DE10356662A1

DE10356662A1 - Halbleiterbauelement als Fingerabdrucksensor

Info

Publication number: DE10356662A1
Application number: DE10356662A
Authority: DE
Inventors: Helmut Horvat
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2005-07-07

Abstract

Komponenten einer Ansteuerschaltung und Leiterflächen (3) zur punktweisen Bilderfassung sind auf einander gegenüberliegenden Hauptseiten des Halbleiterbauelementes (1, 2) angebracht, so dass Anschlusskontakte (7) des Halbleiterbauelementes direkt mit Kontaktflächen (8) eines Trägers (9) verbunden sind, wobei die mit den Leiterflächen (3) versehene Oberseite mit einer ebenen Abdeckschicht (5) zur Ausbildung einer Auflagefläche versehen sein kann.

Description

Bei einem elektronischen Fingerabdrucksensor befindet sich auf der Oberseite eines Halbleiterbauelementes eine zur Bilderfassung vorgesehene Auflagefläche für einen Finger. An oder dicht unter der Auflagefläche befindet sich eine rasterförmige Anordnung von Sensorelementen zur punktweisen Bilderfassung. Bei einem kapazitiv messenden Fingerabdrucksensor sind die Sensorelemente Leiterflächen, die mit Anschlüssen einer Ansteuerschaltung verbunden sind. Die Ansteuerschaltung kann in dem Halbleiterchip integriert sein. Die Komponenten der Ansteuerschaltung können seitlich zu der Auflagefläche, aber auch zumindest teilweise im Bereich der Leiterflächen zwischen deren Anschlüssen vorhanden sein. Bei einer Montage eines solchen Halbleiterbauelementes in einem Gehäuse können die für externen Anschluss vorgesehenen Anschlusskontakte mittels Bonddrähten mit Kontaktflächen eines Trägers verbunden sein. Die Bonddrähte ragen üblicherweise etwas über die Oberseite des Halbleiterbauelementes hinaus. Um die Verbindungen zu schützen, wird die Oberseite des montierten Bauelementes mit einer Schutzschicht abgedeckt, die die Bonddrähte vollständig abdeckt. Die Abdeckung der nach oben hinausragenden Bonddrähte bildet daher kleine Hügel auf der Oberseite, die somit nicht eben ist. Die erhabenen Stellen können dazu dienen, eine bessere Lokalisierung des Fingers beim Auflegen auf den Sensor zu ermöglichen. Bei einer Vielzahl von Anwendungen sind die Unebenheiten aber eher störend, so dass nach Möglichkeit eine ebene Oberseite angestrebt wird. Über den Leiterflächen kann die Schutzschicht oder Passivierung aber nicht beliebig dick zum Zweck einer vollständigen Planarisierung aufgebracht werden, da bei einer kapazitiven Messung die Leiterflächen keinen so großen Abstand von der Fingerkuppe haben dürfen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fingerabdrucksensor anzugeben, der auch gehäust oder montiert eine ebene Auflagefläche aufweist.

Diese Aufgabe wird mit dem Halbleiterbauelement als Fingerabdrucksensor mit den Merkmalen des Anspruches 1 und mit einer zugehörigen Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 3 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bei dem Fingerabdrucksensor befinden sich die integrierte Ansteuerschaltung, insbesondere in CMOS-Technologie, und die Auflagefläche mit den zur Bilderfassung vorgesehenen Leiterflächen auf zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten eines Halbleiterkörpers oder Substrates. Die mit der Ansteuerschaltung versehene Hauptseite besitzt Anschlusskontakte für den externen elektrischen Anschluss, so dass das Halbleiterbauelement in Flipchip-Technik, d. h. face-to-face, mit Kontaktflächen eines Trägers direkt verbunden werden kann. Als Träger kommt insbesondere ein PCB (printed circuit board) in Frage. Zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Träger kann eine Vergussmasse vorhanden sein, die das eigentliche Gehäuse des Halbleiterchips vervollständigt. Die mit dem Halbleiterbauelement versehene Oberseite des Trägers ist mit einer Abdeckschicht versehen, die eine Auflagefläche für einen Finger oberhalb der Leiterflächen bildet. Diese Auflagefläche kann daher vollständig eben ausgebildet sein. Die externe elektrische Verbindung erfolgt auf der gegenüberliegenden Hauptseite des Halbleiterbauelementes in direktem Kontakt zu den Anschlüssen des Trägers.

Die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den für die Bilderfassung vorgesehenen Leiterflächen und Anschlüssen der Ansteuerschaltung erfolgt über vertikale elektrisch leitende Verbindungen, die durch Durchkontaktierungen (Vias) durch das Substrat hindurch gebildet sind. Diese Durchkontaktierungen können gegenüber dem Halbleitermaterial des Substrates durch isolierendes Material elektrisch isoliert sein. Für dieses Halbleiterbauelement kommen auch andere Gehäuseformen in Frage, bei denen jeweils eine ebene Auflagefläche für den Finger realisierbar ist. Die Verwendung einer als Gehäuse vorgesehenen Vergussmasse kann entfallen, wenn die Abdeckschicht aus einem ausreichend dauerhaften und gegen Abnutzung resistenten Material hergestellt wird und gleichzeitig als Einschlussmasse für das Halbleiterbauelement verwendet wird.

Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen des Halbleiterbauelementes anhand der beigefügten 1 und 2.

Die 1 zeigt eine Anordnung des Halbleiterbauelementes auf einem Träger im Querschnitt.
Die 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Querschnitt der 1 zur Erläuterung des elektrischen Anschlusses.
Die 1 zeigt im Querschnitt ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper 1 oder Substrat aus Halbleitermaterial. An einer ersten Hauptseite des Halbleiterbauelementes, die in dem Querschnitt der 1 nach unten ausgerichtet ist, befinden sich Komponenten einer Ansteuerschaltung, insbesondere einer CMOS-Schaltung. Die darauf vorhandenen Metallisierungsebenen und Zwischenmetalldielektrika sind in der Darstellung der 1 im Schema mit der Dielektrikumschicht 2 angedeutet. Auf der dieser Hauptseite gegenüberliegenden zweiten Hauptseite sind Leiterflächen 3 in einer rasterförmigen Anordnung vorhanden, die die Sensorelemente zur punktweisen Bilderfassung bilden. Die Leiterflächen 3 sind mittels Durchkontaktierungen 4, die durch den Halbleiterkörper 1 hindurch zu der Dielektrikumschicht 2 führen, elektrisch angeschlossen. Der Anschluss der Durchkontaktierungen 4 an die Ansteuerschaltung ist in der 1 nicht eingezeichnet. Ein Beispiel hierzu ist in der 2 dargestellt und wird weiter unten beschrieben. Die mit den Leiterflächen 3 versehene zweite Hauptseite ist oberseitig mit einer Abdeckschicht 5 versehen, die das Halbleiterbauelement umschließt und auf der Oberseite eine ebene Auflagefläche für einen Finger bildet.
In dem hier dargestellten Beispiel ist das Halbleiterbauelement auf einem Träger 9, z. B. einem Printed-Circuit-Board oder einem zweiten Halbleiterbauelement, angebracht. Anschlusskontakte 7 des Halbleiterbauelementes, die für externen elektrischen Anschluss vorgesehen sind, sind hier direkt auf Kontaktflächen 8 des Trägers 9 angeordnet und damit elektrisch leitend verbunden. Das kann z. B. mit einer von einer Flipchipmontage her im Prinzip bekannten Lötverbindung oder Klebeverbindung bewirkt sein. Zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Träger 9 ist hier noch eine Vergussmasse 6 aufgebracht, die den Zwischenraum zumindest am Rand des Halbleiterbauelementes verkapselt, aber den Halbleiterchip nicht überdeckt. Auf diese Weise ist mit sehr geringem Aufwand eine gehäuste Montage des Halbleiterbauelementes möglich, wobei die Abdeckschicht 5 aus einem geeignet abriebfesten und gegenüber Umwelteinflüssen beständigen Material zur Ausbildung der Auflagefläche ausgebildet werden kann.
Die 2 zeigt den in der 1 markierten Ausschnitt aus dem Querschnitt der 1. Von dem Zwischenraum zwischen dem Halbleiterbauelement aus dem Halbleiterkörper 1 mit der Dielektrikumschicht 2 und dem Träger 9 ist in diesem Ausschnitt nur ein Anteil der Vergussmasse 6 dargestellt. Falls die Verkapselung des Zwischenraumes nur am Rand erfolgt und die Vergussmasse nicht den gesamten Zwischenraum ausfüllt, kann an der betreffenden Stelle auch ein mit Luft gefüllter Hohlraum sein. In der Dielektrikumschicht 2 können eine oder mehrere Metallisierungsebenen zur Verdrahtung der Schaltung vorhanden sein. Von der in dem Bauelement integrierten Ansteuerschaltung ist hier im Schema ein Transistor mit Source-Bereich und Drain-Bereich 10 und einer über dem dazwischen vorhandenen Kanalbereich durch das Gate-Dielektrikum getrennten Gate-Elektrode 11 dargestellt. Der Source-Bereich ist in diesem Beispiel über eine leitende Verbindung 12 mit einer Durchkontaktierung 4 elektrisch leitend verbunden, die zu einer der Leiterflächen 3 an der Auflagefläche des Fingers führt. Die Durchkontaktierungen 4 verbinden jeweils eine Leiterfläche 3 mit einem jeweiligen Anschluss der Ansteuerschaltung. Der Anschluss der Ansteuerschaltung kann zum Beispiel auch ein Drain-Bereich oder eine Gate-Elektrode eines Transistors der Ansteuerschaltung sein. Vorzugsweise erfolgt der Anschluss über einen Widerstand, der in dem Beispiel der 2 nicht eingezeichnet ist und in einer an sich bekannten Weise in der Schaltung integriert sein kann. Es können auch andere Anschlusskomponenten, wie zum Beispiel Schutzdioden oder dergleichen, vorgesehen sein.
Die Durchkontaktierung führt durch ein Kontaktloch oder einen Graben in dem Halbleiterkörper und kann von dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers durch eine Seitenwandisolation 13 aus elektrisch isolierendem Material isoliert sein. Als Material für die Durchkontaktierung 4 kommt grundsätzlich jedes für derartige vertikale leitende Verbindungen verwendbare Material in Frage. Vorzugsweise wird ein Metall wie Wolfram als Kontaktlochfüllung verwendet. Die Leiterflächen können ebenfalls Wolfram, aber auch Gold oder ein anderes Metall sein. Das elektrisch isolierende Material der Seitenwandisolation 13 kann z. B. durch eine Oxidation der Seitenwände der Kontaktlöcher oder -gräben hergestellt werden. Die Metallisierungsebenen in der Dielektrikumschicht 2 können den Metallisierungen einer üblichen CMOS-Technologie entsprechen. Das Halbleiterbauelement und die beschriebene Anordnung können daher im Rahmen einer an sich bekannten Halbleitertechnologie hergestellt werden.

1: Halbleiterkörper
2: Dielektrikumschicht
3: Leiterfläche
4: Durchkontaktierung
5: Abdeckschicht
6: Vergussmasse
7: Anschlusskontakt
8: Kontaktfläche
9: Träger
10: Source-/Drain-Bereich
11: Gate-Elektrode
12: Leitende Verbindung
13: Seitenwandisolation

Claims

Halbleiterbauelement als Fingerabdrucksensor, bei dem auf einem Halbleiterkörper (1) oder Substrat eine erste Hauptseite mit Komponenten einer Ansteuerschaltung versehen ist, Anschlusskontakte (7) für externen elektrischen Anschluss vorhanden sind und eine Anordnung von Leiterflächen (3) zur punktweisen Bilderfassung vorhanden und mit einer Abdeckschicht (5) versehen ist, die eine Auflagefläche für einen Finger bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Leiterflächen (3) an einer der ersten Hauptseite gegenüberliegenden zweiten Hauptseite vorhanden ist und elektrisch leitfähige Durchkontaktierungen (4) vorhanden sind, die jeweils eine Leiterfläche (3) mit einem jeweiligen Anschluss der Ansteuerschaltung verbinden.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Ansteuerschaltung eine CMOS-Schaltung ist und die Leiterflächen (3) jeweils mit einem Source- oder Drain-Bereich (10) oder einer Gate-Elektrode (11) eines Transistors oder mit einem Widerstand oder einer vorgesehenen Anschlusskomponente verbunden sind.
Anordnung eines Halbleiterbauelementes nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Halbleiterbauelement auf einem Träger (9), der mit Kontaktflächen (8) versehen ist, derart angebracht ist, dass die Anschlusskontakte (7) auf den Kontaktflächen (8) angeordnet sind und sich die Leiterflächen (3) auf der von dem Träger (9) abgewandten Seite des Halbleiterbauelementes befinden.
Anordnung nach Anspruch 3, bei der zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Träger (9) eine Vergussmasse (6) vorhanden ist und die Abdeckschicht (5) auf einer mit dem Halbleiterbauelement versehenen Oberseite des Trägers (9) vorhanden ist und das Halbleiterbauelement umschließt.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, bei der der Träger (9) ein Printed-Circuit-Board ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, bei der der Träger (9) ein zweites Halbleiterbauelement ist.