特許 7109611 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-21

(45)【発行日】2022-07-29

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 1/028 20060101AFI20220722BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20220722BHJP

【ＦＩ】

H04N1/028 G

H01L27/146 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021035141

(22)【出願日】2021-03-05

(65)【公開番号】P2022054385

(43)【公開日】2022-04-06

【審査請求日】2021-03-05

(31)【優先権主張番号】17/032,957

(32)【優先日】2020-09-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507296388

【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】とこしえ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】王 唯科

(72)【発明者】

【氏名】蕭 佩怡

【審査官】橋爪 正樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０９８８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２７８８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ １／０２４－ １／２０７

Ｇ０６Ｔ １／００

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６－２７／１４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の第１の光電変換素子および複数の第２の光電変換素子を有する基板と、
前記基板上に配置された光調整構造とを備え、
前記光調整構造は、前記複数の第１の光電変換素子に対応する複数のトレンチを有するパターン化されたマルチフィルムを含み、
前記複数の第１の光電変換素子は近赤外光を感知するように用いられ、前記複数の第２の光電変換素子は可視光を感知するように用いられる、半導体装置。

【請求項2】

前記複数の第１の光電変換素子は、７００ｎｍ～１１００ｎｍの波長を有する電磁スペクトルの帯域を感知するように用いられ、所定の期間中の複数の第１の光電変換素子の感知時間は、前記所定の期間中の複数の第２の光電変換素子の感知時間よりも短い、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記光調整構造は、前記パターン化されたマルチフィルム上に配置された光コリメート層をさらに含む、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記光調整構造は、前記複数のトレンチ内に配置された複数の光フィルタ部をさらに含み、
前記光コリメート層は、
前記複数の第１の光電変換素子に対応する複数の第１の開口部、および、前記複数の第２の光電変換素子に対応する複数の第２の開口部を有する第１の遮光層と、
前記複数の第１の開口部内および前記複数の第２の開口部内に配置された複数の光透過部とを含み、
前記複数の光フィルタ部は、特定の波長の可視光をカットし、特定の波長の赤外光を通過させる、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記光コリメート層は、
前記複数の第１の光電変換素子に対応する複数の第１の開口部、および、前記複数の第２の光電変換素子に対応する複数の第２の開口部を有する第１の遮光層と、
前記複数のトレンチ内および前記複数の第２の開口部内に配置された複数の光透過部とを含み、
前記光調整構造は、前記複数の第１の開口部に配置された複数の光フィルタ部をさらに含み、
前記複数の光フィルタ部は、特定の波長の可視光をカットし、特定の波長の赤外光を通過させる、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記光コリメート層上に配置された集光構造をさらに備え、
前記集光構造は、
前記複数の第１の光電変換素子および前記複数の第２の光電変換素子に対応する複数の第３の開口部を有する第２の遮光層と、
前記複数の第３の開口部に配置された複数のマイクロレンズと、
前記光コリメート層と前記第２の遮光層との間に配置された透明層とを含む、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記光調整構造は、前記基板と前記パターン化されたマルチフィルムとの間に配置された光コリメート層をさらに含む、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記光調整構造は、前記複数のトレンチ内に配置された複数の光フィルタ部をさらに含み、
前記光コリメート層は、
前記複数の第１の光電変換素子に対応する複数の第１の開口部、および、前記複数の第２の光電変換素子に対応する複数の第２の開口部とを有する第１の遮光層と、
前記複数の第１の開口部および前記複数の第２の開口部に配置された複数の光透過部とを含み、
前記複数の光フィルタ部は、特定の波長の可視光をカットし、特定の波長の赤外光を通過させる、請求項７に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記光コリメート層は、
前記複数の第１の光電変換素子に対応する複数の第１の開口部、および、前記複数の第２の光電変換素子に対応する複数の第２の開口部とを有する第１の遮光層と、
前記複数のトレンチおよび前記複数の第２の開口部に配置された複数の光透過部とを含み、
前記光調整構造は、前記複数の第１の開口部内に配置された複数の光フィルタ部をさらに含み、
前記複数の光フィルタ部は、特定の波長の可視光をカットし、特定の波長の赤外光を通過させる、請求項７に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記パターン化されたマルチフィルム上に配置された集光構造をさらに備え、
前記集光構造は、
前記複数の第１の光電変換素子および前記複数の第２の光電変換素子に対応する複数の第３の開口部を有する第２の遮光層と、
前記複数の第３の開口部に配置された複数のマイクロレンズと、
前記パターン化されたマルチフィルムと前記第２の遮光層との間に配置された透明層とを含む、請求項７に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置に関するものであり、特に、近赤外光を感知するように用いられる光電変換素子を含む半導体装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、光電変換素子を搭載した半導体装置が生体認証装置として多用されており、これらの生体認証装置は、さまざまな分野で広く適用されている。生体認証装置は、人固有の身体的特性（例えば、指紋、顔、虹彩など）を用いて本人を認証することができる。例えば、生体認証装置は、携帯機器（例えば、携帯電話、タブレット、ノートパソコンなど）で用いられる指紋認証装置、顔認証装置、または虹彩認証などの生体認証装置として用いられることができる。この生体認証装置のアプリケーションは、ユーザにとって安全で利便性がある。

【0003】

しかしながら、科学技術の進歩に伴い、生体認証技術の安全性が徐々に問われている。即ち、人工材料から偽造の人間の特性が製作される可能性があることである。例えば、偽造指は３Ｄ印刷で製造されることができるため、既存の生体認証装置（例えば、指紋認証装置）が、偽造指の指紋と実指の指紋とを区別できなくなる可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

生体認証の安全性を向上させる半導体装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一般に、生体認証装置は、可視光のみで人間の特徴の画像を撮像する。偽造の人間の特徴と実際の人間の特徴とを可視光で区別することは困難である。

【0006】

本開示の実施形態による半導体装置は、近赤外光を感知するように用いられる光電変換素子、および、可視光を感知するように用いられるもう１つの光電変換素子を含む。即ち、本開示の実施形態による半導体装置は、近赤外光と可視光とによって人間の特徴の画像を撮像することができ、それにより、偽造された人間の特徴から取得される画像がより容易に区別されることができ、よって半導体装置を使用した生体認証の安全性を効果的に向上させることができる。

【0007】

本開示のいくつかの実施形態は、半導体装置を含む。半導体装置は、複数の第１の光電変換素子および複数の第２の光電変換素子を有する基板を含む。半導体装置は、基板上に配置された光調整構造も含む。光調整構造は、第１の光電変換素子に対応する複数のトレンチを有するパターン化されたマルチフィルムを含む。第１の光電変換素子は近赤外光を感知するように用いられ、第２の光電変換素子は可視光を感知するように用いられる。

【0008】

いくつかの実施形態では、所定の期間中の第１の光電変換素子の感知時間は、所定の期間中の第２の光電変換素子の感知時間よりも短い。

【0009】

いくつかの実施形態では、光調整構造は、パターン化されたマルチフィルム上に配置された光コリメート層をさらに含む。

【0010】

いくつかの実施形態では、光コリメート層は、第１の光電変換素子に対応する複数の第１の開口部、および、第２の光電変換素子に対応する複数の第２の開口部を有する第１の遮光層を含む。

【0011】

いくつかの実施形態では、光調整構造は、トレンチ内に配置された複数の光フィルタ部をさらに含む。

【0012】

いくつかの実施形態では、光コリメート層は、第１の開口部および第２の開口部に配置された複数の光透過部をさらに含む。

【0013】

いくつかの実施形態では、光調整構造は、第１の開口部に配置された複数の光フィルタ部をさらに含む。

【0014】

いくつかの実施形態では、光コリメート層は、トレンチ内および第２の開口部内に配置された複数の光透過部をさらに含む。

【0015】

いくつかの実施形態では、半導体装置は、光コリメート層上に配置された集光構造をさらに含む。

【0016】

いくつかの実施形態では、集光構造は、第１の光電変換素子および第２の光電変換素子に対応する複数の第３の開口部を有する第２の遮光層を含み、集光構造は、第３の開口部に配置された複数のマイクロレンズも含み、集光構造は、光コリメート層と第２の遮光層との間に配置された透明層をさらに含む。

【0017】

いくつかの実施形態では、光調整構造は、基板とパターン化されたマルチフィルムとの間に配置された光コリメート層をさらに含む。

【0018】

いくつかの実施形態では、半導体装置は、パターン化されたマルチフィルム上に配置された集光構造をさらに含む。

【0019】

いくつかの実施形態では、集光構造は、第１の光電変換素子および第２の光電変換素子に対応する複数の第３の開口部を有する第２の遮光層を含み、集光構造は、第３の開口部に配置された複数のマイクロレンズも含み、集光構造は、パターン化されたマルチフィルムと第２の遮光層との間に配置された透明層をさらに含む。

【0020】

いくつかの実施形態では、第１の光電変換素子は、７００ｎｍ～１１００ｎｍの波長を有する電磁スペクトルの帯域を感知するように用いられる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、半導体装置の光電変換素子によって近赤外光を感知することができるため、生体認証の安全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、本開示の一実施形態による半導体装置を示す部分断面図である。

【図2A】図２Ａは、露光時間の異なる状態を示す例である。

【図2B】図２Ｂは、露光時間の異なる状態を示す例である。

【図2C】図２Ｃは、露光時間の異なる状態を示す例である。

【図3】図３は、本開示のもう1つの実施形態による半導体装置を示す部分断面図である。

【図4】図４は、本開示の一実施形態による半導体装置を示す部分断面図である。

【図5】図５は、本開示のもう1つの実施形態による半導体装置を示す部分断面図である。

【図6】図６は、本開示の一実施形態による半導体装置を示す部分断面図である。

【図7】図７は、本開示のもう1つの実施形態による、半導体装置を示す部分断面図である。

【図8】図８は、本開示の一実施形態による半導体装置を示す部分断面図である。

【図9】図９は、本開示のもう1つの実施形態による半導体装置を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下の開示では、本開示の異なる特徴を実施するために、多くの異なる実施形態または実施例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の構成および配列の複数の具体例を説明する。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、第１の特徴において、下記の開示の第２の特徴の上に形成されるということは、第１と第２の特徴が直接接触して形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触しないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴間に形成された複数の実施形態を含むこともできる。また、本開示は、複数の例において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、複数の以下に討論する実施形態および／または配置の関係を限定するものではない。

【0024】

例示された方法の前、間、または後に追加のステップを実施することができ、例示された方法の他の実施形態では、いくつかのステップが置き換えられるかまたは省略されてもよい。

【0025】

更に(以下の詳細な説明において)、「下の方」、「下方」、「下部」、「上の方」、「上方」、「上部」およびこれらに類する語のような、空間的に相対的な用語は、図において１つの要素または特徴と別の（複数の）要素と（複数の）特徴との関係を簡潔に説明するために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に記載された方向に加えて、使用または操作する装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他に方向づけされてもよく（９０度回転、または他の方向に）、ここで用いられる空間的に相対的な記述は、同様にそれに応じて解釈され得る。

【0026】

本開示では、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語は、一般的に、所定値の＋／－２０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－１０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－５％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－３％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－２％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－１％を意味し、さらにより一般的に、所定値の＋／－０．５％を意味する。本開示の所定値は、近似値である。即ち、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語の具体的な説明がないとき、所定値は、「約」、「およそ」、および「実質的に」の意味を含む。

【0027】

別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本開示が属する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。

【0028】

本開示は、以下の例において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、複数の以下に説明する実施形態および／または配置の関係を限定するものではない。

【0029】

本開示の実施形態の半導体装置は、指紋認証装置などの生体認証装置として用いられることができるが、本開示はそれに限定されない。本開示の実施形態に示される半導体装置は、要件に応じて、他の適切な装置に適用されることもできる。

【0030】

図１は、本開示の一実施形態による半導体装置１００を示す部分断面図である。簡潔にするために、図１では、いくつかの構成要素が省略されている。

【0031】

図１に示すように、半導体装置１００は、基板１０を有する。いくつかの実施形態では、基板１０の材料は、元素半導体（例えば、シリコン、ゲルマニウム）、化合物半導体（例えば、炭化タンタル（ＴａＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、またはリン化インジウム（ＩｎＰ））、合金半導体（例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンゲルマニウムカーバイド（ＳｉＧｅＣ）、ヒ化ガリウムリン化物（ＧａＡｓＰ）、またはリン化インジウムリン化物（ＧａＩｎＰ））、その他の任意の半導体、またはそれらの組み合わせを用いることができるが、本開示はこれらに限定されるものではない。

【0032】

いくつかの実施形態では、基板１０は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板を適用することができる。例えば、基板１０は、シリコンオンインシュレータ基板を用いることができるが、本開示はこれらに限定されない。いくつかの実施形態では、基板１０は、半導体ウェハ（例えば、シリコンウェハ、または任意の他の適用可能な半導体ウェハ）を用いることができる。いくつかの実施形態では、基板１０は、様々な導電的構成（例えば、導電線（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｌｉｎｅｓ）またはビア）を用いることができる。例えば、導電的構成は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、それらの合金、他の適用可能な導電性材料、またはそれらの組み合わせを用いることができるが、本開示はこれらに限定されない。

【0033】

図１に示されるように、基板１０は、複数の第1の光電変換素子１２（図１では、１つの第１の光電変換素子１２のみが示されている）および複数の第２の光電変換素子１４を有する。いくつかの実施形態では、第1の光電変換素子１２および第２の光電変換素子１４は、イオン注入プロセスおよび／または拡散プロセスなどよって形成される。例えば、第１の光電変換素子１２および第２の光電変換素子１４は、トランジスタ、フォトダイオード、ＰＩＮダイオード、および／または発光ダイオードを形成するように構成されてもよいが、本開示はこれらに限定されない。

【0034】

本開示の実施形態では、第１の光電変換素子１２と第２の光電変換素子１４は異なる。より詳細には、第１の光電変換要素１２は、近赤外光（例えば、７００ｎｍ～１１００ｎｍの波長を有する電磁スペクトルの帯域）を感知するように用いられ、第２の光電変換素子は、可視光（例えば、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長を有する電磁スペクトルの帯域）を感知するように用いられるが、本開示はこれらに限定されない。

【0035】

いくつかの実施形態では、第１の光電変換素子１２および第２の光電変換素子１４は、アレイ構造を形成することができ、第１の光電変換素子１２の数および第２の光電変換素子１４の数は異なってもよい。例えば、第１の光電変換素子１２の数と第２の光電変換素子１４の数との比は、１／３～１／９９９９であってもよいが、本開示はそれに限定されない。

【0036】

図１に示されるように、半導体装置１００は、基板１０上に配置された光調整構造２０を含む。図１に示されるように、光調整構造２０は、パターン化されたマルチフィルム２１および複数のフィルタ部２３（第１の図では１つのフィルタ部２３のみが示されている）を含み得る。より詳細には、パターン化されたマルチフィルム２１は、基板１０上に配置され、光フィルタ部２３は、第１の光電変換素子１２に対応するように配置され得る。

【0037】

本開示の実施形態では、パターン化されたマルチフィルム２１と光フィルタ部２３とは、異なるフィルタである。より詳細には、パターン化されたマルチフィルム２１は、特定の波長（例えば、約７００ｎｍ～約１１００ｎｍ）の赤外（ＩＲ）光をカットし、特定の波長（例えば、約４００ｎｍ～約７００ｎｍ）の可視光を通過させることができるハイブリッドフィルタであってもよい。その代わりに、光フィルタ部２３は、特定の波長（例えば、約４００ｎｍ～約７００ｎｍ）の可視光をカットし、特定の波長（例えば、約７００ｎｍ～約１１００ｎｍ）の赤外（ＩＲ）光を通過させることができる。

【0038】

いくつかの実施形態では、パターン化されたマルチフィルム２１は、化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、またはそれらの組み合わせなどの蒸着プロセスによって形成されてもよいが、本開示はこれに限定されるものではない。同様に、光フィルタ部２３も、蒸着プロセスによって形成されてもよい。

【0039】

図１に示されるように、パターン化されたマルチフィルム２１は、複数のトレンチ２１Ｔを有してもよく（図１では１つのトレンチ２１のみが示されている）、光フィルタ部２３は、トレンチ２１Ｔ内に配置されているが、本開示はそれに限定されない。いくつかの実施形態では、パターン化プロセスがマルチフィルム上で実行され、パターン化されたマルチフィルム２１が形成されてもよい。例えば、マスク層（図示せず）がマルチフィルム上に配置され、次いで、エッチングプロセスが実行され、このマスク層をエッチングマスクとして用いて、マルチフィルムをエッチングし、トレンチ２１Ｔを形成（およびパターン化されたマルチフィルム２１を形成）されてもよく、次いで、光フィルタ部２３がトレンチ２１Ｔに被着されてもよいが、本開示はそれらに限定されない。

【0040】

いくつかの実施形態では、マスク層は、ハードマスクを含むことができ、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）など、またはそれらの組み合わせを含んでもよいが、本開示はそれらに限定されない。マスク層は、単層構造または多層構造であってもよい。マスク層は、蒸着プロセス、フォトリソグラフィプロセス、他の適切なプロセス、またはそれらの組み合わせによって形成されてもよいが、本開示はそれらに限定されない。例えば、フォトリソグラフィプロセスは、フォトレジストコーティング（例えば、スピンコーティング）、ソフトベーク、マスク位置合わせ、露光、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、リンス、乾燥（例えば、ハードベーク）、任意の他の適用可能なプロセス、またはこれらの組み合わせを含んでもよいが、本開示はそれらに限定されない。

【0041】

いくつかの実施形態では、エッチングプロセスは、ドライエッチングプロセス、ウエットエッチングプロセス、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。例えば、ドライエッチングプロセスは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング、中性ビームエッチング（ＮＢＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＲＣ）エッチングなど、またはそれらの組み合わせを含んでもよいが、本開示はそれらに限定されない。例えば、ウエットエッチングプロセスは、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）、または任意の適切なエッチャントを用いてもよい。

【0042】

いくつかの実施形態では、ユーザの特性（例えば、指紋）は、可視光および赤外線（ＩＲ）光を反射し得る。次いで、反射された赤外光は、第１の光電変換素子１２によって感知されて、赤外光画像を生成し、反射された可視光は、第２の光電変換素子１４によって感知されて可視光画像を生成することができる。ここでは、赤外光および可視光は、半導体装置１００が適用された装置からの光であっても、外部（例えば、周囲光または太陽光）からの光であってもよいが、本開示はそれらに限定されない。

【0043】

図２Ａ～図２Ｃは、露光時間の異なる状態を示す例である。図２Ａに示すように、第２の光電変換素子１４は可視光を感知するように用いられるため、それらは高品質（即ち、良好な信号）の画像を得るために長い露光時間を必要とする。しかしながら、所定の期間中、第１の光電変換素子１２の感知時間が第２の光電変換素子１４の感知時間と同じである（即ち、第１の光電変換素子１２および第２の光電変換素子１４の両方が長い感知時間を有する）場合、第１の光電変換素子１２は、信号飽和により、低品質の画像を得ることになる。

【0044】

さらに、図２Ｂに示すように、第１の光電変換素子１２は、近赤外光を感知するように用いられるため、それらは高品質（即ち、良好な信号）の画像を得るために短い露光時間を必要とする。しかしながら、所定の期間中、第２の光電変換素子１４の感知時間が第１の光電変換素子１２の感知時間と同じである（即ち、第１の光電変換素子１２および第２の光電変換素子１４の両方が短い感知時間を有する）場合、第２の光電変換素子１４は、低感度信号により、低品質の画像を得ることになる。

【0045】

従って、図２Ｃに示すように、本開示の実施形態では、所定の期間中の第１の光電変換素子１２の感知時間は、所定の期間中の第２の光電変換素子１４の感知時間よりも短く、それにより、第１の光電変換素子１２および第２の光電変換素子１４の両方が高品質（即ち、良好な信号）の画像を得ることになる。

【0046】

さらに、偽造の人間の特性が人工材料から作製されることが可能であっても、近赤外光による偽造の人間の特性から取得される画像は、近赤外光による実際の人間の特性から取得される画像と同じではない可能性がある。従って、本開示の実施形態による半導体装置１００は、偽造の人間の特徴と実際の人間の特徴とを区別することができ、それにより、本開示の実施形態による半導体装置１００を使用した生体認証の安全性を効果的に向上させることができる。

【0047】

図１に示すように、光調整構造２０は、パターン化されたマルチフィルム２１（および光フィルタ部２３）上に配置された光コリメート層２５を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、光コリメート層２５は、第１の遮光層２７および複数の光透過部２９を含んでもよい。図１に示すように、第１の遮光層２７は、第１の光電変換素子１２に対応する複数の第１の開口部２７Ｃ１（図１では１つの第１の開口部２７Ｃ１のみが示されている）と、第２の光電変換素子１４に対応する複数の第２の開口部２７Ｃ２とを有していてもよく、光透過部２９は、第１の開口部２７Ｃ１および第２の開口部２７Ｃ２に配置されてもよいが、本開示はそれらに限定されない。

【0048】

いくつかの他の実施形態では、第１の遮光層２７の材料は、フォトレジスト（例えば、黒色のフォトレジスト、または透明でない他の適用可能なフォトレジスト）、インク（例えば、黒色のインク、または透明でない他の適用可能なインク）、成形化合物（例えば、黒色の成形化合物、または透明でない他の適用可能な成形化合物）、はんだマスク（例えば、黒色のはんだマスク、または透明でない他の適用可能なはんだマスク）、エポキシ樹脂、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよいが、本開示はそれらに限定されない。いくつかの実施形態では、第１の遮光層２７の材料は、光硬化材料、熱硬化材料、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。

【0049】

いくつかの実施形態では、パターン化プロセスは、図１に示されるように、上述の材料に実行されてもよく、これにより第１の開口部２７Ｃ１および第２の開口部２７Ｃ２を形成することができる。例えば、マスク層（図示せず）が上述の材料上に配置され、次いで、エッチングプロセスが実行されて、マスク層をエッチングマスクとして用いることにより、第１の開口部２７Ｃ１および第２の開口部２７Ｃ２が形成され、次いで、光透過部２９は、第１の開口部２７Ｃ１および第２の開口部２７Ｃ２に被着されてもよいが、本開示はそれに限定されない。

【0050】

いくつかの実施形態では、光透過部２９の材料は、透明フォトレジスト、ポリイミド、エポキシ樹脂、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含んでもよいが、本開示はこれに限定されない。本開示の実施形態では、光透過部２９は、第１の光電変換素子１２および第２の光電変換素子１４に対応するように配置されてもよい。例えば、第１の開口部２７Ｃ１および第２の開口部２７Ｃ２は、第１の光電変換素子１２および第２の光電変換素子１４とそれぞれ位置合わせされてもよい。即ち、光透過部２９は、第１の光電変換素子１２および第２の光電変換素子１４と位置合わせされてもよいが、本開示はそれに限定されない。

【0051】

本開示の実施形態では、光コリメート層２５が光をコリメートして、光発散によるエネルギー損失を低減するように用いられてもよい。従って、光コリメート層２５が半導体装置１００（例えば、生体認証装置）に適用されて、認証の効率を向上させることができる。

【0052】

図３は、本開示のもう1つの実施形態による、半導体装置１０２を示す部分断面図である。簡潔にするために、図３では、いくつかの構成要素が省略されている。

【0053】

図３に示すように、半導体装置１０２は、図１に示された半導体装置１００の構造と同様の構造を有する。図１に示された半導体装置１００と異なる点は、図３に示された半導体装置１０２が、光調整構造２０上に配置された集光構造３０をさらに含むことができることである。より詳細には、集光構造３０は、光コリメート層２５上に配置されるが、本開示はそれに限定されない。

【0054】

いくつかの実施形態では、集光構造３０は、第２の遮光層３１、複数のマイクロレンズ３３、および透明層３５を含み得る。図３に示されるように、第２の遮光層３１は、第１の光電変換素子１２および第２の光電変換素子１４に対応する複数の第３の開口部３１Ｃを有し、マイクロレンズ３３は、第３の開口部３１Ｃ内に配置され、透明層３５は、光コリメート層２５と第２の遮光層３１との間に配置されてもよいが、本開示はそれらに限定されない。

【0055】

この実施形態では、マイクロレンズ３３は、光透過部２９に対応するように配置され得る。例えば、マイクロレンズ３３（または第３の開口部３１Ｃ）は、光透過部２９（または第１の開口部２７Ｃ１および第２の開口部２７Ｃ２）、第１の光電変換素子１２、および第２の光電変換素子１４と位置合わせされてもよいが、本開示はそれに限定されない。

【0056】

いくつかの実施形態では、第２の遮光層３１の材料は、第１の遮光層２７の材料と同じ、または、類似していてもよい。例えば、第２の遮光層３１の材料は、フォトレジスト（例えば、黒色のフォトレジスト、または透明でない他の適用可能なフォトレジスト）、インク（例えば、黒色のインク、または透明でない他の適用可能なインク）、成形化合物（例えば、黒色の成形化合物、または透明でない他の適用可能な成形化合物）、はんだマスク（例えば、黒色のはんだマスク、または透明でない他の適用可能なはんだマスク）、エポキシ樹脂、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよいが、本開示はそれらに限定されない。いくつかの実施形態では、第２の遮光層３１の材料は、光硬化材料、熱硬化材料、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。

【0057】

同様に、パターン化プロセスは、図３に示されるように、上述の材料に実行されてもよく、これにより第３の開口部３１Ｃを形成することができる。例えば、マスク層（図示せず）が上述の材料上に配置され、次いで、エッチングプロセスが実行されて、マスク層をエッチングマスクとして用いることにより、第３の開口部３１Ｃが形成され、次いで、マイクロレンズ３３は、第３の開口部３１Ｃに被着されてもよいが、本開示はそれに限定されない。

【0058】

いくつかの実施形態では、マイクロレンズ３３の材料は、透明な材料であってもよい。例えば、マイクロレンズ３３の材料は、ガラス、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含んでもよいが、本開示はそれらに限定されない。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ３３は、フォトレジストリフロー法、ホットエンボス法、任意の他の適用可能な方法、またはそれらの組み合わせによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ３３を形成するステップは、スピンコーティングプロセス、リソグラフィプロセス、エッチングプロセス、任意の他の適用可能なプロセス、またはそれらの組み合わせを含んでもよいが、本開示はそれに限定されない。

【0059】

この実施形態では、マイクロレンズ３３は、半凸レンズまたは凸レンズであってもよいが、本開示はそれらに限定されない。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ３３は、例えば、円錐、四角錐、平頂円錐（ｆｌａｔ ｔｏｐ ｃｏｎｅ）などの形状に形成されてもよいが、本開示はそれらに限定されない。光を集光することができる任意の他の構造が、図３に示されたマイクロレンズ３３に置き換えられて用いられてもよい。

【0060】

さらに、図３は、マイクロレンズ３３が第３の開口部３１Ｃに配置され得ることを示しているが、本開示はそれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、マイクロレンズ３３は、第３の開口部３１Ｃの上または上方に配置され、第３の開口部３１Ｃは、他の透明な材料で充填されてもよい。

【0061】

いくつかの実施形態では、透明層３５の材料は、光透過部２９の材料と同じ、または、類似してもよい。例えば、透明層３５の材料は、透明フォトレジスト、ポリイミド、エポキシ樹脂、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含んでもよいが、本開示はそれらに限定されない。

【0062】

いくつかの実施形態では、集光構造３０は、いくつかの実施形態では、集光構造３０は、ユーザの特性によって反射された赤外光または可視光をさらに集光させてもよく、それにより、第１の光電変換素子１２または第２の光電変換素子１４がより良い画像を撮像することができる（即ち、半導体装置１０２の感知能力がさらに向上され得る）。

【0063】

図４は、本開示の一実施形態による、半導体装置１０４を示す部分断面図である。簡潔にするために、図４では、いくつかの構成要素が省略されている。

【0064】

図４に示すように、半導体装置１０４は、図１に示された半導体装置１００の構造と同様の構造を有する。図１に示された半導体装置１００と異なる点は、図４に示された半導体装置１０４の光フィルタ部２３が、一部の光透過部２９に置き換えられて、対応する第１の開口部２７Ｃ１に配置されることである。即ち、光フィルタ部２３は、第１の光電変換素子１２に対応する第１の開口部２７Ｃ１に配置されてもよい。

【0065】

図４に示されるように、光フィルタ部２３は、パターン化されたマルチフィルム２１のトレンチ２１Ｔ上（の上方）に配置され得る（図４では、１つの光フィルタ部２３および１つのトレンチ２１Ｔのみが示されている）。さらに、図４に示されるように、いくつかの光透過部２９は、トレンチ２１Ｔ内に配置される。すなわち、光透過部２９は、トレンチ２１Ｔおよび第２の開口部２７Ｃ２に配置されてもよいが、本開示はそれに限定されない。

【0066】

図５は、本開示のもう１つの実施形態による半導体装置１０６を示す部分断面図である。簡潔にするために、図５では、いくつかの構成要素が省略されている。

【0067】

図５に示すように、半導体装置１０６は、図４に示された半導体装置１０４の構造と同様の構造を有する。図４に示された半導体装置１０４と異なる点は、図５に示された半導体装置１０６が、光調整構造２０上に配置された集光構造３０をさらに含むことである。より詳細には、集光構造３０は、光コリメート層２５上に配置されるが、本開示はそれに限定されない。

【0068】

同様に、集光構造３０は、第２の遮光層３１、複数のマイクロレンズ３３、および透明層３５を含み得る。図５に示されるように、第２の遮光層３１は、複数の第３の開口部３１Ｃを有し、マイクロレンズ３３は、第３の開口部３１Ｃ内に配置され、透明層３５は、光コリメート層２５と第２の遮光層３１との間に配置されてもよいが、本開示はそれらに限定されない。

【0069】

図６は、本開示の一実施形態による、半導体装置１０８を示す部分断面図である。簡潔にするために、図６では、いくつかの構成要素が省略されている。

【0070】

図６に示すように、半導体装置１０８は、図１に示された半導体装置１００の構造と同様の構造を有する。図１に示された半導体装置１００と異なる点は、図６に示された半導体装置１０８の光コリメート層２５が、基板１０とパターン化されたマルチフィルム２１との間に配置されることである。

【0071】

同様に、光コリメート層２５は、第１の遮光層２７および複数の光透過部２９を含み得る。図６に示されるように、第１の遮光層２７は、第１の光電変換素子１２に対応する複数の第１の開口部２７Ｃ１、および第２の光電変換素子１４に対応する複数の第２の開口部２７Ｃ２を有し、光透過部２９は、第１の開口部２７Ｃ１および第２の開口部２７Ｃ２に配置され得る。図６に示された実施形態では、光フィルタ部２３は、パターン化されたマルチフィルム２１のトレンチ２１Ｔ内に配置されてもよい（１つの光フィルタ部２３および１つのトレンチ２１Ｔのみが図６に示される）が、本開示はそれに限定されない。

【0072】

この実施形態では、いくつかの光透過部２９は、第１の光電変換素子１２と光フィルタ部２３との間に配置され、もう１つの光透過部２９は、第２の光電変換素子１４とパターン化されたマルチフィルム２１との間に配置されてもよいが、本開示はそれに限定されない。

【0073】

図７は、本開示のもう１つの実施形態による半導体装置１１０を示す部分断面図である。簡潔にするために、図７では、いくつかの構成要素が省略されている。

【0074】

図７に示すように、半導体装置１１０は、図６に示された半導体装置１０８の構造と同様の構造を有する。図６に示された半導体装置１０８と異なる点は、図７に示された半導体装置１１０が、光調整構造２０上に配置された集光構造３０をさらに含むことである。より詳細には、集光構造３０は、パターン化されたマルチフィルム２１上に配置されるが、本開示はそれに限定されない。

【0075】

同様に、集光構造３０は、第２の遮光層３１、複数のマイクロレンズ３３、および透明層３５を含み得る。図７に示されるように、第２の遮光層３１は、複数の第３の開口部３１Ｃを有し、マイクロレンズ３３は、第３の開口部３１Ｃに配置され、透明層３５は、パターン化されたマルチフィルム２１と第２の遮光層３１との間に配置されてもよいが、本開示はそれらに限定されない。

【0076】

図８は、本開示の実施形態による半導体装置１１２を示す部分断面図である。簡潔にするために、図８では、いくつかの構成要素が省略されている。

【0077】

図８に示すように、半導体装置１１０は、図６に示された半導体装置１０８の構造と同様の構造を有する。図６に示された半導体装置１０８と異なる点は、図８に示された半導体装置１１２の光フィルタ部２３が、いくつかの光透過部２９に置き換えられて、対応する第１の開口部２７Ｃ１に配置されることである。即ち、光フィルタ部２３は、第１の光電変換素子１２に対応する第１の開口部２７Ｃ１に配置されることができる。

【0078】

図８に示されるように、光フィルタ部２３は、パターン化されたマルチフィルム２１のトレンチ２１Ｔの下方に配置され得る（図８では、１つの光フィルタ部２３および１つのトレンチ２１Ｔのみが示されている）。さらに、図８に示されるように、いくつかの光透過部２９は、トレンチ２１Ｔ内に配置される。即ち、光透過部２９は、トレンチ２１Ｔおよび第２の開口部２７Ｃ２に配置されるが、本開示はそれに限定されない。

【0079】

図９は、本開示のもう１つの実施形態による半導体装置１１４を示す部分断面図である。簡潔にするために、図９では、いくつかの構成要素が省略されている。

【0080】

図９に示すように、半導体装置１１４は、図８に示された半導体装置１１２の構造と同様の構造を有する。図８に示された半導体装置１１２と異なる点は、図９に示された半導体装置１１４が、光調整構造２０上に配置された集光構造３０をさらに含むことである。より詳細には、集光構造３０は、パターン化されたマルチフィルム２１上に配置されるが、本開示はそれに限定されない。

【0081】

同様に、集光構造３０は、第２の遮光層３１、複数のマイクロレンズ３３、および透明層３５を含み得る。図９に示されるように、第２の遮光層３１は、複数の第３の開口部３１Ｃを有し、マイクロレンズ３３は、第３の開口部３１Ｃ内に配置され、透明層３５は、パターン化されたマルチフィルム２１と第２の遮光層３１との間に配置されてもよいが、本開示はそれらに限定されない。

【0082】

要約すると、本開示の実施形態による半導体装置は、近赤外光を感知するように用いられる光電変換素子（例えば、上述の第１の光電変換素子）、および可視光を感知するように用いられるもう１つの光電変換素子（例えば、上述の第２の光電変換素子）を含むため、偽造の人間の特性が人工材料から作製されることが可能であっても、近赤外光によって偽造の人間の特性から取得される画像は、近赤外光によって実際の人間の特性から取得される画像と同じではない可能性がある。

【0083】

従って、本開示の実施形態による半導体装置は、偽造の人間の特徴と実際の人間の特徴とを区別することができ、それにより、本開示の実施形態による半導体装置を使用した生体認証の安全性を効果的に向上させることができる。

【0084】

前述の内容は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、同じ目的を実行するため、および／または本明細書に導入される実施形態の同じ利点を達成するための他のプロセスおよび構造を設計または修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解できるであろう。当業者はまた、そのような同等の構造が本開示の精神および範囲から逸脱せず、且つそれらは、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書で様々な変更、置換、および代替を行うことができることを理解するべきである。従って、保護の範囲は請求項を通じて決定される必要がある。さらに、本開示のいくつかの実施形態が上記に開示されているが、それらは、本開示の範囲を限定することを意図していない。

【0085】

本明細書全体にわたる特徴、利点、または同様の用語への言及は、本開示で実現され得る全ての特徴および利点が、本開示の任意の単一の実施形態で実現されるべきまたは実現され得ることを意味するのではない。むしろ、特徴および利点に言及する用語は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、利点、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味すると理解される。従って、本明細書全体にわたる特徴および利点、ならびに類似の用語の議論は、必ずしもそうではないが、同じ実施形態を指すことがある。

【0086】

さらに、１つまたは複数の実施形態では、本開示の説明された特徴、利点、および特性は、任意の適切な方法で組み合わせてもよい。当業者は、本明細書の説明に基づいて、特定の実施形態の１つまたは複数の特定の特徴または利点なしに本開示を実施できることを認識するであろう。他の例では、本開示の全ての実施形態に存在しない可能性がある、追加の特徴および利点が特定の実施形態において認識され得る。

【符号の説明】

【0087】

１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４…半導体装置
１０…基板
１２…第１の光電変換素子
１４…第２の光電変換素子
２０…光調整構造
２１…パターン化されたマルチフィルム
２１Ｔ…トレンチ
２３…光フィルタ部
２５…光コリメート層
２７…第１の遮光層
２７Ｃ１…第１の開口部
２７Ｃ２…第２の開口部
２９…光透過部
３０…集光構造
３１…第２の遮光層
３１Ｃ…第３の開口部
３３…マイクロレンズ
３５…透明層

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】