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。
The present invention relates to a pressure sensor, and more particularly to a pressure sensor that can detect a fingerprint by converting pressure from a finger into an electrical signal.
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。
A fingerprint sensor is used as a device for identifying each individual, and this fingerprint sensor is required to detect fingerprints simply and accurately. Various types of fingerprint sensors have been researched and developed, such as those for optically detecting fingerprints and those for electrically detecting fingerprints. For example, Patent Document 1 below discloses a pressure sensor in which microsensor portions having electrodes are arranged in a matrix, and pressure from a finger is converted into an electrical signal to detect a fingerprint. The microsensor part is disposed so as to face each other with a cavity interposed between the two electrodes.
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。
A specific configuration of the microsensor portion of the fingerprint sensor will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a cross-sectional view of the microsensor part in the course of manufacturing. An etching barrier layer 102 is laminated on the silicon substrate 101, and a first metal layer 103 made of Au or Ti is formed on the silicon barrier layer 101 in a predetermined pattern. The The first metal layer 103 is used as a first electrode of a variable capacitor or a first terminal of a micro inductor. A diaphragm 104 made of polycrystalline silicon or Al is formed corresponding to the first metal layer 103, and a second metal layer 105 made of Au or Ti is formed on the diaphragm 104. Then, the entire surface of the substrate 101 is covered with an insulating film 106 made of silicon nitride. An opening 107 that reaches the diaphragm 104 is formed in the surface of the microsensor portion to reach the diaphragm 104 in the second metal film 105 and the insulating film 106, and the diaphragm 104 is exposed to the outside through the opening 107. FIG. 6 shows this state.
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。
Thereafter, wet etching is performed on the substrate 101. At this time, the solution etches the diaphragm 104 made of polycrystalline silicon or Al, and the diaphragm 104 is removed to form a cavity. After the etching is completed, the opening 107 is closed with silicon nitride SiNx or the like to seal the cavity. Then, when pressure is applied to the microsensor part from the finger, the insulating film 106 and the second metal layer 105 are curved toward the first metal layer 103 according to the pressure, and an electric signal corresponding to the state is output, The shape of the fingerprint is detected.
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。
Detection of the fingerprint shape is performed as follows. That is, each microsensor is arranged in a matrix, and in order to detect the state of pressure applied to each microsensor, a first wiring is connected to the first electrode of the microsensor, and is arranged opposite to the first electrode. The second wiring is connected to the second electrode, and the state of each microsensor is detected by supplying a scanning signal to the first wiring and detecting the output of the second wiring at that time. The first metal layer 103 and the first wiring are integrally formed by patterning the same metal layer, and the first metal layer 103 of the microsensor has a shape protruding from the first wiring. Similarly, the second metal layer 105 and the second wiring are integrally formed by patterning the same metal layer, and the second metal layer 105 of the microsensor has a shape protruding from the second wiring.
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。
An example of the fingerprint detection state at this time is shown in FIG. In FIG. 7, S1 to S5 are the first wiring, L1 to L5 are the second wiring, and the microsensors A1 to E5 are arranged at the intersection of the two wirings. Among the microsensors A1 to E1, those hatched with diagonal lines indicate those in which both metal layers 103 and 105 are in contact with each other under pressure. Here, when the scanning signal is supplied to the first wiring of S3, the signals flow to the second wirings L2 and L3 via the microsensors C2 and C3, respectively, and the signals are detected only from these two second wirings. .
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。
However, since the metal layer of the microsensor is integrally formed of the same material as the wiring to which the microsensor is connected, the signal flowing through the second wiring flows to the other first wiring through the microsensor that is not scanned. There was a case. For example, when a scanning signal is supplied to the first wiring S3, a signal that flows to the second wiring L2 via the microsensor C2 may flow to the first wirings S1 and S2 via the microsensors A2 and B2. In addition, a signal that flows to the second wiring L3 through the microsensor C3 may flow to the first wirings S4 and S5 through the microsensors D3 and E3. As a result, the microsensors C1, C4, and C5 to which no pressure is applied are erroneously detected that the pressure is also applied, leading to a problem that the accuracy is lowered.
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。）。
In order to solve this problem, the present applicant has a configuration in which the first electrode and the first wiring are connected by a contact portion having a higher resistance than the first wiring, or the first electrode and the first wiring are connected to the switching element. The invention relating to a high-accuracy pressure sensor that can accurately detect the pressurization state of each sensor unit by applying a configuration via the connection is separately filed (Japanese Patent Application No. 2002-094971, hereinafter, It is called “first application”.)
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。
In order to understand the present invention, a pressure sensor (hereinafter referred to as “prior application invention”) disclosed in the specification and drawings of the prior application will be described below. FIG. 8 is a diagram showing an outline of a fingerprint sensor 10 'corresponding to the prior invention.
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。
The fingerprint sensor 10 ′ includes a transparent glass substrate 11 that is slightly larger than the fingertip. On the glass substrate 11, a plurality of first wirings 12 existing in the row direction and a plurality of first wirings existing in the column direction are provided. Two wirings 13 are formed in a matrix, a sensor unit 14 is provided near the intersection of the first wiring 12 and the second wiring 13, and a vent hole 15 is provided on the second wiring 13. Here, a region where the plurality of sensor units 14 are provided in a matrix corresponds to a fingerprint detection region for detecting a fingerprint, and the vent portion 15 is provided outside the fingerprint detection region.
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。
The vent 15 exists on an extended line in the column direction in which the sensor units 14 are arranged, and is disposed adjacent to one end of the group of sensor units 14 arranged in the column direction. Note that the vent portion 15 may be disposed adjacent to the other end of the sensor portion 14 group. The glass substrate 11 is also provided with a scanning circuit 16 that sequentially excites the plurality of first wirings 12 one by one (applies voltage) and a sensing circuit 17 that detects a signal flowing through the second wiring 13.
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。
Although the detailed configuration of the sensor unit 14 will be described later, in the sensor unit 14, the first electrode 18 connected to the first wiring 12 and the second electrode 19 connected to the second wiring 13 are arranged to face each other via the cavity 20. ing. The second electrode 19 is curved toward the first electrode 18 according to the pressure from the finger, and comes into contact with the first electrode 18 when a predetermined pressure or more is applied. Therefore, when the finger is pressed against the fingerprint detection area, the electrodes 18 and 19 are in contact with the sensor unit 14 corresponding to the convex portion of the fingerprint, and the electrodes 18 and 19 are separated from each other in the sensor unit 14 corresponding to the concave portion of the fingerprint. There is. At this time, when a scanning signal is supplied from the scanning circuit 16 to one first wiring 12, a signal flows to the second wiring 13 via both electrodes 18, 19 in the sensor unit 14 in which both electrodes 18, 19 are in contact, No signal flows through the second wiring 13 in the sensor portion where the electrodes 18 and 19 are not in contact with each other. And if the signal which flows into the 2nd wiring 13 with the sensing circuit 17 is detected, the pressure added to each sensor part 14 can be detected. A scanning signal is sequentially supplied from the scanning circuit 16 to each first wiring 12, and the fingerprint detection area is scanned one by one to detect a fingerprint.
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。
Next, the structure of the sensor part 14 and the vent part 15 of the fingerprint sensor 10 'corresponding to the prior invention will be described with reference to FIGS. 9 is a plan view of the sensor section 14 and the vent hole section 15, FIG. 10 is a cross-sectional view of the sensor section 14 along the line AA ′ in FIG. 9, and FIG. 11 is a line BB ′ in FIG. FIG. 12 is a sectional view of the sensor part 14 and the vent part 15 along the line CC ′ of FIG.
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。
A lower insulating film 21 made of SiNx is laminated on the entire surface of the glass substrate 11. A plurality of first wirings 12 are arranged in parallel on the lower insulating film 21, and a first electrode 18 is formed on the sensor unit 14. Both the first wiring 12 and the first electrode 18 are formed by patterning a metal layer laminated on the lower insulating film 21. As the metal layer, for example, a laminated structure made of Al and Mo is used. The first electrode 18 includes a circular portion 18a located at the center of the sensor portion 14, an annular portion 18b located around the sensor portion, and a connection portion 18c connecting the circular portion 18a and the annular portion 18b. ing. The contact layer 22 electrically connects the first wiring 12 and the first electrode 18 and is a member or TFT (Thin Film Transistor) having a higher resistance than the metal constituting the first wiring 12 and the first electrode 18. It is suitable to form. When the contact layer 22 is formed of a TFT, the TFT can be operated as a diode by connecting the source electrode and the gate electrode of the TFT.
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。
The first insulating film 23 formed of SiNx or the like covers the lower insulating film 21 and the first wiring 12. Although the first insulating film 23 is also present in the sensor part 14, a circular sensor hole 24 is formed near the center of the sensor part 14 to expose the central part of the circular part 18a of the first electrode. The size and thickness of the sensor hole 24 (the thickness of the first insulating film 23 at the periphery of the sensor hole 24) affects the sensitivity of the sensor.
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いる。第二電極１９と連結部４０の製造方法は後述するが、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。
The first electrode 18 exposed from the first insulating film 23 is disposed opposite to the second electrode 19 with the cavity 20 interposed therebetween. Although the formation method of the cavity part 20 is mentioned later, when the sensor part 14 is seen from a plane direction, the cavity part 20 has spread to the annular part 18b of the first electrode. Also, release ports 25 are provided at the four corners of the sensor unit 14, and the cavity 20 extends to the release port 25. The second electrode 19 is formed of a metal layer, and for example, Mo is used. In the sensor unit 14, the second electrode 19 is patterned on a 50 μm × 50 μm square, and release ports 25 are opened at four corners. In the sensor units 14 arranged in the row direction, a connecting part 40 that electrically connects the second electrodes 19 to each other is formed between the adjacent sensor parts 14, and the second electrode 19 and the connecting part 40 are connected to the second wiring. Also serves as 13. The connecting portion 40 is narrower than the second electrode, and overlaps the first wiring 12 in the orthogonal direction via the first insulating film 23. Although the manufacturing method of the 2nd electrode 19 and the connection part 40 is mentioned later, the 2nd electrode 19 and the connection part 40 are formed by patterning the same metal.
第二絶縁膜２６及び保護膜２７は、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、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。
The second insulating film 26 and the protective film 27 are made of SiNx, SiO 2 , polyimide, polyacrylate, or the like, and are stacked on the first insulating film 23 and the second wiring 12. The second insulating film 26 and the protective film 27 are formed in separate steps. A release port 25 is formed in the second insulating film 26, and a protective film 27 is formed on the second insulating film 26 after the release port 25 is formed, so that the release port 25 is blocked by the protective film 27. The protective film 27 that closes the release port 25 and the protective film 27 stacked on the second insulating film 26 are formed at the same time, but are not continuous but separated. The protective film 27 that closes the release port 25 corresponds to a blocking portion.
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。
In the sensor unit 14, the second insulating film 26 and the protective film 27 on the second electrode are removed, and the second electrode 19 is exposed. For this reason, the second electrode 19 is easily bent, and when the uneven portion of the fingerprint hits the second electrode, the second electrode 19 is bent and comes into contact with the first electrode 18. When used as a fingerprint sensor, a small bullet-shaped convex object (not shown) is arranged in the center of the sensor unit 14, and a fine pattern of the fingerprint is detected by the convex object.
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。
Next, the vent hole 15 will be described. A dummy electrode 30 is formed on the lower insulating film 21 near the center of the vent portion 15. The dummy electrode 30 is a donut-shaped metal layer having an opening at the center, and is formed in the same process as the first wiring 12 and the first electrode 18. Therefore, the first electrode 18 having a laminated structure of Mo and Al is simultaneously formed on the entire surface of the lower insulating film 21. The dummy electrode 30 has no electrical connection with the first wiring 12 and is provided independently. The first insulating film 23 is laminated so as to cover the lower insulating film 21 and the dummy electrode 30. The first insulating film 23 is removed near the center of the vent portion 15 to provide the vent 33, and the lower insulating film 21 and the dummy electrode 30 are provided. A part of is exposed.
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。
An auxiliary electrode 31 is provided in the vent hole portion 15, and the auxiliary electrode 31 is formed by patterning a metal layer made of Mo or the like into a square of 50 μm × 50 μm in the same manner as the second electrode 19 of the sensor unit and releasing it at the four corners. The auxiliary electrode 31 of the vent portion 15 that forms the opening 25 is similar in shape to the second electrode 19 of the sensor portion, but does not have a function of detecting a fingerprint, and is a part of the second wiring 13. Exists. A second cavity 32 is provided between the auxiliary electrode 31 and the first insulating film 23, and the second cavity 32 is in spatial communication with the cavity 20 of the sensor unit. The ventilation is possible. A second insulating film 26 is laminated on the auxiliary electrode 31, and a release port 25 is provided in the same manner as the auxiliary electrode 31.
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が下層絶縁膜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。
A vent hole 33 penetrating the auxiliary electrode 31 and the second insulating film 26 is formed in the center of the vent hole portion 15. The dummy electrode 30 and the first insulating film 23 do not exist at a position corresponding to the vent 33. When the protective film 27 is laminated on the second insulating film 26, the release port 25 is blocked by a part of the protective film 27 and is disconnected from the second cavity portion 32. Since the film 27 is laminated on the lower insulating film 21, the communication state with the second cavity 32 is maintained. In the air vent portion 15, the second insulating film 26 and the protective film 27 on the auxiliary electrode restrict the curvature of the auxiliary electrode 31 and reinforce the periphery of the air vent 33.
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。
A passage portion 34 that is hollow and through which air can flow is located between the vent portion 15 and the sensor portion 14 or between adjacent sensor portions 14, and between the cavity portion 20 of the sensor portion 14 and the vent portion 15. The second cavity 32 is connected. The passage portion 34 has a bottom surface made of the lower insulating film 21 and a side surface and an upper surface made of the metal layer of the second wiring 13. By the passage portion 34, the cavity portion 20 of each sensor portion 14 and the second cavity portion 32 of the vent hole portion 15 are in a spatially communicating state. Further, since the lateral width of the passage portion 34 is narrower than the lateral width of the cavity portion 20, it is possible to prevent dust that has entered from the vent hole 33 from entering the cavity portion 20 via the passage portion 34.
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）
With such a structure, even after each release port 25 is blocked by the protective film 27, the inside of the cavity 20 of the sensor unit 14 can be maintained at substantially the same atmospheric pressure as the external atmospheric pressure. It can prevent that the 2nd electrode 19 of the sensor part 14 is damaged. Further, since the vent hole portion 15 is provided separately from the sensor portion 14, there is an effect that dust can be prevented from entering the hollow portion 20 of the sensor portion 14.
JP 09-126918 (Claims, FIGS. 1, 5 and 6) Japanese Patent Laid-Open No. 10-200309 (Claims, FIGS. 1, 2 and 7)
しかしながら、上記の指紋センサは、製造直後ないしは使用中に、第二電極１９における第二絶縁膜２６及び保護膜２７で覆われている部分の角度急変部位Ｘ（図１０及び図１２における丸印で囲んだ部分）にクラックが発生することが見出された。
However, in the above fingerprint sensor, immediately after manufacturing or during use, the angle suddenly changing portion X of the portion of the second electrode 19 covered with the second insulating film 26 and the protective film 27 (circled in FIGS. 10 and 12). It was found that cracks occurred in the enclosed part).
本発明者等はこのような第二電極１９の角度急変部位Ｘにおけるクラックの発生原因を各種実験により確認した結果、第二電極１９の下に位置する空洞部２０はアルミニウム層を塩酸、燐酸及び水の混合液によりエッチングして製造するが、その際に発生した水素ガスがスムーズに外部に排出されないために内部が局部的に高圧状態になることがあること、及び、エッチング終了後に内部を真空排気して空洞部２０内に浸入したエッチング液を排出するために、第二電極１９に大きな力が加わって大きく変位することが原因であることを見出した。なお、上記先願発明の実施例では、第二絶縁膜２６及び保護膜２７は前記エッチング処理が行われた後に設けられているため、エッチング時及び真空排気時の第二電極１９の大きな変位を抑えることはできない。
As a result of confirming the cause of the occurrence of cracks at the suddenly changing portion X of the second electrode 19 by various experiments, the present inventors have found that the cavity 20 located under the second electrode 19 has an aluminum layer made of hydrochloric acid, phosphoric acid and It is manufactured by etching with a mixture of water, but the hydrogen gas generated at that time is not smoothly discharged to the outside, so that the inside may be locally in a high pressure state, and the inside is evacuated after completion of etching. It has been found that a large force is applied to the second electrode 19 to cause a large displacement in order to discharge the etching solution that has been evacuated and entered the cavity 20. In the embodiment of the invention of the prior application, since the second insulating film 26 and the protective film 27 are provided after the etching process is performed, the large displacement of the second electrode 19 during etching and evacuation is prevented. It cannot be suppressed.
加えて、上記の指紋センサは、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及び第一配線よりも高抵抗のコンタクト部或いはスイッチング素子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。特に指紋センサのように繊細な形状を高精度で検知することが要求される場合、できるだけ指紋検知領域に占めるセンサ部の割合を増やすことが求められている。
In addition, the above-described fingerprint sensor has the release openings 25 arranged at the four corners of the square sensor part 14 and the first wiring 12 and the contact part or switching higher than the first wiring around the sensor part 14. A contact layer 22 made of an element is disposed between adjacent sensor portions 14 so as to connect the first electrode and the first wiring. Therefore, since the release port 25, the first wiring 12 and the contact layer 22 are not involved in fingerprint detection, the resolution is reduced accordingly. In particular, when a delicate shape such as a fingerprint sensor is required to be detected with high accuracy, it is required to increase the ratio of the sensor portion in the fingerprint detection region as much as possible.
本発明は、上記課題を解消すべく成されたものであり、特に第二電極１９を補強して製造時ないしは使用時のクラックの発生を減少させて製造歩留まりの向上と長寿命化を計ると共に、リリース口を設ける位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。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In particular, the second electrode 19 is reinforced to reduce the generation of cracks during production or use, thereby improving the production yield and extending the life. By devising the position where the release port is provided, it is possible to detect a delicate shape with high accuracy by reducing the shape of the sensor portion and increasing the proportion of the sensor portion in the detection area without increasing the size of the pressure sensor. It is to provide a pressure sensor.
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を設けた圧力センサにおいて、前記センサ部は、前記第一配線と電気的に接続された第一電極と、前記第一電極の周囲に設けられた絶縁膜と、前記第二配線と電気的に接続されていると共に、前記絶縁膜に支持され、前記第一電極と対向配置されて前記第一電極との間に空洞部を形成している第二電極と、前記第二電極の表面に形成されたオーバーコート膜と、前記オーバーコート膜の中央部を除いてセンサ部全体に亘り保護膜が形成されていることを特徴とする。
The above object of the present invention can be achieved by the following configurations. That is, the invention of the pressure sensor according to claim 1 of the present application is a pressure sensor in which a plurality of first wirings and a plurality of second wirings are arranged so as to intersect with each other, and a sensor unit is provided in addition to the intersection of both wirings. The sensor unit is electrically connected to the first electrode electrically connected to the first wire, an insulating film provided around the first electrode, and the second wire. A second electrode supported by the insulating film and disposed opposite to the first electrode to form a cavity between the first electrode and an overcoat film formed on a surface of the second electrode; The protective film is formed over the entire sensor portion except for the central portion of the overcoat film.
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、前記オーバーコート膜は、前記第二電極の前記第一電極と絶縁膜との境界部に対向する位置の近傍に形成された角度急変部位を覆っていることを特徴とする。
The invention according to claim 2 of the present application is the pressure sensor according to claim 1, wherein the overcoat film is located at a position facing the boundary between the first electrode and the insulating film of the second electrode. It is characterized by covering an abrupt angle change portion formed in the vicinity.
更に、本願の請求項３に係る発明は、前記請求項１又は２に記載の圧力センサにおいて、前記第二電極及びオーバーコート層の間に更に無機絶縁膜が設けられていることを特徴とする。
Furthermore, the invention according to claim 3 of the present application is characterized in that in the pressure sensor according to claim 1 or 2, an inorganic insulating film is further provided between the second electrode and the overcoat layer. .
また、本願の請求項４に係る発明は、前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、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ることを特徴とする。
The invention according to claim 4 of the present application is the pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the second wiring is connected to the second electrode of the sensor section arranged in each column direction and the second electrode. It consists of the connection part which electrically connects each 2nd electrode arrange | positioned between 2nd electrodes, It is characterized by the above-mentioned.
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。
Further, in the invention according to claim 5 of the present application, in the pressure sensor according to claim 4, a release port that is used when forming the hollow portion in the central portion of the connecting portion is formed. Features.
また、本願の請求項６に記載の発明は、前記請求項５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との交差部に設けられていることを特徴とする。
The invention according to claim 6 of the present application is the pressure sensor according to claim 5, wherein the release port is provided at an intersection of the connecting portion and the first wiring. To do.
また、本願の請求項７に記載の発明は、前記請求項５又は６に記載の圧力センサにおいて、前記リリース口は前記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
また、本願の請求項８に係る発明は、前記請求項１〜７のいずれか１項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。
Further, in the invention according to claim 7 of the present application, in the pressure sensor according to claim 5 or 6, the release port is closed by the protective film, and the respective hollow portions are sealed. The invention according to claim 8 of the present application is characterized in that in the pressure sensor according to any one of claims 1 to 7, the pressure sensor is a fingerprint sensor.
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、第二電極の製造工程の関係から第二電極には第一電極と絶縁膜との境界部に対向する位置の近傍に角度急変部位が形成されるが、第二電極の表面にはオーバーコート膜が形成されており、更に前記オーバーコート膜が形成された第二電極の中央部を除いてセンサ部全体に亘り保護膜が形成されているので、第二電極の変位に際して局部的に力が加わることなく分散され、前記第二電極の角度急変部位におけるクラックの発生が少なくなると共に、第二電極に圧力がかかった時の検知感度を均一なものとすることができるようになる。
According to the above configuration of the present invention, the following excellent effects can be obtained. That is, according to the pressure sensor according to claim 1 of the present application, due to the manufacturing process of the second electrode, the second electrode has an abrupt angle change portion near the position facing the boundary between the first electrode and the insulating film. However, an overcoat film is formed on the surface of the second electrode, and a protective film is formed over the entire sensor part except for the central part of the second electrode on which the overcoat film is formed. Therefore, when the second electrode is displaced, it is dispersed without applying a local force, the occurrence of cracks in the sudden change portion of the angle of the second electrode is reduced, and the detection sensitivity when the pressure is applied to the second electrode Can be made uniform.
また、本願の請求項２に記載の圧力センサによれば、前記オーバーコート膜は、第二電極全体に設ける必要はなく、前記保護膜の下部の前記第二電極の前記第一電極と絶縁膜との境界部に対向する位置の近傍に形成された角度急変部位を覆う地点まで形成されていれば、前記請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する。
According to the pressure sensor of claim 2 of the present application, the overcoat film does not have to be provided on the entire second electrode, and the first electrode and the insulating film of the second electrode below the protective film. If it is formed to the point which covers the angle sudden change site | part formed in the vicinity of the position which opposes a boundary part, there exists an effect similar to the invention of the said Claim 1.
また、本願の請求項３に記載の圧力センサによれば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２等の無機絶縁膜は溶解し難くしかも第二電極との付着強度強度も強いので、空洞部形成時等のエッチング液の浸透防止及び第二電極の強度補強に役立ち、更には、オーバーコート膜ないしは保護膜として導電性材料も使用することができるようになり、オーバーコート膜ないしは保護膜形成材料の選択の幅が広がる。
Further, according to the pressure sensor according to claim 3 of the present application, since the inorganic insulating film such as SiNx and SiO 2 is difficult to dissolve and has high adhesion strength with the second electrode, In addition, the conductive material can be used as the overcoat film or the protective film, and the range of choice of the overcoat film or the protective film forming material is widened. .
また、本願の請求項４に記載の圧力センサによれば、別途第二配線を設けることなく前記第二電極自体を第二配線として利用することができるようになるので、センサ部を高密度に配置することができるようになる。
Further, according to the pressure sensor of claim 4 of the present application, the second electrode itself can be used as the second wiring without providing a second wiring separately. Can be placed.
また、本願の請求項５に記載の圧力センサによれば、請求項４に係る発明の効果に加えて以下のような優れた効果を奏する。すなわち、圧力センサの空洞部を形成するには、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、リリース口及び連結部は圧力の検知には関与しない。本願の請求項５に記載の圧力センサでは、リリース口が圧力の検知に関与しない第二配線の連結部に設けられているため、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。
Moreover, according to the pressure sensor of Claim 5 of this application, in addition to the effect of the invention which concerns on Claim 4, there exist the following outstanding effects. That is, in order to form the cavity of the pressure sensor, it is essential to provide a release port for efficiently introducing the etching solution. However, the release port and the connecting portion are not involved in pressure detection. In the pressure sensor according to claim 5 of the present application, since the release port is provided in the connecting portion of the second wiring not involved in pressure detection, the area occupied by the sensor portion involved in pressure detection can be increased. It becomes like this.
また、本願の請求項６に記載の圧力センサによれば、前記リリース口は、前記連結部と前記第一配線との交差部に設けられているので、よりセンサ部の間隔を狭くすることができ、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。
Moreover, according to the pressure sensor according to claim 6 of the present application, since the release port is provided at the intersection of the connection portion and the first wiring, the interval between the sensor portions can be further reduced. It is possible to increase the area occupied by the sensor unit involved in pressure detection.
また、本願の請求項７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が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。
Further, according to the pressure sensor according to claim 7 of the present application, since the release port is closed by the protective film and the cavity is sealed, dust does not enter the cavity of the sensor unit from the release port, A pressure sensor with few failures can be obtained.
また、本願の請求項８に記載の圧力センサによれば、センサ部の間隔を狭くしてより高密度にセンサ部を配置することができるので、より正確に指紋を検知することができるようになる。
Further, according to the pressure sensor according to claim 8 of the present application, since the sensor portions can be arranged with higher density by narrowing the interval between the sensor portions, the fingerprint can be detected more accurately. Become.
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。
Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a fingerprint sensor as an example of a pressure sensor for embodying the technical idea of the present invention, and is intended to specify the present invention as this fingerprint sensor. Rather, other embodiments within the scope of the claims are equally applicable.
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。
Hereinafter, a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4, and the same reference numerals are assigned to the same components as those of the fingerprint sensor corresponding to the prior invention shown in FIG. I will explain. 1 is a plan view of the sensor unit 14 of the fingerprint sensor 10 of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG. 1, and FIG. 3 is taken along the line BB' in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.
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ＳｉＯ２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。
A lower insulating film 21 made of SiNx is laminated on the entire surface of the glass substrate 11, and a plurality of first wirings 12 are arranged in parallel on the lower insulating film 21. In addition, a first electrode 18 having a substantially circular shape and a connection portion 18 ′ connected to the TFT 41 is formed in the sensor portion 14. Both the first wiring 12 and the first electrode 18 are formed by simultaneously patterning a metal layer laminated on the lower insulating film 21. As this metal layer, for example, a laminated structure made of Al and Mo is used. A first insulating film 23 made of SiNx or SiO 2 is disposed on the first wiring 12 and the periphery of the first electrode 18, and a plurality of third wirings are formed on the insulating film 23 in parallel with the first wiring 12. 42 is arranged.
センサ部１４間に位置する第一配線１２上には、絶縁膜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。
An island 43 made of a-Si or p-Si is disposed on the first wiring 12 positioned between the sensor units 14 via the insulating film 23. A drain electrode D made of a metal layer is provided so as to cover a part of the surface of the island 43 via a contact 22 ′ provided on a part of the surface of the connection part 18 ′ of the first electrode 18. Similarly, a source electrode S made of a metal layer is provided between a part of the island 43 and the third wiring 42. The first wiring 12 becomes the gate electrode G, and the drain electrode D and the source electrode S form a TFT 41 having a channel length L = 3 to 10 μm and a channel width W = 5 to 30 μm. The TFT 41 is formed in a space between the adjacent second electrode 19 and the first wiring 12 without contacting the circular second electrode 19.
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。
The first insulating film 23 covers the lower insulating film 21 and the first wiring 12, and also covers the outer peripheral portion of the first electrode 18, thereby forming a circular sensor hole 24 having a depression. By forming a shape that covers the outer periphery of the first electrode 18 with the first insulating film 23, the shape of the second electrode 19 disposed opposite to the first electrode 18 on the cavity 20 also has a depression. The electrode 18 and the second electrode 19 are not in point contact at the time of contact but in surface contact.
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、第一配線及び第三配線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の左右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。
The first electrode 18 exposed from the first insulating film 23 is disposed opposite to the second electrode 19 with the cavity 20 interposed therebetween. When the sensor unit 14 is viewed from the plane direction, the cavity 20 extends so as to cover the entire first electrode 18. The second electrodes 19 between the sensor units 14 arranged in the column direction are electrically connected by a connecting portion 40, and the second electrode 19 and the connecting portion 40 form the second wiring 13. The connecting portion 40 is provided with a first release port 25 a across the first wiring and the third wiring, and second on both the left and right sides of each sensor portion 14 which is in a direction perpendicular to the second wiring 13. The release port 25b is provided, and the cavity 20 extends to the release ports 25a and 25b.
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。
In this embodiment, unlike the fingerprint sensor corresponding to the prior invention, the vent hole portion 15 (see FIGS. 8 and 9) is not provided, and the first release hole 25a and the second release hole are not provided. 25b is completely closed by protective films 27a and 27b.
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３配線、ＴＦＴ４１等の表面の上をＳｉＮｘないしはＳｉＯ２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２３や露出した第一電極１８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。
Here, a method of forming the second electrode 19 will be described. After forming the first insulating film 23, the third wiring 42, the TFT 41, etc., a third insulating film 44 (see FIG. 4) formed of SiNx or SiO 2 on the exposed surface of the third wiring, TFT 41, etc. Then, a release layer made of Al is laminated on the first insulating film 23 and the exposed first electrode 18. Thereafter, the release layer is patterned into a predetermined shape by a photolithography method or the like to form the release layer. The release layer is finally removed, but the portion where the release layer exists becomes the cavity 20.
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が、以下に述べる製造工程の関係から前記第一電極１８と絶縁膜２３との境界部に対向する位置の近傍の前記第二電極１９には角度急変部位Ｙが形成されてしまう。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。
The second electrode 19 is formed on the cavity 20 by a metal layer made of, for example, Mo. The second electrode 19 has a circular shape similar to that of the first electrode 18 and is large enough to cover the first electrode 18, but the first electrode 18 and the insulating film 23 are related to the manufacturing process described below. A sudden angle change portion Y is formed in the second electrode 19 in the vicinity of the position facing the boundary between the first electrode 19 and the second electrode 19. The second electrode 19 also serves as the second wiring 13 in the column direction. Note that the second electrode 19 also serving as the second wiring 13 is provided with release ports 25a and 25b in a later step.
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。
On the second electrode 19, an insulating film 35 and an overcoat film 36 made of an inorganic material such as SiNx or SiO 2 are formed. The insulating film 35 made of SiNx is provided for preventing penetration during etching and peeling and reinforcing the strength of the second electrode 19. The overcoat film 36 is formed by first forming the inorganic insulating film 35 and then applying an organic film made of PI (polyimide) having photosensitivity to be the overcoat film 36 on the substrate 11 to form a uniform film by a spinner. . The portion of the organic film excluding the release ports 25a and 25b is exposed to light, post-baked (baked) at 250 to 300 ° C. and cured, and the organic film corresponding to the release ports 25a and 25b is removed by development processing.
このオーバーコート膜３６は、有機膜を塗布した膜厚が均一で凹凸のない平滑膜であることから、オーバーコート膜３６の下層に積層されている第二電極１９、および絶縁膜３５の形状にとらわれないなだらかな表層が得られるので、第二電極１９、および絶縁膜３５で形成された角度急変部位Ｙに影響されないため、強い圧力がかからなくなり、クラック発生を防止できるとともに、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。
Since the overcoat film 36 is a smooth film having a uniform film thickness with no organic film applied thereto, the shape of the second electrode 19 and the insulating film 35 stacked below the overcoat film 36 is obtained. Since a smooth surface layer that is not trapped is obtained, it is not affected by the suddenly changing portion Y formed by the second electrode 19 and the insulating film 35, so that a strong pressure is not applied, cracks can be prevented, and the lower layer is located in the lower layer. The sensor detection sensitivity when pressure is applied to the second electrode 19 can be made uniform.
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、ＳｉＯ２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でも良い。
On the overcoat film 36, a second insulating film 26 and a protective film 27 are laminated. In this example, the second insulating film 26 and the protective film 27 are made of SiNx, but may be SiO 2 or an organic film such as polyimide or polyacrylate. The overcoat film 36 is not limited to polyimide, and may be an organic insulating film such as a novolac resin.
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。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。
However, the overcoat film 36 is preferably made of a material different from that of the second insulating film 26. Since the overcoat film 36 is formed on the second electrode 19 in the vicinity of the center of the sensor unit 14, the overcoat film 36 should have the same flexibility and elasticity as the second electrode 19.
このオーバーコート膜３６を設けることにより、以下に述べる空洞部２０の作製時ないしは使用時に第２電極１９の角度急変部位Ｙ（図２及び図３における丸印で囲んだ部分）のクラックの発生を防止することができ、使用時の寿命を長くすることができる。
By providing this overcoat film 36, the occurrence of cracks at the suddenly changing portion Y of the second electrode 19 (the portion surrounded by a circle in FIGS. 2 and 3) during the production or use of the cavity 20 described below. Can be prevented, and the life in use can be extended.
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。
In this embodiment, the second insulating film 26 and the protective film 27 are formed of the same material, but are formed in different steps. Release ports 25 a and 25 b are formed in the second insulating film 26, and the protective film 27 is formed on the second insulating film 26 after forming the cavity 20, so that the release ports 25 a and 25 b are formed as one part of the protective film 27. The portions 27a and 27b can be completely closed.
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。
Next, the formation process of the cavity 20 will be described. In the sensor part 14, the second insulating film 26 made of SiNx corresponding to the release ports 25a and 25b is removed. In the portion where the second insulating film 26 is removed, the second electrode 19 is exposed. If an etching process is performed to remove both the Mo and Al materials after removing the second insulating film 26, the metal layer located at the release ports 25a and 25b is removed. As an etching method, both dry etching and wet etching can be used. For example, if a mixed solution of phosphoric acid, nitric acid, and acetic acid is used as an etching solution, both Mo and Al can be etched. By this etching process, the second electrode 19 and the intermediate layer corresponding to the release ports 25a and 25b are removed from the sensor unit 14.
次に、リリース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を通じてリリース層に達し、リリース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。
Next, an etching process for removing only the release layer is performed. At this time, wet etching is performed, and a mixed solution of hydrochloric acid, phosphoric acid, and water is used as an etchant. The etching solution reaches the release layer through the release ports 25a and 25b, and sequentially etches from the end of the release layer. When an etching solution having a mixture ratio of hydrochloric acid: phosphoric acid: water = 1: 5: 1 is used, a battery effect due to a dissimilar metal occurs between Al of the intermediate layer and Mo constituting the second wiring 13 and the like. It is etched in a short time. By this etching process, the intermediate layer can be surely removed, and the cavity 20 can be formed.
このエッチングの際には、リリース層のＡｌの溶解に伴って水素ガスが発生するが、例えば図３の記載から明らかなように、空洞部２０の端部は複雑な構成をしているため、発生した水素ガスがスムーズにリリース口２５ａ、２５ｂから排出されないことがある。この場合、空洞部２０内が局部的に高圧になるため、第２電極１９には大きな力が加わる。また、エッチング終了後には内部を真空排気して空洞部２０内に浸入したエッチング液を排出する必要があるが、この場合も第２電極１９には大きな力が加わる。しかしながら、この実施例においては、第２電極１９の表面にオーバーコート膜３６が形成されているので、第二電極１９に加わった力による変位が押えられるため、第２電極の角度急変部位Ｙにおけるクラックの発生が非常に少なくなる。
In this etching, hydrogen gas is generated along with the dissolution of Al in the release layer. For example, as is apparent from the description of FIG. 3, the end of the cavity 20 has a complicated structure. The generated hydrogen gas may not be smoothly discharged from the release ports 25a and 25b. In this case, since the inside of the cavity 20 is locally high in pressure, a large force is applied to the second electrode 19. Further, after the etching is completed, it is necessary to evacuate the inside and discharge the etching solution that has entered the cavity 20, and in this case as well, a large force is applied to the second electrode 19. However, in this embodiment, since the overcoat film 36 is formed on the surface of the second electrode 19, the displacement due to the force applied to the second electrode 19 is suppressed. The occurrence of cracks is greatly reduced.
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内へ塵埃が侵入することを防止できる。
Thereafter, SiNx is laminated on the second insulating film 26 to form a protective film 27. This SiNx is formed by CVD, for example, and a film having substantially the same thickness is laminated on the entire surface of the glass substrate 11. At this time, since the second insulating film 26 and the like are not present at the release ports 25a and 25b, a protective film 27 is formed on the first insulating film 23 at the release ports 25a and 25b, and the release ports 25a and 25b are protected by the protective film 27. Since the portions 27a and 27b are completely closed, it is possible to prevent dust from entering the cavity 20.
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。加えて、前記オーバーコート膜３６が形成された第二電極１９の中央部を除いてセンサ部全体に亘り保護膜２７が残存しているので、指紋センサとしての使用時に第二電極１９に加わえられた変位は保護膜２７によって抑えられるため、第２電極１９の角度急変部位Ｙにおけるクラックの発生が少なくなり、長寿命化が図れる。
Thereafter, the second insulating film 26 and the protective film 27 on the second electrode 19 of the sensor unit 14 are removed. Thus, the second electrode 19 is easily bent, and the sensor portion 14 sensitive to pressure can be formed. In addition, since the protective film 27 remains over the entire sensor portion except for the central portion of the second electrode 19 on which the overcoat film 36 is formed, the protective film 27 is added to the second electrode 19 when used as a fingerprint sensor. Since the displacement is suppressed by the protective film 27, the occurrence of cracks at the angularly abruptly changing portion Y of the second electrode 19 is reduced, and the life can be extended.
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３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。
In the above embodiment, the first electrode 18 is connected to the drain electrode D of the TFT 41, the first wiring 12 is connected to the gate electrode G of the TFT 41, and the third wiring is connected to the source electrode S of the TFT 41. An outline of an equivalent circuit schematically showing the fingerprint detection area is as shown in FIG. That is, the third wiring 42 is connected to a predetermined potential (not shown). In the first wiring 12 to which the scanning signal is supplied, the TFT 41 connected thereto is turned on, and the scanning signal is supplied to the first electrode 18. Since the TFT 41 connected to the unscanned first wiring 12 is turned OFF, even if a signal flowing through the second wiring 13 is transmitted to the second electrode 19 and the first electrode 18 of the sensor unit 14 that is not scanned, the first Transmission from the electrode 18 to the first wiring 12 can be prevented.
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ＴＦＴ４２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。
In the fingerprint sensor 10 of this embodiment, the TFT 41 can be provided in the space closest to the first electrode and the first wiring, which has conventionally been provided with a release port. Since the sensor portions 14 can be arranged with high density, a highly accurate fingerprint sensor can be obtained. In addition, since the TFT 42 as a switching element operates as a transistor having an amplifying function, it becomes a very high speed and high sensitivity fingerprint sensor.
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。
Since the circuit becomes complicated when the third wiring 42 is provided, the third wiring is omitted, the gate electrode G and the source electrode S of the TFT 41 are short-circuited and connected to the first wiring 12, and the TFT 41 is connected to the diode. Can also be operated. The outline of the equivalent circuit schematically showing the fingerprint detection area in this case is as shown in FIG. 5B, and in this case, the TFT 41 connected to the first wiring 12 to which the scanning signal is supplied is turned on. The scanning signal is supplied to the first electrode 18. Since the TFT 41 connected to the unscanned first wiring 12 is turned OFF, even if a signal flowing through the second wiring 13 is transmitted to the second electrode 19 and the first electrode 18 of the sensor unit 14 that is not scanned, the first Transmission from the electrode 18 to the first wiring 12 can be prevented.
また、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’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、本発明の実施例の指紋センサ１０は通気部１５（図９参照）も存在していない。したがって、この本発明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。また、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。
Further, unlike the fingerprint sensor 10 'corresponding to the above-mentioned prior invention, the release sensor 25a and 25b of the fingerprint sensor 10 of this embodiment is completely closed after the cavity 20 is formed by the etching process so that each sensor part 14 is covered. Since they are hermetically sealed, the adjacent sensor portions 14 are not connected by a hollow portion. Therefore, the ventilation sensor 15 (see FIG. 9) does not exist in the fingerprint sensor 10 according to the embodiment of the present invention. Therefore, the fingerprint sensor 10 according to the embodiment of the present invention can be made smaller and more accurate than the fingerprint sensor 10 'corresponding to the prior invention. Further, as in the prior invention, the adjacent sensor portions 14 may be connected by a hollow portion, and further a ventilation portion may be provided.
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。It is a top view of the sensor part and vent part of a fingerprint sensor concerning the example of the present invention.
図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the A-A 'line of FIG.
図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the B-B 'line of FIG.
図１のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ in FIG. 1.
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。FIG. 5A is an outline of an equivalent circuit schematically showing a fingerprint detection region. FIG. 5A shows a case where the TFT is operated as a transistor, and FIG. 5B shows a case where the TFT is diode-connected.
従来例のマイクロセンサ部の製造途中の断面図である。It is sectional drawing in the middle of manufacture of the microsensor part of a prior art example.
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。It is a figure which shows an example of the detection state of the fingerprint in the fingerprint sensor using the microsensor of FIG.
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。It is a figure which shows the outline of the fingerprint sensor corresponding to the Example of prior invention.
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。It is a top view of the sensor part and vent part of a fingerprint sensor corresponding to the example of the prior invention.
図９のＡ−Ａ’線に沿ったセンサ部１４の断面図である。It is sectional drawing of the sensor part 14 along the A-A 'line | wire of FIG.
図９のＢ−Ｂ’線に沿った通気口部１５の断面図である。It is sectional drawing of the vent part 15 along the B-B 'line of FIG.
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。It is sectional drawing of the sensor part 14 and the vent hole part 15 along the C-C 'line of FIG.
符号の説明Explanation of symbols
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
Ｘ、Ｙ 第二電極の角度急変部位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fingerprint sensor 11 Glass substrate 12 1st wiring 13 2nd wiring 14 Sensor part 15 Vent part 18 First electrode 19 Second electrode 20 Cavity part 22 Contact layer 23 First insulating film 24 Sensor hole 25 Release port 26 Second insulation Film 27 Protective film 32 Second cavity part 33 Vent 34 Passage part 35 Insulating film 36 Overcoat film 40 Connecting part 41 TFT
42 3rd wiring 43 Island 44 3rd insulating film X and Y The angle sudden change part of 2nd electrode
