부착되거나 고정될 수 있다.

유리층(850) 상면에 프리즘 시트(860)가 부착됨에 따라, 지문(870)이 프리즘 시트(860)에 닿을 경우, 지문(870)의 융선과 골은 밝기 대비 현상으로 더욱 명확히 구분될 수 있다. 구체적으로, 지문(870)의 융선은 프리즘 시트(860)의 뾰족한 부분(860a)에 닿는다. 지문(870)의 융선 부분에서 접촉된 빛은 프리즘 시트(860)의 뾰족한 부분(860a)을 수직으로 통과하여 유리층(850)을 거쳐 이미지 센서로 전달될 수 있다. 반면, 지문(870)의 골 부분의 빛이 프리즘 시트(860)의 면을 잘 통과하지 못하게 되면서, 지문(870)의 골 부분은 상대적으로 어둡게 표현된다.

따라서, 프리즘 시트(860)의 배열은 지문의 융선 간 간격(200~600um)과 골의 깊이와 상관관계를 갖고 있으므로, 너무 조밀하면 문제가 될 수 있다. 따라서, 프리즘 시트(860)의 배열 간격은 25~100um이 적절하다. 또한, 프리즘 시트(860)는 피부 대비 높은 굴절률을 갖는 재질로 이루어지는 것이 적절하며, 프리즘 시트(860)의 두께가 얇을 수록 지문(870)의 융선과 골이 명확히 구분될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

이미지 센서; 및
수광부에 수직에 가깝게 입사하는 빛을 검출하기 위한 광입사 경로를 형성하는 관통홀 웨이퍼
를 포함하는 지문인식센서.
제1항에 있어서,
상기 이미지 센서는,
광전 변화가 발생하는 상기 수광부를 포함하는 단위 화소;
상기 단위 화소가 복수 개 배열된 화소 어레이를 포함하는 반도체 기판;
상기 화소 어레이를 보호하기 위해 형성되는 보호층; 및
복수의 메탈 라인을 포함하는 지문인식센서.
제2항에 있어서,
상기 관통홀 웨이퍼에 형성된 관통홀의 모양은 원형, 사각형 및 육각형 중 하나인 지문인식센서.
제3항에 있어서,
상기 메탈 라인은 상기 수광부로 입사하는 빛을 통과시키기 위한 슬릿을 형성하는 지문인식센서.
제4항에 있어서,
상기 관통홀 웨이퍼 상부에 위치하는 유리층을 더 포함하는 지문인식센서.
제5항에 있어서,
상기 유리층의 상면 구조가 원뿔형, 정삼각뿔형, 피라미드형, 정육면체형 또는 단방향 일렬구조 중 하나인 지문인식센서.
제6항에 있어서,
상기 유리층 상부에 위치하는 프리즘 시트를 더 포함하는 지문인식센서.
제2항에 있어서,
상기 보호층은 질화물(Nitride)계열의 단단하고 굴절율이 높은 투명 물질인 지문인식센서.
제2항에 있어서,
상기 관통홀 웨이퍼는 에폭시 수지를 이용해 몰딩(molding)하는 방식으로 상기 이미지 센서와 일체화되며,
상기 관통홀 웨이퍼의 폭은 수광영역의 폭보다 크게 소잉(sawing)되며,
상기 관통홀 웨이퍼의 관통홀은 수광영역에 대응하게 정렬(align)되는 지문인식센서.
제9항에 있어서,
상기 관통홀 웨이퍼의 관통홀의 내부는 비워진 상태의 공기 또는 투명한 물질로 충전되는 지문인식센서.
제2항에 있어서,
상기 메탈 라인은 상기 보호층과 상기 반도체 기판 사이에 위치하는 FSI(Front-Side Illumination)구조를 갖는 지문인식센서.
제2항에 있어서,
상기 메탈 라인은 상기 반도체 기판 하부에 위치하는 BSI(Back-Side Illumination)구조를 갖는 지문인식센서.
제11항에 있어서,
상기 반도체 기판의 하면은 씨닝(thinning)되어 두께가 얇게 형성되며,
상기 관통홀 웨이퍼는 상기 반도체 기판 하부에 위치하는 지문인식센서.