DE69922722T2

DE69922722T2 - Oberflächenform-Erkennungssensor und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69922722T2
Application number: DE69922722T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Machida; Satoshi Shigematsu; Hiroki Morimura; Akihiko Hirata
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: EP0940652B1; US6060756A; EP0940652A3; US6248655B1; EP0940652A2; DE69922722D1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Oberflächenform-Erkennungssensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung und insbesondere einen Oberflächenform-Erkennungssensor zum Erfassen von feinen dreidimensionalen Mustern wie einem menschlichen Fingerabdruck und dem Nasenabdruck eines Tiers, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Die Aufmerksamkeit liegt zurzeit auf Sicherheitsverfahren im Rahmen der Weiterentwicklung der informationsorientierten Gesellschaft und des Umfelds in der jetzigen Gesellschaft. So haben beispielsweise Authentisierungsverfahren in der informationsorientierten Gesellschaft zum Aufbau eines elektronischen Barzahlungssystems und Ähnlichem an Bedeutung gewonnen. Vor kurzem wurde eingehende Forschungs- und Entwicklungsarbeit zu Authentisierungsverfahren zum Schutz vor Diebstahl und betrügerischer Nutzung von Karten betrieben (z.B. Yoshimasa Shimizu et al.: „Study on IC Card Having Personal Authentication Function", Technical Report of IEICE, OFS92-32, S. 25 – 30(1992)).
Verschiedene Authentisierungsverfahren zur Verhinderung der betrügerischen Nutzung von Fingerabdrücken, Stimmprofilen und Ähnlichem. Verschiedene Techniken zur Authentisierung von Fingerabdrücken wurden entwickelt. Diese Verfahren zur Authentisierung von Fingerabdrücken werden grob in optische Leseverfahren und Verfahren zum Erfassen von Erhebungen/Vertiefungen in der Haut eines Fingers eingeteilt, wobei sie unter Verwendung elektrischer Eigenschaften des Menschen in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.
Ein optisches Leseverfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Fingerabdruck als optische Bilddaten empfangen wird, hauptsächlich durch Verwendung der Lichtreflexion und eines CCD-Bildsensors, und der Fingerabdruck zugeordnet wird (Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 61-221883). Es wurde ein weiteres Verfahren entwickelt, bei dem dünne piezoelektrische Schichten verwendet werden, um den Druckunterschied zwischen der Erhebung und der Vertiefung in der Haut eines Fingers abzulesen (Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 5-61965). Als Verfahren zum Erfassen eines Fingerabdruckmusters durch Umwandeln von Veränderungen der elektrischen Eigenschaften bei Berührung der Haut eines Fingers in eine Verteilung von elektrischen Signalen wurde ein Authentisierungsverfahren vorgeschlagen, das druckempfindliche dünne Schichten verwendet und das auf Veränderungsbeträgen von Widerstand und Kapazität beruht (Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 7-168930).
Von den zuvor beschriebenen Techniken kann das Verfahren, das mit Licht arbeitet, schwer als kompaktes System umgesetzt werden und ist daher schwer auf den allgemeinen Zweck anzuwenden. Das heißt, dass die Anwendbarkeit dieses Verfahrens begrenzt ist. Das Verfahren zum Erfassen der Erhebungen/Vertiefungen in der Haut eines Fingers durch Verwendung einer druckempfindlichen dünnen Schicht erweist sich in der Praxis als schwierig und weist eine schlechte Zuverlässigkeit auf, da ein besonderer Werkstoff benötigt wird und schwer zu verarbeiten ist.
Es wurde ein kapazitiver Fingerabdrucksensor auf der Grundlage von LSI-Herstellungsverfahren entwickelt (Marco Tartagni und Roberto Guerrieri: „A 390 dpi Live Fingeprint Imager Based on Feedback Capacitive Sensing Scheme", 1997 IEEE International Solid-State Circuits Conference, S. 200 – 201 (1997)). Dies ist ein Verfahren zum Erfassen eines Musters aus Erhebungen/Vertiefungen in der Haut eines Fingers durch das kapazitive Rückkopplungserfassungsverfahren unter Verwendung kleiner Sensoren, die zweidimensional auf einem LSI-Chip angeordnet sind. Dieser kapazitive Sensor ist so ausgestaltet, dass zwei Platten auf der obersten LSI-Verbindung gebildet sind, und dass eine Passivierungsschicht auf den Platten gebildet ist. Wenn die Fingerspitze diesen Sensor berührt, dient die Hautoberfläche als dritte Platte und ist durch eine Isolierschicht aus Luft von dem Sensor isoliert. Durch einen Erfassungsvorgang wird ein Fingerabdruck entsprechend den Unterschieden im Abstand zwischen den Erhebungen/Vertiefungen in der Haut und dem Sensor erfasst. Diese Anordnung erlaubt eine Verringerung der Größe, da im Vergleich zu dem herkömmlichen optischen Verfahren keine besondere Schnittstelle notwendig ist.
Die Herstellung dieses Fingerabdrucksensors erfolgt grundsätzlich durch Bilden von Sensorelektroden auf einem Halbleitersubstrat und Bilden einer Passivierungsschicht auf den Sensorelektroden. Bei einem Verfahren, bei dem dieser Sensor eingesetzt wird, wird die Kapazität zwischen der Haut und dem Sensor durch die Passivierungsschicht erfasst, um ein feines Muster aus Erhebungen/Vertiefungen zu erfassen.
Weitere kapazitive Fingerabdrucksensoren sind in der US-Patentschrift 4,353,056 offenbart, die auf einer zeitweiligen Verformung einer Kondensatorelektrode beruhen, nachdem sie die Erhebungen/Vertiefungen der Haut berührt hat.
Ein herkömmlicher kapazitiver Fingerabdrucksensor wird im Folgenden mit Bezug auf die 24 und 25 kurz beschrieben. Dieser kapazitive Sensor weist eine Anordnung wie die auf, die in 24 gezeigt ist. Zuerst wird eine Verbindung 2403 auf einem Halbleitersubstrat 2401 gebildet, auf dem LSI-Schaltungen und Ähnliches gebildet sind, durch eine untere Isolierschicht 2402. Eine dielektrische Zwischenniveauschicht 2404 wird dann auf der Verbindung 2403 gebildet.
Zum Beispiel sind Sensorelektroden 2406, die jeweils eine rechteckige ebene Form aufweisen, auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 2404 gebildet. Jede Sensorelektrode 2406 ist durch einen Einsatz 2405 in einem Durchgangsloch, das in der dielektrischen Zwischenniveauschicht 2404 gebildet ist, mit der Verbindung 2403 verbunden. Auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 2404 ist eine Passivierungsschicht 2407 gebildet, um die Sensorelektroden 2406 zu bedecken, wodurch Sensorelemente gebildet werden. Diese Sensorelemente sind zweidimensional angeordnet, so dass sich die Sensorelektroden 2406 der benachbarten Sensorelemente nicht gegenseitig berühren.
Im Folgenden wird der Betrieb dieses kapazitiven Sensors beschrieben. Wenn ein Fingerabdruck erfasst werden soll, berührt ein Finger als Zielobjekt der Fingerabdruckerfassung die Passivierungsschicht 2407. Wenn der Finger die Schicht auf diese Weise berührt, dient die Haut, die die Passivierungsschicht 2407 berührt, auf den Sensorelektroden 2406 als Elektrode. Dadurch bilden sich Kapazitäten zwischen der Haut und den Sensorelektroden 2406. Die Kapazitäten werden durch die Verbindungen 2403 erfasst. Ein Fingerabdruck besteht aus den Erhebungen/Vertiefungen in der Haut des Fingers. Wenn also der Finger die Passivierungsschicht 2407 berührt, ändern sich die Abstände von der Haut, die als Elektrode dient, und den Sensorelektroden 2406 entsprechend den Erhebungen/Vertiefungen, die einen Fingerabdruck bilden. Diese Abstandsunterschiede werden als Kapazitätsunterschiede erfasst. Durch das Erfassen einer Verteilung von Kapazitätsunterschieden kann das Muster der Erhebungen in der Haut des Fingers erhalten werden. Das bedeutet, dass ein feines Muster aus Erhebungen/Vertiefungen in der Haut durch diesen kapazitiven Sensor erfasst werden kann.
Ein derartiger kapazitiver Fingerabdrucksensor kann in eine kompakte Form gebracht werden, da im Vergleich zu einem herkömmlichen optischen Sensor keine besondere Schnittstelle erforderlich ist.
Dieser kapazitive Sensor kann zusammen mit einer LSI-Schaltung auf dem folgenden (LSI-) Chip mit integrierter Schaltung eingebaut werden. Genauer gesagt, kann der vorstehende kapazitive Sensor auf einem Chip mit integrierter Schaltung zusammen mit einem Speicherbereich eingebaut werden, in dem Fingerabdruckdaten zum Zuordnen gespeichert werden, und mit einem Erkennungsverarbeitungsbereich, der in den Speicherbereich eingegliedert ist, um Fingerabdruckdaten, die in einem Speicherbereich aufbereitet werden, mit einem eingelesenen Fingerabdruck zu vergleichen/diesem zuzuordnen. Die Ausbildung derartiger Bestandteile auf einem Chip mit integriertem Schaltkreis macht es schwierig, bei der Datenübertragung zwischen Einheiten unerlaubte Eingriffe an Informationen vorzunehmen, wodurch die Sicherheitsschutzleistung verbessert wird.
Da die Haut als Elektrode verwendet wird, ist eine LSI-Schaltung, die zusammen mit dem Sensor auf dem Substrat eingebaut wird, gemäß dem zuvor beschriebenen Sensor jedoch anfällig für durch statische Elektrizität verursachte Beschädigungen, die erzeugt wird, wenn die Haut den Sensor berührt.
Daher ist die Nachfrage nach einem Sensor, der ein feines dreidimensionales Muster wie einen Fingerabdruck eines Menschen oder den Nasenabdruck eines Tiers erfasst, sowie nach dessen Herstellungsverfahren entstanden, wobei Stabilität, Empfindlichkeit, Zuverlässigkeit und Ähnliches des Sensors, Miniaturisierung und Vielseitigkeit berücksichtigt werden sollen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung löst das zuvor erwähnte Problem und hat zum Ziel eine stabile hochempfindliche Oberflächenformerfassung zuverlässig auszuführen, ohne Schäden aufgrund von statischer Elektrizität zu verursachen, die bei dem Erfassungsvorgang erzeugt wird.
Um das zuvor beschriebene Ziel zu erreichen, ist nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Sensor zum Erkennen der Oberflächenform eines Zielobjekts bereitgestellt, wobei der Sensor eine Mehrzahl von Kapazitätsermittlungselementen mit Sensorelektroden umfasst, die stationär in einer Ebene auf einer auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten dielektrischen Zwischenniveauschicht angeordnet sind, wobei die Sensorelektroden voneinander isoliert sind, Kapazitätsermittlungsmittel zum Erfassen von Kapazitäten der jeweiligen Kapazitätsermittlungselemente umfasst, wenigstens eine stationäre Elektrode umfasst, die auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht ausgebildet ist und gegenüber den Sensorelektroden zu isolieren ist; und eine Passivierungsschicht umfasst, die aus einem isolierenden Element hergestellt und auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht gebildet ist, um die Sensorelektroden zu bedecken, wobei die stationäre Elektrode freiliegende Abschnitte an der Oberseite der Passivierungsschicht aufweist, um zu ermöglichen, dass das Zielobjekt mit der Oberseite der Passivierungsschicht und mit der wenigstens einen stationären Elektrode in Berührung kommt, um als Gegenelektrode zu dienen, und die Kapazitätsermittlungsmittel ausgebildet sind, um Kapazitäten zwischen den Sensorelektroden und der wenigstens einen stationären Elektrode zu ermitteln.
Bei dieser Anordnung ändern sich die Kapazitäten, die durch die Kapazitätsermittlungselemente erfasst werden, entsprechend den Aussparungen ! Vorsprüngen auf der Oberfläche des Gegenstands, wenn ein zu erkennender Gegenstand den Sensor berührt.
Wenn ein zu erkennender Gegenstand den Sensor berührt, dient der Gegenstand als Gegenelektrode. Während der Gegenstand die stationäre Elektrode berührt, bilden sich Kapazitäten zwischen der Oberfläche des Gegenstands und den Sensorelektroden. Bei dieser Anordnung können die Sensorelektroden und die stationäre Elektrode aus Kupfer oder Gold hergestellt sein. Die Passivierungsschicht kann aus Polyimid hergestellt sein. Als dieses Polyimid kann Polybenzoxazol verwendet werden. Zusätzlich können leitende Schutzschichten ausgebildet sein, um die Seitenflächen und Oberseiten der Sensorelektroden und die Seitenfläche und Oberseite der stationären Elektrode zu bedecken. Die Schutzschichten können beispielsweise aus Gold oder Ruthenium hergestellt sein. Außerdem können die ersten und zweiten Verbindungen, die mit den Sensorelektroden und der stationären Elektrode verbunden sind, unter der dielektrischen Zwischenniveauschicht auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sein, und die Sensorelektroden und die stationäre Elektrode können durch die ersten und zweiten Verbindungen mit den Kapazitätsermittlungsmitteln verbunden sein. Außerdem können die Kapazitätsermittlungsmittel zusammen mit den vorstehenden Elementen auf dem Halbleitersubstrat eingebaut sein.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind bei dieser Anordnung die freiliegenden Abschnitte auf wenigstens der Oberseite der Passivierungsschicht als Matrixmuster ausgebildet, und die Sensorelektroden sind in zentralen Abschnitten quadratischer Abschnitte angeordnet, die durch die stationäre Elektrode gebildet sind. Deshalb sind alle Abstände zwischen den Sensorelektroden und der stationären Elektrode einheitlich ausgestaltet. Bei dieser Anordnung können, wenn die stationäre Elektrode als ein quadratisches Matrixmuster ausgebildet ist, jeder quadratische Abschnitt das Kapazitätsermittlungselement bildet, und die Passivierungsschicht eine Stärke von 0,3 μm oder mehr bis zu 20 μm oder weniger auf der Sensorelektrode aufweist, die Kapazitäten zwischen den Sensorelektroden und dem Zielobjekt der Oberflächenformerkennung erfasst werden, das die Passivierungsschicht auf den Sensorelektroden berührt. Wenn der Zustand eines menschlichen Fingerabdrucks erfasst werden soll, werden die Abstände zwischen den quadratischen Abschnitten des Matrixmusters der stationären Elektrode auf 100 μm oder weniger festgelegt. Bei dieser Anordnung kann die relative Dielektrizitätskonstante der Passivierungsschicht beispielsweise im Bereich von 2 bis 7 liegen. Wenn zum Beispiel ein Werkstoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 4 als Passivierungsschicht verwendet wird, und seine Stärke über jeder Sensorelektrode auf 2 μm festgelegt ist, kann jede Sensorelektrode eine quadratische Form aufweisen, wobei eine Seite eine Länge von 20 μm oder mehr aufweist. Es wird insbesondere bevorzugt, dass der Abstand zwischen jeder Sensorelektrode und der stationären Elektrode, die um sie herum angeordnet ist, 2 μm beträgt.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind die Oberseite der Passivierungsschicht und die freiliegenden Flächen der stationären Elektrode im Wesentlichen eben. Außerdem ist die stationäre Elektrode bei dem Sensor eine Erdungselektrode.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenform-Erkennungssensors bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst: Bilden erster und zweiter Verbindungen auf einem Halbleitersubstrat, Ausbilden einer dielektrischen Zwischenniveauschicht auf dem Halbleitersubstrat und Bedecken der ersten und zweiten Verbindungen, Bilden einer Mehrzahl von Sensorelektroden auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht, wobei die Sensorelektroden gegeneinander isoliert sind, Ausbilden wenigstens einer stationären Elektrode in der gleichen Ebene, in einer sie von den Sensorelektroden isolierenden Art und Weise, und Bilden einer aus einer Isolierschicht hergestellten Passivierungsschicht und Bedecken der Sensorelektroden, während Abschnitte der wenigstens einen stationären Elektrode an der Oberseite freigelegt werden, wobei Kapazitätsermittlungsmittel zum Ermitteln von Kapazitäten bereitgestellt sind, die zwischen den Sensorelektroden und der wenigstens einen stationären Elektrode auftreten, und die ersten und zweiten Verbindungen gebildet und mit den Kapazitätsermittlungsmitteln verbunden sind.
Deshalb sind die Sensorelektroden durch die ersten Verbindungen mit den Kapazitätsermittlungsmitteln verbunden, und die stationäre Elektrode ist durch die zweiten Verbindungen mit den Kapazitätsermittlungsmitteln verbunden.
Bei diesem Herstellungsvorgang können die ersten, zweiten und dritten Metallschichten aus Kupfer und/oder Gold hergestellt sein. Nachdem die Sensorelektroden und die stationäre Elektrode gebildet sind, können außerdem Schutzschichten gebildet werden, die leitend sind und die die Seitenflächen und Oberseiten der Sensorelektroden und der stationären Elektrode bedecken. Die Schutzschichten können aus Ruthenium hergestellt sein. Die Passivierungsschicht kann aus Polyimid hergestellt sein. Als dieses Polyimid kann Polybenzoxazol verwendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Schnittansicht, die die Anordnung eines Kapazitätsermittlungselements eines Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel zeigt;
1B ist eine Draufsicht, die die Anordnung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt;
2 ist eine Draufsicht, die die Anordnung eines Teils des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt;
3A bis 3K sind Ansichten, die die Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigen;
4A bis 4F sind Schnittansichten, die die Schritte bei einem anderen Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigen;
5 ist eine Schnittansicht, die noch ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt;
6 ist eine Schnittansicht, die die Anordnung eines Kapazitätsermittlungselements eines Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt;
7A bis 7I sind Schnittansichten, die die Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel zeigen;
8 ist eine Schnittansicht, die ein Kapazitätsermittlungselement eines Oberflächenform-Erkennungssensor gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel zeigt;
9A bis 9H sind Schnittansichten, die die Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel zeigen;
10 ist eine Schnittansicht, die die Anordnung eines Kapazitätsermittlungselements eines Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11A bis 11F sind Schnittansichten, die die Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
12A und 12B sind Schnittansichten, die die Anordnung eines Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigen;
12C ist eine Draufsicht, die die Anordnung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
13A bis 13I sind Ansichten, die die Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß der zweiten Ausführungsform zeigen;
14 ist eine Schnittansicht, die die Anordnung eines Kapazitätsermittlungselements eines Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
15A bis 15F sind Schnittansichten, die die Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß der dritten Ausführungsform zeigen;
16 ist eine Schnittansicht, die die Anordnung eines Kapazitätsermittlungselements eines Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
17A bis 17D sind Schnittansichten, die die Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß der vierten Ausführungsform zeigen;
18 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Anordnung eines Kapazitätsermittlungselements des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß der vierten Ausführungsform zeigt;
19 ist ein Schaubild, das das Ergebnis zeigt, das durch Simulation des Verhältnisses einer Kapazität Cf zu einem Abstand L zwischen einer Sensorelektrode und einer Erdungselektrode bei dem in 18 dargestellten Oberflächenform-Erkennungssensor erhalten wird;
20 ist ein Schaubild, das die Korrelation zwischen L und W_o in dem in 18 dargestellten Oberflächenform-Erkennungssensor zeigt;
21 ist ein Schaubild, das die Korrelation zwischen L, W_o und d in dem in 18 dargestellten Oberflächenform-Erkennungssensor zeigt, wenn die relative Dielektrizitätskonstante einer Passivierungsschicht auf 2 festgelegt ist;
22 ist ein Schaubild, das die Korrelation zwischen L, W_o und d in dem in 18 dargestellten Oberflächenform-Erkennungssensor zeigt, wenn die relative Dielektrizitätskonstante der Passivierungsschicht auf 4 festgelegt ist;
23 ist ein Schaubild, das die Korrelation zwischen L, W_o und d in dem in 18 dargestellten Oberflächenform-Erkennungssensor zeigt, wenn die relative Dielektrizitätskonstante der Passivierungsschicht auf 7 festgelegt ist;
24 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Anordnung eines Kapazitätsermittlungselements eines herkömmlichen Oberflächenform-Erkennungssensors zeigt; und
25 ist eine Draufsicht, die schematisch die Anordnung des herkömmlichen Oberflächenform-Erkennungssensors zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Vergleichsbeispiele und die Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Erstes Vergleichsbeispiel
1A und 1B zeigen einen Oberflächenform-Erkennungssensor (ein Kapazitätsermittlungselement) gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel. Beispielsweise sind eine Sensorelektrode 105 mit einer Größe von 80 μm im Quadrat, die aus Kupfer besteht, und eine Hilfselektrode (stationäre Elektrode) 106 auf einer dielektrischen Zwischenniveauschicht 103 gebildet, die auf einer Isolierschicht 101 gebildet ist. Es ist zu beachten, dass die Isolierschicht 101 auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist, auf dem integrierte Schaltungen wie eine Erfassungseinheit 110 (wird später beschrieben) und Verarbeitungsmittel (nicht gezeigt) gebildet sind. Ein Kapazitätsermittlungselement (im Folgenden als Sensorelement bezeichnet) muss nicht immer genau eine Sensorelektrode 105 aufweisen, sondern kann eine Mehrzahl völlig übereinstimmender Sensorelektroden aufweisen.
Wie in 1B gezeigt ist, ist die Hilfselektrode 106 als ein Matrixmuster ausgebildet, das aus quadratischen Abschnitten besteht, die jeweils eine Größe von 100 μm im Quadrat aufweisen. Die Sensorelektrode 105 ist in dem zentralen Abschnitt jedes quadratischen Abschnitts angeordnet. Die Hilfselektrode 106 weist etwa 300 × 300 quadratische Abschnitte auf. Das bedeutet, dass 300 × 300 Sensorelektroden 105 in Form einer Matrix angeordnet sind.
Eine Aluminiumverbindung 102a ist auf der Isolierschicht 101 gebildet, um durch eine Sperrschicht 104 aus Titannitrid mit der Sensorelektrode 105 verbunden zu werden. In diesem Fall besteht die Sensorelektrode 105 aus einer unteren Elektrode 105a, die eine Stärke von etwa 0,1 μm aufweist, und einer oberen Elektrode 105b, die eine Stärke von etwa 0,3 μm aufweist und auf der unteren Elektrode 105a ausgebildet ist. Die untere und die obere Elektrode 105a und 105b bestehen aus Kupfer. Wie später beschrieben wird, muss die Sensorelektrode 105 nicht in diese beiden Bestandteile aufgeteilt sein.
Ebenso ist eine Aluminiumverbindung 102b auf der Isolierschicht 101 gebildet, um durch die Sperrschicht 104 aus Titannitrid mit der Hilfselektrode 106 verbunden zu werden. Die Hilfselektrode 106 besteht aus einer unteren Elektrode 106a, die aus Kupfer besteht und eine Stärke von 0,2 μm aufweist, und aus einer Elektrodensäule (Stützelement) 106b, die aus Kupfer besteht und eine Stärke von etwa 5 μm aufweist und die auf der unteren Elektrode 106a ausgebildet ist.
Eine Metallschicht 105c aus Gold und eine Schutzschicht 106c werden auf der Oberseite 25 der Sensorelektrode 105 beziehungsweise der Hilfselektrode 106 gebildet. Es ist zu beachten, dass die Sperrschicht 104 gebildet ist, um die Diffusion z.B. von Kupfer einzuschränken, und nicht auf Titannitrid beschränkt ist. Die Sperrschicht 104 kann aus einem anderen leitenden Werkstoff als Titannitrid bestehen, der in der Lage ist, wechselseitiges Diffundieren einzuschränken, z.B. Chrom, Wolfram, Tantal oder ein Nitrid dieser Elemente.
Eine Gegenelektrode 107 ist annähernd auf der gesamten Oberseite der matrixartigen Hilfselektrode 106 (Schutzschicht 106c) ausgebildet. Die Gegenelektrode 107 biegt sich mindestens in dem zentralen Abschnitt jedes quadratischen Abschnitts der Hilfselektrode 106 nach unten. Zum Zweck einer einfachen Herstellung (wird später beschrieben) weist die Gegenelektrode 107 ein maschenartiges Muster mit Löchern auf, die jeweils eine Größe aufweisen, die kleiner ist als die der Hilfselektrode 106. Eine Schicht 108 mit Vorsprüngen 108a in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte der Hilfselektrode 106 ist mit/an der Gegenelektrode 107 verbunden/befestigt. Mit den Vorsprüngen 108a auf der Oberfläche der Schicht 108 gelangen die zentralen Abschnitte der jeweiligen Sensorelemente an die höchste Stelle, um die Empfindlichkeit zu verbessern. 2 zeigt den Oberflächenform-Erkennungssensor von oben gesehen. Das heißt, eine Mehrzahl Vorsprünge 108a sind auf der Oberfläche gebildet, die ein Gegenstand berührt.
Eine Mehrzahl Erfassungseinheiten 110 ist durch die Verbindungen 102a und 102b, die zuvor beschrieben worden sind, mit den Sensorelektroden 105 beziehungsweise den Hilfselektroden 106 verbunden. Diese Erfassungseinheiten 110 erfassen die Kapazitäten, die sich zwischen den Hilfselektroden 106 und den Sensorelektroden 105 bilden, und geben Signale aus, die den Kapazitäten entsprechen. Die Ausgangssignale der jeweiligen Erfassungseinheiten 110 werden von einem Verarbeitungsmittel (nicht gezeigt) verarbeitet. Dieses Verarbeitungsmittel wandelt die Kapazitäten, die durch die jeweiligen Sensorelektroden 105 gebildet werden, in Rasterbilddaten um. In diesem Fall muss nicht jede Erfassungseinheit 110 unter der entsprechenden Sensorelektrode 105 ausgebildet sein, wie in 1A gezeigt ist, sondern kann in einem anderen Bereich ausgebildet sein. Außerdem muss eine Erfassungseinheit 110 nicht für ein Sensorelement hergestellt sein und kann mit einer Mehrzahl von Sensorelementen verbunden sein.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor, der die vorstehende Anordnung aufweist, werden die Vorsprünge 108a in Übereinstimmung mit dem Fingerabdruckmuster des Fingers nach unten gedrückt, wenn die Fingerspitze die Oberseite der Schicht 108 berührt. Als Folge davon biegt sich die Gegenelektrode 107 in den entsprechenden Abschnitten auf die Sensorelektroden 105 zu. Die Kapazitäten, die sich zwischen den Sensorelektroden 105 und der Gegenelektrode 107 gebildet haben, ändern sich in den gebogenen Abschnitten. Das heißt, wenn der Finger auf die Schicht 108 gelegt wird, ändern sich die Kapazitäten an den jeweiligen Sensorelektroden 105 in Übereinstimmung mit dem Fingerabdruckmuster (Aussparungen/Vorsprünge). Die jeweiligen Kapazitäten, die sich verändert haben, werden von den Erfassungseinheiten 110 erfasst.
Wenn das Verarbeitungsmittel Rasterdaten entsprechend der jeweiligen Kapazitäten erzeugt, die an den Sensorelektroden 105 erfasst wurden, kann das Fingerabdruckmuster wiedergegeben werden. Wenn beispielsweise 300 × 300 Sensorelektroden 105 in 100 μm-Abständen angeordnet sind, kann ein Bild des Fingerabdrucks mit 300 × 300 Punkten bei einer Auflösung von etwa 250 Punkten je Zoll gewonnen werden.
Obwohl dies in 1A nicht gezeigt ist, ist eine integrierte Schaltung, in der ein Speicherbereich, der Fingerabdruckdaten zum Zuordnen speichert, ein Erkennungsverarbeitungsbereich zum Vergleichen/Zuordnen der Fingerabdruckdaten, die im Speicherbereich gespeichert sind, anhand eines eingelesenen Bilds eines Fingerabdrucks, und Ähnliches eingegliedert sind, in einem anderen Bereich auf dem Halbleitersubstrat angeordnet. Alle diese Bestandteile können auf dem Halbleitersubstrat an einer Stelle unter der Sensorelektrode 105 angeordnet sein. Bei dieser Anordnung kann das erfasste Fingerabdruckmuster durch den Erkennungsverarbeitungsbereich, der in der integrierten Schaltung in einem kompakteren Zustand gebildet ist, anhand der Fingerabdruckdaten verglichen/zugeordnet werden, die im Speicherbereich gespeichert sind.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor des ersten Vergleichsbeispiels wird der Finger nicht als Elektrode verwendet, wenn das Fingerabdruckmuster erkannt werden soll. Dadurch werden durch statische Elektrizität verursachte Beschädigungen von anderen Abschnitten der integrierten Schaltung vermieden, die unter den Elektroden ausgebildet sind. Außerdem können die Abstände zwischen der Hilfselektrode und den jeweiligen Sensorelektroden gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel so ausgestaltet sein, dass sie gleich sind, da die Hilfselektrode als das Matrixmuster ausgebildet ist und die Sensorelektroden in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte angeordnet sind.
Da die vorstehende Beschreibung die Erfassung von Fingerabdrücken als Beispiel verwendet, ist die Größe jedes quadratischen Abschnitts der Hilfselektrode 106, d.h. die Größe jedes Sensorelements, auf etwa 100 μm im Quadrat festgelegt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wenn ein Fingerabdruck erfasst werden soll, kann jedes Sensorelement kleiner als die Breite der Erhebung ausgestaltet sein, da die Breite einer Erhebung in der Haut des menschlichen Fingers etwa 200 bis 300 μm beträgt. Wenn daher die Größe jedes Sensorelements etwa 100 μm im Quadrat beträgt, was der halben Breite der Erhebung entspricht, kann ein Fingerabdruckmuster erfasst werden. Wenn diese Größe beispielsweise auf 80 μm im Quadrat festgelegt wird, was kleiner als 100 μm im Quadrat ist, kann ein Fingerabdruck mit einer hohen Auflösung von etwa 300 Punkten je Zoll erfasst werden. Selbstverständlich kann die Größe jedes Sensorelements in Übereinstimmung mit Form, Eigenschaften und Ähnlichem eines zu messenden Gegenstands beliebig verändert werden und ist daher nicht auf die zuvor genannten Werte begrenzt.
Im Folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel beschrieben.
Erstes Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel
Zuerst werden andere integrierte Schaltungen wie die zuvor beschriebenen Erfassungs einheiten auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Wie in 3A gezeigt ist, wird dann die Isolierschicht 101 aus Siliziumoxid auf dem Halbleitersubstrat gebildet, um diese integrierten Schaltungen zu bedecken. Die Aluminiumverbindungen 102a und 102b werden auf der Isolierschicht 101 gebildet. Diese Verbindungen 102a und 102b können gebildet werden, indem Aluminiumschichten gebildet und durch ein bekanntes fotolithografisches Verfahren mit einem Muster versehen werden. Die dielektrische Zwischenniveauschicht 103 wird auf der Isolierschicht 101 gebildet, um die Verbindungen 102a und 102b zu bedecken. Durchgangslöcher 103a und 103b werden in vorher festgelegten Abschnitten der dielektrischen Zwischenniveauschicht 103 gebildet, die über den Verbindungen 102a und 102b liegen.
Die Sperrschichten 104 aus Titannitrid werden gebildet, um mindestens die Flächen der Verbindungen 102a und 102b zu bedecken, die auf den Bodenabschnitten der Durchgangslöcher 103a und 103b freigelegt sind. Diese Sperrschichten 104 können folgendermaßen gebildet werden: Zuerst wird durch Sputtern oder Ähnliches eine Titannitridschicht auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 103 gebildet, in der die Durchgangslöcher 103a und 103b gebildet sind. Dann wird durch das fotolithografische Verfahren ein Lackmuster gebildet, um die Abschnitte zu bedecken, in denen die Durchgangslöcher gebildet sind. Die Titannitridschicht wird gezielt durch Trockenätzen entfernt, z.B. reaktives Ionenätzen (RIE), wobei dieses Lackmuster als Maske verwendet wird, und dann wird das Lackmuster entfernt, wodurch die Sperrschichten 104 gebildet werden. Es ist zu beachten, dass die Sperrschicht 104 nicht auf eine Titannitridschicht beschränkt ist. Wie zuvor beschrieben, kann die Sperrschicht 104 aus einem anderen leitenden Werkstoff bestehen, der wechselseitiges Diffundieren verhindern kann, z.B. Chrom, Wolfram oder ein Nitrid davon.
Wie beispielsweise in 3B gezeigt ist, wird eine dünne Metallschicht 301, die aus Kupfer besteht und eine Stärke von etwa 0,1 μm aufweist, auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 103 einschließlich den Sperrschichten 104 gebildet. Zum Beispiel kann in diesem Schritt eine Kupferschicht durch Sputtern gebildet werden.
Wie in 3C gezeigt ist, wird ein Lackmuster 302 mit einem Öffnungsbereich 302a in einem vorher festgelegten Bereich, der dem oberen Abschnitt jedes Durchgangslochs 103a entspricht, auf der dünnen Metallschicht 301 bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet. Eine 0,3 μm starke Kupferschicht wird durch ein galvanisches Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 301 als Kathode auf der Oberfläche der dünnen Metallschicht 301 gebildet, die auf dem Bodenabschnitt des Öffnungsbereichs 302a freigelegt ist, wodurch die obere Elektrode 105b gebildet wird. Es ist zu beachten, dass die Bildung dieser oberen Elektrode 105b nicht auf Galvanisieren beschränkt ist. Wenn die dünne Metallschicht 301 jedoch bis auf eine Stärke von etwa 0,4 μm gebildet wird, muss die obere Elektrode 105b nicht gebildet werden. Zusätzlich wird auf der oberen Elektrode 105b durch Bilden einer Metallschicht mit einer Stärke von etwa 0,2 μm durch Galvanisieren die Metallschicht 105c gebildet.
Nachdem das Lackmuster 302 entfernt ist, wird ein Lackmuster 303 mit einer Nut 303a, die die obere Elektrode 105b umgibt, bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet, wie in 3D gezeigt ist. In dieser Nut 303a wird die Hilfselektrode 106 der 1A und 1B angeordnet. Eine Kupferschicht wird durch das galvanische Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 301 als Kathode auf der Oberfläche der dünnen Metallschicht 301, die auf dem Bodenabschnitt der Nut 303a freigelegt ist, bis auf eine Stärke von etwa 5 μm erzeugt, wodurch die Elektrodensäule 106b gebildet wird. Außerdem wird durch das galvanische Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 301 als Kathode die Schutzschicht 106c gebildet, indem eine Goldschicht auf der Elektrodensäule 106b bis auf eine Stärke von etwa 0,1 μm erzeugt wird.
Wie in 3E gezeigt ist, wird das Lackmuster 303 entfernt. Wie in 3F gezeigt ist, werden die freiliegenden Abschnitte der dünnen Metallschicht 301 durch Ätzen entfernt. In diesem Fall können diese Abschnitte durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung einer gemischten wässrigen Säurelösung aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure als Ätzmittel entfernt werden.
Als Ergebnis des vorstehenden Vorgangs wird die Hilfselektrode 106 in einem Matrixmuster bis auf eine Höhe von etwa 5 μm über der dielektrischen Zwischenniveauschicht 103 ausgebildet. Die Sensorelektroden 105 werden im zentralen Abschnitt der jeweiligen quadratischen Abschnitte der matrixartigen Hilfselektrode 106 gebildet.
Wie in 3G gezeigt ist, wird eine Opferschicht 304 gebildet, um jeden quadratischen Abschnitt der matrixartigen Hilfselektrode 106 zu füllen. Diese Opferschicht 304 kann folgendermaßen gebildet werden: Zuerst wird die dielektrische Zwischenniveauschicht 103, auf der die Sensorelektrode 105 und die Hilfselektrode 106 gebildet sind, mit einem SOG-Werkstoff dreimal durch Rotationsbeschichtung oder Ähnliches beschichtet. Das entstehende Gebilde wird anschließend bei etwa 300°C getempert, um eine SOG-Schicht zu bilden. Durch diese Beschichtung wird die Oberseite der SOG-Schicht geglättet, wobei die Aussparungen/Vorsprünge auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 103, die auf die Hilfselektrode 106 und die Sensorelektrode 105 zurückzuführen sind, absorbiert werden. Wenn diese ebene SOG-Schicht rückgeätzt wird, bis die Oberfläche der Metallschicht 106a freigelegt ist, kann das Lackmuster 303, das eine ebene Oberfläche aufweist, gebildet werden, um jeden quadratischen Abschnitt der Hilfselektrode 106 zu füllen. Dieser Rückätzschritt kann durch Trockenätzen mit einem Sauerstoffplasma erfolgen. Es ist zu beachten, dass der Rückätzschritt beispielsweise durch ein chemisches/mechanisches Polierverfahren erfolgen kann. Selbstverständlich ist der Werkstoff für die Opferschicht 304 nicht auf eine SOG-Schicht begrenzt, und ein anderer Werkstoff kann verwendet werden, solange eine Opferschicht gebildet werden kann, die geätzt werden kann, indem hauptsächlich ein Sauerstoffplasma verwendet wird.
Wie in 3H gezeigt ist, wird die Gegenelektrode 107 auf der Opferschicht 304 und der Hilfselektrode 106 gebildet. Diese Gegenelektrode 107 wird folgendermaßen gebildet: Zuerst wird eine Kupferschicht mit einer Stärke von etwa 0,5 μm durch Sputtern oder Ähnliches auf der gesamten Oberfläche der zuvor beschriebenen Struktur gebildet. Diese Kupferschicht wird teilweise geätzt, um eine Mehrzahl feiner Löcher zu bilden. Dadurch wird die Gegenelektrode 107, wie in der Draufsicht der 3I gezeigt ist, in ein maschenartiges Muster gebracht.
Anschließend wird die Opferschicht 304 unter Verwendung eines Plasmagemischs aus CF₄ und Sauerstoff gezielt geätzt. Obwohl anorganische Werkstoffe wie das Metall, das für die Gegenelektrode 107 verwendet wird, kaum von den ätzenden Bestandteilen weggeätzt werden, die durch dieses Plasma erzeugt werden, wird die Opferschicht 304 geätzt. Da eine Mehrzahl feiner Löcher in der Gegenelektrode 107 gebildet ist, können die ätzenden Bestandteile, die von dem Plasma erzeugt werden, durch die Löcher die Opferschicht 304 erreichen. Die Opferschicht 304 kann damit gezielt geätzt werden. Dadurch ist die Gegenelektrode 107, wie in 3J gezeigt ist, so ausgebildet, dass sie von der Hilfselektrode 106 gestützt wird, damit ein vorher festgelegter Zwischenraum über der Sensorelektrode 105 entsteht.
Wie in 3K gezeigt ist, wird die Schicht 108 mit den Vorsprüngen 108a mit/an der Gegenelektrode 107 verbunden/befestigt, wodurch der Oberflächenform-Erkennungssensor des ersten Vergleichsbeispiels erhalten wird, der in 1A gezeigt ist. Diese Schicht 108 kann durch Verarbeiten einer Schicht aus einem organischen Werkstoff wie PTFE (Polytetrafluorethylen) gebildet werden, der Thermoplastizität aufweist. PTFE kann erfolgreich eingesetzt werden, da es schmutzbeständig ist und Thermoplastizität aufweist. Die ebene Oberfläche der Schicht 108 wird mit einem schichtartigen Klebstoff beschichtet und auf der Gegenelektrode 107 angebracht und befestigt, wobei die mit Klebstoff beschichtete Fläche zur Gegenelektrode 107 zeigt. Das entstehende Gebilde wird anschließend 10 Min. bei 150°C erhitzt. Dadurch ist die Schicht 108 mit/an der Gegenelektrode 107 verbunden/befestigt.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die Hilfselektrode als ein Matrixmuster ausgebildet. Jedoch ist das erste Vergleichsbeispiel nicht darauf beschränkt und die Hilfselektrode kann jedes beliebige Muster aufweisen, solange die entstehende Anordnung die Gegenelektrode stützen kann, wobei ein vorher festgelegter Zwischenraum über jeder Sensorelektrode gewährleistet ist.
Zweites Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel
Der Oberflächenform-Erkennungssensor des ersten Vergleichsbeispiels kann folgendermaßen hergestellt werden: Zuerst wird, wie in 4A gezeigt ist, die Isolierschicht 101 aus Siliziumoxid auf dem Halbleitersubstrat gebildet, auf dem weitere integrierte Schaltungen wie Erfassungseinheiten (nicht gezeigt) gebildet sind, um die integrierten Schaltungen zu bedecken. Die Aluminiumverbindungen 102a und 102b werden auf der Isolierschicht 101 gebildet. Die dielektrische Zwischenniveauschicht 103 wird auf der Isolierschicht 101 gebildet, um die Verbindungen 102a und 102b zu bedecken. Die Durchgangslöcher 103a und 103b werden in vorher festgelegten Abschnitten der dielektrischen Zwischenniveauschicht 103 gebildet, die über den Verbindungen 102a und 102b angeordnet sind. Die Sperrschichten 104 aus Titannitrid werden gebildet, um mindestens die Flächen der Verbindungen 102a und 102b zu bedecken, die auf den Bodenabschnitten der Durchgangslöcher 103a und 103b freigelegt sind.
Wie beispielsweise in 4B gezeigt ist, wird eine dünne Metallschicht 401, die aus Kupfer besteht und eine Stärke von etwa 0,1 μm aufweist, auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 103 einschließlich den Sperrschichten 104 gebildet. Ein Lackmuster 402 mit einem Öffnungsbereich 402a in einem vorher festgelegten Bereich über jedem Durchgangsloch 103a wird auf der dünnen Metallschicht 401 bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet. Die obere Elektrode 105b wird durch Bilden einer 0,3 μm starken Kupferschicht durch das galvanische Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 401 als Kathode auf der Oberfläche der dünnen Metallschicht 401 gebildet, die auf dem Bodenabschnitt des Öffnungsbereichs 402a freigelegt ist. Anschließend wird eine Goldschicht mit einer Stärke von etwa 0,2 μm gebildet, indem ebenfalls das galvanische Verfahren angewendet wird, wodurch die Metallschicht 105c auf der oberen Elektrode 105b entsteht.
Der vorstehende Vorgang stimmt mit dem des ersten Herstellungsverfahrens überein, das zuvor beschrieben ist.
Bei dem zweiten Herstellungsverfahren wird nach der Entfernung des Lackmusters 402 ein Lackmuster 403 bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet, das eine Form aufweist, die jede obere Elektrode 105b umgibt, wie in 4C gezeigt ist. Der Bereich, der von diesem Lackmuster 403 bedeckt wird, ist der Bereich, in dem die Hilfselektrode 106 gebildet wird, wie in den 1A und 1B gezeigt ist.
Die freiliegenden Oberflächenabschnitte der dünnen Metallschicht 401 werden dann gezielt geätzt, wobei das Lackmuster 403 und die Metallschicht 105c als Masken verwendet werden, um die untere Elektrode 105a und die untere Elektrode 106a zu bilden, wie in 4D gezeigt ist. In diesem Fall können diese Abschnitte durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung einer wässrigen gemischten Säurelösung aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure als Ätzmittel entfernt werden. Da das Lackmuster 403 und die Metallschicht 105c aus Gold durch diesen nasschemischen Ätzvorgang kaum weggeätzt werden, kann die dünne Metallschicht 401 gezielt entfernt werden.
Nachdem das Lackmuster 403 entfernt ist, wird eine Opferschicht 404, die aus Polyimid besteht und eine Nut 404a aufweist, die die obere Elektrode 105b umgibt, bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet, wie in 4E gezeigt ist. Diese Nut 404a ist der Bereich, in dem die Hilfselektrode 106 gebildet wird. Es ist zu beachten, dass der Werkstoff für die Opferschicht 404 nicht auf Polyimid beschränkt ist und eine SOG-Schicht verwendet werden kann.
Wie beispielsweise in 4F gezeigt ist, wächst Kupfer durch stromloses Abscheiden gezielt auf der unteren Elektrode 106a auf, um die Nut 404a mit Kupfer zu füllen, wodurch die Elektrodensäule 106b mit einer Höhe von etwa 5 μm entsteht. Die Schutzschicht 106c mit einer Stärke von etwa 0,1 μm wird auf der Elektrodensäule 106b gebildet, indem sie fortwährend mit Gold plattiert wird.
Nach diesem Schritt wird die Gegenelektrode 107, wie bei den zuvor beschriebenen Schritten, die in den 3H bis 3K gezeigt sind, auf der Opferschicht 404 und der Hilfselektrode 106 gebildet, und nur die Opferschicht 404 wird gezielt entfernt. Die Schicht 108 mit den Vorsprüngen 108a wird mit/an der Gegenelektrode 107 verbunden/befestigt. Dadurch wird der Oberflächenform-Erkennungssensor des ersten Vergleichsbeispiels gewonnen, der in 1A gezeigt ist.
Drittes Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die Gegenelektrode gebildet, nachdem die Opferschicht gebildet ist. Jedoch ist das vorliegende Vergleichsbeispiel nicht darauf beschränkt. Die Gegenelektrode kann gebildet werden, ohne dass die Opferschicht gebildet wird.
Insbesondere wird die Hilfselektrode 106 beispielsweise, wie in den 3A bis 3F gezeigt ist, als ein Matrixmuster in einer Höhe von etwa 5 μm über der dielektrischen Zwischenniveauschicht 103 ausgebildet und die Sensorelektrode 105 wird im zentralen Abschnitt jedes quadratischen Abschnitts der matrixartigen Hilfselektrode 106 gebildet.
Inzwischen wird eine Gegenelektrode 507, die aus einer mehrlagigen Schicht aus Chrom und Gold besteht, beispielsweise durch ein Maskenaufbringungsverfahren auf einer Oberfläche der Schicht 108 (3K) mit den Vorsprüngen 108a gebildet, auf der keine Vorsprünge gebildet sind, wie in 5 gezeigt ist. Die Gegenelektrode 507 und die Oberfläche der Schutzschicht 106c der Hilfselektrode 106 werden miteinander/aneinander mit einem leitfähigen Klebstoff verbunden/befestigt, wodurch der Oberflächenform-Erkennungssensor des ersten Vergleichsbeispiels gewonnen wird, der in 1A gezeigt ist. Wenn die Gegenelektrode und die Schutzschichten mit einem Klebstoff befestigt werden sollen, können sie beispielsweise durch den leitfähigen Klebstoff in Berührung miteinander gebracht werden, und die entstehende Struktur kann 10 Min. bei etwa 150°C erhitzt werden.
Wird die Gegenelektrode 507 auf diese Art gebildet, ist keine Opferschicht notwendig. Dadurch kann der Herstellungsvorgang im Vergleich zu dem ersten und zweiten Herstellungsverfahren vereinfacht werden.
Zweites Vergleichsbeispiel
Im Folgenden ist ein Oberflächenform-Erkennungssensor gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel beschrieben. Wie in 6. gezeigt ist, umfasst der Oberflächenform-Erkennungssensor des zweiten Vergleichsbeispiels Sensorelektroden 605, von denen jede aus Kupfer besteht und eine Größe von 80 μm im Quadrat aufweist, und eine Hilfselektrode 606 auf einer dielektrischen Zwischenniveauschicht 603, die auf einer Isolierschicht 601 gebildet ist. Es ist zu beachten, dass die Isolierschicht 601 auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist, auf dem integrierte Schaltungen wie Erfassungseinheiten 610 (später beschrieben) und ein Verarbeitungsmittel (nicht gezeigt) gebildet sind.
Bei dem zweiten Vergleichsbeispiel ist die Hilfselektrode 606, wie bei dem Fall, der in 1B gezeigt ist, als ein Matrixmuster ausgebildet, das quadratische Abschnitte aufweist, die jeweils eine Größe von 100 μm im Quadrat aufweisen. Die Sensorelektrode 605 ist in dem zentralen Abschnitt jedes quadratischen Abschnitts angeordnet. Die Hilfselektrode 606 weist etwa 300 × 300 quadratische Abschnitte auf, sodass damit 300 × 300 Sensorelektroden 605 in Form einer Matrix angeordnet sind.
Eine Aluminiumverbindung 602a ist auf der Isolierschicht 601 gebildet, um durch eine Sperrschicht 604 aus Titannitrid mit der Sensorelektrode 605 verbunden zu werden. Die Sensorelektrode 605 besteht aus einer unteren Elektrode 605a, die eine Stärke von etwa 0,2 μm aufweist, und einer oberen Elektrode 605b, die eine Stärke von etwa 0,3 μm aufweist und auf der unteren Elektrode 605a ausgebildet ist. In diesem Fall ist die untere Elektrode 605a eine zweilagige Schicht mit einer Chrom- und einer Kupferschicht, die jeweils eine Stärke von etwa 0,1 μm aufweisen. Die obere Elektrode 605b besteht aus Kupfer.
Ebenso ist eine Aluminiumverbindung 602b auf der Isolierschicht 601 gebildet, um durch die Sperrschicht 604 aus Titannitrid mit der Hilfselektrode 606 verbunden zu werden. Die Hilfselektrode 606 besteht ebenfalls aus einer 0,1 μm starken unteren Elektrode 606a, die aus einer zweilagigen Schicht mit einer Chrom- und einer Kupferschicht besteht, und einer Elektrodensäule 606b, die aus Kupfer besteht und eine Stärke von etwa 5 μm aufweist und auf der unteren Elektrode 606a ausgebildet ist. Die Schutzschichten 605c und 606c aus Ruthenium sind so gebildet, dass sie die Oberseiten und Seitenflächen der Sensorelektrode 605 und der Hilfselektrode 606 bedecken. Es ist zu beachten, dass das Metall, das für die untere Schicht jeder unteren Elektrode 605a und 606a verwendet wird, nicht auf Chrom beschränkt ist. Zum Beispiel können andere Metalle wie Titan und Nickel verwendet werden, die die Diffusion von Kupfer unterdrücken und die Hafteigenschaften gegenüber einem Isolierstoff verbessern können.
Anschließend wird eine Gegenelektrode 607 annähernd auf der gesamten Oberseite der matrixartigen Hilfselektrode 606 (Schutzschicht 606c) gebildet. Die Gegenelektrode 607 biegt sich mindestens in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte der Hilfselektrode 606 nach unten. Zum Zweck einer einfachen Herstellung (wird später beschrieben) weist die Gegenelektrode 607 ein maschenartiges Muster mit Löchern auf, von denen jedes eine Größe aufweist, die kleiner ist als die der Hilfselektrode 106. Eine Schicht 608 mit den Vorsprüngen 608a in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte der Hilfselektrode 606 ist mit/an der Gegenelektrode 607 verbunden/befestigt.
Eine Mehrzahl von Erfassungseinheiten 610 ist durch die Verbindungen 602a und 602b, die zuvor beschrieben worden sind, mit den jeweiligen Sensorelektroden 605 und der Hilfselektrode 606 verbunden. Die Erfassungseinheiten 610 erfassen die Kapazitäten, die sich zwischen der Hilfselektrode 606 und den Sensorelektroden 605 bilden, und geben Signale aus, die den Kapazitäten entsprechen. Die Ausgangssignale der jeweiligen Sensoreinheiten 610 werden von einem Verarbeitungsmittel (nicht gezeigt) verarbeitet. Dieses Verarbeitungsmittel wandelt die Kapazitäten, die durch die jeweiligen Sensorelektroden 605 gebildet werden, in Rasterbilddaten um. In diesem Fall muss nicht jede Erfassungseinheit 610 unter der entsprechenden Sensorelektrode 605 ausgebildet sein, wie in 6 gezeigt ist, sondern kann in einem anderen Bereich ausgebildet sein. Außerdem muss eine Erfassungseinheit 610 nicht für ein Sensorelement hergestellt sein und kann mit einer Mehrzahl von Sensorelementen verbunden sein. Diese Anordnungen stimmen mit denen des ersten Vergleichsbeispiels überein.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor, der die vorstehende Anordnung aufweist, werden die Vorsprünge 608a in Übereinstimmung mit dem Fingerabdruckmuster des Fingers nach unten gedrückt, wenn die Fingerspitze die Oberseite der Schicht 608 berührt. Als Folge biegt sich die Gegenelektrode 607 in den entsprechenden Abschnitten auf die Sensorelektroden 605 zu. Die Kapazitäten, die sich zwischen den Sensorelektroden 605 und der Gegenelektrode 607 gebildet haben, ändern sich in den gebogenen Abschnitten. Das heißt, wenn der Finger auf die Schicht 608 gelegt wird, ändern sich die Kapazitäten an den jeweiligen Sensorelektroden 605 in Übereinstimmung mit dem Fingerabdruckmuster (Aussparungen/Vorsprünge). Die jeweiligen Kapazitäten, die sich verändert haben, werden von den Erfassungseinheiten 610 erfasst.
Wenn das Verarbeitungsmittel Rasterdaten entsprechend der jeweiligen Kapazitäten erzeugt, die an den Sensorelektroden 605 erfasst wurden, kann das Fingerabdruckmuster wiedergegeben werden. Wenn beispielsweise 300 × 300 Sensorelektroden 605 in 600 μm-Abständen angeordnet sind, kann ein Bild des Fingerabdrucks mit 300 × 300 Punkten bei einer Auflösung von etwa 250 Punkten je Zoll gewonnen werden.
Obwohl dies in 6 nicht gezeigt ist, ist eine integrierte Schaltung, in der ein Speicherbereich, der Fingerabdruckdaten zum Zuordnen speichert, ein Erkennungsverarbeitungsbereich zum Vergleichen/Zuordnen der Fingerabdruckdaten, die im Speicherbereich gespeichert sind, mit/zu einem eingelesenen Bilds eines Fingerabdrucks, und Ähnliches eingegliedert sind, in einem anderen Bereich auf dem Halbleitersubstrat angeordnet. Alle diese Bestandteile können auf dem Halbleitersubstrat an einer Stelle unter der Sensorelektrode 605 angeordnet sein. Bei dieser Anordnung kann das erfasste Fingerabdruckmuster durch den Erkennungsverarbeitungsbereich, der in der integrierten Schaltung in einem kompakteren Zustand gebildet ist, anhand der Fingerabdruckdaten verglichen/zugeordnet werden, die im Speicherbereich gespeichert sind.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor des zweiten Vergleichsbeispiels wird der Finger wie bei dem ersten Vergleichsbeispiel nicht als Elektrode verwendet, wenn das Fingerabdruckmuster erkannt werden soll. Dadurch werden durch statische Elektrizität verursachte Beschädigungen von anderen Abschnitten der integrierten Schaltung vermieden, die unter den Elektroden gebildet sind.
Außerdem kann gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel die Beschädigung der Elektrodenflächen durch Oxidation vermieden werden, da die freiliegenden Flächen der Sensorelektroden und der Hilfselektrode mit den Rutheniumschichten bedeckt sind. Rutheniumoxid ist außerdem leitfähig und wird daher im Allgemeinen als Kontaktwerkstoff verwendet. Dieser Werkstoff ist für Schichten geeignet, um die Oxidation von Elektroden verhindern.
Auch bei dem zweiten Vergleichsbeispiel können die Zwischenräume zwischen den Hilfselektroden und den jeweiligen Sensorelektroden so ausgestaltet sein, dass sie einander gleich sind, da die Hilfselektrode als ein Matrixmuster ausgebildet ist und die Sensorelektroden in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte angeordnet sind.
Im Folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel teilweise beschrieben.
Zuerst werden andere integrierte Schaltungen wie die zuvor beschriebenen Erfassungseinheiten auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Wie in 7A gezeigt ist, wird dann die Isolierschicht 601 aus Siliziumoxid auf dem Halbleitersubstrat gebildet, um diese integrierten Schaltungen zu bedecken, und die Aluminiumverbindungen 602a und 602b werden auf der Isolierschicht 601 gebildet. Diese Verbindungen 602a und 602b können gebildet werden, indem eine Aluminiumschicht gebildet und durch ein bekanntes fotolithografisches Verfahren mit einem Muster versehen wird. Die dielektrische Zwischenniveauschicht 603 wird auf der Isolierschicht 601 gebildet, um die Verbindungen 602a und 602b zu bedecken. Die Durchgangslöcher 603a und 603b werden in vorher festgelegten Abschnitten der dielektrischen Zwischenniveauschicht 603 gebildet, die über den Verbindungen 602a und 602b liegen.
Die Sperrschichten 604 aus Titannitrid werden gebildet, um mindestens die Oberseiten der Verbindungen 602a und 602b zu bedecken, die auf den Bodenabschnitten der Durchgangslöcher 603a und 603b freigelegt sind. Die Sperrschichten 604 können folgendermaßen gebildet werden: Zuerst wird durch Sputtern oder Ähnliches eine Titannitridschicht auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 603 gebildet, in der die Durchgangslöcher 603a und 603b gebildet sind. Dann wird durch Fotolithografie ein Lackmuster gebildet, um die Abschnitte zu bedecken, in denen die Durchgangslöcher gebildet sind. Die Titannitridschicht wird gezielt durch Trockenätzen entfernt, z.B. mit dem RIE-Verfahren, wobei dieses Lackmuster als Maske verwendet wird. Wenn das Lackmuster entfernt ist, werden die Sperrschichten 604 gebildet. Es ist zu beachten, dass die Sperrschicht 604 nicht auf eine Titannitridschicht beschränkt ist. Die Sperrschicht 604 kann aus einem anderen leitenden Werkstoff als Titannitrid bestehen, der in der Lage ist, wechselseitiges Diffundieren einzuschränken, z.B. Chrom, Wolfram, Tantal oder ein Nitrid dieser Elemente.
Wie in 7B gezeigt ist, wird eine dünne Metallschicht 701, die aus einer zweilagigen Schicht, die eine Chromschicht mit einer Stärke von 0,1 μm und eine Kupferschicht mit einer Stärke von 0,1 μm umfasst, besteht auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 603 einschließlich den Sperrschichten 604 gebildet. Bei diesem Schritt kann die Chromschicht beispielsweise durch Abscheidung gebildet sein, und die Kupferschicht kann durch Sputtern gebildet sein. Die Bildung einer solchen Chromschicht als untere Schicht kann die Diffusion von Kupfer verhindern und die Hafteigenschaften gegenüber Kupfer verbessern. Wie zuvor beschrieben, kann statt Chrom ein anderes Metall verwendet werden, das die Diffusion von Kupfer verhindern und die Hafteigenschaften gegenüber einem Isolierstoff verbessern kann, z.B. Titan oder Nickel.
Wie in 7C gezeigt ist, wird ein Lackmuster 702 mit einem Öffnungsbereich 702a in einem vorher festgelegten Bereich über jedem Durchgangsloch 603a auf der dünnen Metallschicht 701 bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet. Eine 0,3 μm starke Kupferschicht wird durch ein galvanisches Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 701 als Kathode auf der Oberseite der dünnen Metallschicht 701 gebildet, die auf dem Bodenabschnitt des Öffnungsbereichs 702a freigelegt ist, wodurch die obere Elektrode 605b gebildet wird. Es ist zu beachten, dass die Bildung dieser oberen Elektrode 605b nicht auf Galvanisieren beschränkt ist.
Nachdem das Lackmuster 702 entfernt ist, wird ein Lackmuster 703 mit einer Nut 703a, die die obere Elektrode 605b umgibt, bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet, wie in
7D gezeigt ist. Diese Nut 703a ist der Bereich, in dem die Hilfselektrode 606 gebildet ist, wie in 6 gezeigt ist. Eine Kupferschicht wächst durch das galvanische Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 701 als Kathode auf der Oberfläche der dünnen Metallschicht 701 auf bis auf eine Stärke von etwa 5 μm an, die auf dem Bodenabschnitt der Nut 703a freigelegt ist, wodurch die Elektrodensäule 606b gebildet wird.
Nachdem das Lackmuster 703 entfernt ist, werden die freiliegenden Abschnitte der dünnen Metallschicht 701 weggeätzt, wie in 7E gezeigt ist. Bei diesem Ätzschritt kann zuerst die obere Kupferschicht durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung einer wässrigen gemischten Säurelösung, gebildet aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure, als Ätzmittel entfernt werden. Dann kann die untere Chromschicht durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung einer Lösung aus Kaliumhexacyanoferrat(III) und Natriumhydroxid entfernt werden.
Als Ergebnis des vorstehenden Vorgangs wird die matrixartige Hilfselektrode 606 in einer Höhe von etwa 5 μm über der dielektrischen Zwischenniveauschicht 603 gebildet. Die Sensorelektrode 605 wird im zentralen Abschnitt jedes quadratischen Abschnitts der matrixartigen Hilfselektrode 606 gebildet.
Wie in 7F gezeigt ist, werden die Schutzschichten 605c und 606c aus Ruthenium auf den freiliegenden Flächen der Sensorelektroden 605 und der Hilfselektrode 606 gebildet. Diese Schutzschichten können gebildet werden, indem Rutheniumschichten durch stromloses Abscheiden nur auf den Oberseiten der Elektroden aus Kupfer bis auf eine Stärke von etwa 0,1 μm anwachsen.
Wie in 7G gezeigt ist, wird eine Opferschicht 704 gebildet, um jeden quadratischen Abschnitt der matrixartigen Hilfselektrode 606 zu füllen. Diese Opferschicht 704 kann folgendermaßen gebildet werden: Zuerst wird die dielektrische Zwischenniveauschicht 603, auf der die Sensorelektrode 605 und die Hilfselektrode 606 gebildet sind, durch Rotationsbeschichten oder Ähnliches mit einem Polyimidwerkstoff beschichtet, um eine Polyimidschicht zu bilden. Als dieser Polyimidwerkstoff wird beispielsweise ein Polyimidharz verwendet, das als Grundbestandteil einen Polybenzoxazol-Vorläufer enthält.
Durch diese Beschichtung wird die Oberseite der Polyimidschicht geglättet, wobei die Aussparungen/Vorsprünge auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 603, die auf die Hilfselektrode 606 und die Sensorelektrode 605 zurückzuführen sind, absorbiert werden. Nachdem die Polyimidschicht durch Beschichten gebildet ist, wird die entstehende Struktur bei etwa 310°C erhitzt, damit die Polyimidschicht aushärtet. Wenn die ausgehärtete Polyimidschicht rückgeätzt wird, bis die Oberfläche der Hilfselektrode 606 freigelegt ist, kann die Opferschicht 704, die aus Polyimid besteht und eine ebene Oberfläche aufweist, gebildet werden, um jeden quadratischen Abschnitt der Hilfselektrode 606 zu füllen. Dieser Rückätzschritt kann durch Trockenätzen mit einem Sauerstoffplasma erfolgen. Polyimid ist ein organischer Werkstoff und kann daher mit einem Sauerstoffplasma geätzt werden. Es ist zu beachten, dass der Rückätzschritt beispielsweise durch ein chemisches/mechanisches Polierverfahren erfolgen kann.
Wie in 7H gezeigt ist, wird die Gegenelektrode 607 auf der Opferschicht 704 und der Hilfselektrode 606 gebildet. Diese Gegenelektrode 607 wird folgendermaßen gebildet: Zuerst wird eine Chromschicht mit einer Stärke von etwa 0,2 μm durch Sputtern oder Ähnliches auf der gesamten Oberfläche des zuvor beschriebenen Gebildes gebildet. Diese Schicht wird dann teilweise geätzt, um eine Mehrzahl feiner Löcher zu bilden, um die Gegenelektrode 607 in ein maschenartiges Muster zu bringen, wie in der Draufsicht der 3I gezeigt ist.
Wenn die Opferschicht 704 mit einem Plasmagemisch aus CF₄ und Sauerstoff gezielt geätzt wird, wird die Gegenelektrode 607 so ausgebildet, dass sie von der Hilfselektrode 606 gestützt wird, damit ein vorher festgelegter Zwischenraum über der Sensorelektrode 605 entsteht, wie in 7I gezeigt ist.
Wenn die Schicht 608 mit den Vorsprüngen 608a mit/an der Gegenelektrode 607 verbunden/befestigt ist, kann der Oberflächenform-Erkennungssensor des zweiten Vergleichsbeispiels gewonnen werden, der in 6 gezeigt ist. Diese Schicht 608 kann durch Verarbeiten einer Schicht aus einem organischen Werkstoff wie PTFE gebildet werden. Die ebene Fläche der Schicht 608 wird mit einem schichtartigen Klebstoff beschichtet und auf der Gegenelektrode 607 angebracht und befestigt, wobei die mit Klebstoff beschichtete Fläche zur Gegenelektrode 607 zeigt. Die entstehende Struktur wird anschließend 10 Min. bei 150°C erhitzt. Dadurch ist die Schicht 608 mit/an der Gegenelektrode 607 verbunden 1 befestigt.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die Hilfselektrode als ein Matrixmuster ausgebildet. Jedoch ist das vorliegende Vergleichsbeispiel nicht darauf beschränkt und die Hilfselektrode kann jedes beliebige Muster aufweisen, solange die entstehende Anordnung die Gegenelektrode stützen kann, wobei ein vorher festgelegter Zwischenraum über jeder Sensorelektrode gewährleistet ist.
Drittes Vergleichsbeispiel
Im Folgenden wird ein Oberflächenform-Erkennungssensor gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei diesem Oberflächenform-Erkennungssensor, wie er in 8 gezeigt ist, sind Sensorelektroden 805, jede mit einer Größe von 80 μm im Quadrat, und eine Hilfselektrode 806 auf einer dielektrischen Zwischenniveauschicht 803 gebildet, die auf einer Isolierschicht 801 gebildet ist. Bei dem zweiten Vergleichsbeispiel bestehen diese Elektroden aus Gold.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist die Isolierschicht 801 auf einem Halbleitersubstrat gebildet, auf dem integrierte Schaltungen wie Erfassungseinheiten und Verarbeitungsmittel (werden später beschrieben) gebildet sind. Die Hilfselektrode 806 ist als ein Matrixmuster ausgebildet, das aus quadratischen Abschnitten besteht, die jeweils eine Größe von 100 μm im Quadrat aufweisen. Die Sensorelektrode 805 ist in dem zentralen Abschnitt jedes quadratischen Abschnitts angeordnet. Die Hilfselektrode 806 weist etwa 300 × 300 quadratische Abschnitte auf. Das heißt, dass 300 × 300 Sensorelektroden 805 in Form einer Matrix angeordnet sind. Dieser Aufbau stimmt mit dem des zweiten Vergleichsbeispiels überein.
Eine Aluminiumverbindung 802a ist auf der Isolierschicht 801 gebildet, um durch eine Sperrschicht 804 aus Titannitrid mit der Sensorelektrode 805 verbunden zu werden. Die Sensorelektrode 805 besteht aus einer unteren Elektrode 805a, die eine Stärke von etwa 0,2 μm aufweist, und einer oberen Elektrode 805b, die eine Stärke von etwa 0,3 μm aufweist und auf der unteren Elektrode 805a ausgebildet ist. Die untere Elektrode 805a besteht aus einer zweilagigen Schicht aus einer Chrom- und einer Goldschicht, die jeweils eine Stärke von etwa 0,1 μm aufweisen. Die obere Elektrode 805b besteht aus Gold. Die Bildung einer solchen Chromschicht als untere Schicht kann die Hafteigenschaften zwischen der Goldschicht und der dielektrischen Zwischenniveauschicht 803 verbessern, die darunter gebildet ist. Wie bei dem zweiten Vergleichsbeispiel kann statt Chrom ein anderes Metall verwendet werden, das die Hafteigenschaften gegenüber einem Isolierstoff verbessert, z.B. Titan oder Nickel.
Ebenso ist eine Aluminiumverbindung 802b auf der Isolierschicht 801 gebildet, um durch die Sperrschicht 804 mit der Hilfselektrode 806 verbunden zu werden. Die Elektrodensäule 806b besteht ebenfalls aus einer unteren Elektrode 806a, die aus einer zweilagigen Schicht einschließlich einer Chrom- und einer Goldschicht besteht, die jeweils eine Stärke von etwa 0,1 μm aufweisen, und einer Elektrodensäule 806b, die eine Stärke von etwa 5 μm aufweist. Wie zuvor beschrieben, muss bei diesem Vergleichsbeispiel keine Elektrode mit einer Schutzschicht versehen werden, da korrosionsbeständiges Gold verwendet wird.
Auch bei dem dritten Vergleichsbeispiel ist eine Gegenelektrode 807 annähernd auf der gesamten Oberseite der matrixartigen Hilfselektrode 806 (Schutzschicht 806c) ausgebildet. Die Gegenelektrode 807 biegt sich mindestens in dem zentralen Abschnitt jedes quadratischen Abschnitts der Hilfselektrode 806 nach unten. Zum Zweck einer einfachen Herstellung (wird später beschrieben) weist die Gegenelektrode 807 ein maschenartiges Muster mit Löchern auf, von denen jedes eine Größe aufweist, die kleiner ist als die der Hilfselektrode 806. Eine Schicht 808 mit den Vorsprüngen 808a in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte der Hilfselektrode 806 ist mit/an der Gegenelektrode 807 verbunden/befestigt.
Wie bei den vorstehenden Vergleichsbeispielen ist eine Mehrzahl von Erfassungseinheiten durch die Verbindungen 802a und 802b, die zuvor beschrieben sind, mit den Sensorelektroden 805 beziehungsweise den Hilfselektroden 806 verbunden. Diese Erfassungseinheiten erfassen die Kapazitäten, die sich zwischen den Hilfselektroden 806 und den Sensorelektroden 805 bilden, und geben Signale aus, die den Kapazitäten entsprechen. Die Ausgangssignale der jeweiligen Sensoreinheiten werden von einem Verarbeitungsmittel (nicht gezeigt) verarbeitet. Dieses Verarbeitungsmittel wandelt die Kapazitäten, die durch die jeweiligen Sensorelektroden 805 gebildet werden, in Rasterbilddaten um.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor, der die vorstehende Anordnung aufweist, werden die Vorsprünge 808a in Übereinstimmung mit dem Fingerabdruckmuster des Fingers nach unten gedrückt, wenn die Fingerspitze die Oberseite der Schicht 808 berührt. Als Folge biegt sich die Gegenelektrode 807 in den entsprechenden Abschnitten auf die Sensorelektroden zu. Die Kapazitäten, die sich zwischen den Sensorelektroden 805 und der Gegenelektrode 807 gebildet haben, ändern sich in den gebogenen Abschnitten. Das heißt, wenn der Finger auf die Schicht 808 gelegt wird, ändern sich die Kapazitäten an den jeweiligen Sensorelektroden 805 in Übereinstimmung mit dem Fingerabdruckmuster (Aussparungen/Vorsprünge). Die jeweiligen Kapazitäten, die sich verändert haben, werden von den Erfassungseinheiten erfasst.
Wenn das Verarbeitungsmittel Rasterdaten entsprechend der jeweiligen Kapazitäten erzeugt, die an den Sensorelektroden 805 erfasst wurden, kann das Fingerabdruckmuster wiedergegeben werden. Wenn beispielsweise 300 × 300 Sensorelektroden 805 in 100 μm-Abständen angeordnet sind, kann ein Bild des Fingerabdrucks mit 300 × 300 Punkten bei einer Auflösung von etwa 250 Punkten je Zoll gewonnen werden.
Obwohl dies in 8 nicht gezeigt ist, ist auch bei dem dritten Vergleichsbeispiel eine integrierte Schaltung, in der ein Speicherbereich, der Fingerabdruckdaten zum Zuordnen speichert, ein Erkennungsverarbeitungsbereich zum Vergleichen/Zuordnen der Fingerabdruckdaten, die im Speicherbereich gespeichert sind, mit/zu einem eingelesenen Bild eines Fingerabdrucks, und Ähnliches eingegliedert sind, in einem anderen Bereich auf dem Halbleitersubstrat angeordnet. Alle diese Bestandteile können auf dem Halbleitersubstrat an einer Stelle unter der Sensorelektrode 805 angeordnet sein. Bei dieser Anordnung kann das erfasste Fingerabdruckmuster durch den Erkennungsverarbeitungsbereich, der in der integrierten Schaltung in einem kompakteren Zustand gebildet ist, anhand der Fingerabdruckdaten verglichen/zugeordnet werden, die im Speicherbereich gespeichert sind.
Auch gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor des dritten Vergleichsbeispiels wird der Finger nicht als eine Elektrode verwendet, wenn das Fingerabdruckmuster erkannt werden soll. Dadurch werden durch statische Elektrizität verursachte Beschädigungen von anderen Abschnitten der integrierten Schaltung vermieden, die unter den Elektroden gebildet sind.
Außerdem verschlechtern sich die Oberflächen der Elektroden gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel nicht durch Oxidation, da die Sensorelektroden und die Hilfselektrode aus Gold bestehen. Auch bei dem dritten Vergleichsbeispiel ist die Hilfselektrode als Matrixmuster ausgebildet und die Sensorelektroden sind in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte angeordnet, wobei die Abstände zwischen der Hilfselektrode und den jeweiligen Sensorelektroden so ausgestaltet sein können, dass sie einander gleich sind. Es ist zu beachten, dass auch bei dem dritten Vergleichsbeispiel Schutzschichten aus Ruthenium auf den freiliegenden Flächen der Sensorelektroden und der Hilfselektrode gebildet sein können.
Im Folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel teilweise beschrieben.
Andere integrierte Schaltungen wie die zuvor beschriebenen Erfassungseinheiten sind auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Wie in 9A gezeigt ist, wird dann die Isolierschicht 801 aus Siliziumoxid auf dem Halbleitersubstrat gebildet, um diese integrierten Schaltungen zu bedecken. Die Aluminiumverbindungen 802a und 802b werden auf der Isolierschicht 801 gebildet. Diese Verbindungen 802a und 802b können gebildet werden, indem eine Aluminiumschicht gebildet und durch ein bekanntes fotolithografisches Verfahren mit einem Muster versehen wird. Die dielektrische Zwischenniveauschicht 803 wird auf der Isolierschicht 801 gebildet, um die Verbindungen 802a und 802b zu bedecken. Die Durchgangslöcher 803a und 803b werden in vorher festgelegten Abschnitten der dielektrischen Zwischenniveauschicht 803 gebildet, die über den Verbindungen 802a und 802b liegen.
Die Sperrschichten 804 aus Titannitrid werden gebildet, um mindestens die Oberflächen der Verbindungen 802a und 802b zu bedecken, die auf den Bodenabschnitten der Durchgangslöcher 803a und 803b freigelegt sind. Die Sperrschichten 804 können folgendermaßen gebildet werden: Zuerst wird durch Sputtern oder Ähnliches eine Titannitridschicht auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 803 gebildet, in der die Durchgangslöcher 803a und 803b gebildet sind. Dann wird ein Lackmuster gebildet, um die Abschnitte zu bedecken, in denen die Durchgangslöcher gebildet sind. Die Titannitridschicht wird gezielt durch Trockenätzen entfernt, z.B. mit dem RIE-Verfahren, wobei dieses Lackmuster als Maske verwendet wird. Das Lackmuster wird dann entfernt. Dadurch werden die Sperrschichten 804 gebildet. Es ist zu beachten, dass die Sperrschicht 804 nicht auf Titannitrid beschränkt ist. Die Sperrschicht 804 kann aus einem anderen leitenden Werkstoff als Titannitrid bestehen, der in der Lage ist, wechselseitiges Diffundieren einzuschränken, z.B. Chrom, Wolfram oder ein Nitrid dieser Elemente.
Wie in 9B gezeigt ist, wird eine dünne Metallschicht 901 mit einem zweischichtigen Aufbau aus einer Chrom- und einer Goldschicht durch Abscheidung auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 803 einschließlich der Sperrschicht 804 bis auf eine Stärke von etwa 0,2 μm gebildet. Die Bildung der Chromschicht als untere Schicht kann die Diffusion von Gold verhindert und die Hafteigenschaften gegenüber der dielektrischen Zwischenniveauschicht 803 verbessern. Wie zuvor beschrieben, kann statt Chrom ein anderes Metall verwendet werden, das die Diffusion von Gold verhindern und die Hafteigenschaften verbessern kann, z.B. Titan oder Nickel.
Wie in 9C gezeigt ist, wird ein Lackmuster 902 mit einem Öffnungsbereich 902a in einem vorher festgelegten Bereich über dem Durchgangsloch 803a auf der dünnen Metallschicht 901 bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet. Eine 0,3 μm starke Goldschicht wird durch ein galvanisches Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 901 als Kathode auf der Oberfläche des Lackmusters 902 gebildet, das auf dem Bodenabschnitt des Öffnungsbereichs 902a freigelegt ist, wodurch die obere Elektrode 805b gebildet wird. Die Bildung der oberen Elektrode 805b ist nicht auf das Galvanisieren beschränkt.
Nachdem das Lackmuster 902 entfernt ist, wird ein Lackmuster 903 mit einer Nut 903a gebildet, die die obere Elektrode 805b umgibt, wie in 9D gezeigt ist. Diese Nut 903a ist der Bereich, in dem die Hilfselektrode 806 aus 8 gebildet ist. Eine 5 μm starke Goldschicht wächst durch das galvanische Verfahren mit der dünnen Metallschicht 901 als Kathode auf der Oberfläche der dünnen Metallschicht 901 auf, die auf dem Bodenabschnitt der Nut 903a freigelegt ist, um die Nut 903a zu füllen, wodurch die Elektrodensäule 806b gebildet wird.
Nachdem das Lackmuster 903 entfernt ist, werden die freiliegenden Abschnitte der dünnen Metallschicht 901 durch Ätzen entfernt. Bei diesem Ätzschritt kann zuerst die obere Goldschicht durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung eines Lösungsgemisches aus Jod, Ammoniumjodid und Ethanol als Ätzmittel entfernt werden. In diesem Fall beträgt die Ätzgeschwindigkeit etwa 0,5 μm/min. Dann kann die untere Chromschicht durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung einer wässrigen Lösung aus Kaliumhexacyanoferrat(III) und Natriumhydroxid entfernt werden.
Als Ergebnis des vorstehenden Vorgangs wird die Hilfselektrode 806 als ein Matrixmuster in einer Höhe von etwa 5 μm über der dielektrischen Zwischenniveauschicht 803 gebildet. Die Sensorelektrode 805 wird im zentralen Abschnitt jedes quadratischen Abschnitts der matrixartigen Hilfselektrode 806 gebildet.
Wie in 9F gezeigt ist, wird eine Opferschicht 904 gebildet, um jeden quadratischen Abschnitt der matrixartigen Hilfselektrode 806 zu füllen. Diese Opferschicht 904 kann folgendermaßen gebildet werden: Zuerst wird die Oberseite der dielektrischen Zwischenniveauschicht 803, auf der die Sensorelektrode 805 und die Hilfselektrode 806 gebildet sind, durch Rotationsbeschichten mit einem Polyimidwerkstoff beschichtet, um eine Polyimidschicht zu bilden. Als dieser Polyimidwerkstoff wird beispielsweise ein Polyimidharz verwendet, das als Grundbestandteil einen Polybenzoxazol-Vorläufer enthält. Durch diese Beschichtung wird die Oberseite der Polyimidschicht geglättet, wobei die Aussparungen/Vorsprünge auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 803, die auf die Hilfselektrode 806 und die Sensorelektrode 805 zurückzuführen sind, absorbiert werden.
Nachdem die Polyimidschicht durch Beschichten gebildet ist, wird die entstehende Struktur bei etwa 310°C erhitzt, damit die Polyimidschicht aushärtet. Wenn die ausgehärtete Polyimidschicht rückgeätzt wird, bis die Oberfläche der Hilfselektrode 806 freigelegt ist, kann die Opferschicht 904, die aus Polyimid besteht und eine ebene Oberfläche aufweist, gebildet werden, um jeden quadratischen Abschnitt der Hilfselektrode 806 zu füllen. Dieser Rückätzschritt kann durch Trockenätzen mit einem Sauerstoffplasma erfolgen. Polyimid ist ein organischer Werkstoff und kann daher mit einem Sauerstoffplasma geätzt werden. Es ist zu beachten, dass der Rückätzschritt beispielsweise durch ein chemisches/mechanisches Polierverfahren erfolgen kann. Wie zuvor beschrieben ist, können ausgezeichnete Hafteigenschaften gegenüber der Polyimidharzschicht erzielt werden, da die Sensorelektroden 805 und die Hilfselektrode 806 aus Gold bestehen. Daher löst sich die gebildete Harzschicht nicht ab, selbst wenn das Polieren durch das chemische/mechanische Polierverfahren erfolgt.
Wie in 9G gezeigt ist, wird die Gegenelektrode 807 auf der Opferschicht 904 und der Hilfselektrode 806 gebildet. Diese Gegenelektrode 807 wird folgendermaßen in ein maschenartiges Muster gebracht: Zuerst wird eine Chromschicht mit einer Stärke von etwa 0,2 μm durch Sputtern oder Ähnliches auf der gesamten Oberfläche des zuvor beschriebenen Gebildes gebildet. Diese Schicht wird dann teilweise geätzt, um eine Mehrzahl feiner Löcher zu erhalten.
Wenn die Opferschicht 904 mit einem Gasgemisch aus CF₄ und Sauerstoff gezielt geätzt wird, wird die Gegenelektrode 807 so ausgebildet, dass sie von der Hilfselektrode 806 gestützt wird und einen vorher festgelegten Zwischenraum über der Sensorelektrode 805 aufweist, wie in 9H gezeigt ist.
Wie bei dem zuvor beschriebenen ersten und zweiten Vergleichsbeispiel wird der Oberflächenform-Erkennungssensor des dritten Vergleichsbeispiels aus 8 erhalten, wenn die Schicht 808 mit den Vorsprüngen 808a mit/an der Gegenelektrode 807 verbunden/befestigt ist. Diese Schicht 808 kann durch Verarbeiten einer Schicht aus einem organischen Werkstoff wie PTFE gebildet werden, der warmverformbar ist. Die ebene Fläche der Schicht 808 wird mit einem schichtartigen Klebstoff beschichtet und auf der Gegenelektrode 807 angebracht und befestigt, wobei die mit Klebstoff beschichtete Fläche zur Gegenelektrode 807 zeigt. Die entstehende Struktur wird anschließend 10 Min. bei 1500°C erhitzt. Dadurch ist die Schicht 808 mit/an der Gegenelektrode 807 verbunden/befestigt.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die Hilfselektrode als ein Matrixmuster ausgebildet. Jedoch ist das vorliegende Vergleichsbeispiel nicht darauf beschränkt und die Hilfselektrode kann jedes beliebige Muster aufweisen, solange die entstehende Anordnung die Gegenelektrode stützen kann, wobei ein vorher festgelegter Zwischenraum über jeder Sensorelektrode gewährleistet ist.
Erste Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Oberflächenform-Erkennungssensor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 10 zeigt eine Anordnung, die zwei Sensorelementen des Oberflächenform-Erkennungssensors entspricht. Diese Anordnung weist Sensorelektroden 1005 auf, von denen jede eine Größe von 80 μm im Quadrat aufweist, und Erdungselektroden 1006 auf einer dielektrischen Zwischenniveauschicht 1004, die auf einer unteren Isolierschicht 1002 auf einem Halbleitersubstrat 1001 gebildet ist. Es wird ein Fall beschrieben, bei dem eine Sensorelektrode 1005 für ein Sensorelement gefertigt ist. Eine Verbindung (erste Verbindung) 1003, die über ein Durchgangsloch (erstes Durchgangsloch) 1004a mit der Sensorelektrode 1005 verbunden ist, ist auf der unteren Isolierschicht 1002 gebildet. Obwohl dies in 10 nicht gezeigt ist, sind Verbindungen (zweite Verbindungen), die mit den Erdungselektroden 1006 verbunden sind, auf der unteren Isolierschicht 1002 gebildet. Diese Verbindungen sind auch über Durchgangslöcher (zweite Durchgangslöcher) mit den Erdungselektroden 1006 verbunden, die in der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1004 gebildet sind. Eine Passivierungsschicht 1007 ist gebildet, um die Sensorelektroden 1005 zu bedecken. Die oberen Abschnitte der Erdungselektroden 1006 sind an der Oberseite der Passivierungsschicht 1007 freigelegt.
In diesem Fall ist eine Mehrzahl von Sensorelektroden 1005, d.h. Sensorelementen, in 100 μm-Abständen angeordnet. Die Passivierungsschicht 1007 besteht aus einem Isolierstoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von etwa 4,0, z.B. Siliziumoxid. Die Stärke dieser Schicht auf der Sensorelektrode 1005 beträgt etwa 5 μm.
Eine Erfassungseinheit 1008 ist auf dem Halbleitersubstrat 1001 an einer Stelle unter jedem Sensorelement gebildet. Die Erfassungseinheit 1008 ist durch die zuvor beschriebene Verbindung 1003 und Ähnliches mit den Erdungselektroden 1006 und der Sensorelektrode 1005 verbunden. Die Erfassungseinheit 1008 erfasst die Kapazität, die zwischen den Erdungselektroden 1006 und der Sensorelektrode 1005 gebildet wird. Das Ausgangssignal jeder Erfassungseinheit 1008 wird von einem Verarbeitungsmittel (nicht gezeigt) verarbeitet. Dieses Verarbeitungsmittel wandelt die Kapazitäten, die in den jeweiligen Sensorelektroden 1005 gebildet sind, in Rasterbilddaten um. Es ist zu beachten, dass eine Erfassungseinheit 1008 nicht an einer Stelle unter jedem Sensorelement gebildet sein muss, sondern für eine Mehrzahl von Sensorelementen ausgebildet sein kann. Außerdem können die Erfassungseinheiten in anderen Bereichen auf dem Halbleitersubstrat 1001 gebildet sein, gemeinsam mit dem zuvor beschriebenen Verarbeitungsmittel. Dieses Verarbeitungsmittel kann unter den Sensorelementen angeordnet sein, gemeinsam mit den Erfassungseinheiten. Diese Erfassungseinheiten 1008 und Verarbeitungsmittel müssen nicht in ein monolithisches Gebilde auf dem Halbleitersubstrat 1001 eingegliedert sein. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Sensorelektroden 1005, die Erfassungseinheiten 1008 und das Verarbeitungsmittel so nah wie möglich angeordnet sind.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor, der die vorstehende Anordnung aufweist, berühren die Erhebungen in der Haut des Fingers die oberen Abschnitte der Erdungselektroden 1006, wenn die Fingerspitze die Oberseite der Passivierungsschicht 1007 berührt. Da die Breite einer Erhebung in der Haut des menschlichen Fingers etwa 200 bis 300 μm beträgt, berühren die Erhebungen in der Haut immer die Erdungselektroden 1006, die in 100 μm-Abständen angeordnet sind. Als Folge wird das Potenzial jeder Erhebung in der Haut der Fingerspitze, die auf die Passivierungsschicht 1007 gelegt wird, das gleiche wie das der entsprechenden Erdungselektrode 1006. Kapazitäten werden damit zwischen den jeweiligen Erhebungen in der Haut der Fingerspitze und den Sensorelektroden 1005 gebildet und von den Erfassungseinheiten 1008 erfasst.
In diesem Fall berühren die Erhebungen in der Haut der Fingerspitze, die auf die Passivierungsschicht 1007 gelegt wird, die Passivierungsschicht 1007, wohingegen die Vertiefungen in der Haut einen Abstand zu der Passivierungsschicht 1007 aufweisen. Der Abstand d1 zwischen der Oberfläche einer Erhebung in der Haut und der darunter liegenden Sensorelektrode 1005 unterscheidet sich daher von dem Abstand d2 zwischen der Oberfläche einer Vertiefung in der Haut und der darunter liegenden Sensorelektrode 1005, und insbesondere d1 < d2. Die Kapazität C1 zwischen der Oberfläche der Erhebung in der Haut und der darunter liegenden Sensorelektrode 1005 unterscheidet sich von der Kapazität C2 zwischen der Oberfläche der Vertiefung in der Haut und der darunter liegenden Sensorelektrode 1005. Folglich werden verschiedene Kapazitäten zwischen der Sensorelektrode 1005 unter der Erhebung in der Haut und der Erdungselektrode 1006 und zwischen der Sensorelektrode 1005 unter der Vertiefung in der Haut und der Erdungselektrode 1006 erfasst.
Bei der vorstehenden Anordnung beträgt die Kapazität C1 beispielsweise etwa 43 fF. Da die Tiefe einer Vertiefung in der Haut etwa 100 μm beträgt, beträgt die Kapazität C2 etwa 2,3 fE. Sind die jeweiligen Sensorelektroden 1005 in Form einer Matrix angeordnet, können Kapazitäten, die den Erhebungen/Vertiefungen in der Haut entsprechen, in Übereinstimmung mit der Anordnung der Sensorelektroden 1005 erfasst werden. Wenn das Verarbeitungsmittel Rasterdaten in Übereinstimmung mit den jeweiligen Kapazitäten erzeugt, die an den Sensorelektroden 1005 erfasst wurden, kann das Fingerabdruckmuster wiedergegeben werden. Wenn beispielsweise 300 × 300 Sensorelektroden in 100 μm-Abständen in Form einer Matrix angeordnet sind, kann ein Bild des Fingerabdrucks mit 300 × 300 Punkten mit einer Auflösung von etwa 250 Punkten je Zoll gewonnen werden.
Obwohl dies in 10 nicht gezeigt ist, ist eine integrierte Schaltung, in der ein Speicherbereich, der Fingerabdruckdaten zum Zuordnen speichert, ein Erkennungsverarbeitungsbereich zum Vergleichen/Zuordnen der Fingerabdruckdaten, die im Speicherbereich gespeichert sind, mit/zu einem eingelesenen Bild eines Fingerabdrucks, und Ähnliches eingegliedert sind, in einem anderen Bereich auf dem Halbleitersubstrat 1001 angeordnet. Alle diese Bestandteile können auf dem Halbleitersubstrat 1001 an einer Stelle unter der Sensorelektrode 1005 angeordnet sein. Bei dieser Anordnung kann das erfasste Fingerabdruckmuster durch den Erkennungsverarbeitungsbereich, der in der integrierten Schaltung in einem kompakteren Zustand gebildet ist, mit den Fingerabdruckdaten verglichen/diesen zugeordnet werden, die im Speicherbereich gespeichert sind.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor der ersten Ausführungsform berührt ein Abschnitt des Fingers die Erdungselektroden, wenn beispielsweise ein Fingerabdruckmuster erkannt werden soll. Dadurch wird auf der Oberfläche des Oberflächenform-Erkennungssensors statische Elektrizität erzeugt. Jedoch fließt die statische Elektrizität zu den Erdungselektroden. Dadurch werden durch statische Elektrizität verursachte Beschädigungen von anderen Abschnitten der integrierten Schaltung vermieden, die unter den Erdungselektroden gebildet sind.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß der ersten Ausführungsform teilweise und kurz beschrieben.
Zuerst werden andere integrierte Schaltungen wie die zuvor beschriebenen Erfassungseinheiten auf dem Halbleitersubstrat 1001 gebildet. Wie in 11A gezeigt ist, wird dann die untere Isolierschicht 1002 auf dem Halbleitersubstrat 1001 gebildet, um diese integrierten Schaltungen zu bedecken. Die Verbindungen 1003 werden auf der unteren Isolierschicht 1002 gebildet. Obwohl dies nicht gezeigt ist, werden gleichzeitig die Verbindungen gebildet, die mit den Erdungselektroden 1006 (später beschrieben) verbunden werden sollen.
Wie in 11B gezeigt ist, wird die dielektrische Zwischenniveauschicht 1004 auf der unteren Isolierschicht 1002 gebildet, um die Verbindungen 1003 zu bedecken. Wie in 11C gezeigt ist, werden die Durchgangslöcher 1004a in vorher festgelegten Abschnitten der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1004 über den Verbindungen 1003 gebildet. Obwohl dies nicht gezeigt ist, werden gleichzeitig Durchgangslöcher in Abschnitten gebildet, die den Verbindungen entsprechen, die mit den Erdungselektroden 1006 (später beschrieben) verbunden werden.
Wie in 11D gezeigt ist, werden die Sensorelektroden 1005, die über die Durchgangslöcher 1004a mit den Verbindungen 1003 verbunden sind, auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1004 gebildet.
Wie in 11E gezeigt ist, werden die Erdungselektroden 1006, von denen jede stärker als die Sensorelektrode 1005 ist, auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1004 so gebildet, dass sie von den Sensorelektroden 1005 beabstandet sind. Die Erdungselektroden 1006 werden über Durchgangslöcher (nicht gezeigt), die in der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1004 gebildet sind, mit den entsprechenden Verbindungen (nicht gezeigt) verbunden, die auf der unteren Isolierschicht 1002 gebildet sind.
Wie in 11F gezeigt ist, wird die Passivierungsschicht 1007 so gebildet, dass sie die Aussparungsabschnitte füllt, die durch die Erdungselektroden 1006 gebildet sind, und dass sie die Sensorelektroden 1005 bedeckt. Zu diesem Zeitpunkt sind die oberen Abschnitte der Erdungselektroden 1006 auf der Oberseite der Passivierungsschicht 1007 freigelegt.
Durch den vorstehenden Vorgang kann der Elektrodenabschnitt des Oberflächenform-Erkennungssensors der ersten Ausführungsform gebildet werden, der in 10 gezeigt ist.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird ist ein Oberflächenform-Erkennungssensor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die 12A, 12B und 12C zeigen die Anordnung des Oberflächenform-Erkennungssensors der zweiten Ausführungsform. Die 12A und 12B sind Schnittansichten, und 12C ist eine Draufsicht. 12A entspricht einer Schnittansicht entlang einer Linie A – A' in 12C. 12B entspricht einer Schnittansicht entlang einer Linie B – B' in 12C.
Bei der zweiten Ausführungsform werden zuerst Sensorelektroden 1205, von denen jede eine Größe von 80 μm im Quadrat aufweist, und eine Erdungselektrode 1206 auf einer dielektrischen Zwischenniveauschicht 1203 gebildet, die auf einer Isolierschicht 1201 auf einem Halbleitersubstrat (nicht gezeigt) gebildet ist. Es ist im Folgenden ein Fall beschrieben, bei dem eine Sensorelektrode 1205 für ein Sensorelement gefertigt ist. 12A zeigt ein Sensorelement des Oberflächenform-Erkennungssensors der zweiten Ausführungsform.
Die Sensorelektrode 1205 ist durch eine Sperrschicht 1204 aus Titannitrid mit einer Aluminiumverbindung 1202 verbunden, die auf der Isolierschicht 1201 gebildet ist. Es ist zu beachten, dass auch eine Aluminiumverbindung 1202a auf der Isolierschicht 1201 gebildet ist, und durch die Sperrschicht 1204 mit einer Erdungselektrode 1206 verbunden ist, wie in 12B gezeigt ist.
In diesem Fall besteht die Erdungselektrode 1206 aus einer unteren Elektrode 1206a aus Kupfer und einer Elektrodensäule 1206b aus Kupfer, die auf der unteren Elektrode 1206a gebildet ist. Eine Schutzschicht 1206c aus Gold ist auf der Oberseite der Erdungselektrode 1206 gebildet. Eine Schutzschicht 1205a aus Gold ist auch auf der Oberseite jeder Sensorelektrode 1205 gebildet.
Eine Passivierungsschicht 1207, die zum Beispiel aus Siliziumoxid besteht, ist gebildet, um jede Sensorelektrode 1205 zu bedecken, und jeder obere Abschnitt der Erdungselektrode 1206 ist an der Oberseite der Passivierungsschicht 1207 freigelegt.
Wie in 12C gezeigt ist, ist die Erdungselektrode 1206 als ein Matrixmuster ausgebildet, das quadratische Abschnitte aufweist, die in 100 μm-Abständen angeordnet sind. Die Sensorelektroden 1205 sind in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte in 100 μm-Abständen angeordnet. Bei der zweiten Ausführungsform bildet daher ein quadratischer Abschnitt des Matrixmusters ein Sensorelement. 12C zeigt einen Zustand, bei dem neun Sensorelemente in Form einer Matrix angeordnet sind. Die Passivierungsschicht 1207 besteht aus einem Isolierstoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von etwa 4,0. Diese Schicht ist gebildet, um die Abschnitte zwischen den quadratischen Abschnitten des Matrixmusters der Erdungselektrode 1206 zu füllen und eine Stärke von etwa 5 μm auf jeder Sensorelektrode 1205 aufzuweisen.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, sind Erfassungseinheiten auf dem Halbleitersubstrat an Stellen unter den jeweiligen Sensorelementen gebildet. Diese Erfassungseinheiten sind durch die Verbindungen 1202 und Ähnliches mit der Erdungselektrode 1206 beziehungsweise den Sensorelektroden 1205 verbunden. Die Erfassungseinheiten erfassen die Kapazitäten, die zwischen der Erdungselektrode 1206 und den jeweiligen Sensorelektroden 1205 gebildet sind, und geben Signale aus, die den Kapazitäten entsprechen.
Das Ausgangssignal von jeder Erfassungseinheit 1208 wird von einem Verarbeitungsmittel (nicht gezeigt) verarbeitet. Dieses Verarbeitungsmittel wandelt die Kapazitäten, die in den jeweiligen Sensorelektroden 1205 gebildet werden, in Rasterbilddaten um. Es ist zu beachten, dass diese Erfassungseinheiten und Verarbeitungsmittel auf dem Halbleitersubstrat (nicht gezeigt) nicht an Stellen unter den Sensorelektroden 1205 angeordnet sein müssen, sondern in anderen Bereichen des Halbleitersubstrats angeordnet werden können.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor, der die vorstehende Anordnung aufweist, berühren die Erhebungen in der Haut des Fingers wie bei der ersten Ausführungsform die oberen Abschnitte der Erdungselektrode 1206, wenn die Fingerspitze die Oberseite der Passivierungsschicht 1207 berührt. Da die Breite einer Erhebung in der Haut des menschlichen Fingers etwa 200 bis 300 μm beträgt, berühren die Erhebungen in der Haut immer die Erdungselektroden 1206, die als ein Matrixmuster mit quadratischen Abschnitten ausgebildet sind, die in 100 μm-Abständen angeordnet sind. Als eine Folge davon wird das Potenzial jeder Erhebung in der Haut der Fingerspitze, die auf die Passivierungsschicht 1207 gelegt wird, das gleiche wie das der Erdungselektrode 1206. Kapazitäten werden damit zwischen den jeweiligen Erhebungen in der Haut der Fingerspitze und den Sensorelektroden 1205 gebildet und von den Erfassungseinheiten 1208 erfasst.
In diesem Fall berühren die Erhebungen in der Haut der Fingerspitze, die auf die Passivierungsschicht 1207 gelegt wird, die Passivierungsschicht 1207, wohingegen die Vertiefungen in der Haut einen Abstand zu der Passivierungsschicht 1207 aufweisen. Der Abstand d1 zwischen der Oberfläche einer Erhebung in der Haut und der darunter liegenden Sensorelektrode 1205 unterscheidet sich daher von dem Abstand d2 zwischen der Oberfläche einer Vertiefung in der Haut und der darunter liegenden Sensorelektrode 1205, und genauer d1 < d2. Die Kapazität C1 zwischen der Oberfläche der Erhebung in der Haut und der darunter liegenden Sensorelektrode 1205 unterscheidet sich von der Kapazität C2 zwischen der Oberfläche der Vertiefung in der Haut und der darunter liegenden Sensorelektrode 1205. Folglich werden verschiedene Kapazitäten zwischen der Sensorelektrode 1205 unter der Erhebung in der Haut und der Erdungselektrode 1206 und zwischen der Sensorelektrode 1205 unter der Vertiefung in der Haut und der Erdungselektrode 1206 erfasst.
Bei der vorstehenden Anordnung beträgt die Kapazität C1 beispielsweise etwa 43 fF. Da die Tiefe einer Vertiefung in der Haut etwa 100 μm beträgt, beträgt die Kapazität C2 etwa 2,3 fF. Sind die jeweiligen Sensorelektroden 1205 in Form einer Matrix angeordnet, können die Kapazitäten, die den Erhebungen/Vertiefungen in der Haut entsprechen, in Übereinstimmung mit der Anordnung der Sensorelektroden 1205 erfasst werden. Wenn das Verarbeitungsmittel Rasterdaten in Übereinstimmung mit den jeweiligen Kapazitäten erzeugt, die an den Sensorelektroden 1205 erfasst wurden, kann das Fingerabdruckmuster wiedergegeben werden. Wenn beispielsweise 300 × 300 Sensorelektroden in 100 μm-Abständen in Form einer Matrix angeordnet sind, kann ein Bild des Fingerabdrucks mit 300 × 300 Punkten mit einer Auflösung von etwa 250 Punkten je Zoll gewonnen werden.
Obwohl dies in den 12A bis 12C nicht gezeigt ist, ist eine integrierte Schaltung, in der ein Speicherbereich, der Fingerabdruckdaten zum Zuordnen speichert, ein Erkennungsverarbeitungsbereich zum Vergleichen/Zuordnen der Fingerabdruckdaten, die im Speicherbereich gespeichert sind, mit/zu einem eingelesenen Bild eines Fingerabdrucks, und Ähnliches eingegliedert sind, in einem anderen Bereich auf dem Halbleitersubstrat angeordnet. Alle diese Bestandteile können auf dem Halbleitersubstrat an einer Stelle unter der Sensorelektrode 1205 angeordnet sein. Bei dieser Anordnung kann das erfasste Fingerabdruckmuster durch den Erkennungsverarbeitungsbereich, der in der integrierten Schaltung in einem kompakteren Zustand gebildet ist, anhand der Fingerabdruckdaten verglichen/zugeordnet werden, die im Speicherbereich gespeichert sind.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor der zweiten Ausführungsform berührt ein Abschnitt des Fingers die Erdungselektroden, wenn beispielsweise ein Fingerabdruckmuster erkannt werden soll. Als Folge wird auf der Oberfläche des Oberflächenform-Erkennungssensors statische Elektrizität erzeugt. Jedoch fließt die statische Elektrizität zu den Erdungselektroden. Dadurch werden durch statische Elektrizität verursachte Beschädigungen von anderen Abschnitten der integrierten Schaltung vermieden, die unter den Erdungselektroden gebildet sind.
Zusätzlich sind die freiliegenden Oberflächenabschnitte der Erdungselektrode gemäß der zweiten Ausführungsform mit Gold beschichtet, um die Bildung von Oxidschichten auf den Berührungsflächen der Erdungselektrode zu verhindern. Außerdem werden die Abstände zwischen der Erdungselektrode und den jeweiligen Sensorelektroden gemäß der zweiten Ausführungsform so gestaltet, dass sie gleich sind, da die Erdungselektrode als ein Matrixmuster ausgebildet ist und die Sensorelektroden in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte gebildet sind.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß der zweiten Ausführungsform teilweise beschrieben.
Zuerst werden andere integrierte Schaltungen wie die zuvor beschriebenen Erfassungseinheiten auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Wie in 13A gezeigt ist, wird dann die Isolierschicht 1201 aus Siliziumoxid auf dem Halbleitersubstrat gebildet, um diese integrierten Schaltungen zu bedecken. Die Aluminiumverbindung 1202 wird auf der Isolierschicht 1201 gebildet. Diese Verbindung 1202 kann gebildet werden, indem eine Aluminiumschicht gebildet und durch ein bekanntes fotolithografisches Verfahren mit einem Muster versehen wird. Die dielektrische Zwischenniveauschicht 1203 wird auf der Isolierschicht 1201 gebildet, um die Verbindung 1202 zu bedecken. Ein Durchgangsloch 1203a wird in einem vorher festgelegten Abschnitt der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1203 über der Verbindung 1202 gebildet.
Die Sperrschicht 1204 aus Titannitrid wird gebildet, um mindestens den Oberflächenabschnitt der Verbindung 1202 zu bedecken, der auf dem Bodenabschnitt des Durchgangslochs 1203a freigelegt ist. Diese Sperrschicht 1204 kann folgendermaßen gebildet werden: Zuerst wird durch Sputtern oder Ähnliches eine Titannitridschicht auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1203 gebildet, in der das Durchgangsloch 1203a gebildet ist. Dann wird durch Fotolithografie ein Lackmuster gebildet, um den Abschnitt zu bedecken, in dem das Durchgangsloch gebildet ist. Die Titannitridschicht wird gezielt durch Trockenätzen entfernt, z.B. mit dem RIE-Verfahren, wobei dieses Lackmuster als Maske verwendet wird. Das Lackmuster wird dann entfernt. Als Folge entsteht die Sperrschicht 1204. Es ist zu beachten, dass der Werkstoff für die Sperrschicht 1204 nicht auf Titannitrid beschränkt ist. Es kann ein anderer leitfähiger Werkstoff für die Sperrschicht 1204 verwendet werden, der wechselseitiges Diffundieren verhindern kann.
Wie in 13B gezeigt ist, wird eine dünne Metallschicht 1301, die aus Kupfer besteht und mit eine Stärke von etwa 0,1 μm aufweist, auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1203 einschließlich der Sperrschicht 1204 gebildet. Diese Schicht kann durch Sputtern gebildet werden.
Wie in 13C gezeigt ist, wird ein Lackmuster 1302 mit einem Öffnungsbereich 1302a in einem vorher festgelegten Bereich über dem Durchgangsloch 1203a auf der dünnen Metallschicht 1301 gebildet. Eine 0,3 μm starke Kupferschicht und eine 0,2 μm starke Goldschicht werden durch ein galvanisches Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 1301 als Kathode auf der Oberseite der dünnen Metallschicht 1301 gebildet, die auf dem Bodenabschnitt des Öffnungsbereichs 1302a freigelegt ist, wodurch die Schutzschicht 1205a gebildet wird. Die Bildung dieser Schutzschicht 1205a ist nicht auf das Galvanisieren beschränkt.
Nachdem das Lackmuster 1302 entfernt ist, wird ein Lackmuster 1303 mit einer Nut 1303a gebildet, die die Schutzschicht 1205a umgibt, wie in 13D gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass diese Nut 1303a so gebildet ist, dass ein Abschnitt über der Sperrschicht 1204, die mit der Verbindung 1202a in 12B verbunden ist, offen ist.
Wie in 13E gezeigt ist, wächst eine Kupferschicht durch das galvanische Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 1301 als Kathode bis auf eine Stärke von etwa 5 μm auf der Oberseite der dünnen Metallschicht 1301 an, die auf dem Bodenabschnitt der Nut 1303a freigelegt ist, wodurch die Elektrodensäule 1206b gebildet wird. Ebenso wächst durch Galvanisieren, wie in 13F gezeigt ist, eine Goldschicht auf der Oberseite der Elektrodensäule 1206b bis auf eine Stärke von etwa 0,1 μm an, um die Schutzschicht 1206c zu bilden. Es ist zu beachten, dass beispielsweise die Bildung der Elektrodensäule 1206b nicht auf das Galvanisieren beschränkt ist, und stromloses Abscheiden verwendet werden kann.
Nachdem das Lackmuster 1303 entfernt ist, wird die dünne Metallschicht 1301 gezielt geätzt, wobei die Schutzschichten 1205a und 1206c als Masken verwendet werden, wie es in 13G gezeigt ist. Dieser Ätzschritt kann durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung einer wässrigen gemischten Säurelösung aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure als Ätzmittel erfolgen.
Als Folge des vorstehenden Vorgangs wird die Erdungselektrode 1206 als ein Matrixmuster auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1203 ausgebildet, und die Sensor elektroden 1205 werden in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte der Erdungselektrode 1206 gebildet.
Wie in 13H gezeigt ist, wird die Passivierungsschicht 1207 gebildet, um die quadratischen Abschnitte der Erdungselektrode 1206 zu füllen. Diese Passivierungsschicht 1207 kann folgendermaßen gebildet werden: Zuerst wird die Oberseite der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1203, auf der die Sensorelektroden 1205 und die Erdungselektrode 1206 gebildet sind, durch Rotationsbeschichten oder Ähnliches mit einem SOG-Werkstoff beschichtet, um eine SOG-Schicht zu bilden.
Damit eine dicke SOG-Schicht entsteht, wird das Beschichten mit dem SOG-Werkstoff dreimal durchgeführt. Durch diese Beschichtung wird die Oberseite der SOG-Schicht geglättet, wobei die Aussparungen/Vorsprünge auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1203, die auf die Erdungselektrode 1206 und die Sensorelektroden 1205 zurückzuführen sind, absorbiert werden. Nachdem die SOG-Schicht durch dieses Beschichten gebildet ist, wird die entstehende Struktur bei etwa 300°C erhitzt, damit aus der Beschichtung eine Siliziumoxidschicht entsteht. Wenn die SOG-Schicht rückgeätzt wird, bis die Oberseite der Erdungselektrode 1206 freigelegt ist, kann die Passivierungsschicht 1207, die eine ebene Oberfläche aufweist, gebildet werden, um die jeweiligen quadratischen Abschnitte der Erdungselektrode 1206 zu füllen.
Durch den vorstehenden Vorgang kann der Elektrodenabschnitt des Oberflächenform-Erkennungssensors der zweiten Ausführungsform gebildet werden, der in den 12A, 12B und 12C gezeigt ist.
Es ist zu beachten, dass die Passivierungsschicht 1207 nicht auf die zuvor beschriebene An und Weise gebildet werden muss. Diese Schicht kann aus einem Isolierstoff bestehen und so ausgebildet sein, dass sie eine ebene Oberseite aufweist, wie in 13H gezeigt ist. Deshalb kann die Passivierungsschicht 1207, die eine ebene Oberseite aufweist, gebildet werden, indem eine Siliziumoxidschicht abgeschieden wird, um die Erdungselektrode 1206 zu bedecken, und die Schicht mithilfe eines chemischen/mechanischen Polierverfahrens geschnitten/poliert wird, bis die Oberseite der Erdungselektro de 1206 freigelegt ist.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist die Erdungselektrode als ein Matrixmuster ausgebildet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Erdungselektroden 1313, wie in einer Draufsicht in 13I gezeigt ist, so ausgebildet sein, dass jede Erdungselektrode auf einer Seite jeder Sensorelektrode 1312 angeordnet ist, die sich in einer Passivierungsschicht 1311 befindet, und die Erdungselektroden auf der Oberseite der Passivierungsschicht 1311 voneinander getrennt sind. Es ist zu beachten, dass die Erdungselektroden 1313 durch eine untere Verbindungsschicht miteinander verbunden und auf das gleiche Potenzial eingestellt sind.
Ein Paar Erdungselektroden, deren Oberseiten freigelegt sind, müssen nicht in der Nähe jeder Sensorelektrode gebildet sein, sondern es kann eine Erdungselektrode für eine Mehrzahl von Sensorelektroden gebildet sein.
Wenn die Erdungselektrode jedoch wie bei der zweiten Ausführungsform als ein Matrixmuster ausgebildet ist und die Sensorelektroden in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte angeordnet sind, dann können die Abstände zwischen den jeweiligen Sensorelektroden, die in Form einer Matrix angeordnet sind, und der Erdungselektrode so ausgestaltet sein, dass sie gleich sind.
Dritte Ausführungsform
Im Folgenden ist ein Oberflächenform-Erkennungssensor gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 14 gezeigt ist, werden zuerst eine Sensorelektrode 1405, die eine Größe von 80 μm im Quadrat aufweist, und eine Erdungselektrode (stationäre Elektrode) 1406 auf einer dielektrischen Zwischenniveauschicht 1403 gebildet, die auf einer Isolierschicht 1401 gebildet ist.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist die Isolierschicht 1401 auf einem Halbleitersubstrat gebildet, auf dem integrierte Schaltungen gebildet sind, z.B. Erfassungseinheiten und ein Verarbeitungsmittel. Die Erdungselektrode 1406 ist als ein Matrixmuster ausgebildet, das quadratische Abschnitte aufweist, die jeweils eine Größe von 100 μm im Quadrat aufweisen. Die Sensorelektroden 1405 sind in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte angeordnet. Die Erdungselektrode 1406 weist etwa 300 × 300 quadratische Abschnitte auf, sodass 300 × 300 Sensorelektroden 1405 in Form einer Matrix angeordnet sind.
Eine Aluminiumverbindung 1402a, die durch eine Sperrschicht 1404 aus Titannitrid mit der Sensorelektrode 1405 verbunden ist, ist auf der Isolierschicht 1401 gebildet. Die Sensorelektrode 1405 besteht aus einer unteren Elektrode 1405a mit einem zweischichtigen Aufbau aus einer Chrom- und einer Kupferschicht, die jeweils eine Stärke von etwa 0,1 μm aufweisen, und einer oberen Elektrode 1405b, die eine Stärke von etwa 0,3 μm aufweist und auf der unteren Elektrode 1405a gebildet ist. Es ist zu beachten, dass die obere Elektrode 1405b aus Kupfer besteht.
Ebenso ist eine Aluminiumverbindung 1402b, die durch die Sperrschicht 1404 aus Titannitrid mit der Erdungselektrode 1406 verbunden ist, auf der Isolierschicht 1401 gebildet. Die Erdungselektrode 1406 besteht ebenfalls aus einer unteren Elektrode 1406a mit einem zweischichtigen Aufbau aus einer Chrom- und einer Kupferschicht und einer Elektrodensäule 1406b, die aus Kupfer besteht und eine Stärke von etwa 5 μm aufweist und auf der unteren Elektrode 1406a ausgebildet ist. Wie bei dem zweiten Vergleichsbeispiel ist das Metall, das für die untere Schicht jeder unteren Elektrode 1405a und 1406a verwendet wird, nicht auf Chrom beschränkt. Beispielsweise können andere Metalle wie Titan und Nickel verwendet werden, die die Diffusion von Kupfer verhindern und die Hafteigenschaften gegenüber einem Isolierstoff verbessern können.
Die Schutzschichten 1405c und 1406c aus Ruthenium sind gebildet, um die Oberseiten und Seitenflächen der Sensorelektrode 1405 und der Erdungselektrode 1406 zu bedecken.
Eine Passivierungsschicht 1407 aus Polyimid ist gebildet, um die Sensorelektrode 1405 zu bedecken. Die oberen Abschnitte der Erdungselektrode 1406 sind auf der Oberseite der Passivierungsschicht 1407 freigelegt. Die Passivierungsschicht 1407 ist gebildet, um die Abschnitte zwischen den quadratischen Abschnitten der Erdungselektrode 1406 zu füllen und eine Stärke von etwa 5 μm über der Sensorelektrode 1405 aufzuweisen.
Die zuvor beschriebene Erfassungseinheit ist durch die zuvor beschriebenen Verbindungen 1402a und 1402b und Ähnliches mit jeder Sensorelektrode 1405 und der Erdungselektrode 1406 verbunden. Die Erfassungseinheiten erfassen die Kapazitäten, die zwischen den Erdungselektroden 1406 und den jeweiligen Sensorelektroden 1405 gebildet sind, und geben Signale aus, die den Kapazitäten entsprechen. Die Ausgangssignale der jeweiligen Erfassungseinheiten werden von einem Verarbeitungsmittel (nicht gezeigt) verarbeitet. Dieses Verarbeitungsmittel wandelt die Kapazitäten, die durch die jeweiligen Sensorelektroden 1405 gebildet werden, in Rasterbilddaten um.
Diese Schritte stimmen mit denen bei der ersten und zweiten Ausführungsform überein. Insbesondere kann auch bei dem Oberflächenform-Erkennungssensor der dritten Ausführungsform das Fingerabdruckmuster wiedergegeben werden, wenn das Verarbeitungsmittel Rasterdaten in Übereinstimmung mit den jeweiligen Kapazitäten erzeugt, die an den Sensorelektroden 1405 erfasst wurden.
Obwohl dies in 14 nicht gezeigt ist, ist eine integrierte Schaltung, in der ein Speicherbereich, der Fingerabdruckdaten zum Überprüfen speichert, ein Erkennungsverarbeitungsbereich zum Vergleichen/Zuordnen der Fingerabdruckdaten, die im Speicherbereich gespeichert sind, mit/zu einem eingelesenen Bild eines Fingerabdrucks, und Ähnliches eingegliedert sind, in einem anderen Bereich auf dem Halbleitersubstrat angeordnet. Alle diese Bestandteile können auf dem Halbleitersubstrat an einer Stelle unter der Sensorelektrode 1405 angeordnet sein. Bei dieser Anordnung kann das erfasste Fingerabdruckmuster durch den Erkennungsverarbeitungsbereich, der in der integrierten Schaltung in einem kompakteren Zustand gebildet ist, mit den Fingerabdruckdaten verglichen/diesem zugeordnet werden, die im Speicherbereich gespeichert sind.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor der dritten Ausführungsform berührt ein Abschnitt des Fingers die Erdungselektroden, wenn beispielsweise ein Fingerabdruckmuster erkannt werden soll. Als Folge wird auf der Oberfläche des Oberflächenform-Erkennungssensors statische Elektrizität erzeugt. Jedoch fließt die statische Elektrizität zu den Erdungselektroden. Dies vermeidet bei dem Oberflächenform-Erkennungssensors der dritten Ausführungsform durch statische Elektrizität verursachte Beschädigungen von anderen Abschnitten der integrierten Schaltung, die unter den Erdungselektroden gebildet sind.
Zusätzlich sind die freiliegenden Oberflächenabschnitte der Erdungselektrode gemäß der dritten Ausführungsform mit Ruthenium beschichtet, um die Bildung von Oxidschichten auf den Berührungsflächen der Erdungselektrode zu verhindern. Außerdem werden die Abstände zwischen der Erdungselektrode und den jeweiligen Sensorelektroden gemäß der dritten Ausführungsform so gestaltet, dass sie einander gleich sind, da die Erdungselektrode als ein Matrixmuster ausgebildet ist und die Sensorelektroden in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte gebildet sind.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß der dritten Ausführungsform teilweise beschrieben.
Zuerst werden andere integrierte Schaltungen wie die zuvor beschriebenen Erfassungseinheiten auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Wie in 15A gezeigt ist, wird dann die Isolierschicht 1401 aus Siliziumoxid auf dem Halbleitersubstrat gebildet, um diese integrierten Schaltungen zu bedecken. Die Aluminiumverbindungen 1402a und 1402b werden auf der Isolierschicht 1401 gebildet. Diese Verbindungen 1402a und 1402b können gebildet werden, indem eine Aluminiumschicht gebildet und durch ein bekanntes fotolithografisches Verfahren mit einem Muster versehen wird. Die dielektrische Zwischenniveauschicht 1403 wird auf der Isolierschicht 1401 gebildet, um die Verbindungen 1402a und 1402b zu bedecken. Durchgangslöcher 1403a und 1403b werden in vorher festgelegten Abschnitten der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1403 über den Verbindungen 1402a und 1402b gebildet.
Die Sperrschichten 1404 aus Titannitrid werden gebildet, um mindestens die Oberseiten der Verbindungen 1402a und 1402b zu bedecken, die auf den Bodenabschnitten der Durchgangslöcher 1403a und 1403b freigelegt sind. Die Sperrschichten 1404 können folgendermaßen gebildet werden: Zuerst wird durch Sputtern oder Ähnliches eine Titannitridschicht auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1403 gebildet, in der die Durchgangslöcher 1403a und 1403b gebildet sind. Dann wird durch Fotolithografie ein Lackmuster gebildet, um die Abschnitte zu bedecken, in denen die Durchgangslöcher gebildet sind. Die Titannitridschicht wird gezielt durch Trockenätzen entfernt, z.B. mit dem RIE-Verfahren, wobei dieses Lackmuster als Maske verwendet wird. Wenn das Lackmuster entfernt ist, werden die Sperrschichten 1404 gebildet. Es ist zu beachten, dass die Sperrschichten 1404 nicht aus Titannitrid bestehen müssen. Es kann ein anderer leitfähiger Werkstoff für die Sperrschichten 1404 verwendet werden, der wechselseitiges Diffundieren verhindern kann.
Wie in 15B gezeigt ist, wird eine dünne Metallschicht 1501 mit einem zweischichtigen Aufbau aus einer Chrom- und einer Kupferschicht, die jeweils eine Stärke von etwa 0,1 μm aufweisen, auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1403 einschließlich den Sperrschichten 1404 gebildet. Zum Beispiel kann diese Chromschicht durch Abscheidung gebildet werden, und die Kupferschicht kann durch Sputtern gebildet werden. Die Bildung einer solchen Chromschicht unter der Kupferschicht kann die Diffusion von Kupfer verhindern und die Hafteigenschaften gegenüber Kupfer verbessern. Es ist zu beachten, dass statt Chrom ein anderes Metall verwendet werden kann, das die Diffusion von Kupfer verhindern und die Hafteigenschaften verbessern kann, z.B. Titan oder Nickel.
Wie in 15C gezeigt ist, wird ein Lackmuster 1502 mit einem Öffnungsbereich 1502a in einem vorher festgelegten Bereich über dem Durchgangsloch 1403a auf der dünnen Metallschicht 1501 bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet. Eine 0,3 μm starke Kupferschicht wird durch ein galvanisches Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 1501 als Kathode auf der Oberseite der dünnen Metallschicht 1501 gebildet, die auf dem Bodenabschnitt des Öffnungsbereichs 1502a freigelegt ist, wodurch die obere Elektrode 1405b gebildet wird. Es ist zu beachten, dass die Bildung der oberen Elektrode 1405b nicht auf das Galvanisieren beschränkt ist.
Nachdem das Lackmuster 1502 entfernt ist, wird ein Lackmuster 1503 mit einer Nut 1503a, die die obere Elektrode 1405b umgibt, bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet, wie in 15D gezeigt ist. Diese Nut 1503a ist der Bereich, in dem die Erdungselektrode 1406 gebildet ist, die in 14 gezeigt ist. Eine Kupferschicht wächst durch das galvanische Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 1501 als Kathode auf der Oberseite der dünnen Metallschicht 1501 bis auf eine Stärke von etwa 5 μm an, die auf dem Bodenabschnitt der Nut 1503a freigelegt ist, wodurch die Elektrodensäule 1406b gebildet wird.
Nachdem das Lackmuster 1503 entfernt ist, werden die freiliegenden Abschnitte der Oberseite der dünnen Metallschicht 1501 durch Ätzen entfernt, wie in 15E gezeigt ist. Bei diesem Ätzschritt kann zuerst die obere Kupferschicht durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung einer wässrigen gemischten Säurelösung aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure als Ätzmittel entfernt werden. Dann kann die untere Chromschicht durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung einer wässrigen Lösung aus Kaliumhexacyanoferrat(III) und Natriumhydroxid entfernt werden.
Als Folge des vorstehenden Vorganges wird die matrixartige Erdungselektrode 1406 in einer Höhe von etwa 5 μm über der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1403 gebildet. Die Sensorelektrode 1405 wird im zentralen Abschnitt jedes quadratischen Abschnitts der matrixartigen Hilfselektrode 1406 gebildet.
Wie in 15F gezeigt ist, werden die Schutzschichten 1405c und 1406c aus Ruthenium auf den freiliegenden Flächen der Sensorelektrode 1405 und der Erdungselektrode 1406 gebildet. Diese Schutzschichten können gebildet werden, indem Rutheniumschichten durch stromloses Abscheiden nur auf den Oberseiten der Elektroden aus Kupfer bis auf eine Stärke von etwa 0,1 μm anwachsen.
Wie in 14 gezeigt ist, wird die Passivierungsschicht 1407 gebildet, um jeden quadratischen Abschnitt der matrixartigen Erdungselektrode 1406 zu füllen. Diese Passivierungsschicht 1407 kann folgendermaßen gebildet werden: Zuerst wird die dielektrische Zwischenniveauschicht 1403, auf der die Sensorelektrode 1405 und die Erdungselektrode 1406 gebildet sind, durch Rotationsbeschichten oder Ähnliches mit einem Polyimidwerkstoff beschichtet, um eine Polyimidschicht zu bilden. Als dieser Polyimidwerkstoff wird beispielsweise ein Polyimidharz verwendet, das als Grundbestandteil einen Polybenzoxazol-Vorläufer enthält. Durch diese Beschichtung wird die Oberseite der Polyimidschicht geglättet, wodurch die Aussparungen/Vorsprünge auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1403, die auf die Erdungselektrode 1406 und die Sensorelektrode 1405 zurückzuführen sind, absorbiert werden. Nachdem die Polyimidschicht durch Beschichten gebildet ist, wird die entstehende Struktur bei etwa 310°C erhitzt, damit die Polyimidschicht aushärtet.
Wenn die ausgehärtete Polyimidschicht rückgeätzt wird, bis die Oberfläche der Erdungselektrode 1406 freigelegt ist, kann die Passivierungsschicht 1407, die aus Polyimid besteht und eine ebene Oberfläche aufweist, gebildet werden, um jeden quadratischen Abschnitt der Erdungselektrode 1406 zu füllen. Dieser Rückätzschritt kann durch Trockenätzen mit einem Sauerstoffplasma erfolgen. Polyimid ist ein organischer Werkstoff und kann daher unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas geätzt werden. Es ist zu beachten, dass der Rückätzschritt beispielsweise durch ein chemisches/mechanisches Polierverfahren erfolgen kann.
Mit dem vorstehenden Vorgang kann der Oberflächenform-Erkennungssensor der dritten Ausführungsform gebildet werden, der in 14 gezeigt ist.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist die Erdungselektrode 1406 als ein Matrixmuster ausgebildet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Erdungselektroden 1406 so ausgebildet sein, dass jede Erdungselektrode auf einer Seite jeder Sensorelektrode 1405 angeordnet ist, die sich in einer Passivierungsschicht 1407 befindet, und die Erdungselektroden auf der Oberseite der Passivierungsschicht 1407 voneinander getrennt sind. Es ist zu beachten, dass die Erdungselektroden 1406 durch eine untere Verbindungsschicht miteinander verbunden und auf das gleiche Potenzial eingestellt sind.
Ein Paar Erdungselektroden, deren Oberseiten freigelegt sind, müssen nicht in der Nähe jeder Sensorelektrode gebildet sein, sondern es kann eine Erdungselektrode für eine Mehrzahl von Sensorelektroden gebildet sein.
Wenn die Erdungselektrode jedoch wie bei der dritten Ausführungsform als ein Matrixmuster ausgebildet ist und die Sensorelektroden in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte angeordnet sind, dann können die Abstände zwischen den jeweiligen Sensorelektroden, die in Form einer Matrix angeordnet sind, und der Erdungselektrode so ausgestaltet sein, dass sie gleich sind.
Vierte Ausführungsform
Im Folgenden ist ein Oberflächenform-Erkennungssensor gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Wie in 16 gezeigt ist, werden zuerst eine Sensorelektrode 1605, die eine Größe von 80 μm im Quadrat aufweist, und eine Erdungselektrode 1606 auf einer dielektrischen Zwischenniveauschicht 1603 gebildet, die auf einer Isolierschicht 1601 gebildet ist. Obwohl dies in 16 nicht gezeigt ist, ist die Isolierschicht 1601 auf einem Halbleitersubstrat gebildet, auf dem integrierte Schaltungen gebildet sind, z.B. Erfassungseinheiten und ein Verarbeitungsmittel (später beschrieben).
Wie bei der dritten Ausführungsform ist die Erdungselektrode 1606 als ein Matrixmuster ausgebildet, das quadratische Abschnitte aufweist, die jeweils eine Größe von 100 μm im Quadrat aufweisen. Die Sensorelektroden 1605 sind in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte angeordnet. Die Erdungselektrode 1606 weist etwa 300 × 300 quadratische Abschnitte auf, sodass 300 × 300 Sensorelektroden 1605 in Form einer Matrix angeordnet sind.
Eine Aluminiumverbindung 1602a, die durch eine Sperrschicht 1604 aus Titannitrid mit der Sensorelektrode 1605 verbunden ist, ist auf der Isolierschicht 1601 gebildet. Die Sensorelektrode 1605 besteht aus einer unteren Elektrode 1605a mit einem zweischichtigen Aufbau aus einer Chrom- und einer Kupferschicht, die jeweils eine Stärke von etwa 0,1 μm aufweisen, und einer oberen Elektrode 1605b, die aus Gold besteht und eine Stärke von etwa 0,3 μm aufweist und auf der unteren Elektrode 1605a gebildet ist.
Ebenso ist eine Aluminiumverbindung 1602b, die durch die Sperrschicht 1604 aus Titannitrid mit der Erdungselektrode 1606 verbunden ist, auf der Isolierschicht 1601 gebildet. Die Erdungselektrode 1606 besteht aus einer unteren Elektrode 1606a mit einem zweischichtigen Aufbau aus einer Chrom- und einer Goldschicht und einer Elektrodensäule 1606b, die aus Gold besteht und eine Stärke von etwa 5 μm aufweist und auf der unteren Elektrode 1606a ausgebildet ist. Die Bildung einer solchen Chromschicht als untere Schicht kann die Hafteigenschaften zwischen der Goldschicht und der darunter liegenden dielektrischen Zwischenniveauschicht 1603 verbessern. Es ist zu beachten, dass statt Chrom ein anderes Metall wie Titan oder Nickel verwendet werden kann, das die Diffusion von Gold verhindern und die Hafteigenschaften gegenüber einem Isolierstoff verbessern kann.
Zusätzlich bedeckt eine Passivierungsschicht 1607 aus Polyimid jede Sensorelektrode 1605. Die oberen Abschnitte der Erdungselektrode 1606 sind auf der Oberseite der Passivierungsschicht 1607 freigelegt. Die Passivierungsschicht 1607 ist gebildet, um die Abschnitte zwischen den quadratischen Abschnitten der Erdungselektrode 1606 zu füllen und eine Stärke von etwa 5 μm über jeder Sensorelektrode 1605 aufzuweisen.
Wie zuvor beschrieben, kommt es bei der vierten Ausführungsform nicht zu Korrosion, da die Sensorelektroden 1605 und die Erdungselektrode 1606 aus Gold bestehen. Somit müssen keine Schutzschichten oder Ähnliches gebildet werden. Da für die Passivierungsschicht 1607 ein Polyimidwerkstoff verwendet wird, der Polybenzoxazol enthält, können außerdem gute Hafteigenschaften gegenüber Gold erzielt werden. Aus diesem Grund kann das Ablösen der Passivierungsschicht 1607 größtenteils vermindert werden, selbst wenn Gold für die Sensorelektroden 1605 und die Erdungselektrode 1606 verwendet wird.
Weiterhin sind die zuvor beschriebenen Erfassungseinheiten durch die Verbindungen 1602a und 1602b und Ähnliches mit den entsprechenden Sensorelektroden 1605 beziehungsweise der Erdungselektrode 1606 verbunden. Die Erfassungseinheiten erfassen die Kapazitäten, die zwischen den Erdungselektroden 1606 und den jeweiligen Sensorelektroden 1605 gebildet sind, und geben Signale aus, die den Kapazitäten entsprechen. Die Ausgangssignale der jeweiligen Erfassungseinheiten werden von einem Verarbeitungsmittel (nicht gezeigt) verarbeitet. Dieses Verarbeitungsmittel wandelt die Kapazitäten, die durch die jeweiligen Sensorelektroden 1605 gebildet werden, in Rasterbilddaten um.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor, der die vorstehende Anordnung aufweist, berühren die Erhebungen in der Haut des Fingers die oberen Abschnitte der Erdungselektrode 1606, wenn die Fingerspitze die Oberseite der Passivierungsschicht 1607 berührt. Da die Breite einer Erhebung in der Haut des menschlichen Fingers etwa 200 bis 300 μm beträgt, berühren die Erhebungen in der Haut immer die Erdungselektrode 1606, die in 100 μm-Abständen angeordnet ist. Als Folge wird das Potenzial jeder Erhebung in der Haut der Fingerspitze, die auf die Passivierungsschicht 1607 gelegt wird, das gleiche wie das der Erdungselektrode 1606. Kapazitäten werden damit zwischen den jeweiligen Erhebungen in der Haut der Fingerspitze und den Sensorelektroden 1605 gebildet und von den Erfassungseinheiten erfasst.
Wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben ist, werden verschiedene Kapazitäten zwischen der Sensorelektrode 1605 unter der Erhebung in der Haut und der Erdungselektrode 1606 und zwischen der Sensorelektrode 1605 unter der Vertiefung in der Haut und der Erdungselektrode 1006 erfasst. Wenn das Verarbeitungsmittel Rasterdaten in Übereinstimmung mit den jeweiligen Kapazitäten erzeugt, die an den Sensorelektroden 1605 erfasst wurden, kann das Fingerabdruckmuster wiedergegeben werden.
Obwohl dies in 16 nicht gezeigt ist, ist eine integrierte Schaltung, in der ein Speicherbereich, der Fingerabdruckdaten zum Zuordnen speichert, ein Erkennungs verarbeitungsbereich zum Vergleichen/Zuordnen der Fingerabdruckdaten, die im Speicherbereich gespeichert sind, mit/zu einem eingelesenen Bild eines Fingerabdrucks, und Ähnliches eingegliedert sind, in einem anderen Bereich auf dem Halbleitersubstrat angeordnet. Alle diese Bestandteile können auf dem Halbleitersubstrat an einer Stelle unter der Sensorelektrode 1605 angeordnet sein. Bei dieser Anordnung kann das erfasste Fingerabdruckmuster durch den Erkennungsverarbeitungsbereich, der in der integrierten Schaltung in einem kompakteren Zustand gebildet ist, mit/zu den Fingerabdruckdaten verglichen/zugeordnet werden, die im Speicherbereich gespeichert sind.
Auch gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor der vierten Ausführungsform berührt ein Abschnitt des Fingers die Erdungselektrode, wenn beispielsweise ein Fingerabdruckmuster erkannt werden soll. Als Folge wird auf der Oberfläche des Oberflächenform-Erkennungssensors statische Elektrizität erzeugt. Jedoch fließt die statische Elektrizität zur Erdungselektrode. Dadurch werden bei dem Oberflächenform-Erkennungssensor der vierten Ausführungsform durch statische Elektrizität verursachte Beschädigungen von anderen Abschnitten der integrierten Schaltung vermieden, die unter den Erdungselektroden gebildet sind.
Außerdem besteht die Erdungselektrode gemäß der vierten Ausführungsform aus Gold, sodass auf den Berührungsflächen der Erdungselektrode keine Oxidschicht gebildet wird. Außerdem werden die Abstände zwischen der Erdungselektrode und den jeweiligen Sensorelektroden gemäß der vierten Ausführungsform so gestaltet, dass sie einander gleich sind, da die Erdungselektrode als ein Matrixmuster ausgebildet ist und die Sensorelektroden in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte gebildet sind. Auch bei der vierten Ausführungsform können die Seitenflächen und Oberseiten der Sensorelektroden und der Erdungselektrode mit Schutzschichten beschichtet werden, die beispielsweise aus Ruthenium bestehen. Wie in diesem Fall können die Hafteigenschaften gegenüber der Passivierungsschicht manchmal verbessert werden, wenn diese Abschnitte mit Schutzschichten bedeckt sind.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Oberflächenform-Erkennungssensors gemäß der vierten Ausführungsform teilweise beschrieben.
Zuerst werden andere integrierte Schaltungen wie die zuvor beschriebenen Erfassungseinheiten auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Wie in 17A gezeigt ist, wird dann die Isolierschicht 1601 aus Siliziumoxid auf dem Halbleitersubstrat gebildet, um die integrierten Schaltungen zu bedecken. Die Aluminiumverbindungen 1602a und 1602b werden auf der Isolierschicht 1601 gebildet. Diese Verbindungen 1602a und 1602b können gebildet werden, indem eine Aluminiumschicht gebildet und durch ein bekanntes fotolithografisches Verfahren mit einem Muster versehen wird.
Die dielektrische Zwischenniveauschicht 1603 wird auf der Isolierschicht 1601 gebildet, um die Verbindungen 1602a und 1602b zu bedecken. Durchgangslöcher 1603a und 1603b werden in vorher festgelegten Abschnitten der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1603 gebildet, die über den Verbindungen 1602a und 1602b liegen.
Wie bei dem zuvor beschriebenen ersten bis dritten Vergleichsbeispiel werden die Sperrschichten 1604 gebildet, die aus Titannitrid bestehen, um mindestens die Flächen der Verbindungen 1602a und 1602b zu bedecken, die auf den Bodenabschnitten der Durchgangslöcher 1603a und 1603b freigelegt sind.
Wie in 17B gezeigt ist, wird eine dünne Metallschicht 1701 aus Chrom und Gold auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1603 einschließlich der Sperrschicht 1604 bis auf eine Stärke von etwa 0,2 μm gebildet. Diese Schicht kann beispielsweise durch Abscheiden gebildet werden. Die Bildung der Chromschicht unter der Goldschicht kann die Diffusion von Gold verhindern und die Hafteigenschaften von Gold gegenüber der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1603 verbessern. Es ist zu beachten, dass statt Chrom ein anderes Metall wie Titan oder Nickel verwendet werden kann, das die Diffusion von Gold verhindern und die Hafteigenschaften gegenüber einem Isolierstoff verbessern kann.
Wie in 17C gezeigt ist, wird ein Lackmuster 1702 mit einem Öffnungsbereich 1702a in einem vorher festgelegten Bereich über dem Durchgangsloch 1603a auf der dünnen Metallschicht 1701 bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet. Eine 0,3 μm starke Goldschicht wird durch ein galvanisches Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 1701 als Kathode auf der Oberseite der dünnen Metallschicht 1701 gebildet, die auf dem Bodenabschnitt des Öffnungsbereichs 1702a freigelegt ist, wodurch die obere Elektrode 1605b gebildet wird.
Nachdem das Lackmuster 1702 entfernt ist, wird ein Lackmuster 1703 mit einer Nut 1703a, die die obere Elektrode 1605b umgibt, bis auf eine Stärke von etwa 5 μm gebildet, wie in 17D gezeigt ist. Diese Nut 1703a ist der Bereich, in dem die Erdungselektrode 1606 gebildet ist, die in 16 gezeigt ist. Eine Goldschicht wächst durch das galvanische Verfahren unter Verwendung der dünnen Metallschicht 1701 als Kathode bis auf eine Stärke von etwa 5 μm auf der Oberseite der dünnen Metallschicht 1701 an, die auf dem Bodenabschnitt der Nut 1703a freigelegt ist, wodurch die Elektrodensäule 1606b gebildet wird.
Nachdem das Lackmuster 1703 entfernt ist, werden die freiliegenden Abschnitte der Oberfläche der dünnen Metallschicht 1701 durch Ätzen entfernt. Bei diesem Ätzschritt kann zuerst die obere Goldschicht durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung eines Lösungsgemisches aus Jod, Ammoniumjodid und Ethanol als Ätzmittel entfernt werden. In diesem Fall beträgt die Ätzgeschwindigkeit etwa 0,05 μm/min. Dann kann die untere Chromschicht durch einen nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung einer wässrigen Lösung aus Kaliumhexacyanoferrat(III) und Natriumhydroxid entfernt werden.
Als Ergebnis des vorstehenden Vorgangs wird die Erdungselektrode 1606 als ein Matrixmuster in einer Höhe von etwa 5 μm über der dielektrischen Zwischenniveauschicht 1603 ausgebildet. Die Sensorelektrode 1605 wird im zentralen Abschnitt jedes quadratischen Abschnitts der matrixartigen Erdungselektrode 1606 gebildet.
Wie bei der zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform wird der Oberflächenform-Erkennungssensor der vierten Ausführungsform, der in 16 gezeigt ist, gebildet, wenn die Passivierungsschicht 1607 gebildet ist, um die quadratischen Abschnitte der matrixartigen Erdungselektrode 1606 zu füllen.
Auch bei der vierten Ausführungsform muss die Erdungselektrode 1606 nicht als ein Matrixmuster ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Erdungselektroden 1603 so gebildet sein, dass jede Erdungselektrode auf einer Seite jeder Sensorelektrode 1605 angeordnet ist, die sich in der Passivierungsschicht 1607 befindet, und die Erdungselektroden auf der Oberseite der Passivierungsschicht 1607 voneinander getrennt sind.
Wie zuvor beschrieben, liegen die Erdungselektrode und die Sensorelektroden nah beieinander, wenn die Erdungselektrode als ein Matrixmuster ausgebildet ist und die Sensorelektroden in den zentralen Abschnitten der jeweiligen quadratischen Abschnitte angeordnet sind. Als Folge werden parasitäre Kapazitäten zwischen ihnen erzeugt. Sind diese parasitären Kapazitäten übermäßig groß, wird es schwierig, die Kapazitäten zwischen den Sensorelektroden und der Haut des Fingers zu erfassen, der die Oberseite der Passivierungsschicht berührt.
In Anbetracht der Erfassung eines menschlichen Fingerabdrucks wird für einen Oberflächenform-Erkennungssensor eine Auflösung von 250 bis 500 dpi benötigt. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, muss die Größe jedes Sensorelements, das in Form einer Matrix angeordnet ist, d.h. der Abstand der Sensorelemente, beispielsweise 100 μm im Quadrat betragen.
Betrachtet wird eine Schnittansicht eines Sensorelements, wie in 18 gezeigt. Eine quadratische Sensorelektrode 1802 und Erdungselektroden 1803 in einer Matrixform sind auf einer dielektrischen Zwischenniveauschicht 1801 angeordnet, und eine Passivierungsschicht 1804 mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 4 ist gebildet, um den Zwischenraum zwischen den Erdungselektroden 1803 zu füllen. Wenn ein Fingeabdruck erfasst werden soll, berührt ein Finger 1805 die Oberseite der Passivierungsschicht 1804. Es ist zu beachten, dass der Finger 1805 die Erdungselektrode 1803 in einem Bereich (nicht gezeigt) berührt.
In diesem Fall wird eine Kapazität zwischen dem Finger 1805, der Erdungselektrode 1803 und der Sensorelektrode 1802 gebildet. Da eine parasitäre Kapazität Cp zwischen der Sensorelektrode 1802 und der Erdungselektrode 1803 gebildet wird, kann eine Kapazität Cf, die mit der Oberflächenformerfassung in Verbindung steht, gewonnen werden, indem die parasitäre Kapazität Cp von der Kapazität abgezogen wird, die erzeugt wird, wenn ein Finger 1805 die Erdungselektrode 1803 berührt.
Das Verhältnis zwischen der Kapazität Cf und dem Abstand L zwischen der Sensorelektrode 1802 und der Erdungselektrode 1803 kann simuliert werden, wie in 19 gezeigt ist, vorausgesetzt, dass die Größe eines Sensorelements 80 μm im Quadrat beträgt und der Zwischenraum zwischen den Erdungselektroden 1803 beinahe null ist, d.h. W_o = 80 μm. In diesem Fall beträgt die Stärke der Passivierungsschicht 1804 auf der Sensorelektrode 1802 2 μm und die relative Dielektrizitätskonstante beträgt 2. Mit Bezug auf 19 verweist die Strichlinie auf einen Fall, bei dem die parasitäre Kapazität Cp nur zwischen einer Seitenfläche der Sensorelektrode 1802 und der Erdungselektrode 1803 erzeugt wird. In der Praxis werden die parasitären Kapazitäten Cp jedoch zwischen einer Seitenfläche und Oberseite der Sensorelektrode 1802 und der Erdungselektrode 1803 erzeugt. Die gepunktete und die durchgezogene Linie zeigen die Ergebnisse an, die unter Berücksichtigung dieses Umstandes erhalten wurden. Das Ergebnis, das von der durchgezogenen Linie angezeigt wird, wird gewonnen, wenn die Wirkung auf der Oberseite stärker berücksichtigt wird.
Mit Bezug auf 19 nehmen die Fläche der Sensorelektrode 1802 und die Kapazität Cf bei steigendem Abstand L ab, da der maximale Bereich, in dem die Sensorelektrode 1802 gebildet werden kann, kleiner als ein Bereich von 80 μm im Quadrat ist. Im Gegensatz dazu steigt die Kapazität Cf, die erfasst werden kann, wenn die Größe der Sensorelektrode 1802 zunimmt, d.h. der Abstand L abnimmt.
Wird angenommen, dass die parasitäre Kapazität Cp nur an einer Seitenfläche gebildet wird, steigt die Kapazität Cf, die erfasst werden kann, wenn der Abstand L auf den Minimalwert absinkt. In der Praxis jedoch steigt die parasitäre Kapazität Cp bei einem Anstieg der Fläche der Sensorelektrode 1802, da eine parasitäre Kapazität auch zwischen der Oberseite der Sensorelektrode 1802 und der Erdungselektrode 1803 gebildet wird. Als Folge sinkt die Kapazität Cf, die erfasst werden kann, wie durch die gepunktete und die durchgezogene Linie angezeigt ist. Wie aus 19 ersichtlich ist, erreicht die Kapazität Cf, die erfasst werden kann, den Höchstwert, wenn der Abstand L zwischen der Sensorelektrode 1802 und der Erdungselektrode 1803 2 μm beträgt. Wenn eine Erdungselektrode als ein Matrixmuster ausgebildet ist und die Sensorelektroden in den jeweiligen quadratischen Abschnitten angeordnet sind, kann, wie zuvor beschrieben ist, das beste Ergebnis erzielt werden, wenn der Abstand zwischen jeder Sensorelektrode und der Erdungselektrode auf etwa 2 μm festgelegt wird, wie es bei der dritten und vierten Ausführungsform der Fall ist.
Wie zuvor beschrieben ist, nimmt die Fläche der Sensorelektrode 1802 mit steigendem Abstand L ab und daher sinkt die Kapazität Cf, die erfasst werden kann. Steigt der Abstand L übermäßig, wird die Kapazität Cf zu gering, um durch die Erfassungseinheit erfasst werden zu können. Daher wird der Abstand L durch die Empfindlichkeitsgrenze der Erfassungseinheit definiert.
In Anbetracht der Erfassung eines Fingerabdrucks beträgt die Obergrenze der Größe eines Sensorelements, d.h. die Obergrenze von W_o in 18, etwa 100 μm.
20 zeigt das Verhältnis zwischen L und W_o unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Umstände. Mit Bezug auf 20 ist die Stärke d der Passivierungsschicht 1804 auf der Sensorelektrode 1802 auf 2 μm und 4 μm festgelegt. Wenn W_o aufgrund von Beschränkungen hinsichtlich der Auflösung auf 100 μm oder weniger festgelegt ist, wie in 20 gezeigt ist, ist der Einfluss der parasitären Kapazität Cp auf ein Mindestmaß verringert, wenn der Abstand L nahe 2 μm liegt, wie auch in 19 gezeigt ist, ist selbst bei Veränderungen von W_o beinahe gleich bleibend, und in Übereinstimmung mit der Stärke d eindeutig bestimmt. Sinkt der Abstand L übermäßig, sinkt die Kapazität Cf, die erfasst werden kann, steil ab, wie in 19 gezeigt ist. Vorzugweise ist der Abstand L deshalb so eingestellt, dass er nicht übermäßig gering im Vergleich zu 2 μm ist. Steigt der Abstand L übermäßig ab 2 μm an, sinkt die Kapazität Cf, die erfasst werden kann, ebenfalls, da die Fläche der Sensorelektrode 1802 abnimmt. Wie zuvor beschrieben ist, kann die Kapazität Cf nicht von der Erfassungseinheit erfasst werden, wenn der Abstand L übermäßig steigt. Im Allgemeinen beträgt die Kapazität, die erfasst werden kann, etwa einige fF. Das bedeutet, wenn die Passivierungsschicht 1804 eine relative Dielektrizitätskonstante von etwa 4 und eine Stärke von etwa 2 μm aufweist, kann die Kapazität Cf nicht erfasst werden, wenn die Fläche der Sensorelektrode 1802 nicht 400 μm² oder mehr beträgt. Im Allgemeinen muss daher eine Seite W der quadratischen Sensorelektrode 1802 20 μm oder mehr betragen. In diesem Fall ist L ≤ (W_o/2) – 10, da
W_o = W + 2L und L = (W_o – W)/2, wie in 20 gezeigt ist.
Es ist zu beachten, dass sich die dreieckige Fläche, die in 20 gezeigt ist, nach oben ausdehnen kann und sich verändert, wie in den 21, 22 und 23 gezeigt ist, wenn die relative Dielektrizitätskonstante der Passivierungsschicht 1804 zunimmt und die Stärke der Schicht abnimmt.
Wie zuvor beschrieben, ist erfindungsgemäß ein Sensor zum Erkennen der Oberflächenform eines Zielobjekts bereitgestellt, wobei der Sensor eine Mehrzahl von Kapazitätsermittlungselementen mit Sensorelektroden umfasst, die stationär in einer Ebene auf einer auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten dielektrischen Zwischenniveauschicht angeordnet sind, wobei die Sensorelektroden voneinander isoliert sind, Kapazitätsermittlungsmittel zum Erfassen von Kapazitäten der jeweiligen Kapazitätsermittlungselemente umfasst, wenigstens eine stationäre Elektrode umfasst, die auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht ausgebildet ist und gegenüber den Sensorelektroden zu isolieren ist, und eine Passivierungsschicht umfasst, die aus einem isolierenden Element hergestellt und auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht gebildet ist, μm die Sensorelektroden zu bedecken, wobei die stationäre Elektrode freiliegende Abschnitte an der Oberseite der Passivierungsschicht aufweist, um zu ermöglichen, dass das Zielobjekt mit der Oberseite der Passivierungsschicht und mit der wenigstens einen stationären Elektrode in Berührung kommt, um als Gegenelektrode zu dienen, und die Kapazitätsermittlungsmittel so ausgebildet sind, dass Kapazitäten zwischen den Sensorelektroden und der stationären Elektrode ermittelt werden können.
Bei dieser Anordnung ändern sich die Kapazitäten, die durch die Kapazitätsermittlungselemente erfasst werden, entsprechend den Aussparungen/Vorsprüngen auf der Oberfläche des Gegenstands, wenn ein zu erkennender Gegenstand den Sensor berührt. Durch das Hinzufügen der stationären Elektrode werden durch statische Elektrizität verursachte Beschädigungen, die während des Erfassungsvorgangs erzeugt wird, von Elementen vermieden, die gemeinsam mit dem Sensor eingebaut sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine stabile hochempfindliche Oberflächenformerfassung eine hohe Zuverlässigkeit bei der Erkennung einer Oberflächenform.
Wenn ein zu erkennender Gegenstand den Sensor berührt, dient der Gegenstand als Gegenelektrode. Während der Gegenstand die stationäre Elektrode berührt, bilden sich Kapazitäten zwischen der Oberfläche des Gegenstands und den Sensorelektroden. Diese Kapazitäten werden von den Kapazitätsermittlungsmitteln erfasst. Selbst wenn daher statische Elektrizität erzeugt wird, wenn der Gegenstand den Sensor berührt, fließt der Strom zur stationären Elektrode, damit durch statische Elektrizität verursachte Beschädigungen von Elementen vermieden werden, die gemeinsam mit dem Sensor eingebaut sind. Als Ergebnis ermöglicht gemäß der vorliegenden Erfindung eine stabile hochempfindliche Oberflächenformerfassung eine hohe Zuverlässigkeit bei der Erkennung einer Oberflächenform.
Gemäß dem Oberflächenform-Erkennungssensor der Erfindung werden bei dieser Anordnung freiliegende Abschnitte auf wenigstens der Oberseite der Passivierungsschicht als Matrixmuster ausgebildet und die Sensorelektroden in zentralen Abschnitten quadratischer Abschnitte angeordnet, die durch die stationäre Elektrode gebildet sind. Deshalb sind alle Abstände zwischen den Sensorelektroden und der stationären Elektrode einheitlich ausgestaltet. Wenn die stationäre Elektrode als ein quadratisches Matrixmuster ausgebildet ist, jeder quadratische Abschnitt das Kapazitätsermittlungselement bildet, und die Passivierungsschicht eine Stärke von 0,3 μm oder mehr bis zu 20 μm oder weniger auf der Sensorelektrode aufweist, können die Kapazitäten zwischen den Sensorelektroden und einem Zielobjekt der Oberflächenformerkennung erfasst werden, das die Passivierungsschicht berührt. Wenn der Zustand eines Fingerabdrucks eines Menschen erfasst werden soll, werden die Abstände zwischen den quadratischen Abschnitten des Matrixmusters der stationären Elektrode auf 100 μm oder weniger festgelegt. Bei dieser Anordnung kann die relative Dielektrizitätskonstante der Passivierungsschicht beispielsweise im Bereich von 2 bis 7 liegen. Wenn zum Beispiel ein Werkstoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 4 als Passivierungsschicht verwendet wird, und seine Stärke über jeder Sensorelektrode auf 2 μm festgelegt ist, kann jede Sensorelektrode eine quadratische Form aufweisen, wobei eine Seite eine Länge von 20 μm oder mehr aufweist. Es wird insbesondere bevorzugt, dass der Abstand zwischen jeder Sensorelektrode und der stationären Elektrode, die um sie herum angeordnet ist, 2 μm beträgt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Oberflächenform-Erkennungssensors umfasst die Schritte, die in dem unabhängigen Anspruch 15 definiert sind.
Die Sensorelektroden können durch die ersten Verbindungen mit den Kapazitätsermittlungsmittel verbunden sein, und die stationäre Elektrode kann durch die zweiten Verbindungen mit den Kapazitätsermittlungsmitteln verbunden sein.
Bei diesem Herstellungsvorgang können die ersten, zweiten und dritten Metallschichten aus Kupfer und/oder Gold hergestellt sein. Nachdem die Sensorelektroden und die stationäre Elektrode gebildet sind, können außerdem Schutzschichten gebildet werden, die leitend sind und die die Seitenflächen und Oberseiten der Sensorelektroden und der stationären Elektrode bedecken. Die Schutzschichten können aus Ruthenium hergestellt sein. Die Passivierungsschicht kann aus Polyimid hergestellt sein. Als dieses Polyimid kann Polybenzoxazol verwendet werden. Wie zuvor beschrieben, kann ein Oberflächenform-Erkennungssensor erfindungsgemäß einfach hergestellt werden.

Claims

Oberflächenform-Erkennungssensor für ein Zielobjekt, wobei der Sensor umfasst: eine Mehrzahl Kapazitätsermittlungselemente mit Sensorelektroden (1005, 1205, 1405, 1605), die stationär in einer Ebene auf einer an einem Halbleitersubstrat ausgebildeten dielektrischen Zwischenniveauschicht (1004, 1203, 1403, 1603) angeordnet und gegeneinander isoliert sind; Kapazitätsermittlungsmittel (1008) zum Erfassen von Kapazitäten der jeweiligen Kapazitätsermittlungselemente; wenigstens eine stationäre Elektrode (1006, 1206, 1406, 1806), die auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht ausgebildet und gegenüber den Sensorelektroden zu isolieren ist; und eine Passivierungsschicht (1007, 1407, 1607), die aus einem isolierenden Element hergestellt und auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht gebildet ist, um die Sensorelektroden zu bedecken, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine stationäre Elektrode freiliegende Abschnitte auf der Oberseite der Passivierungsschicht aufweist, um zu ermöglichen, dass das Zielobjekt in Berührung mit der Oberseite der Passivierungsschicht und mit der wenigstens einen stationären Elektrode kommt, um als Gegenelektrode zu dienen, und die Kapazitätsermittlungsmittel ausgebildet sind, um Kapazitäten zwischen den Sensorelektroden und der wenigstens einen stationären Elektrode zu ermitteln.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem die wenigstens eine stationäre Elektrode eine Erdungselektrode ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektroden und die wenigstens eine stationäre Elektrode aus wenigstens einem der Werkstoffe Kupfer und Gold hergestellt sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht aus Polyimid, insbesondere Polybenzoxazol hergestellt ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Schutzschichten/-filme (1405c, 1406c), die leitend und ausgebildet sind, um die Seitenflächen und Oberseiten der Sensorelektroden sowie Seitenflächen und Oberseiten der wenigstens einen stationären Elektrode zu bedecken.
Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfilme aus einem leitenden Werkstoff hergestellt sind, der resistenter gegen Oxidation als der Werkstoff ist, der für die Sensorelektroden und die wenigstens eine stationäre Elektrode verwendet wird.
Sensor nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfilme aus Ruthenium und/oder Gold hergestellt sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die freiliegenden Teile als Matrixmuster auf wenigstens der Oberseite der Passivierungsschicht gebildet sind und die Sensorelektroden in zentralen Abschnitten quadratischer Abschnitte angeordnet sind, die durch die wenigstens eine stationäre Elektrode gebildet sind.
Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine stationäre Elektrode zu einem quadratischen Matrixmuster ausgebildet ist, wobei jeder quadratische Abschnitt das Kapazitätsermittlungselement bildet, und die Passivierungsschicht eine Stärke von nicht weniger als 0,3 μm bis nicht mehr als 20 μm auf der Sensorelektrode aufweist.
Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Abstände zwischen den quadratischen Abschnitten des Matrixmusters der wenigstens einen stationären Elektrode nicht mehr als 100 μm betragen.
Sensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht eine relative Dielektrizitätskonstante von mehr als 2 bis weniger als 7 aufweist.
Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht eine relative Dielektrizitätskonstante von 4 und eine Stärke von 2 μm an der Sensorelektrode aufweist und die Sensorelektrode zu einem Quadrat mit einer Seite einer Länge von nicht weniger als 20 μm ausgebildet ist.
Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Sensorelektrode und der wenigstens einen stationären Elektrode, die um die Sensorelektrode herum angeordnet ist, 2 μm beträgt.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der Passivierungsschicht und freiliegende Flächen der wenigstens einen stationären Elektrode im wesentlichen eben sind.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenform-Erkennungssensors, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bilden erster und zweiter Verbindungen (1003, 1202, 1202a, 1402a, 1402b, 1502a, 1602b) auf einem Halbleitersubstrat (1001); Ausbilden einer dielektrischen Zwischenniveauschicht (1004, 1203, 1403, 1603) auf dem Halbleitersubstrat und Bedecken der ersten und zweiten Verbindungen; Bilden einer Mehrzahl Sensorelektroden (1005, 1205, 1405, 1605) in der gleichen Ebene auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht, wobei die Sensorelektroden gegeneinander isoliert sind; in der gleichen Ebene Ausbilden wenigstens einer stationären Elektrode (1006, 1206, 1406, 1606) in einer sie von den Sensorelektroden isolierenden Art und Weise; und Bilden einer aus einem isolierenden Element hergestellten Passivierungsschicht (1007, 1207, 1607, 1804) und Bedecken der Sensorelektroden, während Teile der wenigstens einen stationären Elektrode an der Oberseite freigelegt werden; wobei Kapazitätsermittlungsmittel zum Ermitteln von zwischen den Sensorelektroden und der wenigstens einen stationären Elektrode auftretenden Kapazitäten bereitgestellt sind und die ersten und zweiten Verbindungen gebildet und mit den Kapazitätermittlungsmitteln verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bilden der ersten und zweiten Verbindungen (1202, 1202a) an dem Substrat durch eine untere Isolierschicht hindurch; Bilden der dielektrischen Zwischenniveauschicht (1203) auf der unteren Isolierschicht; Bilden erster und zweiter Durchgangslöcher (1203a) in der dielektrischen Zwischenniveauschicht, um teilweise Oberseiten der ersten und zweiten Verbindungen freizulegen; Bilden einer Sperrschicht (1204), um die Oberseiten der ersten und zweiten Verdrahtungen zu bedecken, die an Bodenabschnitten der ersten und zweiten Durchgangslöcher freiliegend sind, wobei die Sperrschicht ein Diffundieren von Werkstoffen, die für die ersten und zweiten Verdrahtungen verwendet werden, und das Imprägnieren anderer Werkstoffe in die ersten und zweiten Verbindungen verhindert; Bilden einer ersten Metallschicht (1301), die aus einem ersten metallischen Werkstoff hergestellt ist, auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht einschließlich der Sperrschicht; Bilden eines ersten Lackmusters (1302) mit einem Öffnungsbereich (1302a) in einem Bereich oberhalb des Durchgangsloches an dem ersten Lackmuster; Bilden einer zweiten Metallschicht, hergestellt aus dem ersten Metallwerkstoff an der ersten Metallschicht, die in dem Öffnungsbereich des ersten Lackmusters freiliegend ist durch Plattinieren; Bilden einer dritten Metallschicht, hergestellt aus einem zweiten Metallwerkstoff, der gegen Oxidation resistenter als der erste metallische Werkstoff ist, auf der zweiten Metallschicht im Anschluss an den Schritt des Ausbildens der zweiten Metallschicht; Bilden eines zweiten Lackmusters (1303), das die zweiten und dritten Metallschichten bedeckt und einen Öffnungsbereich um die zweiten und dritten Metallschichten sowie über dem zweiten Durchgangsloch aufweist, nach Entfernen des ersten Lackmusters; Bilden einer vierten Metallschicht (1206b), hergestellt aus dem ersten Metallwerkstoff, an der ersten Metallschicht, die im Öffnungsbereich des zweiten Lackmusters freiliegend ist, durch Plattieren; sukzessives Bilden einer fünften Metallschicht (1206c) des zweiten Metallwerkstoffs an der vierten Metallschicht durch Plattieren; Entfernen des zweiten Lackmusters, gezieltes Ätzen der ersten Metallschicht durch Verwenden der dritten und fünften Metallschichten als Masken und Bilden einer Sensorelektrode (1205), aufgebaut aus den ersten und zweiten Metallschichten, und einer stationären Elektrode (1206), aufgebaut aus den ersten und vierten Metallschichten; und Bilden der Passivierungsschicht (1207), hergestellt aus einem isolierenden Element, um die Sensorelektrode zu bedecken und über eine ebene Oberfläche zu verfügen, während ein oberer Abschnitt der stationären Elektrode teilweise freiliegend ist, wobei die ersten und zweiten Verbindungen mit den Kapazitätsermittlungsmitteln (1008) zum Ermitteln der zwischen der Sensorelektrode und der stationären Elektrode gebildeten Kapazität verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bilden der ersten und zweiten Verbindungen (1402a, 1402b) an dem Halbleitersubstrat; Bilden der dielektrischen Zwischenniveauschicht (1403) an dem Halbleitersubstrat; Bilden einer ersten Metallschicht (1501), die elektrisch mit den ersten und zweiten Verbindungen durch erste und zweite Durchgangslöcher (1403a, b), gebildet in der dielektrischen Zwischenniveauschicht, verbunden ist; Bilden eines ersten Maskenmusters (1502) auf der ersten Metallschicht, wobei das erste Maskenmuster einen Öffnungsteil (1502a) über dem ersten Durchgangsloch aufweist; gezieltes Ausbilden einer zweiten Metallschicht (1405b) an einer Oberseite der ersten Metallschicht, die an einem Bodenteil des Öffnungsteils des ersten Maskenmusters freiliegend ist; Bilden eines zweiten Maskenmusters (1503) auf den ersten und zweiten Metallschichten, wobei das zweite Maskenmuster eine Nut (1503a) aufweist, die über dem zweiten Durchgangsloch verläuft und die zweite Metallschicht umgibt; gezieltes Bilden einer dritten Metallschicht (1406b) an einer Oberseite der ersten Metallschicht, die an einem Bodenteil der Nut des zweiten Maskenmusters freiliegend ist, wobei die dritte Metallschicht stärker als die zweite Metallschicht ist; Bilden der Sensorelektrode (1405) und der wenigstens einen stationären Elektrode (1406) durch Entfernen der ersten Metallschicht außer Teilen unter den zweiten und dritten Metallschichten, wobei die Sensorelektrode aus den ersten und zweiten Metallschichten aufgebaut und mit der ersten Verbindung durch das erste Durchgangsloch verbunden ist, und wobei die wenigstens eine stationäre Elektrode aus den ersten und dritten Metallschichten aufgebaut und mit der zweiten Verbindung durch das zweite Durchgangsloch verbunden ist; und Bilden der Passivierungsschicht (1407) auf der dielektrischen Zwischenniveauschicht, um die Sensorelektrode zu bedecken und einen oberen Teil der wenigstens einen stationären Elektrode freizulegen, wobei die ersten und zweiten Verbindungen mit den Kapazitätsermittlungsmitteln (1008) zum Ermitteln der zwischen der Sensorelektrode und der wenigstens einen stationären Elektrode gebildeten Kapazität verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, zweiten und dritten Metallschichten aus Kupfer und/oder Gold hergestellt sind.
Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch den Schritt des Bildens von schützenden Schichten (1405c, 1406c), die leitend sind und seitliche und Oberseiten der Sensorelektroden und die wenigstens eine stationäre Elektrode nach Bildung der Sensorelektroden und der wenigstens einen stationären Elektrode bedecken.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschichten aus Ruthenium hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht aus Polyimid, insbesondere aus Polybenzoxazol hergestellt wird.