專(zhuān)利名稱(chēng)：指紋檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用電容檢測(cè)方法的指紋檢測(cè)裝置，具體涉及該裝置的傳感器部分中的檢觀'j電極和布線。
背景技術(shù)：
圖7顯示現(xiàn)有的采用電容檢測(cè)方法的指紋檢測(cè)裝置(例如，見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利No. 5325442的公報(bào))。該指紋檢測(cè)裝置包括一傳感器部分，即所謂的指紋傳感器芯片2,其中多個(gè)檢測(cè)電極4間隔一絕緣膜5在半導(dǎo)體襯底3上如陣列般排列，且形成絕緣保護(hù)膜(表面保護(hù)膜)6使其覆蓋這些檢測(cè)電極4。在使用這個(gè)指紋檢測(cè)裝置的過(guò)程中，當(dāng)手指1被放在指紋傳感器芯片2的保護(hù)膜6上時(shí)，依賴(lài)于指紋的不平坦性，在檢測(cè)電極4和手指1的表面之間形成電容Cs[Csl, Cs2]，從而提取(lift)所謂的指紋圖案。
在指紋的突出部，由于該突出部與檢測(cè)電極4之間的距離更短，形成于檢測(cè)電極4和手指1的表面之間的電容Cs的容值變大；而在指紋的凹陷部，由于該凹陷部與檢測(cè)電極4之間的距離更長(zhǎng)，該電容Cs的容值變小。因此，通過(guò)檢測(cè)電容Cs,指紋檢測(cè)裝置可提取該指紋圖案7。
由于在指紋傳感器芯片2的結(jié)構(gòu)中該芯片的表面被手指接觸，上述的指紋傳感器芯片2的表面被暴露。因此，圓珠筆、硬幣等可碰撞該芯片的表面。由于這個(gè)原因，保護(hù)膜6需要具備足夠的機(jī)械強(qiáng)度。另外，需要保護(hù)膜6具有高的介電常數(shù)，同時(shí)具有對(duì)移動(dòng)離子的密閉性，以阻止這些離子的入侵。移動(dòng)離子的一個(gè)例子是包含在手指表面上的汗水中的Na離子。
目前，在半導(dǎo)體工藝中通常使用氮化硅、聚酰亞胺等的保護(hù)膜。然而，當(dāng)這些薄膜被用作上述指紋傳感器芯片2的保護(hù)膜6時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，例如，由于用筆尖刺向該薄膜的表面的行為，將出現(xiàn)裂縫。如果在保護(hù)膜6中出現(xiàn)裂縫，不能防止移動(dòng)離子的入侵，因此與每個(gè)檢測(cè)電極4連接的半導(dǎo)體器件，即，形成于半導(dǎo)體襯底3上的開(kāi)關(guān)器件(如MOS晶體管)的性能會(huì)改變。
由于保護(hù)膜6自身的機(jī)械強(qiáng)度不足，在保護(hù)膜6中產(chǎn)生裂縫，但是其主要原因是檢測(cè)電極4的維氏硬度不足。
目前，在半導(dǎo)體工藝中通常使用鋁或銅的布線材料，但是與氮化硅等的保護(hù)膜相比，它們的維氏硬度很小。如果鋁或銅被用在檢測(cè)電極中，當(dāng)外部壓力F被加在其上時(shí)，如圖5所示，于是檢測(cè)電極4會(huì)首先彎曲。取決于檢測(cè)電極4的彎曲量，保護(hù)膜6也彎曲，且裂縫8將在保護(hù)膜6中出現(xiàn)，進(jìn)而在其下的絕緣膜5中出現(xiàn)。
換句話說(shuō)，保護(hù)膜6的開(kāi)裂裕度取決于檢測(cè)電極4的維氏硬度，而不是取決于保護(hù)膜6自身的機(jī)械強(qiáng)度，因此該裕度比保護(hù)膜6的能力更小。這引起另一問(wèn)題。
這同樣也適用于檢測(cè)電極下面的布線9。如圖6所示，即使在檢測(cè)電極4中采用高維氏硬度的材料，當(dāng)布線9的維氏硬度小時(shí)，如果施加外力F，布線9會(huì)首先彎曲。取決于布線9的彎曲量，檢測(cè)電極4以及保護(hù)膜6也將彎曲，從而在保護(hù)膜6和絕緣膜5中出現(xiàn)裂縫8。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種指紋檢測(cè)裝置，其中在傳感器部分中的檢測(cè)電極的維氏硬度以及在檢測(cè)電極下面的布線的維氏硬度增加，因此抑制了在保護(hù)膜等中
出現(xiàn)裂縫。
根據(jù)本發(fā)明的指紋檢測(cè)裝置具有電容檢測(cè)型的結(jié)構(gòu)，其包括傳感器部分，該傳感器部分具有被形成用來(lái)覆蓋如陣列般排列的多個(gè)檢測(cè)電極的絕緣膜，該檢測(cè)電極由難熔金屬或難熔金屬的化合物構(gòu)成。更優(yōu)選地，該檢測(cè)電極和位于檢測(cè)電極下面的布線由難熔金屬或難熔金屬的化合物構(gòu)成。難熔金屬包括Ti、 Ta、 W和Mo，其中任意一個(gè)可被同樣采用。難熔金屬的化合物包括Ti、 Ta、 W和Mo的化合物，其中任意一個(gè)可被同樣采用。
在根據(jù)本發(fā)明的指紋檢測(cè)裝置中，由于傳感器部分中的檢測(cè)電極或檢測(cè)電極和正好在其下的的布線由難熔金屬或難熔金屬的化合物構(gòu)成，檢測(cè)電極和布線的維氏硬度增加。由于這個(gè)原因，改善了絕緣保護(hù)膜的機(jī)械強(qiáng)度，并
4且即使從外部施加應(yīng)力，也抑制了在絕緣保護(hù)膜中出現(xiàn)裂縫。
根據(jù)本發(fā)明的指紋檢測(cè)裝置，通過(guò)用高維氏硬度的難熔金屬(具體的是
Ti、 Ta、 W和Mo中的任意一種)或該難熔金屬的化合物(具體的是Ti、 Ta、W和Mo的化合物中的任意一種)形成檢測(cè)電極，更優(yōu)選地是形成檢測(cè)電極和正好在其下的布線，可改善絕緣保護(hù)膜的開(kāi)裂裕度。因此，有可能提供一種高可靠指紋檢測(cè)裝置，能夠抑制由于諸如無(wú)意的外界應(yīng)力弓1起在絕緣膜中出現(xiàn)裂縫，并且防止單元選擇開(kāi)關(guān)元件的性能改變。


圖l是一結(jié)構(gòu)示意圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的指紋檢測(cè)裝置的實(shí)施例；圖2是圖1中指紋檢測(cè)裝置的單一單元的平面圖；圖3是圖1中指紋檢測(cè)裝置的單一單元的垂直剖面圖；圖4是一垂直剖面圖，顯示外部應(yīng)力對(duì)根據(jù)本發(fā)明的指紋檢測(cè)裝置的傳感器部分的影響；
圖5是一垂直剖面圖，顯示外部應(yīng)力對(duì)現(xiàn)有的指紋檢測(cè)裝置的傳感器部分的影響的例子；
圖6是一垂直剖面圖，顯示外部應(yīng)力對(duì)現(xiàn)有的指紋檢測(cè)裝置的傳感器部分的影響的另一例子；
圖7是一能夠讀出電容的指紋檢測(cè)裝置的原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的、使用電容檢測(cè)方法的指紋檢測(cè)裝置的整體示意結(jié)構(gòu)。根據(jù)本實(shí)施例的指紋檢測(cè)裝置21包括一傳感器部分(所謂的指紋傳感器芯片)25，其中單一單元24如陣列般排列，該單元24由一檢測(cè)電極22和一連接至檢測(cè)電極22的單元選擇開(kāi)關(guān)器件(如，MOS晶體管)23組成。連接至這些單一單元24的是以矩陣方式排列的布線行選擇線26[26n-,， 26n,2611+| ..]和列讀出線27[27n>1, 27m, 27m+l ■ ]。每個(gè)單元選擇開(kāi)關(guān)器件23的柵極與各行選擇線26[26^， 26n, 26n+1 ..]連接。每個(gè)單元選擇開(kāi)關(guān)器件23的漏極與各列讀出線27[27m.b 27m， 27m+1 ..]連接。每個(gè)單元選擇開(kāi)關(guān)器件23的源極與每個(gè)檢測(cè)電極22連接。行選擇線26[26n.h 26n, 26n+1 ..]的每一個(gè)終端與行驅(qū)動(dòng)電路28連接。列讀出線27[27m-i, 27m, 27m+1 ..]的每一個(gè)終端通過(guò)包含輸 出線的電容檢測(cè)工具(未顯示)等與列驅(qū)動(dòng)電路29連接，依賴(lài)于電容檢測(cè) 方法的種類(lèi)(電流充電方法，電壓充電方法)。
圖2和圖3分別是平面圖和剖面圖，顯示由檢測(cè)電極22和單元逸擇開(kāi) 關(guān)器件23組成的單一單元24的結(jié)構(gòu)。
單一單元24被形成在第 一導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體襯底31上且組成傳感器部 分25。在本實(shí)施例中，在第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體村底(如硅村底)31上形成 一第二導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體阱區(qū)32。在這個(gè)半導(dǎo)體阱區(qū)32中形成第一導(dǎo)電類(lèi) 型的源極區(qū)33S和漏極區(qū)33D。在半導(dǎo)體阱區(qū)32上形成由諸如多晶硅構(gòu)成 的柵極電極35,它們中間有一柵極絕緣膜34。然后，形成分別連接源極區(qū) 33S和漏極區(qū)33D的源極電極36 S和漏極電極36D,從而形成了作為單元 選擇開(kāi)關(guān)器件的MOS晶體管(如n-溝道MOS晶體管)23。 MOS晶體管23 的漏極電極36D被形成為與列讀出線27結(jié)合。另外，在本實(shí)施例中，部分 列讀出線27由多晶硅38構(gòu)成。形成作為隔層膜的絕緣膜41，以覆蓋MOS 晶體管23。在絕緣膜41上形成檢測(cè)電極22，其通過(guò)一接觸孔與源極電極36 S連接。而且，在傳感器部分25的整個(gè)表面上形成一絕緣保護(hù)膜42,以覆 蓋檢測(cè)電極22。絕緣保護(hù)膜42由氮化硅、氧化硅等構(gòu)成。在本實(shí)施例中， 它由氮化硅薄膜構(gòu)成。通過(guò)這種方式，構(gòu)造出單一單元24。
在本實(shí)施例中，具體地，檢測(cè)電極22由具有大維氏硬度的難熔金屬或 該難熔金屬的化合物構(gòu)成。更優(yōu)選地，檢測(cè)電極22和正好在其下的布線， 即，包括行選擇線26、列讀出線27 (在本實(shí)施例中，多晶硅部分38被排除 在外)的布線，以及源極電極36 S和漏極電極36D由具有大維氏硬度的難 熔金屬或該難熔金屬的化合物構(gòu)成。
該難熔金屬可采用Ti、 Ta、 W、 Mo中的任意一種。給出維氏硬度的例 子，Ti的維氏硬度是260kg/mm2; W的維氏硬度是430kg/mm2; Mo的維氏 硬度是290kg/mm2。順便提一下，Al的維氏硬度是35kg/mm2; Co的維氏硬 度是85kg/mm2。
難熔金屬的化合物可采用Ti、 Ta、 W、 Mo的化合物中的任意一種。例 如，可采用TiC、 TiN、 WC、 W2C、 MoC、 Mo2C等。
在這些難熔金屬或它們的化合物中，最優(yōu)選的材料是W。原因是它具有 最高的熔點(diǎn)、低阻值和最大的硬度。下面描述指紋;險(xiǎn)測(cè)裝置21的工作原理。
當(dāng)手指放在傳感器部分25的絕緣保護(hù)膜42上時(shí)，依賴(lài)于電容的電荷聚 集在對(duì)應(yīng)于指紋的突出部和凹陷部的檢測(cè)電極22中。通過(guò)沿列方向掃描， 行驅(qū)動(dòng)電路28按照行選擇線26[26n小26n, 26n+1 ..]的順序給出行驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 因此使每行中的單元選擇開(kāi)關(guān)器件23逐行接通且相關(guān)檢測(cè)電極22被選擇。 這使得聚集在被選行的每個(gè)檢測(cè)電極22中的電荷通過(guò)每個(gè)單元選擇開(kāi)關(guān)器 件23和列讀出線27[27m.h 27m， 27m+1 ..]被提供給電容檢測(cè)工具。另一方面， 通過(guò)沿行方向掃描，列驅(qū)動(dòng)電路29順序輸出列驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且通過(guò)輸出線 從電容檢測(cè)工具順序輸出電壓，在該電壓中檢測(cè)電極22的電荷被翻轉(zhuǎn)。這 使得有可能檢測(cè)指紋圖案。
根據(jù)上述實(shí)施例的指紋檢測(cè)裝置21 ，通過(guò)形成其傳感器部分25的檢測(cè) 電極22，更優(yōu)選地形成由難熔金屬Ti、 Ta、 W、 Mo或這些金屬的化合物構(gòu) 成的檢測(cè)電極22和位于其下的布線43 (行選擇線26、列讀出線27、電極 36S和36D等，見(jiàn)圖4 )，使檢測(cè)電極22和位于^r測(cè)電極22下面的布線具有 更大的維氏硬度。因此，即使在傳感器部分25的表面(即，從外側(cè)的絕緣 保護(hù)膜42)施加一應(yīng)力F,檢測(cè)電極22和其下的布線的彎曲量顯著減少， 絕緣保護(hù)膜42的彎曲量依次顯著減少。
在這種方式中，通過(guò)減少絕緣保護(hù)膜42的彎曲量，可改善絕緣保護(hù)膜 42的開(kāi)裂裕度。換句話說(shuō)，在施加外部應(yīng)力F的情況下，在絕緣保護(hù)膜42 中很難出現(xiàn)裂縫，而且在隔層絕緣膜41中很難出現(xiàn)裂縫。因此，有可能提 供一種高可靠的指紋檢測(cè)裝置21,能夠抑制由于諸如無(wú)意的外部應(yīng)力引起裂 縫出現(xiàn)，且防止單元選擇開(kāi)關(guān)器件23的性能改變。附圖標(biāo)記說(shuō)明
手指
2手指?jìng)鞲衅餍酒?傳感器部分)
3半導(dǎo)體襯底
4檢測(cè)電才及
5絕緣膜
6保護(hù)膜
7指紋圖案
8裂縫
9布線
F應(yīng)力
21指故檢測(cè)裝置
22檢測(cè)電極
23單元選擇開(kāi)關(guān)器件
24單一單元
25傳感器部分
26[26n.!,26n，26n+1 ..] 行選擇線
27[27m.小27m，27m+,..] 列讀出線
28行驅(qū)動(dòng)電路
29列驅(qū)動(dòng)電路
31半導(dǎo)體襯底
32半導(dǎo)體阱區(qū)
33S源極區(qū)
33D漏極區(qū)
34柵極絕緣膜
35柵極電極
41絕緣膜
842 絕緣保護(hù)膜
43 布線 Csl 、 Cs2 電容
9
權(quán)利要求
1. 一種使用電容檢測(cè)方法的指紋檢測(cè)裝置，包括一傳感器部分，在該傳感器部分中形成一絕緣保護(hù)膜，以覆蓋陣列狀排列的檢測(cè)電極，其特征在于該檢測(cè)電極和在該檢測(cè)電極下面的布線由難熔金屬或該難熔金屬的化合物構(gòu)成，該難熔金屬選擇有Ti，Ta，W和Mo構(gòu)成的組。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用電容檢測(cè)方法的指紋檢測(cè)裝置。本發(fā)明的指紋檢測(cè)裝置包括一傳感器部分，在傳感器部分中形成一絕緣保護(hù)膜，以覆蓋如陣列般排列的檢測(cè)電極，且該檢測(cè)電極和位于該檢測(cè)電極下的布線由難熔金屬或該難熔金屬的化合物構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)提高了檢測(cè)電極和布線的維氏硬度。這使得有可能提供一種高可靠的指紋檢測(cè)裝置，其中在傳感器部分中的絕緣保護(hù)膜的開(kāi)裂裕度得到改善。
文檔編號(hào)G01B7/28GK101482918SQ20081016568
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2002年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月26日
發(fā)明者岡修一 申請(qǐng)人:索尼公司