半导体指纹传感器及其制作方法与流程

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种半导体指纹传感器及其制作方法。

背景技术：

为了安全目的，人的许多生理特征可用来作为人员身份识别，这些特征诸如指纹、视网膜、虹膜甚至是脸部特征，对这些能够区分人员身份的某些生理特征的装置而言，半导体指纹传感器在许多领域中被广泛地应用。

半导体指纹传感器通常根据手指表面与指纹传感面板之间形成的电容来进行指纹检测。其中，指纹传感面板上分布有半导体指纹传感器的像素区域，现有技术中，像素区域通常包括金属互连层结构以及依次位于金属互连层结构上的钝化层(passivation)和保护层，所述钝化层的材料为二氧化硅和氮化硅的组合，所述保护层的材料为聚酰亚胺(polyimide)。所述像素区域用于采集指纹信息，具体的，通过采集手指不同区域的电容值(手指表面与金属互连层结构的导电金属层组成产生有效电容值的上/下极板)，并将电容值转换为电信号，根据电信号便可以获取指纹信息。然而，金属互连层结构上的钝化层和保护层对该有效电容值会产生一定的噪声电容(cniose＝cpassvision+cpolyimide)，该噪声电容对半导体指纹传感器性能产生不良影响，因此，有必要提供一种新的半导体指纹传感器及其制作方法，以提高半导体指纹传感器性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体指纹传感器及其制作方法，以提高半导体指纹传感器性能。

为解决上述技术问题及相关问题，本发明提供的半导体指纹传感器的制作方法包括：

提供一基底，所述基底包括像素区域；

在所述基底的像素区域上形成一第一金属互连层结构，所述第一金属互连层结构至少包括一顶层金属层；

在所述顶层金属层上形成保护层。

可选的，在所述基底的像素区域上形成第一金属互连层结构的步骤中还包括：在所述基底上形成第二金属互连层结构，所述第二金属互连层位于所述基底的逻辑区域中，所述第一金属互连层结构和第二金属互连层结构位于同一层且电性隔离。

可选的，在所述基底上形成第一金属互连层结构和第二金属互连层结构的步骤和在所述顶层金属层上形成保护层的步骤之间，所述半导体指纹传感器的制作方法还包括：在所述第一金属互连层结构和第二金属互连层结构上形成钝化层；在所述钝化层上形成一光阻图案，所述光阻图案暴露出所述第一金属互连层结构上的钝化层；去除所述暴露出的钝化层以露出所述第一金属互连层结构；去除所述光阻图案。

可选的，在所述的半导体指纹传感器的制作方法中，所述钝化层包括覆盖所述第一金属互连层结构和第二金属互连层结构的二氧化硅层以及位于所述二氧化硅层上的氮化硅层。

进一步的，在所述的半导体指纹传感器的制作方法中，所述保护层的厚度大于所述钝化层的厚度。

可选的，在所述基底的像素区域上形成第一金属互连层结构的步骤和在所述顶层金属层上形成保护层的步骤之间，所述半导体指纹传感器的制作方法还包括：刻蚀所述第一金属互连层结构中的顶层金属层，使所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面。

可选的，在所述的半导体指纹传感器的制作方法中，采用湿法刻蚀所述第一金属互连层结构中的顶层金属层。

可选的，在所述的半导体指纹传感器的制作方法中，所述湿法刻蚀中采用光阻去除剂和异丙醇的配合溶液。

可选的，在所述的半导体指纹传感器的制作方法中，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面。

可选的，在所述的半导体指纹传感器的制作方法中，所述凹面、凸面的截面为三角形或弧形，所述凹凸面由所述凹面、所述凸面交错相连而成。

相应的，根据本发明的另一面，本发明还提供一种半导体指纹传感器，包括：

一基底，包括像素区域；

一第一金属互连层结构，所述第一金属互连层结构位于所述基底的像素区域上，且所述第一金属互连层结构至少包括一顶层金属层；

一保护层，所述保护层位于所述第一金属互连层结构之上，并与所述顶层金属层接触。

进一步的，所述基底还包括一逻辑区域，所述基底的逻辑区域上形成有第二金属互连层结构，所述第二金属互连层结构与所述第一金属互连层结构位于同一层且电性隔离。

可选的，所述半导体指纹传感器中还包括一位于所述第二金属互连层结构之上的钝化层。

可选的，在所述的半导体指纹传感器中，所述钝化层包括覆盖所述第二金属互连层结构的二氧化硅层以及位于所述二氧化硅层上的氮化硅层。

可选的，在所述的半导体指纹传感器中，所述保护层的厚度大于所述钝化层的厚度。

可选的，在所述的半导体指纹传感器中，所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面。

可选的，在所述的半导体指纹传感器中，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面。

可选的，在所述的半导体指纹传感器中，所述凹面、凸面的截面为三角形或弧形，所述凹凸面由所述凹面、所述凸面交错相连而成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在所述半导体指纹传感器的像素区域中的第一金属互连层结构的顶层金属层上直接覆盖一保护层。这样，与现有技术相比，本发明形成的半导体指纹传感器的像素区域中，第一金属互连层结构和保护层之间就没有了钝化层，于是，在半导体指纹传感器中就不存在钝化层所产生的电容cpassvision，即减少了半导体指纹传感器中的噪声电容，可以提高半导体指纹传感器性能。

进一步的，本发明的所述保护层的厚度大于所述钝化层的厚度，增加所述保护层的厚度能够降低所述保护层所产生的电容cpolyimide，即进一步减少了半导体指纹传感器中的噪声电容，从而提高半导体指纹传感器性能。

更进一步的，在所述基底上形成第一金属互连层结构的步骤和在所述顶层金属层上形成保护层的步骤之间，所述半导体指纹传感器的制作方法还包括：刻蚀所述第一金属互连层结构中的顶层金属层，使所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面。具有非平面表面的顶层金属层增加了其表面的导电面积，从而增加半导体指纹传感器的有效电容值，更加有利于提高半导体指纹传感器性能。

附图说明

图1为一种半导体指纹传感器的制作方法的流程图；

图2至图4为半导体指纹传感器的制作方法中各步骤对应的结构示意图；

图5为本发明实施例中半导体指纹传感器的制作方法的流程图；

图6至图11为本发明实施例中半导体指纹传感器的制作方法中各步骤对应的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图4，其中图1为一种半导体指纹传感器的制作方法的流程图，图2至图4为该半导体指纹传感器的制作方法中各步骤对应的结构示意图。如图1所示，首先，执行步骤s11，提供一基底，所述基底10包括半导体衬底以及在半导体衬底上形成的相应的半导体结构，如所述半导体衬底的材质可以为硅、锗、绝缘体上硅(soi)等，所述半导体结构可以但不限于包括源极、栅极、漏极等；并且，本领域普通技术人员所知晓的，半导体指纹传感器中通常包括像素区域和逻辑区域，则所述基底10分为两大部分，第一部分i为像素区域，第二部分ii为逻辑区域，所述像素区域和逻辑区域电性隔离(如可以通过浅沟槽隔离结构进行电性隔离，图中示意图省略)，如图2所示。

接着，为了将所述基底10中的半导体结构的电性引出，执行步骤s12，在所述基底上形成金属互连层结构，所述金属互连层结构包括第一金属互连层结构和第二金属互连层结构，所述第一金属互连层结构位于所述半导体指纹传感器的像素区域中，所述第二金属互连层结构位于所述半导体指纹传感器的逻辑区域中，所述第一金属互连层结构与第二金属互连层结构位于同一层且电性隔离。如图2所示，在所述基底10的第一部分i上形成第一金属互连层结构，在所述基底10的第二部分ii上形成第二金属互连层结构，所述第一金属互连层结构和第二金属互连层结构位于同一层且电性隔离。需要说明的是，在图2中只示意出了金属互连层结构中的顶层金属层，即省略了下层金属互连层结构、顶层介质层以及相关通孔的结构示意图，这些都是本领域普通技术人员可以理解的，在此不做详细的介绍。如图2示意出了形成在所述基底10的第一部分i上第一金属互连层结构中的第一顶层金属层110，在所述基底10的第二部分ii上的第二金属互连层结构中的第二顶层金属层111，所述第一顶层金属层110和第二顶层金属层111位于同一层且电性隔离(即两者之间形成有沟槽a，如图2所示)，所述第一顶层金属层110和第二顶层金属层111的具体形成过程可以但不限于为形成一覆盖所述基底10的顶层金属层，然后，通过光刻和刻蚀工艺得到所述第一顶层金属层110和第二顶层金属层111。

接下来，执行步骤s13，形成一钝化层，所述钝化层覆盖所述第一金属互连层结构和第二金属互连层结构。如图3所示，在所述第一顶层金属层110和第二顶层金属层111的表面覆盖一钝化层12，通常，所述钝化层12为二氧化硅层120和氮化硅层121的组合层，同时，二氧化硅层120会填充所述沟槽a，所述钝化层12的厚度约在3um至4um之间。

然后，执行步骤s14，形成一保护层，所述保护层覆盖所述像素区域中的钝化层。如图4所示，只在所述像素区域中(即所述基底10的第一部分i上)的钝化层12上形成保护层13，通常，所述保护层13的材料为聚酰亚胺(polyimide)。

发明人通过研究发现，通过上述制作方法得到的半导体指纹传感器，在与手指表面之间形成电容时，所述第一顶层金属层110上的钝化层12和保护层13会产生一定的噪声电容(即cniose＝cpassvision+cpolyimide)，该噪声电容对半导体指纹传感器的性能产生不良影响，导致半导体指纹传感器性能欠佳。

基于上述研究和发现，本发明提出一种新的半导体指纹传感器的制作方法，包括：

步骤s21、提供一基底，所述基底包括像素区域；

步骤s22、在所述基底的像素区域上形成一第一金属互连层结构，所述第一金属互连层结构至少包括一顶层金属层；

步骤s23、在所述顶层金属层上形成保护层。

相应的，根据本发明的另一面，本发明还提供一种半导体指纹传感器，包括：

一基底，包括像素区域；

一第一金属互连层结构，所述第一金属互连层结构位于所述基底的像素区域上，且所述第一金属互连层结构至少包括一顶层金属层；

一保护层，所述保护层位于所述第一金属互连层结构之上，并与所述顶层金属层接触。

本发明通过在所述半导体指纹传感器的像素区域中的第一金属互连层结构的顶层金属层上直接覆盖一保护层。这样，与现有技术相比，本发明形成的半导体指纹传感器的像素区域中，第一金属互连层结构和保护层之间就没有了钝化层，于是，在半导体指纹传感器中就不存在钝化层所产生的电容cpassvision，即减少了半导体指纹传感器中的噪声电容，可以提高半导体指纹传感器性能。

下面将结合流程图和示意图对本发明的半导体指纹传感器及其制作方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

以下列举所述半导体指纹传感器及其制作方法的实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其它通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

请参阅图5至图11，其中图5示出了本发明实施例中半导体指纹传感器的制作方法的流程图，图6至图11示出了本发明实施例中半导体指纹传感器的制作方法中各步骤对应的结构示意图。

如图5所示，首先，执行步骤s21，提供一基底，如图6所示，所述基底20包括半导体衬底以及在半导体衬底上形成的相应的半导体结构，如所述半导体衬底的材质可以为硅、锗、绝缘体上硅(soi)等，所述半导体结构可以但不限于包括源极、栅极、漏极等，在此不做限定。并且，本领域普通技术人员所知晓的，半导体指纹传感器中通常包括像素区域和逻辑区域，则所述基底20分为两大部分，所述基底20的第一部分i为像素区域，所述基底20的第二部分ii为逻辑区域，所述像素区域和逻辑区域电性隔离(如可以通过浅沟槽隔离结构进行电性隔离，图中示意图省略)，如图6所示。

接着，为了将所述基底20中的半导体结构的电性引出，执行步骤s22，在所述基底上形成第一金属互连层结构，所述第一金属互连层结构位于所述半导体指纹传感器的像素区域中，所述像素区域用于采集指纹信息，且所述第一金属互连结构至少包括一第一顶层金属层。详细的，在实际工艺中，所述半导体指纹传感器包括像素区域和逻辑区域，其中逻辑区域包括第二金属互连层结构，因此，本实施例中，在所述基底20的第一部分i上形成第一金属互连层结构的同时，还包括在所述基底20的第二部分ii上形成第二金属互连层结构(即所述第二金属互连层结构位于所述半导体指纹传感器的逻辑区域中)，所述第一金属互连层结构与第二金属互连层结构位于同一层且电性隔离。需要说明的是，在图6中只示意出了第一金属互连层结构中的第一顶层金属层210和第二金属互连层结构中的第二顶层金属层211，即省略了下层金属互连层结构、顶层介质层以及相关通孔的结构示意图，这些都是本领域普通技术人员可以理解的，在此不做详细的介绍。如图6示意出了形成在所述基底20的第一部分i上第一金属互连层结构中的第一顶层金属层210，在所述基底20的第二部分ii上的第二金属互连层结构中的第二顶层金属层211，所述第一顶层金属层210和第二顶层金属层211位于同一层且电性隔离(即两者之间形成有沟槽b，如图6所示)。所述第一顶层金属层210和第二顶层金属层211的具体形成过程可以但不限于为形成一覆盖所述基底20的顶层金属层，然后，通过光刻和刻蚀工艺得到所述第一顶层金属层210和第二顶层金属层211。

接下来，本实施例中，在形成一覆盖所述第一顶层金属层的保护层的步骤之前，为了保护所述逻辑区域的相关结构，会先形成一覆盖所述第二金属互连层结构的钝化层。具体的，本实施例中，如图7所示，首先，形成一钝化层，所述钝化层覆盖所述第一金属互连层结构和第二金属互连层结构，即在所述第一顶层金属层210和第二顶层金属层211的表面形成钝化层22。优选的，所述钝化层22为二氧化硅层220和氮化硅层221的组合层，同时，二氧化硅层220会填充所述沟槽b，所述钝化层22的厚度约在3um至4um之间(即所述钝化层22的厚度与上文提到的钝化层12的厚度相等)；

然后，请参阅图8，在所述钝化层上形成一光阻图案，所述光阻图案暴露出所述第一顶层金属层上的钝化层。较佳的，先在所述钝化层22上涂覆一光阻层，通过曝光、显影形成所述光阻图案23，所述光阻图案23暴露出所述第一顶层金属层210上的钝化层。本实施例中形成所述光阻图案23可以通过本领域普通技术人员所知晓的光刻工艺得到的，所述光阻层既可以为正光阻剂也可以为负光阻剂(如聚亚酰胺)，在此不作限定；

接着，以所述光阻图案为掩模，去除所述暴露出的钝化层以露出所述第一顶层金属层。如图9所示，优选的，本实施例中采用干法刻蚀去除所述暴露出的钝化层并露出所述第一顶层金属层210，保留覆盖所述第二顶层金属层211的钝化层22′(包括所述第二顶层金属层211上的二氧化硅层220′和氮化硅层221′)，最后去除所述光阻图案。

执行完上述步骤后，为了进一步提高所述半导体指纹传感器性能，本实施例中，在形成一覆盖所述第一顶层金属层的保护层的步骤之前，还将对所述第一顶层金属层210的表面进行相应的处理，以增加第一顶层金属层210的表面面积。较佳的，本实施例中，如图10所示，刻蚀所述第一顶层金属层210，使所述第一顶层金属层210′至少有部分背离所述基底20的表面为非平面表面。优选的，采用湿法刻蚀所述第一顶层金属层210，所述湿法刻蚀中可以但不限于选用ekc溶液(ekc溶液为光阻去除剂ekc-265和异丙醇ipa的配合溶液)；优选的，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面，所述凹面、凸面的截面包含但不限于三角形或弧形，所述凹凸面由所述凹面、所述凸面交错相连而成。更优选的，为了使第一顶层金属层210′的表面面积最大化，本实施例中，所述非平面表面为半球形，如图10所示的具有呈半球形的凹面的第一顶层金属层210′，因所述第一顶层金属层210′的表面导电面积最大化，从而增加半导体指纹传感器的有效电容值，有利于提高半导体指纹传感器性能。

接下来，执行步骤s23，形成一覆盖所述第一金属互连层结构的保护层。本实施例中，如图11所示，在具有呈半球形的凹面的第一顶层金属层210′上形成一保护层24，优选的，所述保护层24的材料为聚酰亚胺(polyimide)，而且，所述保护层24的厚度大于所述钝化层22的厚度，在维持整个像素区域的厚度不变的前提下，所述保护层24的厚度相比上文提到的保护层13的厚度增加了约所述钝化层22的厚度(或上文提到的钝化层12的厚度)。

形成所述保护层24的具体过程可以但不限于包括先涂覆一聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层覆盖所述第一顶层金属层210′和钝化层22′；然后通过光刻和刻蚀工艺得到覆盖所述第一顶层金属层210′的保护层24；当然，还包括对所述保护层24进行固化的工艺，这些都是本领域技术人员可以理解的，在此不做赘述。需要说明的是，在对所述保护层24进行固化的过程中，所述保护层24会更加致密化，如本实施例中，所述保护层24的厚度至少能够增厚1.5um至2um，因所述保护层24的厚度相对增厚，因此，能够降低所述保护层24所产生的电容cpolyimide，即进一步减少了半导体指纹传感器中的噪声电容，从而提高半导体指纹传感器性能。

因此，请参照图11所示，通过上述制作方法得到的半导体指纹传感器包括：一基底20；一位于所述基底20上第一金属互连层结构和第二金属互连层结构，所述第一金属互连层结构和第二金属互连层结构位于同一层且电性隔离，且所述第一金属互连层结构中的第一顶层金属层210′具有呈半球形的凹面；一覆盖所述第一顶层金属层210′的保护层24；以及一覆盖所述第二顶层金属层211的钝化层22′，且所述保护层24的厚度大于所述钝化层22′的厚度。显然，本发明的所述半导体指纹传感器并不限于通过上述制作方法制得。

于是，本实施例中，所述像素区域中的第一顶层金属层210′与保护层24之间不仅没有了钝化层，减少了钝化层所产生的噪声电容；而且，所述保护层24的厚度相对增厚了，相应的减少了所述保护层24所产生的电容；更进一步的，所述第一顶层金属层210′的表面具有非平面表面，使得所述第一顶层金属层210′的表面面积最大，即最大化像素区域的导电金属面积，相应的提高半导体指纹传感器的有效电容值，则半导体指纹传感器性能得到大大的提高。

综上，本发明通过在所述半导体指纹传感器的像素区域中的第一金属互连层结构的顶层金属层上直接覆盖一保护层。这样，与现有技术相比，本发明形成的半导体指纹传感器的像素区域中，第一金属互连层结构和保护层之间就没有了钝化层，于是，在半导体指纹传感器中就不存在钝化层所产生的电容cpassvision，即减少了半导体指纹传感器中的噪声电容，可以提高半导体指纹传感器性能。

进一步的，本发明的所述保护层的厚度大于所述钝化层的厚度，增加所述保护层的厚度能够降低所述保护层所产生的电容cpolyimide，即进一步减少了半导体指纹传感器中的噪声电容，从而提高半导体指纹传感器性能。

更进一步的，在所述基底上形成第一金属互连层结构的步骤和在在所述顶层金属层上形成保护层的步骤之间，所述半导体指纹传感器的制作方法还包括：刻蚀所述第一金属互连层结构中的顶层金属层，使所述顶层金属层至少有部分背离所述基底的表面为非平面表面，所述非平面表面为凹面、凸面或凹凸面。具有非平面表面的顶层金属层增加了其表面的导电面积，从而增加半导体指纹传感器的有效电容值，更加有利于提高半导体指纹传感器性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。