(57)【要約】【課題】　耐久性を改良した指紋検知器装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】　指紋と接触する滑らかな検知表面を具備する指紋検知器が、該検知表面の下側にセンサーセルからなるアレイを画定する容量センサープレートを有しており、且つ各センサーセルを取囲むタングステンＥＳＤ保護グリッドラインを有している。該検知表面は、内部にタングステングリッドラインが埋設されているアルミナ層により画定されている。該アルミナ層は改良した引掻き抵抗を有する検知表面を提供している。その結果得られる検知器は、アルミナ層の比較的高い誘電率に起因してその容量検知においてより感度が高い。【選択図】　　　図１１
2004136090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　指紋検知器装置において、
　半導体基板、
　前記半導体基板上に形成されている容量性センサーセルからなるアレイ、
　各センサーセルを取囲むグリッドラインを具備しており且つ周辺グリッドラインを具備しているタングステングリッド、
　前記センサーセルの上方に配設されているアルミナ層、
を有しており、前記タングステングリッドが前記アルミナ層内に埋設されており、前記アルミナ層及びタングステングリッドが本検知器装置に押圧される指の指紋と接触するための露出表面部分を具備していることを特徴とする指紋検知器装置。
【請求項２】
　請求項１において、前記アルミナ層が前記半導体基板により支持されている誘電体層の積層構成の一部であり、且つ容量性センサーセルが前記積層構成の中間誘電体層内に埋設されている金属コンデンサプレートを包含していることを特徴とする指紋検知器装置。
【請求項３】
　請求項２において、各容量性センサーセルの金属コンデンサプレートが２個の数であり且つ同一面状であることを特徴とする指紋検知器装置。
【請求項４】
　請求項３において、各センサーセルの前記２個の金属コンデンサプレートのうちの一方が大略Ｃ形状であり、且つ該２個の金属コンデンサプレートの他方が前記Ｃ形状プレート内部及び外部の部分を有していることを特徴とする指紋検知器装置。
【請求項５】
　請求項４において、前記金属コンデンサプレートの各々が基本的にアルミニウムから構成されていることを特徴とする指紋検知器装置。
【請求項６】
　指紋検知器の製造方法において、
　その中にトランジスタ領域を画定した半導体基板を設け、
　前記トランジスタを相互接続させるために前記基板上に導電層を形成し、
　前記導電層の上に平坦化した絶縁層を形成し、
　前記平坦化した絶縁層の上に同一面状のコンデンサプレートを画定し、前記平坦化した絶縁層を貫通してその下側の前記導電層の一部へビアを設け、
　前記コンデンサプレートから絶縁し且つその上にアルミナ層を付着形成し、
　前記アルミナ層内に開口を画定し、
　前記アルミナ層の上及びその中の開口内に窒化チタン膜を付着形成し、
　前記窒化チタン膜の上にタングステン層を付着形成し、
　前記タングステン層を選択的にエッチバックして前記開口内を除いてタングステンを除去し、
　前記アルミナ層の表面上の窒化チタンを除去する、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
　請求項６において、前記開口内のタングステン層の下側にタングステンプラグを形成してその下側の金属接地線への接続を与えることを特徴とする方法。
【請求項８】
　請求項７において、前記コンデンサプレートを金属層を付着形成し且つ前記金属層の一部を選択的に除去してステップの同一シーケンス期間中に前記コンデンサプレート及び前記金属接地ラインを画定することによって形成することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、大略、半導体指紋検知器に関するものであって、更に詳細には、指紋検知器装置上で使用される指紋検知表面層の構造における改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　容量性距離センサーは本願出願人に譲渡されている米国特許第６，１１４，８６２号に開示されており、その開示内容を引用により本明細書に取込む。この特許に開示されている容量性距離センサーは特に半導体指紋検知器において有用である。本発明は、ユーザの指紋が接触する外側表面層の構成における改良を提供するものである。本明細書に添付した図１及び２は米国特許第６，１１４，８６２号の図１及び４に対応するものであり、本発明の理解を容易にするために以下に簡単に説明する。
【０００３】
　図１はセンサー装置と指等のオブジェクトとの間の距離を検知するためのセンサー装置１を示している。センサー装置１はアレイを形成すべく配列されている多数のセル２を有しており、且つ各セルは要素センサーを構成している。個別的なセル２が簡単であることは、センサー装置１を単一の半導体チップ上に集積化した形態で実現することを可能としている。
【０００４】
　センサー装置１は、又、所定のスキャニングパターンに従って一度にセル２のうちの１つをイネーブルさせるための水平スキャニングステージ５及び垂直スキャニングステージ６を有している。ステージ５及び６はシフトレジスタ、アドレスレコーダー、又はその他の適宜の回路を使用してセルの出力を読取ることを可能とする。
【０００５】
　センサー装置１は、又、供給及び論理ユニット７を有しており、それは該装置の回路要素にパワー即ち電力を供給し（セル２を含む）、必要な基準電圧を供給し、且つ装置動作のタイミングを制御する。図１は、供給及び論理ユニット７が電圧供給源１２を包含していることを示している。バッファ８がセル２の全ての出力と相互接続されており、且つそれらがステージ５，６をスキャニングすることによりイネーブルされるシーケンスに従ってセル２の出力に対応して逐次的に信号を発生する出力１０を有している。
【０００６】
　図２は２個の隣接するセル２Ａ及び２Ｂの詳細を示しており、人間の指の皮膚表面部分１８がその上側に位置されている。これらの２個のセルの各々の要素は記号Ａ又はＢを有しているが、以下に説明するように、基本的に同一である。各セル２は、好適には、入力１６と出力１７とを具備する低パワー反転増幅器１３を有しており、それは、又、個別的なセル２の出力を画定している。各セル２は、又、好適には、プリントされる指の皮膚表面１８に対面して位置された第一及び第二同一面状のコンデンサプレート２３及び２４を有している。これらのプレート２３，２４は誘電体層２５で被覆されており、それはセル２からなるアレイ３全体を包含する集積化したセンサー装置１の面をカバーしている。リセットスイッチ１９が反転増幅器１３の入力１６と出力１７との間に接続されている。入力コンデンサ２０が反転増幅器１３の入力１６とセル２の入力２１との間に接続されている。反転増幅器１３の入力１６は、又、コンデンサ３０によって示される等価入力容量を有している。同様に、出力１７はコンデンサ３１により示される等価出力容量を有している。
【０００７】
　皮膚表面１８は第一セル２Ａに隣接した山３９と第二セル２Ｂに隣接した谷３８とを包含している。その結果、第一及び第二セル２Ａ，２Ｂは、各々、センサー装置１において異なる容量結合応答を発生する。従って、第一セル２Ａは谷３８を意味するより大きな距離ｄ２を検知する第二セル２Ｂよりもより小さな距離ｄ１を検知し、山３９を示す。第二セル２Ｂにより検知される距離ｄ２は、第一コンデンサプレート２３Ｂと第一コンデンサプレート２３Ｂ直上の皮膚表面１８の部分との間の距離ｄ２Ａと、第二コンデンサプレート２４Ｂと第二コンデンサプレート２４Ｂ直上の皮膚表面１８の部分との間の距離ｄ２Ｂの平均である。ランプモデル（ｌｕｍｐｅｄ−ｍｏｄｅｌ）の観点から、この構成は接触部材即ち山と非接触部材即ち谷との間の差を検知することが可能な３コンデンサ手法を実現する。
【０００８】
　理解されるように、誘電体層２５の上表面の耐久性は重要な懸念事項である。上述した従来技術装置は上表面上に薄いシリコンカーバイド層が設けられていた。処理ステップにおけるシーケンスの最後のステップを図３−８に示してあり、以後に説明する本発明により為された改良をハイライトさせるために簡単に説明する。
【０００９】
　図３は１容量性センサーセル及び該装置内のその他の共通の構造を概略的に例示している。この装置は従来の単結晶シリコン基板５０上に製造され、その上部層はエピタキシャル形成することが可能である。比較的厚いフィールド酸化物層５２及び５４がそれらの間に活性区域５６を画定する。活性区域５６は装置を介して繰り返される多数のこのような活性区域のうちの典型的なものであり、それは従来のトランジスタ要素のＮ型又はＰ型領域（不図示）を有することが可能である。
【００１０】
　典型的なトランジスタのゲート構造が活性区域５６の直上に示されており、且つポリシリコンゲート５８、薄いゲート酸化物層６０、側壁酸化物スペーサー６２を有している。フィールド酸化物層５２及び５４の上側に示したポリシリコン相互接続体６４は該装置のその他のトランジスタ要素（不図示）を相互接続するために使用されている。
【００１１】
　ポリシリコンゲート５８及びポリシリコン相互接続体６４の上側に比較的厚い誘電体層６６が設けられており、それは、好適には、例えばボロンリン酸ガラス（ＢＰＳＧ）等のドープした酸化物である。第一メタリゼーション層がポリシリコンゲート５８及びポリシリコン相互接続体６４へ接触するためにＢＰＳＧ層６６を介して下方へ延在するコンタクト７０及び金属相互接続体６８を画定している。好適には、相互接続体６８及びコンタクト７０を画定するために使用される金属は、主に、シリコン（約１．０％）及び銅（約０．５％）のトレースを有するアルミニウムである。チタン及び窒化チタンの非常に薄い複合層（不図示）が各コンタクト７０とその下側のポリシリコン物質との間のインターフェースに介在されている。
【００１２】
　平坦化させた誘電体層７２は金属相互接続体６８及びＢＰＳＧ層６６をカバーしている。好適には、誘電体層７２は下側のドープしていない酸化物と中間のスピンオンガラス（ＳＯＧ）と、上側のドープしていない酸化物とからなる複合体である。従って、ドープしていない酸化物を約５５００Åの厚さに最初に形成させ、次いでＳＯＧを約６０００Åの厚さに付着形成させ且つエッチバックして平坦化させた表面を提供し、次いで上側のドープしていない酸化物を約５０００Åの厚さに付着形成させる。次いで、誘電体層７２を貫通してビア開口をエッチング形成し且つ第二メタリゼーションステップを実施する。次いで、該金属をパターン形成してコンデンサプレート７６及び７８、接地ライン８０、ビア８２を相互接続体６８に対して下方へ画定させる。次いで、好適には水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）である誘電体層７４を金属プレート７６及び７８と接地ライン８０との間の誘電体７２の上に付着形成させる。
【００１３】
　第二メタリゼーション層は、好適には、相互接続体６８を画定する第一メタリゼーションと同一の主にアルミニウム組成のものである。接地ライン８０は半導体チップの周辺部において接地パッド（不図示）へ接続している。金属接地ライン８０を包含するチップの部分は破断して示してある。何故ならば、それは、実際には、容量センサーセルのアレイの周辺部を超えて位置しているからである。２つの付加的な誘電体層がＨＳＱ層７４の上に付着形成されており、且つ第二メタリゼーション層の一部がその中に埋設されている。これらの２つの付加的な誘電体層は、好適には、リン酸ガラス（ＰＳＧ）層８４及び窒化シリコン（ＳｉxＮy）層８６を有している。
【００１４】
　次に、図４を参照すると、製造プロセスは第三メタリゼーション層の形成を継続して行う。プラグ開口をアルミニウム接地ライン８０に到達するまで誘電体層８４及び８６を介して下方へエッチング形成する。窒化チタン（ＴｉＮ）の非常に薄い膜（不図示）を窒化シリコン層８６の上、層８４及び８６を介してのプラグ開口内の壁の上、及びプラグ開口内部に露出されているアルミニウム接地ライン８０の表面上にコンフォーマルに付着形成させる。次いで、タングステン（Ｗ）層８８を、接地ライン８０上方のプラグ開口内及び窒化シリコン層８６上方の非常に薄い窒化チタン膜の上にコンフォーマルに付着形成させる。
【００１５】
　次に、図５を参照すると、タングステン層８８及び下側に存在する窒化チタンを窒化シリコン層８６の表面に到達するまで下方へエッチバックした後の構成が示されている。これはタングステンプラグ９０を所定位置に残存させ、それは非常に薄い窒化チタン膜を介してアルミニウム層８０へ電気的に接続している。
【００１６】
　前述したように、アルミニウム層８０が接地パッド（不図示）へ接続しており、該パッドは該装置の周辺部に位置されている。タングステンプラグ９０の目的は、例えば人間の指等のオブジェクトにより接触された場合に該装置の上部表面から接地へ静電放電（ＥＳＤ）経路を与えることである。アルミニウム層８０が、好適には、センサーセルからなるアレイの２つ又は３つの側部に沿って周辺パターン内に設けられており、数千個のタングステンプラグ９０がその上に並置されている。
【００１７】
　図６は幾つかの付加的なステップを実施した後の構成を示している。アモルファスシリコンカーバイド層９２が窒化シリコン層８６の上及びタングステンプラグ９０の上に付着形成されている。次いで、従来のフォトリソグラフィ技術を使用してシリコンカーバイドをパターン形成し、各センサーセルの周り及びタングステンプラグ９０上方に空間を開口させる。シリコンカーバイド層９２の上及びそれを貫通して開口した空間内に窒化チタンの別の薄い膜（不図示）をコンフォーマルに付着形成させる。次いで、付加的なタングステンメタリゼーションステップを実施して図示した如くタングステン層９４を与える。
【００１８】
　次に、図７を参照すると、タングステン層９４をエッチバックしてタングステングリッドライン９６及びタングステン周辺ライン９８を所定位置に残存させる。次いで、窒化チタン膜（不図示）をシリコンカーバイド層９２から除去する。シリコンカーバイド層９２は上部表面１００を有しており、それはユーザの指により接触される該装置の検知表面を画定する。
【００１９】
　図８は図７の一部の拡大図であり、タングステンライン９８及び中間導電性構成体を介してアルミニウム接地ライン８０への接続を示している。厚さを誇張して示してあるものは窒化チタン膜１０２及び１０４であり、それらは上の説明中に記載しているが前の図面には示していない。
【００２０】
　図９は別個のコンデンサプレート７６及び７８を包含する１個の容量センサーセル２の好適なレイアウトを示している。第一コンデンサプレート７６はＣ形状をしており且つ第二コンデンサプレート７８はＣ形状の第一プレート７６の内部及び外部の部分を有している。タングステングリッドライン９６がセンサーセル２を取囲んで示されている。このパターンは図１を参照して上述したセルからなるアレイ３にわたって繰返されている。説明の便宜上、グリッドライン９６は図９のセンサーセル２の周りの正方形を形成する単一のラインとして示してある。然しながら、好適には、グリッドライン９６は、実際には、以下に説明するようにそのレイアウトはより複雑なものである。
【００２１】
　図１０はグリッドライン９６の一部及び周辺ライン９８の一部の拡大概略平面図を示しており、その各々は対角線的に交差するマイクロライン１０６の格子又はネットワークとしてレイアウトされている。各マイクロライン１０６はほぼ１ミクロンの幅である。周辺ライン９８の格子内で且つその下側には前述したタングステンプラグ９０が存在しており、それらは選択したマイクロライン１０６の離隔した交差点における円として模式的に示してある。タングステンプラグ９０からなる複数個の並列行が使用されており、そのうちの２つが示されているが、高々互い違いにしたプラグの５つの行が使用されている。
【００２２】
【特許文献１】米国特許第６，１１４，８６２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
　本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し、改良した指紋検知器及びその製造方法を提供することを目的とする。又、本発明は、信頼性及び性能を向上させた指紋検知器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
　従来の指紋検知器は指の爪又はその他の比較的硬いオブジェクトで引掻くことにより損傷されることがあることが判明している。シリコンカーバイドの上部表面層をアルミナ層で置換させることにより、検知表面の引掻き抵抗を著しく改善させることが可能である。又、アルミナはより良いＥＳＤ保護及び改良した検知感度を与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
　本発明によれば、上述した指紋検知器の耐久性及び感度が上部表面層の組成を変えることにより改善されている。図１１は前述した図７と類似しており、同一の構成要素には同一の参照番号を付している。然しながら、アモルファスシリコンカーバイドからなる上部表面層の代わりに、アルミナ層１０８が窒化シリコン層８６の上及びタングステンプラグ９０の上に付着形成されている。好適には、該アルミナは、前駆体としてトリエチルジアルミウム・トリ−ｓｅｃ−ブトキシド（ＴＥＤＡ−ＰＳＤ）を使用してプラズマエンハンスト気相成長（ＰＥＣＶＤ）により付着形成させ、その結果該装置の上にＡｌ2Ｏ3層１０８が付着形成される。次いで、アルミナ層１０８を従来のフォトリソグラフィ技術を使用してパターン形成して、各センサーセルの周り及びタングステンプラグ９０の上方に空間を開口させる。窒化チタンの別の膜（不図示）をアルミナ層１０８の上及びそれを貫通して開口した空間内にコンフォーマルに付着形成させる。次いで、付加的なタングステンメタリゼーションステップを実施し、次いでエッチバックを行ってタングステングリッドライン９６及びタングステン周辺ライン９８を所定位置に残存させる。次いで、窒化チタン膜（不図示）をアルミナ層１０８から除去する。アルミナ層１０８は上表面１１０を有しており、それはユーザの指により接触される装置の検知表面を画定している。
【００２６】
　以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来のセンサー装置を示した概略ブロック図。
【図２】図１の装置の２個の隣接するセンサーセルの上側に位置した指の小さな部分を示した拡大概略側面図。
【図３】図１のセンサー装置を製造する従来の処理ステップのシーケンスにおける１つの段階における状態を示した概略断面図。
【図４】図１のセンサー装置を製造する従来の処理ステップのシーケンスにおける１つの段階における状態を示した概略断面図。
【図５】図１のセンサー装置を製造する従来の処理ステップのシーケンスにおける１つの段階における状態を示した概略断面図。
【図６】図１のセンサー装置を製造する従来の処理ステップのシーケンスにおける１つの段階における状態を示した概略断面図。
【図７】図１のセンサー装置を製造する従来の処理ステップのシーケンスにおける１つの段階における状態を示した概略断面図。
【図８】付加的な構造的詳細を示した図７の一部の拡大概略図。
【図９】１個のセンサーセル（上側に存在する絶縁層は図示していない）のコンデンサプレートのレイアウトを示した概略平面図。
【図１０】図１の装置において使用しているタングステン格子の一部を示した拡大概略平面図。
【図１１】本発明に基づく改良した検知表面層を具備するセンサー装置を示した図７と同様な概略断面図。
【符号の説明】
【００２８】
　９６　タングステングリッドライン
　９８　タングステン周辺ライン
　１０８　アルミナ層
　１１０　上表面
【図１】
2004136090.tif 000003
【図２】
2004136090.tif 000004
【図３】
2004136090.tif 000005
【図４】
2004136090.tif 000006
【図５】
2004136090.tif 000007
【図６】
2004136090.tif 000008
【図７】
2004136090.tif 000009
【図８】
2004136090.tif 000010
【図９】
2004136090.tif 000011
【図１０】
2004136090.tif 000012
【図１１】
2004136090.tif 000013