JP2003106915A - 圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力センサの製造を短時間で行い、且つ歩留
まりを向上させることを目的とする。 【構成】 指紋などを検知する圧力センサであって、こ
の圧力センサは基板１上にＭｏによる第一金属層２、Ａ
ｌによる中間層８、Mｏによる第二金属層５を順に積層
する。第二金属層５を絶縁性の保護膜６で覆い、第二金
属層５又は保護膜６に中間層８を露出させる孔７を形成
する。孔７からエッチング液を注入して中間層８をエッ
チングするとき、ＡｌとＭｏによる電池効果を利用して
Ａｌを短時間で取除く。そして一対の金属層２、５は空
洞８を間に挟んだ状態で対向配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧力センサに関し、
特に指からの圧力を電気的な信号に変換して指紋を検知
するセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】個々を識別する装置として指紋センサが
用いられており、この指紋センサには簡単で且つ精度良
く指紋を検知することが要求されている。この種の指紋
センサの構成は、例えば特開平９−１２６９１８号公報
や特開平１０−３００６１０号公報に記載されている。
これは圧力マイクロセンサをマトリクス状に配置したも
のであり、各マイクロセンサは２枚の電極の間に空洞を
挟んだ状態で対向配置している。

【０００３】図３は製造途中のマイクロセンサの断面図
を示す。シリコン基板１０１上にはエッチングバリア層
１０２が積層され、その上に所定のパターンでＡｕ又は
Ｔｉによる第一金属層１０３が形成される。この第一金
属層１０３は可変コンデンサの第一電極、若しくは、マ
イクロコンタクタの第一端子として使用される。第一金
属層１０３に対応して多結晶シリコン又はＡｌからなる
隔膜１０４を形成し、隔膜１０４上にＡｕ又はＴｉから
なる第二金属層１０５を形成する。そして基板１０１の
表面全体を窒化シリコンからなる絶縁膜１０６で覆う。
第二金属膜１０５及び絶縁膜１０６には隔膜１０４まで
達する孔１０７が形成され、基板１０１に湿式エッチン
グを行う。このとき溶液が多結晶シリコン又はＡｌから
なる隔膜１０４をエッチングし、隔膜１０４が取り除か
れて空洞が形成される。エッチング終了後に孔１０７を
塞いで密閉する。そしてマイクロセンサに指からの圧力
が加わると、その圧力に応じて絶縁膜１０６及び第二金
属層１０５が第一金属層１０３側へ湾曲し、それに応じ
て信号を出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第二金
属層１０５及び絶縁膜１０６に形成した孔１０７は隔膜
１０４の隅に位置し、その大きさも隔膜に対してかなり
小さいため、隔膜１０４のエッチング工程に時間が長時
間を必要としていた。更に孔から最も離れた部分の隔膜
にはエッチング液が届き難く、その部分の隔膜が残留し
やすかった。

【０００５】そこで本発明は、短時間で形成できると共
に歩留まりを向上させた圧力センサを提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、圧力センサであって、一対の金属
層を間に空洞を挟んだ状態で対向配置し、一方の金属層
は外部からの圧力に応じて他方の金属層側に湾曲する指
紋センサにおいて、両金属層がＭｏにより形成されてい
ることを特徴とする。また請求項２の発明は、一対の金
属層間にＡｌからなる中間層を介在させ、中間層をエッ
チングして空洞を形成することを特徴とする。また請求
項３の発明は、この圧力センサによって指紋を検知する
ことを特徴とする。

【０００７】また請求項４の発明は、圧力センサの製造
方法であって、基板上に所定パターンの第一金属層を形
成する工程と、第一金属層上に中間層を形成する工程
と、中間層を覆う第二金属層を形成する工程と、少なく
とも第二金属層上を含む領域に絶縁性の保護膜を形成す
る工程と、第二金属層又は保護膜に中間層が露出する孔
を形成する工程と、孔よりエッチング液を注入して電池
効果を利用して中間層を取除く工程とを有することを特
徴とする。また請求項５の発明は、第一金属層又は第二
金属層をＭｏにより形成する工程と、中間層をＡｌによ
り形成する工程を有することを特徴とする。また請求項
６の発明は、リン酸が塩酸の５倍以上含まれている混合
液を用いて中間層をエッチングすることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。本発明の圧力センサは、２枚の電極
間にＡｌを介在させ、このＡｌをエッチングして空洞を
形成するときに、電池効果を利用してＡｌを短時間で確
実に除去するものである。図１はマイクロセンサの断面
図、図２はマイクロセンサの製造工程を説明する図であ
る。

【０００９】複数のマイクロセンサがマトリクス状に配
置されて指紋センサを構成する。各マイクロセンサは直
径が約５０μｍの円形、又は一辺が約５０μｍの正方形
である。ガラス基板１上にはＭｏからなる第一金属層２
が形成される。この第一金属層２は可変コンデンサの第
一電極、又はマイクロコンタクタの第一端子として作用
し、円状又は四角状に形成される。３はガラス基板１上
に積層されたＳｉＮｘからなる絶縁膜であり、第一金属
層２に対応する部分が開口している。５はＭｏからなる
第二金属層であり、空洞４を間に挟んで第一金属層２に
対向して配置している。第二金属層５は可変コンデンサ
の第二電極、又はマイクロコンタクタの第二端子として
作用し、第一金属層２とほぼ同形状で若干大きく形成さ
れる。６は第二金属層５や絶縁膜３上に積層された保護
膜であり、ＳｉＮｘから構成される。７は第二金属層５
及び保護膜６に形成されて空洞４にまで達する孔であ
る。なおこの孔７は空洞５を形成するときに必要である
が、空洞５の形成後は塞いだ方がよい。そして保護膜５
に指からの圧力が加わったときにその圧力に応じて第二
金属層５及び保護膜６が第一金属層２側へ湾曲し、マイ
クロセンサからはそのときの両金属層２、５の間隔に応
じた信号を出力する。

【００１０】次に図２に基づいてマイクロセンサの製造
工程を説明する。図２（ａ）ではガラス基板１上に所定
パターンの第一金属層２を形成する。これはガラス基板
１の全面にＭｏを積層し、フォトリソグラフィー法を用
いて所定の箇所だけＭｏを残す。図２（ｂ）では、ガラ
ス基板１及び第一金属層２の全面にＳｉＮｘによる絶縁
膜３を積層し、第一金属層２上に存在する絶縁膜３を取
除く。

【００１１】図２（ｃ）では、絶縁膜３及び第一金属層
２にＡｌによる中間層８を積層し、第一金属層２に対応
する部分の中間層８を残して他の部分の中間層８を取除
く。この中間層８が空洞４に相当するため、中間層８の
形状及び厚みなどは空洞４の大きさの設計値によって決
まる。

【００１２】図２（ｄ）では、絶縁膜３及び中間層８上
にＭｏからなる第二金属層５を積層し、フォトリソグラ
フィー法により所定の形状に形成する。このとき第二金
属層５によって中間層８を覆うようにすると共に、中間
層８の端に位置する部分に中間層８を露出させる孔７を
形成する。図２（ｅ）では、絶縁膜３及び第二金属層５
上にＳｉＮｘからなる保護膜６を積層し、保護膜６にも
第二金属層２の孔７に対応する部分に孔７を形成する。

【００１３】図２（ｆ）では、中間層８をエッチングし
て空洞４を形成する。エッチングは湿式を用い、エッチ
ング液には塩酸とリン酸と水の混合液を用いる。エッチ
ング液は孔７を通じて中間層８に達し、中間層８の端部
から順にエッチングする。混合比が塩酸：リン酸：水＝
１：５：１のエッチング液を使用した場合、中間層８で
あるＡｌと金属層２、５であるＭｏとの間に電池効果が
生じ、Ａｌが短時間でエッチングされる。電池効果によ
りＡｌを積極的にエッチングする場合、エッチング液と
しては特にリン酸が塩酸の５倍以上含まれていればその
効果が得られるが、塩酸：リン酸＝１：５のエッチング
液のときには同時に多量の泡が発生する。そこで実験に
よりさらに研究を重ねた結果、塩酸：リン酸：水＝１：
１０：１のエッチング液を用いたときに、泡の発生が少
なく且つＡｌが短時間で積極的にエッチングできた。実
験によると、塩酸：リン酸：水＝１：１：１のエッチン
グ液を用いて厚さが３０００ÅのＡｌ薄膜をその端部か
らエッチングを行った場合、数時間かけてもほとんど奥
行き方向にはエッチングされなかったが、塩酸：リン
酸：水＝１：１０：１のエッチング液を用いた場合、Ａ
ｌ薄膜は約４〜５分で奥行き方向に約３０μｍほどエッ
チングされた。このようなエッチング液を用いて金属層
２、５（Ｍｏ）と接する中間層８（Ａｌ）をエッチング
することにより、中間層８を短時間で確実に取除くこと
ができ、短時間で歩留まりよくマイクロセンサを製造す
ることができる。

【００１４】なお、本発明の要旨を逸脱しない範囲であ
れば上記実施形態以外の形態も可能である。例えば金属
層と中間層の電池効果を促進するものあれば、塩酸とリ
ン酸の混合液以外のエッチング液を用いても良い。また
中間層を露出させる孔を第二金属層と保護膜の両方に形
成したが、中間層を取除くことができればどちらか一方
に形成してもよい。また実施形態では指紋センサの場合
を説明したが、指紋センサ以外の圧力センサに適用して
も構わない。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、２枚の金属層の間に存
在する中間層をエッチングにより取除く際に金属層と中
間層による電池効果を利用するため、短時間で且つ確実
に中間層を取除くことができる。従って圧力センサを製
造する際に、製造工程が短く且つ歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である指紋センサの断面図で
ある。

【図２】指紋センサの製造方法を説明する図である。

【図３】従来の指紋センサの断面図である。

【符号の説明】

２ 第一金属層 ４ 空洞 ５ 第二金属層 ７ 孔 ８ 中間層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山内 隆夫 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内 (72)発明者 村上 誠 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F051 AA00 AB06 BA07 BA08 2F055 AA40 BB20 CC02 DD01 EE25 FF43 GG01 GG11 5B047 AA25

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の金属層を間に空洞を挟んだ状態で
   対向配置し、一方の金属層は外部からの圧力に応じて他
   方の金属層側に湾曲する圧力センサにおいて、前記両金
   属層がＭｏにより形成されていることを特徴とする圧力
   センサ。
2. 【請求項２】 一対の金属層間にＡｌからなる中間層を
   介在させ、前記中間層をエッチングして前記空洞を形成
   することを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記圧力センサによって指紋を検知する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の圧力セン
   サ。
4. 【請求項４】 基板上に所定パターンの第一金属層を形
   成する工程と、前記第一金属層上に中間層を形成する工
   程と、前記中間層を覆う第二金属層を形成する工程と、
   少なくとも前記第二金属層上を含む領域に絶縁性の保護
   膜を形成する工程と、前記第二金属層又は前記保護膜に
   中間層が露出する孔を形成する工程と、前記孔よりエッ
   チング液を注入して電池効果を利用して中間層を取除く
   工程とを有することを特徴とする圧力センサの製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記第一金属層又は前記第二金属層をＭ
   ｏにより形成する工程と、前記中間層をＡｌにより形成
   する工程を有することを特徴とする請求項３記載の圧力
   センサの製造方法。
6. 【請求項６】 リン酸が塩酸の５倍以上含まれている混
   合液を用いて中間層をエッチングすることを特徴とする
   請求項４記載の圧力センサの製造方法。