JP2005257356A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力センサを大型化させないで、検知領域に占めるセンサ部の割合を大きくして、繊細な形状を高精度に検知できる圧力センサを提供すること。
【解決手段】 複数の第一配線１２と複数の第二配線１３とを交差させて配置し、両配線の交差部以外にセンサ部１４とスイッチング素子４１とを配置し、前記センサ部１４は前記第一配線１２とスイッチング素子４１を介して電気的に接続された実質的に円形の第一電極１８と、前記第一電極上１８に形成された空洞部と、前記空洞部を挟んで前記第一電極１８と対向配置された実質的に円形の第二電極１９とを有し、前記第二配線１３は、各列方向に並ぶ前記センサ部１４の第二電極１９と該第二電極間１９に配置されたそれぞれの第二電極を電気的に接続する連結部４０とからなり、前記スイッチング素子４１を、前記第一配線１２と前記第一電極１８との間で前記連結部４０と交差しない位置に配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は圧力センサに関し、特に指からの圧力を電気信号に変換して指紋を検知することができる圧力センサに関する。

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、この指紋センサは簡単でかつ精度よ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としては、指紋を光学的に検知するものや電気的に検知するものなど、種々の形式のものが研究開発されている。たとえば、下記特許文献１には、電極を有するマイクロセンサ部をマトリクス状に配列し、指からの圧力を電気信号に変換して指紋を検知する圧力センサが開示されている。このマイクロセンサ部は、２枚の電極の間に空洞を介在させた状態で対向配置している。

この指紋センサのマイクロセンサ部の具体的構成を図面を用いて説明する。図６は、マイクロセンサ部の製造途中の断面図を示し、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からなる第一金属層１０３が構成される。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、マイクロインダ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。マイクロセンサ部の表面には、第二金属膜１０５及び絶縁膜１０６に隔膜１０４まで達する開口１０７が形成され、開口１０７の部分で隔膜１０４が外部に露出する。なお、図６はこの状態を表している。

この後で、基板１０１にウェットエッチングを行うが、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開口１０７を窒化シリコンＳｉＮｘなどで塞ぎ、空洞を密閉する。そしてこのマイクロセンサ部に指から圧力が加わると、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、その状態に応じた電気信号を出力して、指紋の形状を検知するようになっている。

この指紋の形状の検知は次のようにして行われる。すなわち、各マイクロセンサはマトリクス状に配置され、各マイクロセンサに加わる圧力の状態を検知するために、前記マイクロセンサの第一電極に第一配線が接続され、この第一電極に対向配置された第二電極に第二配線が接続され、第一配線に走査信号を供給してそのときの第二配線の出力を検出することで各マイクロセンサの状態を検知するようになっている。この第一金属層１０３と第一配線は同一の金属層をパターンニングして一体に形成され、マイクロセンサの第一金属層１０３が第一配線から突出した形状になる。同様に第二金属層１０５と第二配線も同一の金属層をパターンニングして一体に形成され、マイクロセンサの第二金属層１０５が第二配線から突出した形状になる。

このときの指紋の検知状態の一例を図７に示す。図７のＳ１〜Ｓ５が第一配線、Ｌ１〜Ｌ５が第二配線、両配線の交差部に配置したのがマイクロセンサＡ１〜Ｅ５を示す。マイクロセンサＡ１〜Ｅ１の内、斜線のハッチングが施されているものが圧力がかかって両金属層１０３、１０５が接触しているものを示す。ここでＳ３の第一配線に走査信号を供給したとき、それぞれマイクロセンサＣ２、Ｃ３を介して第二配線Ｌ２、Ｌ３に信号が流れ、この２つの第二配線のみから信号を検出することになる。

しかしながら、マイクロセンサの金属層は、これが接続されている配線と同一材料により一体形成されているため、第二配線に流れる信号が走査されていないマイクロセンサを介して他の第一配線に流れてしまうことがあった。例えば、第一配線Ｓ３に走査信号を流した際に、マイクロセンサＣ２を介して第二配線Ｌ２に流れる信号はマイクロセンサＡ２、Ｂ２を介して第一配線Ｓ１、Ｓ２に流れてしまうことがあり、また、マイクロセンサＣ３を介して第二配線Ｌ３に流れる信号はマイクロセンサＤ３、Ｅ３を介して第一配線Ｓ４、Ｓ５に流れてしまうことがある。その結果、圧力が掛かっていないマイクロセンサＣ１、Ｃ４及びＣ５にも圧力が掛かっていると誤検知することになり、精度の低下につながるという問題があった。

この問題点を解決するため、本件出願人は、第一配線よりも高抵抗のコンタクト部により第一電極と第一配線とを接続する構成、或いは、第一電極と第一配線とをスイッチング素子を介して接続する構成とすることにより、各センサ部の加圧状態を正確に検知することができる高精度の圧力センサに関する発明を別途特許出願している（特願２００２−０９４９７１号、以下、「先願」という。）。

そこで、本願発明の理解のために、以下において前記先願明細書及び図面に開示されている圧力センサ（以下、「先願発明」という。）について説明する。図８は、先願発明に対応する指紋センサ１０’の概略を示す図である。

この指紋センサ１０’は、指先より一回り大きい透明なガラス基板１１を備えており、このガラス基板１１上には、行方向に存在する複数の第一配線１２と列方向に存在する複数の第二配線１３がマトリクス状に形成され、第一配線１２と第二配線１３の交差部付近にはセンサ部１４が設けられ、第二配線１３上には通気口部１５が設けられている。ここで、複数のセンサ部１４がマトリクス状に設けられた領域が指紋を検知する指紋検知領域に該当し、通気口部１５は指紋検知領域外に設けられている。

通気口部１５はセンサ部１４が並ぶ列方向の延長線上に存在し、この列方向に並ぶセンサ部１４群の一端部に隣接して配置されている。なお、通気口部１５をセンサ部１４群の他方の端部に隣接して配置することもできる。また、ガラス基板１１には、複数の第一配線１２を順次１つずつ励起する（電圧を印可する）走査回路１６及び第二配線１３に流れる信号を検知する感知回路１７も設けられている。

センサ部１４の詳細な構成は後述するが、センサ部１４では第一配線１２に接続する第一電極１８と第二配線１３に接続する第二電極１９とが空洞部２０を介して対向配置されている。第二電極１９は指からの圧力に応じて第一電極１８側に湾曲し、所定以上の圧力が加わると第一電極１８に接触する。従って、指を指紋検知領域に押しつけたとき、指紋の凸部に対応するセンサ部１４では両電極１８、１９が接触し、指紋の凹部に対応するセンサ部１４では両電極１８、１９が離れたままである。このとき走査回路１６から一つの第一配線１２に走査信号を供給すると、両電極１８、１９が接触しているセンサ部１４では両電極１８、１９を介して第二配線１３に信号が流れ、両電極１８、１９が接触していないセンサ部では第二配線１３に信号が流れない。そして、感知回路１７で第二配線１３に流れる信号を検知すれば、各センサ部１４に加わる圧力を検知できる。走査回路１６から各第一配線１２に順次走査信号を供給し、指紋検知領域を一通り走査して指紋を検知する。

次に、先願発明に対応する指紋センサ１０’のセンサ部１４及び通気口部１５の構成について図９〜図１２を用いて説明する。図９は、センサ部１４及び通気口部１５の平面図を示し、図１０は図９のＡ−Ａ’線に沿ったセンサ部１４の断面図、図１１は図９のＢ−Ｂ’線に沿った通気口部１５の断面図、図１２は図９のＣ−Ｃ’線に沿ったセンサ部１４及び通気口部１５の断面図である。

ガラス基板１１上には全面にＳｉＮｘによる下層絶縁膜２１が積層されている。下層絶縁膜２１上には複数の第一配線１２がそれぞれ平行に配置され、センサ部１４に第一電極１８が形成される。この第一配線１２と第一電極１８は共に下層絶縁膜２１上に積層された金属層をパターンニングして形成され、この金属層としては例えばＡｌとＭｏからなる積層構造が用いられる。第一電極１８は、センサ部１４の中央部に位置する円状部１８ａと、センサ部の周囲に位置する環状部１８ｂと、円状部１８ａと環状部１８ｂを接続する接続部１８ｃとを備えている。コンタクト層２２は、第一配線１２と第一電極１８を電気的に接続しており、第一配線１２や第一電極１８を構成する金属よりも高抵抗な部材或いはＴＦＴ（Thin Film Transistor)で形成することが適している。コンタクト層２２をＴＦＴで形成する場合には、ＴＦＴのソース電極とゲート電極とを接続してダイオードとして動作させることができる。

ＳｉＮｘなどにより形成された第一絶縁膜２３は、下層絶縁膜２１や第一配線１２などを覆っている。第一絶縁膜２３はセンサ部１４にも存在するが、センサ部１４の中央付近には円状のセンサ孔２４が形成され、第一電極の円状部１８ａの中央部分を露出させている。このセンサ孔２４の大きさや厚さ（センサ孔２４の周縁の第一絶縁膜２３の厚さ）はセンサの感度に影響する。

第一絶縁膜２３から露出した第一電極１８は空洞部２０を介在させて第二電極１９と対向配置する。空洞部２０の形成方法は後述するが、センサ部１４を平面方向から見たとき、空洞部２０は第一電極の環状部１８ｂまで広がっている。また、センサ部１４の四隅にはリリース口２５が設けられ、空洞部２０はこのリリース口２５まで延在している。第二電極１９は金属層により形成され、例えばＭｏが用いられる。センサ部１４内では、第二電極１９は５０μｍ×５０μｍの正方形上にパターンニングされ、四隅にリリース口２５が開口している。列方向に並ぶセンサ部１４では、それぞれ隣接するセンサ部１４との間に互いの第二電極１９を電気的に連結する連結部４０が形成され、第二電極１９や連結部４０が第二配線１３を兼ねている。連結部４０は第二電極よりも幅が狭く、第一配線１２に第一絶縁膜２３を介して直交方向に重なっており、第二電極１９と連結部４０は同一金属をパターンニングして形成されている。

第二絶縁膜２６及び保護膜２７は、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ_２、ポリイミド、ポリアクリレート等からなり、第一絶縁膜２３や第二配線１２上に積層されている。第二絶縁膜２６と保護膜２７とは別工程で形成される。第二絶縁膜２６にはリリース口２５が形成され、リリース口２５を形成した後で第二絶縁膜２６上に保護膜２７を形成するため、リリース口２５は保護膜２７で塞がれる。そして、リリース口２５を塞ぐ保護膜２７と第二絶縁膜２６上に積層される保護膜２７は同時形成されるが、膜としては連続せずに分かれている。このリリース口２５を塞ぐ保護膜２７が閉塞部に相当する。

センサ部１４では、第二電極上の第二絶縁膜２６と保護膜２７が取り除かれ、第二電極１９が露出している。そのため第二電極１９が湾曲しやすくなり、指紋の凹凸部が第二電極にあたると湾曲して第一電極１８と接触するため、圧力に対して敏感なセンサ部１４になる。なお、指紋センサとして使用する場合、センサ部１４の中央に図示しない微少な砲弾型の凸状物が配置され、この凸状物により指紋の微細な模様を検知するようになっている。

次に通気口部１５について説明する。通気口部１５の中央付近には、下層絶縁膜２１上にダミー電極３０が形成されている。ダミー電極３０は中心に開口を有するドーナツ状の金属層であり、第一配線１２や第一電極１８と同一工程で形成される。従って、下層絶縁膜２１の全面にＭｏとＡｌの積層構造からなる第一電極１８を同時形成する。そしてダミー電極３０は第一配線１２と電気的な接続がなく、独立して設けられている。第一絶縁膜２３は下層絶縁膜２１やダミー電極３０を覆うように積層され、通気口部１５の中央付近では第一絶縁膜２３を取り除いて通気口３３設け、下層絶縁膜２１やダミー電極３０の一部を露出している。

通気口部１５には補助電極３１が設けられており、この補助電極３１はセンサ部の第二電極１９と同様にＭｏ等からなる金属層を５０μｍ×５０μｍの正方形にパターンニングし、四隅にリリース口２５を形成している、通気口部１５の補助電極３１はその形状がセンサ部の第二電極１９と類似しているが、指紋を検知する機能はなく、第二配線１３の一部として存在する。補助電極３１と第一絶縁膜２３との間には第二空洞部３２が設けられ、この第二空洞部３２はセンサ部の空洞部２０と空間的に連通し、両空洞部２０、３２間を通気可能にしている。補助電極３１上には第二絶縁膜２６が積層され、補助電極３１と同様にリリース口２５が設けられている。

通気口部１５の中央には補助電極３１及び第二絶縁膜２６を貫通する通気口３３が形成されている。そして、通気口３３に対応する位置にはダミー電極３０、第一絶縁膜２３が存在しない。第二絶縁膜２６上に保護膜２７を積層するとき、リリース口２５はこの保護膜２７の一部によって塞がれて第二空洞部３２との連通状態を絶たれるが、通気口３３では保護膜２７が下層絶縁層２１上に積層されるために第二空洞部３２との連通状態を維持する。通気口部１５では補助電極上の第二絶縁膜２６、保護膜２７により補助電極３１の湾曲が規制され、通気口３３の周辺が補強される。

中空状でその内部を空気が行き来できる通路部３４が、通気口部１５とセンサ部１４との間や隣接するセンサ部１４間に位置し、センサ部１４の空洞部２０と通気口部１５の第二空洞部３２をつないでいる。通路部３４は、その底面を下層絶縁膜２１で、側面や上面を第二配線１３の金属層で構成している。通路部３４により各センサ部１４の空洞部２０と通気口部１５の第二空洞部３２が空間的に連通状態になる。また、通路部３４の横幅は空洞部２０の横幅よりも狭くなっているため、通気口３３から入ってきた塵埃が通路部３４を介して空洞部２０に進入することを防止できる。

このような構造により、保護膜２７により各リリース口２５を塞いだ後でも、センサ部１４の空洞部２０内をほぼ外気圧と同じ気圧に保つことができ、そのため、真空引きを行う工程中にセンサ部１４の第二電極１９が破損することを防止できる。更に、センサ部１４とは別に通気口部１５を設けているため、センサ部１４の空洞部２０内に塵埃が進入することを防止できるという効果を奏するものである。
特開平０９−１２６９１８号公報（特許請求の範囲、図１、５、６） 特開平１０−２００１２９号公報（特許請求の範囲、図１、２、７）

しかしながら、上記の先願発明に対応する指紋センサは、正方形状のセンサ部１４の四隅にリリース口２５を配置すると共に、このセンサ部１４の周囲に第一配線１２及び第一配線１２よりも高抵抗のコンタクト部からなるコンタクト層２２を、第一電極と第一配線との間を接続するように、隣り合うセンサ部１４の間に配置している。したがって、リリース口２５、第一配線１２及びコンタクト層２２は指紋検知に関与しないため、それだけ解像度が低下してしまう。高精度の検知が要求される場合には、センサ部の個々で判別することが必要だが、第一配線１２よりも高抵抗のコンタクト部からなるコンタクト層２２では誤作動をする可能性があり、できるだけ指紋検知領域に占めるセンサ部の精度アップが求められている。

本発明は、上記課題を解消すべく成されたものであり、特に前記コンタクト層２２とＴＦＴ等のスイッチング素子を採用すると共に、リリース口を設ける位置及びスイッチング素子の配置を工夫することにより、圧力センサを大型化させないで、センサ部の形状を小さくして検知領域に占めるセンサ部の割合を大きくして、繊細な形状を高精度に検知できる圧力センサを提供することにある。

本発明の上記目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、本願の請求項１に記載の圧力センサの発明は、複数の第一配線と複数の第二配線とを交差させて配置し、両配線の交差部以外にセンサ部とスイッチング素子とを配置した圧力センサにおいて、前記センサ部は前記第一配線とスイッチング素子を介して電気的に接続された実質的に円形の第一電極と、前記第一電極上に形成された空洞部と、前記空洞部を挟んで前記第一電極と対向配置された実質的に円形の第二電極とを有し、前記第二配線は、各列方向に並ぶ前記センサ部の第二電極と該第二電極間に配置されたそれぞれの第二電極を電気的に接続する連結部とからなり、前記スイッチング素子は、前記第一配線と前記第一電極との間で前記連結部と交差しない位置に配置されていることを特徴とする。

また、本願の請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載の圧力センサにおいて、前記スイッチング素子が薄膜トランジスタであることを特徴とする。

また、本願の請求項３に係る発明は、前記請求項２に記載の圧力センサにおいて、前記薄膜トランジスタのゲート電極及びソース電極が前記第一配線に接続されており、ドレイン電極が前記第一電極に接続されていることを特徴とする。

更に、本願の請求項４に係る発明は、前記請求項２に記載の圧力センサにおいて、更に前記第一配線に平行な複数の第三配線を有し、前記薄膜トランジスタのゲート電極が前記第一配線に、ソース電極が前記第三配線に、ドレイン電極が前記第一電極に接続され、前記複数の第三配線は全て共通の所定電位に接続されていることを特徴とする。

また、本願の請求項５に係る発明は、前記請求項４に記載の圧力センサにおいて、前記第三配線は、前記第一配線の上又は下に絶縁膜を介して積層配線されていることを特徴とする。

また、本願の請求項６に係る発明は、前記請求項１に記載の圧力センサにおいて、前記連結部の中央部に前記空洞部を形成する際に使用されるリリース口が形成されていることを特徴とする。

また、本願の請求項７に係る発明は、前記請求項６に記載の圧力センサにおいて、前記リリース口は、前記連結部と前記第一配線の交差部に設けられていることを特徴とする。

また、本願の請求項８に係る発明は、前記請求項６に記載の圧力センサにおいて、前記リリース口は保護膜により閉塞されており、前記各々の空洞部は密閉されていることを特徴とする。

更に、本願の請求項９に係る発明は、前記請求項１〜８のいずれかに記載の圧力センサにおいて、前記圧力センサが指紋センサであることを特徴とする。

本発明の上記構成によれば、以下のような優れた効果を奏する。すなわち本願の請求項１に記載の圧力センサによれば、スイッチング素子の形状を小さくできるだけでなく、このスイッチング素子が円形状の第二電極１９に接することなく、隣合うの第二電極１９と第一配線１２との間のスペースに形成されているため、第一配線に沿った複数のセンサ部間の間隔を狭くすることができ、しかも、第二配線のためのスペースも不要となるので、圧力の検知に関与しない部分の面積が非常に小さくなるので、圧力検知に関与するセンサ部の占める面積を更に増大させることができるようになり。

また、本願の請求項２に記載の圧力センサによれば、スイッチング素子としてのＴＦＴは非常に小型に、かつ薄く形成できるので、圧力の検知に関与しない部分の面積をより小さくでき、しかも低消費電力の圧力センサが得られる。

また、本願の請求項３に記載の圧力センサによれば、ＴＦＴのゲート電極とドレイン電極とを接続してダイオードとして使用するという簡単な構成によりスイッチング素子として作動させることができるようになる。

また、本願の請求項４に記載の圧力センサによれば、第三配線を設けてＴＦＴを増幅作用のあるスイッチング素子として作動させることができるため、高速で高感度な圧力センサが得られる。

また、本願の請求項５に記載の圧力センサによれば、第三配線のためのスペースが不要となるため、高感度でありながら圧力検知に関与するセンサ部の占める面積が大きな圧力センサが得られる。

また、本願の請求項６に記載の圧力センサによれば、前記請求項１に記載の圧力センサの効果に加えて以下の効果を奏する圧力センサが得られる。すなわち、圧力センサの空洞部を形成するには、一対の電極間にリリース層を介在させて積層させた後にこのリリース層をエッチングして除去する必要があるので、エッチング液を効率よく導入するためのリリース口を設けることが必要不可欠である。しかしながら、このリリース口は圧力の検知には関与しない。本願の請求項６に記載の圧力センサによれば、リリース口が圧力の検知に関与しない前記センサ部のそれぞれの間を電気的に接続する連結部に設けられているため、リリース口によって生じていた圧力の検知に関与しない部分の面積が減るので、圧力検知に関与するセンサ部の占める面積を増大させることができるようになる。

また、本願の請求項７に記載の圧力センサによれば、前記リリース口が、それぞれ圧力検知に関与しない連結部と第一配線との交差部に設けられているので、リリース口によって生じていた圧力の検知に関与しない部分の面積が更に減るので、圧力検知に関与するセンサ部の占める面積をより増大させることができるようになる。

また、本願の請求項８に記載の圧力センサによれば、リリース口が保護膜により閉塞されて空洞部は密閉されているので、リリース口からセンサ部の空洞内へ塵が入ることがなくなり、故障の少ない圧力センサを得ることができる。

また、本願の請求項９に記載の圧力センサによれば、センサ部の間隔が狭く、しかもより高密度にセンサ部が配置された指紋センサが得られるので、より正確に指紋を検知することができるようになる。

以下、図面を参照して、本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための圧力センサの一例としての指紋センサを例示するものであって、本発明をこの指紋センサに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適用し得るものである。

以下、本発明の実施例に係る指紋センサを図１〜４を用いて説明するが、図８に示した先願発明に対応する指紋センサと同一の構成については同一の参照符号を付与して説明することとする。なお、図１は本発明の指紋センサ１０のセンサ部１４の平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図３は図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面図、図４は図１のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。

ガラス基板１１上には、全面にＳｉＮｘによる下層絶縁膜２１が積層され、この下層絶縁膜２１上には複数の第一配線１２がそれぞれ平行に配置される。また、センサ部１４にほぼ円形で一部にＴＦＴ４１との接続部１８’を有する第一電極１８が形成される。この第一配線１２と第一電極１８は共に下層絶縁膜２１上に積層された金属層を同時にパターンニングして形成され、この金属層としては例えばＡｌとＭｏからなる積層構造が用いられる。そして、第一配線１２上及び第一電極１８の周辺部にはＳｉＮｘ又はＳｉＯ_２による第一絶縁膜２３が配置され、この絶縁膜２３上に前記第一配線１２と平行に複数の第三配線４２が配置される。

センサ部１４間に位置する第一配線１２上には、絶縁層２３を介してａ−Ｓｉ又はｐ−Ｓｉからなるアイランド４３が配置される。そして、第一電極１８の接続部１８’の表面の一部に設けられたコンタクト２２’を介して、このアイランド４３の一部表面を覆うように金属層からなるドレイン電極Ｄが設けられ、また、アイランド４３の一部と第三配線４２との間には同じく金属層からなるソース電極Ｓが設けられる。そして、第一配線１２がゲート電極Ｇとなり、ドレイン電極Ｄ及びソース電極Ｓとによりチャネル長Ｌ＝３〜１０μｍ、チャネル幅Ｗ＝５〜３０μｍのＴＦＴ４１が形成される。このＴＦＴ４１は、円形状の第二電極１９に接することなく、隣り合うの第二電極１９と第一配線１２との間のスペースに形成される。

第一絶縁膜２３は、下層絶縁膜２１及び第一配線１２を覆い、また、第一電極１８の外周部分も覆い、それによって窪みを持った円形状のセンサー孔２４を形成している。第一絶縁膜２３で第一電極１８の外周を覆う形状にすることにより、空洞部２０上に第一電極１８と対向配置される第二電極１９の形状も窪みを持つことになり、第一電極１８と第二電極１９は接触時に点接触でなく、面接触となる。

第一絶縁膜２３から露出した第一電極１８は空洞部２０を挟んで第二電極１９と対向配置している。センサ部１４を平面方向からみたとき、空洞部２０は第一電極１８全体を覆うように広がっている。また、列方向に配置された各センサ部１４間の第二電極１９は連結部４０により電気的に接続されており、この第二電極１９及び連結部４０が第二配線１３を形成する。そして、連結部４０には、第一配線１２及び第三配線４２を横切って第一のリリース口２５ａが設けられ、又、第二配線１３に直交する方向である各センサ部１４の両側に第二のリリース口２５ｂが設けられ、空洞部２０はこれらのリリース口２５ａ、２５ｂまで延在している。

この実施例では、前記先願発明に対応する指紋センサとは異なり、通気口部１５（図８、図９参照）が設けられておらず、前記第一のリリース孔２５ａ及び第二のリリース孔２５ｂは共に保護膜２７ａ及び２７ｂにより完全に塞がれている。

ここで、第二電極１９の形成方法について説明する。第一絶縁膜２３、第三配線４２、ＴＦＴ４１等を形成した後、露出した第三配線４２、ＴＦＴ４１等の表面の上をＳｉＮｘないしはＳｉＯ_２で形成される第三絶縁膜４４（図４参照）で被覆し、次いで第一絶縁膜や露出した第一電極上にＡｌからなるリリース層を積層する。その後、フォトリソグラフィー法などでこのリリース層を所定の形状にパターンニングし、リリース層を形成する。このリリース層は最終的に取り除かれるが、リリース層の存在した部分が空洞部２０となる。

第二電極１９は空洞部２０上に例えばＭｏよりなる金属層により形成される。この第二電極１９は第一電極１８と同様の円形状を有し、第一電極１８を覆い得る大きさとなっている。この第二電極１９は列方向の第二配線１３を兼ねている。なお、この第二配線１３を兼ねる第二電極１９にはリリース口２５ａ、２５ｂが後工程で設けられる。

第二電極１９上には、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２等の無機材料からなる絶縁膜３５、オーバーコート膜３６が形成される。このＳｉＮｘで形成された絶縁膜３５は、エッチング・剥離時の浸透防止及び第二電極１９の強度補強のために設けられる。オーバーコート膜３６は、まず、無機絶縁膜３５を形成した後に、オーバーコート膜３６となる感光性を有するＰＩ（ポリイミド）からなる有機膜を基板１１上に塗布し、スピンナーにより均一な膜にする。そして、リリース口２５ａ及び２５ｂを除いた部分の有機膜を露光処理して２５０〜３００℃でポストベーク（焼成）して硬化させ、現像処理によりリリース口２５ａ及び２５ｂに対応する有機膜を取り除く。

オーバーコート膜３６は、ポストベークした後に膜厚が均一で凹凸のない平滑面とすることにより、オーバーコート膜３６の下層に位置する第二電極１９に圧力がかかった時のセンサ検知感度を均一なものとすることができる。

オーバーコート膜３６上には、第二絶縁膜２６、保護膜２７が積層される。本例では、第二絶縁膜２６と保護膜２７はＳｉＮｘで形成されているが、ＳｉＯ_２あるいはポリイミドやポリアクリレートなどの有機膜でもよい。また、オーバーコート膜３６もポリイミドに限定されるものではなく、ノボラック樹脂などの有機絶縁膜、ＳｉＮｘやＳｉＯ_２などの無機絶縁膜、ａ−Ｓｉなどの半導体膜、ＩＴＯやＩＺＯなどの導電性膜でも良い。

但し、オーバーコート膜３６は、第二絶縁膜２６と異なる材質にするのがよい。また、オーバーコート膜３６に導電性膜を用いる場合は各センサ部１４ごとに独立した形状とすべきである。オーバーコート膜３６はセンサ部１４の中央付近において第二電極１９上に形成されるため、第二電極１９と同様の柔軟性や弾力性があるほうがよい。

この実施例では、第二絶縁膜２６と保護膜２７は同一材料で形成されているが、別工程で形成される。第二絶縁膜２６にはリリース口２５ａ、２５ｂが形成され、空洞部２０を形成した後に第二絶縁膜２６上に保護膜２７を形成することで、リリース口２５ａ及び２５ｂを保護膜２７の一部２７ａ及び２７ｂで完全に塞ぐことができる。

次に空洞部２０の形成工程を説明する。センサ部１４ではリリース口２５ａ、２５ｂに該当する部分のＳｉＮｘからなる第二絶縁膜２６を取り除く。この第二絶縁膜２６が取り除かれた部分では、第二電極１９が露出する。第二絶縁膜２６を取り除いた後にＭｏとＡｌの両方の材料を除去するエッチング処理をすれば、リリース口２５ａ、２５ｂに位置する金属層が除去される。エッチング方法としては、ドライエッチングとウェットエッチングの両方が利用できる。例えば、エッチング液にリン酸、硝酸、酢酸の混合液を用いれば、ＭｏとＡｌの両方がエッチングできる。このエッチング処理により、センサ部１４ではリリース口２５ａ、２５ｂに対応する部分の第二電極１９と中間層が取り除かれる。

次に、中間層だけを除去するエッチング処理を行なう。このときウェットエッチングを行ない、エッチング液に塩酸、燐酸、水の混合液を用いる。エッチング液はリリース口２５ａ、２５ｂを通じて中間層に達し、中間層の端部から順にエッチングする。混合比が塩酸：燐酸：水＝１：５：１のエッチング液を使用した場合、中間層のＡｌと第二配線１３などを構成するＭｏとの間に異種金属による電池効果が生じ、Ａｌが短時間でエッチングされる。このエッチング処理により中間層を確実に取り除くことができ、空洞部２０を形成できる。

その後、第二絶縁膜２６上にＳｉＮｘを積層し、保護膜２７を形成する。このＳｉＮｘは例えばＣＶＤで形成され、ほぼ同じ厚みの膜がガラス基板１１上の全面に積層される。このとき、リリース口２５ａ及び２５ｂでは第二絶縁膜２６などが存在しないため、リリース口２５ａ及び２５ｂでは第一絶縁膜２３上にそれぞれ保護膜２７が形成され、リリース口２５ａ及び２５ｂは保護膜２７の一部２７ａ及び２７ｂで完全に塞がれるので、空洞部２０は密閉された状態となり、空洞部２０内へ塵埃が侵入することを防止できる。

その後、センサ部１４の第二電極１９上の第二絶縁膜２６と保護膜２７を取り除く。これで、第二電極１９が湾曲しやすくなり、圧力に対して敏感なセンサ部１４を形成できる。

上記実施例では、第一電極１８をＴＦＴ４１のドレイン電極Ｄに、第一配線１２をＴＦＴ４１のゲート電極Ｇに、第三配線をＴＦＴ４１のソース電極Ｓに、それぞれ接続した構成を有しており、指紋検知領域を模式的に示した等価回路の概略は図５（ａ）に示したとおりとなる。すなわち、第三配線４２が図示しない所定の電位に接続されている。そして、走査信号が供給された第一配線１２ではそれにつながるＴＦＴ４１がＯＮになり、第一電極１８に走査信号を供給する。走査されていない第一配線１２につながるＴＦＴ４１はＯＦＦになるため、第二配線１３を流れる信号が走査されていないセンサ部１４の第二電極１９、第一電極１８に伝わっても、その第一電極１８から第一配線１２に伝わることを防止できる。

この実施例の指紋センサ１０においては、ＴＦＴ４１を従来はリリース口が設けられていたスペースである第一電極と第一配線とに最も近接するスペースに設けることができるので、指紋センサの小型化を図ることができ、センサ部１４を高密度に配置することができるので、高精度の指紋センサが得られる。加えて、スイッチング素子であるＴＦＴ４１は増幅作用のあるトランジスタとして作動するので、非常に高速、高感度な指紋センサとなる。

なお、このような第三配線４２を設けると回路が複雑となるので、第三配線を省略してＴＦＴ４１のゲート電極Ｇ及びソース電極Ｓを短絡させて第一配線１２に接続し、ＴＦＴ４１をダイオードとして動作させることもできる。この場合の指紋検知領域を模式的に示した等価回路の概略は図５（ｂ）に示したとおりとなり、この場合も、走査信号が供給された第一配線１２ではそれにつながるＴＦＴ４１がＯＮになり、第一電極１８に走査信号を供給する。走査されていない第一配線１２につながるＴＦＴ４１はＯＦＦになるため、第二配線１３を流れる信号が走査されていないセンサ部１４の第二電極１９、第一電極１８に伝わっても、その第一電極１８から第一配線１２に伝わることを防止できる。

この実施例においても、ＴＦＴ４１を従来はリリース口が設けられていたスペースである第一電極と第一配線とに最も近接するスペースに設けることができるので、高密度にセンサ部を配置でき、より正確に指紋を検知することができる。

また、この実施例の指紋セン１０は、前記先願発明に対応する指紋センサ１０’とは異なり、リリース口２５ａ及び２５ｂはエッチング処理により空洞部２０を形成後に完全に塞いで各センサ部１４を密閉しているので、隣接する各センサ部１４間は空洞部により連結されていない。そのため、の実施例の指紋セン１０は通気部１５（図９参照）も存在していない。したがって、この実施例の指紋センサ１０は、前記先願発明に対応する指紋センサ１０’に比して、より小型化、高精度化することができる。しかしながら、前記先願発明と同じように、隣接する各センサ部１４間は空洞部により連結させても良く、更には通気部を設けても良い。

本発明の実施例に係る指紋センサのセンサ部及び通気口部の平面図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。 図１のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。 指紋検知領域を模式的に示した等価回路の概略であり、図５（ａ）はＴＦＴをトランジスタとして作動させた場合、図５（ｂ）はＴＦＴをダイオード接続した場合を示す。 従来例のマイクロセンサ部の製造途中の断面図である。 図６のマイクロセンサを使用した指紋センサにおける指紋の検知状態の一例を示す図である。 先願発明の実施例に対応する指紋センサの概略を示す図である。 先願発明の実施例に対応する指紋センサのセンサ部及び通気口部の平面図である。 図９のＡ−Ａ’線に沿ったセンサ部１４の断面図である。 図９のＢ−Ｂ’線に沿った通気口部１５の断面図である。 図９のＣ−Ｃ’線に沿ったセンサ部１４及び通気口部１５の断面図である。

符号の説明

１０、１０’ 指紋センサ
１１ ガラス基板
１２ 第一配線
１３ 第二配線
１４ センサ部
１５ 通気口部
１８ 第一電極
１９ 第二電極
２０ 空洞部
２２ コンタクト層
２３ 第一絶縁膜
２４ センサ孔
２５ リリース口
２６ 第二絶縁膜
２７ 保護膜
３２ 第二空洞部
３３ 通気口
３４ 通路部
３５ 絶縁膜
３６ オーバーコート膜
４０ 連結部
４１ ＴＦＴ
４２ 第三配線
４３ アイランド
４４ 第三絶縁膜

Claims (9)

1. 複数の第一配線と複数の第二配線とを交差させて配置し、両配線の交差部以外にセンサ部とスイッチング素子とを配置した圧力センサにおいて、前記センサ部は前記第一配線とスイッチング素子を介して電気的に接続された実質的に円形の第一電極と、前記第一電極上に形成された空洞部と、前記空洞部を挟んで前記第一電極と対向配置された実質的に円形の第二電極とを有し、前記第二配線は、各列方向に並ぶ前記センサ部の第二電極と該第二電極間に配置されたそれぞれの第二電極を電気的に接続する連結部とからなり、前記スイッチング素子は、前記第一配線と前記第一電極との間で前記連結部と交差しない位置に配置されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記スイッチング素子が薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記薄膜トランジスタのゲート電極及びソース電極が前記第一配線に接続され、ドレイン電極が前記第一電極に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記第一配線に平行な複数の第三配線を有し、前記薄膜トランジスタのゲート電極が前記第一配線に、ソース電極が前記第三配線に、ドレイン電極が前記第一電極に接続され、前記複数の第三配線は全て共通の所定電位に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
5. 前記第三配線は、前記第一配線の上又は下に絶縁膜を介して積層配線されていることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
6. 前記連結部の中央部に前記空洞部を形成する際に使用されるリリース口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
7. 前記リリース口は、前記連結部と前記第一配線の交差部に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
8. 前記リリース口は保護膜により閉塞されており、前記各々の空洞部は密閉されていることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
9. 前記圧力センサが指紋センサであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧力センサ。

Images