WO2001009936A1 - Passivierungsschichtstruktur - Google Patents

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Paul-Werner Von Basse
Thomas Scheiter
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G—PHYSICS
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    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1329—Protecting the fingerprint sensor against damage caused by the finger

Definitions

  • the present invention relates to a passivation layer structure for semiconductor components, which is particularly suitable for capacitively measuring sensors.
  • the object of the present invention is to provide a passivation layer structure for semiconductor components which has sufficient scratch resistance, in particular for use with capacitively measuring sensors.
  • the passivation layer structure which is formed from a structured conductor layer (e.g. arrangement of the sensor surfaces of a capacitively measuring sensor) and the passivation layers applied thereon, is structured according to the invention in such a way that the conductor surfaces are fragmented in a lattice-like manner. In this way, the lowermost passivation layer rests through cutouts in the conductor layer on the layer underneath.
  • a structured conductor layer e.g. arrangement of the sensor surfaces of a capacitively measuring sensor
  • FIG. 1 shows a top view of a level of a semiconductor component, in which a conductor layer 2 is arranged, which is structured in portions with a two-dimensional extent.
  • the material of a passivation layer 1 is located between these portions.
  • the flat portions of the conductor layer 2 are provided with cutouts 3 which are filled with the material of the passivation layer 1.
  • the associated layer structure is shown in the cross section of FIG. It can be seen there how the material of the passivation layer 1 fills the recesses 3 of the flat portions of the conductor layer 2 and rests on a base layer 5 located underneath.
  • This base layer 5 can be an electrically insulating layer, for example, which electrically insulates the conductor layer 2 downwards.
  • FIG. 2 Further structuring of the component, for example a semiconductor substrate with a layer structure applied thereon, can be located below the base layer 5.
  • the lower portion of the semiconductor device 4 is shown in the diagram without structuring.
  • On the top of the passiv at least one further passivation layer 6 can be applied.
  • the interlaminar shear strength is increased in that the flat portions of the structured conductor layer 2 are fragmented by the cutouts 3, so that a type of grating or the like is formed.
  • the passivation layer 1 above it to the underlying base layer 5 (for example an oxide layer) in the area of the flat portions of the conductor layer 2.
  • the interlaminar shear strength can additionally be increased in that a corresponding fragmentation is also present in a metallization level below the base layer 5, so that the base layer 5 already has an improved shear strength.
  • the sensitivity of a sensor provided with a passivation layer structure according to the invention is the same or better than that of a conventionally structured and passivated capacitively measuring sensor. This is due to the coupling of indirect stray capacities on the side edges of the grille.
  • the flat portions of the conductor layer 2 are, for example, the conductors, which are each assigned to a pixel in a capacitively measuring fingerprint sensor.
  • the sensor areas are then, for example, square and have a side dimension of 40 to 50 ⁇ m.
  • the cutouts 3, which in this example are arranged in three parallel rows of five cutouts each, can have a side dimension of 3 ⁇ m, for example.

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Abstract

Eine in flächige Anteile strukturierte Leiterschicht (2) zum Beispiel eines kapazitiv messenden Fingerabdrucksensors wird mittels Aussparungen (3) gitterartig fragmentiert, so dass eine aufgebrachte Passivierungsschicht (1) auf einer unter der Leiterschicht (2) vorhandenen Basisschicht (5) ruht. Auf diese Weise wird die interlaminare Scherfestigkeit der Passivierung erhöht.

Description

Beschreibung
Passi ierungsschichtStruktur
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Passivierungsschicht- struktur für Halbleiterbauelemente, die insbesondere für kapazitiv messende Sensoren geeignet ist.
Halbleiterbauelemente, die Umwelteinflüssen und insbesondere mechanischem Verschleiß ausgesetzt sind, benötigen eine besonders harte und kratzfeste Passivierung . Insbesondere bei Fingerabdrucksensoren tritt das Problem auf, daß die für die Auflage einer Fingerbeere vorgesehene Auflagefläche mechanischem Verschleiß ausgesetzt ist, der die Eigenschaften des Fingerabdrucksensors wesentlich verschlechtert. Bei Fingerabdrucksensoren, die nach dem kapazitiven Meßverfahren arbeiten, kommt es darauf an, daß der Abstand zwischen einer aufliegenden Fingerbeere und Leiterebenen m dem Halbleiterbau- element des Sensors auch nach längerem Gebrauch des Sensors innerhalb enger Toleranzen konstant gehalten wird. Herkömmliche Passivierungsschichten aus Siliziumoxid oder Siliziumni- tπd, wie sie üblicherweise m der Halbleitertechnologie verwendet werden, reichen bei einer stärkeren Beanspruchung der Oberfläche der Bauelemente nicht aus. Die Verwendung dickerer Passivierungsschichten oder üblicher Passivierungsmaterialien wie zum Beispiel Polyimid reichen nicht aus, da durch dickere Passivierungen die Empfindlichkeit des Sensors herabgesetzt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Passivie- rungsschichtstruktur für Halbleiterbauelemente anzugeben, die insbesondere zum Einsatz bei kapazitiv messenden Sensoren eine ausreichende Kratzfestigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird mit der Passivierungsschichtstruktur mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelost. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhangigen Ansprüchen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mit der Scherfestigkeit die Kratzfestigkeit der Passivierungsschichten verbessert wird. Die Passivierungsschichtstruktur, die aus einer strukturierten Leiterschicht (z. B. Anordnung der Sensorflächen eines kapazitiv messenden Sensors) und den darauf aufgebrachten Passivierungsschichten gebildet wird, ist erfindungsgemäß so strukturiert, daß die Leiterflächen in gitterartiger Weise fragmentiert sind. Auf diese Weise ruht die un- terste Passivierungsschicht durch Aussparungen in der Leiterschicht hindurch auf der darunter befindlichen Schicht.
Es folgt eine genauere Erläuterung der erfindungsgemäßen Passivierungsschichtstruktur anhand des in den Figuren 1 und 2 in Aufsicht bzw. im Querschnitt dargestellten Ausfuhrungsbei- spiels .
In Figur 1 ist in Aufsicht eine Ebene eines Halbleiterbauelementes dargestellt, in der eine Leiterschicht 2 angeordnet ist, die in Anteile mit flächiger Ausdehnung strukturiert ist. Zwischen diesen Anteilen befindet sich das Material einer Passivierungsschicht 1. Die flächigen Anteile der Leiterschicht 2 sind mit Aussparungen 3 versehen, die mit dem Material der Passivierungsschicht 1 gefüllt sind. In dem Quer- schnitt der Figur 2 ist der zugehörige Schichtaufbau dargestellt. Es ist dort erkennbar, wie das Material der Passivierungsschicht 1 die Aussparungen 3 der flächigen Anteile der Leiterschicht 2 ausfüllt und auf einer darunter befindlichen Basisschicht 5 ruht. Diese Basisschicht 5 kann zum Beispiel eine elektrisch isolierende Schicht sein, die die Leiterschicht 2 nach unten elektrisch isoliert. Unterhalb der Basisschicht 5 können sich weitere Strukturierungen des Bauelementes, zum Beispiel ein Halbleitersubstrat mit einer darauf aufgebrachten Schichtstruktur, befinden. In Figur 2 ist der untere Anteil des Halbleiterbauelementes 4 ohne Strukturierung im Schema eingezeichnet. Auf der Oberseite der Passivie- rungsschicht 1 kann mindestens eine weitere Passivierungsschicht 6 aufgebracht sein.
Bei der erfindungsgemäßen Passivierungsschichtstruktur wird die interlaminare Scherfestigkeit dadurch erhöht, daß die flächigen Anteile der strukturierten Leiterschicht 2 durch die Aussparungen 3 fragmentiert werden, so daß eine Art Gitter oder dergleichen ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, auch im Bereich der flächigen Anteile der Leiter- schicht 2 die darüber befindliche Passivierungsschicht 1 mit der darunterliegenden Basisschicht 5 (zum Beispiel einer Oxidschicht) zu verbinden. Die interlaminare Scherfestigkeit kann zusätzlich dadurch erhöht werden, daß eine entsprechende Fragmentierung auch in einer Metallisierungsebene unterhalb der Basisschicht 5 vorhanden ist, so daß bereits die Basisschicht 5 eine verbesserte Scherfestigkeit aufweist.
Trotz der auf diese Weise reduzierten Flächeninhalte der Leiterflächen, die für eine kapazitive Messung zur Verfügung stehen, ist die Empfindlichkeit eines mit einer erfindungsgemäßen Passivierungsschichtstruktur versehenen Sensors gleich oder besser als ein herkömmlich strukturierter und passivier- ter kapazitiv messender Sensor. Das ist bedingt durch die Einkopplung von indirekten Streukapazitäten an den Seitenkan- ten des Gitters.
Bei dem in Figur 1 in Aufsicht dargestellten Ausfuhrungsbei - spiel sind die flächigen Anteile der Leiterschicht 2 zum Beispiel die Leiter, die jeweils einem Bildpunkt bei einem kapa- zitiv messenden Fingerabdrucksensor zugeordnet sind. Die Sensorflächen sind dann zum Beispiel quadratisch und besitzen eine Seitenabmessung von 40 bis 50 μm. Die Aussparungen 3, die bei diesem Beispiel in drei parallelen Reihen zu jeweils fünf Aussparungen angeordnet sind, können zum Beispiel eine Seitenabmessung von 3 μm besitzen.

Claims

Patentansprüche
1. Passivierungsschichtstruktur für kapazitiv messende Sensoren mit einer Leiterschicht (2), die m Anteile mit flächiger Ausdehnung strukturiert ist und die zwischen einer Basis- schicht (5) und einer Passivierungsschicht (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile der Leiterschicht (2) Aussparungen (3) aufweisen und die Passivierungsschicht (1) auch m diesen Aussparungen (3) vorhanden ist und so mit der Basisschicht (5) verbun¬
2. Passivierungsschichtstruktur nach Anspruch 1, bei der die Anteile der Leiterschicht (2) Sensorfelder eines kapazitiv messenden Finderabdrucksensors sind.
3. Passivierungsschichtstruktur nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Aussparungen (3) auf einem gitterartigen Raster angeordnet sind.
4. Passivierungsschichtstruktur nach einem der Ansprüche 1
bei der die Basisschicht (5) auf einer mit Aussparungen versehenen Metallisierungsebene aufgebracht ist und mit einer darunter befindlichen weiteren Schicht verbunden ist.
5. Passivierungsschichtstruktur nach einem der Ansprüche 1
bei der die Passivierungsschicht (1) Oxid oder Nitrid ist und die Basisschicht (5) Oxid ist.
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