TW555959B

TW555959B - Capacitance detection type sensor and manufacturing method thereof

Info

Publication number: TW555959B
Application number: TW091124737A
Authority: TW
Inventors: Masaki Ito; Hideo Onodera; Shigeru Iwamoto
Original assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2003-10-01
Also published as: EP1347407B1; CN1445537A; EP1944722A2; EP1944722B1; KR100997380B1; JP2003269906A; EP1944722A3; US20030179001A1; US7009410B2; EP1347407A3; US7364931B2; US20060099726A1; DE60232576D1; JP3980387B2; CN1217186C; KR20030076184A; EP1347407A2

Description

555959 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容'實施方式及圖式簡單說明） t發明所屬之技術領域3 發明領域本發明係有關提供了一個防止因靜電而故障之靜電放 5 電孔（下文稱之為ESD)的電容檢測型感測器，特別是有關適用於檢測指紋的一個電容檢測型感測器。 I：先前技術3 發明背景最近，高度資訊導向的社會已經來臨，因此不僅資產 1〇保管之需求增加’資訊安全之需求亦增加，隨此需求之增加’亟需識別個人用之系統。於上述諸系統中，有一種用於辨識指紋圖案以識別個人之指紋檢測裝置。於指紋檢測裝置中’通常使用一個光學檢測型指紋感測器，然而，光學檢測型指紋感測器的一個缺點在於成本 15難以降低，原因在於系統規模會變的相當大。因此，電容檢測型指紋感測器之需求增加，其系統較簡單，並能夠降低成本。第1圖繪示了傳統電容檢測型指紋感測器的一個組態平面圖，而第2圖繪示了其橫截面圖解^ 20 於一塊半導體基板5〇上面，有大量的微型電容感測器電極53以矩陣排列方式形成。電容感測器電極53係接至半導體基板50上面所形成的一塊驅動電路51，此外，有一層由絕緣材料製成的覆蓋膜55於電容感測器電極53上面形成 6 555959 玖、發明說明 ESD孔54係選擇性地於覆蓋膜55中形成，ESD孔“在電容感測器電極53之轉角附近形成，並於ESE^L54之底部配置若干ESD電極56，ESD電極56則與半導體基板5〇通電 ’並透過半導體基板50接地。 5 於所配置之電容檢測型指紋感測器中，當一指紋受檢測時，來自驅動電路51的一個特定電荷首先被填入電容感測器電極53，其後如第3圖中所示，當受測者的某根手指觸及覆蓋膜55表面時，電容感測器電極53之電位會因手指與電容感測器電極53之間的電容而改變。在此例中，手指與電谷感測器電極5 3之間的距離會由於手指之不均句产（指紋）而隨位置改變，且電容感測器電極53之電位會發生變化。經過一段特定時間後，驅動電路51會偵測到電容感測器電極53之電位，並根據檢測結果，建立一個表示電位分佈之影像。如上所述，電容感測器電極53之電位係與手 15指的不均勻度（指紋）有關，因此，表示電容感測器電極53 之電位分佈的影像即代表一個指紋圖案。附帶一提的是，於電容檢測型指紋感測器中，必須使受測者手指直接接觸覆蓋膜5 5表面，此例中的一個困擾在於人體中的靜電（數千伏特）可能會釋放至電容感測器電極 20 53，因而破壞了覆蓋膜55。如上所述，為了避免指紋感測器因放電而故障，提供了若干個ESD孔54。目前為止，ESD孔54的直徑在5 以上，並如第1圖中所示，ESD孔54係配置在電容感測器電極53之轉角附近。人體内之靜電會優先釋放至£8]〇孔54 7 555959 玖、發明說明中的ESD電極56而非電容感測器電極53，因此可避免覆蓋膜5 5因放電而受損。本發明之發明者認為上述之傳統電容檢測型指紋感測器具有下述的一個問題。具體而言，濕氣及鹽分會附著在 5人類的手指表面上，當檢測指紋時，必須令手指表面接觸指紋感測器表面，於此例中，已附著在手指上面之濕氣及鹽分會進入ESD孔54。每根ESD電極56通常具有由導電性極佳之銘薄膜與抗腐蝕性極佳之TiN薄膜組成的一個堆疊結構，然而，若TiN薄膜中出現裂縫，則濕氣及鹽分會從 10 該處進入鋁薄膜，而使鋁薄膜受到腐蝕。第4圖繪示了 ESD孔的顯微照片視圖。如第4圖中所示，在傳統電容檢測型指紋感測器中，裂縫（圖中圈選部分）經常發生於塗在鋁薄膜上面之TiN薄膜中。當利用喷鹽方式對上述電容檢測型指紋感測器進行加速試驗（12小時）時 15 ，已經從TiN薄膜之裂縫進入鋁薄膜中的濕氣及鹽分會加劇腐蝕鋁薄膜，因而損壞感測器的導線及元件，且感測器之功能會喪失。

TiN薄膜中形成裂縫之原因並不明顯，然而由於鋁和 TiN之間的熱膨脹係數差異相當大，吾人認為由於薄膜成 2〇形與晶片切割期間產生的熱，使鋁薄膜及TiN薄膜間的界面上產生極大應力而形成裂縫。此外，吾人認為由於鋁薄膜中的晶粒受熱而移動，使TiN薄膜中產生應力而形成裂縫。吾人亦考慮由抗蝕性較鋁更高之金屬形成ESD電極， 8 555959 玖、發明說明然而由於ESD電極與驅動電路之佈線乃同時形成，若esd 電極由不同於佈線材料之金屬形成，則產生的新問題在於製造步驟會增加，因而提高了產品成本。 t 明内容3 5 發明概要如上所述，本發明之目的在提供一個電容檢測型感測裔，其可防止覆蓋膜因放電而受損，ESD電極則難以腐钱，且能確保長期之高可靠度，並提供其製造方法。本發明之電容檢測型感測器係一提供了多根電容感測 10器電極的電容檢測型感測器，其包括有：一塊基板；一層於基板上面形成之絕緣膜；一層於絕緣膜上面形成之第一靜電放電電極導電膜，·一層第二靜電放電電極導電膜，使其能與第一靜電放電電極膜通電；以及一層蓋住多個電容感測器電極表面之覆蓋膜，其内配置了多個開口，諸開口 15 係通往第二靜電放電電極膜。雖然傳統電容檢測型指紋感測器中一根靜電放電電極配置一個開口，本發明中卻一根靜電放電電極配置多個開口，因此，第一靜電放電電極膜與第二靜電放電電極膜之間由於溫度變化及類似原因所產生的一個應力可利用多個 20開口加以分散，並可防止第二靜電放電電極膜中形成裂縫〇本發明的另一個電容檢測型感測器係一配置了多根電容感測器電極之電容檢測型感測器，其包括有··一塊基板，一層於基板上面形成之第一絕緣膜；一層於第一絕緣膜 9 555959 玖、發明說明上：：：之弟一靜電放電電極導電膜；一層於第一絕緣膜及弟-靜電放電電極膜上面形成之第二絕緣膜；一層第二靜電放電電極膜，使其能透過第二絕緣膜中形成的一個接觸孔而與第一靜電放電胰通電，以及一層蓋住多個電容感測器電極表面之覆蓋膜，其岐置了-個開口，該開口係通往第二靜電放電電極膜。 ίο / ;本毛月中，第—絕緣膜係於第—靜電放電電極膜上面形成，而第二靜電放電電極膜於第二絕緣膜上面形成。接著透過第二絕緣财形叙㈣孔，使第二靜電放電電極膜與第-靜電放電電極膜通電，因此可減少第一靜電放電電極膜與第二靜電放電電極膜之間的溫度變化量，並防止第二靜電放電電極膜中形成裂縫。 15 20 本發明的另一個電容檢測型感測器係一配置了多根電容感測器電極之電容檢測型感測器，其包括有：—塊基板 ’一層於基板上面形成之絕緣膜；_層於第一絕緣膜上面形成之第—靜電放電電極導電膜；—層於第一絕緣膜及第-靜電放電電極膜上面形成之第二絕緣膜；一個於第二絕緣膜的一個開口中形成之導電塞，並與第一靜電放電電極膜通u第二靜電放電電極膜，其能與導電塞通電，以及-層蓋住多個電容感測器電極表面之覆蓋膜，其㈣置了 -個開Π ’該開口係通往第二靜電放電電極膜。在本發明中，導電塞係於第一靜電放電電極膜上面形成而第一靜電放電電極膜於導電塞上面形成，因此，導電塞係由嫣這類難以腐#之材料製成，故即使第二靜電放 10 玖、發明說明電電極膜㈣成裂缝，仍可避免第一靜電放電電極膜受到腐钱。圖式簡單說明第1圖繪不了傳統電容檢測型指紋感測器的一個組能平面圖。、心第2圖為傳統電容檢測型指紋感測器的-個橫截面圖解。 β 第3圖、’、g不了電容檢測型指紋感測器於檢測指紋時的狀態圖解。第4圖繪示了 ESD孔之顯微照片視圖，顯示一丁薄膜中出現裂縫的一個狀態。、第5圖繪示了本發明第一項實施例之電容檢測型感測器（#曰紋感測器）的一個組態平面圖。第6圖為第一實施例之電容檢測型感測器的一個橫截面圖解。第7圖為第一貫施例之電容檢測型感測器的一個md 孔部分之橫截面圖。第8圖為第一實施例之電容檢測型感測器的一個eSD 孔部分之平面圖。第9圖為第一實施例之電容檢測型感測器的一根電容感測器電極成形部分之橫截面圖。第10圖％示了第一實施例之電容檢測型感測器的一個 ESD孔變更範例（N〇1)平面圖。第11圖繪示了第一實施例之電容檢測型感測器的一個 555959 玖、發明說明 ESD孔變更範例（Ν〇·2)平面圖。第12圖為本發明第二項實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）的一個ESD孔部分之橫截面圖。第13圖為第一貫施例之電容檢測型感測器的esd孔部 5 分之平面圖。第14圖繪示了第二實施例之電容檢測型感測器的一個接觸孔變更範例（No· 1)平面圖。第15圖繪示了第二實施例之電容檢測型感測器的一個接觸孔變更範例（Νο·2)平面圖。 ίο 第16圖為本發明第三項實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）的一個ESD孔部分之橫截面圖。第17圖為第三實施例之電容檢測型感測器的esd孔部分之平面圖。第18圖繪示了第三實施例之電容檢測型感測器的一個 15 ESD孔變更範例（Νο·1)平面圖。第19圖繪示了第三實施例之電容檢測型感測器的一個 ESD孔變更範例（Νο·2)平面圖。第20圖繪示了本發明第四項實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）的一個組態平面圖。 20 第21圖為第四實施例之電容檢測型感測器其電容感測器電極之間部分的一個橫截面圖。第22圖為本發明第五項實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）的一個ESD孔部分之橫截面圖。第23圖為第五實施例之電容檢測型感測器的esd孔部 12 555959 玖、發明說明分之平面圖。 C實施方式】較佳實施例之詳細說明下文將參看諸幅附圖敘述本發明之諸項實施例。 5 (第一實施例）第5圖繪示了本發明第一實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）的-個組態平面圖，而第6圖繪示了其橫載面圖解。在塊半導體石夕基板10上面，有大量邊長約1〇〇#㈤之 1〇近似正方的微型電容感測器電極22排列成矩陣形式，這些電容感測器電極22係接至半導體基板1〇上面所成形的一個驅動電路11。有一層由絕緣材料如Si〇2及SiN製成之覆蓋膜23於電谷感測器電極22上面形成，並具有大約8〇〇 11111的一個厚度。 15 覆蓋膜23中配置了若干ESD孔部分18，每個ESD孔部分18中並形成了多個ESD孔，ESD孔的直徑小於或等於5 較佳。在此實施例中，eSD孔係邊長約〇 85//rn的一個近似矩形’ ESD孔底部則配置了若干與半導體基板1〇通電之ESD電極21。如第5圖中所示，在此實施例之電容檢測 20型感測器中，一個電極區塊係由四根相鄰之電容感測器電極22組成，而ESD孔部分18則配置於各電極區塊之轉角部分附近。此外，ESD電極21係透過半導體基板1〇接地。第7圖為ESD孔部分18之橫截面圖，第8圖為相同ESD 孔部分18之平面圖，而第9圖為電容感測器電極22之成形 13 555959 玖、發明說明部分的一個橫截面圖。現在將參看這些圖形，更詳細地說明本實施例之電容檢測型感測器組態。應該注意的是，雖然驅動電路11實際上係由多個電晶體形成，第9圖中僅例示了一個與電容感測器電極22通電之電晶體。 5 半導體基板10上面形成了一個高密度雜質區10a，該區則接至ESD電極21與構成驅動電路丨丨之電晶體的源極/汲極區i〇b。有一根閘電極12在該對源極/汲極區1〇b之間的一個區域上方形成，其之間並置入一層閘極絕緣膜（未示出）。 10 有一層以以〇2製成之第一中間層絕緣膜13於半導體基板10及閘電極12上面形成，第一中間層絕緣膜丨3上面則形成了以銘為主要成分之第一層導線（焊塾）15a及15b。導線 15a乃透過埋入第一中間層絕緣膜13之鎢插塞14而與高密度雜質區10a通電，導線15b則透過另一根鎢插塞14而與 15 閘電極12通電。有一層以Si〇2製成之第二中間層絕緣膜16於第一中間層絕緣膜13及第一層導線15a及15b上面形成，第二中間層絕緣膜16上面則形成第一靜電放電電極膜18a及第二層導線（焊塾）18b °這些第一靜電放電電極膜Ua及第二層導線 20 18b係以链為主要成分而形成。第一靜電放電電極膜18以系透過埋入第二中間層絕緣膜16之鎢插塞17而與第一層導線 15a通電’此外，第二層導線18b則透過另一根鎢插塞17而與第一層導線15b通電。應該注意的是，在與第一層導線15a及l5b相同之佈線 14 555959 玖、發明說明層和與第二層導線18b相同之佈線層中，形成了若干條構成驅動電路11之導線。有一層以Si〇2製成之第三中間層絕緣膜19於第二中間層絕緣膜16上面形成，然而在esd孔部分中，位於第_靜 5電放電電極膜18a上方之第三中間層絕緣膜19被開啟，並有一層由厚度約200 nm2TiN薄膜製成的第二靜電放電電極膜20於第一靜電放電電極膜18a上面形成。第二靜電放電電極膜20之邊緣部分係從第一靜電放電電極膜18a表面延伸至第三中間層絕緣膜19表面。ESD電極21則由這些第 10 一靜電放電電極膜18&與第二靜電放電電極膜20組成。此外，第三中間層絕緣膜19的一個開口亦配置在第二層導線18b上面，透過該開口而和第二層導線1肋通電之電谷感測為電極2 2則於第二中間層絕緣膜19上面形成。電容感測器電極22亦以紹為主要材料而形成。 15 以siN& si〇2這類絕緣體製成的覆蓋膜23係於第三中間層絕緣膜19、第二靜電放電電極膜20以及電容感測器電極薄膜22上面形成，然而在ESD孔部分18中，有多個通往第二靜電放電電極膜20之ESD孔24於覆蓋膜23中形成。如第8圖中所示，本實施例中的ESD孔24係排列成三列四行 20 的一個矩陣。應該注意的是，為了防止由TiN製成的第二靜電放電電極膜20中出現裂縫，ESD孔24的尺寸固定在小於或等於5#m X 5// m較佳。在本實施例中，ESD孔24的尺寸設定為〇_85/zmx0.85/zm。於本實施例所配置之電容檢測型感測器中，當一指紋 15 555959 玖、發明說明受檢測時，來自驅動電路11的一個特定電荷首先被填入電容感測器電極22，其後當受測者的某根手指觸及覆蓋膜^ 表面時，電容感測恭電極22之電位會因手指與電容感測器電極22之間的電谷而改變。在此例中，由於手指之不均勻 5度（指紋），手指與電容感測器電極22之間的距離會隨位置而改變，且各電容感測器電極22之電位會發生變化。經過一段特定時間後’驅動電路11會偵測電容感測器電極22之電位’並根據檢測結果’建立一個表示電位分佈之影像。如上所述’電谷感測電極2 2之電位係與手指的不均勻度 10 (指紋）有關，因此，表示電容感測器電極22之電位分佈的影像即代表一個指紋圖案。人體内之靜電會優先釋放至ESD孔24中的ESD電極21 而非電容感測器電極22，因此可避免覆蓋膜23因放電而受損。 15 在本實施例中，ESD電極21上面形成了大量的ESD孔 24，且每個ESD孔24之面積相當小。因此，即使因溫度變化及類似因素而使第一靜電放電電極膜（鋁薄膜）18a與第二靜電放電電極膜（TiN薄膜）20之間產生應力，該應力亦能廣泛地分散並防止第二靜電放電電極膜20中發生裂缝。因 20 此，即使經過長期使用後，濕氣及鹽分進入ESD孔24，仍可避免第一靜電放電電極膜18a被腐蝕。因此，本實施例之電容檢測型感測器可維持長期可靠度。此外於本實施例中，ESD電極21係在低於電容感測器電極22層的佈線層中形成。在ESD電極21及電容感測器電 16 555959 玖、發明說明極22於同一佈線層中形成的情況下，吾人認為當以手指推動覆蓋膜23表面時，應力會集中在ESD電極21及電容感測器電極22之邊緣部分，因而導致覆蓋膜23、中間層絕緣膜 19等發生裂缝。然而在本實施例中，esd電極21與電容感 5 測器電極22係於彼此不同之佈線層中形成，因此集中於 ESD電極21和電容感測器電極22邊緣部分之應力會受到限制，並避免覆蓋膜23、中間層絕緣膜19等出現裂縫。再者，如本實施例中所述，有多個ESD孔24均勻地配置在ESD孔部分18中，因此作用於各ESD孔部分18上面之 10 應力幾乎均勻地分散在整個ESD孔部分18，故可降低ESD 孔部分18中的覆蓋膜23形成裂縫之可能性。應該注意的是，如第10圖中所示，ESD孔可形成寬度小於或等於5# m(例如0.85// m)之條紋形狀。此外如第u 圖中所示，ESD孔可形成寬度小於或等於5/zm(例如〇.85 15 Vm)之同心圓形狀。於第1〇圖中，ESD孔係以參考數字 24a表示’而在第11圖中，ESD孔以參考數字24b表示。在此例中，亦可得到類似上述實施例之效果。下文將參看第7及9圖敘述本實施例之電容檢測型感測器的製造方法。 20 首先利用局部鈔氧化（LOCOS)法及淺溝隔離（STI)法，形成一層絕緣模或絕緣溝槽（未示出），並利用絕緣模或絕緣溝槽，將半導體基板10分成多個元件區。其後選擇性地在半導體基板1〇上面形成厚度為300 nm 之閘電極12，並將閘極絕緣膜插入其間，接著以閘電極12 17 555959 玖、發明說明作為光罩，將雜質摻入半導體基板10，並形成源極/汲極區10b。此外，亦將雜質摻入半導體基板10表面上形成 ESD電極之區域中，並形成高密度之雜質區1〇a。應該注意的是，閘電極12可由鋁這類金屬形成，或由摻入高密度 5 雜質例如硼（B)之多晶矽形成。其次，利用化學氣相沉積（CVD)法，於基板1〇的整個上表面上方形成厚度大約7〇〇 nm之第一中間層絕緣膜13。此第一中間層絕緣膜13係由si〇2薄膜、si〇N薄膜與SiN薄膜之中任一種形成，或堆疊這些薄膜之其中兩種以上而成 10 。其後，於第一中間層絕緣膜13中形成通往高密度雜質區 l〇a及閘電極12之接觸孔。其次，利用錢鍍法在基板1 〇的整個上表面上方形成一層厚度約5 nm之Ti薄膜與一層厚度約15 nm2TiN薄膜。再者，形成一層厚度大約800 nm之鎢薄膜，並將鎢埋入接觸

15孔内。其後，將第一中間層絕緣膜13上面的鎢薄膜、TiN 薄膜及Ti薄膜進行化學機械研磨（CMp)，並移除接觸孔之外的鎢薄膜、TiN薄膜及Ti薄膜，因而形成了鎢插塞14。之後，連續形成厚度分別為15 nm、5〇〇 nm&15 nm之

TiN薄膜、A1Cu合金薄膜及谓薄膜。接著利用光微影法將這些薄膜進行圖案製作程序，以形成第一層導線仏及 15b ° 其次，於基板10的整個上表面上方形成由厚度大約1 之Si〇2製成的第二中間層絕緣膜16，接著在第二中間層絕緣膜16中形成若干個通往第一層導線⑸及i5b之接觸 18 555959 玖、發明說明孔0 之後’利用濺鍍法，於基板10的整個上表面上方，形成厚度分別為5 nm及15 nm之Ti薄膜及TiN薄膜。再者，形成一層鎢薄膜，並將鎢埋入接觸孔。其後將第二中間層絕 5緣膜16上面的鎢薄膜、TiN薄膜及Ti薄膜進行CMp，並移除接觸孔之外的鶴薄膜、TiN薄膜及丁丨薄膜，因而形成了鎢插塞17。之後’於基板10的整個上表面上方，連續形成厚度分別為15 nm、500 nm及15 nm之TiN薄膜、AlCu合金薄膜及 10 TiN薄膜。接著利用光微影法將這些薄進行圖案製作程序 ’以形成第一靜電放電電極膜l8a及第二層導線18b。 • 其次’在基板1〇的整個上表面上方，形成由厚度大约 1·3 # m之Si〇2製成的第三中間層絕緣膜19，接著利用光微影法，於第三中間層絕緣膜19中形成若干個通往第一靜電 15 放電電極膜18a及第二層導線i8b之開口。其次’在基板10上面形成一層厚度大約2〇〇# 薄膜’接著將TiN薄膜進行圖案製作程序，以形成第二靜電放電電極膜20。此外，於基板1〇的整個上表面上方，連續形成厚度分別為15 nm、500 nm及15 nm之TiN薄膜、 20 AlCu合金薄膜及TiN薄膜。接著利用光微影法，將這些薄膜進行圖案製作程序，以形成電容感測器電極22。之後，於基板10的整個上表面上方，連續形成厚度分別為100 nm及大约700 nm之Si02薄膜及SiN薄膜，因而形成了覆蓋膜23。接著利用光微影法，於ESD孔部分18之覆 19 555959 玖、發明說明蓋膜23中形成多個邊長大約〇·85 // m的近似矩形之ESD孔 24 ° 利用上述之方法，可製造出本實施例之電容檢測型感測器。依據本實施例，由於ESD電極21係與構成驅動電路11 之導線同時形成，故以少數步驟即可製造電容檢測型感測器。 (第二實施例）下文將參看第12圖中緣示之ESD孔部分的一個橫截面 10圖及第13圖中繪示之ESD孔部分的一個平面圖，敘述本發明第二項實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）。本實施例之電容檢測型感測器與第一實施例不同之處在於ESD孔部分的結構，其它部分之結構基本上與第一實施例類似，因此，加諸於第12圖中諸物件之參考數字係與 15第7圖中者相同，而重複部分之敘述則予以省略。此外，由於電容感測器電極部分之組態基本上與第一實施例類似，此處將省略電容感測器電極部分之敘述。在本實施例中，有一層第二靜電放電電極膜（TiN薄膜 )20a於第二絕緣膜19上面形成，且覆蓋膜23中開了一個尺 20 寸為8//m X 8//m之ESD孔26，而使第二靜電放電電極膜 20a自該處露出。此外，第二靜電放電電極膜20&係透過第三中間層絕緣膜19中所成形的接觸孔I9a而和第一靜電放電電極膜18a通電。舉例而言，接觸孔i9a之尺寸為〇·85// m X 0.85// m，且如第13圖中所示，接觸孔19a在ESD孔部 20 555959 玖、發明說明分26中係配置成三列四行的一個矩陣。在本實施例中，第二靜電放電電極膜20a係於第三中間層絕緣膜19上面形成，並透過接觸孔19a而接至第一靜電放電電極膜18a，因此第一靜電放電電極膜18a與第二靜 5 電放電電極膜20a之間因溫度變化而產生的應力較小，且第二靜電放電電極膜20a中發生裂縫的情況會受到限制。此外，即使第二靜電放電電極膜20a中位於第三中間層絕緣膜19上面的某個部份發生裂縫，仍可更確實地防止第一靜電放電電極膜1 8a受到腐#。因此，即使經過長期使用 10後，濕氣及鹽分進入ESD孔26，第一靜電放電電極膜i8a 被腐蝕之可能性仍相當低，並能維持長期之高可靠度。應該注意的是，第三中間層絕緣膜19中形成之接觸孔 19a可如第14圖中所示形成條紋狀，或形成如第15圖中繪示之同心圓形狀。 15 下文將參看第12圖敘述本實施例之電容檢測型感測器的製造方法。利用類似第一實施例之方法，於基板1〇上面形成一個電晶體、第一中間層絕緣膜13、第一層導線15a、第二中間層絕緣膜16、编插塞14及17等。接著在第二中間層絕緣 20膜16上面連續形成Ti薄膜、铭薄膜及Ti薄膜，然後將這些堆邊4膜進订圖案製作程序，以形成第一靜電放電電極膜 18a 〇 % 其-人，於基板10的整個上表面上方，形成由厚度大約 1.3/z 製成的第三中間層絕緣膜19，然後利用光微 21 555959 玖、發明說明影法，於第三中間層絕緣膜19中形成若干個通往第一靜電放電電極膜18a之接觸孔19a。其次利用物理氣相沉積（PVD)法或金屬有機化學氣相沉積（MOCVD)法，於基板1〇的整個上表面上方形成厚度大 5約200㈣之TiN薄膜，接著將TiN薄膜進行圖案製作程序，以形成第二靜電放電電極膜2〇a。ESD電極21係由第一靜電放電電極膜18a與第二靜電放電電極膜20a組成。一般而言，PVD法具有能夠便宜地形成穩定TiN薄膜之優勢，然而利用PVD法在接觸孔中形成TiN薄膜之缺點 10 在於薄膜厚度較薄處容易形成，同時，若利用MOCVD法形成TiN薄膜，則接觸孔中所形成之TiN薄膜厚度亦相當均勻。之後類似於第一實施例，在整個基板10上表面上方形成具有厚度為100 nm之Si〇2薄膜與厚度為700 nm之SiN薄 15膜的一個堆疊結構之覆蓋膜23，接著於覆蓋膜23中形成通往ESD電極21之開口（ESD孔）26，因而完成了本實施例之電容檢測型感測器。 (第三實施例）下文將參看第16圖中繪示之ESD孔部分的一個橫截面 20 圖與第17圖中繪示之ESD孔部分的一個平面圖，敘述本發明第三項實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）。本實施例之電容檢測型感測器與第一實施例不同之處在於ESD孔部分的結構，其它部分之結構基本上與第一實施例類似，因此，加諸於第16圖中諸物件之參考數字係與 22 555959 玖、發明說明第17圖中者相同，而重複部分之敘述則予以省略。此外，由於電容感測器電極部分之組態基本上與第一實施例類似 ’此處將省略電容感測器電極部分之敘述。在本實施例中，有一層由丁iN製成之第二靜電放電電 5極膜20b於第三中間層絕緣膜19上面形成，而此第二靜電放電電極膜20b係透過第三中間層絕緣膜19中提供的一個接觸孔27和第一靜電放電電極膜2〇a通電。覆蓋膜23係於第三中間層絕緣膜丨9及第二靜電放電電極膜20b上面形成，此外，於遠離接觸孔27的一個位置處 10配置了 ESD孔28，舉例而言，ESD孔28的一個尺寸為大約5 β m X 5 μ m。在本實施例中’ ESD孔28係於遠離第一靜電放電電極膜18a與第二靜電放電電極膜20b的一個連接部分處形成，因此，即使ESD孔内之第二靜電放電電極膜2〇b中出現若 15干裂縫’也不需擔心濕氣和鹽分進入第一靜電放電電極膜 18a。因此在本實施例之電容檢測型感測器中，亦可達到維持長期高可靠度之效果。應該注意的是’ ESD孔28亦可形成環繞接觸孔27之環狀形式，如第18圖中所示。另外如第19圖中所示，多個 20 ESD孔28可以分散方式繞著接觸孔27形成。下文將參看第16圖敘述本實施例之電容檢測型感測器的製造方法。類似於第一實施例，上至第一靜電放電電極膜18a均於基板10上面形成’其後’第三中間層絕緣膜19於基板1〇 23 555959 玖、發明說明整個上表面上方形成，接著在第三中間層絕緣膜19中形成通往第一靜電放電電極膜18a之接觸孔27，隨後在基板1〇整個上表面上方形成一層厚度大約2〇〇 nm之TiN薄膜。接著將ΤιΝ薄膜進行圖案製作，以形成第二靜電放電電極膜 5 20b。此例中係與第一實施例類似，有一根電容感測器電極（未示出）於第三中間層絕緣膜19上面形成。之後，由厚度為1〇〇 nm之Si〇2薄膜與厚度為700 nm之 SiN薄膜製成的覆蓋膜23在基板1〇整個上表面上方形成，接著於覆蓋膜23中形成ESD孔28，而使第二靜電放電電極 10膜20b自該處露出。在此例中，ESD孔28係於遠離接觸孔 27之位置處形成，因而完成了本實施例之電容檢測型感測器。 (第四實施例）第20圖繪示了本發明第四項實施例之電容檢測型感測 15器（指紋感測器）的一個組態平面圖，第21圖則為相同電容檢測型感測器其電容感測器電極之間部分的一個橫截面圖〇本實施例之電容檢測型感測器與第一實施例不同之處在於ESD孔部分的結構，其它部分之結構基本上與第一實 20施例類似，因此，加諸於第20及21圖中諸物件之參考數字係與第5及7圖中者相同，而重複部分之敘述則予以省略。此外於第21圖中，從第一中間層絕緣膜至第二中間層導線之圖解均予省略。在本實施例中，電容感測器電極22之轉角附近的第二 24 555959 坎、發明說明中間層絕緣膜16上面形成了透過鎢插塞17與半導體基板1〇通電的第一靜電放電電極膜18a，此外，由TiN薄膜製成之第二靜電放電電極膜20b於第三中間層絕緣膜19上面形成。第二靜電放電電極膜2〇b係透過第三中間層絕緣膜19中 5形成的若干接觸孔27而和第一靜電放電電極膜18a通電。再者’第二靜電放電電極膜2〇b係形成網格狀，以蓋住電容感測器電極22之間的空隙。 ESD孔28係沿著電容感測器電極22之各邊配置，第二靜電放電電極膜20b則於ESD孔28底部露出。 10 類似於第三實施例，本實施例之電容檢測型感測器中，ESD孔28亦於遠離第一靜電放電電極膜18a和第二靜電放電電極膜20b之連接部分處形成，因此，即使濕氣和鹽分進入ESD孔28，也不需擔心第一靜電放電電極膜18a受腐# ’並可維持長期之高可靠度。 15 此外，在本實施例中，ESD孔係以高密度方式配置，且ESD孔的總面積相當大，因此相較於其他實施例，本實施例之優點在於能更確實地防止感測器因放電而故障。 (第五實施例）下文將參看第22圖中繪示之ESD孔部分的一個橫截面 20 圖與第23圖中繪示之ESD孔部分的一個平面圖，敘述本發明第五項實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）。本實施例之電容檢測型感測器與第一實施例不同之處在於ESD孔部分的結構，其它部分之結構基本上與第一項實施例類似，因此，加諸於第22圖中諸物件之參考數字係 25 555959 玖、發明說明與第7圖中者相同，而重複部分之敘述則予以省略。此外 ’由於電容感測器電極部分的組態基本上與第一實施例類似，此處將省略電容感測器電極部分之敘述。在本實施例中，有一根鎢插塞20d(導體部分）被埋入第 5三中間層絕緣膜丨9中，由TiN製成之第一靜電放電電極膜 18a與第二靜電放電電極膜20c係透過鎢插塞2〇d而互相通電，ESD電極21則由這些第一靜電放電電極膜18a、鎢插塞20d和第二靜電放電電極膜2〇c組成。具體而s，在本貫施例中，第一靜電放電電極膜1 10係與第一實施例類似，於第二中間層絕緣膜16上面形成，接著在基板10的整個上表面上方形成第三中間層絕緣膜19 ，其後利用光微影法於第三中間層絕緣膜19中形成一個開口。之後，於基板10的整個上表面上方形成一層Ti薄膜與一層TiN薄膜，並進一步在其上面形成一層鎢薄膜，因而 15 將嫣埋入第三中間層絕緣膜19之開口中。其後，利用CMp 將第三中間層絕緣膜19上面之鎢薄膜、TiN薄膜及Ti薄膜移除，利用這種方式形成鎢插塞20d。之後，基板10整個上表面上方形成一層厚度大約200 nm之TiN薄膜，此TiN薄膜經過圖案製作程序形成了第二 2〇靜電放電電極膜2〇c，其後連續形成一層厚度大約1 〇〇之Si〇2薄膜與一層厚度大約700 nm之SiN薄膜，以形成覆蓋層23。利用上述這種方式，本實施例之電容檢測型感測器得以完成。應該注思的疋’雖然插塞2〇d材料不限於鶴，形成插 26 555959 玖、發明說明塞20d之材料其抗蝕性必須高於第一靜電放電電極膜18a。在本實施例中，鎢插塞2〇d係於第一靜電放電電極膜 18a與第二靜電放電電極膜2〇c之間形成，因此較不需擔心第二靜電放電電極膜20c(TiN薄膜）中會因溫度變化而出現 5裂縫。此外，即使第二靜電放電電極膜20c中出現裂縫，且濕氣和鹽分進一步進入ESD孔29，由於鎢插塞2〇d係插入第二靜電放電電極膜20c與第一靜電放電電極膜18&之間，並不需擔心以銘為主要成分之第一靜電放電電極膜18a 受腐敍。因此，本實施例之電容檢測型感測器亦能維持長 10 期之高可靠度。應該注意的是，雖然上述第一至第五實項施例之任一項中已經敘述了以鋁為主要成分之薄膜及TiN薄膜所形成的ESD電極案例’ ESD電極並不偈限於此。舉例而言，於其中驅動電路之導線係由銅（Cu)或銅合金所形成的一個情 15 況下，ESD電極亦可由銅或銅合金薄膜和TiN薄膜形成。此外，若不使用TiN薄膜，可使用高熔點之金屬薄膜、例如Ti薄膜、鉬（Mo)薄膜和鎢（W)薄膜，以及高熔點之金屬氮化物薄膜、例如MoN薄膜及WN薄膜。再者，雖然上述任一項實施例中已經敘述過將本發明 20 應用於指紋感測器之案例，本發明並不侷限於指紋感測器 ’且本發明可應用於任何用以檢測細微部分之電容分佈的感測器上。【囷式簡單說明3 第1圖繪示了傳統電容檢測型指紋感測器的一個組態 27 555959 玖、發明說明平面圖。第2圖為傳統電容檢測型指紋感測器的一個橫截面圖解。第3圖繪示了電容檢測型指紋感測器於檢測指紋時的 5 狀態圖解。第4圖綠示了ESD孔之顯微照片視圖，顯示一TiN薄膜中出現裂縫的一個狀態。第5圖繪示了本發明第一項實施例之電容檢測型感測器（才曰紋感測器）的一個組態平面圖。 1〇第6圖為第一實施例之電容檢測型感測器的一個橫戴面圖解。第7圖為第一實施例之電容檢測型感測器的一個ESD 孔部分之橫截面圖。第8圖為第一實施例之電容檢測型感測器的一個eSD 15 孔部分之平面圖。第9圖為第一實施例之電容檢測型感測器的一根電容感測器電極成形部分之橫截面圖。第10圖緣示了第一實施例之電容檢測型感測器的一個 ESD孔變更範例（No.l)平面圖。 20 第11圖繪示了第一實施例之電容檢測型感測器的一個 ESD孔變更範例（Νο·2)平面圖。第12圖為本發明第二項實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）的一個ESD孔部分之橫戴面圖。第13圖為第二實施例之電容檢測型感測器的ESD孔部 28 555959 玖、發明說明分之平面圖。第14圖緣示了第二實施例之電容檢測型感測器的一個接觸孔變更乾例（Ν〇 · 1)平面圖。第15圖緣示了第二實施例之電容檢測型感測器的一個 5接觸孔變更範例（Νο·2)平面圖。第16圖為本發明第三項實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）的一個ESD孔部分之橫截面圖。第Π圖為第三實施例之電容檢測型感測器的esd孔部分之平面圖。 10 第1 8圖緣示了第三實施例之電容檢測型感測器的一個 ESD孔變更範例（No.l)平面圖。第19圖繪示了第三實施例之電容檢測型感測器的一個 ESD孔變更範例（Νο·2)平面圖。第20圖繪示了本發明第四項實施例之電容檢測型感測 15 器（指紋感測器）的一個組態平面圖。第21圖為第四實施例之電容檢測型感測器其電容感測器電極之間部分的一個橫截面圖。第22圖為本發明第五項實施例之電容檢測型感測器（指紋感測器）的一個ESD孔部分之橫截面圖。 20 第23圖為第五實施例之電容檢測型感測器的ESD孔部分之平面圖。 29 555959 玖、發明說明【圖式之主要元件代表符號表】 10、 50…半導體基板 10a···雜質區 10b···源極/汲極區 11、 51…驅動電路 12…閘電極 13…第一中間層絕緣膜 14、17、20d···鎢插塞 15a、15b…第一層導線 16…第二中間層絕緣膜 18."ESD孔部分 18a、20a…第一靜電放電電極膜 18b···第二層導線 19…第三中間層絕緣膜 19a、27···接觸孔 20、 20b、20c···第二靜電放電電極膜 21、 56--ESD電極 22、 53…電容感測器電極 23、 55…覆蓋膜

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Claims

拾、申請專利範圍 1·-種提供了多根電容感測器電極之電容檢測型感測器 ’其包括有：一塊基板；一層於基板上面形成之絕緣膜；層於纟巴緣膜上面形成之第一靜電放電電極導電膜；一層第二靜電放電電極導電m，使其能與第一靜電放電電極膜通電；'以及曰蓋住夕個電谷感測器電極表面之覆蓋膜，其 10 崎了多個開口，諸開口係通往第二靜電放電電極膜。申#專範圍第i項之電容檢測型感測器，其中覆蓋膜所提供之任何開σ其直徑及寬度均小於或等於〇 3. 如申晴專利範圍第i項之電容檢測型感測器，其中多個開口係均勻地配置於第二靜電放電電極膜上面。 4. 如申请專利範圍第!項之電容檢測型感測器，其中第一靜電放電電極膜及第二靜電放電電極膜之形成位置係 > 比電容感測器電極的位置更接近基板。如申#專利範圍第1項之電容檢測型感測器，其中有一條導線於電容感測器電極與基板之間形成，並與電容感測器電極通電，且第二靜電放電電極膜係於該層導線之同一佈線層中形成。 6‘如申請專㈣項之電容檢測型感測器，其中諸開 31 555959 拾、申請專利範圍口係以條紋形式於覆蓋膜中形成。 7·如申請專利範圍第1項之電容檢測型感測器，其中諸開口係以同心圓形式於覆蓋膜中形成。 8·如申請專利範圍第1項之電容檢測型感測器，其中第一靜電放電電極膜係由以鋁為主要成分之金屬製成，而第二靜電放電電極膜由TiN製成。 9·如申請專利範圍第1項之電容檢測型感測器，其中第一及第二靜電放電電極膜係透過基板而接地。 10·種長1供了多根電容感測器電極之電容檢測型感測器，其包括有：一塊基板；一層於基板上面形成之第一絕緣膜；一層於第一絕緣膜上面形成之第一靜電放電電極導電膜；層於第一絕緣膜及第一靜電放電電極膜上面形成之第二絕緣膜；層第一靜電放電電極膜，使其能透過第二絕緣、中形成的自接觸孔而與第一靜電放電電極膜通電 ;以及曰蓋住夕個電容感測器電極表面之覆蓋膜，其内配置了-個開口 ’該開口係通往第二靜電放電電極膜。 U ·如申請專利範圍弟10項之電谷檢測型感測器，盆中電容感測器電極係於第二絕緣膜上面形成。 32 555959 拾、申請專利範圍 12 如申清專利範圍第1 〇項之電容檢測型感測器，其中第一靜電放電電極膜係由以鋁為主要成分之金屬製成，而弟一靜電放電電極膜由TiN製成。 13·如申請專利範圍第1〇項之電容檢測型感測器，其中覆蓋膜之開口係於第一靜電放電電極膜與第二靜電放電電極膜的一個連接部分上方形成。如申請專利範圍第1〇項之電容檢測型感測器，其中覆蓋膜之開口的形成位置不同於第一靜電放電電極膜與第一靜電放電電極膜之連接部分的位置。 10 I5·如申請專利範圍第丨〇項之電容檢測型感測器，其中覆蓋膜之開口係沿著電容感測器電極側面形成。 16·如申請專利範圍第1〇項之電容檢測型感測器，其中第一及第二靜電放電電極膜係透過基板而接地。 17. —種提供了多根電容感測器電極之電容檢測型感測器 15 ，其包括有：一塊基板；一層於基板上面形成之第一絕緣膜；層於第一絕緣膜上面形成之第一靜電放電電極導電膜；層於第一絕緣膜及第一靜電放電電極膜上面形成之第二絕緣膜；一個於第二絕緣膜的一個開口中形成之導電塞，並與第一靜電放電電極膜通電；一層第二靜電放電電極膜，其能與導電塞通電； 33 555959 拾、申請專利範圍以及一層蓋住多個電容感測器電極表面之覆蓋膜，其内配置了-個開口，該開口係通往第二靜電放電電極膜0 18·如申請專利範圍第17項之電容檢測型感測器，其中第 -靜電放電電極膜係由以鋁為主要成分的金屬製成，導電塞由以鎢為主要成分之金屬製成，而第二靜電放電電極膜由TiN製成。

如申明專利範圍第17項之電容檢測型感測器，其中諸電谷感測器電極係於第二絕緣膜上面形成。 2〇.如申請專利範圍第17項之電容檢測型感測器，其中導電塞係由較第一靜電放電電極膜更難腐蝕的一個材料製成。 21. 如申請專利範圍第17項之電容檢測型感測器，其中第一及第二靜電放電電極膜係透過基板而接地。

22. —種電容檢測型感測器之製造方法，其步驟包括：於一塊半導體基板上面形成一個電晶體；於半導體基板上面形成第一中間層絕緣膜，並將第一中間層絕緣膜塗在電晶體上；於第一中間層絕緣膜中形成第一接觸孔；於第一中間層絕緣膜上面形成第一層導線；於第一中間層絕緣膜上面形成第二中間層絕緣膜，第二中間層絕緣膜係蓋住第一層導線；於第二中間層絕緣膜中形成第二接觸孔； 34 555959 拾、申請專利範圍於第二中間層絕緣膜上面形成第二層導線及第一靜電放電電極膜，第一靜電放電電極膜係透過第一接觸孔、第一層導線及第二接觸孔和電晶體通電；於第二中間層絕緣膜上面形成第三中間層絕緣膜 5 7第三中間層絕緣膜係蓋住第二層導線及第一靜電放電電極膜；於第三中間層絕緣膜中形成一個開口和第三接觸孔’該開口使第一靜電放電電極膜自該處露出，而第三接觸孔使一部份第二層導線自該處露出； 10 形成第二靜電放電電極膜，使其與第一靜電放電電極膜通電；於第三中間層絕緣膜上面形成一根電容感測器電極’電容感測器電極係透過接觸孔和第二層導線通電 j 15 於第三中間層絕緣膜上面形成一層覆蓋膜，該覆蓋膜係蓋住第二靜電放電電極膜及電容感測器電極；以及於第二靜電放電電極膜上方形成多個孔，諸孔係從覆蓋膜表面通往第二靜電放電電極膜。 20 23· 一種電容檢測型感測器之製造方法，其步驟包括：於一塊半導體基板上面形成一個電晶體；於半導體基板上面形成第一中間層絕緣膜，並將第一中間層絕緣膜塗在電晶體上；於第一中間層絕緣膜中形成第一接觸孔； 35 、申請專利範圍於第一中間層絕緣膜上面形成第一層導線；於第一中間層絕緣膜上面形成第二中間層絕緣膜，第二中間層絕緣膜係蓋住第一層導線；於第二中間層絕緣膜中形成第二接觸孔；於第一中間層絕緣膜上面形成第二層導線及第一靜電放電電極膜，第一靜電放電電極膜係透過第一接觸孔、第一層導線及第二接觸孔和電晶體通電；於第二中間層絕緣膜上面形成第三中間層絕緣膜，第三中間層絕緣膜係蓋住第二層導線及第一靜電放電電極膜；於第二中間層絕緣膜中形成多個第三接觸孔和一弟四接觸孔，第二接觸孔通往第一靜電放電電極膜，而第四接觸孔使一部份之第二層導線自該處露出； /成第二靜電放電電極膜，以透過第三接觸孔和第一靜電放電電極膜通電；於第二中間層絕緣膜上面形成一根電容感測器電極’電容感測器電極係透過第四接觸孔和第二層導線通電；於第三中間層絕緣膜上面形成一層覆蓋膜，該覆蓋膜係蓋住第二靜電放電電極膜及電容感測器電極；以及於第二靜電放電電極膜上方形成一個孔，該孔係從覆蓋膜表面通往第二靜電放電電極膜。 •如申請專利範圍第23項之電容檢測型感測器製造方法 555959 拾、申請專利範圍 ’其中第二靜電放電電極膜係利用—種M〇CVD方法形成。 25_—種電容檢測型感測器之製造方法，其步驟包括：於一塊半導體基板上面形成一個電晶體； 5 於半‘體基板上面形成第一中間層絕緣膜，並將第一中間層絕緣膜塗在電晶體上；於第一中間層絕緣膜中形成第一接觸孔；於第中間層絕緣膜上面形成第一層導線；於第中間層絕緣膜上面形成第二中間層絕緣膜 10 ，第二中間層絕緣膜係蓋住第一層導線；於第二中間層絕緣膜中形成第二接觸孔；於第一中間層絕緣膜上面形成第二層導線及第一靜電放電電極膜，第一靜電放電電極膜係透過第一接觸孔、第一層導線及第二接觸孔和電晶體通電； 1 5 於第一 ύϊ fft 一甲間層絕緣膜上面形成第三中間層絕緣膜，第二中間層絕緣獏係蓋住第二層導線及第一靜電放電電極膜；於第二中間層絕緣膜中形成一個開口和一個第三接觸’該開口栋、$ 彳糸通往第一靜電放電電極膜，而第三接 20 觸孔使一部份之諸习之卓二層導線自該處露出；藉將一導體垣入第三中間層絕緣膜之開口中而形成一個栓塞；形成第- 一餘電玫電電極膜，以透過栓塞和第一靜電放電電極膜通電· 37 555959 拾、申請專利範圍於第三中間層絕緣膜上面形成一根電容感測器電極，電容感測器電極係透過第三接觸孔和第二層導線通電；於第三中間層絕緣膜上面形成一層覆蓋膜，該覆 5 蓋膜係蓋住第二靜電放電電極膜及電容感測器電極；以及

於第二靜電放電電極膜上方形成一個孔，該孔係從覆蓋膜表面通往第二靜電放電電極膜。

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