CN116111001B - 指纹感测模块的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种指纹感测模块的制造方法，该制造方法包括：在基底上依序形成平坦层和光致抗蚀剂材料层，其中基底包括包含感光阵列的像素区以及围绕像素区的周边区；移除光致抗蚀剂材料层于像素区上的部分，以形成暴露出平坦层的光致抗蚀剂图案；移除平坦层于像素区上的部分，以形成暴露出基底的图案化平坦层；在光致抗蚀剂图案上和基底的像素区上形成红外线截止层；移除光致抗蚀剂图案及光致抗蚀剂图案上的红外线截止层，以在基底的像素区上形成红外线截止图案；在红外线截止图案上以及图案化平坦层上形成遮光层；以及图案化遮光层，以在红外线截止图案上形成包括针孔阵列的准直结构层，并在图案化平坦层上形成标记图案。

Description

指纹感测模块的制造方法

技术领域

本发明涉及一种光学感测元件的制造方法，且特别是涉及一种指纹感测模块的制造方法。

背景技术

为了使显示器具有窄边框的设计，屏下指纹感测技术已成为目前的趋势。屏下指纹感测技术是将指纹感测模块配置在电子装置的显示面板下方。在电子装置侦测到使用者接触显示荧幕后，电子装置会控制显示面板发光以照亮使用者的手指表面。感测光线会经由使用者的手指反射进入显示面板下方的指纹感测模块，并透过多个微透镜及准直结构将反射光线汇聚在感光元件上，如此可将光学影像信号转为数字影像信号，以得到使用者的指纹影像。准直结构可包括具有针孔的遮光材料层，如此可通过针孔将反射光线汇聚在感光元件上并通过遮光材料来吸收大角度的反射光以避免不同反射光之间的干扰。

然而，在形成具有针孔的遮光材料层的图案化制作工艺中，遮光材料层的曝光条件显著地受到其厚度影响。举例来说，以曝光波长约为365nm为例，当遮光材料层厚度约为1μm的情况下，曝光光线的光穿透率约为70％，但当遮光材料层厚度增加至约1.5μm的情况下，曝光光线的光穿透率则降低至约10％。由此可见，两者厚度虽仅差异0.5μm，但两者的光穿透率差异却高达约7倍。因此，在形成遮光材料层的制作工艺中，一些欲形成的图案可能因为厚度差异所致的光穿透率差异而导致曝光光线无法良好地曝照到一些区域上，使得在显影制作工艺中，该些欲形成的图案可能无法良好地形成于该些区域上。

发明内容

本发明提供一种指纹感测模块的制造方法，其通过遮光层形成于红外线截止图案上以及图案化平坦层上的设计来使遮光层于基底不同区域中具有约略相同的厚度，故在图案化遮光层的步骤中，包括针孔阵列的准直结构层以及标记图案能够良好地形成于基底的不同区域中(例如像素区和周边区)。

本发明一实施例提供一种指纹感测模块的制造方法，其包括以下步骤。于基底上依序形成平坦层和光致抗蚀剂材料层。基底包括包含感光阵列的像素区以及围绕像素区的周边区。移除光致抗蚀剂材料层于像素区上的部分，以形成暴露出平坦层的光致抗蚀剂图案。移除平坦层于像素区上的部分，以形成暴露出基底的图案化平坦层。于光致抗蚀剂图案上和基底的像素区上形成红外线截止层。移除光致抗蚀剂图案以及红外线截止层于光致抗蚀剂图案上的部分，以于基底的像素区上形成红外线截止图案。于红外线截止图案上以及图案化平坦层上形成遮光层。图案化遮光层，以于红外线截止图案上形成包括针孔阵列的准直结构层，并于图案化平坦层上形成标记图案。

在一些实施例中，红外线截止图案的厚度约等于图案化平坦层于基底上的厚度。

在一些实施例中，红外线截止图案与图案化平坦层在平行于基底的方向上间隔开一距离。

在一些实施例中，光致抗蚀剂图案包括与图案化平坦层接触的底表面以及与底表面相对的顶表面，且顶表面的面积大于底表面的面积。

在一些实施例中，光致抗蚀剂图案包括倾斜侧壁，倾斜侧壁与底表面之间的夹角大于90度。

在一些实施例中，红外线截止层不形成于光致抗蚀剂图案的倾斜侧壁上，使得红外线截止层包括不连续的第一部分和第二部分。第一部分形成于基底的像素区上。第二部分形成于光致抗蚀剂图案上。

在一些实施例中，红外线截止层包括形成于基底的像素区上的第一部分以及形成于光致抗蚀剂图案上的第二部分。第一部分与第二部分通过光致抗蚀剂图案分隔开来。

在一些实施例中，光致抗蚀剂图案通过曝光制作工艺和第一显影制作工艺形成，图案化平坦层通过曝光制作工艺和不同于第一显影制作工艺的第二显影制作工艺形成。

在一些实施例中，曝光制作工艺所使用的光线曝照于光致抗蚀剂材料层的部分以及光致抗蚀剂材料层的部分下方的平坦层的部分。

在一些实施例中，指纹感测模块的制造方法还包括在形成遮光层之前，于红外线截止图案上以及图案化平坦层上形成附加平坦层。

基于上述，在上述指纹感测模块的制造方法中，由于遮光层是形成于红外线截止图案上以及图案化平坦层上，故遮光层在基底不同区域(例如像素区和周边区)的厚度约略相同。如此一来，一些欲形成在基底不同区域的图案(例如在像素区中的包括针孔阵列的准直结构层以及在周边区中的标记图案)可在图案化遮光层的步骤中良好地形成。

附图说明

图1到图7是本发明一实施例的指纹感测模块的制造方法的剖面示意图。

主要元件符号说明

10:像素区

20:配线区

30:接垫区

40:切割道区

100:基底

102:内连线结构

104:配线

106:接垫结构

108:开口

110:平坦层

112:图案化平坦层

120:红外线截止层

120a:第一部分

120b:第二部分

122:红外线截止图案

130:附加平坦层

140:遮光层

142:准直结构层

144:标记图案

146:针孔阵列

A:区域

d:距离

PR:光致抗蚀剂图案

S1:底表面

S2:顶表面

SW1:倾斜侧壁/侧壁

SW2:侧壁

θ:夹角

具体实施方式

参照本实施例的附图以更全面地阐述本发明。然而，本发明也可以各种不同的形式体现，而不应限于本文中所述的实施例。附图中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件，以下段落将不再一一赘述。

应当理解，当诸如元件被称为在另一元件「上」或「连接到」另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者也可存在中间元件。若当元件被称为「直接在另一元件上」或「直接连接到」另一元件时，则不存在中间元件。如本文所使用的，「连接」可以指物理及/或电性连接，而「电性连接」或「耦合」可为二元件间存在其它元件。本文中所使用的「电性连接」可包括物理连接(例如有线连接)及物理断接(例如无线连接)。

本文使用的「约」、「近似」或「实质上」包括所提到的值和本领域技术人员能够确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，「约」可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或±30％、±20％、±10％、±5％内。再者，本文使用的「约」、「近似」或「实质上」可依光学性质、蚀刻性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。

使用本文中所使用的用语仅为阐述示例性实施例，而非限制本发明。在此种情形中，除非在上下文中另有解释，否则单数形式包括多数形式。

图1到图7是本发明一实施例的指纹感测模块的制造方法的剖面示意图。图4的(b)为图4的(a)于区域A的放大图。以下将通过图1至图7来举例说明指纹感测模块的制造方法。

首先，请参照图1，在基底100上形成平坦层110。基底100包括包含感光阵列的像素区10以及围绕像素区10且包括配线区20、接垫区30以及切割道区40的周边区。

在一些实施例中，基底100可包括在后段制作工艺(back end of line，BEOL)中所形成的多个膜层、多个结构和/或元件。举例来说，基底100可包括金属层间介电层、通孔、配线层、主动(有源)元件(例如晶体管)和/或被动(无源)元件(例如电容)。如图1所示，基底100的像素区10可包括内连线结构102以及与内连线结构102连接的主动元件和/或被动元件(例如CMOS影像传感器中所包含的主动元件和/或被动元件)，而基底100的周边区可包括设置在配线区20的配线104以及设置在接垫区30的接垫结构106。

在一些实施例中，基底100可包括在前段制作工艺(front end of line，FEOL)中所形成的多个膜层、多个结构和/或元件。举例来说，基底100可包括形成于半导体基底上的元件层。元件层可包括各种各样的元件以及覆盖该些元件的层间介电层。在一些实施例中，该些元件可包括主动元件、被动元件或其组合(例如CMOS影像传感器中所包含的主动元件和/或被动元件)。举例来说，该些元件可包括晶体管、电容、电阻、二极管、光二极管或其他类似者。在一些实施例中，元件层可包括栅极结构、源极/漏极区以及如浅沟槽隔离结构(shallow trench isolation，STI)等的隔离结构。在元件层中，可形成如晶体管和存储器等彼此互连的各种N型金属氧化物半导体(N-type metal-oxide semiconductor，NMOS)和/或P型金属氧化物半导体(P-type metal-oxide semiconductor，PMOS)元件以执行一或多种功能。其他例如电容、电阻、二极管、光二极管等的元件也可形成于半导体基底上。这些元件的功能可包括存储器(memory)、处理器(processor)、传感器(sensor)、扩大器(amplifier)、电源分配(power distribution)或I/O电路(input/output circuitry)等。

半导体基底可为体半导体(bulk semiconductor)、半导体上绝缘体基底(semiconductor-on-insulator(SOI)substrate)或其类似者。半导体基底可为经掺杂(例如掺杂有P型或N型的掺质)的或未经掺杂的。半导体基底可为如硅晶片等的晶片。一般而言，SOI基底为将半导体材料形成于绝缘层上的膜层。所述绝缘层可例如是掩埋氧化物层(buried oxide(BOX)layer)或氧化硅层等。所述绝缘层例如提供于硅基底或玻璃基底上。在一些实施例中，半导体基底可包括如硅或锗的元素半导体(element semiconductor)、如碳化硅(silicon carbide)、砷化镓(gallium arsenic)、磷化镓(gallium phosphide)、磷化铟(indium phosphide)、砷化铟(indium arsenide)和锑化铟(indium antimonide)等化合物半导体、如SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP、GaInAsP等合金半导体或其组合。

基底100可包括暴露出接垫结构106的开口108，平坦层110可形成于基底100的顶表面上并填入开口108中。在一些实施例中，平坦层110可例如是光敏感材料。在一些实施例中，平坦层110可形成于基底100的像素区10和包括配线区20、接垫区30以及切割道区40的周边区上。

接着，请参照图1和图2，在平坦层110上形成光致抗蚀剂图案PR。在一些实施例中，光致抗蚀剂图案PR可例如是经由以下步骤形成。首先，在平坦层110上形成光致抗蚀剂材料层(未绘示)。在一些实施例中，光致抗蚀剂材料层形成于基底100的像素区10上方以及包括配线区20、接垫区30以及切割道区40的周边区上方。在一些实施例中，光致抗蚀剂材料层可采用负光致抗蚀剂材料。接着，移除光致抗蚀剂材料层于基底100的像素区10上方的部分，以形成暴露出平坦层110的光致抗蚀剂图案PR。也就是说，光致抗蚀剂图案PR形成于基底100的周边区上方。

光致抗蚀剂图案PR可包括与平坦层110接触的底表面S1以及与底表面S1相对的顶表面S2。在一些实施例中，光致抗蚀剂图案PR的顶表面S2的面积大于底表面S1的面积。换句话说，光致抗蚀剂图案PR可包括倾斜侧壁SW1，且倾斜侧壁SW1与底表面S1之间的夹角θ大于90度。在一些实施例中，在光致抗蚀剂材料层采用负光致抗蚀剂材料的情况下，经曝光和显影制作工艺后所形成的光致抗蚀剂图案PR会具有倒梯形的图案，使得光致抗蚀剂图案PR的顶表面S2的面积大于底表面S1的面积。

而后，请参照图2和图3，移除平坦层110于像素区10上的部分，以形成暴露出基底100的像素区10的图案化平坦层112。在一些实施例中，图案化平坦层112可例如是经由以下步骤形成。在形成光致抗蚀剂图案PR的曝光制作工艺和第一显影制作工艺中(以光致抗蚀剂材料层使用负光致抗蚀剂材料来例进行说明)，光致抗蚀剂材料层以及平坦层110于基底100的像素区10上方的部分都未曝照到所述曝光制作工艺中所使用的光线，故在以第一显影制作工艺移除光致抗蚀剂材料层于基底100的像素区10上方的部分后，平坦层110在像素区10上的部分可经由不同于所述第一显影制作工艺的第二显影制作工艺来移除平坦层110在像素区10上的部分。也就是说，光致抗蚀剂图案PR可通过曝光制作工艺和第一显影制作工艺形成，而图案化平坦层112可通过所述曝光制作工艺和不同于第一显影制作工艺的第二显影制作工艺形成。在另一些实施例中，平坦层110在像素区10上的部分也可通过另一曝光制作工艺和显影制作工艺(亦即不同于形成光致抗蚀剂图案PR的制作工艺中所使用的曝光制作工艺和显影制作工艺)移除。在其他实施例中，平坦层110在像素区10上的部分也可以光致抗蚀剂图案PR为掩模，并通过蚀刻制作工艺来移除平坦层110在像素区10上的部分。

在一些实施例中，光致抗蚀剂图案PR的侧壁SW1与图案化平坦层112的侧壁SW2可为非共平面的。换句话说，图案化平坦层112的侧壁SW2的与光致抗蚀剂图案PR接触的一端可与光致抗蚀剂图案PR的底表面S1接触。

然后，请参照图3和图4，在光致抗蚀剂图案PR上和基底100的像素区10上形成红外线截止层120。红外线截止层120可为具有红外线滤光功能的膜层，其可为单层或多层。在一些实施例中，由于光致抗蚀剂图案PR具有与其底表面S1的夹角θ大于90度的倾斜侧壁SW1，故红外线截止层120仅形成于光致抗蚀剂图案PR的顶表面S2和基底100的像素区10上，而未形成于光致抗蚀剂图案PR的倾斜侧壁SW1上。也就是说，红外线截止层120可包括不连续的第一部分120a和第二部分120b。红外线截止层120的第一部分120a可形成于基底100的像素区10上，而红外线截止层120的第二部分120b可形成于光致抗蚀剂图案PR上。换句话说，红外线截止层120的第一部分120a与红外线截止层120的第二部分120b可通过光致抗蚀剂图案PR分隔开来(例如在垂直于基底100的顶表面的方向上)。在一些实施例中，红外线截止层120的厚度约等于图案化平坦层112于基底100上的厚度。

在一些实施例中，由于光致抗蚀剂图案PR具有与其底表面S1的夹角θ大于90度的倾斜侧壁SW1，亦即，光致抗蚀剂图案PR的顶表面S2的面积大于底表面S1的面积，故形成于基底100的像素区10上的红外线截止层120(例如红外线截止层120的第一部分120a)与图案化平坦层112间隔开一距离(例如距离d)。

接着，请参照图4和图5，移除光致抗蚀剂图案PR以及红外线截止层120于光致抗蚀剂图案PR上的部分(例如红外线截止层120的第二部分120b)，以在基底100的像素区10上形成红外线截止图案122。在一些实施例中，红外线截止图案122与图案化平坦层112在平行于基底100的方向上间隔开一距离(例如距离d)。在一些实施例中，红外线截止图案122的厚度约等于图案化平坦层112于基底100上的厚度。也就是说，红外线截止图案122的顶表面与图案化平坦层112的顶表面位于大致相同的水平高度处。换句话说，后续形成于红外线截止图案122和图案化平坦层112上的膜层(例如后续将提到的遮光层140)在基底100的像素区10上方和周边区上方的厚度大致相同而具有良好的平坦度。如此一来，后续对遮光层140进行曝光制作工艺时，曝光制作工艺所使用的光线能够良好地曝照到所期望的遮光层140的一些区域中，如此能够让欲形成的图案能够良好地形成于该些区域中。

在一些实施例中，红外线截止层120的第二部分120b可通过移除光致抗蚀剂图案PR来自图案化平坦层112上方剥离(lift off)。也就是说，红外线截止图案122可通过自对准(self-aligned)的方式形成于基底100的像素区10上而不需使用额外的光掩模。在一些实施例中，可例如采用丙酮类光致抗蚀剂溶剂(ACE)来移除光致抗蚀剂图案PR，但本发明不以此为限。

之后，请参照图5和图6，在红外线截止图案122上以及图案化平坦层112上形成遮光层140。遮光层140在基底100的像素区10上方和周边区上方的厚度大致相同而具有良好的平坦度。在一些实施例中，在形成遮光层140之前，可在红外线截止图案122上以及图案化平坦层112上形成附加平坦层130，如此可更进一步改善形成于附加平坦层130上的遮光层140的平坦度。遮光层140可例如是能够阻挡和/或吸收可见光的材料(例如黑光致抗蚀剂)。附加平坦层130可例如是有机材料或无机材料。

然后，请参照图6和图7，图案化遮光层140以在红外线截止图案122上形成包括针孔阵列(pinhole array)146的准直结构层142，并在图案化平坦层112上形成标记图案144。遮光层140具有良好的平坦度而在基底100的像素区10上方以及周边区中的配线区20、接垫区30以及切割道区40上方具有大致相同的厚度(例如基底100各区域上的遮光层140的厚度差异小于0.5μm或是小于0.4μm)。如此一来，在图案化遮光层140的制作工艺中，一些欲形成的图案，例如形成在基底100的像素区10上的准直结构层142以及形成于基底100的切割道区40上的标记图案144，不会因为厚度差异所致的光穿透率差异而导致曝光光线无法良好地曝照到一些区域(例如周边区的切割道区40)上，故在后续显影制作工艺中，该些欲形成的图案(例如准直结构层142和标记图案144)能够分别地形成于该些区域(例如像素区10和切割道区40)上，而不会在显影制作工艺中移除。标记图案144可包括对准标记(alignmentmark)、叠对标记(overlay mark)或其组合。

综上所述，在上述指纹感测模块的制造方法中，由于遮光层是形成于红外线截止图案上以及图案化平坦层上，故遮光层在基底不同区域(例如像素区和周边区)的厚度约略相同。如此一来，一些欲形成在基底不同区域的图案(例如在像素区中的包括针孔阵列的准直结构层以及在周边区中的标记图案)可在图案化遮光层的步骤中良好地形成。

Claims (10)

1.一种指纹感测模块的制造方法，包括：

在基底上依序形成平坦层和光致抗蚀剂材料层，所述基底包括包含感光阵列的像素区以及围绕所述像素区的周边区；

移除所述光致抗蚀剂材料层于所述像素区上的部分，以形成暴露出所述平坦层的光致抗蚀剂图案；

移除所述平坦层于所述像素区上的部分，以形成暴露出所述基底的图案化平坦层；

在所述光致抗蚀剂图案上和所述基底的所述像素区上形成红外线截止层；

移除所述光致抗蚀剂图案以及所述红外线截止层于所述光致抗蚀剂图案上的部分，以在所述基底的所述像素区上形成红外线截止图案；

在所述红外线截止图案上以及所述图案化平坦层上形成遮光层；以及

图案化所述遮光层，以在所述红外线截止图案上形成包括针孔阵列的准直结构层，并在所述图案化平坦层上形成标记图案。

2.如权利要求1所述的指纹感测模块的制造方法，其中所述红外线截止图案的厚度等于所述图案化平坦层于所述基底上的厚度。

3.如权利要求1所述的指纹感测模块的制造方法，其中所述红外线截止图案与所述图案化平坦层在平行于所述基底的方向上间隔开一距离。

4.如权利要求1所述的指纹感测模块的制造方法，其中所述光致抗蚀剂图案包括与所述图案化平坦层接触的底表面以及与所述底表面相对的顶表面，所述顶表面的面积大于所述底表面的面积。

5.如权利要求4所述的指纹感测模块的制造方法，其中所述光致抗蚀剂图案包括倾斜侧壁，所述倾斜侧壁与所述底表面之间的夹角大于90度。

6.如权利要求5所述的指纹感测模块的制造方法，其中所述红外线截止层不形成于所述光致抗蚀剂图案的所述倾斜侧壁上，使得所述红外线截止层包括不连续的第一部分和第二部分，所述第一部分形成于所述基底的所述像素区上，所述第二部分形成于所述光致抗蚀剂图案上。

7.如权利要求1所述的指纹感测模块的制造方法，其中所述红外线截止层包括形成于所述基底的所述像素区上的第一部分以及形成于所述光致抗蚀剂图案上的第二部分，所述第一部分与所述第二部分通过所述光致抗蚀剂图案分隔开来。

8.如权利要求1所述的指纹感测模块的制造方法，其中：

所述光致抗蚀剂图案通过曝光制作工艺和第一显影制作工艺形成，

所述图案化平坦层通过所述曝光制作工艺和不同于所述第一显影制作工艺的第二显影制作工艺移除。

9.如权利要求8所述的指纹感测模块的制造方法，其中所述曝光制作工艺所使用的光线未曝照于所述光致抗蚀剂材料层的所述部分以及所述光致抗蚀剂材料层的所述部分下方的所述平坦层的所述部分。

10.如权利要求1所述的指纹感测模块的制造方法，还包括：

在形成所述遮光层之前，于所述红外线截止图案上以及所述图案化平坦层上形成附加平坦层。