TWI780979B

TWI780979B - 指紋感測模組的製造方法

Info

Publication number: TWI780979B
Application number: TW110141828A
Authority: TW
Inventors: 黃振明
Original assignee: 力晶積成電子製造股份有限公司
Priority date: 2021-11-10
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2022-10-11
Also published as: CN116111001B; CN116111001A; TW202320317A

Abstract

一種指紋感測模組的製造方法，包括：於基底上依序形成平坦層和光阻材料層，其中基底包括包含感光陣列的畫素區以及圍繞畫素區的周邊區；移除光阻材料層於畫素區上的部分，以形成暴露出平坦層的光阻圖案；移除平坦層於畫素區上的部分，以形成暴露出基底的圖案化平坦層；於光阻圖案上和基底的畫素區上形成紅外線截止層；移除光阻圖案及光阻圖案上的紅外線截止層，以於基底的畫素區上形成紅外線截止圖案；於紅外線截止圖案上以及圖案化平坦層上形成遮光層；以及圖案化遮光層，以於紅外線截止圖案上形成包括針孔陣列的準直結構層，並於圖案化平坦層上形成標記圖案。

Description

指紋感測模組的製造方法

本發明是有關於一種光學感測元件的製造方法，且特別是有關於一種指紋感測模組的製造方法。

為了使顯示器具有窄邊框的設計，屏下指紋感測技術已成為目前的趨勢。屏下指紋感測技術是將指紋感測模組配置在電子裝置的顯示面板下方。在電子裝置偵測到使用者接觸顯示螢幕後，電子裝置會控制顯示面板發光以照亮使用者的手指表面。感測光線會經由使用者的手指反射進入顯示面板下方的指紋感測模組，並透過多個微透鏡及準直結構將反射光線匯聚在感光元件上，如此可將光學影像訊號轉為數位影像信號，以得到使用者的指紋影像。準直結構可包括具有針孔的遮光材料層，如此可藉由針孔將反射光線匯聚在感光元件上並藉由遮光材料來吸收大角度的反射光以避免不同反射光之間的干擾。

然而，在形成具有針孔的遮光材料層的圖案化製程中，遮光材料層的曝光條件顯著地受到其厚度影響。舉例來說，以曝光波長約為365 nm為例，當遮光材料層厚度約為1 μm的情況下，曝光光線的光穿透率約為70%，但當遮光材料層厚度增加至約1.5 μm的情況下，曝光光線的光穿透率則降低至約10%。由此可見，兩者厚度雖僅差異0.5 μm，但兩者的光穿透率差異卻高達約7倍。因此，在形成遮光材料層的製程中，一些欲形成之圖案可能因為厚度差異所致之光穿透率差異而導致曝光光線無法良好地曝照到一些區域上，使得在顯影製程中，該些欲形成之圖案可能無法良好地形成於該些區域上。

本發明提供一種指紋感測模組的製造方法，其藉由遮光層形成於紅外線截止圖案上以及圖案化平坦層上的設計來使遮光層於基底不同區域中具有約略相同的厚度，故在圖案化遮光層的步驟中，包括針孔陣列的準直結構層以及標記圖案能夠良好地形成於基底的不同區域中（例如畫素區和周邊區）。

本發明一實施例提供一種指紋感測模組的製造方法，其包括以下步驟。於基底上依序形成平坦層和光阻材料層。基底包括包含感光陣列的畫素區以及圍繞畫素區的周邊區。移除光阻材料層於畫素區上的部分，以形成暴露出平坦層的光阻圖案。移除平坦層於畫素區上的部分，以形成暴露出基底的圖案化平坦層。於光阻圖案上和基底的畫素區上形成紅外線截止層。移除光阻圖案以及紅外線截止層於光阻圖案上的部分，以於基底的畫素區上形成紅外線截止圖案。於紅外線截止圖案上以及圖案化平坦層上形成遮光層。圖案化遮光層，以於紅外線截止圖案上形成包括針孔陣列的準直結構層，並於圖案化平坦層上形成標記圖案。

在一些實施例中，紅外線截止圖案的厚度約等於圖案化平坦層於基底上的厚度。

在一些實施例中，紅外線截止圖案與圖案化平坦層在平行於基底的方向上間隔開一距離。

在一些實施例中，光阻圖案包括與圖案化平坦層接觸的底表面以及與底表面相對的頂表面，且頂表面的面積大於底表面的面積。

在一些實施例中，光阻圖案包括傾斜側壁，傾斜側壁與底表面之間的夾角大於90度。

在一些實施例中，紅外線截止層不形成於光阻圖案的傾斜側壁上，使得紅外線截止層包括不連續的第一部分和第二部分。第一部分形成於基底的畫素區上。第二部分形成於光阻圖案上。

在一些實施例中，紅外線截止層包括形成於基底的畫素區上的第一部分以及形成於光阻圖案上的第二部分。第一部分與第二部分藉由光阻圖案分隔開來。

在一些實施例中，光阻圖案藉由曝光製程和第一顯影製程形成，圖案化平坦層藉由曝光製程和不同於第一顯影製程的第二顯影製程形成。

在一些實施例中，曝光製程所使用的光線曝照於光阻材料層的部分以及光阻材料層的部分下方的平坦層的部分。

在一些實施例中，指紋感測模組的製造方法更包括在形成遮光層之前，於紅外線截止圖案上以及圖案化平坦層上形成附加平坦層。

基於上述，在上述指紋感測模組的製造方法中，由於遮光層是形成於紅外線截止圖案上以及圖案化平坦層上，故遮光層在基底不同區域（例如畫素區和周邊區）的厚度約略相同。如此一來，一些欲形成在基底不同區域之圖案（例如在畫素區中的包括針孔陣列的準直結構層以及在周邊區中的標記圖案）可在圖案化遮光層的步驟中良好地形成。

參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。

應當理解，當諸如元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者也可存在中間元件。若當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時，則不存在中間元件。如本文所使用的，「連接」可以指物理及/或電性連接，而「電性連接」或「耦合」可為二元件間存在其它元件。本文中所使用的「電性連接」可包括物理連接（例如有線連接）及物理斷接（例如無線連接）。

本文使用的「約」、「近似」或「實質上」包括所提到的值和在所屬技術領域中具有通常知識者能夠確定之特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，「約」可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或±30％、±20％、±10％、±5％內。再者，本文使用的「約」、「近似」或「實質上」可依光學性質、蝕刻性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。

使用本文中所使用的用語僅為闡述例示性實施例，而非限制本揭露。在此種情形中，除非在上下文中另有解釋，否則單數形式包括多數形式。

圖1到圖7是本發明一實施例的指紋感測模組的製造方法的剖面示意圖。圖4的(b)為圖4的(a)於區域A的放大圖。以下將藉由圖1至圖7來舉例說明指紋感測模組的製造方法。

首先，請參照圖1，於基底100上形成平坦層110。基底100包括包含感光陣列的畫素區10以及圍繞畫素區10且包括配線區20、接墊區30以及切割道區40的周邊區。

在一些實施例中，基底100可包括在後段製程（back end of line，BEOL）中所形成的多個膜層、多個結構和/或元件。舉例來說，基底100可包括金屬層間介電層、通孔、配線層、主動元件（例如電晶體）和/或被動元件（例如電容）。如圖1所示，基底100的畫素區10可包括內連線結構102以及與內連線結構102連接的主動元件和/或被動元件（例如CMOS影像感測器中所包含的主動元件和/或被動元件），而基底100的周邊區可包括設置在配線區20的配線104以及設置在接墊區30的接墊結構106。

在一些實施例中，基底100可包括在前段製程（front end of line，FEOL）中所形成的多個膜層、多個結構和/或元件。舉例來說，基底100可包括形成於半導體基底上的元件層。元件層可包括各種各樣的元件以及覆蓋該些元件的層間介電層。在一些實施例中，該些元件可包括主動元件、被動元件或其組合（例如CMOS影像感測器中所包含的主動元件和/或被動元件）。舉例來說，該些元件可包括電晶體、電容、電阻、二極體、光二極體或其他類似者。在一些實施例中，元件層可包括閘極結構、源極/汲極區以及如淺溝渠隔離結構（shallow trench isolation，STI）等的隔離結構。在元件層中，可形成如電晶體和記憶體等彼此互連的各種N型金屬氧化物半導體（N-type metal-oxide semiconductor，NMOS）和/或P型金屬氧化物半導體（P-type metal-oxide semiconductor，PMOS）元件以執行一或多種功能。其他例如電容、電阻、二極體、光二極體等的元件也可形成於半導體基底上。這些元件的功能可包括記憶體（memory）、處理器（processor）、感測器（sensor）、擴大器（amplifier）、電源分配（power distribution）或I/O電路（input/output circuitry）等。

半導體基底可為體半導體（bulk semiconductor）、半導體上絕緣體基底（semiconductor-on-insulator (SOI) substrate）或其類似者。半導體基底可為經摻雜（例如摻雜有P型或N型的摻質）的或未經摻雜的。半導體基底可為如矽晶圓等的晶圓。一般而言，SOI基底為將半導體材料形成於絕緣層上的膜層。所述絕緣層可例如是掩埋氧化物層（buried oxide (BOX) layer）或氧化矽層等。所述絕緣層例如提供於矽基底或玻璃基底上。在一些實施例中，半導體基底可包括如矽或鍺的元素半導體（element semiconductor）、如碳化矽（silicon carbide）、砷化鎵（gallium arsenic）、磷化鎵（gallium phosphide）、磷化銦（indium phosphide）、砷化銦（indium arsenide）和銻化銦（indium antimonide）等化合物半導體、如SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP、GaInAsP等合金半導體或其組合。

基底100可包括暴露出接墊結構106的開口108，平坦層110可形成於基底100的頂表面上並填入開口108中。在一些實施例中，平坦層110可例如是光敏感材料。在一些實施例中，平坦層110可形成於基底100的畫素區10和包括配線區20、接墊區30以及切割道區40的周邊區上。

接著，請參照圖1和圖2，於平坦層110上形成光阻圖案PR。在一些實施例中，光阻圖案PR可例如是經由以下步驟形成。首先，於平坦層110上形成光阻材料層（未繪示）。在一些實施例中，光阻材料層形成於基底100的畫素區10上方以及包括配線區20、接墊區30以及切割道區40的周邊區上方。在一些實施例中，光阻材料層可採用負光阻材料。接著，移除光阻材料層於基底100的畫素區10上方的部分，以形成暴露出平坦層110的光阻圖案PR。也就是說，光阻圖案PR形成於基底100的周邊區上方。

光阻圖案PR可包括與平坦層110接觸的底表面S1以及與底表面S1相對的頂表面S2。在一些實施例中，光阻圖案PR的頂表面S2的面積大於底表面S1的面積。換句話說，光阻圖案PR可包括傾斜側壁SW1，且傾斜側壁SW1與底表面S1之間的夾角θ大於90度。在一些實施例中，在光阻材料層採用負光阻材料的情況下，經曝光和顯影製程後所形成之光阻圖案PR會具有倒梯形的圖案，使得光阻圖案PR的頂表面S2的面積大於底表面S1的面積。

而後，請參照圖2和圖3，移除平坦層110於畫素區10上的部分，以形成暴露出基底100的畫素區10的圖案化平坦層112。在一些實施例中，圖案化平坦層112可例如是經由以下步驟形成。在形成光阻圖案PR的曝光製程和第一顯影製程中（以光阻材料層使用負光阻材料來例進行說明），光阻材料層以及平坦層110於基底100的畫素區10上方的部分皆未曝照到所述曝光製程中所使用的光線，故在以第一顯影製程移除光阻材料層於基底100的畫素區10上方的部分後，平坦層110於畫素區10上的部分可經由不同於所述第一顯影製程的第二顯影製程來移除平坦層110於畫素區10上的部分。也就是說，光阻圖案PR可藉由曝光製程和第一顯影製程形成，而圖案化平坦層112可藉由所述曝光製程和不同於第一顯影製程的第二顯影製程形成。在另一些實施例中，平坦層110於畫素區10上的部分也可藉由另一曝光製程和顯影製程（亦即不同於形成光阻圖案PR的製程中所使用的曝光製程和顯影製程）移除。在其他實施例中，平坦層110於畫素區10上的部分也可以光阻圖案PR為罩幕，並藉由蝕刻製程來移除平坦層110於畫素區10上的部分。

在一些實施例中，光阻圖案PR的側壁SW1與圖案化平坦層112的側壁SW2可為非共平面的。換句話說，圖案化平坦層112的側壁SW2的與光阻圖案PR接觸的一端可與光阻圖案PR的底表面S1接觸。

然後，請參照圖3和圖4，於光阻圖案PR上和基底100的畫素區10上形成紅外線截止層120。紅外線截止層120可為具有紅外線濾光功能之膜層，其可為單層或多層。在一些實施例中，由於光阻圖案PR具有與其底表面S1的夾角θ大於90度的傾斜側壁SW1，故紅外線截止層120僅形成於光阻圖案PR的頂表面S2和基底100的畫素區10上，而未形成於光阻圖案PR的傾斜側壁SW1上。也就是說，紅外線截止層120可包括不連續的第一部分120a和第二部分120b。紅外線截止層120的第一部分120a可形成於基底100的畫素區10上，而紅外線截止層120的第二部分120b可形成於光阻圖案PR上。換句話說，紅外線截止層120的第一部分120a與紅外線截止層120的第二部分120b可藉由光阻圖案PR分隔開來（例如在垂直於基底100的頂表面的方向上）。在一些實施例中，紅外線截止層120的厚度約等於圖案化平坦層112於基底100上的厚度。

在一些實施例中，由於光阻圖案PR具有與其底表面S1的夾角θ大於90度的傾斜側壁SW1，亦即，光阻圖案PR的頂表面S2的面積大於底表面S1的面積，故形成於基底100的畫素區10上的紅外線截止層120（例如紅外線截止層120的第一部分120a）與圖案化平坦層112間隔開一距離（例如距離d）。

接著，請參照圖4和圖5，移除光阻圖案PR以及紅外線截止層120於光阻圖案PR上的部分（例如紅外線截止層120的第二部分120b），以於基底100的畫素區10上形成紅外線截止圖案122。在一些實施例中，紅外線截止圖案122與圖案化平坦層112在平行於基底100的方向上間隔開一距離（例如距離d）。在一些實施例中，紅外線截止圖案122的厚度約等於圖案化平坦層112於基底100上的厚度。也就是說，紅外線截止圖案122的頂表面與圖案化平坦層112的頂表面位於大致相同的水平高度處。換句話說，後續形成於紅外線截止圖案122和圖案化平坦層112上的膜層（例如後續將提到的遮光層140）在基底100的畫素區10上方和周邊區上方的厚度大致相同而具有良好的平坦度。如此一來，後續對遮光層140進行曝光製程時，曝光製程所使用的光線能夠良好地曝照到所期望之遮光層140的一些區域中，如此能夠讓欲形成之圖案能夠良好地形成於該些區域中。

在一些實施例中，紅外線截止層120的第二部分120b可藉由移除光阻圖案PR來自圖案化平坦層112上方剝離（lift off）。也就是說，紅外線截止圖案122可藉由自對準（self-aligned）的方式形成於基底100的畫素區10上而不需使用額外的光罩。在一些實施例中，可例如採用丙酮類光阻溶劑（ACE）來移除光阻圖案PR，但本發明不以此為限。

之後，請參照圖5和圖6，於紅外線截止圖案122上以及圖案化平坦層112上形成遮光層140。遮光層140在基底100的畫素區10上方和周邊區上方的厚度大致相同而具有良好的平坦度。在一些實施例中，在形成遮光層140之前，可於紅外線截止圖案122上以及圖案化平坦層112上形成附加平坦層130，如此可更進一步改善形成於附加平坦層130上的遮光層140的平坦度。遮光層140可例如是能夠阻擋和/或吸收可見光的材料（例如黑光阻）。附加平坦層130可例如是有機材料或無機材料。

然後，請參照圖6和圖7，圖案化遮光層140以於紅外線截止圖案122上形成包括針孔陣列（pinhole array）146的準直結構層142，並於圖案化平坦層112上形成標記圖案144。遮光層140具有良好的平坦度而於基底100的畫素區10上方以及周邊區中的配線區20、接墊區30以及切割道區40上方具有大致相同的厚度（例如基底100各區域上的遮光層140的厚度差異小於0.5 μm或是小於0.4 μm）。如此一來，在圖案化遮光層140的製程中，一些欲形成之圖案，例如形成於基底100的畫素區10上的準直結構層142以及形成於基底100的切割道區40上的標記圖案144，不會因為厚度差異所致之光穿透率差異而導致曝光光線無法良好地曝照到一些區域（例如周邊區的切割道區40）上，故在後續顯影製程中，該些欲形成之圖案（例如準直結構層142和標記圖案144）能夠分別地形成於該些區域（例如畫素區10和切割道區40）上，而不會在顯影製程中移除。標記圖案144可包括對準標記（alignment mark）、疊對標記（overlay mark）或其組合。

綜上所述，在上述指紋感測模組的製造方法中，由於遮光層是形成於紅外線截止圖案上以及圖案化平坦層上，故遮光層在基底不同區域（例如畫素區和周邊區）的厚度約略相同。如此一來，一些欲形成在基底不同區域之圖案（例如在畫素區中的包括針孔陣列的準直結構層以及在周邊區中的標記圖案）可在圖案化遮光層的步驟中良好地形成。

10:畫素區 20:配線區 30:接墊區 40:切割道區 100:基底 102:內連線結構 104:配線 106:接墊結構 108:開口 110:平坦層 112:圖案化平坦層 120:紅外線截止層 120a:第一部分 120b:第二部分 122:紅外線截止圖案 130:附加平坦層 140:遮光層 142:準直結構層 144:標記圖案 146:針孔陣列 A:區域 d:距離 PR:光阻圖案 S1:底表面 S2:頂表面 SW1:傾斜側壁/側壁 SW2:側壁 θ:夾角

圖1到圖7是本發明一實施例的指紋感測模組的製造方法的剖面示意圖。

10:畫素區

20:配線區

30:接墊區

40:切割道區

100:基底

102:內連線結構

104:配線

106:接墊結構

108:開口

112:圖案化平坦層

120:紅外線截止層

120a:第一部分

120b:第二部分

A:區域

d:距離

PR:光阻圖案

S1:底表面

S2:頂表面

SW1:側壁

θ:夾角

Claims

一種指紋感測模組的製造方法，包括：於基底上依序形成平坦層和光阻材料層，所述基底包括包含感光陣列的畫素區以及圍繞所述畫素區的周邊區；移除所述光阻材料層於所述畫素區上的部分，以形成暴露出所述平坦層的光阻圖案；移除所述平坦層於所述畫素區上的部分，以形成暴露出所述基底的圖案化平坦層；於所述光阻圖案上和所述基底的所述畫素區上形成紅外線截止層；移除所述光阻圖案以及所述紅外線截止層於所述光阻圖案上的部分，以於所述基底的所述畫素區上形成紅外線截止圖案；於所述紅外線截止圖案上以及所述圖案化平坦層上形成遮光層；以及圖案化所述遮光層，以於所述紅外線截止圖案上形成包括針孔陣列的準直結構層，並於所述圖案化平坦層上形成標記圖案。
如請求項1所述的指紋感測模組的製造方法，其中所述紅外線截止圖案的厚度約等於所述圖案化平坦層於所述基底上的厚度。
如請求項1所述的指紋感測模組的製造方法，其中所述紅外線截止圖案與所述圖案化平坦層在平行於所述基底的方向上間隔開一距離。
如請求項1所述的指紋感測模組的製造方法，其中所述光阻圖案包括與所述圖案化平坦層接觸的底表面以及與所述底表面相對的頂表面，所述頂表面的面積大於所述底表面的面積。
如請求項4所述的指紋感測模組的製造方法，其中所述光阻圖案包括傾斜側壁，所述傾斜側壁與所述底表面之間的夾角大於90度。
如請求項5所述的指紋感測模組的製造方法，其中所述紅外線截止層不形成於所述光阻圖案的所述傾斜側壁上，使得所述紅外線截止層包括不連續的第一部分和第二部分，所述第一部分形成於所述基底的所述畫素區上，所述第二部分形成於所述光阻圖案上。
如請求項1所述的指紋感測模組的製造方法，其中所述紅外線截止層包括形成於所述基底的所述畫素區上的第一部分以及形成於所述光阻圖案上的第二部分，所述第一部分與所述第二部分藉由所述光阻圖案分隔開來。
如請求項1所述的指紋感測模組的製造方法，其中：所述光阻圖案藉由曝光製程和第一顯影製程形成，所述圖案化平坦層藉由所述曝光製程和不同於所述第一顯影製程的第二顯影製程移除。
如請求項8所述的指紋感測模組的製造方法，其中所述曝光製程所使用的光線未曝照於所述光阻材料層的所述部分以及所述光阻材料層的所述部分下方的所述平坦層的所述部分。
如請求項1所述的指紋感測模組的製造方法，更包括：在形成所述遮光層之前，於所述紅外線截止圖案上以及所述圖案化平坦層上形成附加平坦層。