DE102004011548A1 - Optical sensor, e.g. for chip card fingerprint sensor, comprises optical layer with optical elements consisting of material deposited directly onto semiconductor circuit layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor nach der Gattung des Hauptanspruchs und insbesondere einen optischen Sensor bestehend aus einer Halbleiterschaltungsschicht mit einer Vielzahl optoelektronischer Elemente und aus einer oberhalb dieser aktiven Halbleiterschaltungsschicht angeordneten optischen Schicht mit einer Vielzahl einzelner optischer Elemente, jeweils mit nach oben offener, seitlich begrenzender Apertur. Außerdem betrifft die Erfindung eine tragbare Datenträgeranordnung mit einem solchen optischen Sensor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors.The The invention relates to an optical sensor according to the preamble of the main claim and in particular an optical sensor consisting of a semiconductor circuit layer with a large number of optoelectronic elements and one above it semiconductor active layer layer disposed optical layer with a plurality of individual optical elements, each with after open at the top, laterally delimiting aperture. Moreover, the invention relates a portable data carrier arrangement with such an optical sensor and a method for the production such a sensor.
Gattungsgemäße optische
Sensoren sind beispielsweise aus der
Eine
tragbare Anordnung in Form einer Chipkarte mit einer Anordnung zum
optischen Erfassen von Fingerabdrücken mit Beleuchtungseinrichtung zum
Ausleuchten des zu erfassenden Objektes ist aus
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optischen Sensor bereit zu stellen, die ausreichend flach realisierbar ist, um in einer Chipkarte eingesetzt zu werden. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors sowie angegeben werden und eine Datenträgeranordnung mit einem solchen Sensor.task The present invention is to provide an optical sensor to provide that is sufficiently flat to realize in one Chip card to be used. In addition, a method for production of such a sensor as well as a data carrier arrangement with such a sensor.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen optischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung.These Task is solved by an optical sensor having the features of claim 1 as well by a method having the features of claim 9. Describe the dependent claims preferred embodiments the solution according to the invention.
Vorzugsweise sind, bei einem aus einer Halbleiterschaltungsschicht mit einer Vielzahl von optoelektronischen Elementen und aus einer oberhalb dieser Halbleiterschaltungsschicht angeordneten optischen Schicht mit einer Vielzahl von optischen Elementen mit nach oben offener, seitlich begrenzender Apertur bestehenden optischen Sensor, die optischen Elemente aus unmittelbar auf die Halbleiterschaltungsschicht aufgebrachtem Material ausgebildet.Preferably are in one of a semiconductor circuit layer with a Variety of optoelectronic elements and one above this Semiconductor circuit layer arranged with an optical layer Variety of optical elements with upwardly open, laterally limiting aperture existing optical sensor, the optical Elements applied directly to the semiconductor circuit layer Material formed.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines solchen optischen Sensors sieht beispielsweise nach dem Herstellen einer optoelektronischen Elemente enthaltenden Halbleiterschaltungsschicht das Aufbringen einer transparenten Schicht vor. Eine solche transparente Schicht kann beispielsweise eine in üblichen Halbleiterherstellungsverfahren verwendete Schicht aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid sein. Diese transparente Schicht kann beispielsweise unter Verwendung eines fotolithographischen Zwischenschrittes mit Hilfe eines vorzugsweise anisotropen Ätzvorganges strukturiert werden, um oberhalb von optoelektronischen Elementen liegende Bereiche seitlich zumindest weitgehend von einander zu trennen. Diese seitliche Trennung soll neben der Formgebung der optischen Elemente zusätzlich verhindern, daß über Teile der transparenten Schicht Licht von Halbleiterelementen zu anderen Halbleiterelementen gelangen kann. Die Struktur der optischen Elemente auf der von der Halbleiterschaltungsschicht abgewandten Seite kann beispielsweise nach Entfernen einer Maske durch zusätzliches Ätzen, vorzugsweise Plasmaätzen gestaltet werden.One preferred method for producing such an optical sensor For example, after manufacturing an opto-electronic element, see containing semiconductor circuit layer, the application of a transparent Layer before. Such a transparent layer may for example be a in usual Semiconductor manufacturing method used layer of silicon oxide or silicon nitride. This transparent layer can, for example, under Using a photolithographic intermediate step with the help a preferably anisotropic etching process be structured to lie above optoelectronic elements To separate areas at least largely from each other. This lateral separation is in addition to the shaping of the optical Additional elements prevent over parts the transparent layer of light from semiconductor elements to others Can reach semiconductor elements. The structure of the optical elements on the side facing away from the semiconductor circuit layer side can for example, after removal of a mask by additional etching, preferably plasma etching be designed.
Bei solchen optischen Elementen kann alleine durch eine geeignete Gestaltung der Oberfläche des aus der transparenten Schicht hergestellten Elementes eine nach oben offene, seitlich begrenzende Apertur realisiert werden. Eine geeignete Oberflächengestaltung solcher optischen Elemente ist jedoch sehr kompliziert und außerdem dringt meist trotzdem Streulicht seitlich aus den optischen Elementen aus bzw. in die optischen Elemente ein. Vorzugsweise wird daher eine opake Schicht auf die strukturierte transparente Schicht aufgebracht, die die einzelnen, aus der transparenten Schicht durch Strukturierung hergestellten Erhöhungen mindestens teilweise umschließt. Eine solche opake Schicht kann beispielsweise aus Silizit, also einer Metall-Siliziumverbindung oder aus Metall bestehen. In der Praxis dürfte eine solche opake Schicht die transparenten Bereiche der optischen Elemente auch nach oben hin abdecken. Daher wird vorzugsweise nach Aufbringen der opaken Schicht das opake Material zumindest oberhalb optoelektronischer Elemente teilweise entfernt. Hierzu eignet sich wieder ein fotolithographischer Ätzvorgang, aber auch ein Planarisierungsschritt, wie z.B. chemisch-mechanisches Polieren.at Such optical elements may be solely by suitable design the surface of the from the transparent layer made element one after open top, laterally limiting aperture can be realized. A suitable surface design However, such optical elements is very complicated and also penetrates usually still scattered light from the side of the optical elements or in the optical elements. Preferably, therefore, a opaque layer applied to the structured transparent layer, the individual, from the transparent layer through structuring produced elevations at least partially encloses. Such an opaque layer may, for example, be made of silicate, ie a metal-silicon compound or metal. In practice might Such an opaque layer covers the transparent areas of the optical Cover elements also upwards. Therefore, preferably after application the opaque layer the opaque material at least above optoelectronic Elements partially removed. For this purpose, a photolithographic etching process is again suitable, but also a planarization step, such as chemical-mechanical polishing.
Ein
erfindungsgemäßer optischer
Sensor eignet sich in besonderem Maße zum Aufnehmen biometrischer
Informationen, wie z. B. Fingerabdruckinformationen. Um optische
Besonderheiten eines sehr nahe am Sensor befindlichen Objektes,
wie z. B. einer Fingerkuppe zu erfassen, ist eine Lichtquelle auf
der dem Objekt zugewandten Seite erforderlich. Nebeneinander angeordnete
lichtemittierende Halbleiterelemente und fotosensitive Halbleiterelemente bewirken
jedoch üblicherweise,
daß die
fotosensitiven Halbleiterelemente nicht nur vom Objekt abgestrahlte
Helligkeitsinformation empfangen, sondern auch unmittelbar von den
lichtemittierenden Elementen ihrer Umgebung abgegebenes Licht empfangen. Durch
die sich überlagernde
Wirkung des Streulichtes und der Helligkeitsinformation des vom
Objekt abgestrahlten Lichtes wird die Empfindlichkeitsdynamik eines
solchen Sensors bezüglich
Helligkeitsinformation stark eingeschränkt. Übliche Passivierungsschichten
zur Abdeckung von Halbleiterschaltungseinrichtungen sind aus transparentem
Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, die eine unmittelbare Bestrahlung fotosensitiver
Halbleiterelemente durch neben diesen angeordnete lichtemittierende
Halbleiterelemente begünstigt,
selbst wenn, wie aus der oben angegebenen
Eine Verbesserung eines optischen Sensors wird bereits erzielt, wenn nur lichtemittierende Halbleiterelemente oder nur fotosensitive Halbleiterelemente erfindungsgemäß mit optischen Elementen aus unmittelbar auf die aktive Halbleiterschicht aufgebrachtem Material versehen werden. Die Vorteile der Erfindung machen sich jedoch besonders stark bemerkbar, wenn sowohl lichtemittierende Halbleiterelemente als auch fotosensitive Halbleiterelemente mit entsprechenden optischen Elementen ausgerüstet werden.A Improvement of an optical sensor is already achieved, though only light-emitting semiconductor elements or only photosensitive Semiconductor elements according to the invention with optical Elements applied directly to the active semiconductor layer Material are provided. The advantages of the invention are however, particularly noticeable when both light-emitting Semiconductor elements as well as photosensitive semiconductor elements with appropriate optical elements are equipped.
Ein erfindungsgemäßer optischer Sensor kann demnach im Gegensatz zu bekannten optischen oder kapazitiven Fingerabdrucksensoren extrem dünn ausgestaltet werden. Er ermöglicht somit die Realisierung einer tragbaren Datenträgeranordnung, wie z. B. einer Standardchipkarte, mit optischem Sensor zum Erfassen biometrischer Information. Im Gegensatz zu bekannten Chipkarten mit Fingerabdrucksensor, die in dem Bereich, der von einer Schreib-/Leseeinheit kontaktiert wird, Standardabmessungen haben und in einem anderen Bereich, in dem der Sensor vorgesehen ist, eine größere Dicke aufweisen, kann eine tragbare Datenträgeranordnung mit einem vorstehend beschriebenen optischen Sensor in Form einer Standardchipkarte realisiert werden.One inventive optical Sensor can therefore in contrast to known optical or capacitive Fingerprint sensors extremely thin be designed. He allows thus the realization of a portable data carrier arrangement, such. B. one Standard chip card, with optical sensor for detecting biometric Information. In contrast to known chip cards with fingerprint sensor, in the area contacted by a read / write unit will have standard dimensions and in another area where the sensor is provided, have a greater thickness, can a portable data carrier arrangement with a previously described optical sensor in the form of a Standard chip card can be realized.
Da ein optischer Sensor zum Erfassen biometrischer Information relativ große Abmessungen aufweist, sollte dieser vorzugsweise innerhalb einer Chipkarte angeordnet sein, d. h., zwischen mindestens zwei stabilisierenden Schichten aus Kartenmaterial, die bei Biegebelastungen der Chipkarte die stärkere Belastung erfahren. In einem solchen Fall sollte der optische Sensor von einer transparenten Schicht abgedeckt sein, um den Lichtdurchtritt zu gewährleisten. Eine derartige Anordnung kann in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften erfindungsgemäßer optischer Elemente auch zusätzlich eine Kontrastverbesserung mit sich bringen.There an optical sensor for acquiring biometric information relative size Dimensions, this should preferably within a smart card be arranged, d. h., between at least two stabilizing Layers of card material, which at bending loads of the chip card the stronger one Experienced stress. In such a case, the optical sensor of be covered by a transparent layer to the passage of light to ensure. Such an arrangement may vary depending on the optical Properties according to the invention optical Elements also in addition one Contrast improvement bring with it.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.below the invention with reference to the figures of the drawing based on embodiments explained in more detail.
Es zeigenIt demonstrate
Die
Die
schematische Darstellung der
In
einem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen optischen
Sensors wird auf die Halbleiterschaltungsschicht
Ein
weiterer, auf die Anordnung gemäß
In
einem weiteren Verfahrensschritt wird auf die Anordnung gemäß
In
einem weiteren Verfahrensschritt wird oberhalb der elektrooptischen
Elemente
Um
den Arbeitsschritt des abschließenden Freilegens
der Blendenöffnungen
Auf
der Chipkarte
Entlang
der in
Wie
in
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