JP2000230801A - 表面形状認識用センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センシングの際に発生する静電気によって静
電破壊されることなどがないなど、安定して高感度の表
面形状検出が信頼性の高い状態でできるようにする。 【解決手段】 半導体基板１０１上の下層絶縁膜１０２
上に形成された層間絶縁膜１０４上に、パシベーション
膜表面において露出部が格子状に形成されたアース１０
６を備え、マスの中央部にたとえば８０μｍ角のセンサ
電極１０５が配置される。また、そのセンサ電極１０５
を覆うようにパシベーション膜１０７が形成されてい
る。その中で、パシベーション膜１０７に比誘電率４の
材料を用いそのセンサ電極１０５上の膜厚を２μｍとし
たとき、センサ電極１０５とその周囲に配置されている
アース電極（固定電極）１０６との距離は２μｍとする
ことが良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、表面形状認識用
センサに関し、特に人間の指紋や動物の鼻紋などの微細
な凹凸を感知する表面形状認識用センサに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】情報化社会の進展と現代社会の環境にお
いて、セキュリティ技術への関心が高まっている。例え
ば、情報化社会では、電子現金化などのシステム構築の
ための本人認証技術が、重要な鍵となってきる。また、
盗難やカードの不正使用の防御策のための認証技術につ
いても研究開発が活発になっているのが実情である（例
えば、清水良真他、個人認証付き機能付きＩＣカードに
関する一検討、信学技報、Technical report of IEICE,
OFS92-32,p25-30(1992)）。このような、不正使用防御
策のための認証方式には、指紋や声紋などを利用したも
のが種々あるが、中でも、指紋認証技術については、こ
れまで多くの技術開発がなされている。その指紋の認証
方式は、光学的な読み取り方式と人間の電気特性の利用
して指紋の凹凸を電気信号に置き換えて検出する方式と
に大別される。

【０００３】光学的に読み取る方式は、主に光の反射と
ＣＣＤイメージセンサを用い、指紋を光学像データとし
て取り込み、照合を行う方式である（特開昭６１−２２
１８８３号公報）。他の方式として、指の指紋の圧力差
を読み取るために圧電薄膜を利用した方式も開発されて
いる（特開平５−６１９６５号公報）。また、同じよう
に、皮膚の接触により生じる電気特性の変化を、電気信
号の分布に置き換えて指紋の形状を検出する方式とし
て、感圧シートを用いて抵抗変化量もしくは容量変化量
による認証方式が提案されている（特開平７−１６８９
３０号公報）。しかしながら、以上の技術において、ま
ず、光を用いた方式は小型化することが難しく、汎用的
に用いることが困難であり、用途が限定されるという問
題がある。次に、感圧シートなどを用いて指の凹凸を感
知する方式は、材料が特殊であることや加工性の難しさ
から、実用化が難しく信頼性に乏しいことが考えられ
る。

【０００４】一方、ＬＳＩの製造技術を用いて作製され
た容量型の指紋センサが開発されている（Marco Tartag
ni and Roberto Guerrieri,A 390dpi Live Fingerprint
Imager Based on Feedback Capacitive Sensing Schem
e,1997 IEEE InternationalSolid-State Circuits Conf
erence, p200-201(1997).）。これは、ＬＳＩチップ上
に２次元に配列された小さなセンサにより、帰還静電容
量方式を利用して皮膚の凹凸パターンを検出する方法で
ある。この容量型センサは、ＬＳＩ配線の最上層に２枚
のプレートを形成し、その上にパシベーション膜を形成
したものである。このセンサに指先が触れると、皮膚の
表面が第３のプレートとして機能し、空気からなる絶縁
層で隔離され、その距離の違いでセンシングを行うこと
により指紋を検出するものである。この構造は、従来の
光学式に比較し、特殊なインターフェイスが不要なこと
や、小型化が可能なことが特徴である。

【０００５】ここで、その指紋センサは、原理的には、
半導体基板上にセンサ電極を形成し、その上にパシベー
ション膜を形成したものであり、パシベーション膜を介
して皮膚とセンサとの容量を検出し微細構造の凹凸を検
出する方法である。ここで従来の容量型の指紋センサに
ついて図を参照して簡単に説明する。この容量型センサ
は、図１９の断面図に示すように構成されている。すな
わち、まず、ＬＳＩ等の形成された半導体基板１９０１
の上に、下層絶縁膜１９０２を介して配線１９０３が形
成され、この上に層間絶縁膜１９０４が形成されてい
る。

【０００６】また、その層間絶縁膜１９０４上には、例
えば平面形状が矩形のセンサ電極１９０６が形成されて
いる。このセンサ電極１９０６は、層間絶縁膜１９０４
に形成されたスルーホール内のプラグ１９０５を介して
配線１９０３に接続されている。そして、層間絶縁膜１
９０４上に、センサ電極１９０６を覆うように、パシベ
ーション膜１９０７が形成され、センサ素子が構成され
ている。そして、それらセンサ素子は、図２０の平面図
に示すように、隣り合うセンサ素子のセンサ電極１９０
６が接触しないように、２次元的に複数配置されてい
る。

【０００７】この容量型センサの動作について説明す
る。指紋検出のときは、まず、指紋検出対象の指が、パ
シベーション膜１９０７に接触する。このように、指が
接触すると、センサ電極１９０６上では、パシベーショ
ン膜１９０７に触れた皮膚が電極として機能し、センサ
電極１９０６との間で容量が形成される。この容量は、
配線１９０３を介して検出される。ここで、指先の指紋
は、皮膚の凹凸により形成されているので、パシベーシ
ョン膜１９０７に指を接触させた場合、電極としての皮
膚と、センサ電極１９０６との距離は、指紋を形成して
いる突部と凹部とで異なることになる。そして、この距
離の違いは、容量の違いとして検出されることになる。
したがって、それら異なる容量の分布を検出していけ
ば、それは指紋の突部の形状となる。すなわち、この容
量型センサにより、皮膚の微細な凹凸状態を感知するこ
とができる。

【０００８】そして、このような容量型の指紋センサ
は、従来の光学式センサと比較して特殊なインターフェ
イスが不要であり、小型化が可能である。この容量型の
センサは、例えば、次に示すような集積回路（ＬＳＩ）
チップ上に同時に搭載することができる。すなわち、照
合のための指紋データが格納された記憶部と、記憶部に
用意されている指紋データと、読み取られた指紋とを比
較照合する認識処理部とが集積された集積回路チップ
に、上述の容量型センサを同時に搭載することができ
る。このように、１つの集積回路チップ上に構成するこ
とで、各ユニット間のデータ転送における情報の改竄な
どが困難になり、機密保持性能を向上させることができ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たセンサでは、皮膚を電極として利用しているため、接
触時に生じた静電気によって同時に搭載されているＬＳ
Ｉが静電破壊されやすいという問題があった。したがっ
て、従来では、センサの安定性，感度，信頼性などが考
慮され、さらに、小型化や汎用性までも考慮された人間
の指紋や動物の鼻紋など微細な凹凸をセンシングするセ
ンサおよびその製造方法の開発が望まれていた。

【００１０】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、センシングの際に発生す
る静電気によって静電破壊されることなどがないなど、
安定して高感度の表面形状検出が信頼性の高い状態でで
きるようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の表面形状認識
用センサは、表面形状認識用センサは、半導体基板上に
形成された層間絶縁膜の同一平面にそれぞれが絶縁分離
され、かつそれぞれ固定配置されたセンサ電極を有する
複数の容量検出素子と、その容量検出素子それぞれの容
量を検出する容量検出手段と、層間絶縁膜上でセンサ電
極と絶縁分離されて配置された固定電極とを備えるよう
にした。このように構成したので、認識対象が触れるこ
とでその表面の凹凸に対応して容量検出素子が検出する
容量が変化する。

【００１２】また、この発明の表面形状認識用センサ
は、層間絶縁膜上にセンサ電極を覆うように形成されか
つ絶縁性の部材から構成されたパシベーション膜を備
え、固定電極は、パシベーション膜表面に一部が接触し
た対向電極となる表面形状の認識対象物の表面と接触す
るように、その一部がパシベーション膜表面で露出して
層間絶縁膜上に形成され、容量検出手段は、センサ電極
と認識対象物の表面との間の容量を検出するようにし
た。したがって、認識対象が触れるとこれが一方の対向
電極となり、また、これが固定電極に接触した状態で、
認識対象の表面とセンサ電極との間に容量が形成され、
これが容量検出手段に検出される。このように構成した
中で、センサ電極および固定電極は、銅から構成するよ
うにしても良い。また、センサ電極および固定電極は、
金から構成するようにしても良い。また、パシベーショ
ン膜は、ポリイミドから構成しても良く、そのポリイミ
ドはポリベンザオキサゾールを用いれば良い。また、セ
ンサ電極の側面および上面と固定電極側面および上面と
を覆うように、導電性の保護膜を備えるようにしても良
い。その保護膜は、例えば金やルテニウムから構成すれ
ば良い。また、半導体基板上の層間絶縁膜下にセンサ電
極および固定電極に接続する第１および第２の配線を備
え、センサ電極および前記固定電極は、その第１および
第２の配線を介して容量検出手段に接続すれば良い。ま
た、その容量検出手段は、半導体基板上に同時に搭載し
ても良い。

【００１３】また、それらの構成において、固定電極
は、少なくともパシベーション膜表面において露出部が
格子状に形成され、センサ電極は、固定電極により形成
されているマスの中央部に配置されているようにした。
したがって、センサ電極と固定電極との間の距離が、全
て均一となる。その中で、固定電極は正方形の格子状に
形成されてその１つのマスで容量検出素子が構成され、
パシベーション膜はセンサ電極上の膜厚が０．３μｍ以
上２０μｍ以下に形成されているようにすれば、センサ
電極とその上のパシベーション膜に接触した表面形状認
識対象との間の容量が検出可能となる。その中で、人間
の指紋の状態を検出しようとする場合は、固定電極の格
子の間隔は１００μｍ以下に形成されているようにし
た。また、それらの構成とすることで、例えば、パシベ
ーション膜は、比誘電率が２より大きく７より小さい範
囲とすれば良い。例えば、パシベーション膜に比誘電率
４の材料を用いてそのセンサ電極上の膜厚を２μｍとし
たとき、センサ電極は１辺が２０μｍ以上の正方形に形
成すれば良く、特に、そのセンサ電極と周囲に配置され
ている固定電極との距離は２μｍとすることが良い。

【００１４】また、この発明の表面形状認識用センサ
は、パシベーション膜表面および前記固定電極の露出面
が、ほぼ平坦に形成されているようにした。また、半導
体基板上の層間絶縁膜下に配置されてセンサ電極および
固定電極に接続する第１および第２の配線を備え、セン
サ電極および固定電極は、第１および第２の配線を介し
て容量検出手段に接続されているように構成した。ここ
で、その容量検出手段は、半導体基板上に同時に搭載す
るようにしても良い。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。 実施の形態１ はじめに、この発明の第１の実施の形態における表面形
状認識用センサに関して、図１を用いて説明する。この
図１では、表面形状認識用センサを構成しているセンサ
素子２つ分を示しているが、まず、半導体基板１０１上
の下層絶縁膜１０２上に形成された層間絶縁膜１０４上
に、例えば８０μｍ角のセンサ電極１０５、および、ア
ース電極（固定電極）１０６を備えるようにした。この
ように、ここでは、１つのセンサ素子に１つのセンサ電
極１０５を備えた場合について説明する。また、下層絶
縁膜１０２上には、センサ電極１０５にスルーホール１
０４ａを介して接続する配線１０３を形成するようにし
た。

【００１６】なお、図１には示していないが、下層絶縁
膜１０２上には、アース電極１０６に接続する配線も形
成している。そして、それらは、やはり図示していない
が、層間絶縁膜１０４に形成されたスルーホールを介し
て接続している。また、センサ電極１０５を覆うように
パシベーション膜１０７を形成し、そのパシベーション
膜１０７表面でアース電極１０６の上部が露出した状態
とした。ここで、センサ電極１０５すなわち１つのセン
サ素子は、１００μｍ間隔に複数配置している。また、
パシベーション膜１０７は、例えば、酸化シリコンなど
比誘電率が４．０程度の絶縁物から構成し、センサ電極
１０５上の膜厚は５μｍ程度とした。

【００１７】また、センサ素子の下にあたる半導体基板
１０１上には、１つのセンサ素子それぞれに対応してセ
ンスユニット１０８を形成している。このセンスユニッ
ト１０８は、前述した配線１０３などを介し、アース電
極１０６およびセンサ電極１０５それぞれに接続してい
る。そして、このセンスユニット１０８は、アース電極
１０６と各センサ電極１０５との間に形成される容量を
検出する。また、各センスユニット１０８の出力は、図
示していない処理手段により処理され、この処理手段に
より、各センサ電極１０５に形成された容量を濃淡に変
換した画像データが生成される。

【００１８】なお、センスユニット１０８は、１つのセ
ンサ素子の下にそれぞれ備える必要はなく、複数のセン
サ素子に１つのセンスユニットを備えるようにしても良
い。また、センサユニットは、上述した処理手段ととも
に半導体基板１０１上の他の領域に形成するようにして
も良い。また、その処理手段を、センサユニットともに
センサ素子の下に配置するようにしても良い。なお、そ
れらセンスユニット１０８や処理手段は、必ずしも半導
体基板１０１上にモノリシックに集積する必要はない。
しかし、センサ電極１０５とセンスユニット１０８や処
理手段は、なるべく近くに配置した方が良い。

【００１９】以上のように構成した表面形状認識用セン
サでは、そのパシベーション膜１０７上に指の先端部が
接触すると、まず、アース電極１０６上部に指紋の突部
が接触する。人間の指紋の幅は約２００〜３００μｍ程
度なので、１００μｍ間隔に配置されているアース電極
１０６には、必ず接触することになる。この結果、パシ
ベーション膜１０７上に置いて、指紋の突部が接触して
いる指先端部は、アース電極１０６と同電位となる。そ
して、その指先端部の各部分と、センサ電極１０５との
間には、それぞれ容量が形成され、その容量がセンスユ
ニット１０８に検出される。

【００２０】ここで、指の先端部が置かれたパシベーシ
ョン膜１０７上では、指紋突部はパシベーション膜１０
７に接触し、指紋凹部はパシベーション膜１０７より離
れた状態となっている。したがって、指紋突部の表面と
その下のセンサ電極１０５の間隔ｄ１と、指紋凹部の表
面とその下のセンサ電極１０５の間隔ｄ２とは異なり、
ｄ１＜ｄ２である。そして、指紋突部の表面とその下の
センサ電極１０５の間の容量Ｃ１と、指紋凹部の表面と
その下のセンサ電極１０５の間の容量Ｃ２とは異なる。
したがって、指紋突部下のセンサ電極１０５とアース電
極１０６との間の容量と、指紋凹部下のセンサ電極１０
５とアース電極１０６との間の容量とは異なって検出さ
れることになる。

【００２１】例えば、上述の構成の場合、Ｃ１は４５ｆ
Ｆ程度になる。一方、指紋の深さは１００μｍ程度なの
で、Ｃ２は２．３ｆＦ程度となる。そして、各センサ電
極１０５をマトリクス状に複数配置するようにすれば、
その配置状態に対応して指紋の凹凸による容量が検出で
きる。この結果、各センサ電極１０５の箇所で検出され
たそれぞれの容量に対応し、処理手段によって濃淡デー
タを付ければ、指紋の形状が再現できることになる。例
えば、センサ電極を１００μｍ間隔でマトリクス状に３
００×３００（個）配置した場合、２５０ドット／イン
チ程度の分解能で３００×３００ドットの指紋画像を得
ることができる。

【００２２】一方、図１には示していないが、半導体基
板１０１上の他の領域には、照合のための指紋データが
格納された記憶部や、記憶部に用意されている指紋デー
タと読み取られた指紋画像とを比較照合する認識処理部
などが集積された集積回路を備えている。なお、これら
全てを、センサ電極１０５下の半導体基板１０１上に配
置するようにしても良い。この構成とすることで、より
コンパクトな状態で、検出された指紋の形状と記憶部に
格納されている指紋データとを、集積回路に構成されて
いる認識処理部で比較する指紋の照合が可能となる。

【００２３】そして、この実施の形態１の表面形状認識
用センサでは、例えば指紋の形状を認識する場合、指の
一部がアース電極に触れることになる。したがって、そ
の指が接触したことにより表面形状認識用センサ表面に
静電気が発生することになる。しかし、その静電気はア
ース電極に流れていくので、下部に形成されている他の
集積回路部分がその静電気で破壊されることが抑制され
る。

【００２４】次に、上述したこの実施の形態１の表面形
状認識用センサの製造方法について、その一部を簡単に
説明する。まず、半導体基板１０１上に、前述したセン
スユニットなど他の集積回路を形成し、この後、図２
（ａ）に示すように、それら集積回路を覆うように、半
導体基板１０１上に下層絶縁膜１０２を形成し、その上
に配線１０３を形成する。なお、図示していないが、以
降に示すアース電極１０６に接続する配線もこのとき同
時に形成する。

【００２５】次に、図２（ｂ）に示すように、配線１０
３を覆うように、下層絶縁膜１０２上に層間絶縁膜１０
４を形成する。次に、図２（ｃ）に示すように、層間絶
縁膜１０４の配線１０３上の所定箇所にスルーホール１
０４ａを形成する。なお、図示していないが、以降に示
すアース電極１０６に接続する配線箇所にも、スルーホ
ールを同時に形成する。次に、図３（ｄ）に示すよう
に、層間絶縁膜１０４上に、スルーホール１０４ａを介
して配線１０３に接続するセンサ電極１０５を形成す
る。

【００２６】次に、図３（ｅ）に示すように、センサ電
極１０５とは離間して層間絶縁膜１０４上に、センサ電
極１０５より厚くアース電極１０６を形成する。なお、
このアース電極１０６は、図示していないが、層間絶縁
膜１０４に形成されている図示してないスルーホールを
介し、やはり図示してないが、下層絶縁膜１０２上に形
成された対応する配線に接続している。そして、図３
（ｆ）に示すように、アース電極１０６により形成され
る凹部を埋め込んでセンサ電極１０５を覆うように、パ
シベーション膜１０７を形成する。このとき、アース電
極１０６の上部は、パシベーション膜１０７表面で露出
した状態とする。以上のことにより、図１に示した、こ
の実施の形態１の表面形状認識用センサの電極部が形成
できる。

【００２７】実施の形態２ 次に、この発明の第２の実施例における表面形状認識用
センサに関して説明する。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）
は、この実施の形態２における表面形状認識用センサの
構成を示す構成図である。ここで、図４（ａ），（ｂ）
は断面を示し、図４（ｃ）は平面図である。そして、図
４（ｃ）のＡＡ’断面が図４（ａ）であり、図４（ｃ）
のＢＢ’断面が図４（ｂ）である。この実施の形態２で
は、まず、図示していない半導体基板上の絶縁膜４０１
上に形成された層間絶縁膜４０３上に、例えば８０μｍ
角のセンサ電極４０５、および、アース電極４０６を備
えるようにした。このように、ここでは、１つのセンサ
素子に１つのセンサ電極４０５を備えた場合について説
明する。すなわち、図４（ａ）は、この実施の形態２の
表面形状認識用センサを構成している１つのセンサ素子
を示している。

【００２８】そのセンサ電極４０５は、絶縁膜４０１上
に形成されたアルミニウムからなる配線４０２に、窒化
チタンからなるバリア膜４０４を介して接続している。
なお、図４（ｂ）に示すように、絶縁膜４０１上には、
アルミニウムからなる配線４０２ａも形成され、バリア
膜４０４を介してアース電極４０６に接続している。こ
こで、アース電極４０６は、銅からなる下部電極４０６
ａとその上に形成されたやはり銅からなる電極柱４０６
ｂとから構成した。そして、アース電極４０６表面に
は、金からなる保護膜４０６ｃを形成した。また、セン
サ電極４０５の表面にも、金からなる保護膜４０５ａを
形成した。また、センサ電極４０５を覆うように、例え
ば酸化シリコンからなるパシベーション膜４０７を形成
し、そのパシベーション膜４０７表面でアース電極４０
６の上部、すなわち保護膜４０６ｃ表面を露出させた。

【００２９】ここで、図４（ｃ）に示すように、アース
電極４０６は、１００μｍ間隔の格子状に形成した。ま
た、その格子の間の中央部に、センサ電極４０５を１０
０μｍ間隔でマトリクス状に複数配置した。したがっ
て、この実施の形態２では、その格子のマス１つ１つ
が、１つのセンサ素子を構成していることになり、図４
（ｃ）では、９個のセンサ素子がマトリクス状に配置さ
れている状態を示している。また、パシベーション膜４
０７は、比誘電率が４．０程度の絶縁物から構成し、ア
ース電極４０６の格子の間を埋め、センサ電極４０５上
の膜厚が、例えば、５μｍ程度となるように形成した。

【００３０】また、図示していないが、センサ素子の下
の半導体基板上には、センスユニットを形成してある。
このセンスユニットは、前述した配線４０２などを介
し、アース電極４０６およびセンサ電極４０５それぞれ
に接続している。そして、このセンスユニットは、アー
ス電極４０６と各センサ電極４０５との間に形成される
容量を検出し、それらに対応した信号を出力する。ま
た、各センスユニットの出力は、図示していない処理手
段により処理され、この処理手段により、各センサ電極
４０５に形成された容量を濃淡に変換した画像データを
生成する。なお、このセンスユニットおよび処理手段
は、センサ電極４０５下の図示していない半導体基板上
に配置するものに限らず、その半導体基板の他の領域に
配置するようにしても良い。

【００３１】以上のように構成した表面形状認識用セン
サでは、前述した実施の形態１と同様であり、そのパシ
ベーション膜４０７上に指の先端部が接触すると、ま
ず、アース電極４０６上部に指紋の突部が接触する。人
間の指紋の幅は約２００〜３００μｍ程度なので、１０
０μｍ間隔に格子状に形成されているアース電極４０６
には、指紋の突部が必ず接触することになる。この結
果、パシベーション膜４０７上に置いて、指紋の突部が
接触している指先端部は、アース電極４０６と同電位と
なる。そして、その指先端部の各部分と、センサ電極４
０５との間には、それぞれ容量が形成され、その容量が
センスユニットに検出される。

【００３２】ここで、指の先端部が置かれたパシベーシ
ョン膜４０７上では、指紋突部はパシベーション膜４０
７に接触し、指紋凹部はパシベーション膜４０７より離
れた状態となっている。したがって、指紋突部の表面と
その下のセンサ電極４０５の間隔ｄ１と、指紋凹部の表
面とその下のセンサ電極４０５の間隔ｄ２とは異なり、
ｄ１＜ｄ２である。そして、指紋突部の表面とその下の
センサ電極４０５の間の容量Ｃ１と、指紋凹部の表面と
その下のセンサ電極４０５の間の容量Ｃ２とは異なる。
したがって、指紋突部下のセンサ電極４０５とアース電
極４０６との間の容量と、指紋凹部下のセンサ電極４０
５とアース電極４０６との間の容量とは異なって検出さ
れることになる。

【００３３】例えば、上述の構成の場合、Ｃ１は４５ｆ
Ｆ程度になる。一方、指紋の深さは１００μｍ程度なの
で、Ｃ２は２．３ｆＦ程度となる。そして、各センサ電
極４０５はマトリクス状に複数配置されていて、その配
置状態に対応して指紋の凹凸による容量が検出される。
この結果、各センサ電極４０５の箇所で検出されたそれ
ぞれの容量に対応し、処理手段によって濃淡データを付
ければ、指紋の形状が再現できることになる。例えば、
センサ電極を１００μｍ間隔で３００×３００（個）配
置した場合、２５０ドット／インチ程度の分解能で３０
０×３００ドットの指紋画像を得ることができる。

【００３４】一方、図４には示していないが、半導体基
板上の他の領域には、照合のための指紋データが格納さ
れた記憶部や、記憶部に用意されている指紋データと読
み取られた指紋画像とを比較照合する認識処理部などが
集積された集積回路を備えている。なお、これら全て
を、センサ電極４０５下の半導体基板上に配置するよう
にしても良い。この構成とすることで、よりコンパクト
な状態で、検出された指紋の形状と記憶部に格納されて
いる指紋データとを、集積回路に構成されている認識処
理部で比較する指紋の照合が可能となる。

【００３５】そして、この実施の形態２の表面形状認識
用センサでも、例えば指紋の形状を認識する場合、指の
一部がアース電極に触れることになる。したがって、そ
の指が接触したことにより表面形状認識用センサ表面に
静電気が発生することになる。しかし、その静電気はア
ース電極に流れていくので、下部に形成されている他の
集積回路部分がその静電気で破壊されることが抑制され
る。また、この実施の形態２によれば、アース電極の露
出面が金で被覆された状態なので、アース電極の接触面
に酸化膜が形成されることが抑制されるようになる。ま
た、この実施の形態２によれば、アース電極を格子状に
形成してそのマスの中央部にセンサ電極を配置するよう
にしたので、アース電極と各センサ電極との間隔が等し
くなる。

【００３６】次に、上述したこの実施の形態２の表面形
状認識用センサの製造方法について、その一部を説明す
る。まず、半導体基板上に、前述したセンスユニットな
ど他の集積回路を形成し、この後、図５（ａ）に示すよ
うに、それら集積回路を覆うように、半導体基板上に、
シリコン酸化物からなる絶縁膜４０１を形成し、その上
にアルミニウムからなる配線４０２を形成する。この配
線４０２は、アルミニウム膜を形成した後、公知のフォ
トリソグラフィ技術によりパターニングすることで形成
すれば良い。次に、配線４０２を覆うように、絶縁膜４
０１上に層間絶縁膜４０３を形成する。次に、層間絶縁
膜４０３の配線４０２上の所定箇所にスルーホール４０
３ａを形成する。

【００３７】そして、少なくともスルーホール４０３ａ
底部に露出した配線４０２表面を覆うように、窒化チタ
ンからなるバリア膜４０４を形成する。このバリア膜４
０４の形成は、次のようにすれば良い。まず、スルーホ
ール４０３ａが形成された層間絶縁膜４０３上に、スパ
ッタ法などにより窒化チタン膜を形成する。次いで、フ
ォトリソグラフィ技術により、スルーホール形成部を隠
すようにレジストパターンを形成する。そして、このレ
ジストパターンをマスクとし、ＲＩＥなどのドライエッ
チングで窒化チタン膜を選択的に除去し、レジストパタ
ーンを除去すれば、バリア膜４０４が形成される。な
お、バリア膜４０４は、窒化チタンから構成するものに
限らない。バリア膜４０４に、相互拡散を抑制できる他
の導電性材料を用いるようにしても良い。

【００３８】次に、図５（ｂ）に示すように、バリア膜
４０４を含む層間絶縁膜４０３上に、銅からなる金属薄
膜５０１を膜厚０．１μｍ程度に形成する。これは、例
えばスパッタ法により行えば良い。次いで、図５（ｃ）
に示すように、この金属薄膜５０１上に、スルーホール
４０３ａ上部にあたる所定の領域に開口部５０２ａを有
するレジストパターン５０２を形成する。そして、金属
薄膜５０１を陰極とした電解メッキ法により、その開口
部５０２ａ底部に露出している金属薄膜５０１表面に、
膜厚０．３μｍに銅膜および膜厚０．２μｍに金膜を形
成することで、保護膜４０５ａを形成する。なお、この
保護膜４０５ａの形成は、電解メッキ法に限るものでは
ない。

【００３９】次に、レジストパターン５０２を除去した
後、今度は、図５（ｄ）に示すように、保護膜４０５ａ
を囲う溝５０３ａを備えたレジストパターン５０３を形
成する。なお、この溝５０３ａは、図４（ｂ）に示した
配線４０２ａに接続するバリア膜４０４部分の上も開口
した状態とする。次に、図６（ｅ）に示すように、金属
薄膜５０１を陰極とした電解メッキ法により、その溝５
０３ａ底部に露出している金属薄膜５０１表面に、膜厚
５μｍ程度に銅を成長させ、電極柱４０６ｂを形成す
る。引き続き、図６（ｆ）に示すように、電極柱４０６
ｂの上部表面に、同様に電解メッキで金を膜厚０．１μ
ｍ程度に成膜し、保護膜４０６ｃを形成する。なお、例
えば、電極柱４０６ｂの形成は、電解メッキ法に限るも
のではなく、無電解メッキ法を用いるようにしても良
い。

【００４０】次に、レジストパターン５０３を除去した
後、図６（ｇ）に示すように、保護膜４０５ａおよび保
護膜４０６ｃをマスクとして金属薄膜５０１を選択的に
エッチング除去する。このエッチングは、燐酸，硝酸，
および，酢酸からなる混酸の水溶液をエッチング液とし
たウエット処理により行えば良い。以上の結果、層間絶
縁膜４０３上に格子状にアース電極４０６が形成され、
このアース電極４０６の升目の中心部に、センサ電極４
０５が形成されることになる。次に、図６（ｈ）に示す
ように、アース電極４０６のマスの中を埋め込むよう
に、パシベーション膜４０７を形成する。このパシベー
ション膜４０７の形成は、次に示すようにすれば良い。
まず、センサ電極４０５およびアース電極４０６が形成
された層間絶縁膜４０３上に、回転塗布などによりＳＯ
Ｇ材料を塗布してＳＯＧ膜を形成する。

【００４１】ここで、ＳＯＧ膜を厚く形成するため、Ｓ
ＯＧ材料の塗布は３回行う。この塗布により、ＳＯＧ膜
の表面は、アース電極４０６やセンサ電極４０５による
層間絶縁膜４０３上の凹凸を吸収して平坦に形成され
る。これら塗布によるＳＯＧ膜を形成した後、３００℃
程度に加熱して塗布膜を酸化シリコンからなる膜に変成
させる。そして、ＳＯＧ膜を、アース電極４０６の表面
が露出するまでエッチバックすれば、アース電極４０６
のマスの中を埋め込むように、その表面が平坦なパシベ
ーション膜４０７を形成することができる。以上のこと
により、図４に示した、この実施の形態２の表面形状認
識用センサの電極部が形成できる。

【００４２】なお、パシベーション膜４０７は、上述し
たように形成する必要はなく、絶縁物から構成し、図６
（ｈ）に示すように、その表面が平坦に形成できれば良
い。したがって、例えば、ＣＶＤ法などにより、アース
電極４０６まで覆うように酸化シリコン膜を堆積形成
し、これを化学的機械的研磨法によりアース電極４０６
上面が露出するまで切削研磨することで、表面が平坦化
されたパシベーション膜４０７を形成するようにしても
良い。また、表面が露出した状態のアース電極は、各セ
ンサ電極のそばに必ず一対設ける必要はなく、センサ電
極複数個に１つのアース電極が設けられている状態でも
良い。ただし、この実施の形態２のように、格子状にア
ース電極を形成し、そのマスの中央部にセンサ電極を備
えるようにすることで、マトリクス状に配置された各セ
ンサ電極とアース電極との間隔をそれぞれ等しくするこ
とができる。

【００４３】実施の形態３ 次に、この発明の第３の実施例における表面形状認識用
センサに関して説明する。この実施の形態３では、図７
に示すように、まず、絶縁膜７０１上に形成された層間
絶縁膜７０３上に、例えば８０μｍ角の銅からなるセン
サ電極７０５、および、アース電極（固定電極）７０６
を備えるようにした。なお、絶縁膜７０１は、図示して
いないが、以降に示すセンスユニットや処理手段などの
集積回路が形成された半導体基板上に形成されている。
アース電極７０６は、例えば、マス内の大きさがおおよ
び１００μｍ角の正方形状とされた格子状に形成されて
いる。また、そのマスの中央部にセンサ電極７０５が配
置されている。そして、マスの数は３００×３００個ほ
ど備え、したがって、センサ電極７０５はマトリクス状
に３００×３００個配置されている。

【００４４】その、絶縁膜７０１上には、窒化チタンか
らなるバリア膜７０４を介してセンサ電極７０５に接続
する、アルミニウムからなる配線７０２ａを備えるよう
にした。また、センサ電極７０５は、それぞれの膜厚が
０．１μｍ程度のクロムと銅とからなる２層構造の下部
電極７０５ａと、その上に形成された膜厚０．３μｍ程
度の上部電極７０５ｂとから構成した。なお、上部電極
７０５ｂは銅から構成した。

【００４５】同様に、絶縁膜７０１上には、窒化チタン
からなるバリア膜７０４を介してアース電極７０６に接
続する、アルミニウムからなる配線７０２ｂを備えるよ
うにした。また、アース電極７０６も、クロムと銅から
なる２層構造の下部電極７０６ａと、その上に形成され
た銅からなる膜厚５μｍ程度の電極柱７０６ｂとから構
成した。なお、前述した実施例２と同様に、下部電極７
０５ａ，７０６ａを構成する下層の金属はクロムに限る
ものではなく、例えば、チタンやニッケルなど銅の拡散
抑制と絶縁材料に対する密着性を向上させる他の金属を
用いるようにしても良い。そして、この実施の形態３で
は、センサ電極７０５およびアース電極７０６の上面お
よび側面を覆うようにルテニウムからなる保護膜７０５
ｃおよび保護膜７０６ｃを備えるようにした。

【００４６】また、センサ電極７０５を覆うように、ポ
リイミドからなるパシベーション膜７０７を備え、その
パシベーション膜７０７表面でアース電極７０６の上部
を露出させた。また、パシベーション膜７０７は、アー
ス電極７０６の格子の間を埋め、センサ電極７０５上の
膜厚が、例えば、５μｍ程度となるように形成した。ま
た前述したセンスユニットが、前述した配線７０２ａ，
７０２ｂなどを介し、それぞれのセンサ電極７０５およ
びアース電極７０６に接続している。そして、このセン
スユニットは、アース電極７０６と各センサ電極７０５
との間に形成される容量を検出し、それらに対応した信
号を出力する。

【００４７】また、各センスユニットの出力は、図示し
ていない処理手段により処理され、この処理手段によ
り、各センサ電極７０５に形成された容量を濃淡に変換
した画像データを生成する。これらは、前述した実施の
形態１，５と同様である。すなわち、この実施の形態３
の表面形状認識用センサにおいても、１つのセンサ素子
を構成している各センサ電極７０５の箇所で検出された
それぞれの容量に対応し、処理手段によって濃淡データ
を付ければ、指紋の形状が再現できることになる。

【００４８】ところで、図７には示していないが、半導
体基板上の他の領域には、照合のための指紋データが格
納された記憶部や、記憶部に用意されている指紋データ
と読み取られた指紋画像とを比較照合する認識処理部な
どが集積された集積回路を備えている。なお、これら全
てを、センサ電極７０５下の半導体基板上に配置するよ
うにしても良い。この構成とすることで、よりコンパク
トな状態で、検出された指紋の形状と記憶部に格納され
ている指紋データとを、集積回路に構成されている認識
処理部で比較する指紋の照合が可能となる。

【００４９】そして、この実施の形態３の表面形状認識
用センサでも、例えば指紋の形状を認識する場合、指の
一部がアース電極に触れることになる。したがって、そ
の指が接触したことにより表面形状認識用センサ表面に
静電気が発生することになる。しかし、その静電気はア
ース電極に流れていくので、この実施の形態３の表面形
状認識用センサでは、下部に形成されている他の集積回
路部分がその静電気で破壊されることが抑制される。ま
た、この実施の形態３によれば、アース電極の露出面が
ルテニウムで被覆された状態なので、アース電極の接触
面に酸化膜が形成されることが抑制されるようになる。
また、この実施の形態３によれば、アース電極を格子状
に形成してそのマスの中央部にセンサ電極を配置するよ
うにしたので、アース電極と各センサ電極との間隔が等
しくなる。

【００５０】次に、上述したこの実施の形態３の表面形
状認識用センサの製造方法について、その一部を説明す
る。まず、半導体基板上に、前述したセンスユニットな
ど他の集積回路を形成し、この後、図８（ａ）に示すよ
うに、それら集積回路を覆うように、半導体基板上に、
シリコン酸化物からなる絶縁膜７０１を形成し、その上
にアルミニウムからなる配線７０２ａ，７０２ｂを形成
する。この配線７０２ａ，７０２ｂは、アルミニウム膜
を形成した後、公知のフォトリソグラフィ技術によりパ
ターニングすることで形成すれば良い。次に、配線７０
２ａ，７０２ｂを覆うように、絶縁膜７０１上に層間絶
縁膜７０３を形成する。次に、層間絶縁膜７０３の配線
７０２ａ，７０２ｂ上の所定箇所にスルーホール７０３
ａ，７０３ｂを形成する。

【００５１】そして、少なくともスルーホール７０３
ａ，７０３ｂ底部に露出した配線７０２ａ，７０２ｂ表
面を覆うように、窒化チタンからなるバリア膜７０４を
形成する。このバリア膜７０４の形成は、次のようにす
れば良い。まず、スルーホール７０３ａ，７０３ｂが形
成された層間絶縁膜７０３上に、スパッタ法などにより
窒化チタン膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィ
技術により、スルーホール形成部を隠すようにレジスト
パタンを形成する。そして、このレジストパタンをマス
クとし、ＲＩＥなどのドライエッチングで窒化チタン膜
を選択的に除去し、レジストパタンを除去すれば、バリ
ア膜７０４が形成される。なお、バリア膜７０４は、窒
化チタンから構成するものに限らない。バリア膜７０４
に、相互拡散を抑制できる他の導電性材料を用いるよう
にしても良い。

【００５２】次に、図８（ｂ）に示すように、バリア膜
７０４を含む層間絶縁膜７０３上に、それぞれ０．１μ
ｍ程度のクロム膜と銅膜からなる２層構造の金属薄膜８
０１を形成する。例えば、このクロム膜は蒸着法で形成
し、銅膜はスパッタ法により行えば良い。このように、
クロム膜を下に備えておくことで、銅の拡散を抑制で
き、また、銅の密着性を向上させることができる。な
お、やはり、このクロムの代わりに、例えば、チタンや
ニッケルなど、銅の拡散を抑制しかつ密着性を向上させ
ることができる金属を用いるようにしても良い。

【００５３】次いで、図８（ｃ）に示すように、この金
属薄膜８０１上に、スルーホール７０３ａ上部にあたる
所定の領域に開口部８０２ａを有するレジストパタン８
０２を、膜厚５μｍ程度に形成する。そして、金属薄膜
８０１を陰極とした電解メッキ法により、その開口部８
０２ａ底部に露出している金属薄膜８０１表面に、膜厚
０．３μｍに銅膜を形成することで、上部電極７０５ｂ
を形成する。なお、この上部電極７０５ｂの形成は、電
解メッキ法に限るものではない。

【００５４】次に、レジストパタン８０２を除去した
後、今度は、図９（ｄ）に示すように、上部電極７０５
ｂを囲う溝９０３ａを備えたレジストパタン９０３を、
膜厚５μｍ程度に形成する。この溝９０３ａは、図７に
示した、アース電極７０６を配置する領域である。そし
て、金属薄膜８０１を陰極とした電解メッキ法により、
その溝９０３ａ底部に露出している金属薄膜８０１表面
に、膜厚５μｍ程度に銅を成長させ、電極柱７０６ｂを
形成する。

【００５５】次に、レジストパタン９０３を除去した
後、図９（ｅ）に示すように、表面が露出している部分
の金属薄膜８０１をエッチング除去する。このエッチン
グは、まず、燐酸，硝酸，および，酢酸からなる混酸の
水溶液をエッチング液としたウエット処理により、上層
の銅膜を除去する。次いで、フェリシアン化カリウムと
水酸化ナトリウムとの水溶液をエッチング液としたウエ
ット処理により、下層のクロムを除去するようにすれば
良い。以上の結果、層間絶縁膜７０３上に、高さ５μｍ
程度に格子状にアース電極７０６が形成される。そし
て、その格子状のアース電極７０６の升目の中心部に、
センサ電極７０５が形成されることになる。次に、図９
（ｆ）に示すように、センサ電極７０５およびアース電
極７０６の露出している表面に、ルテニウムからなる保
護膜７０５ｃおよび保護膜７０６ｃを形成する。この形
成は、無電界メッキ法により、銅からなる各電極表面に
だけルテニウムを０．１μｍ程度成長させることで行え
る。

【００５６】そして、図７に示したように、格子状のア
ース電極７０６のマスの中を埋め込むように、パシベー
ション膜７０７を形成する。このパシベーション膜７０
７の形成は、次に示すようにすれば良い。まず、センサ
電極７０５およびアース電極７０６が形成された層間絶
縁膜７０３上に、回転塗布などによりポリイミド材料を
塗布してポリイミド膜を形成する。そのポリイミド材料
としては、例えば、ポリベンザオキサゾール前駆体をベ
ースとしたポリイミド樹脂を用いた。この塗布により、
ポリイミド膜の表面は、アース電極７０６やセンサ電極
７０５による層間絶縁膜７０３上の凹凸を吸収して平坦
に形成される。これら塗布によるポリイミド膜を形成し
た後、３１０℃程度に加熱して塗布したポリイミド膜を
熱硬化させる。

【００５７】そして、その硬化したポリイミド膜を、ア
ース電極７０６の表面が露出するまでエッチバックすれ
ば、アース電極７０６のマスの中を埋め込むように、そ
の表面が平坦なポリイミドからなるパシベーション膜７
０７を形成することができる。このエッチバックは、例
えば、酸素ガスのプラズマを用いたドライエッチングに
より行えば良い。ポリイミドは有機材料であるので、酸
素ガスのプラズマを用いればエッチングが可能である。
なお、そのエッチバックは、例えば化学的機械的研磨法
などを用いても良い。以上のことにより、図７に示し
た、この実施の形態３の表面形状認識用センサの電極部
が形成できる。

【００５８】ところで、上述では、アース電極７０６を
格子状に形成したが、これに限るものではなく、例え
ば、パシベーション膜７０７に埋め込まれているセンサ
電極７０５周囲の片側に、パシベーション膜７０７表面
では分離した状態で、複数のアース電極７０３を形成す
るようにしても良い。ただし、アース電極７０３は、下
層の配線層でそれぞれが接続されて全てが同電位とされ
ているものとする。また、表面が露出した状態のアース
電極は、各センサ電極のそばに必ず一対設ける必要はな
く、センサ電極複数個に１つのアース電極が設けられて
いる状態でも良い。ただし、この実施の形態３のよう
に、格子状にアース電極を形成し、そのマスの中央部に
センサ電極を備えるようにすることで、マトリクス状に
配置された各センサ電極とアース電極との間隔をそれぞ
れ等しくすることができる。

【００５９】実施の形態４ 次に、この発明の第４の実施例における表面形状認識用
センサに関して説明する。この実施の形態４では、図１
０に示すように、まず、絶縁膜１００１上に形成された
層間絶縁膜１００３上に、例えば８０μｍ角の金からな
るセンサ電極１００５、および、アース電極１００６を
備えるようにした。なお、絶縁膜１００１は、図示して
いないが、以降に示すセンスユニットや処理手段などの
集積回路が形成された半導体基板上に形成されている。

【００６０】そのアース電極１００６は、前述の実施の
形態３と同様であり、マス内の大きさがおおよび１００
μｍ角の正方形状とされた格子状に形成されている。ま
た、そのマスの中央部にセンサ電極１００５が配置され
ている。そして、マスの数は３００×３００個ほど備
え、したがって、センサ電極１００５はマトリクス状に
３００×３００個配置されている。その、絶縁膜１００
１上には、窒化チタンからなるバリア膜１００４を介し
てセンサ電極１００５に接続する、アルミニウムからな
る配線１００２ａを備えるようにした。また、センサ電
極１００５は、それぞれ膜厚０．１μｍ程度のクロムと
金の２層構造の下部電極１００５ａと、その上に形成さ
れた膜厚０．３μｍ程度の金からなる上部電極１００５
ｂとから構成した。

【００６１】同様に、絶縁膜１００１上には、窒化チタ
ンからなるバリア膜１００４を介してアース電極１００
６に接続する、アルミニウムからなる配線１００２ｂを
備えるようにした。また、アース電極１００６も、クロ
ムと金からなる２層構造の下部電極１００６ａと、その
上に形成された金からなる膜厚５μｍ程度の電極柱１０
０６ｂとから構成した。このように、下層にクロム膜を
配置することで、金膜と下の層間絶縁膜１００３との密
着性を向上させることができる。なお、前述したよう
に、クロムの代わりに例えば、チタンやニッケルなど、
金の拡散を抑制しかつ絶縁材料との密着性を向上させる
ことができる金属を用いるようにしても良い。

【００６２】また、センサ電極１００５を覆うように、
ポリイミドからなるパシベーション膜１００７を備え、
そのパシベーション膜１００７表面でアース電極１００
６の上部を露出させた。また、パシベーション膜１００
７は、アース電極１００６の格子の間を埋め、センサ電
極１００５上の膜厚が、例えば、５μｍ程度となるよう
に形成した。以上のように、この実施の形態４では、セ
ンサ電極１００５およびアース電極１００６を金から構
成するようにしたので、腐食することがなく、保護膜な
どを備える必要がない。また、ポリベンザオキサゾール
によるポリイミドをパシベーション膜１００７に用いる
ようにしたので、これが金との密着性が良いため、セン
サ電極１００５やアース電極１００６に金を用いるよう
にしてもパシベーション膜１００７の剥がれなどをほぼ
抑制できる。

【００６３】また前述したセンスユニットが、前述した
配線１００２ａ，１００２ｂなどを介し、それぞれのセ
ンサ電極１００５およびアース電極１００６に接続して
いる。そして、このセンスユニットは、アース電極１０
０６と各センサ電極１００５との間に形成される容量を
検出し、それらに対応した信号を出力する。また、各セ
ンスユニットの出力は、図示していない処理手段により
処理され、この処理手段により、各センサ電極１００５
に形成された容量を濃淡に変換した画像データを生成す
る。

【００６４】以上のように構成した表面形状認識用セン
サでは、そのパシベーション膜１００７上に指の先端部
が接触すると、まず、アース電極１００６上部に指紋の
突部が接触する。人間の指紋の幅は約２００〜３００μ
ｍ程度なので、１００μｍ間隔に格子状に形成されてい
るアース電極１００６には、指紋の突部が必ず接触する
ことになる。この結果、パシベーション膜１００７上に
置いて、指紋の突部が接触している指先端部は、アース
電極１００６と同電位となる。そして、その指先端部の
各部分と、センサ電極１００５との間には、それぞれ容
量が形成され、その容量がセンスユニットに検出され
る。

【００６５】そして、前述の実施の形態１にも説明した
ように、指紋突部下のセンサ電極１００５とアース電極
１００６との間の容量と、指紋凹部下のセンサ電極１０
０５とアース電極１００６との間の容量とは異なって検
出されることになる。この結果、各センサ電極１００５
の箇所で検出されたそれぞれの容量に対応し、処理手段
によって濃淡データを付ければ、指紋の形状が再現でき
ることになる。一方、図１０には示していないが、前述
した実施の形態３と同様であり、半導体基板上の他の領
域には、照合のための指紋データが格納された記憶部
や、記憶部に用意されている指紋データと読み取られた
指紋画像とを比較照合する認識処理部などが集積された
集積回路を備えている。なお、これら全てを、センサ電
極１００５下の半導体基板上に配置するようにしても良
い。この構成とすることで、よりコンパクトな状態で、
検出された指紋の形状と記憶部に格納されている指紋デ
ータとを、集積回路に構成されている認識処理部で比較
する指紋の照合が可能となる。

【００６６】そして、この実施の形態４の表面形状認識
用センサでも、例えば指紋の形状を認識する場合、指の
一部がアース電極に触れることになる。したがって、そ
の指が接触したことにより表面形状認識用センサ表面に
静電気が発生することになる。しかし、その静電気はア
ース電極に流れていくので、この実施の形態４の表面形
状認識用センサでは、下部に形成されている他の集積回
路部分がその静電気で破壊されることが抑制される。

【００６７】また、この実施の形態４によれば、アース
電極が金で構成されているので、アース電極の接触面に
酸化膜が形成されることがない。また、この実施の形態
４によれば、アース電極を格子状に形成してそのマスの
中央部にセンサ電極を配置するようにしたので、アース
電極と各センサ電極との間隔が等しくなる。なお、この
実施の形態４においても、センサ電極の側面や上面そし
てアース電極の側面や上面を、例えばルテニウムからな
る保護膜で覆うようにしても良い。このように保護膜で
覆うことにより、パシベーション膜との密着性を向上さ
せることができる場合がある。

【００６８】次に、上述したこの実施の形態４の表面形
状認識用センサの製造方法について、その一部を説明す
る。まず、半導体基板上に、前述したセンスユニットな
ど他の集積回路を形成し、この後、図１１（ａ）に示す
ように、それら集積回路を覆うように、半導体基板上
に、シリコン酸化物からなる絶縁膜１００１を形成し、
その上にアルミニウムからなる配線１００２ａ，１００
２ｂを形成する。この配線１００２ａ，１００２ｂは、
アルミニウム膜を形成した後、公知のフォトリソグラフ
ィ技術によりパターニングすることで形成すれば良い。
次に、配線１００２ａ，１００２ｂを覆うように、絶縁
膜１００１上に層間絶縁膜１００３を形成する。次に、
層間絶縁膜１００３の配線１００２ａ，１００２ｂ上の
所定箇所にスルーホール１００３ａ，１００３ｂを形成
する。

【００６９】そして、前述した実施の形態１〜３と同様
に、少なくともスルーホール１００３ａ，１００３ｂ底
部に露出した配線１００２ａ，１００２ｂ表面を覆うよ
うに、窒化チタンからなるバリア膜１００４を形成す
る。次に、図１１（ｂ）に示すように、バリア膜１００
４を含む層間絶縁膜１００３上に、クロムと金からなる
金属薄膜１１０１を膜厚０．２μｍ程度に形成する。こ
れは、例えば蒸着法により行えば良い。このように、ク
ロム膜を下に備えておくことで、金の拡散を抑制でき、
また、金の層間絶縁膜１００３に対する密着性を向上さ
せることができる。なお、前述したように、このクロム
の代わりに、例えば、チタンやニッケルなど、金の拡散
を抑制しかつ密着性を向上させることができる金属を用
いるようにしても良い。

【００７０】次いで、図１１（ｃ）に示すように、この
金属薄膜１１０１上に、スルーホール１００３ａ上部に
あたる所定の領域に開口部１１０２ａを有するレジスト
パタン１１０２を、膜厚５μｍ程度に形成する。そし
て、金属薄膜１１０１を陰極とした電解メッキ法によ
り、その開口部１１０２ａ底部に露出している金属薄膜
１１０１表面に、膜厚０．３μｍに金膜を形成すること
で、上部電極１００５ｂを形成する。次に、レジストパ
タン１１０２を除去した後、今度は、図１２（ｄ）に示
すように、上部電極１００５ｂを囲う溝１２０３ａを備
えたレジストパタン１２０３を、膜厚５μｍ程度に形成
する。この溝１２０３ａは、図１０に示した、アース電
極１００６を配置する領域である。そして、金属薄膜１
１０１を陰極とした電解メッキ法により、その溝１２０
３ａ底部に露出している金属薄膜１１０１表面に、膜厚
５μｍ程度に金を成長させ、電極柱１００６ｂを形成す
る。

【００７１】次に、レジストパタン１２０３を除去した
後、表面が露出している部分の金属薄膜１１０１をエッ
チング除去する。このエッチングは、まず、ヨウ素，ヨ
ウ化アンモニウム，および，エタノールからなる混合液
の水溶液をエッチング液としたウエット処理により、上
層の金膜を除去する。この場合、エッチング速度は０．
０５μｍ程度であった。次いで、次いで、フェリシアン
化カリウムと水酸化ナトリウムとの水溶液をエッチング
液としたウエット処理により、下層のクロムを除去する
ようにすれば良い。

【００７２】以上の結果、図１０に示したように、層間
絶縁膜１００３上に、高さ５μｍ程度に格子状にアース
電極１００６が形成される。そして、その格子状のアー
ス電極１００６の升目の中心部に、センサ電極１００５
が形成されることになる。そして、前述した実施の形態
３と同様に、格子状のアース電極１００６のマスの中を
埋め込むように、パシベーション膜１００７を形成すれ
ば、図１０に示したこの実施の形態４の表面形状認識用
センサが形成される。なお、この実施の形態４において
も、アース電極１００６を格子状に形成する必要はな
く、例えば、パシベーション膜１００７に埋め込まれて
いるセンサ電極１００５周囲の片側に、パシベーション
膜１００７表面では分離した状態で、複数のアース電極
１００３を形成するようにしても良い。

【００７３】ところで、上述したように、格子状にアー
ス電極を形成し、この格子のマスの中央部にセンサ電極
を配置するようにした場合、アース電極とセンサ電極と
が近設されることになり、それらの間に寄生容量が発生
することになる。この寄生容量が大きすぎると、センサ
電極とパシベーション膜上に触れた指表面との間の容量
を検出しにくくなる。ここで、人間の指の指紋検出を考
えた場合、表面形状認識用センサにおいては２５０〜５
００ｄｐｉの解像度が要求されることになる。この要求
を満たすためには、マトリクス状に配置されたセンサ素
子１つの大きさ、すなわちセンサ素子のピッチを例えば
１００μｍ角以下にする必要がある。

【００７４】ここで、図１３に示すようにセンサ素子の
断面を模式的に考えると、層間絶縁層１３０１上に、正
方形のセンサ電極１３０２および格子状のアース電極１
３０３が配置され、アース電極１３０３の間を埋めるよ
うに、比誘電率が４のパシベーション膜１３０４が形成
されていることになる。そして、指紋検出のときは、パ
シベーション膜１３０４上に指１３０５が接触すること
になる。なお、指１３０５は、図示してない領域におい
て、アース電極１３０３に接触している。このとき、指
１３０５およびアース電極１３０３とセンサ電極１３０
２との間に容量が形成されている。しかし、センサ電極
１３０２とアース電極１３０３との間には寄生容量Ｃｐ
が形成されているので、指１３０３が接触したことで発
生した上述の容量より、寄生容量Ｃｐを減じたものが、
表面形状検出に関わる容量Ｃｆとなる。

【００７５】その容量Ｃｆとセンサ電極１３０２とアー
ス電極１３０３との間の距離Ｌとの関係は、例えば、１
つのセンサ素子の大きさを８０μｍ角とし、アース電極
１３０３の幅がほとんどないと仮定したとき、すなわち
Ｗ₀＝８０μｍとしたとき、図１４のようにシミュレー
トできる。なお、ここでは、パシベーション膜１３０４
のセンサ電極１３０２上の膜厚を２μｍとし、またその
比誘電率を２としたときの場合である。図１４におい
て、まず、寄生容量Ｃｐはセンサ電極１３０２側面とア
ース電極１３０３との間のみに発生するものとした場合
を波線で示している。

【００７６】しかし、実際には、センサ電極１３０２側
面および上面とアース電極１３０３との間に寄生容量Ｃ
ｐは形成されるので、そのことを考慮した結果が点線と
実線で示してある。その中で、上面の効果をより大きく
考慮したものが実線である。また、図１４においては、
センサ電極１３０２が形成できる最大の領域が８０μｍ
角より小さい領域であるので、Ｌを大きくしていけばセ
ンサ電極１３０２の面積は小さくなり、容量Ｃｆは小さ
くなる。これとは反対に、センサ電極１３０２を大きく
する、言い換えると、Ｌを小さくしていけば、検出でき
る容量Ｃｆは大きくなる。

【００７７】そこで、側面のみで寄生容量Ｃｐが形成さ
れるものとした場合、波線で示すように、Ｌを可能な限
り小さくすればするほど検出できる容量Ｃｆは大きくな
る。しかしながら、実際には、センサ電極１３０２の上
面とアース電極１３０３との間にも寄生容量が形成され
るので、センサ電極１３０２の面積が大きくなるほど寄
生容量Ｃｐも大きくなり、結果として、点線や実線で示
すように検出できる容量Ｃｆも小さくなる。そして、図
１４から明らかなように、センサ電極１３０２とアース
電極１３０３との距離Ｌが２μｍのところで、検出でき
る容量Ｃｆが極大値となっている。したがって、以上の
ことより、前述した実施の形態３，７のように、アース
電極を格子状に形成し、そのマスの中にセンサ電極を配
置するようにした場合、センサ電極とアース電極とは２
μｍ程度の間隔とした場合が最も良いものと考えられ
る。

【００７８】一方、前述したようにＬを大きくしていく
と、これはセンサ電極１３０２の面積を小さくすること
になるので、検出できる容量Ｃｆが小さくなる。そし
て、Ｌをあまり大きくすると、容量Ｃｆのがセンスユニ
ットで面出できないほど小さくなってしまう。したがっ
て、Ｌの大きさはセンスユニットの感度限界により規定
される。また、指紋検出を考えた場合、前述したよう
に、センサ素子１つの大きさ、すなわち、図１３に示し
たＷ₀の値は１００μｍ程度が上限となる。

【００７９】それらのことを考慮した場合、ＬとＷ₀と
の関係は、図１５に示すようになる。図１５では、セン
サ電極１３０２上のパシベーション膜１３０４の膜厚ｄ
が２μｍの場合と４μｍの場合とを示している。図１５
に示すように、解像度の制約よりＷ₀を１００μｍ以下
とした場合、まず、寄生容量Ｃｐの影響は、図１４にも
示したように、Ｌが２μｍ近辺のところが最も小さく、
これはＷ₀の値が変化してもほぼ一定であり、ｄに対応
してほぼ一意に決定される。また、Ｌをあまり小さくす
ると、図１４に示したように、急激に検出できる容量Ｃ
ｆが減少するので、Ｌは２μｍよりあまり小さくしない
方が良い。

【００８０】一方、Ｌを２μｍより大きくしていくと、
センサ電極１３０２の面積が小さくなることなので、こ
の場合も検出できる容量Ｃｆが減少することになる。す
なわち、あまりＬを大きくし過ぎると、前述したように
センスユニットで容量Ｃｆが検出できなくなる。一般
に、検出できる容量は数ｆＦ程度となる。すなわち、パ
シベーション膜１３０４の比誘電率が２程度としてその
膜厚が２μｍ程度のときは、センサ電極１３０２の面積
が４００μｍ²以上はないと、容量Ｃｆを検出できなく
なる。したがって、一般的には、正方形のセンサ電極１
３０２は１辺Ｗが２０μｍ以上となっている必要があ
る。そしてここでは、Ｗ₀＝Ｗ＋２ＬでありＬ＝（Ｗ₀−
Ｗ）／２であるので、図１５に示すように、Ｌ≦（Ｗ₀
／２）−１０となる。なお、図１３に示したパシベーシ
ョン膜１３０４の比誘電率が大きいほどまたその膜厚が
小さいほど、図１５に示す三角形の領域は情報に広げる
ことが可能となり、図１６，１７，１８に示すように変
化する。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、表
面形状認識用センサは、半導体基板上に形成された層間
絶縁膜の同一平面にそれぞれが絶縁分離され、かつそれ
ぞれ固定配置されたセンサ電極を有する複数の容量検出
素子と、その容量検出素子それぞれの容量を検出する容
量検出手段と、層間絶縁膜上でセンサ電極と絶縁分離さ
れて配置された固定電極とを備えるようにした。このよ
うに構成したので、認識対象が触れることでその表面の
凹凸に対応して容量検出素子が検出する容量が変化す
る。そして、新たに固定電極を備えたことにより、セン
シングの際に発生する静電気によって、同時に搭載され
ている素子などが静電破壊されることが抑制されるの
で、この発明によれば、安定して高感度の表面形状検出
が信頼性の高い状態で表面形状の認識ができるようにな
る。

【００８２】また、この発明では、以上のような構成に
おいて、層間絶縁膜上にセンサ電極を覆うように形成さ
れかつ絶縁性の部材から構成されたパシベーション膜を
備え、固定電極は、パシベーション膜表面に一部が接触
した対向電極となる表面形状の認識対象物の表面と接触
するように、その一部がパシベーション膜表面で露出し
て層間絶縁膜上に形成され、容量検出手段は、センサ電
極と認識対象物の表面との間の容量を検出するようにし
た。したがって、認識対象が触れるとこれが一方の対向
電極となり、また、これが固定電極に接触した状態で、
認識対象の表面とセンサ電極との間に容量が形成され、
これが容量検出手段に検出される。したがって、認識対
象が触れることで静電気が発生しても、これが固定電極
に流れていくので、同時に搭載されている素子などが静
電破壊されることが抑制される。この結果、この発明に
よれば、安定して高感度の表面形状検出が信頼性の高い
状態で表面形状の認識ができるようになる。

【００８３】また、この発明の表面認識用センサでは、
それらの構成において、固定電極は、少なくともパシベ
ーション膜表面において露出部が格子状に形成され、セ
ンサ電極は、固定電極により形成されているマスの中央
部に配置されているようにした。したがって、センサ電
極と固定電極との間の距離が、全て均一となる。その中
で、固定電極は正方形の格子状に形成されてその１つの
マスで容量検出素子が構成され、パシベーション膜はセ
ンサ電極上の膜厚が０．３μｍ以上２０μｍ以下に形成
されているようにすれば、センサ電極とその上のパシベ
ーション膜に接触した表面形状認識対象との間の容量が
検出可能となる。その中で、人間の指紋の状態を検出し
ようとする場合は、固定電極の格子の間隔は１００μｍ
以下に形成されているようにした。また、それらの構成
とすることで、例えば、パシベーション膜は、比誘電率
が２より大きく７より小さい範囲とすれば良い。例え
ば、パシベーション膜に比誘電率４の材料を用いてその
センサ電極上の膜厚を２μｍとしたとき、センサ電極は
１辺が２０μｍ以上の正方形に形成すれば良く、特に、
そのセンサ電極と周囲に配置されている固定電極との距
離は２μｍとすることが良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態における表面形状
認識用センサの特に１つの容量検出素子の構成を示す断
面図である。

【図２】 実施の形態１における表面形状認識用センサ
の製造過程を示す工程図である。

【図３】 図２に続く、実施の形態１における表面形状
認識用センサの製造過程を示す工程図である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態における表面形状
認識用センサの構成を示す断面図および平面図である。

【図５】 実施の形態２における表面形状認識用センサ
の製造過程を示す工程図である。

【図６】 図５に続く、実施の形態２における表面形状
認識用センサの製造過程を示す工程図である。

【図７】 本発明の第３の実施の形態における表面形状
認識用センサの特に１つの容量検出素子の構成を示す断
面図である。

【図８】 実施の形態３における表面形状認識用センサ
の製造過程を示す工程図である。

【図９】 図８に続く、実施の形態３における表面形状
認識用センサの製造過程を示す工程図である。

【図１０】 本発明の第４の実施の形態における表面形
状認識用センサの特に１つの容量検出素子の構成を示す
断面図である。

【図１１】 実施の形態４における表面形状認識用セン
サの製造過程を示す工程図である。

【図１２】 図１１に続く、実施の形態４における表面
形状認識用センサの製造過程を示す工程図である。

【図１３】 実施の形態４における表面形状認識用セン
サの他の形態を示し、特に１つの容量検出素子の構成を
概略的に示す断面図である。

【図１４】 図１３に示した表面形状認識用センサにお
ける、容量Ｃｆとセンサ電極とアース電極との間の距離
Ｌとの関係をシミュレートした結果を示す相関図であ
る。

【図１５】 図１３に示した表面形状認識用センサにお
けるＬとＷ₀との関係を示した相関図である。

【図１６】 パシベーション膜の比誘電率を２としたと
きの、図１３に示した表面形状認識用センサにおけるＬ
とＷ₀とｄの関係を示した相関図である。

【図１７】 パシベーション膜の比誘電率を４としたと
きの、図１３に示した表面形状認識用センサにおけるＬ
とＷ₀とｄの関係を示した相関図である。

【図１８】 パシベーション膜の比誘電率を７としたと
きの、図１３に示した表面形状認識用センサにおけるＬ
とＷ₀とｄの関係を示した相関図である。

【図１９】 従来よりある表面形状認識用センサの特に
１つの容量検出素子の構成を概略的に示す断面図であ
る。

【図２０】 従来よりある表面形状認識用センサの構成
を概略的に示す平面図である。

【符号の説明】 １０１…半導体基板、１０２…下層絶縁膜、１０３…配
線、１０４…層間絶縁膜、１０５…センサ電極、１０６
…アース電極（固定電極）、１０７…パシベーション
膜、１０８…センスユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 克之 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2F063 AA43 BA29 CA28 DA02 DA05 DD07 HA04 5B047 AA25

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された層間絶縁膜の
   同一平面にそれぞれが絶縁分離され、かつそれぞれ固定
   配置されたセンサ電極を有する複数の容量検出素子と、 前記容量検出素子それぞれの容量を検出する容量検出手
   段と、 前記層間絶縁膜上で前記センサ電極と絶縁分離されて配
   置された固定電極とを備えたことを特徴とする表面形状
   認識用センサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の表面形状認識用センサに
   おいて、 前記層間絶縁膜上にセンサ電極を覆うように形成されか
   つ絶縁性の部材から構成されたパシベーション膜を備
   え、 前記固定電極は、前記パシベーション膜表面に一部が接
   触した対向電極となる表面形状の認識対象物の表面と接
   触するように、その一部が前記パシベーション膜表面で
   露出して前記層間絶縁膜上に形成され、 前記容量検出手段は、前記センサ電極と前記認識対象物
   の表面との間の容量を検出することを特徴とする表面形
   状認識用センサ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の表面形状認識用センサに
   おいて、 前記固定電極は正方形の格子状に形成されてその１つの
   升で前記容量検出素子が構成され、 前記センサ電極は前記固定電極で形成された升の中に配
   置され、 前記パシベーション膜は前記センサ電極上の膜厚が０．
   ３μｍ以上２０μｍ以下に形成されていることを特徴と
   する表面形状認識用センサ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の表面形状認識用センサに
   おいて、 前記固定電極の格子の間隔は１００μｍ以下に形成され
   ていることを特徴とする表面形状認識用センサ。
5. 【請求項５】 請求項３または４記載の表面形状認識用
   センサにおいて、 前記パシベーション膜は、比誘電率が２より大きく７よ
   り小さいことを特徴とする表面形状認識用センサ。
6. 【請求項６】 請求項３〜５いずれか１項記載の表面形
   状認識用センサにおいて、 前記パシベーション膜の比誘電率は４とされ、前記セン
   サ電極上の前記パシベーション膜の膜厚は２μｍとさ
   れ、前記センサ電極は１辺が２０μｍ以上の正方形に形
   成されたことを特徴とする表面形状認識用センサ。
7. 【請求項７】 請求項６記載の表面形状認識用センサに
   おいて、 前記センサ電極とその周囲に配置されている前記固定電
   極との距離は２μｍとされたことを特徴とする表面形状
   認識用センサ。
8. 【請求項８】 請求項１〜７いずれか１項記載の表面形
   状認識用センサにおいて、 前記センサ電極の上面と前記固定電極の上面を覆うよう
   に形成された導電性を有する保護膜を備えたことを特徴
   とする表面形状認識用センサ。
9. 【請求項９】 請求項８記載の表面形状認識用センサに
   おいて、 前記保護膜は金から構成されたことを特徴とする表面形
   状認識用センサ。
10. 【請求項１０】 請求項１〜７いずれか１項記載の表面
    形状認識用センサにおいて、 前記センサ電極の側面および上面と前記固定電極の側面
    および上面を覆うように形成された導電性を有する保護
    膜を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサ。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の表面形状認識用セン
    サにおいて、 前記保護膜はルテニウムから構成されたことを特徴とす
    る表面形状認識用センサ。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１記載の表面形状認識用
    センサにおいて、 前記半導体基板上の前記層間絶縁膜下に配置されて前記
    センサ電極および前記固定電極に接続する第１および第
    ２の配線を備え、 前記センサ電極および前記固定電極は、前記第１および
    第２の配線を介して前記容量検出手段に接続されたこと
    を特徴とする表面形状認識用センサ。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２記載の表面形状認識用
    センサにおいて、 前記容量検出手段は、前記半導体基板上に同時に搭載さ
    れたことを特徴する表面形状認識用センサ。