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    • 专利摘要:
    Die vorliegende Erfindung zeigt einen optischen Sensor, ein Herstellungsverfahren und einen Datenträger mit optischem Sensor. Der optische Sensor besteht dabei aus einer Halbleiterschaltungsschicht (2) mit einer Vielzahl von optoelektronischen Elementen (3, 4) und aus einer oberhalb dieser Halbleiterschaltungsschicht (2) angeordneten optischen Schicht (5, 5a, 5b, 5c) mit einer Vielzahl optischer Elemente (5c, 6, 7), jeweils mit nach oben offener, seitlich begrenzender Apertur (7). Die optischen Elemente (5c, 6, 7) bestehen aus unmittelbar auf die Halbleiterschaltungsschicht (2) abgeschiedenem Material (5, 6).
    公开号:DE102004011548A1
    申请号:DE200410011548
    申请日:2004-03-08
    公开日:2005-09-29
    发明作者:Thomas Dr. Grassl
    申请人:Giesecke and Devrient GmbH；
    IPC主号:H01L27-144
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen optischen Sensor nach der Gattung des Hauptanspruchsund insbesondere einen optischen Sensor bestehend aus einer Halbleiterschaltungsschichtmit einer Vielzahl optoelektronischer Elemente und aus einer oberhalb dieseraktiven Halbleiterschaltungsschicht angeordneten optischen Schichtmit einer Vielzahl einzelner optischer Elemente, jeweils mit nachoben offener, seitlich begrenzender Apertur. Außerdem betrifft die Erfindungeine tragbare Datenträgeranordnungmit einem solchen optischen Sensor sowie ein Verfahren zur Herstellungeines solchen Sensors.
    [0002] Gattungsgemäße optischeSensoren sind beispielsweise aus der US5,446,290 bekannt. Es ist dort gezeigt ein optischer Sensormit einer unten liegenden, eine flache Lichtquelle bildenden Schicht,einer oberhalb dieser Schicht angeordneten Sensorschicht, die nachoben hin fotosensitiven Bauelementen enthält, und einer oberhalb derSensorschicht liegenden optischen Schicht mit einer Vielzahl nebeneinanderangeordneter optischer Elemente in Form von parallel angeordnetenLichtleitern. Ein solcher optischer Sensor ist zur Verwendung ineiner Standardchipkarte nach ISO 7816 nicht geeignet, da die Materialstärke deroptischen Schicht alleine bereits die zulässige Dicke einer solchen Chipkarte überschreitet.Außerdemsind die übereinanderangeordneten Schichten aus Lichtquelle und fotosensitiven Bauelementennicht dazu geeignet, einen flachen Sensor zu realisieren, der ineine solche Chipkarte einbaubar wäre.
    [0003] Einetragbare Anordnung in Form einer Chipkarte mit einer Anordnung zumoptischen Erfassen von Fingerabdrücken mit Beleuchtungseinrichtung zumAusleuchten des zu erfassenden Objektes ist aus DE 198 374 28 C2 bekannt.
    [0004] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es, einen optischen Sensor bereitzu stellen, die ausreichend flach realisierbar ist, um in einerChipkarte eingesetzt zu werden. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellungeines solchen Sensors sowie angegeben werden und eine Datenträgeranordnungmit einem solchen Sensor.
    [0005] DieseAufgabe wird gelöstdurch einen optischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowiedurch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Die abhängigen Ansprüche beschreibenbevorzugte Ausführungsformender erfindungsgemäßen Lösung.
    [0006] Vorzugsweisesind, bei einem aus einer Halbleiterschaltungsschicht mit einerVielzahl von optoelektronischen Elementen und aus einer oberhalb dieserHalbleiterschaltungsschicht angeordneten optischen Schicht mit einerVielzahl von optischen Elementen mit nach oben offener, seitlichbegrenzender Apertur bestehenden optischen Sensor, die optischenElemente aus unmittelbar auf die Halbleiterschaltungsschicht aufgebrachtemMaterial ausgebildet.
    [0007] Einbevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines solchen optischen Sensorssieht beispielsweise nach dem Herstellen einer optoelektronischen Elementeenthaltenden Halbleiterschaltungsschicht das Aufbringen einer transparentenSchicht vor. Eine solche transparente Schicht kann beispielsweise einein üblichenHalbleiterherstellungsverfahren verwendete Schicht aus Siliziumoxidoder Siliziumnitrid sein. Diese transparente Schicht kann beispielsweise unterVerwendung eines fotolithographischen Zwischenschrittes mit Hilfeeines vorzugsweise anisotropen Ätzvorgangesstrukturiert werden, um oberhalb von optoelektronischen Elementen liegendeBereiche seitlich zumindest weitgehend von einander zu trennen.Diese seitliche Trennung soll neben der Formgebung der optischenElemente zusätzlichverhindern, daß über Teileder transparenten Schicht Licht von Halbleiterelementen zu anderenHalbleiterelementen gelangen kann. Die Struktur der optischen Elementeauf der von der Halbleiterschaltungsschicht abgewandten Seite kannbeispielsweise nach Entfernen einer Maske durch zusätzliches Ätzen, vorzugsweisePlasmaätzengestaltet werden.
    [0008] Beisolchen optischen Elementen kann alleine durch eine geeignete Gestaltungder Oberfläche desaus der transparenten Schicht hergestellten Elementes eine nachoben offene, seitlich begrenzende Apertur realisiert werden. Einegeeignete Oberflächengestaltungsolcher optischen Elemente ist jedoch sehr kompliziert und außerdem dringtmeist trotzdem Streulicht seitlich aus den optischen Elementen ausbzw. in die optischen Elemente ein. Vorzugsweise wird daher eineopake Schicht auf die strukturierte transparente Schicht aufgebracht,die die einzelnen, aus der transparenten Schicht durch Strukturierunghergestellten Erhöhungenmindestens teilweise umschließt.Eine solche opake Schicht kann beispielsweise aus Silizit, alsoeiner Metall-Siliziumverbindung oder aus Metall bestehen. In der Praxisdürfteeine solche opake Schicht die transparenten Bereiche der optischenElemente auch nach oben hin abdecken. Daher wird vorzugsweise nach Aufbringender opaken Schicht das opake Material zumindest oberhalb optoelektronischerElemente teilweise entfernt. Hierzu eignet sich wieder ein fotolithographischer Ätzvorgang,aber auch ein Planarisierungsschritt, wie z.B. chemisch-mechanisches Polieren.
    [0009] Einerfindungsgemäßer optischerSensor eignet sich in besonderem Maße zum Aufnehmen biometrischerInformationen, wie z. B. Fingerabdruckinformationen. Um optischeBesonderheiten eines sehr nahe am Sensor befindlichen Objektes,wie z. B. einer Fingerkuppe zu erfassen, ist eine Lichtquelle aufder dem Objekt zugewandten Seite erforderlich. Nebeneinander angeordnetelichtemittierende Halbleiterelemente und fotosensitive Halbleiterelemente bewirkenjedoch üblicherweise,daß diefotosensitiven Halbleiterelemente nicht nur vom Objekt abgestrahlteHelligkeitsinformation empfangen, sondern auch unmittelbar von denlichtemittierenden Elementen ihrer Umgebung abgegebenes Licht empfangen. Durchdie sich überlagerndeWirkung des Streulichtes und der Helligkeitsinformation des vomObjekt abgestrahlten Lichtes wird die Empfindlichkeitsdynamik einessolchen Sensors bezüglichHelligkeitsinformation stark eingeschränkt. Übliche Passivierungsschichtenzur Abdeckung von Halbleiterschaltungseinrichtungen sind aus transparentemSiliziumoxid oder Siliziumnitrid, die eine unmittelbare Bestrahlung fotosensitiverHalbleiterelemente durch neben diesen angeordnete lichtemittierendeHalbleiterelemente begünstigt,selbst wenn, wie aus der oben angegebenen US 5,446,290 bekannt, oberhalb einersolchen Halbleiteranordnung optische Elemente vorgesehen sind. Einerfindungsgemäßer optischerSensor hat folglich speziell fürAnwendungen wie optische Fingerabdruckerkennung, bei denen ein Objektin unmittelbarer Nähedes Sensors angeordnet wird, den Vorteil, daß ein Sensor mit nebeneinanderangeordneten lichtemittierenden und fotosensitiven Halbleiterelementenmit großerEmpfindlichkeit und guter Kontrastwiedergabe realisiert werden kann.Hierbei wird der Dynamikbereich der Helligkeitsempfindlichkeit dadurchvergrößert, daß die austransparentem Material bestehenden optischen Elemente seitlich im wesentlichenvon opakem Material begrenzt werden und somit das Beaufschlagenfotosensitiver Elemente mit von lichtemittierenden Elementen abgegebenemStreulicht verhindert wird. Eine Kontrastverbesserung wird erzielt,wenn zusätzlichdurch das Zusammenspiel von transparentem Material und opakem Materialeine Blendenwirkung erreicht wird.
    [0010] EineVerbesserung eines optischen Sensors wird bereits erzielt, wennnur lichtemittierende Halbleiterelemente oder nur fotosensitiveHalbleiterelemente erfindungsgemäß mit optischenElementen aus unmittelbar auf die aktive Halbleiterschicht aufgebrachtemMaterial versehen werden. Die Vorteile der Erfindung machen sichjedoch besonders stark bemerkbar, wenn sowohl lichtemittierendeHalbleiterelemente als auch fotosensitive Halbleiterelemente mitentsprechenden optischen Elementen ausgerüstet werden.
    [0011] Einerfindungsgemäßer optischerSensor kann demnach im Gegensatz zu bekannten optischen oder kapazitivenFingerabdrucksensoren extrem dünnausgestaltet werden. Er ermöglichtsomit die Realisierung einer tragbaren Datenträgeranordnung, wie z. B. einerStandardchipkarte, mit optischem Sensor zum Erfassen biometrischerInformation. Im Gegensatz zu bekannten Chipkarten mit Fingerabdrucksensor,die in dem Bereich, der von einer Schreib-/Leseeinheit kontaktiertwird, Standardabmessungen haben und in einem anderen Bereich, in demder Sensor vorgesehen ist, eine größere Dicke aufweisen, kanneine tragbare Datenträgeranordnungmit einem vorstehend beschriebenen optischen Sensor in Form einerStandardchipkarte realisiert werden.
    [0012] Daein optischer Sensor zum Erfassen biometrischer Information relativgroßeAbmessungen aufweist, sollte dieser vorzugsweise innerhalb einer Chipkarteangeordnet sein, d. h., zwischen mindestens zwei stabilisierendenSchichten aus Kartenmaterial, die bei Biegebelastungen der Chipkartedie stärkereBelastung erfahren. In einem solchen Fall sollte der optische Sensor voneiner transparenten Schicht abgedeckt sein, um den Lichtdurchtrittzu gewährleisten.Eine derartige Anordnung kann in Abhängigkeit von den optischenEigenschaften erfindungsgemäßer optischerElemente auch zusätzlich eineKontrastverbesserung mit sich bringen.
    [0013] Nachstehendwird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnunganhand von Ausführungsbeispielennäher erläutert.
    [0014] Eszeigen
    [0015] 1a bis 1f ineiner schematischen Schnittdarstellung Zwischenstadien eines optischen Sensorbei der Herstellung;
    [0016] 2 eineschematische Darstellung einer Draufsicht auf den in 1f gezeigtenAusschnitt eines optischen Sensors;
    [0017] 3 eineschematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Ausführungsbeispieleines erfindungsgemäßen Datenträger; und
    [0018] 4 eineschematische Teildarstellung eines Schnitts durch den in 3 gezeigteDatenträger.
    [0019] Die 1a-1f zeigenin schematischer Darstellung einen Schnitt entlang der in 2 gezeigtenSchnittlinie V – Wdurch eine Halbleiteranordnung mit einer Halbleiterschaltungsschicht 2,die ein lichtemitierendes Halbleiterelement 3 und ein photosensitivesHalbleiterelement 4 enthält.
    [0020] Dieschematische Darstellung der 1a sollhierbei eine bereits funktionsfähigeHalbleiterschaltungsschicht 2 mit den entsprechenden optoelektronischenElementen, nämlichdem genannten lichtemitierenden Halbleiterelement 3 unddem genannten photosensitiven Halbleiterelement 4 zeigen.
    [0021] Ineinem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen optischenSensors wird auf die Halbleiterschaltungsschicht 2 gemäß 1a eine Schichtaus transparentem Material 5 aufgebracht, wie in 1b gezeigt.Ein auf den in 1b gezeigten Gegenstand angewendeterVerfahrensschritt zum Strukturieren der transparenten Schicht 5,um oberhalb der optoelektronischen Elemente 3 und 4 liegendeBereiche 5a seitlich voneinander zu trennen, führt zu demin 1c schematisch gezeigten Gegenstand.
    [0022] Einweiterer, auf die Anordnung gemäß 1c angewendeterVerfahrensschritt dient der zusätzlichenStrukturierung der oberhalb der optoelektronischen Elemente 3 und 4 verbliebenentransparenten Bereiche 5a derart, daß sie eine nach oben abnehmendeKontur erhalten. Ein solcher Verfahrensschritt kann beispielsweiseeinen Plasmaätzvorgangenthalten. Entsprechend strukturierte transparente Bereiche 5b oberhalbder optoelektronischen Elemente 3 und 4 sind in 1d gezeigt.
    [0023] Ineinem weiteren Verfahrensschritt wird auf die Anordnung gemäß 1d einopakes Material 6, beispielsweise ein Metall oder einemetallhaltige Mischung, aufgebracht. Das Ergebnis dieses Schrittes istin 1e zu erkennen.
    [0024] Ineinem weiteren Verfahrensschritt wird oberhalb der elektrooptischenElemente 3 und 4 ein Teil des opaken Materialsund, wie in 1f gezeigt, auch ein Teil destransparenten Materials 5b abgetragen, beispielsweise durchmechanisch-chemisches Polieren. Dadurch erhält das transparente Material diein 1f gezeigte Form 5c und oberhalb der elektrooptischenElemente 3 und 4 der Halbleiterschaltungsschicht 2 werdenBlendenöffnungen 7 freigelegt.Eine evtl. zusätzlichvorgenommene Planarisierung des optischen Sensors ist in 1 nicht mehrdargestellt.
    [0025] Umden Arbeitsschritt des abschließenden Freilegensder Blendenöffnungen 7 zuvermeiden, kann das opake Material 6 nur zwischen den transparentenBereichen 5b aufgebracht werden. Ausgehend von der in 1d gezeigtenAnordnung entsteht dann in einem Arbeitsschritt eine Anordnung ähnlich derin 1f gezeigten Anordnung. Beispielsweise kann einopakes Material 6, das bei dem Aufbringen eine ausreichendhohe Viskositätund geringe Haftung gegenüberden transparenten Bereichen 5b aufweist, sich zwischenden transparenten Bereichen 5b ablagern. Ein opakes Materialsowie Parameter der Aufbringung, wie Temperatur oder Druck sindentsprechend zu wählen.
    [0026] 2 zeigtdie Draufsicht auf das in 1f gezeigteStadium zur Herstellung eines optischen Sensors. Erkennbar dargestelltist hierbei lediglich die opake Schicht 6 mit den Blendenöffnungen 7 und dietransparenten Bereiche 5c für die optoelektronischen Elemente 3 und 4.
    [0027] 3 zeigtschematisch eine Draufsicht auf einen tragbaren Datenträger 8 inForm einer Chipkarte, welche mit einem erfindungsgemäßen Sensor ausgerüstet ist.
    [0028] Aufder Chipkarte 8 ist eine Kontaktfläche 9 zu erkennen,die die externe Schnittstelle eines kontaktbehafteten Chipkartenmodulsdarstellt. Außerdemist in 3 ein optischer Sensor 1 gezeigt, der innicht dargestellter Weise mit einer ebenfalls nicht dargestelltenSteuerschaltung des Chipkartenmoduls verbunden ist.
    [0029] Entlangder in 3 dargestellten Schnittlinie X – Y besitztder gezeigte Datenträger 8 denin 4 schematisch dargestellten Aufbau.
    [0030] Wiein 4 zu erkennen ist, besteht die in 3 gezeigteChipkarte 8 aus einer oberen Kartenschicht 10,einer unteren Kartenschicht 11 und einer innen liegendenKartenschicht 12, in deren Ebene der optische Sensor 1 angeordnetist. In einem Bereich 13 oberhalb des optischen Sensors 1,auf dessen lichtempfindlicher Seite, ist die außen liegende Kartenschicht 10 austransparentem Material ausgestaltet. Hierbei ist zumindest ein transparentesFenster 14 oberhalb des aktiven Bereiches des optischen Sensorserforderlich.
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] Optischer Sensor (1), bestehend auseiner Halbleiterschaltungsschicht (2) mit einer Vielzahlvon optoelektronischen Elementen (3, 4) und auseiner oberhalb dieser Halbleiterschaltungsschicht (2) angeordnetenoptischen Schicht (5, 5a, 5b, 5c)mit einer Vielzahl optischer Elemente (5c, 6, 7),jeweils mit nach oben offener, seitlich begrenzender Apertur (7), dadurchgekennzeichnet, daß dieoptischen Elemente (5c, 6, 7) aus unmittelbarauf die Halbleiterschaltungsschicht (2) abgeschiedenemMaterial (5, 6) bestehen.
    [2] Optischer Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß dieoptischen Elemente (5c, 6, 7) aus transparentemMaterial (5) bestehen, das seitlich im wesentlichen vonopakem Material (6) begrenzt wird.
    [3] Optischer Sensor (1) nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß dieoptischen Elemente (5c, 6, 7) aus über denoptoelektronischen Elementen (3, 4) angeordnetemtransparentem Material (5, 5a, 5b) unddieses Material umschließendemund teilweise bedeckendem, jeweils eine Blendenöffnung (7) bildendem,metallhaltigem Material (6) bestehen.
    [4] Optischer Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einesder optoelektronischen Elemente ein lichtemittierendes Halbleiterelement(4) ist.
    [5] Optischer Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einesder optoelektronischen Elemente ein fotosensitives Halbleiterelement(3) ist.
    [6] Optischer Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, daß dieoptoelektronischen Elemente zueinander benachbarte lichtemittierendeund fotosensitive Halbleiterelemente (3, 4) sind.
    [7] Tragbarer Datenträger(8) mit einem optischen Sensor (1) nach einemder vorhergehenden Ansprüche.
    [8] Tragbarer Datenträger(8) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen kartenförmigen Aufbau desDatenträgers(8) und dadurch, daß deroptische Sensor (1) von einer transparenten Schicht (10)abgedeckt ist.
    [9] Verfahren zum Herstellen eines optischen Sensors(1) mit den Schritten Herstellen einer aktiven Halbleiterelementeschicht(2) mit einer Vielzahl von optoelektronischen Elementen(3, 4); Aufbringen einer transparenten Schicht(5) auf dieser Halbleiterelementeschicht (2),gekennzeichnet durch die Schritte: Strukturieren der transparentenSchicht (5), um oberhalb von optoelektronischen Elementen(3, 4) liegenden Bereiche (5a) seitlichzumindest weitgehend voneinander zu trennen; und Aufbringeneiner opaken Schicht (6) auf diese strukturierte transparenteSchicht (5a, 5b).
    [10] Verfahren zum Herstellen eines optischen Sensors(1) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch zumindest teilweisesEntfernen des Materials der opaken Schicht (6) oberhalbder optoelektronischen Elemente (3, 4).
    [11] Verfahren zum Herstellen eines optischen Sensors(1) nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch den zusätzlichenSchritt vor dem Aufbringen der opaken Schicht (6): Strukturierender oberhalb von optoelektronischen Elementen (3, 4)liegenden Bereiche (5b) der transparenten Schicht (5)derart, daß sieeine nach oben abnehmende Kontur haben.
    [12] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,daß dieopake Schicht (6) flächigabgetragen wird, um das Material oberhalb der optoelektronischenElemente (3, 4) zu entfernen.
    [13] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,daß dieopake Schicht (6) Metall enthält.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004011548B4|2015-02-12|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-09-29| OM8| Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law|
    2011-02-03| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2013-05-10| R016| Response to examination communication|
    2014-10-22| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0027146000 Ipc: H01L0027144000 |
    2014-10-23| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2014-11-27| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0027146000 Ipc: H01L0027144000 Effective date: 20141022 |
    2015-11-13| R020| Patent grant now final|
    2016-10-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410011548|DE102004011548B4|2004-03-08|2004-03-08|Tragbarer Datenträger mit optischem Sensor und geeigneter Sensor und Verfahren zur Herstellung|DE200410011548| DE102004011548B4|2004-03-08|2004-03-08|Tragbarer Datenträger mit optischem Sensor und geeigneter Sensor und Verfahren zur Herstellung|
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