專利名稱:電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)及制造方法，尤其關(guān)于一種具有不易受溫度及水分噪聲干擾的具有較佳感測(cè)效果的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)及制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的指紋讀取方法，可以利用沾有墨水的手指按壓在紙上，再利用光學(xué)掃描儀來(lái)掃描該紙張以將指紋輸入計(jì)算機(jī)中，然后與數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋圖形比較。然而，上述方法的最大缺點(diǎn)為無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)處理的目的，因此無(wú)法滿足越來(lái)越多實(shí)時(shí)認(rèn)證的需求，例如網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證，電子商務(wù)，攜帶式電子產(chǎn)品保密，IC卡個(gè)人身分認(rèn)證，保安系統(tǒng)等等。
實(shí)時(shí)的指紋讀取裝置便成為生物辨識(shí)市場(chǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)指紋讀取裝置為光學(xué)方式，請(qǐng)參見(jiàn)美國(guó)專利號(hào)第4,053,228及4,340,300號(hào)專利，其發(fā)展已相當(dāng)成熟且精準(zhǔn)度亦高，然而體積過(guò)于龐大且價(jià)格亦較為昂貴，不適用于各種便攜式電子產(chǎn)品及普及化推廣。
為此，利用硅半導(dǎo)體的晶片式指紋感測(cè)裝置應(yīng)運(yùn)而生，其克服了上述光學(xué)式的指紋讀取裝置的缺點(diǎn)?；诠杓呻娐分瞥痰目紤]，電容式指紋讀取晶片成為最直接且簡(jiǎn)單的方法，其較早的文獻(xiàn)請(qǐng)參見(jiàn)美國(guó)專利號(hào)第4,290,052及4,353,056號(hào)。然此種電容式指紋讀取晶片最大問(wèn)題乃在于無(wú)法有效克服干、濕手指所引起的偵測(cè)干擾問(wèn)題，且無(wú)法有效防止靜電破壞。
目前較新技術(shù)是利用微加工技術(shù)所發(fā)展的電容式壓力傳感器作為指紋偵測(cè)的方法，可以參見(jiàn)本案發(fā)明人的下列中國(guó)專利申請(qǐng)案1.中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)案序號(hào)01119057.4，申請(qǐng)日為2001年5月25日，發(fā)明名稱為「電容式壓力微傳感組件及制造方法與信號(hào)讀取方法」；2.中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)案序號(hào)02105960.8，申請(qǐng)日為2002年4月10日，發(fā)明名稱為「電容式指紋讀取晶片」；3.中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)案序號(hào)02123058.7，申請(qǐng)日為2002年06月13日，發(fā)明名稱為「壓力式指紋讀取晶片及其制造方法」。該些專利可以有效解決上述問(wèn)題。然而，仍具有以下缺點(diǎn)。
1.雖然浮動(dòng)上電極板會(huì)在受壓力的狀態(tài)下彎曲往下沉，但是連同浮動(dòng)上電極板一起彎曲往下沉的結(jié)構(gòu)還有一金屬間介電層及埋于其中的數(shù)個(gè)金屬栓塞柱、一金屬?gòu)?fù)合層、一保護(hù)層、一凸塊及一覆蓋層。這種復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的厚度大約是厚達(dá)3微米。由于彎曲下沉的程度與厚度的三次方成正比，使得太厚的整個(gè)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的靈敏度不高。
2.由于整個(gè)復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的組成材料太復(fù)雜，容易造成殘余應(yīng)力集中的現(xiàn)象，使得整個(gè)傳感器的特性不穩(wěn)定且效果不佳。
3.由于整個(gè)復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的組成材料太多，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)容易受到溫度上升或下降而造成雙晶(Bimorph)效應(yīng)，使得傳感器容易受到溫度上升或下降而產(chǎn)生噪聲，同樣造成感測(cè)效果不佳的后果。
因此，如何提供一種能解決上述問(wèn)題的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)，實(shí)為本領(lǐng)域所欲解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)及制造方法，其中電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)幾乎可以視為單一材料的薄型結(jié)構(gòu)，藉以解決上述所有的問(wèn)題。
本發(fā)明提供的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)，其包含一基底層、一固定下電極板、一浮動(dòng)上電極板、一間隙、一第一介電層、一上金屬?gòu)?fù)合層、一保護(hù)層、多個(gè)蝕刻窗孔及封口栓塞柱。基底層中形成有多個(gè)下金屬栓塞柱；固定下電極板系固定于基底層上，并電連接至該等下金屬栓塞柱；浮動(dòng)上電極板懸浮于固定下電極板的上方，用以與固定下電極板形成一平行板感測(cè)電容；間隙位于固定下電極板與浮動(dòng)上電極板之間；第一介電層罩覆基底層、固定下電極板、浮動(dòng)上電極板及間隙；第一介電層具有中間部分及周邊部分，周邊部分中形成有電連接至浮動(dòng)上電極板的多個(gè)上金屬栓塞柱；上金屬?gòu)?fù)合層形成于第一介電層的周邊部分上，并電連接至該等上金屬栓塞柱；保護(hù)層覆蓋于第一介電層的周邊部分及上金屬?gòu)?fù)合層上。多個(gè)蝕刻窗孔貫通第一介電層及浮動(dòng)上電極板，該等蝕刻窗孔位于第一介電層的中間部分的邊緣，并與間隙連通。封口栓塞柱用以封住該等蝕刻窗孔。
本發(fā)明亦提供一種電容式壓力感測(cè)元的制造方法，包括下列步驟提供一感測(cè)元初始結(jié)構(gòu)，其包含一基底層，其中形成有多個(gè)下金屬栓塞柱；一下金屬?gòu)?fù)合層，位于該基底層上，該下金屬?gòu)?fù)合層包含一第一金屬層，與該基底層接觸；一合金層，位于該第一金屬層上；及一第二金屬層，位于該合金層上；一第一介電層，罩覆該基底層及該下金屬?gòu)?fù)合層，該第一介電層具有中間部分及周邊部分，該周邊部分中形成有電連接至該第二金屬層的多個(gè)上金屬栓塞柱；一上金屬?gòu)?fù)合層，其形成于該第一介電層的周邊部分上，并電連接至所述上金屬栓塞柱；及一保護(hù)層，覆蓋于該第一介電層的周邊部分及上金屬?gòu)?fù)合層上；移除該保護(hù)層的一部分，藉以使該第一介電層露出，并使位于該第一介電層的周邊部分的該上金屬?gòu)?fù)合層不露出；于露出的該第一介電層上形成多個(gè)蝕刻窗孔，所述蝕刻窗孔貫通該第一介電層及該第二金屬層以使該合金層露出，且該等蝕刻窗孔位于第一介電層的該中間部分的邊緣；從該等蝕刻窗孔以一蝕刻溶液蝕刻該合金層，以移除該合金層，并保留該第一金屬層及該第二金屬層，以分別形成一固定下電極板、一浮動(dòng)上電極板、及位于該固定下電極板與該浮動(dòng)上電極板之間的一間隙，該浮動(dòng)上電極板用以與該固定下電極板形成一平行板感測(cè)電容；于該等蝕刻窗孔周?chē)纬梢环饪谒ㄈ?，用以封住該等蝕刻窗孔。
本發(fā)明的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)可以有效減少?gòu)?fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的厚度，藉以提升感測(cè)效果。



圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2A至2E為本發(fā)明較佳實(shí)施例的電容式壓力感測(cè)元的制造過(guò)程的剖視圖。
圖3為圖2D的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖4為應(yīng)用本發(fā)明的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)的指紋傳感器的立體示意圖。
圖5為應(yīng)用本發(fā)明的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)的指紋傳感器的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖6為圖4的指紋傳感器在讀取指紋時(shí)的立體示意圖。
圖7為圖4的指紋傳感器在讀取指紋時(shí)的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)的剖視圖。
如圖1所示，本實(shí)施例的電容式壓力感測(cè)元20包含一基底層301、一固定下電極板303A、一浮動(dòng)上電極板303B、一間隙303C、一第一介電層304、一上金屬?gòu)?fù)合層306、一保護(hù)層307、多個(gè)蝕刻窗孔308及封口栓塞柱309。
基底層301中形成有多個(gè)下金屬栓塞柱302以及相關(guān)的電路組件。固定下電極板303A系固定于基底層301上，并電連接至該等下金屬栓塞柱302。固定下電極板303A是由一鈦或氮化鈦材料所構(gòu)成。相同的，浮動(dòng)上電極板303B是由一種鈦或氮化鈦材料所構(gòu)成，且其懸浮于固定下電極板303A的上方，用以與固定下電極板303A形成一平行板感測(cè)電容21。間隙303C位于固定下電極板303A與浮動(dòng)上電極板303B之間。第一介電層304罩覆基底層301、固定下電極板303A、浮動(dòng)上電極板303B及間隙303C。第一介電層304具有一中間部分304A及一周邊部分304B。周邊部分304B中形成有電連接至浮動(dòng)上電極板303B的多個(gè)上金屬栓塞柱305。上金屬?gòu)?fù)合層306形成于第一介電層304的周邊部分304B上，并電連接至該等上金屬栓塞柱305。保護(hù)層307覆蓋于第一介電層304的周邊部分304B及上金屬?gòu)?fù)合層306上。該等蝕刻窗孔308貫通第一介電層304及浮動(dòng)上電極板303B。
該等蝕刻窗孔308位于第一介電層304的中間部分304A的邊緣，并與間隙303C連通。封口栓塞柱309用以封住該等蝕刻窗孔308。封口栓塞柱309可以由一種光阻材料、一種金屬材料、一種介電層材料例如氧化硅材料、氮化硅材料、碳化硅及類鉆碳膜所構(gòu)成，抑或上述材料的組合。為了更進(jìn)一步保護(hù)平行板感測(cè)電容21，例如防塵、耐壓、耐磨及耐腐蝕，封口栓塞柱309的材料亦可用以覆蓋住圖2E的組件的最外層的所有上表面。
電容式壓力感測(cè)元20可以應(yīng)用于感測(cè)流體(液體或氣體)壓力變化的場(chǎng)合，亦可以應(yīng)用于觸覺(jué)壓力的感測(cè)，例如機(jī)械手臂的觸覺(jué)感測(cè)，特別本實(shí)施例中應(yīng)用于指紋紋路施力讀取以作為一指紋傳感器，其中應(yīng)用于指紋傳感器時(shí)，電容式壓力感測(cè)元20可以更包含一凸塊310，其作為浮動(dòng)上電極板303B上的一受手指施力集中點(diǎn)。于此情況下，上金屬?gòu)?fù)合層306更形成于第一介電層304的中間部分304A上。保護(hù)層307更覆蓋于第一介電層304的中間部分304A及位于中間部分304A的上金屬?gòu)?fù)合層306上，藉以使位于中間部分304A的上金屬?gòu)?fù)合層306與第一介電層304構(gòu)成凸塊310。
圖2A至2E顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的電容式壓力感測(cè)元的制造過(guò)程的剖視圖。特別的是，本發(fā)明的制造方法及使用材料完全兼容于商用集成電路制程，特別是CMOS制程。如圖2A至2E所示，本發(fā)明的一種電容式壓力感測(cè)元20的制造方法包含以下步驟首先，如圖2A左半部所示，提供一感測(cè)元初始結(jié)構(gòu)300，此一感測(cè)元初始結(jié)構(gòu)300完全依據(jù)商用集成電路制程及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則所完成，所不同的是尚未完成最后的金屬焊墊保護(hù)層蝕刻(bonding pad passivation opening)。其中包含一基底層(氧化硅)301、一下金屬?gòu)?fù)合層303、一第一介電層(氧化硅)304、一上金屬?gòu)?fù)合層306及一保護(hù)層(氧化硅及氮化硅的復(fù)合層)307。基底層301中形成有多個(gè)下金屬栓塞柱302。下金屬?gòu)?fù)合層303位于基底層301上，且包含一第一金屬層303A、一合金層303D及一第二金屬層303B。第一金屬層303A與基底層301接觸。合金層303D位于第一金屬層303A上。第二金屬層303B位于合金層303D上。
第一介電層304罩覆基底層301及下金屬?gòu)?fù)合層303。第一介電層304具有一中間部分304A及一周邊部分304B。周邊部分304B中形成有電連接至第二金屬層303B的多個(gè)上金屬栓塞柱305。上金屬?gòu)?fù)合層306形成于第一介電層304的周邊部分304B上，并電連接至該等上金屬栓塞柱305。保護(hù)層307覆蓋于第一介電層304的周邊部分304B及上金屬?gòu)?fù)合層306上。
然后，如圖2B所示，移除保護(hù)層307的一部分，藉以使第一介電層304露出，并使位于第一介電層304的周邊部分304B的上金屬?gòu)?fù)合層306不露出。圖2A及圖2B的右半部顯示感測(cè)元初始結(jié)構(gòu)300可以更包含一焊墊層311，其形成于第一介電層304的周邊部分304B上。焊墊層311由上金屬?gòu)?fù)合層306與覆蓋上金屬?gòu)?fù)合層306的保護(hù)層307所形成。于移除保護(hù)層307的一部分的該步驟中，位于焊墊層311上的保護(hù)層307的一部份被移除，以形成多個(gè)外露的焊墊312。焊墊312是控制感測(cè)元的輸入輸出的部位，本發(fā)明的制造方法可以利用形成不可或缺的焊墊的步驟同時(shí)定義出圖2B的圖案。
接著，如圖2C所示，于露出的第一介電層304上形成多個(gè)蝕刻窗孔308。該等蝕刻窗孔308貫通第一介電層304及第二金屬層303B以使合金層303D露出，且該等蝕刻窗孔308位于第一介電層304的中間部分304A的邊緣。
然后，如圖2D所示，將完成圖2C制程的晶圓置入一蝕刻溶液中，藉以從該等蝕刻窗孔308以該蝕刻溶液蝕刻合金層303D，以移除合金層303D，并保留第一金屬層303A及第二金屬層303B，以分別形成一固定下電極板303A、一浮動(dòng)上電極板303B、及位于固定下電極板303A與浮動(dòng)上電極板303B之間的一間隙303C。浮動(dòng)上電極板303B用以與固定下電極板303A形成一平行板感測(cè)電容21。
接著，如圖2E所示，于該等蝕刻窗孔308周?chē)纬梢环饪谒ㄈ?09，用以封住該等蝕刻窗孔308。
同上所述，感測(cè)元初始結(jié)構(gòu)300可以更包含一凸塊310，其位于第一介電層304的中間部分304A上。凸塊310在后續(xù)過(guò)程中都不被移除，藉以作為浮動(dòng)上電極板303B上的一施力集中點(diǎn)。
此外，上金屬?gòu)?fù)合層306更形成于第一介電層304的中間部分304A上，但位于中間部分304A上的上金屬?gòu)?fù)合層306不電連接至該等上金屬栓塞柱305。且于移除保護(hù)層307的一部分的步驟中，位于中間部分304A上的上金屬?gòu)?fù)合層306上的保護(hù)層307不被移除，藉以使位于中間部分304A上的上金屬?gòu)?fù)合層306上與保護(hù)層307形成凸塊310。
在商用集成電路制程中，第二金屬層303B由一鈦或氮化鈦薄膜所構(gòu)成，第一金屬層303A由一鈦或氮化鈦薄膜所構(gòu)成，而合金層303D為一鋁合金層，這一種303A/303D/303B的金屬層結(jié)構(gòu)存在于各種標(biāo)準(zhǔn)的晶圓工廠制程，本發(fā)明便是利用此一標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行平行板電容設(shè)計(jì)，同樣的，在銅導(dǎo)線制程中也可以采用同樣的觀念，選擇性的去除銅材料。在本實(shí)施例中該蝕刻溶液為一鋁蝕刻溶液。鋁蝕刻溶液是由磷酸、硝酸及醋酸混合而成，在適當(dāng)?shù)谋壤{(diào)配及溫度之下，可以快速去除鋁材料(＞1微米/分)。同時(shí)，此蝕刻溶液對(duì)于鈦及氮化鈦有極佳的選擇性，因此可以完成去鋁留鈦及氮化鈦的選擇性蝕刻技術(shù)。封口栓塞柱309可以是由一種光阻材料、一種金屬材料、一種氧化硅材料或一種氮化硅材料所構(gòu)成。
至此，本發(fā)明的電容式壓力感測(cè)元便可以完全利用商用的集成電路制程完成制造，因此可以很容易的整合相對(duì)應(yīng)的讀取及處理電路于感測(cè)元下方或旁邊，達(dá)成集成化(monolithic)的設(shè)計(jì)。同時(shí)本發(fā)明亦具備了幾個(gè)特點(diǎn)，感測(cè)元的懸浮結(jié)構(gòu)是由部份第一介電層304及第二金屬層303B形成，其中第一介電層304通常為氧化硅材料，且厚度約為1微米(μm)或更厚(不同制程略有不同)，而第二金屬層303B厚度通常僅有0.1μm左右，故二者形成的雙晶結(jié)構(gòu)幾乎可以視為單一介電層304結(jié)構(gòu)，因此雙晶結(jié)構(gòu)所造成的問(wèn)題在此可以忽略。同時(shí)本發(fā)明去鋁留鈦及氮化鈦的方法可以形成固定下電極板303A、浮動(dòng)上電極板303B及間隙303C三者所構(gòu)成的平行板電容，由于二電極板間為一空氣或真空間隙，可以達(dá)到最好的壓力/電容變量靈敏度。
圖3顯示圖2D的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)的俯視圖。于其中可看出復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)21a、保護(hù)層307、蝕刻窗孔308及凸塊310。
本發(fā)明的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)及制造完全兼容于IC工廠制程，特別是CMOS制程，而且由于本發(fā)明的壓力感測(cè)元二電極板的間隙相當(dāng)小，在本實(shí)施例中為0.4μm，因此即使是相當(dāng)小的壓力變化，都可以得到靈敏的偵測(cè)，也就是說(shuō)感測(cè)元的面積可以大幅縮小到小于100μm×100μm以下。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)除了作為傳統(tǒng)的流體壓力感測(cè)外，也可將其應(yīng)用于指紋傳感器更詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參見(jiàn)前面所述及的本案發(fā)明人的相關(guān)專利申請(qǐng)案。
圖4顯示應(yīng)用本發(fā)明的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)的指紋傳感器的立體示意圖。請(qǐng)參見(jiàn)圖4，本發(fā)明的指紋傳感器2包含以二維(2-D)數(shù)組方式排列的多個(gè)電容式壓力感測(cè)元20制作于一硅基板200上方。每一電容式壓力感測(cè)元20的結(jié)構(gòu)主要為一平行板感測(cè)電容21包含底部的固定下電極板303A(圖1)以及復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)21a。復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)21a的周?chē)潭ㄓ诠杌?00，在上下電極板中間為一空氣間隙303C(圖1)，而且在上電極板上方的中央部份，制作至少一凸塊23(圖1的310)，以作為手指施力時(shí)的應(yīng)力集中點(diǎn)，加大復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)21a受力的位移量(電容改變量大)，以增加靈敏度。在每個(gè)電容式壓力感測(cè)元20中，每一感測(cè)電容21下方設(shè)計(jì)一參考電容(圖中未示)與之連接，且配屬一信號(hào)讀取單元22于感測(cè)電容21旁，以便立即將偵測(cè)的信號(hào)處理輸出。
圖5顯示應(yīng)用本發(fā)明的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)的指紋傳感器的結(jié)構(gòu)方框圖。如圖5所示，本發(fā)明的指紋傳感器包含了一電容式壓力感測(cè)元數(shù)組201，其中的特定的電容式壓力感測(cè)元20′由一列譯碼器202通過(guò)特定字元線202a選取，再由行譯碼器203通過(guò)多條行控制線212、一連續(xù)二次取樣器(Correlated Double Sampling，CDS)204及特定位元線203a，讀取該特定電容式壓力感測(cè)元20′的電壓信號(hào)。CDS的功用可以去除噪聲，得到更好的信噪比。所讀取的電壓模擬信號(hào)最后由一放大器205放大，再藉由一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器206將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。上述的動(dòng)作皆由一邏輯控制及接口電路210選取控制，而邏輯控制及接口電路210是通過(guò)一種高密度閃存接口而與一終端系統(tǒng)連接。上述的組件202、202a、203、203a、及204至210可以通稱為一周邊電路211。更詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參見(jiàn)本案發(fā)明人的前述專利申請(qǐng)案「壓力式指紋讀取晶片及其制造方法」。
圖6顯示圖4的指紋傳感器在讀取指紋時(shí)的立體示意圖。當(dāng)手指1接觸該壓力式電容式壓力指紋傳感器2時(shí)，手指1表面的不規(guī)則形狀紋峰(Ridge)11會(huì)施力于電容式壓力感測(cè)元數(shù)組201的部分的電容式壓力感測(cè)元20，而在該電容式壓力指紋傳感器2上留下對(duì)應(yīng)于該紋峰11的電容值曲線11a，通過(guò)讀取電容值曲線11a的形狀便可以還原原來(lái)指紋紋峰11的形狀，其更進(jìn)一步說(shuō)明請(qǐng)參見(jiàn)圖7。
圖7顯示圖4的指紋傳感器在讀取指紋時(shí)的原理示意圖。如圖7所示，電容式壓力感測(cè)元20的平行板感測(cè)電容21是由復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)21a及固定下電極21b(圖1的303A)組成，兩個(gè)電極板中間為一空氣間隙24，復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)21a中央形成一凸塊23，作為受力集中點(diǎn)，加大受力時(shí)浮動(dòng)上電極板的位移量。
當(dāng)手指1接觸此壓力感測(cè)元數(shù)組時(shí)，僅有部分感測(cè)組件與指紋紋峰11接觸(部分感測(cè)組件則是覆蓋于指紋紋谷12下)，并感受到來(lái)自手指1的壓力，此一壓力造成感測(cè)組件的復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)21a產(chǎn)生一位移量d(位移量大小視所承受的壓力而定)，進(jìn)而改變二平行板間的電容值。經(jīng)由電路讀取，即可反應(yīng)出在此一數(shù)組中，受指紋紋峰11接觸而產(chǎn)生變化的電容式壓力感測(cè)元20數(shù)目，進(jìn)而建構(gòu)出指紋紋峰11的形狀分布11a。此種感測(cè)原理完全反應(yīng)手指紋路施力分布，手指干濕不會(huì)干擾指紋讀取。同時(shí)，復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)21a是連接至接地電位，手指的靜電如避雷針原理般直接導(dǎo)通至接地電位，不會(huì)破壞底部的電路。
本發(fā)明電容式壓力指紋傳感器制造的最大特色為可以完全采用商用次微米(sub-micron)鋁金屬聯(lián)線集成電路制程，特別是互補(bǔ)式金氧半CMOS制程。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在此僅說(shuō)明如何利用商用集成電路制程完成單一平行板感測(cè)電容21的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料屬性，至于其它的電路設(shè)計(jì)及制因?yàn)槭乾F(xiàn)有技術(shù)，在此不贅述。
有關(guān)電容式壓力感測(cè)元的感測(cè)原理及觸發(fā)開(kāi)關(guān)的架構(gòu)，可以參見(jiàn)上述的相關(guān)專利「電容式壓力微感測(cè)組件及其制造方法與訊號(hào)讀取方式」。
由以上敘述可知，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以減少?gòu)?fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)21a的厚度，使復(fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)21a的組成材料單純化，因此能提高整個(gè)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的靈敏度、避免應(yīng)力集中的現(xiàn)象，使得整個(gè)傳感器的特性非常穩(wěn)定且效果良好，同時(shí)不會(huì)有因?yàn)殡p晶(Bimorph)效應(yīng)所引起的噪聲。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍的內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求
書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一基底層，其中形成有多個(gè)下金屬栓塞柱；一固定下電極板，固定于基底層上，并電連接至所述下金屬栓塞柱；一浮動(dòng)上電極板，懸浮于固定下電極板的上方，用以與固定下電極板形成一平行板感測(cè)電容；一間隙，位于固定下電極板與浮動(dòng)上電極板之間；一第一介電層，罩覆所述基底層、固定下電極板、浮動(dòng)上電極板及間隙，該第一介電層具有中間部分及周邊部分，周邊部分中形成有電連接至浮動(dòng)上電極板的多個(gè)上金屬栓塞柱；一上金屬?gòu)?fù)合層，形成于第一介電層的周邊部分上，并電連接至所述上金屬栓塞柱；一保護(hù)層，覆蓋于第一介電層的周邊部分及所述上金屬?gòu)?fù)合層上；多個(gè)蝕刻窗孔，貫通第一介電層及浮動(dòng)上電極板，所述蝕刻窗孔位于第一介電層的中間部分的邊緣，并與間隙連通；一封口栓塞柱，用以封住所述蝕刻窗孔。
2.如權(quán)利要求
1所述的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)，其特征在于更包含一凸塊，其作為該浮動(dòng)上電極板上的一應(yīng)力集中點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求
2所述的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述上金屬?gòu)?fù)合層更形成于所述第一介電層的中間部分上，所述保護(hù)層更覆蓋于該第一介電層的該中間部分及位于該中間部分的該上金屬?gòu)?fù)合層上，藉以使位于該中間部分的該上金屬?gòu)?fù)合層與該第一介電層構(gòu)成該凸塊。
4.如權(quán)利要求
1所述的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述封口栓塞柱是由一種光阻材料、一種金屬材料、一種氧化硅材料或一種氮化硅材料所構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求
1所述的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述浮動(dòng)上電極板由一氮化鈦材料所構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求
1所述的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述固定下電極板由一鈦金屬材料所構(gòu)成。
7.一種電容式壓力感測(cè)元的制造方法，包含以下步驟提供一感測(cè)元初始結(jié)構(gòu)，其包含一基底層，其中形成有多個(gè)下金屬栓塞柱；一下金屬?gòu)?fù)合層，位于該基底層上，該下金屬?gòu)?fù)合層包含一第一金屬層，與該基底層接觸；一合金層，位于該第一金屬層上；及一第二金屬層，位于該合金層上；一第一介電層，罩覆該基底層及該下金屬?gòu)?fù)合層，該第一介電層具有中間部分及周邊部分，該周邊部分中形成有電連接至該第二金屬層的多個(gè)上金屬栓塞柱；一上金屬?gòu)?fù)合層，其形成于該第一介電層的周邊部分上，并電連接至所述上金屬栓塞柱；及一保護(hù)層，覆蓋于該第一介電層的周邊部分及上金屬?gòu)?fù)合層上；移除該保護(hù)層的一部分，藉以使該第一介電層露出，并使位于該第一介電層的周邊部分的該上金屬?gòu)?fù)合層不露出；于露出的該第一介電層上形成多個(gè)蝕刻窗孔，所述蝕刻窗孔貫通該第一介電層及該第二金屬層以使該合金層露出，且所述蝕刻窗孔位于第一介電層的該中間部分的邊緣；從所述蝕刻窗孔以一蝕刻溶液蝕刻該合金層，以移除該合金層，并保留該第一金屬層及該第二金屬層，以分別形成一固定下電極板、一浮動(dòng)上電極板、及位于該固定下電極板與該浮動(dòng)上電極板之間的一間隙，該浮動(dòng)上電極板用以與該固定下電極板形成一平行板感測(cè)電容；于所述蝕刻窗孔周?chē)纬梢环饪谒ㄈ?，用以封住所述蝕刻窗孔。
8.如權(quán)利要求
7所述的電容式壓力感測(cè)元的制造方法，其特征在于所述感測(cè)元初始結(jié)構(gòu)更包含一凸塊，位于該第一介電層的中間部分上，該凸塊不被移除，藉以作為該浮動(dòng)上電極板上的一應(yīng)力集中點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求
8所述的電容式壓力感測(cè)元的制造方法，其特征在于所述上金屬?gòu)?fù)合層更形成于第一介電層的中間部分上，但位于該中間部分上的上金屬?gòu)?fù)合層不電連接至所述上金屬栓塞柱，且于移除該保護(hù)層的一部分的步驟中，位于該中間部分上的上金屬?gòu)?fù)合層上的該保護(hù)層不被移除，藉以使位于該中間部分上的上金屬?gòu)?fù)合層與該保護(hù)層形成該凸塊。
10.如權(quán)利要求
7所述的電容式壓力感測(cè)元的制造方法，其特征在于所述感測(cè)元初始結(jié)構(gòu)更包括一焊墊層，形成于該第一介電層的周邊部分上，該焊墊層由該上金屬?gòu)?fù)合層與覆蓋該上金屬?gòu)?fù)合層的保護(hù)層所形成，且于移除該保護(hù)層的一部分的步驟中，位于該焊墊層上的該保護(hù)層的一部份被移除，以形成多個(gè)外露的焊墊。
11.如權(quán)利要求
7所述的電容式壓力感測(cè)元的制造方法，其特征在于所述第二金屬層由一氮化鈦材料所構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求
7所述的電容式壓力感測(cè)元的制造方法，其特征在于其中該第一金屬層是由一鈦金屬材料所構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求
7所述的電容式壓力感測(cè)元的制造方法，其特征在于所述合金層為一鋁合金層，且該蝕刻溶液為一鋁蝕刻溶液。
14.如權(quán)利要求
12所述的電容式壓力感測(cè)元的制造方法，其特征在于所述鋁蝕刻溶液是由磷酸、硝酸及醋酸混合而成。
15.如權(quán)利要求
7所述的電容式壓力感測(cè)元的制造方法，其特征在于所述封口栓塞柱由一種光阻材料、一種金屬材料、一種氧化硅材料或一種氮化硅材料所構(gòu)成。
專利摘要
本發(fā)明有關(guān)一種電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)及制造方法。其結(jié)構(gòu)包括一固定下電極板固定于一基底層上，一浮動(dòng)上電極板懸浮于固定下電極板的上方，兩電極板之間的間隙形成一平行板感測(cè)電容；具有一中間部分及一周邊部分的一第一介電層罩覆基底層及兩電極板，其周邊部分中形成有電連接至浮動(dòng)上電極板的數(shù)個(gè)上金屬栓塞柱；一上金屬?gòu)?fù)合層形成于周邊部分上并電連接至該等上金屬栓塞柱；保護(hù)層覆蓋于周邊部分及上金屬?gòu)?fù)合層上；蝕刻窗孔貫通第一介電層及浮動(dòng)上電極板并與間隙連通，且由一封口栓塞柱封住。本發(fā)明的電容式壓力感測(cè)元結(jié)構(gòu)可以有效減少?gòu)?fù)合式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的厚度，藉以提升感測(cè)效果。
文檔編號(hào)G06K9/00GKCN1308886SQ200410039215
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2004年2月5日
發(fā)明者周正三, 鄭元偉, 范成至 申請(qǐng)人:祥群科技股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (7),