CN109299630A - 半导体指纹传感器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体指纹传感器及其制作方法，通过在一基底的像素区域上形成一金属互连层结构，金属互连层结构至少包括一顶层金属层，顶层金属层至少有部分背离基底的表面为非平面表面，金属层位于半导体指纹传感器的像素区域中，像素区域用于采集指纹信息。因非平面表面的金属层能够有效增加像素区域的导电金属面积，基于电容公式，当像素区域的导电金属面积增加时，则半导体指纹传感器检测的电容也会提高，有利于精确的获得指纹信息。因此，本发明通过形成具有非平面表面的金属层的像素区域，能够提高像素区域的导电金属面积，相应的提高半导体指纹传感器的性能。

Description

半导体指纹传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种半导体指纹传感器及其制作方法。

背景技术

为了安全目的，人的许多生理特征可用来作为人员身份识别，这些特征诸如指纹、视网膜、虹膜甚至是脸部特征，对这些能够区分人员身份的某些生理特征的装置而言，半导体指纹传感器在许多领域中被广泛地应用。

半导体指纹传感器通常根据手指表面与指纹传感面板之间形成的电容来进行指纹检测。其中，指纹传感面板上分布有半导体指纹传感器的像素区域，所述像素区域用于采集指纹信息，具体的，通过采集手指不同区域的电容值，并将电容值转换为电信号，根据电信号便可以获取指纹信息。该电容值与像素区域的导电金属面积有关，因此，面对如何更加精确的获得指纹信息的问题，有必要提供一种新的半导体指纹传感器及其制作方法，以提高半导体指纹传感器的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体指纹传感器及其制作方法，以提高半导体指纹传感器的性能。

为解决上述技术问题及相关问题，本发明提供的半导体指纹传感器的制作方法包括：

提供一基底，所述基底包括像素区域；

在所述基底的像素区域上形成一金属互连层结构，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层，且所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面。

可选的，在所述基底的像素区域上形成一金属互连层结构，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层的步骤包括：在所述基底的像素区域上形成一介质层；刻蚀部分所述介质层，以形成至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面的介质层；在所述非平面表面的介质层上形成所述顶层金属层。

可选的，刻蚀部分所述介质层的步骤包括：在所述介质层上形成一光阻层；光刻所述光阻层，形成一光阻图案，暴露出部分所述介质层，所述光阻图案至少有部分背离所述介质层的表面为非平面表面；以所述光阻图案为掩模，刻蚀暴露出的所述介质层。

可选的，在所述介质层和光阻层之间，还包括形成一保护介质层。

可选的，在所述的半导体指纹传感器的制作方法中，所述保护介质层为富硅氧化层或氮氧化硅层。

可选的，在光刻所述光阻层的步骤中，所述光阻层的烘烤温度在150摄氏度至300摄氏度之间。

进一步的，在所述的半导体指纹传感器的制作方法中，所述烘烤温度在200摄氏度至250摄氏度之间。

进一步的，在所述的半导体指纹传感器的制作方法中，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面。

可选的，在所述的半导体指纹传感器的制作方法中，所述凹面、凸面的截面为三角形或弧形，所述凹凸面由所述凹面、所述凸面交错相连而成。

相应的，根据本发明的另一面，本发明还提供一种半导体指纹传感器，包括：

一基底，包括像素区域；

一金属互连层结构，所述金属互连层结构位于所述基底的像素区域上，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层，且所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面。

进一步的，在所述的半导体指纹传感器中，所述金属互连层结构中至少还包括一层介质层，所述介质层位于所述基底和所述顶层金属层之间，且所述介质层在背离所述基底的表面形状与顶层金属层背离所述基底的表面形状相同。

可选的，在所述的半导体指纹传感器中，所述顶层金属层为铝金属层。

可选的，在所述的半导体指纹传感器中，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面。

可选的，在所述的半导体指纹传感器中，所述凹面、凸面的截面为三角形或弧形，所述凹凸面由所述凹面、所述凸面交错相连而成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在一基底的像素区域上形成一金属互连层结构，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层，所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面，所述顶层金属层位于所述半导体指纹传感器的像素区域中，所述像素区域用于采集指纹信息。因所述非平面表面的金属层能够有效增加像素区域的导电金属面积，基于电容公式，当所述像素区域的导电金属面积增加时，则半导体指纹传感器检测的电容也会提高，有利于精确的获得指纹信息。因此，本发明通过形成具有非平面表面的顶层金属层的像素区域，能够提高所述像素区域的导电金属面积，相应的提高半导体指纹传感器的性能。

进一步的，所述顶层金属层具有呈半球形的凸起表面，使得所述顶层金属层的金属表面面积最大化，即最大化所述像素区域的导电金属面积，进一步提高电容，以提高半导体指纹传感器的性能。

附图说明

图1为一种半导体指纹传感器的结构示意图；

图2至图4为本发明实施例中半导体指纹传感器的制作方法的流程图；

图5至图8为本发明一实施例中半导体指纹传感器的制作方法中各步骤对应的结构示意图；

图9为本发明另一实施例中半导体指纹传感器的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，为一种半导体指纹传感器的结构示意图，该半导体指纹传感器包括：一基底10，所述基底10包括半导体衬底以及在半导体衬底上形成的相应的半导体结构，如所述半导体衬底的材质可以为硅、锗、绝缘体上硅(SOI)等，所述半导体结构可以但不限于包括源极、栅极、漏极等；一位于所述基底10上的金属互连层结构，如图1所示，只示意出了金属互连层结构中的顶层介质层11和位于所述顶层介质层11上的顶层金属层12，本领域普通技术人员可以理解的，在所述基底10和所述顶层介质层11之间省略了下层金属互连层结构的示意图，而且所述顶层介质层11中设置有相应的通孔(图中示意图也省略)；通常，所述顶层介质层11为氧化物层，所述顶层金属层12为铝金属层，所述顶层金属层12在背离所述基底10的表面(也可以称为所述顶层金属层12的上表面)是平面的。需要说明的是，在图1的结构示意图中，只示意出了所述半导体指纹传感器中像素区域的基底10、金属互连层结构中的顶层介质层11和顶层金属层12对应的结构示意图，而在实际的半导体指纹传感器中，所述像素区域中还包括位于顶层金属层12上的钝化层和保护层，另外，所述半导体指纹传感器还包括其他结构(如逻辑区域的相关结构)等，这些都是本领域普通技术人员所知晓的，图中示意图均省略。

但是发明人研究发现，该半导体指纹传感器中因所述顶层金属层12的上表面为平面，即所述像素区域的导电金属面也为平面，而电容与该导电金属面积相关，且平面的面积相对是小的，如所述顶层金属层12的面积S＝L*W，其中，L/W分别为顶层金属层12的长度/宽度，因此，该半导体指纹传感器的性能欠佳。

基于上述研究和发现，本发明提出一种新的半导体指纹传感器的制作方法，包括：

步骤S1、提供一基底，所述基底包括像素区域；

步骤S2、在所述基底的像素区域上形成一金属互连层结构，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层，且所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面。

相应的，根据本发明的另一面，本发明还提供一种半导体指纹传感器，包括：

一基底，包括像素区域；

一金属互连层结构，所述金属互连层结构位于所述基底的像素区域上，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层，且所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面。

本发明通过在一基底的像素区域上形成一金属互连层结构，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层，所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面，所述顶层金属层位于所述半导体指纹传感器的像素区域中，所述像素区域用于采集指纹信息。因所述非平面表面的金属层能够有效增加像素区域的导电金属面积，基于电容公式，当所述像素区域的导电金属面积增加时，则半导体指纹传感器检测的电容也会提高，有利于精确的获得指纹信息。因此，本发明通过形成具有非平面表面的金属层的像素区域，能够提高所述像素区域的导电金属面积，相应的提高半导体指纹传感器的性能。

下面将结合流程图和示意图对本发明的半导体指纹传感器及其制作方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

以下列举所述半导体指纹传感器及其制作方法的实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其它通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

请参阅图2至图9，其中图2至图4示出了本发明实施例中半导体指纹传感器的制作方法的流程图，图5至图8示出了本发明一实施例中半导体指纹传感器的制作方法中各步骤对应的结构示意图；图9示出了本发明另一实施例中半导体指纹传感器的结构示意图。

如图2所示，首先，执行步骤S1，提供一基底，如图5所示，所述基底20包括半导体衬底以及在半导体衬底上形成的相应的半导体结构，如所述半导体衬底的材质可以为硅、锗、绝缘体上硅(SOI)等，所述半导体结构可以但不限于包括源极、栅极、漏极等，在此不做限定。所述基底20包括像素区域与逻辑区域，在图2中仅示出了像素区域。

接着，执行步骤S2，在所述基底的像素区域上形成一金属互连层结构，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层，且所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面。所述顶层金属层位于所述半导体指纹传感器的像素区域中，所述像素区域用于采集指纹信息；

具体的，本实施例中，如图3所示，步骤S2包括：步骤S21、在所述基底的像素区域上形成一介质层。较佳的，本实施例中，如图5所示，所述介质层21优选为顶层介质层21，且在所述顶层介质层21中设置有通孔(图中示意图省略)，因此，本领域技术人员可以理解的，在所述基底20和所述顶层介质层21之间省略了下层金属互连层结构的示意图。通常，所述顶层介质层21可以为氧化物层；

步骤S22、刻蚀部分所述介质层，以形成至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面的介质层；

详细的，在本实施例中，如图4所示，步骤S22包括：步骤S221、在所述介质层上形成一光阻层。在实际工艺中，因所述介质层21中设置有通孔，为保护所述通孔不受光阻的影响，通常在形成光阻层之前，会在所述介质层21上形成一保护介质层22，所述保护介质层22可以但不限于SRO层(Silicon Rich Oxide，富硅氧化层)或SiON层(氮氧化硅层)，然后，在所述保护介质层22上形成一光阻层23，如图5所示，所述光阻层23的材料既可以为正光阻材料也可以为负光阻材料，在此不作限定；

然后，步骤S222、光刻所述光阻层，形成一光阻图案，暴露出部分所述介质层，所述光阻图案至少有部分背离所述介质层的表面为非平面表面。详细的，通过对所述光阻层23进行曝光、显影和烘烤工艺形成所述光阻图案23′，暴露出部分所述介质层21，且所述光阻图案23′至少有部分背离所述介质层21的表面为非平面表面，如图6所示。较佳的，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面，所述凹面、凸面的截面可以但不限于为三角形或弧形，所述凹凸面由所述凹面、所述凸面交错相连而成。优选的，所述光阻图案23′具有呈半球形的凸起表面。要想实现所述非平面表面的光阻图案23′，需要在光刻工艺的烘烤温度上进行研究和摸索，本实施例中，所述烘烤温度可以为在150摄氏度至300摄氏度之间，较佳的，所述烘烤温度在200摄氏度至250摄氏度之间，如所述烘烤温度为220摄氏度或240摄氏度等，通过调整所述烘烤温度，可以将通过显影的光阻图案成形为所需的光阻图案23′，为了使后续的金属层的表面面积最大化，本实施例中，所述光阻图案23′至少有部分背离所述介质层21的表面为半球形的凸起表面；

接着，步骤S223、以所述光阻图案为掩模，刻蚀暴露出的所述介质层。在本实施例中，以半球形的所述光阻图案23′为掩模，刻蚀暴露出的所述介质层21，当然，可以但不限于采用干法刻蚀部分所述介质层21，而且在刻蚀暴露出的所述介质层21的同时，也会刻蚀掉部分所述保护介质层22，然后，还会去除所述光阻图案23′，在去除所述光阻图案23′的同时，也会将剩余的部分所述保护介质层22一起去除掉，最终形成如图7所示的至少有部分背离所述基底20的表面为非平面表面的介质层21′，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面，本实施例中，所述非平面表面具有呈半球形的凸起表面；

接下来，步骤S23、在所述非平面表面的介质层上形成所述顶层金属层。本实施例中，在所述非平面表面的介质层21′上形成顶层金属层24，因所述非平面表面的介质层21′具有呈半球形的凸起表面，则最终形成的所述顶层金属层24的表面也具有呈半球形的凸起表面(即非平面表面)，如图8所示，这样的顶层金属层24的表面面积最大。

另外，所述半导体指纹传感器的制作方法还包括本领域普通技术人员所知晓的其他相应结构的制作方法，如在所述顶层金属层24上形成钝化层和保护层，以及制作所述半导体指纹传感器的逻辑区域的其他结构，在此不做赘述。

因此，通过上述制作方法形成的半导体指纹传感器包括：一基底20，包括像素区域；一金属互连层结构，所述金属互连层结构位于所述基底的像素区域上，所述金属互连层结构中包括一顶层金属层24，且所述顶层金属层24具有呈半球形的凸起表面，所述顶层金属层24位于所述半导体指纹传感器的像素区域，所述像素区域用于采集指纹信息；以及所述金属互连层结构中还包括一在背离所述基底20的表面也具有呈半球形的凸起表面的顶层介质层21′，所述顶层介质层21′位于所述基底20和顶层金属层24之间。于是，本实施例中，所述像素区域中的顶层金属层24的表面面积最大，即最大化像素区域的导电金属面积，相应的提高电容，以提高半导体指纹传感器的性能。

显然，所述半导体指纹传感器还包括本领域普通技术人员所知晓的其他相应结构，如位于所述顶层金属层24上的钝化层和保护层，以及逻辑区域的其他结构，在此不做赘述。而且，本发明的所述半导体指纹传感器并不限于通过上述制作方法制得。

另外，在其他实施例中，所述半导体指纹传感器中的所述金属层24′还可以为具有呈三角形的凸起表面，相应的所述介质层21〞的表面也具有呈三角形的凸起表面，如图9所示，其制作方法仅需改变上述制作方法中光阻图案的形状即可实现，其他制作方法在此不重复介绍。

综上，本发明通过在一基底的像素区域上形成一金属互连层结构，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层，所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面，所述顶层金属层位于所述半导体指纹传感器的像素区域中，所述像素区域用于采集指纹信息。因所述非平面表面的金属层能够有效增加像素区域的导电金属面积，基于电容公式，当所述像素区域的导电金属面积增加时，则半导体指纹传感器检测的电容也会提高，有利于精确的获得指纹信息。因此，本发明通过形成具有非平面表面的顶层金属层的像素区域，能够提高所述像素区域的导电金属面积，相应的提高半导体指纹传感器的性能。

进一步的，所述顶层金属层具有呈半球形的凸起表面，使得所述顶层金属层的金属表面面积最大化，即最大化所述像素区域的导电金属面积，进一步提高电容，以提高半导体指纹传感器的性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种半导体指纹传感器的制作方法，其特征在于，包括：

提供一基底，所述基底包括像素区域；

在所述基底的像素区域上形成一金属互连层结构，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层，且所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面。

2.如权利要求1所述的半导体指纹传感器的制作方法，其特征在于，在所述基底的像素区域上形成一金属互连层结构，所述金属互连层结构至少包括一层顶层金属层的步骤包括：

在所述基底的像素区域上形成一介质层；

刻蚀部分所述介质层，以形成至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面的介质层；

在所述非平面表面的介质层上形成所述顶层金属层。

3.如权利要求2所述的半导体指纹传感器的制作方法，其特征在于，刻蚀部分所述介质层的步骤包括：

在所述介质层上形成一光阻层；

光刻所述光阻层，形成一光阻图案，暴露出部分所述介质层，所述光阻图案至少有部分背离所述介质层的表面为非平面表面；

以所述光阻图案为掩模，刻蚀暴露出的所述介质层。

4.如权利要求3所述的半导体指纹传感器的制作方法，其特征在于，在所述介质层和光阻层之间，还包括形成一保护介质层。

5.如权利要求4所述的半导体指纹传感器的制作方法，其特征在于，所述保护介质层为富硅氧化层或氮氧化硅层。

6.如权利要求3所述的半导体指纹传感器的制作方法，其特征在于，在光刻所述光阻层的步骤中，所述光阻层的烘烤温度在150摄氏度至300摄氏度之间。

7.如权利要求6所述的半导体指纹传感器的制作方法，其特征在于，所述烘烤温度在200摄氏度至250摄氏度之间。

8.如权利要求1至7任意一项所述的半导体指纹传感器的制作方法，其特征在于，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面。

9.如权利要求8所述的半导体指纹传感器的制作方法，其特征在于，所述凹面、凸面的截面为三角形或弧形，所述凹凸面由所述凹面、所述凸面交错相连而成。

10.一种半导体指纹传感器，其特征在于，包括：

一基底，包括像素区域；

一金属互连层结构，所述金属互连层结构位于所述基底的像素区域上，所述金属互连层结构至少包括一顶层金属层，且所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面。

11.如权利要求10所述的半导体指纹传感器，其特征在于，所述金属互连层结构中至少还包括一层介质层，所述介质层位于所述基底和所述顶层金属层之间，且所述介质层背离所述基底的表面形状与顶层金属层背离所述基底的表面形状相同。

12.如权利要求10所述的半导体指纹传感器，其特征在于，所述顶层金属层为铝金属层。

13.如权利要求10至12中任意一项所述的半导体指纹传感器，其特征在于，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面。

14.如权利要求13所述的半导体指纹传感器，其特征在于，所述凹面、凸面的截面为三角形或弧形，所述凹凸面由所述凹面、所述凸面交错相连而成。