CN104513969B - 具有类钻碳膜的结构、指纹辨识器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有类钻碳膜的结构。该具有类钻碳膜的结构包括一绝缘材、一导电层以及一类钻碳膜。导电层设置在绝缘材。类钻碳膜设置于导电层，且类钻碳膜的面积小于导电层的面积。本发明还涉及一种指纹辨识器及其制造方法。

Description

具有类钻碳膜的结构、指纹辨识器及其制造方法
技术领域
本发明关于一种结构，特别是关于一种具有类钻碳膜的结构。
背景技术
目前的指纹辨识器，可以分为光学式和非光学式。其中，光学式指纹辨识器的价格较为昂贵，消耗功率高（光源消耗）且体积较大（受限光学零组件的尺寸及光学成像所需固定距离的安排），使得其不适用于许多携带式电子产品如笔记型电脑及行动电话等。
另外，非光学式指纹辨识器则包括电子式指纹辨识器、静电感应式指纹辨识器、电容感应式指纹辨识器、以及热感应式指纹辨识器。电子式指纹辨识器仍有功率消耗大（电接触式的感测元在二电极接触时会有电流流通），并且不易与集成电路工艺整合（压电材料的制作不匹配于集成电路工艺）的问题。同时，静电感应式指纹辨识器与电容感应式指纹辨识器者易受到灰尘、手指上的汗水及电磁干扰，且需利用复杂的类比电路以读取感测元微小的电讯号。在制造方面，静电感应指纹辨识器与电容感应式指纹辨识器者虽然可以匹配集成电路工艺，却需要高阶的集成电路工艺以得到良好的结果，徒增成本。因此，热感应式指纹辨识器是较佳可以使用在可携式电子产品的技术。
热感应指纹辨识器的基本架构为一加热电阻、一感测电极及一温度感测器。如此一来，热感应式指纹辨识器可以利用加热电阻使感测电极的温度高过人体体温，并且通过手指接触感测电极而带走部分热量造成较低的温度。接着，热感应式指纹辨识器可以通过温度感测器取得感测电极上对应于指纹的温度图像。
然而，使用者不断用手指接触感测电极的情况下，感测电极容易损坏，而造成热感应指纹辨识器无法正常运作。另一方面，由于使用者是直接用手指接触感测电极，因此热感应指纹辨识器上的漏电流可能会通过感测电极而流向使用者的手指，而造成触电的情形。此外，热感应指纹辨识器上的一些有毒物质也可能通过感测电极而传到使用者的手指上。因此，如何保护感测电极，并且让使用者能够安全地使用热感应指纹辨识器，就成了非常重要的课题。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种具有类钻碳膜的结构及其制造方法。
本发明的另一目的，是提供一指纹辨识器，具有不易损坏的特点。
为达上述目的，本发明提供了一种具有类钻碳膜的结构，其包括一绝缘材、一导电层以及一类钻碳膜。导电层设置在绝缘材上。类钻碳膜设置在导电层上，且类钻碳膜的面积小于导电层的面积。
本发明还包含一种指纹辨识器，其包括一基板、一指纹感测电路、一绝缘材、一导电层以及一类钻碳膜。指纹感测电路设置在基板上。绝缘材设置在指纹感测电路上。导电层设置在绝缘材上。类钻碳膜设置于导电层上，且类钻碳膜的面积小于导电层的面积。
在一实施方式中，优选地，导电层具有一围绕类钻碳膜的残余区域。残余区域的表面与类钻碳膜的表面之间具有一段差，且段差自类钻碳膜的表面向残余区域的表面倾斜延伸并且倾斜的角度渐缓。
在一实施方式中，优选地，导电层的面积实质上等于绝缘材的面积。
为达上述目的，本发明还提供了一种具有类钻碳膜的结构的制造方法，其包括下列步骤：提供一绝缘材；形成一导电层于绝缘材上；将一遮罩固定在导电层上，而遮罩具有至少一开口；施加一偏压至遮罩，并沉积一类钻碳膜在导电层相对应开口的表面上；移除遮罩。
在一实施方式中，优选地，所述开口是以阵列方式排列，且开口的形状为方形、圆形或其他几何图形。
在一实施方式中，优选地，该制造方法还包括：提供一基板，且基板上具有一指纹感测电路；将绝缘材覆盖在指纹感测电路上。
在一实施方式中，优选地，该制造方法还包括：固定一磁性片材于绝缘材相对于导电层的表面上；通过一磁场将遮罩吸附于导电层上，其中，遮罩具有磁性。
综上所述，由于在指纹感测电路的上方形成类钻碳膜，因此可以保护本发明的结构不易损坏。另外，由于在形成类钻碳膜时将偏压施加在具有多个开口的遮罩上，使得导电层在相对应各个开口的表面，形成各个散布在小面积上的均匀偏压，因此类钻碳膜的硬度和稳定度都较高。而由于本发明在形成类钻碳膜时可以采用遮罩，因此本发明可以一次在多个指纹感测电路上形成类钻碳膜而节省工艺的时间。同时，本发明在清洗遮罩时不需将遮罩移除真空室，也可以进一步节省工艺的时间。
附图说明
图1A及图1B为本发明较佳实施例的具有类钻碳膜的结构的示意图。
图2为本发明较佳实施例的一种指纹辨识器的结构图。
图3A-3D为本发明较佳实施例的制造具有类钻碳膜的结构的制造方法示意图。
图4为遮罩上视图。
图5为一种清洗遮罩的步骤的示意图。
图6为本发明具有类钻碳膜结构的制造方法的物理气相沉积设备的示意图。
图7为本发明具有类钻碳膜结构的制造方法的化学气相沉积设备的示意图。
图8为本发明较佳实施例的一种制造类钻碳膜结构的方法的步骤流程图。
图9为本发明较佳实施例的一种制造指纹辨识器的方法的步骤流程图。
图10为本发明较佳实施例的一种清洗遮罩的方法的步骤流程图。
主要附图标号说明：
100：结构
102、206、302：绝缘材
104、208、304：导电层
106、210、306：类钻碳膜
108、212、308：残余区域
110：段差
200：指纹辨识器
202：基板
204：指纹感测电路
300：母材
310：虚线
400：遮罩
402：开口
500：清洗用基板
600：物理气相沉积设备
602、702：真空室
604：类钻碳镀膜源
606、704：气压调节器
608：电气连接接口
610、706：电源供应系统
610a、610b：电源
612、714：通气口
614、708：气体供应系统
614a：辅助气体贮存室
614b：清洁气体贮存室
616：磁性片材
700：化学气相沉积设备
710：气体淋板
712：主电源
AC1、AC2：气阀
D：平台
S802、S804、S806、S808、S810、S902、S904、S906、S908、S910、S912、S914、S1002、S1004、S1006、S1008：步骤
SW：开关
V1：偏压
V2：工作电压
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例的具有类钻碳膜的结构、指纹辨识器以及具有类钻碳膜结构的制造方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。
请同时参照图1A及图1B，图1A及图1B为本发明较佳实施例的具有类钻碳膜的结构的示意图。结构100包括一绝缘材102、一导电层104以及一类钻碳膜106，其中，绝缘材102可以是膜材或板材。导电层104设置在绝缘材102上。在一些的实施例中，导电层104的面积实质上等于绝缘材102的面积。另外，类钻碳膜106设置于导电层104上。特别的是，类钻碳膜106的面积小于导电层104的面积。在此，导电层104上被遮罩（如图3A、图3B所示的遮罩400）所覆盖的区域108，被称为“残余区域”，其中，残余区域108的表面与类钻碳膜106的表面之间具有一段差110，如图1A所示。在一些实施例中，残余区域108会围绕类钻碳膜106所在的区域。
在本实施例中，其中，导电层104的厚度是介于10Å至10000Å之间。另外，类钻碳膜106的厚度是介于0.01μm至10μm之间。较佳的是，类钻碳膜106的厚度是介于0.1μm至1.5μm之间。
在一些实施例中，当类钻碳膜106通过遮罩（例如图3A、图3B的遮罩400）被沉积在导电层104上时，会渗透到残余区域108上。此时，段差110自类钻碳膜106的表面向残余区域108的表面倾斜延伸并且倾斜的角度渐缓，如图1B所示。
图2为依照本发明的一较佳实施例所绘示的一种指纹辨识器的结构图。请参照图2，本实施例所提供的指纹辨识器200采用图1A或图1B的结构。在本实施例中，指纹辨识器200包括基板202。接着，在基板202上形成具有感测电极的指纹感测电路204。另外，在基板202上还形成绝缘材206，以覆盖指纹感测电路204。其中，绝缘材206相当于图1A中的绝缘材102。在绝缘材206上，形成有导电层208，并且在导电层208上形成有类钻碳膜210。
类钻碳膜210相当于图1A中的类钻碳膜106，其面积小于导电层208的面积。因此，导电层208上未被类钻碳膜210覆盖的残余区域212会围绕类钻碳膜210。在较佳的实施例中，类钻碳膜210所在的区域会对应指纹感测电路204所在的区域。因此，类钻碳膜210可以保护指纹感测电路204，避免遭到使用者按压时所造成的损坏。另一方面，也可以防止漏电流以及有毒物质传到使用者的手指上。
图3A-3D为本发明较佳实施例的制造上述具有类钻碳膜的结构的制造方法示意图。请先参照图3A，为制造上述的结构100，首先要将一遮罩400固定在一母材300上。其中，遮罩400如图4所示，具有多个开口402，且遮罩400较佳为一导电性材料，例如陶瓷、金属等。在一些实施例中，这些开口402是以阵列方式排列，然而并不以此为限。此外，开口402的形状可以是方形、圆形或其他几何图形。另外，在本实施例中，母材300具有绝缘材302和导电层304，而导电层304形成在绝缘材302上。
请参照图3B，将遮罩400施加一偏压V1，通入包含有碳粒子的气体，并利用物理气相沉积或反应性物理气相沉积以将类钻碳沉积在遮罩400上。此时，类钻碳会通过遮罩上的开口402而沉积在导电层304上，而形成类钻碳膜306。由于在形成类钻碳膜306时将偏压施加在具有多个开口402的遮罩上400，使得导电层304在相对应各个开口402的表面，形成各个小面积的均匀偏压。如此一来，该些表面即可沉积有膜厚均匀的类钻碳膜306。在图3C中，当遮罩400移除后，在导电层304上会形成多个独立排列的类钻碳膜306。图3D所示的为图3C的母材300的俯视图。从图3D可以看出，每一类钻碳膜306的四周，都会有残余区域308。因此，从残余区域308切割，例如顺着相距类钻碳膜306的四周具有一间距的虚线310切割，就可获得多个图1A所示的结构100。
在进行上述的工艺时，类钻碳会残留在遮罩400上。因此，图5则提供一种清洗遮罩400的步骤的示意图。请参照图5，首先，可以将一清洗用基板500固定于该遮罩上400。如此一来，就可以避免在清洗时，残留在遮罩400表面上的类钻碳渗透到遮罩400的背面。接着，施加一工作电压V2至遮罩400。接着，通入清洁气体。由于工作电压V2的频率可以是射频级，因此清洁气体会形成氧化性的电浆，而将残留在遮罩400表面上的类钻碳去除，而完成清洗遮罩400的程序。
图6为本发明具有类钻碳膜结构的制造方法的物理气相沉积设备的示意图。请参照图6，物理气相沉积设备600具有真空室602。此真空室602具有类钻碳镀膜源604，并且真空室602可以连接气压调节器606。另外，真空室602具有电气连接接口608，可以耦接一电源供应系统610。在本实施例中，真空室602还具有至少一通气口612，可以连接一气体供应系统614。
在本实施例中，电源供应系统610包括电源610a和610b、以及开关SW。其中，开关SW耦接电气连接接口608，并且依据使用者的操作而选择将电源610a或610b连接至电气连接接口608。
另外，气体供应系统614具有辅助气体贮存室614a与清洁气体贮存室614b。其中，辅助气体贮存室614a通过气阀AC1连接至通气口612。类似地，清洁气体贮存室614b则是通过气阀AC2连接至通气口612。辅助气体贮存室614a贮存有辅助气体，例如是碳氢化合物、H2、Ar、He、Ne及N2等气体。相对地，清洁气体贮存室614b则贮存有清洁气体，例如是O2、O3或/及N2O等气体。
特别的是，在真空室602中，还配置有一磁性片材616，可以通过上述的母材300吸附遮罩400，并且将遮罩400固定在母材300上。由于在本实施例中，遮罩400需要被固定在母材300上，致使遮罩400与母材300上的导电层304有良好的电接触。因此，此实施例中的遮罩400材质需选择软磁性材料。
请继续参照图6，当要形成类钻碳膜在母材300上时，开关SW会选择将电源610a连接至电气连接接口608。其中，电源610a可以是直流电源或交流电源。在本实施例中，电气连接接口608可以耦接至遮罩400，因此遮罩400就会被施加偏压V1。气阀AC1会被开启，而将贮存在辅助气体贮存室614a中的辅助气体等，经由通气口612通入真空室602中。接着，启动类钻碳镀膜源604以释出碳粒子，并利用物理气相沉积或反应性物理气相沉积将类钻碳沉积在母材300上，形成类钻碳膜。当类钻碳膜的厚度达到一预设值，即可暂停上述的沉积作业，并将该母材300取出。接着，更换另一个新的母材，继续上述的沉积作业。
当遮罩400上所残留的类钻碳累积到一定的厚度，类钻碳会有自遮罩400剥离的风险。因此，遮罩400必须要定期清洗。当要清洗遮罩400时，无须将遮罩400从真空室取出，只要将原本要镀上类钻碳的母材300更换为一清洗用基板。接着，将遮罩400设置在清洗用基板上，并且使开关SW选择将电源610b连接至电气连接接口608，以提供工作电压V2给遮罩400。另一方面，将气阀AC1关闭，而转而导通气阀AC2。如此一来，贮存在清洁气体贮存室614b中的清洁气体就会通过通气口612而通入真空室602，以清洁遮罩400。
图7为本发明具有类钻碳膜结构的制造方法的化学气相沉积设备的示意图。请参照图7，本实施例所提供的化学气相沉积设备700，同样具有真空室702。同样地，真空室702也会耦接气压调节器704、电源供应系统706、以及气体供应系统708。另外，真空室702具有气体淋板710，其耦接主电源712而运作。在本实施例中，气体淋板710相当于图6中的类钻碳镀膜源604。因此，本实施例中的电源供应系统706、气体供应系统708和气体淋板710的操作方式可以参照图6的叙述，在此不再赘述。另外，母材300是设置于一平台D上。较特别的是，气体淋板710会通过通气口714连接气体供应系统708。因此，上述的辅助气体以及清洁气体也可以通过气体淋板710通入真空室702中。当通入辅助气体时，即可利用化学气相沉积将类钻碳沉积在母材300上，形成类钻碳膜。
图8所示的为依照本发明的一较佳实施例的一种制造上述的类钻碳膜结构的方法的步骤流程图。请参照图8，首先如步骤S802所述，提供一绝缘材。接着，如步骤S804所述，形成一导电层在绝缘材上。进行步骤S806，将一遮罩固定在导电层上。其中，遮罩如上述，具有至少一开口。在其他实施例中，可以固定一磁性片材于绝缘材相对于导电层的表面上，并通过一磁场将遮罩吸附于导电层上，其中遮罩具有磁性。如此一来，就可以如步骤S808所述，施加一偏压在遮罩上，并且沉积一类钻碳膜在导电层相对应开口的表面上。此时，类钻碳膜的四周有上述的残余区域。最后进行步骤S810，移除遮罩，并且从残余区域进行切割，而获得图1A的结构100。
图9所示的为依照本发明的一较佳实施例的一种制造上述的指纹辨识器的方法的步骤流程图。请参照图9，制造指纹辨识器的步骤大致与上述制造类钻碳膜结构的步骤相同，其不同之处在于，如步骤S902所述，提供一基板，且基板上具有一指纹感测电路。接着于提供一绝缘材的步骤S904中，将绝缘材覆盖在指纹感测电路上，即如步骤S906所述。由于步骤S908-步骤S914如上述步骤S802-S810所叙述，因此不再赘述。
图10所示的为依照本发明的一较佳实施例的一种清洗遮罩的方法的步骤流程图。请参照图10，首先如步骤S1002，将一清洗用基板固定于遮罩的背面，如上图5所示。接着，如步骤S1004所述，通入至少一清洁气体，并且如步骤S1006所述施加工作电压到遮罩上，以将清洁气体形成电浆，并且去除掉残留在遮罩上的类钻碳。最后，进行步骤S1008，移除清洗用基板，而完成遮罩清洗程序。
综上所述，由于在指纹感测电路的上方形成类钻碳膜，因此可以保护本发明的结构不易损坏。另外，由于在形成类钻碳膜时将偏压施加在具有多个开口的遮罩上，使得母材在相对应各个开口的表面，形成各个散布在小面积上的均匀偏压，因此类钻碳膜的硬度和稳定度都较高。而本发明在形成类钻碳膜时可以采用遮罩，因此本发明可以一次在多个指纹感测电路上形成类钻碳膜而节省工艺的时间。同时，本发明在清洗遮罩时不需将遮罩移出真空室，也可以进一步节省工艺的时间。
虽本发明以上述实施例来说明，但并不限于此。更进一步地说，在本领域一般技术人员不脱离本发明的概念与同等范畴之下，申请专利范围必须广泛地解释以包括本发明实施例及其他变形。

Claims (7)

1.一种指纹辨识器，包括：
一基板；
一指纹感测电路，设置在所述基板上；
一绝缘材，设置在所述指纹感测电路上；
一导电层，设置在所述绝缘材上；以及
一类钻碳膜，设置于所述导电层上，且所述类钻碳膜的面积小于所述导电层的面积。
2.如权利要求1所述的指纹辨识器，其中，所述导电层具有一围绕所述类钻碳膜的残余区域，其中，所述残余区域的表面与所述类钻碳膜的表面之间具有一段差，且所述段差自所述类钻碳膜的表面向所述残余区域的表面倾斜延伸并且倾斜的角度渐缓。
3.如权利要求1所述的指纹辨识器，其中，所述导电层的面积实质上等于所述绝缘材的面积。
4.一种具有类钻碳膜的结构的制造方法，包括下列步骤：
提供一绝缘材；
形成一导电层于所述绝缘材上；
将一遮罩固定在所述导电层上，使所述遮罩与所述导电层电接触，而所述遮罩具有至少一开口；
施加一偏压至所述遮罩，并沉积一类钻碳膜在所述导电层相对应所述开口的表面上；以及
移除所述遮罩。
5.如权利要求4所述的制造方法，其中，所述开口是以阵列方式排列，且所述开口的形状为方形、圆形或其他几何图形。
6.如权利要求4所述的制造方法，其中，所述提供一绝缘材的步骤还包括：
提供一基板，且所述基板上具有一指纹感测电路；
将所述绝缘材覆盖在所述指纹感测电路上。
7.如权利要求4所述的制造方法，还包括：
固定一磁性片材于所述绝缘材相对于所述导电层的表面上；
通过一磁场将所述遮罩吸附于所述导电层上，
其中，所述遮罩具有磁性。
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