JP2000194825A - Fingerprint sensor device - Google Patents

Fingerprint sensor device

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JP2000194825A
JP2000194825A JP10369246A JP36924698A JP2000194825A JP 2000194825 A JP2000194825 A JP 2000194825A JP 10369246 A JP10369246 A JP 10369246A JP 36924698 A JP36924698 A JP 36924698A JP 2000194825 A JP2000194825 A JP 2000194825A
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JP
Japan
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protective film
fingerprint sensor
film
flattened
sensor
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JP10369246A
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Japanese (ja)
Inventor
Motoyasu Yano
元康 矢野
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitive fingerprint sensor capable of generally improving surface strength without degrading the sensitivity of the sensor. SOLUTION: In this capacitive fingerprint sensor for sampling a fingerprint by sensing capacitance with a finger, the surface of a protective film 12 for covering a detection electrode 11 provided in a two-dimensional array shape on a sensor part is flattened. The flattening processing is performed by using resist etch-back, the application of spin-on glass and chemical mechanical grinding, etc. The height of the level difference of the surface of the flattened protective film 12 is made equal to or less than 30 nm. The thickness of the detection electrode 11 can be made equal to or less than 0.3 μm or the side face can be made into a gentle forward tapered shape.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、指紋センサー装
置に関し、特に、指との静電容量を感知することにより
指紋を採取する指紋センサー装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a fingerprint sensor device, and more particularly, to a fingerprint sensor device for sampling a fingerprint by sensing capacitance with a finger.

【0002】[0002]

【従来の技術】指紋センサーとしては、種々のタイプの
ものがあるが、精度、サイズ、製造の容易さ、コストな
どの面で最も優れているのは、図6に示すような、指先
の内側の表面をセンサー部に接触させ、指との静電容量
を感知することにより指紋を採取する容量型の指紋セン
サーである。
2. Description of the Related Art There are various types of fingerprint sensors. Among them, the most excellent in terms of accuracy, size, ease of manufacturing, cost, etc. are shown in FIG. This is a capacitive fingerprint sensor that contacts the surface of the sensor with a sensor unit and senses a capacitance with a finger to collect a fingerprint.

【0003】従来、この容量型の指紋センサーとして
は、図7に示すように、信号検出回路などが形成された
チップ状のシリコン(Si)基板101上の層間絶縁膜
102上に検出電極103を二次元アレイ状に設け、こ
れらの検出電極103を覆うように保護膜104を設け
たものが知られており(例えば、米国特許第53254
42号)、標準的なCMOSプロセスを用いて製造され
ている(1998 ISSCCC SA17.7) 。この指紋センサーの全
体構成は例えば図8に示すようになっている。
Conventionally, as a capacitive fingerprint sensor, as shown in FIG. 7, a detection electrode 103 is formed on an interlayer insulating film 102 on a chip-like silicon (Si) substrate 101 on which a signal detection circuit and the like are formed. It is known to provide a two-dimensional array and provide a protective film 104 so as to cover these detection electrodes 103 (for example, US Pat. No. 53254).
No. 42), manufactured using a standard CMOS process (1998 ISSCCC SA17.7). The overall configuration of this fingerprint sensor is, for example, as shown in FIG.

【0004】図9にこの指紋センサーの具体的な構造の
一例を示す。図9に示すように、この指紋センサーにお
いては、Si基板201の表面に素子間分離用のフィー
ルド絶縁膜202が選択的に設けられている。符号20
3はゲート絶縁膜、204はゲート電極、205はソー
ス領域、206はドレイン領域を示し、これらによりM
OSトランジスタが形成されている。これらの表面に層
間絶縁膜207が設けられ、その上に一層目の金属膜に
より形成された金属配線208、209が設けられてい
る。これらの金属配線208、209は、層間絶縁膜2
07に形成されたコンタクトホール207a、207b
を通じてそれぞれソース領域205およびドレイン領域
206にコンタクトしている。これらの金属配線20
8、209を覆うように層間絶縁膜210が設けられ、
その上に二層目の金属膜により形成された検出電極21
1が設けられている。この検出電極211は、層間絶縁
膜210に形成されたコンタクトホール210aを通じ
て金属配線209に接続されている。この検出電極21
1を覆うように、保護膜(オーバーパッシベーション
膜)212が設けられている。
FIG. 9 shows an example of a specific structure of the fingerprint sensor. As shown in FIG. 9, in this fingerprint sensor, a field insulating film 202 for element isolation is selectively provided on the surface of a Si substrate 201. Code 20
3 indicates a gate insulating film, 204 indicates a gate electrode, 205 indicates a source region, and 206 indicates a drain region.
An OS transistor is formed. On these surfaces, an interlayer insulating film 207 is provided, on which metal wirings 208 and 209 formed of a first-layer metal film are provided. These metal wirings 208 and 209 are formed on the interlayer insulating film 2.
07 contact holes 207a and 207b
Through contact with the source region 205 and the drain region 206, respectively. These metal wirings 20
8, 209 are provided to cover the interlayer insulating film 210;
A detection electrode 21 formed thereon by a second-layer metal film
1 is provided. The detection electrode 211 is connected to the metal wiring 209 through a contact hole 210a formed in the interlayer insulating film 210. This detection electrode 21
1, a protective film (overpassivation film) 212 is provided.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
た従来の指紋センサーの問題点の一つは、チップ表面が
露出した状態で使用されるため、その機械的強度をいか
に確保するかである。通常、保護膜212としては、厚
さ1μm程度のSiN膜などの絶縁膜が用いられる。こ
の保護膜212の厚さを厚くすることにより表面の機械
的強度は改善されるが、厚くしすぎるとセンサーの感度
が劣化してしまう。
One of the problems of the conventional fingerprint sensor configured as described above is that it is used in a state where the chip surface is exposed. is there. Usually, as the protective film 212, an insulating film such as a SiN film having a thickness of about 1 μm is used. By increasing the thickness of the protective film 212, the mechanical strength of the surface is improved, but if it is too thick, the sensitivity of the sensor deteriorates.

【0006】一方、図9に示すように、保護膜212の
表面には、その下のフィールド絶縁膜202、金属配線
208、209、検出電極211などの形状を反映して
大きな段差が存在している。例えば、検出電極211は
通常、厚さ0.6〜1μm程度のAl膜により形成され
るが、保護膜212の表面には少なくともこの程度の凹
凸が存在している。本発明者の知見によれば、この段差
により、指紋採取時にセンサー部の保護膜212の表面
に指先の表面を接触させた場合、保護膜212が破壊さ
れやすいという問題があった。
On the other hand, as shown in FIG. 9, a large step exists on the surface of the protective film 212 reflecting the shapes of the field insulating film 202, the metal wirings 208 and 209, the detection electrode 211 and the like thereunder. I have. For example, the detection electrode 211 is usually formed of an Al film having a thickness of about 0.6 to 1 μm, but the surface of the protective film 212 has at least such irregularities. According to the findings of the present inventor, when the surface of the fingertip is brought into contact with the surface of the protective film 212 of the sensor unit at the time of fingerprint collection, the step has a problem that the protective film 212 is easily broken.

【0007】この問題を図10を参照してより詳細に説
明する。すなわち、図10に示すように、指紋センサー
の保護膜212の表面に物体Aが接触する場合、それに
より保護膜212の表面に加わる力Fは、表面に対して
垂直となる場合よりも、ある程度斜め方向になる場合が
一般的であると考えられる。いま、保護膜212の表面
に立てた法線に対して角度θの方向に力Fが加わった場
合を想定すると、Fは表面に垂直な力Fy =Fcosθ
と、表面に平行な力Fx =Fsinθとに分解されるた
め、表面に加わる力はFy のみであり、表面に力を加え
ている物体Aは表面上をスライドする。
This problem will be described in more detail with reference to FIG. That is, as shown in FIG. 10, when the object A comes into contact with the surface of the protective film 212 of the fingerprint sensor, the force F applied to the surface of the protective film 212 is more to a certain degree than when it is perpendicular to the surface. It is generally considered that the direction is oblique. Now, assuming that a force F is applied in a direction of an angle θ with respect to a normal set on the surface of the protective film 212, F is a force F y = Fcos θ perpendicular to the surface.
And a force F x = F sin θ parallel to the surface, the only force applied to the surface is F y , and the object A applying a force to the surface slides on the surface.

【0008】この保護膜212の表面上での物体Aのス
ライドは、この保護膜212の表面に存在する段差の部
分で止まり、この部分に外部からの力Fが全て加わる。
このため、この段差の部分に機械的な応力が集中し、保
護膜212の破壊が起きやすかった。
The sliding of the object A on the surface of the protective film 212 stops at the step existing on the surface of the protective film 212, and all the external force F is applied to this portion.
For this reason, mechanical stress is concentrated on the step, and the protective film 212 is easily broken.

【0009】したがって、この発明の目的は、センサー
の感度を劣化させることなく、全般的に表面強度の大幅
な向上を図ることができる指紋センサー装置を提供する
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a fingerprint sensor device capable of greatly improving the overall surface strength without deteriorating the sensitivity of the sensor.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第1の発明は、指との静電容量を感知す
ることにより指紋を採取する指紋センサー装置におい
て、センサー部の保護膜の表面が平坦化処理されている
ことを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fingerprint sensor device for sampling a fingerprint by sensing a capacitance between the finger and a finger. The surface of the film is flattened.

【0011】この第1の発明において、平坦化処理の方
法としては、基本的にはどのような方法を用いてもよい
が、例えば、保護膜を成膜し、この保護膜上にレジスト
をその表面が平坦となるように塗布した後、エッチバッ
クを行うことにより保護膜の表面を平坦化したり、保護
膜としてスピンオンガラスを塗布することにより保護膜
の表面を平坦化したり、保護膜を成膜した後、保護膜を
化学機械研磨法を用いて研磨することにより保護膜の表
面を平坦化したりすることができる。このような平坦化
処理により、保護膜の表面の段差の高さを十分に小さ
く、例えば30nm以下にすることができる。保護膜の
表面の平坦化処理の方法としては、保護膜の直ぐ下にあ
る検出電極の厚さを十分に薄く、例えば0.3μm以下
の厚さにしたり、検出電極の側面をウエットエッチング
などにより順テーパ形状にしてもよい。
In the first aspect of the present invention, any method may be basically used for the planarization process. For example, a protective film is formed, and a resist is formed on the protective film. After applying so that the surface becomes flat, the surface of the protective film is flattened by performing etch back, or the surface of the protective film is flattened by applying spin-on glass as the protective film, or the protective film is formed. After that, the surface of the protective film can be planarized by polishing the protective film using a chemical mechanical polishing method. By such a flattening process, the height of the step on the surface of the protective film can be made sufficiently small, for example, 30 nm or less. As a method of flattening the surface of the protective film, the thickness of the detection electrode immediately below the protective film is sufficiently thin, for example, 0.3 μm or less, or the side surface of the detection electrode is wet-etched. It may have a forward tapered shape.

【0012】この発明の第2の発明は、指との静電容量
を感知することにより指紋を採取する指紋センサー装置
において、センサー部の保護膜の表面の段差の高さが3
0nm以下であることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fingerprint sensor device for sampling a fingerprint by sensing the capacitance with a finger, wherein the height of the step on the surface of the protective film of the sensor portion is three.
0 nm or less.

【0013】上述のように構成されたこの発明の第1の
発明においては、センサー部の保護膜の表面が平坦化処
理されていることにより、表面の段差が存在しないか、
大幅に緩和されているため、指紋採取時などにおいてセ
ンサー部の保護膜の表面に外部から力が加わった場合に
破壊が起きにくくなり、スクラッチ強度だけでなく、全
般的に表面強度を大幅に向上させることができる。
In the first aspect of the present invention configured as described above, since the surface of the protective film of the sensor portion is flattened, there is no step on the surface.
Because it is greatly eased, it is difficult to break when force is applied to the surface of the protective film of the sensor part from outside at the time of fingerprint collection etc., and not only scratch strength but also overall surface strength is greatly improved Can be done.

【0014】また、この発明の第2の発明においては、
センサー部の保護膜の表面の段差の高さが30nm以下
であることにより、すなわち、表面の段差が実質的に存
在しないことにより、指紋採取時などにおいてセンサー
部の保護膜の表面に外部から力が加わった場合に破壊が
起きにくくなり、スクラッチ強度だけでなく、全般的に
表面強度を大幅に向上させることができる。
[0014] In a second aspect of the present invention,
When the height of the step on the surface of the protective film of the sensor unit is 30 nm or less, that is, when there is substantially no step on the surface, external force is applied to the surface of the protective film of the sensor unit when fingerprints are collected. When added, breakage is less likely to occur, and not only scratch strength but also overall surface strength can be significantly improved.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.

【0016】図1はこの発明の第1の実施形態による容
量型の指紋センサーを示し、二次元アレイ状に設けられ
た複数の検出電極の一つを含む要部の断面図である。こ
の指紋センサーの全体構成は例えば図8に示すものと同
様である。
FIG. 1 shows a capacitive fingerprint sensor according to a first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a main part including one of a plurality of detection electrodes provided in a two-dimensional array. The overall configuration of this fingerprint sensor is, for example, the same as that shown in FIG.

【0017】図1に示すように、この指紋センサーにお
いては、チップ状のSi基板1の表面に素子間分離用の
SiO2 膜からなるフィールド絶縁膜2が選択的に設け
られている。符号3は例えばSiO2 膜からなるゲート
絶縁膜、4は例えば不純物がドープされた多結晶Si膜
やポリサイド膜などからなるゲート電極、5はソース領
域、6はドレイン領域を示し、これらによりMOSトラ
ンジスタが形成されている。これらの表面に例えばSi
2 膜からなる層間絶縁膜7が設けられ、その上に一層
目の金属膜、例えばAl膜により形成された金属配線
8、9が設けられている。これらの金属配線8、9は、
層間絶縁膜7に形成されたコンタクトホール7a、7b
を通じてそれぞれソース領域5およびドレイン領域6に
コンタクトしている。これらの金属配線8、9を覆うよ
うに例えばSiO2 膜からなる層間絶縁膜10が設けら
れ、その上に二層目の金属膜、例えばAl膜により形成
された検出電極11が設けられている。この検出電極1
1は、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホール1
0aを通じて金属配線9に接続されている。この検出電
極11を覆うように、例えばプラズマCVD法により成
膜されたSiN膜のような保護膜12が設けられてい
る。
As shown in FIG. 1, in this fingerprint sensor, a field insulating film 2 made of a SiO 2 film for element isolation is selectively provided on the surface of a chip-shaped Si substrate 1. Reference numeral 3 denotes a gate insulating film made of, for example, an SiO 2 film, 4 denotes a gate electrode made of, for example, an impurity-doped polycrystalline Si film or a polycide film, 5 denotes a source region, 6 denotes a drain region, and these are MOS transistors. Are formed. On these surfaces, for example, Si
An interlayer insulating film 7 made of an O 2 film is provided, on which are provided first-layer metal films, for example, metal wirings 8 and 9 formed of an Al film. These metal wirings 8 and 9 are
Contact holes 7a and 7b formed in interlayer insulating film 7
Are in contact with the source region 5 and the drain region 6, respectively. An interlayer insulating film 10 made of, for example, an SiO 2 film is provided so as to cover these metal wirings 8 and 9, and a detection electrode 11 formed of a second metal film, for example, an Al film is provided thereon. . This detection electrode 1
1 is a contact hole 1 formed in the interlayer insulating film 10
Oa is connected to the metal wiring 9. A protective film 12 such as a SiN film formed by, for example, a plasma CVD method is provided so as to cover the detection electrode 11.

【0018】この第1の実施形態においては、センサー
部の保護膜12の表面は平坦化処理されていて、その表
面の段差の高さは30nm以下になっている。また、検
出電極11の上の部分の保護膜12の厚さは、センサー
の感度の劣化を抑え、かつ、表面強度を十分に確保する
ことができる厚さに選ばれており、具体的には、例えば
1〜2μm程度に選ばれている。
In the first embodiment, the surface of the protective film 12 in the sensor section is flattened, and the height of the step on the surface is 30 nm or less. Further, the thickness of the protective film 12 above the detection electrode 11 is selected to be a thickness that can suppress the deterioration of the sensitivity of the sensor and ensure sufficient surface strength. For example, about 1 to 2 μm.

【0019】この保護膜12の表面の平坦化処理は、具
体的には、例えば次のような方法により行うことができ
る。すなわち、第1の方法では、保護膜12として例え
ばプラズマCVD法によりSiN膜を基板全面に成膜
し、このSiN膜上にスピンコート法などによりレジス
トをその表面が平坦となるように塗布した後、例えば反
応性イオンエッチング(RIE)法などを用いてエッチ
バックを行うことによりそのSiN膜の表面を平坦化す
る。第2の方法では、保護膜12として例えばスピンオ
ンガラス(Spin on Glass,SOG)を塗布することによ
りその表面を平坦化する。第3の方法では、保護膜12
として例えばプラズマCVD法によりSiN膜を基板全
面に成膜した後、このSiN膜を化学機械研磨(Chemic
al Mechanical Polishing,CMP)法を用いて研磨する
ことによりその表面を平坦化する。これらの方法により
実際に保護膜12の表面を平坦化した後の表面の様子を
図2に示す。
The flattening treatment of the surface of the protective film 12 can be specifically performed by the following method, for example. That is, in the first method, an SiN film is formed as the protective film 12 on the entire surface of the substrate by, for example, a plasma CVD method, and a resist is applied on the SiN film by a spin coating method or the like so that the surface becomes flat. For example, the surface of the SiN film is planarized by performing etch-back using, for example, a reactive ion etching (RIE) method. In the second method, the surface is flattened by applying, for example, spin on glass (SOG) as the protective film 12. In the third method, the protective film 12
After forming a SiN film over the entire surface of the substrate by, for example, a plasma CVD method, the SiN film is subjected to chemical mechanical polishing (Chemic
The surface is flattened by polishing using an al mechanical polishing (CMP) method. FIG. 2 shows the state of the surface after the surface of the protective film 12 is actually flattened by these methods.

【0020】以上のように、この第1の実施形態によれ
ば、センサー部の保護膜12の表面が平坦化処理され、
その表面の段差の高さが30nm以下になっていること
により、センサー部の保護膜12の機械的な破壊を有効
に防止することができる。すなわち、図3に示すよう
に、この保護膜12の表面に物体Aが接触したときに加
わるFは、図10に示す場合と同様にFx とFy とに分
解されるが、この場合、保護膜12の表面が平坦化され
ていて実質的に段差が存在しないため、物体Aはその先
端が引っ掛かることなく、いつまでも表面上をスライド
し、物体Aはθが大きくなる方向に回転する。その結
果、保護膜12の表面に加わる力Fy (=Fcosθ)
はどんどん小さくなっていく。このため、保護膜12の
表面の強度を大幅に改善することができる。しかも、保
護膜12の厚さを厚くしないで済むので、センサーの感
度の劣化を防止することができる。また、保護膜12を
形成した後にその表面を平坦化処理するだけでよいの
で、プロセス的に簡単であり、製造コストの増加はほと
んど生じない。以上により、製造コストの増加を最小限
に抑えつつ、しかもセンサーの感度を損なうことなく、
スクラッチ強度だけでなく、全般的に指紋センサーの表
面強度を大幅に向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment, the surface of the protective film 12 in the sensor section is flattened,
When the height of the step on the surface is 30 nm or less, mechanical destruction of the protective film 12 in the sensor portion can be effectively prevented. That is, as shown in FIG. 3, F added when the object A comes into contact with the surface of the protective film 12 is decomposed into Fx and Fy as in the case shown in FIG. Since the surface of the protective film 12 is flattened and there is substantially no step, the object A slides on the surface forever without being caught at the tip, and the object A rotates in a direction in which θ increases. As a result, the force F y (= Fcos θ) applied to the surface of the protective film 12
Is getting smaller and smaller. Therefore, the strength of the surface of the protective film 12 can be significantly improved. In addition, since the thickness of the protective film 12 does not need to be increased, deterioration of the sensitivity of the sensor can be prevented. Further, since it is only necessary to planarize the surface after forming the protective film 12, the process is simple and the production cost hardly increases. As a result, while minimizing the increase in manufacturing cost, and without impairing the sensitivity of the sensor,
Not only the scratch strength but also the overall surface strength of the fingerprint sensor can be significantly improved.

【0021】図4はこの発明の第2の実施形態による容
量型の指紋センサーを示し、二次元アレイ状に設けられ
た複数の検出電極の一つを含む要部の断面図である。こ
の指紋センサーの全体構成は例えば図8に示すものと同
様である。
FIG. 4 shows a capacitive fingerprint sensor according to a second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a main part including one of a plurality of detection electrodes provided in a two-dimensional array. The overall configuration of this fingerprint sensor is, for example, the same as that shown in FIG.

【0022】図4に示すように、この指紋センサーにお
いては、フィールド絶縁膜2および層間絶縁膜7、10
のいずれの表面も平坦化処理されている。また、検出電
極11は厚さが0.3μm以下であり、しかもその側面
は基板表面に対して十分に小さな角度、例えば45°以
下の角度傾斜した順テーパ形状を有する。そして、この
検出電極11を覆うように保護膜12が設けられてい
る。ここで、検出電極11の側面を順テーパ形状にする
ためには、例えばAl膜を真空蒸着法やスパッタリング
法により基板全面に成膜した後、その上にリソグラフィ
ーによりレジストパターンを形成し、このレジストパタ
ーンをマスクとしてAl膜をウエットエッチングすれば
よい。その他のことは第1の実施形態による指紋センサ
ーと同様であるので、説明を省略する。
As shown in FIG. 4, in this fingerprint sensor, the field insulating film 2 and the interlayer insulating films 7, 10
Both surfaces are flattened. The detection electrode 11 has a thickness of 0.3 μm or less, and its side surface has a forward tapered shape inclined at a sufficiently small angle with respect to the substrate surface, for example, an angle of 45 ° or less. Then, a protective film 12 is provided so as to cover the detection electrode 11. Here, in order to form the side surface of the detection electrode 11 into a forward tapered shape, for example, an Al film is formed on the entire surface of the substrate by a vacuum evaporation method or a sputtering method, and a resist pattern is formed thereon by lithography. The Al film may be wet-etched using the pattern as a mask. The other points are the same as those of the fingerprint sensor according to the first embodiment, and the description is omitted.

【0023】この第2の実施形態によれば、フィールド
絶縁膜2および層間絶縁膜7、10のそれぞれの表面が
平坦化処理されていることに加えて、検出電極11の厚
さが0.3μm以下と十分に薄く、しかもその側面は傾
斜の緩やかな順テーパ形状になっていることにより、保
護膜12の表面は平坦化されており、その表面には段差
がほとんど存在しない。このため、指紋採取時などにお
いて外部から保護膜12の表面に加わる力が小さくな
り、保護膜12の表面の強度を大幅に改善することがで
きる。しかも、保護膜12の厚さを厚くしないで済むの
で、センサーの感度の劣化を防止することができる。以
上により、センサーの感度を損なうことなく、スクラッ
チ強度だけでなく、全般的に指紋センサーの表面強度を
大幅に向上させることができる。
According to the second embodiment, the surfaces of the field insulating film 2 and the interlayer insulating films 7, 10 are flattened, and the thickness of the detecting electrode 11 is 0.3 μm. The surface of the protective film 12 is flattened, and the surface thereof has almost no step due to the fact that the side surface has a forward tapered shape with a gentle slope. For this reason, the force applied to the surface of the protective film 12 from the outside during fingerprint collection or the like is reduced, and the strength of the surface of the protective film 12 can be significantly improved. In addition, since the thickness of the protective film 12 does not need to be increased, deterioration of the sensitivity of the sensor can be prevented. As described above, not only the scratch strength but also the overall surface strength of the fingerprint sensor can be significantly improved without impairing the sensitivity of the sensor.

【0024】ここで、容量型の指紋センサーにより検出
される容量値のうち指紋の凹凸による信号成分の割合と
保護膜の比誘電率および厚さとの関係について検討す
る。いま、図5に示すように、Si基板上に層間絶縁膜
が設けられ、その上に検出電極が設けられ、この検出電
極を覆うように保護膜が設けられた構造を考える。層間
絶縁膜の厚さ、検出電極上の保護膜の厚さおよび保護膜
の表面と指の表面との間の隙間(空気層)の厚さをそれ
ぞれdx 、dy およびdz 、Si基板と検出電極との間
の容量値、保護膜の容量値および空気層の容量値をそれ
ぞれCx 、Cy およびCz 、層間絶縁膜の比誘電率をε
x 、保護膜の比誘電率をεy とする。
Here, the relationship between the ratio of the signal component due to the unevenness of the fingerprint in the capacitance value detected by the capacitance type fingerprint sensor and the relative dielectric constant and thickness of the protective film will be examined. Now, as shown in FIG. 5, consider a structure in which an interlayer insulating film is provided on a Si substrate, a detection electrode is provided thereon, and a protective film is provided so as to cover the detection electrode. The thickness of the interlayer insulating film, a thickness of the respective d x of the gap between the thickness and the surface and finger surfaces of the protective film of the protective film on the detection electrode (air layer), d y and d z, Si substrate C x , C y, and C z , respectively, and the relative dielectric constant of the interlayer insulating film as ε.
x , and the relative dielectric constant of the protective film is ε y .

【0025】図5より、指紋採取時に検出される容量値
out は、 Cout =Cx +Cy z /(Cy +Cz ) である。
As shown in FIG. 5, the capacitance value C out detected at the time of fingerprint collection is C out = C x + C y C z / (C y + C z ).

【0026】検出される容量値Cout が最大になるのは
z =0(Cz →∞)の時で、この時の容量値Cout (m
ax)は、 Cout (max)=Cx +Cy である。
The detected capacitance value C out becomes maximum when d z = 0 (C z → ∞). At this time, the capacitance value C out (m
ax) is C out (max) = C x + C y .

【0027】検出される容量値Cout が最小になるのは
z →大(Cz →0)の時で、この時の容量値Cout (m
in)は、 Cout (min)=Cx である。
The detected capacitance value C out becomes minimum when d z → large (C z → 0), and the capacitance value C out (m
in) is C out (min) = C x .

【0028】したがって、検出される容量値のうち指紋
の凹凸による信号成分の割合は、 {Cout (max)−Cout (min)}/Cout (max)=Cy
/(Cx +Cy ) となる。この割合が大きいほど、指紋センサーの感度が
高く、有利である。
Therefore, the ratio of the signal component due to the unevenness of the fingerprint in the detected capacitance value is {C out (max) −C out (min)} / C out (max) = C y
/ (C x + C y ). The greater the ratio, the higher the sensitivity of the fingerprint sensor, which is advantageous.

【0029】Cx 、Cy は、検出電極の面積をSとする
と、 Cx =ε0 εx S/dxy =ε0 εy S/dy のように表される。ただし、ε0 は真空の誘電率で、ε
0 =8.85×10-12[F/m]である。
[0029] C x, C y is the area of the detection electrode when the S, are expressed as C x = ε 0 ε x S / d x C y = ε 0 ε y S / d y. Where ε 0 is the dielectric constant of vacuum and ε 0
0 = 8.85 × 10 −12 [F / m]

【0030】いま、一例として、検出電極の面積SをS
=80[μm]×80[μm]=6400[μm2 ]と
し、層間絶縁膜の材料をSiO2 (εx =3.90)と
し、保護膜の材料をSiO2 (εy =3.90)、プラ
ズマCVD法により成膜されたSiO(εy =4.1
0)、プラズマCVD法により成膜されたSiN(εy
=7.5)の三種類に変えたときの、検出される容量値
のうち指紋の凹凸による信号成分の割合Cy /(Cx
y )を計算した結果を下に示す。
Now, as an example, let the area S of the detection electrode be S
= 80 [μm] × 80 [μm] = 6400 [μm 2 ], the material of the interlayer insulating film is SiO 2x = 3.90), and the material of the protective film is SiO 2y = 3.90). ), SiO (ε y = 4.1) formed by plasma CVD.
0), a SiN film formed by plasma CVD (ε y
= 7.5), the ratio C y / (C x +) of the signal component due to the unevenness of the fingerprint in the detected capacitance value when changing to three types.
The result of calculating C y ) is shown below.

【0031】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− εx x x εy y y y /(Cx +Cy ) [μm][fF] [μm][fF] [%] −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 3.90 1.60 138.06 3.90 1.00 220.90 61.54 3.90 1.60 138.06 3.90 2.00 110.45 44.44 3.90 1.60 138.06 3.90 3.00 73.63 34.78 3.90 1.60 138.06 3.90 4.00 55.22 28.57 3.90 1.60 138.06 4.10 1.00 232.22 62.72 3.90 1.60 138.06 4.10 2.00 116.11 45.68 3.90 1.60 138.06 4.10 3.00 77.41 35.93 3.90 1.60 138.06 4.10 4.00 58.06 29.60 3.90 1.60 138.06 7.50 1.00 424.80 75.47 3.90 1.60 138.06 7.50 2.00 212.40 60.61 3.90 1.60 138.06 7.50 3.00 141.60 50.63 3.90 1.60 138.06 7.50 4.00 106.20 43.48 3.90 1.60 138.06 10.00 1.00 566.40 80.40 3.90 1.60 138.06 10.00 2.00 283.20 67.23 3.90 1.60 138.06 10.00 3.00 188.80 57.76 3.90 1.60 138.06 10.00 4.00 141.60 50.63 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 指先の表面の乾燥具合など、指紋採取時の諸条件によっ
ても異なるが、指紋パターンの検出をより高精度で行う
観点からは、一般的にはCy /(Cx +Cy )≧0.2
5(25[%])になるように設計され、好適には、C
y /(Cx +Cy )≧0.50(50[%])になるよ
うに設計される。
[0031] ---------------------------------- ε x d x C x ε y d y C y C y / (C x + C y ) [μm] [fF] [μm] [fF] [%] −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− -------------------- 1.60 138.06 4.10 3.00 77.41 35.93 3.90 1.60 138.06 4.10 4.00 58.06 29.60 3.90 1.60 138.06 7.50 1.00 424.80 75.47 3.90 1.60 138.06 7.50 2.00 212.40 60.61 3.90 1.60 138.06 7.50 3.00 141.60 50.63 3.90 1.60 138.60 1.90 1.60 138.60 1.90 1.60 138.60 1.90 1.00 138.06 10.00 2.00 283.20 67.23 3.90 1.60 138.06 10.00 3.00 188.80 57.76 3.90 1.60 138.06 10.00 4.00 141.60 50.63 −−−− ---------------------------------------------------------- From the viewpoint of performing pattern detection with higher accuracy, generally, C y / (C x + C y ) ≧ 0.2
5 (25 [%]), and preferably C
It is designed so that y / (C x + C y ) ≧ 0.50 (50 [%]).

【0032】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.

【0033】例えば、上述の第1および第2の実施形態
において挙げた数値、材料、構造などはあくまでも例に
過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構
造などを用いてもよい。
For example, the numerical values, materials, structures, and the like described in the first and second embodiments are merely examples, and different numerical values, materials, structures, and the like may be used as necessary. .

【0034】また、例えば、上述の第1の実施形態にお
いて、フィールド絶縁膜2および層間絶縁膜7、10の
それぞれの表面を平坦化処理したり、あるいは、検出電
極11の厚さを0.3μm以下にしたり、あるいは、検
出電極11の側面を傾斜の緩やかな順テーパ形状にした
りしてもよい。
In the first embodiment, for example, the surfaces of the field insulating film 2 and the interlayer insulating films 7, 10 are flattened, or the thickness of the detecting electrode 11 is set to 0.3 μm. Alternatively, the side surface of the detection electrode 11 may have a forward tapered shape with a gentle slope.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、センサー部の保護膜の表面が平坦化処理されてお
り、あるいは、センサー部の保護膜の表面の段差の高さ
が30nm以下であることにより、センサーの感度を劣
化させることなく、全般的に表面強度の向上を図ること
ができる。
As described above, according to the present invention, the surface of the protective film of the sensor is flattened, or the height of the step on the surface of the protective film of the sensor is 30 nm or less. In some cases, the surface strength can be generally improved without deteriorating the sensitivity of the sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施形態による容量型の指紋
センサーの要部を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a main part of a capacitive fingerprint sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1の実施形態による容量型の指紋
センサーの要部を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a main part of the capacitive fingerprint sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第1の実施形態による容量型の指紋
センサーの利点を説明するための略線図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an advantage of the capacitive fingerprint sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】この発明の第2の実施形態による容量型の指紋
センサーの要部を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a main part of a capacitive fingerprint sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図5】この発明による容量型の指紋センサーにより検
出される容量値のうち指紋の凹凸による信号成分の割合
を説明するための略線図である。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a ratio of a signal component due to unevenness of a fingerprint in a capacitance value detected by a capacitance type fingerprint sensor according to the present invention.

【図6】容量型の指紋センサーの使用方法を説明するた
めの略線図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining how to use a capacitive fingerprint sensor.

【図7】従来の容量型の指紋センサーの要部を示す略線
図である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a main part of a conventional capacitive fingerprint sensor.

【図8】従来の容量型の指紋センサーの全体構成を示す
略線図である。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an entire configuration of a conventional capacitive fingerprint sensor.

【図9】従来の容量型の指紋センサーの要部を示す断面
図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a main part of a conventional capacitive fingerprint sensor.

【図10】従来の容量型の指紋センサーの課題を説明す
るための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a problem of a conventional capacitive fingerprint sensor.

【符号の説明】 1・・・Si基板、7、10・・・層間絶縁膜、11・
・・検出電極、12・・・保護膜
[Description of Signs] 1 ... Si substrate, 7, 10 ... Interlayer insulating film, 11
..Detection electrodes, 12 ... Protective films

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 指との静電容量を感知することにより指
紋を採取する指紋センサー装置において、 センサー部の保護膜の表面が平坦化処理されていること
を特徴とする指紋センサー装置。
1. A fingerprint sensor device for collecting a fingerprint by sensing a capacitance with a finger, wherein a surface of a protective film of a sensor portion is flattened.
【請求項2】 上記保護膜を成膜し、上記保護膜上にレ
ジストをその表面が平坦となるように塗布した後、エッ
チバックを行うことにより上記保護膜の表面を平坦化し
たことを特徴とする請求項1記載の指紋センサー装置。
2. The method according to claim 1, wherein the protective film is formed, a resist is applied on the protective film so that the surface is flat, and then the surface of the protective film is flattened by performing etch back. The fingerprint sensor device according to claim 1, wherein
【請求項3】 上記保護膜としてスピンオンガラスを塗
布することにより上記保護膜の表面を平坦化したことを
特徴とする請求項1記載の指紋センサー装置。
3. The fingerprint sensor device according to claim 1, wherein the surface of the protective film is flattened by applying spin-on glass as the protective film.
【請求項4】 上記保護膜を成膜した後、上記保護膜を
化学機械研磨法を用いて研磨することにより上記保護膜
の表面を平坦化したことを特徴とする請求項1記載の指
紋センサー装置。
4. The fingerprint sensor according to claim 1, wherein after forming the protective film, the surface of the protective film is flattened by polishing the protective film using a chemical mechanical polishing method. apparatus.
【請求項5】 上記保護膜の直ぐ下にある検出電極の厚
さが0.3μm以下であることを特徴とする請求項1記
載の指紋センサー装置。
5. The fingerprint sensor device according to claim 1, wherein the thickness of the detection electrode immediately below the protective film is 0.3 μm or less.
【請求項6】 上記保護膜の直ぐ下にある検出電極の側
面が順テーパ形状になっていることを特徴とする請求項
1記載の指紋センサー装置。
6. The fingerprint sensor device according to claim 1, wherein a side surface of the detection electrode immediately below the protective film has a forward tapered shape.
【請求項7】 上記保護膜の表面の段差の高さが30n
m以下であることを特徴とする請求項1記載の指紋セン
サー装置。
7. The height of the step on the surface of the protective film is 30n.
The fingerprint sensor device according to claim 1, wherein m is equal to or less than m.
【請求項8】 指との静電容量を感知することにより指
紋を採取する指紋センサー装置において、 センサー部の保護膜の表面の段差の高さが30nm以下
であることを特徴とする指紋センサー装置。
8. A fingerprint sensor device for collecting a fingerprint by sensing a capacitance with a finger, wherein a height of a step on a surface of a protective film of a sensor portion is 30 nm or less. .
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