CN105320922B - 用于强化指纹传感器表面特性的方法及应用该方法的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于强化指纹传感器表面特性的方法及应用该方法的保护结构。该方法包含步骤：提供一指纹传感器，于该指纹传感器一上表面中具有多个检测组件，该多个检测组件被用来检测一手指部分上电容的变化；于该指纹传感器的上表面之上形成一金属网层，其中该金属网层的金属线周期性地形成，每一金属线位于相邻二检测组件间；于该金属网层上形成一钝化层，以塑造一凹凸的上表面；及以一类钻碳材料填充该钝化层的凹部，该钝化层的凸部实质地位于该金属网层的金属线之上。

Description

用于强化指纹传感器表面特性的方法及应用该方法的结构

技术领域

本发明关于一种用于强化表面特性的方法与结构，特别是关于一种用于强化指纹传感器表面特性的方法与结构。

背景技术

指纹传感器是用来撷取指纹数字影像的设备，市场上许多种的指纹传感器，比如光学式、超音波式与电容式的指纹传感器。在诸多指纹传感器中，因为小体积、优秀工作性与好的价格，电容式指纹传感器近来越来越普及。

电容式指纹传感器使用关于电容变化的原理，来形成指纹影像。这些电容式指纹传感器是封装的半导体，一侧露出于外部环境。该露出侧用来取得指纹影像，指纹传感器的表面因而可导静电到自身上，造成内部静电累积。同时，指纹传感器亦承受来自手指的压力。

为了解决上述问题，许多习知技术为指纹传感器提供了实际的方法以形成保护结构。对于静电放电保护，请参照图1。美国专利第6,091,082号揭露了用于创造钝化结构以保护集成电路的结构与方法。该结构包括一电路1、一电介质2及金属板3。在该金属板3上布设了一绝缘层4，而该绝缘层4与电路1电气地和密封地分离。一放电层5沉积以形成一钝化结构6，该钝化结构6保护电路1免于手指造成的静电放电。虽然该结构能提供静电放电保护，然而钝化结构6不够坚硬以抗刮痕。同时，油渍与水分可轻易地附着到钝化结构6上，造成指纹残留。

另一种静电放电保护的改善方式由美国专利第6,310,371号所提供，请参照图2。该发明提供一指纹传感器芯片11，该指纹传感器芯片11形成于一半导体晶圆13的一第一介电层12上。指纹传感器芯片11包含多个矩形传感器区域17，排列于一矩阵格式中，而该矩阵格式为导体14所环绕；一第二介电层15，包覆该矩形传感器区域17与导体14，第二介电层15表面位于每一矩形传感器区域17之处，形成为一突出的长方形平台16及一围绕该长方形平台16的浅沟；一矩形金属板18，位于每一长方形平台16之上，用为指纹传感器芯片11的传感器平板；及一保护层19，位于半导体晶圆13的表面上，以包覆及保护其下的电路。虽然该发明具有较佳的静电放电保护能力，但保护层19的凹面可能会沾污垢，当使用一段时间后，这将导致指纹传感器芯片11特性变差。

关于抗压特性，美国专利第7,629,200号揭露一种指纹检测装置。请参阅图3。指纹检测装置20具有一指纹传感器芯片21与一类钻碳膜22，该类钻碳膜22覆盖指纹传感器芯片21最外部的表面。类钻碳膜22提供足够强度及增强的抗静电放电能力，以承受导通至指纹传感器芯片21的电压。因而，类钻碳膜22能保护指纹传感器芯片21而无须任何传统的保护盖。类钻碳膜22较不容易被刮伤及污染。因为指纹检测装置20没有保护盖，该装置可以是薄而紧致的。此外，该装置具有高可靠性。然而，类钻碳膜22可能不容易贴附到指纹传感器芯片21上。又，类钻碳膜22可能因外部冲击或本身与指纹传感器芯片21间的温差而碎裂。

在简介用于指纹传感器保护的先前技术后，有必要提供一种用于指纹传感器的保护结构，该结构具有良好的静电放电保护能力、优异的抗压力能力及防污防水表面。最重要的，该保护结构可免于因自身成分特性而造成的开裂。

发明内容

由于先前技术无法同时有效提供指纹传感器静电放电保护能力与表面抗压力能力，是故，需要一种用于指纹传感器的保护结构，该结构具有良好的静电放电保护能力、优异的抗压力能力及防污防水表面。同时，该保护结构可免于因自身成分特性而造成的开裂。

依照本发明的一种态样，一种用于强化指纹传感器表面特性的方法，包含步骤：提供一指纹传感器，于该指纹传感器一上表面中具有多个检测组件，该多个检测组件被用来检测一手指部分上电容的变化；于该指纹传感器的上表面之上形成一金属网层，其中该金属网层的金属线周期性地形成，每一金属线位于相邻二检测组件间；于该金属网层上形成一钝化层，以塑造一凹凸的上表面；及以一类钻碳材料填充该钝化层的凹部，该钝化层的凸部实质地位于该金属网层的金属线之上。

依照本发明的另一种态样，一种用于强化指纹传感器表面特性的结构，包含：一金属网层，位于一指纹传感器的上表面，用以给该指纹传感器提供静电放电保护；一钝化层，形成于该金属网层上，以在该金属网层上塑造一凹凸的上表面；及类钻碳保护部，由一类钻碳材料所形成，形成在该钝化层的凹部上。于该指纹传感器一上表面中具有多个个检测组件；该检测组件用来检测一手指部分上电容的变化；该金属网层的金属线周期性地形成，每一金属线位于相邻二检测组件间；该钝化层的凸部实质地位于该金属网层的金属线之上。

依照本案构想，该钝化层由SiO₂、Al₂O₃、SiC、SiN或聚酰亚胺所制成。该金属网层由金、铝、铜、铝合金或铜合金所制成。相邻二金属线的距离为10到50μm。该金属线的高度至少为1μm。该金属线的宽度至少为1μm。该钝化层凹部的厚度约1μm。该钝化层凸部的厚度约1μm。该类钻碳材料包含氢气或氮气以调整其硬度。

由于类钻碳保护部形成于钝化层之上，指纹传感器表面的抗压力能力会加强，并具有防污防水功能。同时，该保护部可免于因自身成分特性而造成的开裂，下方的金属网层则提供静电放电保护能力，前述需求因而能满足。

附图说明

图1绘示一传统的静电放电保护结构；

图2绘示另一传统的静电放电保护结构；

图3显示提供抵抗外部环境压力的一传统的指纹检测装置；

图4显示依照本发明，用于强化指纹传感器表面特性的保护结构；

图5绘示依照本发明，强化指纹传感器表面特性的方法的一步骤；

图6绘示该方法的另一步骤；

图7绘示该方法的再一步骤；

图8绘示该方法的又一步骤；

图9为该方法的流程图。

附图标记说明：1-电路；2-电介质；3-金属板；4-绝缘层；5-放电层；6-钝化结构；11-指纹传感器芯片；12-第一介电层；13-半导体晶圆；14-导体；15-第二介电层；16-长方形平台；17-矩形传感器区域；18-矩形金属板；19-保护层；20-指纹检测装置；21-指纹传感器芯片；22-类钻碳膜；100-指纹传感器；110-检测组件；200-保护结构；210-金属网层；220-钝化层；222-凸部；224-凹部；230-类钻碳保护部。

具体实施方式

本发明将借由参照下列的实施方式而更具体地描述。

请参照图4至图9。图4显示依照本发明，用于强化一指纹传感器100表面特性的一保护结构200，此为保护结构200与指纹传感器100的一个局部剖视图。图5至图8描述用于形成该保护结构200的方法的步骤，图9通过一流程图总结该方法。

保护结构200具有三个主要部件：一金属网层210、一钝化层220及类钻碳保护部230。保护结构200形成于指纹传感器100之上。在说明该保护结构200前，了解保护结构20能应用的指纹传感器100结构是很重要的。

于该指纹传感器100一上表面中具有多个检测组件110，检测组件110用来检测一手指部分上电容的变化。检测组件110于指纹传感器100内的排列形成一个阵列，用于一静态电容式指纹传感器(手指停留在指纹传感器上以供采集指纹影像)或一滑动式指纹传感器(手指滑动过指纹传感器以供采集指纹影像)。图4显示有3个检测组件110。应注意的是图示仅为解释说明用途，事实上，依照不同的设计，检测组件110在一截面中的数量可以是数百甚至上千个。尺寸方面，每一检测组件110的最长边可介于10μm到40μm间。

在介绍指纹传感器100后，继续说明保护结构200的架构。在指纹传感器100的一上表面上形成金属网层210，且金属网层210由许多金属线于二个方向上交织而成。较佳的情况下，该些金属线所在的二个方向实质上是垂直地交错。当然，依照不同的检测组件110布局，交错的角度也会变。例如，60°或45°。

借由将静电接地，绕过指纹传感器100，金属网层210能提供指纹传感器100静电放电保护。金属网层210由金所制成，因而有良好的导通性。在本发明的实施例中，它也可以由铝、铜、铝合金或铜合金所制成。因为检测组件110间可能间距10至40μm，较理想的情形下，二相邻金属网层210的金属线间距在10到50μm。依照本发明的精神，金属网层210的金属线是周期性地形成。简言之，当检测组件110是周期性地排列时，因为位于相邻二检测组件110间，金属线周期性地形成。在实施方式中，每一金属线的高度实质大于1μm。事实上，1μm对金属线来说是最小的高度。相似地，金属线的宽度最小为1μm。基于上述尺寸，金属线的剖面适合于其它保护结构200部件的制造。

钝化层220形成于金属网层210之上，于钝化层220上塑造了一凹凸的上表面。这是因为钝化层220由沉积而形成，在金属网层210与部分指纹传感器100表面的均匀沉积物将因此导致起伏状。不似其他的发明，本发明不要求钝化层220在钝化层220上施行进一步的制程前，进行平面化，例如形成一保护层。相反地，保护结构200利用上表面的凹部224形成类钻碳保护部230。如此一来，类钻碳保护部230能紧密贴附于保护结构200(凹部224中)。因连接而形成一"层"，该类钻碳保护部230将不会造成碎裂。

关于位置，钝化层220的凸部222实质位于该金属网层的金属线210之上。在本实施方法中，钝化层220由聚酰亚胺(PI)沉积而制成。在本发明的实施例中，钝化层220也能由SiO₂、Al₂O₃、SiC或SiN所制成。钝化层220的功能是用以抵抗外部压力，以保护指纹传感器100，同时电绝缘于外部环境。然而，钝化层220并不抗刮。保护部230能可以补偿这个弱点。钝化层220凹部224的厚度最好约在1μm，可以介于0.5μm到2μm间。钝化层220凸部222的厚度也约在1μm。

类钻碳保护部230由类钻碳材料所形成，它是不同结晶形态的碳。形成于钝化层220凹部224的保护部230提升了保护结构200的硬度。类钻碳材料能进一步包含氢气或氮气，以调整保护结构200的硬度。由保护结构200的上方向下方看，可以看出该保护结构200的上表面是由钝化层220的部分与类钻碳保护部230交替形成。该结构是抗污及防水的。

用来形成保护结构200的方法借图9中的流程图来说明，请同时参照图5至图8，该方法如下。首先，提供指纹传感器100，于该指纹传感器100的上表面中具有多个检测组件110(S01，图5)。检测组件110被用来检测一手指部分上电容的变化。之后，于该指纹传感器210的上表面之上形成金属网层210(S02，图6)。该金属网层的金属线210周期性地形成，由上方观之，每一金属线210位于相邻二检测组件110间。接着，于金属网层210上形成钝化层220，以塑造该凹凸的上表面(S03，图7)。最后，以一类钻碳材料填充钝化层220的凹部224，来形成类钻碳保护部230(S04，图8)。钝化层220的凸部222实质位于金属网层210的金属线之上。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，作些许的更动与润饰，都落入本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种用于强化指纹传感器表面特性的方法，其特征在于，包含步骤：

提供一指纹传感器，于该指纹传感器一上表面中具有多个检测组件，该多个检测组件被用来检测一手指部分上电容的变化；

于该指纹传感器的上表面之上形成一金属网层，其中该金属网层的金属线周期性地形成，每一金属线位于相邻二检测组件间；

于该金属网层上形成一钝化层，以塑造一凹凸的上表面；及

以一类钻碳材料填充该钝化层的凹部，

其中该钝化层的凸部位于该金属网层的金属线之上。

2.如权利要求1所述的用于强化指纹传感器表面特性的方法，其特征在于，该钝化层由SiO₂、Al₂O₃、SiC、SiN或聚酰亚胺所制成。

3.如权利要求1所述的用于强化指纹传感器表面特性的方法，其特征在于，该金属网层由金、铝、铜、铝合金或铜合金所制成。

4.如权利要求1所述的用于强化指纹传感器表面特性的方法，其特征在于，相邻二金属线的距离为10到50μm。

5.如权利要求1所述的用于强化指纹传感器表面特性的方法，其特征在于，该金属线的高度至少为1μm。

6.如权利要求1所述的用于强化指纹传感器表面特性的方法，其特征在于，该金属线的宽度至少为1μm。

7.如权利要求1所述的用于强化指纹传感器表面特性的方法，其特征在于，该钝化层凹部的厚度为1μm。

8.如权利要求1所述的用于强化指纹传感器表面特性的方法，其特征在于，该钝化层凸部的厚度为1μm。

9.一种用于强化指纹传感器表面特性的结构，其特征在于，包含：

一金属网层，位于一指纹传感器的上表面，用以给该指纹传感器提供静电放电保护；

一钝化层，形成于该金属网层上，以在该金属网层上塑造一凹凸的上表面；及

类钻碳保护部，由一类钻碳材料所形成，形成在该钝化层的凹部上，

其中于该指纹传感器一上表面中具有多个检测组件；该检测组件用来检测一手指部分上电容的变化；该金属网层的金属线周期性地形成，每一金属线位于相邻二检测组件间；该钝化层的凸部位于该金属网层的金属线之上。

10.如权利要求9所述的用于强化指纹传感器表面特性的结构，其特征在于，该钝化层由SiO₂、Al₂O₃、SiC、SiN或聚酰亚胺所制成。

11.如权利要求9所述的用于强化指纹传感器表面特性的结构，其特征在于，该金属网层由金、铝、铜、铝合金或铜合金所制成。

12.如权利要求9所述的用于强化指纹传感器表面特性的结构，其特征在于，相邻二金属线的距离为10到50μm。

13.如权利要求9所述的用于强化指纹传感器表面特性的结构，其特征在于，该金属线的高度至少为1μm。

14.如权利要求9所述的用于强化指纹传感器表面特性的结构，其特征在于，该金属线的宽度至少为1μm。

15.如权利要求9所述的用于强化指纹传感器表面特性的结构，其特征在于，该钝化层凹部的厚度为1μm。

16.如权利要求9所述的用于强化指纹传感器表面特性的结构，其特征在于，该钝化层凸部的厚度为1μm。