指纹辨识装置的制作方法

本发明公开一种指纹辨识装置，尤其涉及一种电容式指纹辨识装置。

背景技术：

图5提供现有电容式指纹辨识装置的剖视示意图，其中包含有多数层导体层40，相邻导体层40之间设有介电层50，最上层的导体层40上另覆盖有保护层400。图5所示结果设置于一半导体基板(图中未示)上，该半导体基板中用以制作半导体元件，例如晶体管等以供制作如放大器等电路元件，较上方的两层导体层40分别用以制作感应电极401及静电防护电极402，感应电极401用以进行指纹检测，静电防护电极402用以提供静电防护的作用。传输信号所需的导线403，可以利用较下方的导体层40来制作。

在现有技术中，各导体层40的厚度均大致相同，各介电层50的厚度也大致相同。理想的电容式指纹辨识装置具有较佳的静电防护能力，以及较少的杂讯及其他因素干扰感应电极的感测结果。现有的电容式指纹辨识装置仍有待改善。

又，现有技术的介电层50中，设置有导电通孔61以电连接相邻导电层40。在现有电容式指纹辨识装置通常以铝沉积在导电通孔61中。

技术实现要素：

有鉴于前述的种种现有技术的缺点，本发明的目的包括提高感测准确度、增加静电宣泄效果、减少杂讯(噪声)或静电影响感应电极、以及缩小尺寸，改善导电效果等等。

为达到上述的目的，本发明提供一种指纹辨识装置，包括：

一第一导体层，其包括多个感应电极，所述感应电极用以进行指纹检测；

一第一介电层，位于该第一导体层下方；以及

一元件层信号处理层，位于该第一介电层下方，该信号处理层其包括一第 二导体层及、一第三导体层、以及一第二介电层，该第二导体层在该第三导体层上方，该第二介电层位于该第二导体层与该第三导体层之间，该元件层信号处理层用以接收及处理所述感应电极的感测信号；

其中，该第一介电层位于该第一导体层与该第二导体层之间，并具有至少一第一导电钨插栓，该第一导体层与该第二导体层经由所述第一导电钨插栓形成电连接。

本发明的优点在于，用于制作感应电极的第一导体层的厚度增加，有助于提升各感应电极的均匀度；再者，通过第一介电层的厚度大于第二介电层的厚度，有助于改善来自信号处理层的杂讯影响位于第一导体层的感应电极；利用导电钨插栓来形成第一导体层与第二导体层之间的电连接，导电钨插栓的优点为导电效果佳，且尺寸小，有助于缩小电容式指纹辨识装置的尺寸，并且提高良率。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明第一实施例的侧视放大剖视示意图；

图2为本发明第二实施例的侧视放大剖视示意图；

图3为本发明第三实施例的侧视放大剖视示意图；

图4为本发明第四实施例的侧视放大剖视示意图；

图5为现有技术的侧视放大剖视示意图。

其中，附图标记

100、100A保护层 L信号处理层

10、10A、10B、10C第一导体层

11、11A、11B、11C第二导体层

12、12A、12B、12C第三导体层

13A、13C第四导体层 14B、14C第五导体层

15B、15C屏蔽电极

101、101B、101C感应电极 102、102A、1021A静电防护电极

20、20A、20B、20C第一介电层

21、21A、21B、21C第二介电层

22A、22C第三介电层 23B、23C第四介电层

30、30A导线 31、32、33A、34B导电钨插栓

400保护层 40导体层

401感应电极 402静电防护电极

403导线 50介电层

61导电通孔 611导电薄膜

具体实施方式

以下配合附图及本发明的实施例，进一步阐述本发明的技术手段。

图1显示的第一实施例，包含有一第一导体层10、一第一介电层20及一信号处理层L。

第一导体层10上覆盖有一保护层100。保护层100可以是单层或多层的结构。在进行指纹检测时，使用者将手指放置在保护层100的上表面。第一导体层10包含多个感应电极101，感应电极101用以进行指纹检测。第一导体层10中亦可包含多个静电防护电极102，所述静电防护电极102用以提供静电防护效果，以避免静电破坏感应电极101。另，第一导体层10中亦可包含有导电接垫。换句话说，上述的感应电极101、静电防护电极102及导电接垫可以是用同一层的导体来制作。在一实施例中，静电防护电极102配置在感应电极101的周围，导电接垫则配置在静电防护电极102及感应电极101以外的区域。静电防护电极102可以通过内部的线路配置，连接到接地端(ground)或者一静电防护电路。

第一介电层20，位于第一导体层10的下方。信号处理层L，位于第一介电层20的下方。信号处理层L用以接收及处理感应电极101的感测信号、或将静电防护电极102的静电电荷导出宣泄之。信号处理层L包含有一第二导体层11、一第三导体层12、一第二介电层21、以及下方的半导体基板(图中未示)，第二导体层11在第一介电层20的下方，以及第三导体层12的上方，第二介电层21位于第二导体层11与该第三导体层12之间，该第二导体层11及该第三导体层12中包含有导线30，半导体基板(图中未示)在第三导体层12的下方。该半导体基板中设置有半导体元件，例如晶体管等以供制作如放 大器等电路元件。在不同实施例中，在第三导体层12与半导体基板之间，可能存在单层或多层的结构。

第一介电层20设于该第一导体层10与该第二导体层11之间，且该第一介电层20覆盖该第二导体层11，该第二介电层21覆盖该第三导体层12，第一介电层20设有至少一第一导电钨插栓31，第二介电层21设有至少一第二导电钨插栓32。第一导体层10与该第二导体层11经由第一导电钨插栓31形成电连接，使得感应电极101的感测信号可以经由该第一导电钨插栓31传送到线路30。第二导体层11与第三导体层12经由第二导电钨插栓32形成电连接，使得不同层的线路30之间可以传递信号。该第一及第二导电钨插栓31及32以钨栓塞工艺(tungsten plug process)所成形，钨栓塞工艺为半导体技术领域中的通常知识，故在此不加以赘述。

第一导体层10的厚度大于第二导体层11及第三导体层12的厚度，而第一介电层20的厚度大于第二介电层21的厚度。意即在此实施例中，静电防护电极102或者感应电极101的厚度大于下方其他导体(例如线路30)的厚度，而感应电极101与相邻的一层导体之间的介电层厚度，大于其他相邻的两层导体之间的介电层厚度。在一实施例中，第一导体层10的厚度为2μm至5μm，第二导体层11及第三导体层12的厚度为0.4μm至0.8μm，第一介电层20的厚度为2μm至8μm，第二介电层21的厚度为1μm至1.8μm。也就是说，静电防护电极102或者感应电极101的厚度可以是2μm至5μm，而用于传递信号的导线30的厚度可以为0.4μm至0.8μm。

请参阅图2所示为第二实施例，第二实施例与第一实施例差异在于进一步包含一第四导体层13A及一第三介电层22A，该第三介电层22A设于该第一导体层10A上，且该第三介电层22A覆盖该第一导体层10A，该第四导体层13A设于该第三介电层22A上，且该保护层100A覆盖该第四导体层13A，该第四导体层13A中可包含有静电防护电极1021A，而该第一导体层10A中可不包含有静电防护电极、或可包含有相对应的静电防护电极102A，该第四导体层13A中亦可包含有导电接垫。在此实施例中，在第四导体层13A的静电防护电极1021A与在第一导体层10A的静电防护电极102A藉由一第三导电钨插栓33A形成电连接。在图2的实施例中，第四导体层13A的厚度大于第一导体层10A的厚度，并且该第一导体层10A及该第四导体层13A的厚度大 于该第二导体层11A及该第三导体层12A的厚度，而该第一介电层20A及该第三介电层22A的厚度大于该第二介电层21A的厚度。也就是说，在这个实施例中，静电防护电极1021A的厚度大于感应电极101A与电极102A的厚度，而且静电防护电极102A与感应电极101A的厚度大于下方其他导体(例如线路30A)的厚度。感应电极101A与静电防护电极1021A之间的厚度以及感应电极101A与相邻的一层导体之间的介电层厚度，大于其他相邻的两层导体之间的介电层厚度。

在一实施例中，该第一导体层10A的厚度为1μm至3μm，该第四导体层13A的厚度2μm至5μm，该第二导体层11A及该第三导体层12A的厚度为0.4μm至0.8μm，该第一介电层20A及该第三介电层22A的厚度为2μm至8μm，该第二介电层21A的厚度为1μm至1.8μm。也就是说，较接近保护层100A的静电防护电极1021A的厚度可以是2μm至5μm，下一层的感应电极101A与静电防护电极102A的厚度可以是1μm至3μm，而位于其他层用于传递信号的导线30A的厚度可以为0.4μm至0.8μm。

请参阅图3所示为第三实施例，第三实施例与第一实施例差异在于进一步包含一第五导体层14B及一第四介电层23B，该第四介电层23B位于该第三导体层12B下方，该第五导体层14B位于该第四介电层23B下方，在这个实施例中，第二导体层11B包括至少一个屏蔽电极15B，屏蔽电极15B的至少一个作用在防止下方电路的杂讯影响到上方的感应电极101B。在一实施例中，每一个感应电极101B下方设置一个屏蔽电极15B，在不同的实施例中，在第二导体层11B中的屏蔽电极15B的配置亦可以有不同的变化，但并不影响感应电极101B的信号传递路径。该第四介电层23B具有至少一第四导电钨插栓34B，该第三导体层12B与该第五导体层14B之间经由所述第四导电插栓34B形成电连接。

在图3所示的实施例中，第一导体层10B的厚度大于第二导体层11B、第三导体层12B、及第五导体层14B的厚度，而第一介电层20B的厚度大于第二介电层21B及第四介电层23B的厚度。在一实施例中，该第一导体层10B的厚度为2μm至5μm，该第二导体层11B、该第三导体层12B及该第五导体层14B的厚度为0.4μm至0.8μm，该第一介电层20B的厚度为2μm至8μm，该第二介电层21B及该第四介电层23B的厚度为1μm至1.8μm。

请参阅图4所示为第四实施例。由上而下依序设置为该第四导体层13C、该第三介电层22C、该第一导体层10C、该第一介电层20C、该第二导体层11C、该第二介电层21C、该第三导体层12C、该第四介电层23C及该第五导体层14C。其中信号处理层L包含有该第二导体层11C、该第三导体层12C、第五导体层14C、该第二介电层21C及该第四介电层23C。图4的实施例可以被理解为在图2所示的实施例增加该第四介电层23C及该第五导体层14C。在这个实施例中，第二导体层11C包括至少一个屏蔽电极15C，屏蔽电极15C的至少一个作用在防止下方电路的杂讯影响到上方的感应电极101C。在一实施例中，每一个感应电极101C下方设置一个屏蔽电极15C，在不同的实施例中，在第二导体层11C中的屏蔽电极15C的配置亦可以有不同的变化，但并不影响感应电极101C的信号传递路径。

该第一导体层10C及该第四导体层13C的厚度大于该第二导体层11C、该第三导体层12C、及该第五导体层14C的厚度，而该第一介电层20C及该第三介电层22C的厚度大于该第二介电层21C及该第四介电层23C的厚度。在一实施例中，该第一导体层10C的厚度为1μm至3μm，该第四导体层13C的厚度2μm至5μm，该第二导体层11C、该第三导体层12C及该第五导体层14C的厚度为0.4μm至0.8μm，该第一介电层20C及该第三介电层22C的厚度为2μm至8μm，该第二介电层21C及该第四介电层23C的厚度为1μm至1.8μm。前述各实施例的特色可以简述如下：

1.感应电极101的厚度增加，可以降低因工艺因素造成不同感应电极101的厚度差异占感应电极101的总厚度的比例，进而提升感应电极101的均匀度，降低工艺因素对于量测结果的不利影响。

2.感应电极101与相邻导体层之间的距离增加，可增加导体层到感应电极101之间路径的阻抗，进而有效防止感应电极101下方的电路元件的杂讯影响到感应电极101。

3.使用钨插栓工艺制作导电钨插栓31来形成导体层之间的电连接，较不易形成断路，可提升良率。且使用钨插栓工艺制作导电钨插栓31孔径较小，有利于产品的小型化。对于加厚的介电层而言，若采用例如铝等材料制作插栓，在越厚的介电层需要越大的孔径，并且容易产生断裂，影响良率。

4.增加静电防护电极的厚度，可以降低静电防护电极的的阻抗，有利于电 荷宣泄，提升静电防护功能。

5.增加静电防护电极1021A与感应电极101A之间的距离，会使得静电防护电极1021A到感应电极101A的路径的阻抗增加，使得电荷不易由静电防护电极1021A往感应电极101A移动，可以提升保护感应电极的效果。

各附图及其说明，仅为方便说明本发明的各种实施态样，熟习半导体技术领域的人士当了解，一导体层内可能包括多种用途的导体图案，例如在图1的第一导体层10包括了用来进行指纹检测的感应电极101以及提供静电防护功能的静电防护电极102。在一导体层内的各个功能不同的导体元件之间，也是被介电材料隔开，在上述实施例中所提及的介电层厚度相当于是不同层导体之间的垂直距离。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。