JP2001324303A - Surface shape recognition device - Google Patents

Surface shape recognition device

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JP2001324303A
JP2001324303A JP2000171808A JP2000171808A JP2001324303A JP 2001324303 A JP2001324303 A JP 2001324303A JP 2000171808 A JP2000171808 A JP 2000171808A JP 2000171808 A JP2000171808 A JP 2000171808A JP 2001324303 A JP2001324303 A JP 2001324303A
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capacitance
electrode
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Tomoshi Shigematsu
智志 重松
Katsuyuki Machida
克之 町田
Oku Kuraki
億 久良木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the reliability of a surface shape recognition device for recognizing a minute surface shape such as unevenness of a fingerprint by using a capacitance-type sensor. SOLUTION: This device has a plurality of sensor electrodes 105 disposed on an interlayer insulation film on a substrate and insulated/separated from each other, passivation films 107 made of a dielectric and disposed to cover upper surfaces and side surfaces of the respective sensor electrodes on the insulation film, and capacitance detection circuits 200 for detecting capacitance formed between the sensor electrodes and a surface of an object of recognition standing opposite to the sensor electrodes when the object of recognition touches a surface of the passivation film. This device is further provided with earth electrodes 106 as a means for causing static electricity on the passivation films to pass therethrough, or provided, in addition to the earth electrodes, with electrostatic protection elements Q4, Q5 between the sensor electrodes and the detection circuits.

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】本発明は、表面形状認識装置
に関し、特に人間の指紋や動物の鼻紋などの微細な凹凸
を認識する表面形状認識装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape recognizing device, and more particularly to a surface shape recognizing device for recognizing minute irregularities such as human fingerprints and animal nose prints.

【0002】[0002]

【従来の技術】情報化社会の進展と現代社会の環境にお
いて、セキュリティ技術への関心が高まっている。例え
ば、情報化社会では、電子現金化などのシステム構築の
ための本人認証技術が、重要な鍵となってきる。また、
盗難やカードの不正使用の防御策のための認証技術につ
いても研究開発が活発になっているのが実情である(例
えば、清水良真他、個人認証付き機能付きICカードに
関する一検討、信学技報、Technical report of IEICE,
OFS92-32,p25-30(1992))。
2. Description of the Related Art In the progress of the information society and the environment of the modern society, interest in security technology is increasing. For example, in the information-oriented society, personal authentication technology for system construction such as electronic cash is becoming an important key. Also,
In fact, research and development are also being actively conducted on authentication technologies for protection against theft and unauthorized use of cards (for example, Yoshimasa Shimizu et al., A study on IC cards with functions with personal authentication, IEICE Technical report of IEICE,
OFS92-32, p25-30 (1992)).

【0003】このような、不正使用防御策のための認証
方式には、指紋や声紋などを利用したものが種々ある
が、中でも、指紋認証技術については、これまで多くの
技術開発がなされている。指紋の認証方式は、光学的な
読み取り方式と人間の電気特性を利用して指紋の凹凸を
電気信号に置き換えて検出する方式とに大別される。光
学的に読み取る方式は、主に光の反射とCCDイメージ
センサを用い、指紋を光学像データとして取り込み、照
合を行う方式である(特開昭61−221883号公
報)。
[0003] There are various authentication methods using fingerprints and voice prints as such authentication methods for preventing unauthorized use. Among them, many fingerprint authentication technologies have been developed. . Fingerprint authentication methods are roughly classified into an optical reading method and a method of detecting unevenness of a fingerprint by using electric characteristics of a human to replace the unevenness of the fingerprint with an electric signal. The optical reading method is a method in which a fingerprint is captured as optical image data by using light reflection and a CCD image sensor and collation is performed (Japanese Patent Laid-Open No. 61-221883).

【0004】他の方式として、指の指紋の圧力差を読み
取るために圧電薄膜を利用した方式も開発されている
(特開平5−61965号公報)。また、同じように、
皮膚の接触により生じる電気特性の変化を、電気信号の
分布に置き換えて指紋の形状を検出する方式として、感
圧シートを用いて抵抗変化量もしくは容量変化量による
認証方式が提案されている(特開平7−168930号
公報)。しかしながら、以上の技術において、まず、光
を用いた方式は小型化することが難しく、汎用的に用い
ることが困難であり、用途が限定されるという問題があ
る。次に、感圧シートなどを用いて指の凹凸を感知する
方式は、材料が特殊であることや加工性の難しさから、
実用化が難しく信頼性に乏しいことが考えられる。
As another method, a method using a piezoelectric thin film to read the pressure difference of a fingerprint of a finger has been developed (JP-A-5-61965). Similarly,
As a method of detecting the shape of a fingerprint by replacing the change in electrical characteristics caused by contact with the skin with the distribution of an electrical signal, an authentication method based on a resistance change amount or a capacitance change amount using a pressure-sensitive sheet has been proposed. Kaihei 7-168930). However, in the above-mentioned technologies, first, it is difficult to reduce the size of the system using light, it is difficult to use the system for general purposes, and there is a problem that the application is limited. Next, the method of detecting the unevenness of the finger using a pressure-sensitive sheet, etc., is difficult due to the special material and the difficulty of workability.
It is considered that practical application is difficult and reliability is poor.

【0005】一方、LSIの製造技術を用いて作製され
た容量型の指紋センサが開発されている(Marco Tartag
ni and Roberto Guerrieri,A 390dpi Live Fingerprint
Imager Based on Feedback Capacitive Sensing Schem
e,1997 IEEE InternationalSolid-State Circuits Conf
erence, p200-201(1997).)。これは、LSIチップ上
に2次元に配列された小さなセンサにより、帰還静電容
量方式を利用して皮膚の凹凸パターンを検出する方法で
ある。この容量型センサは、基本的にはLSI配線の最
上層にプレートを形成し、プレート上にパシベーション
膜を形成したものである。
On the other hand, a capacitive fingerprint sensor manufactured by using LSI manufacturing technology has been developed (Marco Tartag).
ni and Roberto Guerrieri, A 390dpi Live Fingerprint
Imager Based on Feedback Capacitive Sensing Schem
e, 1997 IEEE International Solid-State Circuits Conf
erence, p200-201 (1997)). This is a method in which a small sensor arranged two-dimensionally on an LSI chip detects a concave / convex pattern on the skin using a feedback capacitance method. This capacitive sensor basically has a plate formed on the uppermost layer of LSI wiring and a passivation film formed on the plate.

【0006】このセンサに指先が触れると、皮膚の表面
が第2のプレートとして機能し、空気からなる絶縁層で
隔離され、皮膚表面とプレートとの距離の違いでセンシ
ングを行うことにより指紋を検出するものである。な
お、この技術では、最上層に配置されるプレートの近傍
に参照用のプレートを配置し、この参照用のプレートと
の差分を実際のセンシングに用いるようにしている。こ
の構造は、従来の光学式に比較し、特殊なインターフェ
イスが不要なことや、小型化が可能なことが特徴であ
る。
When a fingertip touches the sensor, the surface of the skin functions as a second plate, is isolated by an insulating layer made of air, and detects a fingerprint by sensing the difference in distance between the skin surface and the plate. Is what you do. In this technique, a reference plate is arranged near a plate arranged on the uppermost layer, and a difference from the reference plate is used for actual sensing. This structure is characterized in that a special interface is not required and the size can be reduced as compared with the conventional optical type.

【0007】上記指紋センサは、原理的には、半導体基
板上にセンサ電極を形成し、センサ電極上にパシベーシ
ョン膜を形成したものであり、パシベーション膜を介し
て皮膚とセンサとの容量を検出し微細構造の凹凸を検出
する方法である。ここで従来の容量型の指紋センサにつ
いて図を参照して簡単に説明する。この容量型センサ
は、図10の断面図に示すように構成されている。ま
ず、LSI等の形成された半導体基板401の上に、下
層絶縁膜402を介して配線403が形成され、この上
に層間絶縁膜404が形成されている。
[0007] In principle, the fingerprint sensor has a sensor electrode formed on a semiconductor substrate and a passivation film formed on the sensor electrode, and detects the capacitance between the skin and the sensor via the passivation film. This is a method for detecting unevenness of a fine structure. Here, a conventional capacitive fingerprint sensor will be briefly described with reference to the drawings. This capacitive sensor is configured as shown in the sectional view of FIG. First, a wiring 403 is formed on a semiconductor substrate 401 on which an LSI or the like is formed via a lower insulating film 402, and an interlayer insulating film 404 is formed thereon.

【0008】また、層間絶縁膜404上には、例えば平
面形状が矩形のセンサ電極406が形成されている。こ
のセンサ電極406は、層間絶縁膜404に形成された
スルーホール内のプラグ405を介して配線403に接
続されている。層間絶縁膜404上に、センサ電極40
6を覆うように、パシベーション膜407が形成され、
センサ素子が構成されている。センサ素子は、図11の
平面図に示すように、隣り合うセンサ素子のセンサ電極
406が接触しないように、2次元的に複数配置されて
いる。
On the interlayer insulating film 404, for example, a sensor electrode 406 having a rectangular planar shape is formed. The sensor electrode 406 is connected to the wiring 403 via a plug 405 in a through hole formed in the interlayer insulating film 404. On the interlayer insulating film 404, the sensor electrode 40
6, a passivation film 407 is formed,
A sensor element is configured. As shown in the plan view of FIG. 11, a plurality of sensor elements are two-dimensionally arranged such that the sensor electrodes 406 of adjacent sensor elements do not contact.

【0009】つぎに、上記容量型センサの動作について
説明する。指紋検出のときは、まず、指紋検出対象の指
が、パシベーション膜407に接触する。このように、
指が接触すると、センサ電極406上では、パシベーシ
ョン膜407に触れた皮膚が電極として機能し、センサ
電極406との間で容量が形成される。この容量は、配
線403を介して検出される。ここで、指先の指紋は、
皮膚の凹凸により形成されているので、パシベーション
膜407に指を接触させた場合、電極としての皮膚と、
センサ電極406との距離は、指紋を形成している凸部
と凹部とで異なる。この距離の違いは、容量の違いとし
て検出されることになる。したがって、各々のセンサ電
極における異なる容量の分布を検出していけば、指紋の
凹凸の形状となる。このように、この容量型センサによ
り、皮膚の微細な凹凸状態を感知することができる。
Next, the operation of the capacitive sensor will be described. At the time of fingerprint detection, first, a finger whose fingerprint is to be detected contacts the passivation film 407. in this way,
When the finger comes into contact, on the sensor electrode 406, the skin that has touched the passivation film 407 functions as an electrode, and a capacitance is formed with the sensor electrode 406. This capacitance is detected via the wiring 403. Here, the fingerprint of the fingertip is
When the finger is brought into contact with the passivation film 407, the skin as an electrode is
The distance from the sensor electrode 406 differs between the convex portion and the concave portion forming the fingerprint. This difference in distance is detected as a difference in capacity. Therefore, if the distribution of different capacitances in each sensor electrode is detected, the fingerprint becomes uneven. Thus, the capacitive sensor can detect the fine unevenness of the skin.

【0010】このような容量型指紋センサは、従来の光
学式センサと比較して特殊なインターフェイスが不要で
あり、小型化が可能である。この容量型センサは、以下
に示す各部が集積化された集積回路(LSI)チップ上
に一体化して搭載することができる。すなわち、センサ
電極406の容量を検出する容量検出回路と、容量検出
回路の出力を入力して処理する処理回路と、照合のため
の指紋データが格納された記憶回路と、記憶回路の指紋
データと容量検出回路により検出され処理回路により処
理されたた指紋とを比較照合する比較照合回路とが集積
化された集積回路チップに、上述の容量型センサを搭載
することができる。このように、1つの集積回路チップ
上に構成することで、各ユニット間のデータ転送におけ
る情報の改竄などが困難になり、機密保持性能を向上さ
せることができる。なお、こうしたLSI製造技術を用
いた容量検出型センサは、例えば、’ISSCC DI
GEST OF TECHNICAL PAPERS’
FEBRUARY 1998 pp.284〜285
に記載されている。
Such a capacitive fingerprint sensor does not require a special interface as compared with a conventional optical sensor, and can be reduced in size. This capacitive sensor can be integrated and mounted on an integrated circuit (LSI) chip in which the following components are integrated. That is, a capacitance detection circuit that detects the capacitance of the sensor electrode 406, a processing circuit that receives and processes the output of the capacitance detection circuit, a storage circuit that stores fingerprint data for collation, and fingerprint data of the storage circuit. The above-described capacitive sensor can be mounted on an integrated circuit chip on which a comparison and collation circuit for comparing and collating with a fingerprint detected by the capacitance detection circuit and processed by the processing circuit is integrated. In this way, by forming the information on one integrated circuit chip, it becomes difficult to falsify information in data transfer between units, and it is possible to improve confidentiality retention performance. Note that a capacitance detection type sensor using such an LSI manufacturing technique is, for example, an 'ISSCC DI
GEST OF TECHNICAL PAPERS '
FEBRUARY 1998 pp. 284-285
It is described in.

【0011】図12は指の皮膚と電極との間に形成され
る静電容量を検出して、指紋の凹凸パターンを検出する
従来の容量検出回路の回路図である。図12において、
50は検出素子であり、接触した指の表面400とセン
サ電極406との間に形成される静電容量の値Cfを電
圧信号として出力するものである。容量検出回路500
は、信号発生回路510及び出力回路520等により構
成される。検出素子50のセンサ電極406は、NchM
OSトランジスタQ2を介し電流Iの電流源511の入
力側に接続されている。また、センサ電極406とトラ
ンジスタQ2との節点N1には、出力回路520の入力
側が接続されている。また、節点N1にはPchMOSト
ランジスタQ1を介して、電源電圧VDDが印加される。
この節点N1は寄生容量Cp0を有している。さらに、
トランジスタQ1,Q2のゲート端子にはそれぞれ信号
PRE(バー),REが印加される。ここで、電流源5
11とトランジスタQ2とにより信号発生回路510が
構成され、NchMOSトランジスタQ3とバイアス抵抗
Raとにより出力回路520が構成される。
FIG. 12 is a circuit diagram of a conventional capacitance detecting circuit for detecting an electrostatic capacitance formed between the skin of a finger and an electrode to detect an uneven pattern of a fingerprint. In FIG.
Reference numeral 50 denotes a detection element which outputs a capacitance value Cf formed between the contact surface 400 of the finger and the sensor electrode 406 as a voltage signal. Capacitance detection circuit 500
Is composed of a signal generation circuit 510, an output circuit 520, and the like. The sensor electrode 406 of the detection element 50 has NchM
It is connected to the input side of the current source 511 of the current I via the OS transistor Q2. The input side of the output circuit 520 is connected to a node N1 between the sensor electrode 406 and the transistor Q2. The power supply voltage VDD is applied to the node N1 via the PchMOS transistor Q1.
This node N1 has a parasitic capacitance Cp0. further,
Signals PRE (bar) and RE are applied to the gate terminals of the transistors Q1 and Q2, respectively. Here, the current source 5
11 and a transistor Q2 form a signal generation circuit 510, and an NchMOS transistor Q3 and a bias resistor Ra form an output circuit 520.

【0012】図12の容量検出回路500の動作を説明
する。はじめに、トランジスタQ1のゲート端子にはH
ighレベル(VDD)の信号PRE(バー)が与えら
れ、トランジスタQ2のゲート端子にはLowレベル
(GND)の信号REが与えられている。したがって、
このときトランジスタQ1,Q2はともに導通していな
い。この状態で信号PRE(バー)がHighレベルか
らLowレベルに変化すると、トランジスタQ1が導通
状態になる。このときトランジスタQ2は非導通状態の
ままであるから、節点N1の電位がVDDにプリチャージ
される。
The operation of the capacitance detection circuit 500 shown in FIG. 12 will be described. First, H is connected to the gate terminal of the transistor Q1.
The signal PRE (bar) at the high level (VDD) is supplied, and the signal RE at the low level (GND) is supplied to the gate terminal of the transistor Q2. Therefore,
At this time, both transistors Q1 and Q2 are not conducting. When the signal PRE (bar) changes from the high level to the low level in this state, the transistor Q1 is turned on. At this time, since the transistor Q2 is kept off, the potential of the node N1 is precharged to VDD.

【0013】プリチャージが終了した後、信号PRE
(バー)がHighレベルに変化すると同時に信号RE
がHighレベルに変化する。これによりトランジスタ
Q1が非導通状態に、トランジスタQ2が導通状態にな
り、電流源511により節点N1の充電電荷が引き抜か
れる。この結果、節点N1の電位が低下する。信号RE
をHighレベルにする期間をΔtとすると、Δt経過
後の節点N1の電位低下ΔVは ΔV=IΔt/(Cf+Cp0) (1) となる。ただし、Cfは静電容量の値である。
After the precharge is completed, the signal PRE
(Bar) changes to High level and the signal RE
Changes to a High level. As a result, the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned on, and the charge at the node N1 is extracted by the current source 511. As a result, the potential of the node N1 decreases. Signal RE
Is a High level, and Δt is the potential drop ΔV of the node N1 after the lapse of Δt. ΔV = IΔt / (Cf + Cp0) (1) Here, Cf is the value of the capacitance.

【0014】電流源511の電流I、期間Δt及び寄生
容量Cp0はそれぞれ一定であるから、電位低下ΔVは
静電容量値Cfによって決定される。この容量値Cfは
電極406と指の表面400との距離によって決まるの
で、指紋の凹凸によって容量400の値Cfが異なる。
このことから、指紋の凹凸を反映して低下電位ΔVの大
きさが変化する。この電位低下ΔVが入力信号として出
力回路520に供給されるので、出力回路520でΔV
が入力され、指紋の凹凸を反映した信号が出力される。
Since the current I of the current source 511, the period Δt, and the parasitic capacitance Cp0 are constant, the potential drop ΔV is determined by the capacitance value Cf. Since this capacitance value Cf is determined by the distance between the electrode 406 and the finger surface 400, the value Cf of the capacitance 400 differs depending on the unevenness of the fingerprint.
From this, the magnitude of the reduced potential ΔV changes reflecting the unevenness of the fingerprint. This potential drop ΔV is supplied to the output circuit 520 as an input signal.
Is input, and a signal reflecting the unevenness of the fingerprint is output.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た容量型センサは、指の皮膚等を電極として利用してい
るため、静電気を帯びている指が接触したときにこの静
電気により、容量型センサと一体となっているLSIが
静電破壊されやすく信頼性が低下するという問題があっ
た。即ち、通常、LSIを構成するMOSトランジスタ
は、ゲート端子に入力された信号に対して高感度で信号
を出力する特性を有している。このため、従来の容量検
出回路500では、センサ電極406に接続される節点
N1に直接出力回路520のMOSトランジスタQ3の
ゲート端子を接続し、前記節点に発生する微細な信号変
化ΔVを高感度で検出して出力するようにしている。
However, since the above-mentioned capacitive sensor uses the skin of the finger or the like as an electrode, when the electrostatically-charged finger comes into contact with the capacitive sensor, the capacitive sensor is not used. There has been a problem that the integrated LSI is easily damaged by static electricity and the reliability is reduced. That is, usually, the MOS transistor constituting the LSI has a characteristic of outputting a signal with high sensitivity to a signal input to the gate terminal. For this reason, in the conventional capacitance detection circuit 500, the gate terminal of the MOS transistor Q3 of the output circuit 520 is directly connected to the node N1 connected to the sensor electrode 406, and the minute signal change ΔV occurring at the node can be detected with high sensitivity. Detect and output.

【0016】しかし、MOSトランジスタのゲート酸化
膜は10nmと薄いため、その絶縁耐圧は100V程度
である。この絶縁耐圧を超える高電圧がゲート端子に入
力されるとゲート酸化膜は破壊されMOSトランジスタ
は動作不能になる。そのため、図12に示す従来の容量
検出回路は、指紋の凹凸などの表面形状を認識する際に
指などの認識対象物が静電気を帯びていた場合、この1
000V以上の静電気がセンサ電極406を介し出力回
路3内のMOSトランジスタQ3のゲート端子まで達
し、この結果、トランジスタQ3が破壊され、信頼性が
低下するという問題があった。したがって、本発明は、
容量型センサを用いて指紋の凹凸などの微細な表面形状
を認識する表面形状認識装置の信頼性を向上させること
を目的とする。
However, since the gate oxide film of the MOS transistor is as thin as 10 nm, its withstand voltage is about 100 V. When a high voltage exceeding this withstand voltage is input to the gate terminal, the gate oxide film is destroyed and the MOS transistor becomes inoperable. For this reason, the conventional capacitance detection circuit shown in FIG. 12 is configured such that when a recognition target object such as a finger is charged with static electricity when recognizing a surface shape such as unevenness of a fingerprint, this 1
Static electricity of 000 V or more reaches the gate terminal of the MOS transistor Q3 in the output circuit 3 via the sensor electrode 406, and as a result, the transistor Q3 is destroyed and reliability is reduced. Therefore, the present invention
An object of the present invention is to improve the reliability of a surface shape recognition device that recognizes a fine surface shape such as unevenness of a fingerprint using a capacitive sensor.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の表面形状認識装
置は、基板上の層間絶縁膜上に配置されかつ各々が絶縁
分離されている複数のセンサ電極(105)と、層間絶
縁膜上に前記各々のセンサ電極の上面および側面を各々
覆って配置されかつ誘電体からなるパシベーション膜
(107)と、認識対象物がパシベーション膜表面に接
触したときにセンサ電極とこれに対向する前記認識対象
物の表面との間に形成された静電容量を検出する容量検
出回路(200)と、パシベーション膜表面上の静電気
を通過させる静電気回避手段(106,Q4,Q5)と
を設けたものである。また、静電気回避手段を、センサ
電極と絶縁分離されて層間絶縁膜上に形成され、かつ一
部がパシベーション膜とともに1つの表面を形成するア
ース電極(106)として設けたものである。また、静
電気回避手段を、容量検出回路内のセンサ電極に接続さ
れる全ての回路の入力側に静電気保護素子として設けた
ものである。
A surface shape recognition apparatus according to the present invention comprises a plurality of sensor electrodes (105) arranged on an interlayer insulating film on a substrate and each of which is insulated and separated from each other. A passivation film (107), which is disposed over the top and side surfaces of each of the sensor electrodes and is made of a dielectric, and a sensor electrode and the recognition object facing the sensor electrode when the recognition object comes into contact with the surface of the passivation film And a capacitance detecting circuit (200) for detecting a capacitance formed between the surface of the passivation film and static electricity avoiding means (106, Q4, Q5) for passing static electricity on the surface of the passivation film. Further, the static electricity avoiding means is provided as an earth electrode (106) which is formed on the interlayer insulating film insulated from the sensor electrode and partially forms one surface together with the passivation film. Further, the static electricity avoiding means is provided as an electrostatic protection element on the input side of all the circuits connected to the sensor electrodes in the capacitance detecting circuit.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明に係る表面形状認
識装置の第1の実施の形態を示す要部断面図である。図
1において、本表面形状認識装置を構成するセンサチッ
プは、例えばシリコンからなる半導体基板101上の下
層絶縁膜102上に形成された層間絶縁膜104上に、
たとえば80μm角の複数のセンサ電極105と、格子
状のアース電極106とを備えるようにしている。ま
た、複数のセンサ電極105とアース電極106とを、
層間絶縁膜104表面で規定される同一平面上に配置す
るようにしている。なお、アース電極106は、センサ
電極105と同一平面上に配置する必要はない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a main part of a first embodiment of a surface shape recognition apparatus according to the present invention. In FIG. 1, a sensor chip constituting the present surface shape recognition device is provided on an interlayer insulating film 104 formed on a lower insulating film 102 on a semiconductor substrate 101 made of, for example, silicon.
For example, a plurality of 80 μm square sensor electrodes 105 and a grid-like ground electrode 106 are provided. Further, the plurality of sensor electrodes 105 and the ground electrode 106 are
They are arranged on the same plane defined by the surface of the interlayer insulating film 104. Note that the ground electrode 106 does not need to be arranged on the same plane as the sensor electrode 105.

【0019】アース電極106は、図2の平面図に示す
ように、アース電極106で構成している格子の升の中
央にセンサ電極105が配置されるようにし、かつセン
サ電極105とは絶縁分離された状態としている。アー
ス電極106は、例えばAuから構成し、層間絶縁膜1
04に接する底部からパシベーション膜107表面に露
出する頭部までの高さ、すなわち膜厚を3μm程度とし
た。したがって、パシベーション膜107の膜厚も、3
μm程度である。アース電極106の上面は、パシベー
ション膜107表面とともに1つの表面を形成し、本実
施の形態では、この表面を1つの平面としている。
As shown in the plan view of FIG. 2, the ground electrode 106 is arranged such that the sensor electrode 105 is disposed at the center of the grid formed by the ground electrode 106, and is insulated and separated from the sensor electrode 105. It is in the state that has been done. The ground electrode 106 is made of, for example, Au, and the interlayer insulating film 1
The height from the bottom in contact with 04 to the head exposed on the surface of the passivation film 107, that is, the film thickness was about 3 μm. Therefore, the thickness of the passivation film 107 is also 3
It is about μm. The upper surface of the ground electrode 106 forms one surface together with the surface of the passivation film 107, and in the present embodiment, this surface is one plane.

【0020】また、アース電極106は、層間絶縁膜1
04上に形成した配線106aで接地線が接続されるパ
ッド(基準電極)106bに導通させ、センサ電極10
5が形成される検出領域105a内では、層間絶縁膜1
04上だけに存在させた。本実施の形態では、アース電
極106を層間絶縁膜104上に接して形成するように
したが、これに限るものではない。アース電極106
は、パシベーション膜107表面より埋め込むように配
置し、アース電極106底部が層間絶縁膜104上面か
ら離れていてもよい。なお、パッド106bは、接地線
に接続するのではなく、所定の固定電位が与えられるよ
うにしてもよい。
The ground electrode 106 is formed on the interlayer insulating film 1.
In this case, the wiring 106a formed on the pad 104 is electrically connected to the pad (reference electrode) 106b to which the ground line is connected, and the sensor electrode 10
5 is formed in the detection region 105a where the interlayer insulating film 1 is formed.
04 only. In the present embodiment, the ground electrode 106 is formed in contact with the interlayer insulating film 104, but is not limited to this. Earth electrode 106
May be disposed so as to be buried from the surface of the passivation film 107, and the bottom of the ground electrode 106 may be separated from the upper surface of the interlayer insulating film 104. The pad 106b may be provided with a predetermined fixed potential instead of being connected to the ground line.

【0021】上記センサ電極105は、層間絶縁膜10
4上に形成されたパシベーション膜107で覆い、15
0μm間隔に複数個を備えるようにした。また、センサ
電極105は、例えばAuから構成し、膜厚1μm程度
に形成した。パシベーション膜107の膜厚は3μm程
度としたので、センサ電極105上には、パシベーショ
ン膜107が約2(=3−1)μm存在している。この
パシベーション膜107は、例えばポリイミドなどの比
誘電率が4.0程度の絶縁物から構成すればよい。
The sensor electrode 105 is formed on the interlayer insulating film 10
4 is covered with a passivation film 107 formed on
A plurality was provided at intervals of 0 μm. The sensor electrode 105 is made of, for example, Au and has a thickness of about 1 μm. Since the film thickness of the passivation film 107 is about 3 μm, the passivation film 107 has a thickness of about 2 (= 3-1) μm on the sensor electrode 105. The passivation film 107 may be made of an insulator such as polyimide having a relative dielectric constant of about 4.0.

【0022】上記下層絶縁膜102上には、センサ電極
105にスルーホールを介して接続する配線103を形
成するようにした。また、半導体基板101上には、指
等ががセンサに触れたときに指とセンサ電極105間に
形成される容量を検出する容量検出回路200を形成し
ている。この容量検出回路200は、前述した配線10
3などによりセンサ電極105に接続している。容量検
出回路200は、例えばセンサ電極105毎に用意さ
れ、センサ電極105と認識対象物の一部との間に形成
される容量を検出する。
On the lower insulating film 102, a wiring 103 connected to the sensor electrode 105 via a through hole is formed. Further, on the semiconductor substrate 101, a capacitance detection circuit 200 for detecting a capacitance formed between the finger and the sensor electrode 105 when a finger or the like touches the sensor is formed. This capacitance detection circuit 200 is connected to the wiring 10 described above.
3, etc., are connected to the sensor electrode 105. The capacitance detection circuit 200 is prepared, for example, for each sensor electrode 105, and detects a capacitance formed between the sensor electrode 105 and a part of the recognition target.

【0023】各容量検出回路200の出力OUTは、処
理回路300により処理され、この処理回路300の処
理により、各センサ電極105と、認識対象物である指
の表面間の静電容量(即ち、指の表面形状を示す後述の
指紋の凹凸)を濃淡に変換した画像データが生成され
る。容量検出回路200および処理回路300は、セン
サ電極105下の半導体基板101上に集積回路として
形成される。なお、容量検出回路200や処理回路30
0は、必ずしも半導体基板101上にモノリシックに集
積する必要はない。しかし、センサ電極105と容量検
出回路200や処理回路300は、なるべく近くに配置
した方が望ましい。
The output OUT of each capacitance detection circuit 200 is processed by the processing circuit 300, and by the processing of this processing circuit 300, the capacitance between each sensor electrode 105 and the surface of the finger to be recognized (that is, the capacitance) Image data is generated by converting a later-described fingerprint that indicates the surface shape of the finger (concavities and convexities of the fingerprint) into light and shade. The capacitance detection circuit 200 and the processing circuit 300 are formed as an integrated circuit on the semiconductor substrate 101 below the sensor electrode 105. The capacitance detection circuit 200 and the processing circuit 30
0 need not necessarily be monolithically integrated on the semiconductor substrate 101. However, it is desirable that the sensor electrode 105 and the capacitance detection circuit 200 or the processing circuit 300 be arranged as close as possible.

【0024】このように、第1の実施の形態では、認識
対象となる指などが認識のために接触するパシベーショ
ン膜107表面に、一部が露出したアース電極106を
設けるようにした。このことにより、パシベーション膜
107表面に指が接触したときに生じる静電気はアース
電極106に流れるようになり、層間絶縁膜104下に
配置された容量検出回路200への静電気の印加を抑制
できるようになる。このように、容量検出回路200
は、アース電極106により静電気の影響を受けにくく
なっているため、容量検出回路の信頼性が向上する。
As described above, in the first embodiment, the ground electrode 106, which is partially exposed, is provided on the surface of the passivation film 107 with which a finger or the like to be recognized contacts for recognition. As a result, static electricity generated when a finger contacts the surface of the passivation film 107 flows to the ground electrode 106, so that the application of static electricity to the capacitance detection circuit 200 disposed below the interlayer insulating film 104 can be suppressed. Become. Thus, the capacitance detection circuit 200
Is hardly affected by static electricity by the ground electrode 106, so that the reliability of the capacitance detection circuit is improved.

【0025】(第2の実施の形態)図3は第2の実施の
形態を示す図であり、表面形状認識装置を構成する容量
検出回路の回路図である。この容量検出回路200A
は、接触した人間の指などの認識対象物100とセンサ
電極105間の静電容量を検出するものであり、検出し
た静電容量値Cfに相当する電気量に応じた信号を発生
する信号発生回路210と、センサ電極105と信号発
生回路210との間の接続点の信号を検出して出力する
出力回路220等からなる。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment, and is a circuit diagram of a capacitance detection circuit constituting a surface shape recognition device. This capacitance detection circuit 200A
Is for detecting a capacitance between the recognition target object 100 such as a contacted human finger and the sensor electrode 105, and generates a signal corresponding to an electric quantity corresponding to the detected capacitance value Cf. The circuit 210 includes an output circuit 220 that detects and outputs a signal at a connection point between the sensor electrode 105 and the signal generation circuit 210, and the like.

【0026】図3において、検出素子1を構成するセン
サ電極105は、信号発生回路210内のNchMOSト
ランジスタQ2のドレイン端子に接続され、トランジス
タQ2のソース端子は電流値Iの電流源211の入力側
に接続される。また、センサ電極105とトランジスタ
Q2との節点N1には、PchMOSトランジスタQ4の
ソース端子が接続される。トランジスタQ4のドレイン
端子には、ソース端子に電源電圧VDDが印加されたPch
MOSトランジスタQ1のドレイン端子と、出力回路2
20の入力側が接続される。また、NchMOSトランジ
スタQ3とバイアス抵抗Raとにより出力回路200が
構成される。ここで、Cp0,Cp1は寄生容量であ
る。なお、上記トランジスタなどの素子は図1に示した
下層絶縁膜102下の半導体基板101上に形成され
る。また、上記各トランジスタなどの素子は、下層絶縁
膜102上の配線層により接続されて容量検出回路を構
成している。
In FIG. 3, a sensor electrode 105 constituting the detecting element 1 is connected to a drain terminal of an NchMOS transistor Q2 in a signal generating circuit 210, and a source terminal of the transistor Q2 is connected to an input side of a current source 211 having a current value I. Connected to. The source terminal of the PchMOS transistor Q4 is connected to a node N1 between the sensor electrode 105 and the transistor Q2. The drain terminal of the transistor Q4 is connected to the Pch with the power supply voltage VDD applied to the source terminal.
Drain terminal of MOS transistor Q1 and output circuit 2
20 inputs are connected. The output circuit 200 is constituted by the NchMOS transistor Q3 and the bias resistor Ra. Here, Cp0 and Cp1 are parasitic capacitances. Note that elements such as the transistor are formed on the semiconductor substrate 101 below the lower insulating film 102 shown in FIG. Elements such as the above transistors are connected by a wiring layer on the lower insulating film 102 to form a capacitance detection circuit.

【0027】さて以上のように構成された容量検出回路
200Aの動作について説明する。スタンバイ状態で
は、図3のトランジスタQ1のゲート端子にHighレ
ベル(VDD)の信号PRE(バー)が与えられ、トラン
ジスタQ2のゲート端子にはLowレベル(GND)の
信号REが与えられる。したがって、このときトランジ
スタQ1,Q2はともに非導通である。また、トランジ
スタQ4のゲート端子にはこのトランジスタQ4が導通
するように電位VGPが印加される。
Now, the operation of the capacitance detection circuit 200A configured as described above will be described. In the standby state, a high-level (VDD) signal PRE (bar) is applied to the gate terminal of the transistor Q1 in FIG. 3, and a low-level (GND) signal RE is applied to the gate terminal of the transistor Q2. Therefore, at this time, both transistors Q1 and Q2 are non-conductive. The potential VGP is applied to the gate terminal of the transistor Q4 so that the transistor Q4 conducts.

【0028】ここで、信号PRE(バー)がHighレ
ベルからLowレベルに変化すると、トランジスタQ1
が導通状態になる。このときトランジスタQ2は非導通
状態のままであり、したがって信号発生回路210は停
止状態にあるため、節点N2の電位がVDDにプリチャー
ジされる。また、節点N1もトランジスタQ4を介して
VDDにプリチャージされる。こうしてプリチャージが行
われた後、信号PRE(バー)をLowレベルからHi
ghレベルにしてトランジスタQ1を非導通状態にす
る。また、同時に信号REをLowレベルからHigh
レベルにしてトランジスタQ2を導通させる。これによ
り信号発生回路210が動作状態になり、信号発生回路
210の電流源211により節点N1,N2の充電電荷
が引き抜かれ、節点N1,N2の電位が低下する。
Here, when the signal PRE (bar) changes from High level to Low level, the transistor Q1
Becomes conductive. At this time, the transistor Q2 remains non-conductive, and thus the signal generation circuit 210 is stopped, so that the potential of the node N2 is precharged to VDD. The node N1 is also precharged to VDD via the transistor Q4. After the precharge is performed in this manner, the signal PRE (bar) is changed from the low level to the high level.
gh level to make the transistor Q1 non-conductive. At the same time, the signal RE is changed from the low level to the high level.
Level to make the transistor Q2 conductive. As a result, the signal generation circuit 210 enters an operation state, and the electric charges of the nodes N1 and N2 are drawn out by the current source 211 of the signal generation circuit 210, and the potentials of the nodes N1 and N2 decrease.

【0029】ここで、信号REをHighレベルに維持
する期間をΔtとすると、Δt後の節点N1,N2の電
圧低下ΔVは、 ΔV=I・Δt/(Cf+Cp0+Cp1) (2) となる。ここで、Cfは静電容量値、Cp0,Cp1は
各寄生容量値、Iは電流源211の電流値を示す。静電
容量Cfは、指の皮膚100とセンサ電極105との距
離により決まるため、指紋の凹凸に応じて容量値Cfは
異なる。また、電流値I及びCp0,Cp1の値は一定
であるため、式(2)において指紋の凹凸に応じて電圧
低下ΔVが変化する。この電圧低下ΔVが入力信号とし
て出力回路220に供給されることから、出力回路22
0でΔVが入力され、指紋の凹凸を反映した信号を出力
できる。
Here, assuming that the period during which the signal RE is maintained at the high level is Δt, the voltage drop ΔV at the nodes N1 and N2 after Δt is as follows: ΔV = I · Δt / (Cf + Cp0 + Cp1) (2) Here, Cf is a capacitance value, Cp0 and Cp1 are parasitic capacitance values, and I is a current value of the current source 211. Since the capacitance Cf is determined by the distance between the finger skin 100 and the sensor electrode 105, the capacitance value Cf differs according to the unevenness of the fingerprint. In addition, since the current value I and the values of Cp0 and Cp1 are constant, the voltage drop ΔV changes according to the unevenness of the fingerprint in Expression (2). Since this voltage drop ΔV is supplied to the output circuit 220 as an input signal, the output circuit 22
At 0, ΔV is input, and a signal reflecting the unevenness of the fingerprint can be output.

【0030】図3の容量検出回路では、トランジスタQ
4のソース端子を入力として検出素子1のセンサ電極1
05に接続している。ここで、図3の容量検出回路にお
いてトランジスタQ4部分の断面構造を模式的に示した
図を図4に示す。図4において、トランジスタQ4のゲ
ートに電圧VGPを有する電源が接続され、ソース端子に
節点N1、ドレイン端子に節点N2が接続されている。
トランジスタQ4のソース端子及びドレイン端子は半導
体としてp+の電気的極性を有しており、基板(または
ウェル)はnの極性を有している。このため節点N1に
は寄生のpnダイオードが接続されていることになる。
また、n極性の基板(またはウェル)は電源電位VDDに
接続されているため、寄生のpnダイオードはダイオー
ドD1として図5のように節点N1に接続されることに
なる。
In the capacitance detection circuit shown in FIG.
4 and the sensor terminal 1 of the detection element 1
05. Here, FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the transistor Q4 in the capacitance detection circuit of FIG. In FIG. 4, a power supply having a voltage VGP is connected to the gate of the transistor Q4, the node N1 is connected to the source terminal, and the node N2 is connected to the drain terminal.
The source terminal and the drain terminal of the transistor Q4 have p + electrical polarity as a semiconductor, and the substrate (or well) has n polarity. Therefore, a parasitic pn diode is connected to the node N1.
Since the n-polarity substrate (or well) is connected to the power supply potential VDD, the parasitic pn diode is connected to the node N1 as the diode D1 as shown in FIG.

【0031】このため、節点N1に高電圧が印加されて
もダイオードD1が導通状態になり保護回路として機能
する。また、pn接合はゲート酸化膜に対して絶縁破壊
電圧が充分に大きい。そのため節点N1に高い負電圧が
印加されてもトランジスタQ4は破壊されることがな
い。このように、検出素子1のセンサ電極105にMO
Sトランジスタのゲート端子を接続せずに、センサ電極
105にPchMOSトランジスタQ4を接続したことに
より、ソース端子と基板に寄生のpnダイオードが形成
され、これにより節点N1の絶縁破壊電圧が高められる
とともに、高電圧の印加に対し保護回路として機能す
る。したがって、静電気を帯びた指などがセンサに触れ
たときに図12に示す従来の容量検出回路のようにその
高電圧の静電気がセンサ電極105を介し出力回路22
0内のMOSトランジスタQ3のゲート端子に達して、
トランジスタQ3が破壊されるようなことが防止され、
容量検出回路200Aを含む処理回路300の信頼性が
向上する。
For this reason, even if a high voltage is applied to the node N1, the diode D1 becomes conductive and functions as a protection circuit. In addition, the pn junction has a sufficiently high breakdown voltage with respect to the gate oxide film. Therefore, even if a high negative voltage is applied to the node N1, the transistor Q4 is not destroyed. Thus, the MO is applied to the sensor electrode 105 of the detecting element 1.
By connecting the PchMOS transistor Q4 to the sensor electrode 105 without connecting the gate terminal of the S transistor, a parasitic pn diode is formed between the source terminal and the substrate, thereby increasing the dielectric breakdown voltage of the node N1. Functions as a protection circuit against application of high voltage. Therefore, when a finger or the like charged with static electricity touches the sensor, the high-voltage static electricity is applied to the output circuit 22 through the sensor electrode 105 as in the conventional capacitance detection circuit shown in FIG.
Reaching the gate terminal of the MOS transistor Q3 within 0,
The transistor Q3 is prevented from being destroyed,
The reliability of the processing circuit 300 including the capacitance detection circuit 200A is improved.

【0032】なお、第2の実施の形態では、検出素子1
のセンサ電極105にPchMOSトランジスタQ4のソ
ース端子を接続した例を説明したが、一般にMOSトラ
ンジスタのソースはドレインと同様の特性を有している
ため、センサ電極105にPchMOSトランジスタQ4
のドレイン端子を接続してもドレイン端子と基板間に寄
生のpnダイオードが形成され、これにより同様に節点
N1の絶縁破壊電圧が高められ、かつ高電圧の印加に対
し保護回路として機能する。また、図3〜図5の容量検
出回路200A内の信号発生回路210及び出力回路2
20等の構成は実現例の一つを示したものであり、これ
らの構成は図3〜図5に示す構成に限定されない。
In the second embodiment, the detecting element 1
Although the example in which the source terminal of the PchMOS transistor Q4 is connected to the sensor electrode 105 described above has been described, since the source of the MOS transistor generally has the same characteristics as the drain, the PchMOS transistor Q4 is connected to the sensor electrode 105.
Even if the drain terminal is connected, a parasitic pn diode is formed between the drain terminal and the substrate, thereby similarly increasing the dielectric breakdown voltage of the node N1 and functioning as a protection circuit against application of a high voltage. Further, the signal generation circuit 210 and the output circuit 2 in the capacitance detection circuit 200A of FIGS.
Configurations such as 20 show one of the implementation examples, and these configurations are not limited to the configurations shown in FIGS.

【0033】(第3の実施の形態)図6は、本発明の第
3の実施の形態を示す容量検出回路の回路図である。図
3の第2の実施の形態では、センサ電極105と出力回
路220間にPchMOSトランジスタQ4を配設してい
たのに対し、第3の実施の形態では、検出素子1と出力
回路220間にNchMOSトランジスタQ5を配設する
ものである。
(Third Embodiment) FIG. 6 is a circuit diagram of a capacitance detecting circuit according to a third embodiment of the present invention. In the second embodiment shown in FIG. 3, the PchMOS transistor Q4 is provided between the sensor electrode 105 and the output circuit 220, whereas in the third embodiment, the PchMOS transistor Q4 is provided between the detection element 1 and the output circuit 220. The NchMOS transistor Q5 is provided.

【0034】次に図6の容量検出回路200Bの動作に
ついて説明する。信号PRE(バー)がHighレベル
からLowレベルに変化すると、トランジスタQ1が導
通状態になる。このときトランジスタQ2は非導通状態
のままであるため節点N2の電位がVDDにプリチャージ
される。この結果、節点N1の電位はトランジスタQ5
を介してVGN−Vthにプリチャージされ、トランジスタ
Q5は非導通になる。なお、VGNはトランジスタQ5の
ゲート端子の電位、VthはトランジスタQ5のしきい値
電圧である。
Next, the operation of the capacitance detection circuit 200B of FIG. 6 will be described. When the signal PRE (bar) changes from a high level to a low level, the transistor Q1 is turned on. At this time, since the transistor Q2 is kept off, the potential of the node N2 is precharged to VDD. As a result, the potential of the node N1 becomes the transistor Q5
, And the transistor Q5 is turned off. VGN is the potential of the gate terminal of the transistor Q5, and Vth is the threshold voltage of the transistor Q5.

【0035】こうしてプリチャージが行われた後、信号
PRE(バー)をLowレベルからHighレベルにし
てトランジスタQ1を非導通状態にする。また、同時に
信号REをLowレベルからHighレベルにしてトラ
ンジスタQ2を導通させる。これにより信号発生回路2
10が動作状態になり、信号発生回路210の電流源2
11により節点N1の充電電荷が引き抜かれ、節点N1
の電位が僅かに低下する。すると、トランジスタQ5が
導通し、電流源211により節点N2の充電電荷も引き
抜かれ節点N2の電位も低下する。
After the precharging is performed, the signal PRE (bar) is changed from a low level to a high level, and the transistor Q1 is turned off. At the same time, the signal RE is changed from the low level to the high level to turn on the transistor Q2. Thereby, the signal generation circuit 2
10 is activated, and the current source 2 of the signal generation circuit 210 is turned on.
11, the charge of the node N1 is extracted, and the node N1
Slightly lowers. Then, the transistor Q5 is turned on, the charge at the node N2 is also extracted by the current source 211, and the potential at the node N2 is also reduced.

【0036】ここで、寄生容量値Cp1はトランジスタ
Q1,Q5の各ドレイン端子、及びトランジスタQ3の
ゲート端子の寄生容量が主であり、実際のレイアウトに
より寄生容量値Cp0より充分小さくすることができ
る。そのため、節点N2の電位変化は節点N1の電位変
化より大きくなる。このようにトランジスタQ5は信号
発生回路210から発生した電圧信号を増幅する増幅回
路の働きをする。
Here, the parasitic capacitance value Cp1 mainly includes the parasitic capacitance of each drain terminal of the transistors Q1 and Q5 and the gate terminal of the transistor Q3, and can be made sufficiently smaller than the parasitic capacitance value Cp0 depending on the actual layout. Therefore, the potential change at the node N2 is larger than the potential change at the node N1. Thus, transistor Q5 functions as an amplifier circuit for amplifying the voltage signal generated from signal generation circuit 210.

【0037】ここで、信号REをHighレベルに維持
する期間をΔtとすると、Δt後の節点N1の電圧低下
ΔVは、 ΔV=VDD−(VGN−Vth)+I・Δt/(Cf+Cp0+CP1) (3) となる。なお、Iは電流源211の電流値である。静電
容量値Cfは、指の皮膚100とセンサ電極105との
距離により決まるため、指紋の凹凸に応じて容量値Cf
は異なる。また、式(3)において容量値Cf以外の値
は全て一定であるため、式(3)において指紋の凹凸に
応じて電圧低下ΔVが変化する。この電圧低下ΔVが入
力信号として出力回路220に供給されることから、出
力回路220でΔVが入力され、指紋の凹凸を反映した
信号を出力できる。
Here, assuming that the period during which the signal RE is maintained at the high level is Δt, the voltage drop ΔV at the node N1 after Δt is ΔV = VDD− (VGN−Vth) + I · Δt / (Cf + Cp0 + CP1) (3) Becomes Here, I is the current value of the current source 211. Since the capacitance value Cf is determined by the distance between the finger skin 100 and the sensor electrode 105, the capacitance value Cf depends on the irregularities of the fingerprint.
Is different. In addition, since all the values other than the capacitance value Cf in the equation (3) are constant, the voltage drop ΔV changes according to the unevenness of the fingerprint in the equation (3). Since this voltage drop ΔV is supplied to the output circuit 220 as an input signal, the output circuit 220 receives ΔV and can output a signal reflecting the unevenness of the fingerprint.

【0038】図6の容量検出回路200Bでは、増幅回
路の入力としてトランジスタQ5のソース端子をセンサ
電極105に接続している。ここで、図6の容量検出回
路200BにおいてトランジスタQ5部分の断面構造を
模式的に示した図を図7に示す。図7において、トラン
ジスタQ5のゲート端子に電圧VGNの電源が接続され、
ソース端子に節点N1、ドレイン端子に節点N2が接続
されている。トランジスタQ5のソース端子及びドレイ
ン端子は半導体としてn+の電気的極性を有しており、
基板(またはウェル)はpの極性を有している。このた
め、節点N1には寄生のpnダイオードが接続されてい
ることになる。また、p極性の基板(またはウェル)は
グランド電位に接続されているため、寄生のpnダイオ
ードはダイオードD2として図8のように節点N1に接
続されることになる。
In the capacitance detection circuit 200B of FIG. 6, the source terminal of the transistor Q5 is connected to the sensor electrode 105 as an input of the amplification circuit. Here, FIG. 7 schematically shows a cross-sectional structure of the transistor Q5 in the capacitance detection circuit 200B of FIG. In FIG. 7, a power supply of a voltage VGN is connected to the gate terminal of the transistor Q5,
The node N1 is connected to the source terminal, and the node N2 is connected to the drain terminal. The source and drain terminals of the transistor Q5 have n + electrical polarity as a semiconductor,
The substrate (or well) has p polarity. Therefore, a parasitic pn diode is connected to the node N1. Further, since the p-polarity substrate (or well) is connected to the ground potential, the parasitic pn diode is connected to the node N1 as the diode D2 as shown in FIG.

【0039】上述したように、pn接合はゲート酸化膜
に対して絶縁破壊電圧が充分に大きい。そのため、第3
の実施の形態に示す容量検出回路は、節点N1に高い電
圧が印加されてもトランジスタQ5は破壊されることが
ない。また、節点N1に高い負電圧が印加された場合に
はダイオードD2が導通して保護回路として機能する。
As described above, the pn junction has a sufficiently high breakdown voltage with respect to the gate oxide film. Therefore, the third
In the capacitance detection circuit shown in the embodiment, even when a high voltage is applied to the node N1, the transistor Q5 is not destroyed. When a high negative voltage is applied to the node N1, the diode D2 conducts and functions as a protection circuit.

【0040】このように、検出素子1のセンサ電極10
5にMOSトランジスタのゲート端子を接続せずに、セ
ンサ電極105にNchMOSトランジスタQ5のソース
端子を接続したことにより、ソース端子と基板間に寄生
のpnダイオードが形成され、これにより節点N1の絶
縁破壊電圧が高められ、かつ負電圧に対しては保護回路
として機能する。したがって、静電気を帯びた指などが
センサに触れたときに図12に示す従来の容量検出回路
のようにその高電圧の静電気がセンサ電極105を介し
出力回路220内のMOSトランジスタQ3のゲート端
子に達して、トランジスタQ3が破壊されるようなこと
が防止され、容量検出回路200Bを含めた処理回路3
00の信頼性が向上する。
As described above, the sensor electrode 10 of the detecting element 1
By connecting the source terminal of the Nch MOS transistor Q5 to the sensor electrode 105 without connecting the gate terminal of the MOS transistor to the gate electrode 5, a parasitic pn diode is formed between the source terminal and the substrate, thereby causing the dielectric breakdown of the node N1. The voltage is increased, and functions as a protection circuit against a negative voltage. Accordingly, when a finger or the like charged with static electricity touches the sensor, the high-voltage static electricity is applied to the gate terminal of the MOS transistor Q3 in the output circuit 220 via the sensor electrode 105 as in the conventional capacitance detection circuit shown in FIG. To prevent the transistor Q3 from being broken, and the processing circuit 3 including the capacitance detection circuit 200B.
00 is improved.

【0041】なお、第3の実施の形態では、検出素子1
のセンサ電極105にNchMOSトランジスタQ5のソ
ース端子を接続した例を説明したが、一般にMOSトラ
ンジスタのソースはドレインと同様の特性を有している
ため、センサ電極105にNchMOSトランジスタQ5
のドレイン端子を接続してもドレイン端子と基板間に寄
生のpnダイオードが形成され、これにより同様に節点
N1の絶縁破壊電圧が高められ、かつ負電圧に対しては
保護回路として機能する。また、トランジスタQ5は増
幅機能を有しているため、第2の実施の形態の容量検出
回路に比べ素子数を増加させることなく保護機能を有す
る増幅回路を実現できる。したがって、容量検出回路の
検出感度を高める場合に回路を経済的かつ小型に構成で
きる。なお、図6〜図8の容量検出回路200B内の信
号発生回路210及び出力回路220等の構成は実現例
の一つを示したものであり、これらの各部は図6〜図8
に示した構成に限定されない。
In the third embodiment, the detecting element 1
Although the example in which the source terminal of the NchMOS transistor Q5 is connected to the sensor electrode 105 described above has been described, since the source of the MOS transistor generally has the same characteristics as the drain, the NchMOS transistor Q5 is connected to the sensor electrode 105.
Even if the drain terminal is connected, a parasitic pn diode is formed between the drain terminal and the substrate, thereby similarly increasing the breakdown voltage of the node N1 and functioning as a protection circuit against a negative voltage. Further, since the transistor Q5 has an amplifying function, an amplifier circuit having a protection function can be realized without increasing the number of elements as compared with the capacitance detection circuit of the second embodiment. Therefore, when increasing the detection sensitivity of the capacitance detection circuit, the circuit can be configured economically and small. Note that the configurations of the signal generation circuit 210 and the output circuit 220 in the capacitance detection circuit 200B in FIGS. 6 to 8 show one example of an implementation, and these components are shown in FIGS.
Is not limited to the configuration shown in FIG.

【0042】(第4の実施の形態)第4の実施の形態の
容量検出回路は図示省略したが、図3に示す第2の実施
の形態の容量検出回路200Aの各トランジスタ及び信
号の極性を反転し、かつ図3に示すグランド(GND)
電位と電源電位VDDとを入れ替えたものである。このよ
うに構成することで第2の実施の形態の容量検出回路2
00Aと同様の効果が得られる。
(Fourth Embodiment) Although the capacitance detection circuit of the fourth embodiment is not shown, the polarity of each transistor and signal of the capacitance detection circuit 200A of the second embodiment shown in FIG. Inverted and ground (GND) shown in FIG.
The potential and the power supply potential VDD are interchanged. With this configuration, the capacitance detection circuit 2 according to the second embodiment can be used.
The same effect as 00A can be obtained.

【0043】(第5の実施の形態)第5の実施の形態の
容量検出回路は図示省略したが、図6に示す第3の実施
の形態の容量検出回路200Bの各トランジスタ及び信
号の極性を反転し、かつ図6に示すグランド(GND)
電位と電源電位VDDとを入れ替えたものである。このよ
うに構成することで第3の実施の形態の容量検出回路2
00Bと同様の効果が得られる。
(Fifth Embodiment) Although the capacitance detection circuit of the fifth embodiment is not shown, the polarity of each transistor and signal of the capacitance detection circuit 200B of the third embodiment shown in FIG. Inverted and ground (GND) shown in FIG.
The potential and the power supply potential VDD are interchanged. With such a configuration, the capacitance detection circuit 2 of the third embodiment
The same effect as 00B is obtained.

【0044】(第6の実施の形態)第6の実施の形態の
容量検出回路は、増幅回路として他のソース入力型の増
幅回路を用いた場合の例であり、増幅機能を有する図6
のトランジスタQ5を、図9に示すように2つのトラン
ジスタQ5A,Q5Bで構成して各トランジスタQ5
A,Q5Bのドレイン端子とゲート端子とを交差接続す
ることにより差動型増幅回路として機能させるようにし
たものである。図9に示すMOSトランジスタQ5Aま
たはQ5Bのソース端子を、差動型増幅回路の入力とし
てセンサ電極105に接続することで、第3及び第5の
実施の形態と同様の効果が得られる。
(Sixth Embodiment) A capacitance detection circuit according to a sixth embodiment is an example in which another source input type amplifier circuit is used as an amplifier circuit, and has a function of amplifying.
The transistor Q5 is composed of two transistors Q5A and Q5B as shown in FIG.
A and Q5B are configured to function as a differential amplifier circuit by cross-connecting the drain terminal and the gate terminal. By connecting the source terminal of the MOS transistor Q5A or Q5B shown in FIG. 9 to the sensor electrode 105 as an input of the differential amplifier circuit, the same effect as in the third and fifth embodiments can be obtained.

【0045】このように、MOSトランジスタのソース
端子を、検出素子1のセンサ電極105に接続し、検出
素子1側からの信号を入力する入力回路の入力とするこ
とで、寄生のpnダイオードが形成される。このため、
絶縁破壊電圧が高められ保護回路として機能することか
ら容量検出回路200の信頼性が向上する。したがっ
て、LSI製造技術を用いた指紋検出用装置として本表
面形状認識装置を適用すれば、指が静電気を帯びた場合
でも装置の破壊を防止することができ、表面形状認識装
置の信頼性が向上する。
As described above, the parasitic pn diode is formed by connecting the source terminal of the MOS transistor to the sensor electrode 105 of the detecting element 1 and inputting the signal from the detecting element 1 to the input circuit. Is done. For this reason,
Since the dielectric breakdown voltage is increased and functions as a protection circuit, the reliability of the capacitance detection circuit 200 is improved. Therefore, if this surface shape recognition device is applied as a fingerprint detection device using LSI manufacturing technology, the device can be prevented from being destroyed even when a finger is charged with static electricity, and the reliability of the surface shape recognition device is improved. I do.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、装
置表面にアース電極を備え、アース電極やこれに接続す
る配線が装置内部に配置されないようにしたので、静電
気を帯びた人間の指などの認識対象物が装置表面に接触
することにより装置表面に発生する電流は装置内部に流
れずにアース電極を介して接地側に流れる。これによ
り、装置内部の容量検出回路等への静電気の影響を抑制
でき、したがって装置の信頼性が向上するとともに、装
置表面に接触した認識対象物の表面形状を、安定かつ高
感度で検出できる。また、認識対象物の検出を行うセン
サ電極に接続される容量検出回路内の全ての回路の入力
側に静電気保護素子を設けるようにしたので、容量検出
回路の静電気による破壊を防止できる。
As described above, according to the present invention, the earth electrode is provided on the surface of the apparatus, and the earth electrode and the wiring connected thereto are not arranged inside the apparatus. The current generated on the surface of the device when the object to be recognized contacts the surface of the device does not flow inside the device, but flows to the ground via the ground electrode. As a result, the influence of static electricity on the capacitance detection circuit and the like inside the device can be suppressed, and therefore, the reliability of the device is improved, and the surface shape of the recognition target object in contact with the device surface can be detected stably and with high sensitivity. Further, since the electrostatic protection elements are provided on the input sides of all the circuits in the capacitance detection circuit connected to the sensor electrodes for detecting the recognition target, it is possible to prevent the capacitance detection circuit from being damaged by static electricity.

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

【図1】 本発明に係る表面形状認識装置の第1の実施
の形態を示すセンサチップの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a sensor chip showing a first embodiment of a surface shape recognition device according to the present invention.

【図2】 前記センサチップの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the sensor chip.

【図3】 本発明の第2の実施の形態を示す容量検出回
路の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a capacitance detection circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 図3の容量検出回路の要部構成を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a main configuration of the capacitance detection circuit of FIG. 3;

【図5】 図4の容量検出回路の等価回路を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit of the capacitance detection circuit of FIG.

【図6】 本発明の第3の実施の形態を示す容量検出回
路の回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram of a capacitance detection circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 図6の容量検出回路の要部構成を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a main configuration of the capacitance detection circuit of FIG. 6;

【図8】 図7の容量検出回路の等価回路を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing an equivalent circuit of the capacitance detection circuit of FIG. 7;

【図9】 本発明の第6の実施の形態を示す容量検出回
路の回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram of a capacitance detection circuit according to a sixth embodiment of the present invention.

【図10】 従来のセンサチップの断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a conventional sensor chip.

【図11】 従来のセンサチップの平面図である。FIG. 11 is a plan view of a conventional sensor chip.

【図12】 従来の容量検出回路の回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram of a conventional capacitance detection circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…検出素子、100…認識対象物、101…半導体基
板、102…下層絶縁膜、103…配線、104…層間
絶縁膜、105…センサ電極、105a…検出領域、1
06…アース電極、106a…配線、106b…パッ
ド、107…パシベーション膜、200,200A、2
00B…容量検出回路、210…信号発生回路、211
…電流源、220…出力回路、300…処理回路、Q
1,Q4…PchMOSトランジスタ、Q2,Q3,Q
5,Q5A,Q5B…NchMOSトランジスタ、D
1,D2…寄生ダイオード、Cf…容量値、Cp0,C
p1…寄生容量、N1,N2…節点。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Detection element, 100 ... Recognition object, 101 ... Semiconductor substrate, 102 ... Lower insulating film, 103 ... Wiring, 104 ... Interlayer insulating film, 105 ... Sensor electrode, 105a ... Detection area, 1
06: earth electrode, 106a: wiring, 106b: pad, 107: passivation film, 200, 200A, 2
00B: capacitance detection circuit, 210: signal generation circuit, 211
... current source, 220 ... output circuit, 300 ... processing circuit, Q
1, Q4: Pch MOS transistor, Q2, Q3, Q
5, Q5A, Q5B ... NchMOS transistor, D
1, D2: parasitic diode, Cf: capacitance value, Cp0, C
p1 parasitic capacitance, N1, N2 nodes.

フロントページの続き (72)発明者 町田 克之 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 久良木 億 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2F063 AA41 BA29 CA28 DA02 DA05 DD07 HA04 4C038 FF01 FF05 FG00 5B047 AA25 BA02 BB10 BC01 CB11Continuing from the front page (72) Katsuyuki Machida, Inventor 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Buri Kuraki 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term (reference) in Nippon Telegraph and Telephone Corporation 2F063 AA41 BA29 CA28 DA02 DA05 DD07 HA04 4C038 FF01 FF05 FG00 5B047 AA25 BA02 BB10 BC01 CB11

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上の層間絶縁膜上に配置されかつ各
々が絶縁分離されている複数のセンサ電極と、 前記層間絶縁膜上に前記各々のセンサ電極の上面および
側面を各々覆って配置されかつ誘電体からなるパシベー
ション膜と、 認識対象物が前記パシベーション膜表面に接触したとき
に前記センサ電極とこのセンサ電極に対向する前記認識
対象物の表面との間に形成された静電容量を検出する容
量検出回路と、 前記パシベーション膜表面上の静電気を通過させる静電
気回避手段とを有することを特徴とする表面形状認識装
置。
A plurality of sensor electrodes disposed on an interlayer insulating film on a substrate and each of which is insulated and separated; and a plurality of sensor electrodes disposed on the interlayer insulating film so as to cover upper surfaces and side surfaces of the respective sensor electrodes. And a capacitance formed between the sensor electrode and the surface of the object facing the sensor electrode when the object to be recognized contacts the surface of the passivation film. A surface shape recognition device, comprising: a capacitance detection circuit that performs static electricity; and static electricity avoiding means that passes static electricity on the surface of the passivation film.
【請求項2】 請求項1において、 前記静電気回避手段は、前記センサ電極と絶縁分離され
て前記層間絶縁膜上に形成され、かつ一部が前記パシベ
ーション膜とともに1つの表面を形成するアース電極で
あることを特徴とする表面形状認識装置。
2. The static electricity avoiding means according to claim 1, wherein the static electricity avoiding means is an earth electrode which is formed on the interlayer insulating film so as to be insulated and separated from the sensor electrode and partially forms one surface together with the passivation film. An apparatus for recognizing a surface shape.
【請求項3】 請求項1において、 前記静電気回避手段は、 前記センサ電極と絶縁分離されて前記層間絶縁膜上に形
成され、かつ一部が前記パシベーション膜とともに1つ
の表面を形成するアース電極と、 前記容量検出回路とセンサ電極間に設けられた静電気保
護素子とからなることを特徴とする表面形状認識装置。
3. The grounding electrode according to claim 1, wherein the static electricity avoiding means is formed on the interlayer insulating film so as to be insulated from the sensor electrode and partially forms one surface together with the passivation film. A surface shape recognition device, comprising: the capacitance detection circuit; and an electrostatic protection element provided between sensor electrodes.
【請求項4】 請求項1において、 前記容量検出回路は、前記センサ電極及びパシベーショ
ン膜が形成された基板上に集積回路として形成されるこ
とを特徴とする表面形状認識装置。
4. The surface shape recognition device according to claim 1, wherein the capacitance detection circuit is formed as an integrated circuit on a substrate on which the sensor electrode and the passivation film are formed.
【請求項5】 請求項4において、 前記容量検出回路とともに基板上に集積回路として形成
され、この容量検出回路の検出出力を処理して前記認識
対象物の表面形状として出力する処理回路を有すること
を特徴とする表面形状認識装置。
5. The processing circuit according to claim 4, further comprising a processing circuit formed as an integrated circuit on the substrate together with the capacitance detection circuit, for processing a detection output of the capacitance detection circuit and outputting it as a surface shape of the recognition target. A surface shape recognition device characterized by the following.
【請求項6】 請求項2において、 各センサ電極は、前記パシベーション膜表面に接触した
前記認識対象物の接触面によって複数のセンサ電極が覆
われる大きさにそれぞれ形成され、 かつ、前記容量検出回路は、前記基板上の前記層間絶縁
膜下に形成されるとともに、 前記アース電極は、前記センサ電極が配置された領域外
で所定の電位が与えられる基準電極に接続されることを
特徴とする表面形状認識装置。
6. The capacitance detection circuit according to claim 2, wherein each of the sensor electrodes is formed in such a size that a plurality of sensor electrodes are covered by a contact surface of the object to be recognized in contact with the surface of the passivation film, and the capacitance detection circuit is provided. Is formed under the interlayer insulating film on the substrate, and the ground electrode is connected to a reference electrode to which a predetermined potential is applied outside a region where the sensor electrode is arranged. Shape recognition device.
【請求項7】 請求項6において、 前記容量検出部の検出出力を処理して前記認識対象物の
表面形状として出力する処理回路を備え、 前記処理回路は、前記認識対象物が前記パシベーション
膜表面に接触したときに前記容量検出回路により検出さ
れ各々のセンサ電極に対応する各静電容量の差分を処理
して前記認識対象物の表面形状として出力することを特
徴とする表面形状認識装置。
7. The processing circuit according to claim 6, further comprising a processing circuit configured to process a detection output of the capacitance detection unit and output the detected output as a surface shape of the recognition target object, wherein the processing target is configured such that the recognition target object is a surface of the passivation film. A surface shape recognition device that processes a difference between respective electrostatic capacities corresponding to each of the sensor electrodes detected by the capacitance detection circuit when contacted with the object, and outputs the processed difference as a surface shape of the recognition target.
【請求項8】 請求項2において、 前記アース電極は、格子状に形成され、 この格子状に形成されたアース電極の升の中央に前記セ
ンサ電極が配置されていることを特徴とする表面形状認
識装置。
8. The surface shape according to claim 2, wherein the ground electrode is formed in a lattice shape, and the sensor electrode is arranged at the center of the grid of the ground electrode formed in the lattice shape. Recognition device.
【請求項9】 請求項2において、 前記アース電極の一部は、前記パシベーション膜ととも
に1つの平面を形成することを特徴とする表面形状認識
装置。
9. The surface shape recognition device according to claim 2, wherein a part of the ground electrode forms one plane together with the passivation film.
【請求項10】 請求項6において、 前記基準電極は、接地電位が与えられることを特徴とす
る表面形状認識装置。
10. The surface shape recognition apparatus according to claim 6, wherein a ground potential is applied to the reference electrode.
【請求項11】 請求項1において、 前記容量検出回路は、前記センサ電極に接続され前記静
電容量に応じた信号を発生させる信号発生回路と、前記
センサ電極と信号発生回路の接続部に発生した信号を入
力すると所望の信号に変換して出力する出力回路とから
なり、 前記静電気回避手段は、前記センサ電極に接続される全
ての回路の入力側に静電気保護素子として設けられるこ
とを特徴とする表面形状認識装置。
11. The signal detection circuit according to claim 1, wherein the capacitance detection circuit is connected to the sensor electrode and generates a signal corresponding to the capacitance, and is generated at a connection between the sensor electrode and the signal generation circuit. And an output circuit that converts the input signal into a desired signal and outputs the desired signal. The static electricity avoiding means is provided as an electrostatic protection element on the input side of all circuits connected to the sensor electrodes. Surface shape recognition device.
【請求項12】 請求項11において、 前記静電気保護素子は、前記センサ電極にソース端子及
びドレイン端子の何れか一方の端子が接続されるMOS
トランジスタからなり、 前記MOSトランジスタの前記一方の端子と、このMO
Sトランジスタが形成される基板またはウェルとの間に
寄生pnダイオードが形成されることを特徴とする表面
形状認識装置。
12. The MOS transistor according to claim 11, wherein one of a source terminal and a drain terminal is connected to the sensor electrode.
A transistor, and the one terminal of the MOS transistor and the MO
A surface shape recognition apparatus, wherein a parasitic pn diode is formed between a substrate or a well on which an S transistor is formed.
【請求項13】 請求項1において、 前記容量検出回路は、前記センサ電極に接続され前記静
電容量に応じた信号を発生させる信号発生回路と、前記
センサ電極と信号発生回路の接続部に発生した信号を増
幅する信号増幅回路と、前記信号増幅回路からの信号を
所望の信号に変換して出力する出力回路とからなり、 前記静電気回避手段は、前記センサ電極に接続される前
記信号増幅回路の入力に含まれることを特徴とする表面
形状認識装置。
13. The signal detection circuit according to claim 1, wherein the capacitance detection circuit is connected to the sensor electrode and generates a signal corresponding to the capacitance, and is generated at a connection between the sensor electrode and the signal generation circuit. A signal amplifying circuit for amplifying the converted signal, and an output circuit for converting a signal from the signal amplifying circuit into a desired signal and outputting the signal, wherein the static electricity avoiding means is connected to the sensor electrode. A surface shape recognition apparatus characterized by being included in an input of a surface.
【請求項14】 請求項13において、 前記信号増幅回路は、前記センサ電極に対しソース端子
及びドレイン端子の何れか一方の端子が前記入力として
接続されたMOSトランジスタから構成され、 前記MOSトランジスタの前記一方の端子と、このMO
Sトランジスタが形成される基板またはウェルとの間に
寄生pnダイオードが形成されることを特徴とする表面
形状認識装置。
14. The signal amplification circuit according to claim 13, wherein the signal amplifying circuit includes a MOS transistor having one of a source terminal and a drain terminal connected to the sensor electrode as the input. One terminal and this MO
A surface shape recognition apparatus, wherein a parasitic pn diode is formed between a substrate or a well on which an S transistor is formed.
【請求項15】 請求項1において、 前記容量検出回路は、前記センサ電極に接続され前記静
電容量に応じた信号を発生させる信号発生回路と、前記
センサ電極と信号発生回路の接続部に発生した信号を入
力すると所望の信号に変換して出力する出力回路とから
なり、 前記静電気回避手段は、前記センサ電極と出力回路間に
静電気保護素子として設けられることを特徴とする表面
形状認識装置。
15. The signal detection circuit according to claim 1, wherein the capacitance detection circuit is connected to the sensor electrode and generates a signal corresponding to the capacitance, and is generated at a connection between the sensor electrode and the signal generation circuit. An output circuit for converting the input signal into a desired signal and outputting the signal, and wherein the static electricity avoiding means is provided as an electrostatic protection element between the sensor electrode and the output circuit.
【請求項16】 請求項15において、 前記静電気保護素子は、前記ソース端子及びドレイン端
子の何れか一方の端子が前記センサ電極に接続されると
ともに、ソース端子及びドレイン端子の何れか他方の端
子が前記出力回路の入力側に接続されるMOSトランジ
スタからなり、 前記MOSトランジスタの前記一方の端子と、前記MO
Sトランジスタが形成される基板またはウェルとの間に
寄生pnダイオードが形成されることを特徴とする表面
形状認識装置。
16. The static electricity protection device according to claim 15, wherein one of the source terminal and the drain terminal is connected to the sensor electrode, and the other one of the source terminal and the drain terminal is connected to the sensor electrode. A MOS transistor connected to an input side of the output circuit, the one terminal of the MOS transistor,
A surface shape recognition apparatus, wherein a parasitic pn diode is formed between a substrate or a well on which an S transistor is formed.
【請求項17】 基板上の層間絶縁膜上に配置されかつ
各々が絶縁分離されている複数のセンサ電極と、 前記層間絶縁膜上に前記各々のセンサ電極の上面および
側面を各々覆って配置されかつ誘電体からなるパシベー
ション膜と、 前記センサ電極とは絶縁分離されて前記層間絶縁膜上に
形成され、かつ一部は前記パシベーション膜とともに1
つの表面を形成するアース電極と、 認識対象の一部が前記パシベーション膜表面に接触した
ときに前記センサ電極とこれに対向する前記認識対象表
面との間に形成された容量を検出する集積回路からなる
容量検出手段とを備え、 前記センサ電極は、前記認識対象が前記パシベーション
膜に接したときに複数の前記センサ電極が覆われる大き
さに形成され、 前記容量検出手段は、前記基板上の前記層間絶縁膜下に
形成され、 前記アース電極は、前記センサ電極が配置された領域外
で所定の固定電位が与えられる基準電極に接続され、 前記認識対象が前記パシベーション膜表面に接触したと
きに前記容量検出手段が検出した各々の前記センサ電極
に対応する容量の変化により前記認識対象の表面形状を
認識することを特徴とする表面形状認識装置。
17. A plurality of sensor electrodes arranged on an interlayer insulating film on a substrate and each of which is insulated and separated, and arranged on the interlayer insulating film so as to cover an upper surface and a side surface of each of the sensor electrodes. And a passivation film made of a dielectric, and the sensor electrode are formed on the interlayer insulating film by being insulated and separated, and a part of the passivation film is formed together with the passivation film.
A ground electrode forming one surface, and an integrated circuit for detecting a capacitance formed between the sensor electrode and the opposing recognition target surface when a part of the recognition target comes into contact with the passivation film surface. The sensor electrode is formed in a size to cover a plurality of the sensor electrodes when the recognition target comes into contact with the passivation film, and the capacitance detecting means is provided on the substrate. The ground electrode is formed under an interlayer insulating film, and the ground electrode is connected to a reference electrode to which a predetermined fixed potential is applied outside a region where the sensor electrode is arranged. When the recognition target contacts the surface of the passivation film, Surface shape recognition characterized by recognizing a surface shape of the recognition target based on a change in capacitance corresponding to each of the sensor electrodes detected by a capacitance detection unit. Location.
【請求項18】 請求項17において、 前記アース電極は、格子状に形成され、 この格子状に形成されたアース電極の升の中央に前記セ
ンサ電極が配置されていることを特徴とする表面形状認
識装置。
18. The surface shape according to claim 17, wherein the ground electrode is formed in a lattice shape, and the sensor electrode is arranged at the center of the grid of the ground electrode formed in the lattice shape. Recognition device.
【請求項19】 請求項17または請求項18におい
て、 前記アース電極の一部は、前記パシベーション膜ととも
に1つの平面を形成することを特徴とする表面形状認識
装置。
19. The surface shape recognition apparatus according to claim 17, wherein a part of the ground electrode forms one plane together with the passivation film.
【請求項20】 請求項17ないし請求項19の何れか
の請求項において、 前記基準電極は、接地電位が与えられることを特徴とす
る表面形状認識装置。
20. The surface shape recognition device according to claim 17, wherein a ground potential is applied to the reference electrode.
【請求項21】 検出対象物の表面の形状に応じて電気
量が変化する検出素子と、前記検出素子に接続され前記
電気量に応じた信号を発生させる信号発生回路と、前記
検出素子と信号発生回路の接続部に発生した信号を入力
すると所望の信号に変換して出力する出力回路とからな
る表面形状認識装置において、 前記検出素子に接続される全ての回路の入力としてこの
検出素子にソース端子及びドレイン端子の何れか一方が
接続されるMOSトランジスタを備えるとともに、ソー
ス端子及びドレイン端子の何れか一方と前記MOSトラ
ンジスタを形成する基板またはウェルとの間に形成され
る寄生pnダイオードを保護素子として用いることを特
徴とする表面形状認識装置。
21. A detection element whose electric quantity changes in accordance with the shape of the surface of the detection target, a signal generation circuit connected to the detection element for generating a signal corresponding to the electric quantity, and the detection element and a signal. An output circuit that converts a signal generated at a connection portion of the generation circuit into a desired signal and outputs the converted signal, and outputs a signal to the detection element as an input of all circuits connected to the detection element. A MOS transistor to which one of the terminal and the drain terminal is connected, and a protective pn diode formed between one of the source terminal and the drain terminal and a substrate or a well forming the MOS transistor. A surface shape recognition device characterized by being used as a device.
【請求項22】 検出対象物の表面の形状に応じて電気
量が変化する検出素子と、前記検出素子に接続され前記
電気量に応じた信号を発生させる信号発生回路と、前記
検出素子と信号発生回路の接続部に発生した信号を増幅
する信号増幅回路と、前記信号増幅回路から入力した信
号を所望の信号に変換して出力する出力回路とからなる
表面形状認識装置であって、 前記検出素子に接続される前記信号増幅回路の入力とし
てこの検出素子にソース端子及びドレイン端子の何れか
一方が接続されるMOSトランジスタを備えるととも
に、ソース端子及びドレイン端子の何れか一方と前記M
OSトランジスタを形成する基板またはウェルとの間に
形成される寄生pnダイオードを保護素子として用いる
ことを特徴とする表面形状認識装置。
22. A detection element whose electric quantity changes according to the shape of the surface of the detection target, a signal generation circuit connected to the detection element for generating a signal corresponding to the electric quantity, and the detection element and a signal. A surface shape recognition device comprising: a signal amplification circuit that amplifies a signal generated at a connection portion of a generation circuit; and an output circuit that converts a signal input from the signal amplification circuit into a desired signal and outputs the signal. A MOS transistor having one of a source terminal and a drain terminal connected to the detection element is provided as an input of the signal amplification circuit connected to the element, and one of the source terminal and the drain terminal is connected to the M transistor.
A surface shape recognition device using a parasitic pn diode formed between a substrate or a well forming an OS transistor as a protection element.
【請求項23】 検出対象物の表面の形状に応じて電気
量が変化する検出素子と、前記検出素子に接続され前記
電気量に応じた信号を発生させる信号発生回路と、前記
検出素子と信号発生回路の接続部に発生した信号を入力
すると所望の信号に変換して出力する出力回路とからな
る表面形状認識装置において、 前記検出素子にソース端子及びドレイン端子の何れか一
方が接続されるMOSトランジスタを備えるとともに、
前記MOSトランジスタのソース端子及びドレイン端子
の何れか他方は前記出力回路の入力側に接続され、かつ
ソース端子及びドレイン端子の何れか一方と前記MOS
トランジスタを形成する基板またはウェルとの間に形成
される寄生pnダイオードを保護素子として用いること
を特徴とする表面形状認識装置。
23. A detection element whose electric quantity changes according to the shape of the surface of the detection target, a signal generation circuit connected to the detection element for generating a signal corresponding to the electric quantity, and the detection element and a signal. An output circuit for converting a signal generated at a connection portion of the generation circuit into a desired signal and outputting the converted signal, wherein one of a source terminal and a drain terminal is connected to the detection element. With a transistor,
One of the source terminal and the drain terminal of the MOS transistor is connected to the input side of the output circuit, and one of the source terminal and the drain terminal is connected to the MOS transistor.
A surface shape recognition device using a parasitic pn diode formed between a substrate or a well forming a transistor as a protection element.
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