JP3761829B2

JP3761829B2 - Fingerprint detection device and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3761829B2
Application number: JP2002097103A
Authority: JP
Inventors: 直樹上山
Original assignee: グローリー工業株式会社
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003290178A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、指紋の谷部と山部との伝熱特性の差をもとに指紋を検出する指紋検出装置およびその製造方法に関し、特に高い機械的強度および検出精度を有した指紋検出装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指紋を用いて個人の認証を行う際、光学的に入力指紋画像を取得して、これをあらかじめ登録した参照指紋画像と照合するのが一般的であった。しかし、この光学的に入力指紋画像を取得する方式では、塵埃や汚れに脆弱であり、かつ小型化が困難であるという問題点があった。
【０００３】
このため、最近では、指紋の谷部と山部との伝熱特性の差を用いて指紋画像を検出する技術が注目されている。たとえば特表平１１−５０３３４７には、検出部材を熱源で加熱して温度を測定し、各検出部材の温度または温度変化を供給熱量と比較して、この検出部材から熱伝導面への熱損失を測定し、この測定した熱損失の変化状態をもとに画像を形成する指紋検出器が開示されている。
【０００４】
この指紋検出器では、指紋の山部は皮膚が検出面と接触しているために皮膚への熱損失が大きく、指紋の谷部は検出面と皮膚の間に断熱体をなす空気が存在するために熱損失が小さいという特性を利用して、指紋の山部と谷部とを画像として再構成している。ここで、この指紋検出器では、内部の温度検出素子や配線などが破壊されないように最上部の表面に保護層を設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の指紋検出器では、保護層を設けることによって検出素子と検出対象の指との間隔が大きくなり、検出素子と指との間の熱伝導が悪化し、十分な検出精度を得ることができないという問題点があった。
【０００６】
一方、保護層を薄くし過ぎると、熱伝導性が向上し、検出精度も高まるが、検出素子や配線などに対する機械的強度が低下し、保護層としての機能を果たさなくなるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、検出素子や配線などに対する十分な機械的強度を維持することができるとともに、高い検出精度を得ることができる指紋検出装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１にかかる指紋検出装置は、基板上に配列された複数の温度検出素子および各温度検出素子を接続する配線を含む温度検出層と、前記温度検出層上に形成された絶縁層と、各温度検出素子の上部領域を除いた前記絶縁層上を低熱伝導性材料によって形成された保護層と、高熱伝導性かつ硬質の材料によって少なくとも各温度検出素子の上部領域を埋め込み形成した硬質層とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２にかかる指紋検出装置は、請求項１の発明において、前記硬質層は、各温度検出素子の上部領域および前記保護層上に形成されることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３にかかる指紋検出装置は、請求項１または２の発明において、前記硬質層または前記硬質層および前記保護層の表面は、平坦化されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４にかかる指紋検出装置は、請求項１〜３のいずれか一つの発明において、前記温度検出素子は、抵抗層であり、温度センサおよびヒータとして機能することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５にかかる指紋検出装置は、請求項１〜３のいずれか一つの発明において、前記温度検出素子の下部領域あるいは上部領域に対応して設けられた複数のヒータおよび各ヒータを接続する配線を含むヒータ層を、前記温度検出層の下層あるいは上層にさらに形成したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６にかかる指紋検出装置の製造方法は、基板上に配列された複数の温度検出素子および各温度検出素子を接続する配線を含む温度検出層を形成する温度検出層形成工程と、前記温度検出層上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、各温度検出素子の上部領域を除いた前記絶縁層上に低熱伝導性材料によって保護層を形成する保護層形成工程と、高熱伝導性かつ硬質の材料によって少なくとも各温度検出素子の上部領域を埋め込んだ硬質層を形成する硬質層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７にかかる指紋検出装置の製造方法は、請求項６の発明において、前記硬質層形成工程は、各温度検出素子の上部領域および前記保護層上に硬質層を形成することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８にかかる指紋検出装置の製造方法は、請求項６または７の発明において、前記硬質層形成工程は、前記硬質層または前記硬質層および前記保護層の表面を平坦化する平坦化工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９にかかる指紋検出装置の製造方法は、請求項８の発明において、前記平坦化工程は、ＣＭＰ処理によって行うことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０にかかる指紋検出装置の製造方法は、請求項８の発明において、前記平坦化工程は、メッキ浴にレベリング剤を添加したメッキ処理によって行うことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１にかかる指紋検出装置の製造方法は、請求項６〜１０のいずれか一つの発明において、前記硬質層形成工程は、各温度検出素子の上部領域に下部硬質層を埋め込む下部硬質層形成工程と、前記下部硬質層と前記保護層との各上面に上部硬質層を形成する上部硬質層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２にかかる指紋検出装置の製造方法は、請求項６〜１１のいずれか一つの発明において、前記硬質層、前記下部硬質層または前記上部硬質層の形成前に前記硬質層、前記下部硬質層または前記上部硬質層を形成する下地層を形成する下地層形成工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１３にかかる指紋検出装置の製造方法は、請求項６〜１２のいずれか一つの発明において、前記温度検出素子は、抵抗層であり、温度センサおよびヒータとして機能することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１４にかかる指紋検出装置の製造方法は、請求項６〜１２のいずれか一つの発明において、前記温度検出素子の下部領域あるいは上部領域に対応して設けられた複数のヒータおよび各ヒータを接続する配線を含むヒータ層を、前記温度検出層の下層あるいは上層にさらに形成するヒータ層形成工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかる指紋検出装置およびその製造方法について説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である指紋検出装置の概要構成を示す図である。図１において、この指紋検出装置１は、指紋画像を検出する指紋検出部１０と、信号処理を行う信号処理部２０とを有する。指紋検出装置１は、熱伝導方式によって指紋画像を取得する指紋検出装置であり、指紋検出部１０の検出面１１の下部にマトリクス状に複数のヒータと温度検出素子とを作り込み、指が検出面１１に載置された状態で、ライン毎に順次加熱し、その直後の温度上昇を複数の温度検出素子によって検出して指紋画像を得る。すなわち、指の凸部が温度検出素子上に存在する場合、ヒータによって与えられた熱が凸部に大きく流出し、指の凸部が温度検出素子上に存在しない場合は熱伝導性の低い空気層を介しているため、ヒータによって与えられた熱が指に流出しにくくなり、この熱の流出の大小に基づいた温度差を温度検出素子が検出することによって、指の凹凸、すなわち指紋を検出することになる。
【００２４】
図２は、図１に示した指紋検出部１０の断面構造を示す図である。図２において、この指紋検出部１０は、基板１２上に温度検出素子１３およびアルミ配線１４が形成される。基板１２は、石英、ガラス、ポリイミド、アルミナ、表面が絶縁化されたＳｉなどによって形成され、その他の絶縁性材料であってもよい。温度検出素子１３は、温度を検出する温度センサとして機能するとともに、検出面１１を加熱するヒータとしての機能をも有し、抵抗として機能する材料によって実現する。具体的には、ポリシリコン、アモルファスシリコンあるいはＩＴＯなどの抵抗体材料によって実現される。
【００２５】
アルミ配線１４は、温度検出素子１３に通電するための配線であり、図示しない所定箇所において、アルミ配線１４と温度検出素子１３とは接続される。したがって、アルミ配線１４を介して温度検出素子１３は信号処理部２０に接続される。なお、指紋のピッチが数百μｍ程度であることを考慮し、隣接する各温度検出素子１３間のピッチは、５０〜１００μｍ程度にしている。また、温度検出素子１３の厚さは、０．１〜１μｍ程度である。
【００２６】
温度検出素子１３およびアルミ配線１４を含む基板１２の上部には、絶縁膜１５が形成される。これは、温度検出素子１３やアルミ配線１４と、検出面１１に載置される指との間の電気的導通を防止するためである。絶縁膜１５は、たとえば、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃などの絶縁性材料によって実現される。
【００２７】
絶縁膜１５の上部には、温度検出素子１３の上部を除いた領域に保護樹脂１８が形成される。この保護樹脂１８は、たとえば感光性ポリベンゾオキサゾールによって実現され、厚さは２〜５μｍ程度である。絶縁膜１５の上部であって温度検出素子１３の上部および保護樹脂１８の上部には、メッキ下地層１６を介して硬質金属１７が形成され、硬質金属１７の表面は平坦化処理によって平坦な検出面１１が形成される。この硬質金属１７は、無電解Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキや無電解Ｎｉ−Ｐメッキなどによって形成され、厚さは３〜６μｍ程度である。また、メッキ下地層１６は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎｉ／ＣｒまたはＮｉ／Ｔｉなどによって形成され、厚さは０．１〜０．２μｍ程度であり、メッキ層の核形成を助ける役割をもつ。なお、保護樹脂１８の上部に形成された硬質金属１７の膜厚は、１〜３μｍ程度の薄さにしている。
【００２８】
ここで、温度検出素子１３の上部には、薄い絶縁膜１５のみを介して熱伝導性が高い硬質金属１７に接続され、一方、温度検出素子１３以外の上部には、熱伝導性が低い保護樹脂１８を介して硬質金属１７に接続されるため、温度検出素子１３の上部に対応する検出面１１に載置される指の検出精度が高くなる。また、検出面１１は、硬質金属１７によって全面が覆われ、かつ平坦化されているため、機械的強度が高まる。
【００２９】
なお、図３に示すように、アルミ配線１４が温度検出素子１３と接続される場合、温度検出素子１３の水平方向端部においてアルミ配線１４が重なるように形成され、この水平方向端部の厚みがやや厚くなるが、絶縁膜１５の厚みが薄く、かつ硬質金属１７の表面が平坦化されるため、上述した機械的強度および検出精度には大きな影響を及ぼさない。
【００３０】
つぎに、図４を参照して、図２に示した指紋検出部１０の製造方法について説明する。図４において、まず、基板１２上に温度検出素子１３、アルミ配線１４の順序でそれぞれ形成し、さらに温度検出素子１３およびアルミ配線１４を含む基板１２の上面に絶縁膜１５を形成する（図４（ａ））。温度検出素子１３およびアルミ配線１４の形成は、通常の半導体製造プロセスによって行われる。
【００３１】
その後、保護樹脂１８を形成する。保護樹脂１８の形成は、感光性ポリベンゾオキサゾールなどの感光性の保護膜材料を絶縁膜１５上に厚さ２〜５μｍ程度塗布し、露光によってパターンニングすることによって形成する（図４（ｂ））。なお、保護樹脂１８は、感光性の塗布ガラス材料（ＳＯＧ）によって形成してもよい。また、感光性のないウェハコート材料、たとえばポリイミドや、感光性のない塗布ガラス材料（ＳＯＧ）を塗布し、フォトリソグラフィおよびエッチング工程によってパターニングを行い、感光性のあるウェハ保護樹脂や感光性のあるＳＯＧと同様にして保護樹脂１８を形成するようにしてもよい。
【００３２】
その後、メッキ下地層１６を形成する。このメッキ下地層１６は、露出した絶縁膜１５および保護樹脂１８の表面全面に対してＴｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎｉ／ＣｒまたはＮｉ／Ｔｉなどをスパッタによって０．１〜０．２μｍ成膜する（図４（ｃ））。このメッキ下地層１６を形成するのは、つぎの工程によって形成される硬質金属１７のメッキ層の核形成を助けるためである。
【００３３】
つぎに、メッキ下地層１６の上部に硬質金属１７をメッキする。この場合、無電解Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキや無電解Ｎｉ−Ｐメッキなどによってメッキ皮膜を形成する（図４（ｄ））。この無電解Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキや無電解Ｎｉ−Ｐメッキなどによって形成された硬質金属１７は、摺動用表面処理にしばしば用いられ、表面硬さが高く、高い耐摩耗性を有している。なお、この工程では、無電解メッキを行うようにしているが、電解メッキ法を用いてメッキを施してもよい。この場合におけるメッキ厚は、温度検出素子１３上に形成されるメッキの最低位置が、保護樹脂１８の最上面から１〜３μｍ程度高くなるまでメッキする。
【００３４】
その後、形成された硬質金属１７のメッキの平坦化処理を行う（図４（ｅ））。この平坦化処理は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理によって硬質金属１７の表面を平坦化する。ＣＭＰとは、研磨剤の入った化学薬品と機械的な砥石とを用いて磨く処理である。この平坦化処理によって検出面１１は、鏡面化されて凹凸がなくなり、指の摺動繰り返しによる摩耗および応力集中が少なくなり、この点からも、機械的強度が高まる。また、検出面１１の凹凸がなくなることは、検出面１１の凹凸に左右されず、指の凹凸がそのまま検出面１１に現れ、検出精度が高まることにもなる。
【００３５】
また、保護樹脂１８の膜厚も２〜５μｍ程度の厚さを有しているため、この保護樹脂１８によって、温度検出素子１３側の突出した硬質金属１７の凸部の機械的強度を増すことができる。
【００３６】
さて、上述した製造方法によって形成された指紋検出部１０の全体概要は、図５に示したように、マトリクス状の各温度検出素子１３上に形成された硬質金属１７の凸部１９が、温度検出素子１３の配置状態に対応して形成されることなる。
【００３７】
つぎに、図１に示した信号処理部２０内に設けられる検知回路の構成について説明する。図６は、図１に示した信号処理部２０内に設けられる検知回路の回路構成の一例を示す図である。
【００３８】
図６において、検知回路２２は、指紋検出部１０内に設けられた温度センサの役割を果たす各温度検出素子１３から温度に関するデータを受け取って温度を検知する回路である。具体的には、各温度検出素子１３を繋ぐ水平方向（行方向）に延びた２５６本のアルミ配線１４と、垂直方向（列方向）に延びた２５６本のアルミ配線１４をとを介して温度に関するデータを受け取る。なお、図６に示したＩＶアンプおよび差動アンプなどの回路は、温度信号を変換、増幅、ラッチする回路である。
【００３９】
加熱および温度検出は、信号処理部２０によっていずれかの行を選択し、この選択した行の温度検出素子１３に所定電圧を印加することで行う。また、この選択する行を順次切り替え走査していくことで、全ての温度検出素子１３について同様の加熱、温度検出を行うことができる。
【００４０】
なお、加熱、温度検出を１行ずつ行っているのは、温度信号をラッチする検知回路２２を各列毎にしか設けていないからである。このラッチする回路部を各行各列毎に設ければ、全ての温度検出素子１３について一斉に加熱し、温度検出することができる。信号処理部２０は、検知回路２２以外に指紋のパターンを検出して指紋画像を生成する処理部を有する。
【００４１】
ここで、指紋検出装置１を用いた指紋の検出概念について説明する。まず、認証者が検出面１１に指を載置して所定の検出開始操作を行うと、信号処理部２０は、アルミ配線１４を介して温度抵抗素子１３のそれぞれに所定電圧を印加し、各温度抵抗素子１３をそれぞれ発熱させる。これによって、検出面１１には指紋の形状（パターン）に対応した温度分布が生じる。
【００４２】
この場合、指紋の谷部では、皮膚と検出面１１との間に断熱体である空気が介在しており、両者が直接接触することはないので、温度検出素子１３によって発生した熱が検出面１１から皮膚へと逃げにくく、温度検出素子１３近傍の温度が高くなる。
【００４３】
これに対して、指紋の山部では、皮膚が検出面１１と直接的に接触するため、検出面１１から皮膚へと熱が逃げやすいので、温度検出素子１３近傍の温度が低下する。特に、この実施の形態１では、検出面１１が鏡面化され平坦であるため、皮膚との接触が確実なものとなり、検出面１１から指への熱伝導が良好になる。
【００４４】
このようにして、検出面１１に温度分布が生じると、引き続きこの温度分布を計測する。具体的には、信号処理部２０は、アルミ配線１４を介して各温度検出素子１３に所定電圧を印加し、そのとき流れる電流値を計測することによって温度を検出する。さらに、このようにして得た温度分布をもとに指紋画像を生成する。
【００４５】
ところで、上述した実施の形態１では、温度検出素子１３が温度センサとヒータとを兼ねた一層構造のものであったが、これに限らず、ヒータを別構成とした二層構造としてもよい（特願２００１−３６９３４８参照）。図７は、この発明の実施の形態１である指紋検出装置の指紋検出部１０の変形例を示す図である。図７に示した断面構造では、図２に示した温度検出素子１３と絶縁膜１５とからなる温度検出素子層を、センサ層とヒータ層との２層に縦方向に分離した構成としている。センサ層は、温度を検出するセンサ１３ａと絶縁膜１５ａとからなり、ヒータ層は、センサ１３ａの下部に対応して設けられ、その近傍を加熱するヒータ１３ｂと絶縁膜１５ｂとからなる。この場合、センサ１３ａとしては、抵抗型のセンサに限らず、焦電型のセンサや熱電対を用いることができ、柔軟な構成とすることができる。このような構成としても、図２に示した指紋検出部１０と同様な作用効果を有する。
【００４６】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、図２に示した指紋検出部１０の製造工程における平坦化処理をＣＭＰ処理によって行っていたが、この実施の形態２では、レベリング剤が添加されたメッキ浴を用いて硬質金属１７の平坦化処理を行うようにしている。なお、最終的に形成される指紋検出部１０の構成は、実施の形態１と同じである。
【００４７】
図８は、この発明の実施の形態２である指紋検出装置の指紋検出部の製造方法を示す図である。図８において、メッキ下地層１６を形成するまでの工程（図８（ａ）〜図８（ｃ））は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示した工程と全く同じである。
【００４８】
メッキ下地層１６が形成された後、図４（ｄ）に示したメッキ時にレベリング剤を添加して硬質金属１７を形成する（図８（ｄ））。メッキ浴にレベリング剤を添加することによって、温度検出素子１３上の凹部を埋めて硬質金属１７の表面が平滑化される。これによって、比較的コストがかかるＣＭＰ処理を行うまでもなく、簡易かつ短時間に検出面１１が平坦化された指紋検出部１０を形成することができる。
【００４９】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２ではいずれも平坦化処理を行うようにしていたが、この実施の形態３では、平坦化処理を行わずに、スパッタによる硬質金属膜３３の成膜によって検出面１１を形成している。
【００５０】
図９は、この発明の実施の形態３である指紋検出装置の指紋検出部の断面構造を示す図である。図９において、この指紋検出部は、図２に示した指紋検出部の硬質金属１７に代えて、温度検出素子１３の上部に形成された凹部のみが埋め込まれた硬質金属３２と表面全体をスパッタなどによって成膜された硬質金属膜３３とによって形成される。その他の構成は、実施の形態１と同じである。ただし、メッキ下地層１６に代えてメッキ下地層３１が形成されるが、これは硬質金属３２の形成のみに用いるため、絶縁膜１５の上面全体に形成される。
【００５１】
図１０は、図９に示した指紋検出部の製造工程を示す図である。図１０において、まず実施の形態１と同様に、基板１２上に温度検出素子１３およびアルミ配線１４を形成し、さらに温度検出素子１３およびアルミ配線１４を含む基板１２の上部全体に絶縁層１５を形成する（図１０（ａ））。その後、絶縁層１５の上部全面に、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎｉ／ＣｒまたはＮｉ／Ｔｉなどを厚さ０．１〜０．２μｍ程度、スパッタ成膜してメッキ下地層３１を形成する（図１０（ｂ））。
【００５２】
その後、温度検出素子１３の上部を除いたメッキ下地層３１の上部に保護樹脂１８を形成する。保護樹脂１８の形成は、実施の形態１と同様に、感光性ポリベンゾオキサゾールなどの感光性の保護膜材料をメッキ下地層３１上に厚さ２〜５μｍ程度塗布し、露光によってパターンニングすることによって形成する（図１０（ｃ））。なお、保護樹脂１８は、感光性の塗布ガラス材料（ＳＯＧ）によって形成してもよい。また、感光性のないウェハコート材料、たとえばポリイミドや、感光性のない塗布ガラス材料（ＳＯＧ）を塗布し、フォトリソグラフィおよびエッチング工程によってパターニングを行い、感光性のあるウェハ保護樹脂や感光性のあるＳＯＧと同様にして保護樹脂１８を形成するようにしてもよい。
【００５３】
その後、メッキ下地層３１の上部であって温度検出素子１３の上部に形成され、保護樹脂１８に囲まれた凹部を、無電解Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキや無電解Ｎｉ−Ｐメッキなどによって硬質金属３２を埋め込む（図１０（ｄ））。この硬質金属３２は、硬質金属１７と同じであるが、保護樹脂１８の上部表面とほぼ同じ程度までのメッキ処理に止め、保護樹脂１８に囲まれた凹部の穴埋めを行う。
【００５４】
その後、保護樹脂１８の上面および硬質金属３１の上面を覆うように、ＴｉＮあるいはＴｉＣなどの硬質金属を１〜３μｍ程度、スパッタ成膜し、硬質金属膜３３を形成する（図１０（ｅ））。この硬質金属膜３３の表面は検出面１１を形成し、硬質であって平坦な面が形成される。この結果、実施の形態１，２と同様な高い機械的強度および検出精度を有した指紋検出部１０を製造することができる。
【００５５】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４は、上述した実施の形態３におけるスパッタ成膜による硬質金属膜３３を、メッキ処理によって形成するものである。
【００５６】
すなわち、図１１は、この発明の実施の形態４である指紋検出装置の指紋検出部の断面構造を示す図である。図１１において、この実施の形態４では、実施の形態３に示した硬質金属膜３３に代えて硬質金属メッキ４２を設けるとともに、この硬質金属メッキ４２と、硬質金属３２および保護樹脂１８との間にメッキ下地層４１を設けるようにしている。その他の構成は実施の形態３と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００５７】
図１２は、図１１に示した指紋検出部の製造工程を示す図である。図１２において、硬質金属３２による穴埋めまでの工程（図１２（ａ）〜図１２（ｄ））は、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示した工程と全く同じである。
【００５８】
硬質金属３２による穴埋め工程終了後、硬質金属３２の上面および保護樹脂１８の上面の全面にメッキ下地層４１を形成する（図１２（ｅ））。このメッキ下地層４１は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎｉ／ＣｒまたはＮｉ／Ｔｉなどを厚さ０．１〜０．２μｍ程度に、スパッタ成膜する。
【００５９】
さらに、このメッキ下地層４１の上面全面に、無電解Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキや無電解Ｎｉ−Ｐメッキなどによって硬質金属メッキ４２を形成する。これによって、実施の形態３と同様に、高い機械的強度と検出精度とを得ることができる。
【００６０】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態１〜４では、いずれも最上層に硬質金属１７、硬質金属膜３３、硬質金属メッキ４２を設けていたが、この実施の形態５では、図１３に示すように、これらの硬質金属１７、硬質金属膜３３、硬質金属メッキ４２を設けないようにしている。
【００６１】
これは、硬質金属１７、硬質金属膜３３、硬質金属メッキ４２を設けない場合であっても、温度検出素子１３の上部には、硬質金属１７，３２が設けられ、温度検出素子１３以外の上部には保護樹脂１８が設けられることから、必要十分な機械的強度が得られるからである。一方、温度検出素子１１３の上部の凹部のみに硬質金属が設けられ、しかも検出面１１と温度検出素子１３との間の距離も短くなるため、一層検出精度が高くなる。
【００６２】
図１３に示した構造は、たとえば図４（ｅ）の平坦化工程において、ＣＭＰ処理による研磨をさらに深くし、保護樹脂１８が露出するまで研磨することによって得られる。
【００６３】
また、図８（ｄ）による硬質金属メッキ処理後、保護樹脂１８が露出するまでＣＭＰ処理を行って研磨する工程を追加することによって、図１３に示した構造を得ることができる。
【００６４】
あるいは、図１０（ｄ）または図１２（ｄ）に示した硬質金属メッキによる穴埋め処理によって工程を終了することによっても、図１３に示した構造を得ることができる。
【００６５】
このような製造方法によって形成された指紋検出部１０の全体概要は、図１４に示したように、マトリクス状の各温度検出素子１３上に形成された硬質金属１７の埋込部１９ａが、温度検出素子１３の配置状態に対応して形成されることなり、硬質金属１７の上面は露出し、検出面１１として機能する。
【００６６】
この実施の形態５では、簡易な構成によって、必要十分な機械的強度を得ることができるとともに、一層高い検出精度を得ることができる。
【００６７】
なお、上述した実施の形態１〜４において、硬質金属１７上の最表面（検知面１１）にＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄，ダイヤモンドライクカーボンなどの硬質膜を、ＣＶＤ法などによって形成するようにすれば、さらに機械的強度を向上させることができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、基板上に配列された複数の温度検出素子および各温度検出素子を接続する配線を含む温度検出層と、前記温度検出層上に形成された絶縁層とを有し、低熱伝導性材料によって各温度検出素子の上部領域を除いた前記絶縁層上に保護層を形成し、高熱伝導性かつ硬質の材料を用いて少なくとも各温度検出素子の上部領域を埋め込んだ硬質層を形成するようにし、上部領域が高熱伝導率であって上部領域以外の領域すなわち保護層が低熱伝導率であることから、検出精度が高くなるとともに、少なくとも上部領域が硬質の材料で形成されていることから、高い機械的強度を得ることができる。
【００６９】
また、請求項２の発明によれば、前記硬質層を、各温度検出素子の上部領域および前記保護層上に形成することによって、上部全面を硬質の材料によって覆うことができ、一層機械的強度を高めることができる。
【００７０】
また、請求項３の発明によれば、前記硬質層または前記硬質層および前記保護層の表面を平坦化し、最上面に載置される指の摺動に伴う摩耗を小さくするとともに、指の凹凸を確実に反映することから検出精度をさらに高めることができる。
【００７１】
また、請求項４の発明によれば、前記温度検出素子を一層の抵抗層とし、温度センサおよびヒータとして機能させるようにしているので、小型軽量化を促進することができる。
【００７２】
また、請求項５の発明によれば、前記温度検出素子の下部領域あるいは上部領域に対応して設けられた複数のヒータおよび各ヒータを接続する配線を含むヒータ層を、前記温度検出層の下層あるいは上層にさらに形成し、温度センサの機能とヒータの機能とを別層としているので、温度センサとしての温度検出素子を柔軟に構成することができ、検出精度の向上が可能となる。
【００７３】
また、請求項６の発明によれば、基板上に配列された複数の温度検出素子および各温度検出素子を接続する配線を含む温度検出層を形成し、さらに前記温度検出層上に絶縁層を形成した後、保護層形成工程によって、各温度検出素子の上部領域を除いた前記絶縁層上に低熱伝導性材料によって保護層を形成し、硬質層形成工程によって、高熱伝導性かつ硬質の材料によって少なくとも各温度検出素子の上部領域を埋め込んだ硬質層を形成するようにし、上部領域が高熱伝導率であって上部領域以外の領域すなわち保護層が低熱伝導率であることから、検出精度が高くなるとともに、少なくとも上部領域が硬質の材料で形成されていることから、高い機械的強度をもつ指紋検出装置を製造することができる。
【００７４】
また、請求項７の発明によれば、前記硬質層形成工程が、各温度検出素子の上部領域および前記保護層上に硬質層を形成することによって、上部全面を硬質の材料によって覆うことができ、一層機械的強度が高められた指紋検出装置を製造することができる。
【００７５】
また、請求項８の発明によれば、平坦化工程が、前記硬質層または前記硬質層および前記保護層の表面を平坦化することによって、最上面に載置される指の摺動に伴う摩耗を小さくするとともに、指の凹凸を確実に反映することから検出精度をさらに高めた指紋検出装置を製造することができる。
【００７６】
また、請求項９の発明によれば、前記平坦化工程をＣＭＰ処理によって行うようにし、精度の高い平坦化を実現することができ、高い機械的強度と検出精度をもつ指紋検出装置を製造することができる。
【００７７】
また、請求項１０の発明によれば、前記平坦化工程を、メッキ浴にレベリング剤を添加したメッキ処理によって行うようにし、レベリング剤の添加という簡易な処理によって、メッキ処理と同時に平坦化を行うことができる。
【００７８】
また、請求項１１の発明によれば、前記硬質層形成工程が、下部硬質層形成工程によって、各温度検出素子の上部領域に下部硬質層を埋め込み、上部硬質層形成工程によって、前記下部硬質層と前記保護層との各上面に上部硬質層を形成するようにし、最上部表面の平坦化を簡易に行うことができる。
【００７９】
また、請求項１２の発明によれば、下地層形成工程によって、前記硬質層、前記下部硬質層または前記上部硬質層の形成前に前記硬質層、前記下部硬質層または前記上部硬質層を形成する下地層を形成するようにしているので、前記硬質層、前記下部硬質層または前記上部硬質層をメッキ処理によって形成する場合、確実な層形成を行うことができる。
【００８０】
また、請求項１３の発明によれば、前記温度検出素子を抵抗層とし、温度センサおよびヒータとして機能させるようにしているので、小型軽量化が促進された指紋検出装置を製造することができる。
【００８１】
また、請求項１４の発明によれば、ヒータ層形成工程によって、前記温度検出素子の下部領域あるいは上部領域に対応して設けられた複数のヒータおよび各ヒータを接続する配線を含むヒータ層を、前記温度検出層の下層あるいは上層にさらに形成し、温度センサの機能とヒータの機能とを別層としているので、温度センサとしての温度検出素子を柔軟に構成することができ、検出精度の向上が可能な指紋検出装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である指紋検出装置の概要構成を示す図である。
【図２】図１に示した指紋検出部の断面構造を示す図である。
【図３】アルミ配線が温度検出素子に接続された状態の断面構造を示す図である。
【図４】図２に示した指紋検出部の製造工程を示す図である。
【図５】図２に示した指紋検出部の構造を示す一部断面を含む斜視図である。
【図６】図１に示した信号処理部内に設けられる検知回路の回路構成の一例を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１である指紋検出装置の指紋検出部の変形例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２である指紋検出装置の指紋検出部の製造工程を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３である指紋検出装置の指紋検出部の断面構造を示す図である。
【図１０】図９に示した指紋検出部の製造工程を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態４である指紋検出装置の指紋検出部の断面構造を示す図である。
【図１２】図１１に示した指紋検出部の製造工程を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態５である指紋検出装置の指紋検出部の断面構造を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態５である指紋検出部の構造を示す一部断面を含む斜視図である。
【符号の説明】
１指紋検出装置
１０指紋検出部
１１検出面
１２基板
１３温度検出素子
１３ａセンサ
１３ｂヒータ
１４アルミ配線
１５，１５ａ，１５ｂ絶縁膜
１６，３１，４１メッキ下地層
１７，３２硬質金属
１８保護樹脂
１９凸部
１９ａ埋込部
２０信号処理部
２２検知回路
３３硬質金属膜
４２硬質金属メッキ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fingerprint detection device that detects a fingerprint based on a difference in heat transfer characteristics between a valley portion and a peak portion of a fingerprint, and a method for manufacturing the fingerprint detection device, and particularly to a fingerprint detection device having high mechanical strength and detection accuracy, and It relates to the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when performing personal authentication using a fingerprint, it is common to optically acquire an input fingerprint image and collate it with a reference fingerprint image registered in advance. However, this method of optically acquiring an input fingerprint image has a problem that it is vulnerable to dust and dirt and is difficult to downsize.
[0003]
For this reason, recently, a technique for detecting a fingerprint image using a difference in heat transfer characteristics between a valley portion and a peak portion of a fingerprint has attracted attention. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-503347, the temperature of each detection member is measured by heating the detection member with a heat source, and the heat loss from the detection member to the heat conduction surface is compared with the amount of heat supplied. And a fingerprint detector that forms an image based on the measured change in heat loss.
[0004]
In this fingerprint detector, the skin of the fingerprint is in contact with the detection surface, so heat loss to the skin is large, and in the fingerprint valley, there is air that forms a thermal insulator between the detection surface and the skin. Therefore, using the characteristic that heat loss is small, the crest and trough of the fingerprint are reconstructed as an image. Here, in this fingerprint detector, a protective layer is provided on the uppermost surface so that the internal temperature detection elements and wirings are not destroyed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional fingerprint detector, the provision of the protective layer increases the distance between the detection element and the finger to be detected, deteriorates the heat conduction between the detection element and the finger, and provides sufficient detection accuracy. There was a problem that it could not be obtained.
[0006]
On the other hand, if the protective layer is made too thin, the thermal conductivity is improved and the detection accuracy is improved, but the mechanical strength against the detection element and wiring is lowered, and there is a problem that the function as the protective layer is not performed. .
[0007]
The present invention eliminates the problems caused by the prior art described above, and can maintain a sufficient mechanical strength with respect to detection elements, wirings, and the like, and can provide a high detection accuracy and a method for manufacturing the same. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a fingerprint detection apparatus according to claim 1 includes a temperature detection layer including a plurality of temperature detection elements arranged on a substrate and wiring connecting the temperature detection elements, At least each of the insulating layer formed on the temperature detection layer, the protective layer formed on the insulating layer excluding the upper region of each temperature detection element with a low thermal conductivity material, and the high thermal conductivity and hard material. And a hard layer embedded in an upper region of the temperature detecting element.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the fingerprint detection apparatus according to the first aspect, the hard layer is formed on an upper region of each temperature detection element and the protective layer.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the fingerprint detecting device according to the first or second aspect, wherein the hard layer or the surface of the hard layer and the protective layer is flattened.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the fingerprint detection apparatus according to any one of the first to third aspects, the temperature detection element is a resistance layer and functions as a temperature sensor and a heater.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the fingerprint detection device according to any one of the first to third aspects, wherein a plurality of heaters provided corresponding to the lower region or the upper region of the temperature detection element and the heaters are connected. A heater layer including wiring to be formed is further formed in a lower layer or an upper layer of the temperature detection layer.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a fingerprint detection device, comprising: a temperature detection layer forming step of forming a temperature detection layer including a plurality of temperature detection elements arranged on a substrate and wiring connecting the temperature detection elements; An insulating layer forming step of forming an insulating layer on the temperature detecting layer; a protective layer forming step of forming a protective layer on the insulating layer excluding an upper region of each temperature detecting element using a low thermal conductive material; and a high thermal conductivity And a hard layer forming step of forming a hard layer in which at least the upper region of each temperature detecting element is embedded with a hard and hard material.
[0014]
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a fingerprint detection device according to the sixth aspect of the invention, the hard layer forming step forms a hard layer on the upper region of each temperature detecting element and the protective layer. And
[0015]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a fingerprint detection device according to the sixth or seventh aspect, wherein the hard layer forming step is performed to flatten a surface of the hard layer or the hard layer and the protective layer. Including a process.
[0016]
According to a ninth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a fingerprint detection device according to the eighth aspect of the invention, the planarization step is performed by a CMP process.
[0017]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a fingerprint detection device according to the eighth aspect, wherein the flattening step is performed by a plating process in which a leveling agent is added to a plating bath.
[0018]
The method for manufacturing a fingerprint detection device according to claim 11 is the manufacturing method of a fingerprint detection device according to any one of claims 6 to 10, wherein the hard layer forming step includes a lower hard layer in which a lower hard layer is embedded in an upper region of each temperature detection element. A layer forming step and an upper hard layer forming step of forming an upper hard layer on each upper surface of the lower hard layer and the protective layer.
[0019]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing the fingerprint detection device according to any one of the sixth to eleventh aspects, wherein the hard layer, the lower hard layer, or the upper hard layer is formed before the hard layer, the upper hard layer is formed. The method further includes an underlayer forming step of forming an underlayer for forming the lower hard layer or the upper hard layer.
[0020]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a fingerprint detecting device according to any one of the sixth to twelfth aspects, wherein the temperature detecting element is a resistance layer and functions as a temperature sensor and a heater. To do.
[0021]
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a fingerprint detection device according to any one of the sixth to twelfth aspects, wherein a plurality of heaters provided corresponding to a lower region or an upper region of the temperature detection element and The method further includes a heater layer forming step of further forming a heater layer including wiring for connecting the heater in a lower layer or an upper layer of the temperature detection layer.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a fingerprint detection apparatus and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0023]
(Embodiment 1)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fingerprint detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the fingerprint detection apparatus 1 includes a fingerprint detection unit 10 that detects a fingerprint image and a signal processing unit 20 that performs signal processing. The fingerprint detection device 1 is a fingerprint detection device that acquires a fingerprint image by a heat conduction method. A plurality of heaters and temperature detection elements are formed in a matrix form below the detection surface 11 of the fingerprint detection unit 10 to detect a finger. In a state of being placed on the surface 11, heating is sequentially performed for each line, and a temperature increase immediately after that is detected by a plurality of temperature detection elements to obtain a fingerprint image. That is, when the convex portion of the finger exists on the temperature detection element, the heat given by the heater largely flows out to the convex portion, and when the convex portion of the finger does not exist on the temperature detection element, the air having low thermal conductivity Since the heat is applied to the finger by the heater, the temperature detection element detects the temperature difference based on the magnitude of the heat flow. Will do.
[0024]
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of the fingerprint detection unit 10 shown in FIG. In FIG. 2, the fingerprint detection unit 10 has a temperature detection element 13 and an aluminum wiring 14 formed on a substrate 12. The substrate 12 is formed of quartz, glass, polyimide, alumina, Si whose surface is insulated, or the like, and may be other insulating materials. The temperature detection element 13 functions as a temperature sensor that detects the temperature and also has a function as a heater that heats the detection surface 11 and is realized by a material that functions as a resistor. Specifically, it is realized by a resistor material such as polysilicon, amorphous silicon, or ITO.
[0025]
The aluminum wiring 14 is a wiring for energizing the temperature detection element 13, and the aluminum wiring 14 and the temperature detection element 13 are connected at a predetermined location (not shown). Therefore, the temperature detection element 13 is connected to the signal processing unit 20 via the aluminum wiring 14. Considering that the pitch of fingerprints is about several hundred μm, the pitch between adjacent temperature detecting elements 13 is set to about 50 to 100 μm. Moreover, the thickness of the temperature detection element 13 is about 0.1-1 micrometer.
[0026]
An insulating film 15 is formed on the substrate 12 including the temperature detecting element 13 and the aluminum wiring 14. This is to prevent electrical continuity between the temperature detection element 13 and the aluminum wiring 14 and the finger placed on the detection surface 11. For example, the insulating film 15 is made of SiO. ₂ , Si _Three N _Four , Diamond, diamond-like carbon, Ta ₂ O _Five , Al ₂ O _Three It is realized by insulating materials such as.
[0027]
A protective resin 18 is formed on the insulating film 15 in a region excluding the upper portion of the temperature detecting element 13. The protective resin 18 is realized by, for example, photosensitive polybenzoxazole and has a thickness of about 2 to 5 μm. A hard metal 17 is formed on the insulating film 15 above the temperature detecting element 13 and the protective resin 18 via a plating base layer 16, and the surface of the hard metal 17 is detected flat by a flattening process. Surface 11 is formed. The hard metal 17 is formed by electroless Ni—P—B plating, electroless Ni—P plating, or the like, and has a thickness of about 3 to 6 μm. The plating base layer 16 is formed of Ti, Cr, Ni, Ni / Cr, Ni / Ti, or the like, and has a thickness of about 0.1 to 0.2 μm, and has a role of assisting nucleation of the plating layer. . The film thickness of the hard metal 17 formed on the upper portion of the protective resin 18 is about 1 to 3 μm.
[0028]
Here, the upper part of the temperature detection element 13 is connected to the hard metal 17 having high thermal conductivity only through the thin insulating film 15, while the upper part other than the temperature detection element 13 is protected with low thermal conductivity. Since it is connected to the hard metal 17 through the resin 18, the detection accuracy of the finger placed on the detection surface 11 corresponding to the upper part of the temperature detection element 13 is increased. Further, since the detection surface 11 is entirely covered with the hard metal 17 and is flattened, the mechanical strength is increased.
[0029]
As shown in FIG. 3, when the aluminum wiring 14 is connected to the temperature detection element 13, the aluminum wiring 14 is formed so as to overlap at the horizontal end of the temperature detection element 13, and the thickness of this horizontal end is However, since the insulating film 15 is thin and the surface of the hard metal 17 is flattened, the mechanical strength and detection accuracy described above are not greatly affected.
[0030]
Next, with reference to FIG. 4, a manufacturing method of the fingerprint detection unit 10 shown in FIG. 2 will be described. 4, first, a temperature detection element 13 and an aluminum wiring 14 are formed in this order on a substrate 12, and an insulating film 15 is formed on the upper surface of the substrate 12 including the temperature detection element 13 and the aluminum wiring 14 (FIG. 4). (A)). The temperature detecting element 13 and the aluminum wiring 14 are formed by a normal semiconductor manufacturing process.
[0031]
Thereafter, the protective resin 18 is formed. The protective resin 18 is formed by applying a photosensitive protective film material such as photosensitive polybenzoxazole on the insulating film 15 to a thickness of about 2 to 5 μm and patterning it by exposure (FIG. 4B). ). The protective resin 18 may be formed of a photosensitive coated glass material (SOG). In addition, a non-photosensitive wafer coating material, such as polyimide or non-photosensitive coated glass material (SOG), is applied and patterned by photolithography and etching processes to form a photosensitive wafer protective resin or photosensitive material. The protective resin 18 may be formed in the same manner as SOG.
[0032]
Thereafter, a plating base layer 16 is formed. The plating base layer 16 is formed by sputtering 0.1 to 0.2 μm of Ti, Cr, Ni, Ni / Cr, Ni / Ti, or the like on the entire surface of the exposed insulating film 15 and protective resin 18 ( FIG. 4 (c)). The reason for forming the plating base layer 16 is to help the nucleation of the plating layer of the hard metal 17 formed by the following process.
[0033]
Next, the hard metal 17 is plated on the upper part of the plating base layer 16. In this case, a plating film is formed by electroless Ni—P—B plating or electroless Ni—P plating (FIG. 4D). The hard metal 17 formed by the electroless Ni—P—B plating or the electroless Ni—P plating is often used for surface treatment for sliding, has a high surface hardness, and has high wear resistance. . In this step, electroless plating is performed, but plating may be performed using an electrolytic plating method. The plating thickness in this case is plated until the lowest position of the plating formed on the temperature detection element 13 is about 1 to 3 μm higher than the uppermost surface of the protective resin 18.
[0034]
Thereafter, the formed hard metal 17 is flattened (FIG. 4E). In this flattening process, the surface of the hard metal 17 is flattened by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process. CMP is a process of polishing using a chemical containing an abrasive and a mechanical grindstone. By this flattening process, the detection surface 11 is mirror-finished so that there are no irregularities, wear and stress concentration due to repeated sliding of the finger is reduced, and also in this respect, the mechanical strength is increased. Further, the fact that the unevenness of the detection surface 11 is eliminated does not depend on the unevenness of the detection surface 11, and the unevenness of the finger appears on the detection surface 11 as it is, and the detection accuracy increases.
[0035]
In addition, since the protective resin 18 has a thickness of about 2 to 5 μm, the protective resin 18 increases the mechanical strength of the protruding portion of the hard metal 17 protruding on the temperature detection element 13 side. Can do.
[0036]
Now, as shown in FIG. 5, the overall outline of the fingerprint detection unit 10 formed by the manufacturing method described above is that the convex portions 19 of the hard metal 17 formed on the matrix temperature detection elements 13 have the temperature It is formed corresponding to the arrangement state of the detection element 13.
[0037]
Next, the configuration of the detection circuit provided in the signal processing unit 20 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a detection circuit provided in the signal processing unit 20 illustrated in FIG. 1.
[0038]
In FIG. 6, a detection circuit 22 is a circuit that receives temperature-related data from each temperature detection element 13 that functions as a temperature sensor provided in the fingerprint detection unit 10 and detects the temperature. Specifically, the temperature is set via 256 aluminum wires 14 extending in the horizontal direction (row direction) connecting the temperature detection elements 13 and 256 aluminum wires 14 extending in the vertical direction (column direction). Receive data about. The circuits such as the IV amplifier and the differential amplifier shown in FIG. 6 are circuits that convert, amplify, and latch the temperature signal.
[0039]
Heating and temperature detection are performed by selecting one of the rows by the signal processing unit 20 and applying a predetermined voltage to the temperature detection element 13 of the selected row. Further, by sequentially switching and scanning the selected rows, the same heating and temperature detection can be performed for all the temperature detection elements 13.
[0040]
The reason why heating and temperature detection are performed for each row is that a detection circuit 22 that latches a temperature signal is provided only for each column. If this latching circuit portion is provided for each row and column, all the temperature detection elements 13 can be heated at the same time to detect the temperature. In addition to the detection circuit 22, the signal processing unit 20 includes a processing unit that detects a fingerprint pattern and generates a fingerprint image.
[0041]
Here, the concept of fingerprint detection using the fingerprint detection apparatus 1 will be described. First, when the authenticator places a finger on the detection surface 11 and performs a predetermined detection start operation, the signal processing unit 20 applies a predetermined voltage to each of the temperature resistance elements 13 via the aluminum wiring 14, Each of the temperature resistance elements 13 generates heat. As a result, a temperature distribution corresponding to the shape (pattern) of the fingerprint is generated on the detection surface 11.
[0042]
In this case, since the air as a heat insulator is interposed between the skin and the detection surface 11 in the valley portion of the fingerprint and the two are not in direct contact with each other, the heat generated by the temperature detection element 13 is detected by the detection surface. 11 is difficult to escape from the skin, and the temperature in the vicinity of the temperature detecting element 13 is increased.
[0043]
On the other hand, since the skin is in direct contact with the detection surface 11 at the peak portion of the fingerprint, heat easily escapes from the detection surface 11 to the skin, and the temperature in the vicinity of the temperature detection element 13 decreases. In particular, in the first embodiment, since the detection surface 11 is mirror-finished and flat, contact with the skin is ensured, and heat conduction from the detection surface 11 to the finger is improved.
[0044]
Thus, if temperature distribution arises in the detection surface 11, this temperature distribution will be measured continuously. Specifically, the signal processing unit 20 detects a temperature by applying a predetermined voltage to each temperature detection element 13 via the aluminum wiring 14 and measuring a current value flowing at that time. Furthermore, a fingerprint image is generated based on the temperature distribution thus obtained.
[0045]
By the way, in the first embodiment described above, the temperature detecting element 13 has a single-layer structure that serves both as a temperature sensor and a heater. (See Japanese Patent Application 2001-369348). FIG. 7 is a diagram showing a modification of the fingerprint detection unit 10 of the fingerprint detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the cross-sectional structure shown in FIG. 7, the temperature detection element layer composed of the temperature detection element 13 and the insulating film 15 shown in FIG. 2 is separated into two layers of a sensor layer and a heater layer in the vertical direction. The sensor layer includes a sensor 13a that detects temperature and an insulating film 15a, and the heater layer includes a heater 13b and an insulating film 15b that are provided corresponding to the lower portion of the sensor 13a and heat the vicinity thereof. In this case, the sensor 13a is not limited to a resistance type sensor, and a pyroelectric sensor or a thermocouple can be used, and a flexible configuration can be achieved. Such a configuration also has the same operational effect as the fingerprint detection unit 10 shown in FIG.
[0046]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the flattening process in the manufacturing process of the fingerprint detection unit 10 shown in FIG. 2 is performed by the CMP process. However, in the second embodiment, a plating bath to which a leveling agent is added is used. Thus, the flattening process of the hard metal 17 is performed. The configuration of the fingerprint detection unit 10 finally formed is the same as that of the first embodiment.
[0047]
FIG. 8 is a diagram showing a method for manufacturing the fingerprint detection unit of the fingerprint detection apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 8, the steps (FIGS. 8A to 8C) until the plating base layer 16 is formed are exactly the same as the steps shown in FIGS. 4A to 4C.
[0048]
After the plating base layer 16 is formed, a leveling agent is added at the time of plating shown in FIG. 4D to form the hard metal 17 (FIG. 8D). By adding a leveling agent to the plating bath, the concave portion on the temperature detecting element 13 is filled and the surface of the hard metal 17 is smoothed. Accordingly, the fingerprint detection unit 10 in which the detection surface 11 is flattened can be formed easily and in a short time without performing a relatively expensive CMP process.
[0049]
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first and second embodiments, the planarization process is performed. In the third embodiment, the detection surface 11 is formed by forming the hard metal film 33 by sputtering without performing the planarization process. Is forming.
[0050]
FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure of the fingerprint detection unit of the fingerprint detection apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 9, this fingerprint detector is sputtered with a hard metal 32 in which only a recess formed in the upper part of the temperature detecting element 13 is embedded, instead of the hard metal 17 of the fingerprint detector shown in FIG. And the hard metal film 33 formed by the above method. Other configurations are the same as those in the first embodiment. However, a plating base layer 31 is formed in place of the plating base layer 16, but this is used only for the formation of the hard metal 32, and thus is formed on the entire upper surface of the insulating film 15.
[0051]
FIG. 10 is a diagram illustrating a manufacturing process of the fingerprint detection unit illustrated in FIG. 9. 10, first, similarly to the first embodiment, the temperature detecting element 13 and the aluminum wiring 14 are formed on the substrate 12, and the insulating layer 15 is formed on the entire upper portion of the substrate 12 including the temperature detecting element 13 and the aluminum wiring 14. This is formed (FIG. 10A). Thereafter, Ti, Cr, Ni, Ni / Cr, Ni / Ti, or the like is sputtered to a thickness of about 0.1 to 0.2 μm over the entire upper surface of the insulating layer 15 to form a plating underlayer 31 (FIG. 10 (b)).
[0052]
Thereafter, the protective resin 18 is formed on the upper portion of the plating base layer 31 excluding the upper portion of the temperature detecting element 13. As in the first embodiment, the protective resin 18 is formed by applying a photosensitive protective film material such as photosensitive polybenzoxazole on the plating base layer 31 to a thickness of about 2 to 5 μm and patterning it by exposure. (FIG. 10C). The protective resin 18 may be formed of a photosensitive coated glass material (SOG). In addition, a non-photosensitive wafer coating material such as polyimide or a non-photosensitive coated glass material (SOG) is applied, and patterning is performed by photolithography and an etching process, so that a photosensitive wafer protection resin or photosensitive resin is applied. The protective resin 18 may be formed in the same manner as SOG.
[0053]
Thereafter, a recess formed on the plating base layer 31 and on the temperature detection element 13 and surrounded by the protective resin 18 is made of a hard metal by electroless Ni—P—B plating or electroless Ni—P plating. 32 is embedded (FIG. 10D). The hard metal 32 is the same as the hard metal 17, but the plating process is stopped to the same extent as the upper surface of the protective resin 18, and the recesses surrounded by the protective resin 18 are filled.
[0054]
Thereafter, a hard metal such as TiN or TiC is sputtered to cover the top surface of the protective resin 18 and the top surface of the hard metal 31 to form a hard metal film 33 (FIG. 10E). . The surface of the hard metal film 33 forms the detection surface 11, and a hard and flat surface is formed. As a result, the fingerprint detection unit 10 having high mechanical strength and detection accuracy similar to those of the first and second embodiments can be manufactured.
[0055]
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, the hard metal film 33 formed by sputtering in the third embodiment is formed by plating.
[0056]
That is, FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional structure of the fingerprint detection unit of the fingerprint detection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 11, in the fourth embodiment, a hard metal plating 42 is provided instead of the hard metal film 33 shown in the third embodiment, and between the hard metal plating 42 and the hard metal 32 and the protective resin 18. A plating base layer 41 is provided on the substrate. Other configurations are the same as those of the third embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0057]
FIG. 12 is a diagram showing a manufacturing process of the fingerprint detection unit shown in FIG. In FIG. 12, the process up to filling the hole with the hard metal 32 (FIGS. 12 (a) to 12 (d)) is exactly the same as the process shown in FIGS. 10 (a) to 10 (d).
[0058]
After completion of the hole filling step with the hard metal 32, the plating base layer 41 is formed on the entire upper surface of the hard metal 32 and the upper surface of the protective resin 18 (FIG. 12E). The plating base layer 41 is formed by sputtering with Ti, Cr, Ni, Ni / Cr, Ni / Ti or the like to a thickness of about 0.1 to 0.2 μm.
[0059]
Further, a hard metal plating 42 is formed on the entire upper surface of the plating base layer 41 by electroless Ni—P—B plating or electroless Ni—P plating. As a result, similar to the third embodiment, high mechanical strength and detection accuracy can be obtained.
[0060]
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the first to fourth embodiments described above, the hard metal 17, the hard metal film 33, and the hard metal plating 42 are provided in the uppermost layer. However, in the fifth embodiment, as shown in FIG. The hard metal 17, the hard metal film 33, and the hard metal plating 42 are not provided.
[0061]
This is because even if the hard metal 17, the hard metal film 33, and the hard metal plating 42 are not provided, the hard metals 17 and 32 are provided above the temperature detection element 13, and the upper parts other than the temperature detection element 13. This is because the protective resin 18 is provided in the case, so that necessary and sufficient mechanical strength can be obtained. On the other hand, since the hard metal is provided only in the concave portion at the top of the temperature detection element 113 and the distance between the detection surface 11 and the temperature detection element 13 is shortened, the detection accuracy is further increased.
[0062]
The structure shown in FIG. 13 can be obtained, for example, by further deepening the polishing by the CMP process and polishing until the protective resin 18 is exposed in the planarization step of FIG.
[0063]
Further, after the hard metal plating process shown in FIG. 8D, the structure shown in FIG. 13 can be obtained by adding a polishing process by performing a CMP process until the protective resin 18 is exposed.
[0064]
Alternatively, the structure shown in FIG. 13 can also be obtained by ending the process by the hole filling process by the hard metal plating shown in FIG. 10D or FIG.
[0065]
As shown in FIG. 14, the entire outline of the fingerprint detection unit 10 formed by such a manufacturing method is as follows. The embedded portion 19a of the hard metal 17 formed on each temperature detection element 13 in the matrix form has the temperature The upper surface of the hard metal 17 is exposed and functions as the detection surface 11.
[0066]
In the fifth embodiment, necessary and sufficient mechanical strength can be obtained with a simple configuration, and higher detection accuracy can be obtained.
[0067]
In the first to fourth embodiments described above, the outermost surface (detection surface 11) on the hard metal 17 is made of SiO. ₂ , Si _Three N _Four If a hard film such as diamond-like carbon is formed by a CVD method or the like, the mechanical strength can be further improved.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the temperature detection layer including the plurality of temperature detection elements arranged on the substrate and the wiring connecting the temperature detection elements, and the temperature detection layer are formed on the temperature detection layer. A protective layer is formed on the insulating layer except for the upper region of each temperature detection element using a low thermal conductivity material, and at least each temperature detection element is formed using a high thermal conductivity and hard material. A hard layer embedded in the upper region is formed, and since the upper region has high thermal conductivity and the region other than the upper region, that is, the protective layer has low thermal conductivity, the detection accuracy is increased and at least the upper region is Since it is formed of a hard material, high mechanical strength can be obtained.
[0069]
According to the invention of claim 2, by forming the hard layer on the upper region of each temperature detection element and the protective layer, the entire upper surface can be covered with a hard material, and the mechanical strength is further increased. Can be increased.
[0070]
According to the invention of claim 3, the surface of the hard layer or the hard layer and the protective layer is flattened to reduce wear caused by sliding of the finger placed on the uppermost surface, and the unevenness of the finger Therefore, the detection accuracy can be further improved.
[0071]
According to the invention of claim 4, since the temperature detecting element is formed as a single resistance layer so as to function as a temperature sensor and a heater, the reduction in size and weight can be promoted.
[0072]
According to the invention of claim 5, a heater layer including a plurality of heaters provided corresponding to a lower region or an upper region of the temperature detection element and a wiring connecting the heaters is provided below the temperature detection layer. Alternatively, it is further formed in the upper layer, and the function of the temperature sensor and the function of the heater are separate layers. Therefore, the temperature detection element as the temperature sensor can be configured flexibly, and the detection accuracy can be improved.
[0073]
According to a sixth aspect of the present invention, a temperature detection layer including a plurality of temperature detection elements arranged on the substrate and a wiring connecting the temperature detection elements is formed, and an insulating layer is further formed on the temperature detection layer. After the formation, a protective layer is formed on the insulating layer excluding the upper region of each temperature detecting element by a protective layer forming process, using a low heat conductive material, and a hard layer forming process is performed using a high heat conductive and hard material. A hard layer in which at least the upper region of each temperature detection element is embedded is formed, and the upper region has high thermal conductivity, and the region other than the upper region, that is, the protective layer has low thermal conductivity, so that the detection accuracy is increased. In addition, since at least the upper region is formed of a hard material, a fingerprint detection device having high mechanical strength can be manufactured.
[0074]
According to the invention of claim 7, the hard layer forming step can cover the entire upper surface with a hard material by forming a hard layer on the upper region of each temperature detection element and the protective layer. In addition, it is possible to manufacture a fingerprint detection device with further increased mechanical strength.
[0075]
According to the invention of claim 8, the flattening step flattens the surface of the hard layer or the hard layer and the protective layer, so that wear caused by sliding of the finger placed on the uppermost surface is achieved. Can be made small, and since the unevenness of the finger is reliably reflected, it is possible to manufacture a fingerprint detection device with higher detection accuracy.
[0076]
According to a ninth aspect of the present invention, the flattening step is performed by a CMP process, a high-precision flattening can be realized, and a fingerprint detection device having high mechanical strength and detection accuracy is manufactured. be able to.
[0077]
According to a tenth aspect of the present invention, the planarization step is performed by a plating process in which a leveling agent is added to a plating bath, and the planarization is performed simultaneously with the plating process by a simple process of adding a leveling agent. be able to.
[0078]
According to the invention of claim 11, the hard layer forming step embeds a lower hard layer in the upper region of each temperature detecting element by the lower hard layer forming step, and the lower hard layer is formed by the upper hard layer forming step. An upper hard layer is formed on each upper surface of the protective layer and the uppermost surface can be easily flattened.
[0079]
According to a twelfth aspect of the present invention, the hard layer, the lower hard layer, or the upper hard layer is formed before the formation of the hard layer, the lower hard layer, or the upper hard layer in the base layer forming step. Since the base layer is formed, when the hard layer, the lower hard layer, or the upper hard layer is formed by plating, reliable layer formation can be performed.
[0080]
According to the invention of claim 13, since the temperature detecting element is a resistance layer and functions as a temperature sensor and a heater, it is possible to manufacture a fingerprint detecting device in which a reduction in size and weight is promoted.
[0081]
According to the invention of claim 14, a heater layer including a plurality of heaters provided corresponding to a lower region or an upper region of the temperature detection element and a wiring connecting each heater by the heater layer forming step, It is further formed in the lower layer or upper layer of the temperature detection layer, and the function of the temperature sensor and the function of the heater are separate layers. Therefore, the temperature detection element as the temperature sensor can be configured flexibly, and the detection accuracy can be improved. A possible fingerprint detection device can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fingerprint detection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a fingerprint detection unit shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure in a state where an aluminum wiring is connected to a temperature detection element.
4 is a diagram showing a manufacturing process of the fingerprint detection unit shown in FIG. 2; FIG.
FIG. 5 is a perspective view including a partial cross section showing the structure of the fingerprint detection unit shown in FIG. 2;
6 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a detection circuit provided in the signal processing unit illustrated in FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a modification of the fingerprint detection unit of the fingerprint detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a manufacturing process of a fingerprint detection unit of a fingerprint detection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure of a fingerprint detection unit of a fingerprint detection apparatus according to a third embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing a manufacturing process of the fingerprint detection unit shown in FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional structure of a fingerprint detection unit of a fingerprint detection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing a manufacturing process of the fingerprint detection unit shown in FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional structure of a fingerprint detection unit of a fingerprint detection apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a perspective view including a partial cross section showing the structure of a fingerprint detection unit according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Fingerprint detection device
10 Fingerprint detector
11 Detection surface
12 Substrate
13 Temperature detector
13a sensor
13b heater
14 Aluminum wiring
15, 15a, 15b Insulating film
16, 31, 41 Plating underlayer
17, 32 Hard metal
18 Protective resin
19 Convex
19a embedded part
20 Signal processor
22 Detection circuit
33 Hard metal film
42 Hard metal plating

Claims

A temperature detection layer including a plurality of temperature detection elements arranged on the substrate and wiring connecting each temperature detection element;
An insulating layer formed on the temperature detection layer;
A protective layer formed of a low thermal conductivity material on the insulating layer excluding the upper region of each temperature detection element;
A fingerprint detection apparatus comprising: a hard layer in which at least an upper region of each temperature detection element is embedded by a highly heat conductive and hard material.

The fingerprint detection apparatus according to claim 1, wherein the hard layer is formed on an upper region of each temperature detection element and the protective layer.

The fingerprint detection apparatus according to claim 1, wherein surfaces of the hard layer or the hard layer and the protective layer are flattened.

The fingerprint detection apparatus according to claim 1, wherein the temperature detection element is a resistance layer and functions as a temperature sensor and a heater.

A heater layer including a plurality of heaters provided corresponding to a lower region or an upper region of the temperature detection element and a wiring connecting the heaters is further formed in a lower layer or an upper layer of the temperature detection layer. The fingerprint detection apparatus according to any one of claims 1 to 3.

A temperature detection layer forming step of forming a temperature detection layer including a plurality of temperature detection elements arranged on the substrate and wiring connecting each temperature detection element;
An insulating layer forming step of forming an insulating layer on the temperature detection layer;
A protective layer forming step of forming a protective layer with a low thermal conductivity material on the insulating layer excluding the upper region of each temperature detection element;
And a hard layer forming step of forming a hard layer in which at least an upper region of each temperature detecting element is embedded with a highly heat conductive and hard material.

The method for manufacturing a fingerprint detection device according to claim 6, wherein the hard layer forming step forms a hard layer on an upper region of each temperature detection element and the protective layer.

The method for manufacturing a fingerprint detection apparatus according to claim 6, wherein the hard layer forming step includes a flattening step of flattening surfaces of the hard layer or the hard layer and the protective layer.

The method of manufacturing a fingerprint detection apparatus according to claim 8, wherein the planarization step is performed by a CMP process.

9. The method of manufacturing a fingerprint detection device according to claim 8, wherein the flattening step is performed by a plating process in which a leveling agent is added to a plating bath.

The hard layer forming step
A lower hard layer forming step of embedding a lower hard layer in the upper region of each temperature detection element;
The manufacturing method of a fingerprint detection device according to claim 6, further comprising an upper hard layer forming step of forming an upper hard layer on each upper surface of the lower hard layer and the protective layer. Method.

The method further includes an underlayer forming step of forming an underlayer for forming the hard layer, the lower hard layer, or the upper hard layer before forming the hard layer, the lower hard layer, or the upper hard layer. The manufacturing method of the fingerprint detection apparatus as described in any one of Claims 6-11.

The method of manufacturing a fingerprint detection apparatus according to claim 6, wherein the temperature detection element is a resistance layer and functions as a temperature sensor and a heater.

A heater layer forming step of further forming a heater layer including a plurality of heaters provided corresponding to a lower region or an upper region of the temperature detection element and a wiring connecting each heater in a lower layer or an upper layer of the temperature detection layer; The method for manufacturing a fingerprint detection device according to any one of claims 6 to 12, further comprising: