JP3831650B2 - 圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧力センサに関し、特に指からの圧力を電気的な信号に変換して指紋を検知するセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
個々を識別する装置として指紋センサが用いられており、この指紋センサには簡単で且つ精度良く指紋を検知することが要求されている。この種の指紋センサの構成は、例えば特開平９−１２６９１８号公報や特開平１０−３００６１０号公報に記載されている。これは圧力マイクロセンサをマトリクス状に配置したものであり、各マイクロセンサは２枚の電極の間に空洞を挟んだ状態で対向配置している。
【０００３】
図３は製造途中のマイクロセンサの断面図を示す。シリコン基板１０１上にはエッチングバリア層１０２が積層され、その上に所定のパターンでＡｕ又はＴｉによる第一金属層１０３が形成される。この第一金属層１０３は可変コンデンサの第一電極、若しくは、マイクロコンタクタの第一端子として使用される。第一金属層１０３に対応して多結晶シリコン又はＡｌからなる隔膜１０４を形成し、隔膜１０４上にＡｕ又はＴｉからなる第二金属層１０５を形成する。そして基板１０１の表面全体を窒化シリコンからなる絶縁膜１０６で覆う。第二金属膜１０５及び絶縁膜１０６には隔膜１０４まで達する孔１０７が形成され、基板１０１に湿式エッチングを行う。このとき溶液が多結晶シリコン又はＡｌからなる隔膜１０４をエッチングし、隔膜１０４が取り除かれて空洞が形成される。エッチング終了後に孔１０７を塞いで密閉する。そしてマイクロセンサに指からの圧力が加わると、その圧力に応じて絶縁膜１０６及び第二金属層１０５が第一金属層１０３側へ湾曲し、それに応じて信号を出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第二金属層１０５及び絶縁膜１０６に形成した孔１０７は隔膜１０４の隅に位置し、その大きさも隔膜に対してかなり小さいため、隔膜１０４のエッチング工程に時間が長時間を必要としていた。更に孔から最も離れた部分の隔膜にはエッチング液が届き難く、その部分の隔膜が残留しやすかった。
【０００５】
そこで本発明は、短時間で形成できると共に歩留まりを向上させた圧力センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、圧力センサであって、一対の金属層を間に空洞を挟んだ状態で対向配置し、一方の金属層は外部からの圧力に応じて他方の金属層側に湾曲する指紋センサにおいて、一対の金属層間にＡｌからなる中間層を介在させ、中間層をエッチングして空洞を形成し、両金属層がＭｏにより形成されていることを特徴とする。また請求項２の発明は、この圧力センサによって指紋を検知することを特徴とする。
【０００７】
また請求項３の発明は、圧力センサの製造方法であって、基板上にＭｏで所定パターンの第一金属層を形成する工程と、第一金属層上にＡｌで中間層を形成する工程と、中間層を覆う第二金属層をＭｏで形成する工程と、少なくとも第二金属層上を含む領域に絶縁性の保護膜を形成する工程と、第二金属層又は保護膜に中間層が露出する孔を形成する工程と、孔よりエッチング液を注入して電池効果を利用して中間層を取除く工程とを有することを特徴とする。また請求項４の発明は、リン酸が塩酸の５倍以上含まれている混合液を用いて中間層をエッチングすることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。本発明の圧力センサは、２枚の電極間にＡｌを介在させ、このＡｌをエッチングして空洞を形成するときに、電池効果を利用してＡｌを短時間で確実に除去するものである。図１はマイクロセンサの断面図、図２はマイクロセンサの製造工程を説明する図である。
【０００９】
複数のマイクロセンサがマトリクス状に配置されて指紋センサを構成する。各マイクロセンサは直径が約５０μｍの円形、又は一辺が約５０μｍの正方形である。ガラス基板１上にはＭｏからなる第一金属層２が形成される。この第一金属層２は可変コンデンサの第一電極、又はマイクロコンタクタの第一端子として作用し、円状又は四角状に形成される。３はガラス基板１上に積層されたＳｉＮｘからなる絶縁膜であり、第一金属層２に対応する部分が開口している。５はＭｏからなる第二金属層であり、空洞４を間に挟んで第一金属層２に対向して配置している。第二金属層５は可変コンデンサの第二電極、又はマイクロコンタクタの第二端子として作用し、第一金属層２とほぼ同形状で若干大きく形成される。６は第二金属層５や絶縁膜３上に積層された保護膜であり、ＳｉＮｘから構成される。７は第二金属層５及び保護膜６に形成されて空洞４にまで達する孔である。なおこの孔７は空洞５を形成するときに必要であるが、空洞５の形成後は塞いだ方がよい。そして保護膜５に指からの圧力が加わったときにその圧力に応じて第二金属層５及び保護膜６が第一金属層２側へ湾曲し、マイクロセンサからはそのときの両金属層２、５の間隔に応じた信号を出力する。
【００１０】
次に図２に基づいてマイクロセンサの製造工程を説明する。図２（ａ）ではガラス基板１上に所定パターンの第一金属層２を形成する。これはガラス基板１の全面にＭｏを積層し、フォトリソグラフィー法を用いて所定の箇所だけＭｏを残す。図２（ｂ）では、ガラス基板１及び第一金属層２の全面にＳｉＮｘによる絶縁膜３を積層し、第一金属層２上に存在する絶縁膜３を取除く。
【００１１】
図２（ｃ）では、絶縁膜３及び第一金属層２にＡｌによる中間層８を積層し、第一金属層２に対応する部分の中間層８を残して他の部分の中間層８を取除く。この中間層８が空洞４に相当するため、中間層８の形状及び厚みなどは空洞４の大きさの設計値によって決まる。
【００１２】
図２（ｄ）では、絶縁膜３及び中間層８上にＭｏからなる第二金属層５を積層し、フォトリソグラフィー法により所定の形状に形成する。このとき第二金属層５によって中間層８を覆うようにすると共に、中間層８の端に位置する部分に中間層８を露出させる孔７を形成する。図２（ｅ）では、絶縁膜３及び第二金属層５上にＳｉＮｘからなる保護膜６を積層し、保護膜６にも第二金属層２の孔７に対応する部分に孔７を形成する。
【００１３】
図２（ｆ）では、中間層８をエッチングして空洞４を形成する。エッチングは湿式を用い、エッチング液には塩酸とリン酸と水の混合液を用いる。エッチング液は孔７を通じて中間層８に達し、中間層８の端部から順にエッチングする。混合比が塩酸：リン酸：水＝１：５：１のエッチング液を使用した場合、中間層８であるＡｌと金属層２、５であるＭｏとの間に電池効果が生じ、Ａｌが短時間でエッチングされる。電池効果によりＡｌを積極的にエッチングする場合、エッチング液としては特にリン酸が塩酸の５倍以上含まれていればその効果が得られるが、塩酸：リン酸＝１：５のエッチング液のときには同時に多量の泡が発生する。そこで実験によりさらに研究を重ねた結果、塩酸：リン酸：水＝１：１０：１のエッチング液を用いたときに、泡の発生が少なく且つＡｌが短時間で積極的にエッチングできた。実験によると、塩酸：リン酸：水＝１：１：１のエッチング液を用いて厚さが３０００ÅのＡｌ薄膜をその端部からエッチングを行った場合、数時間かけてもほとんど奥行き方向にはエッチングされなかったが、塩酸：リン酸：水＝１：１０：１のエッチング液を用いた場合、Ａｌ薄膜は約４〜５分で奥行き方向に約３０μｍほどエッチングされた。このようなエッチング液を用いて金属層２、５（Ｍｏ）と接する中間層８（Ａｌ）をエッチングすることにより、中間層８を短時間で確実に取除くことができ、短時間で歩留まりよくマイクロセンサを製造することができる。
【００１４】
なお、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば上記実施形態以外の形態も可能である。例えば金属層と中間層の電池効果を促進するものあれば、塩酸とリン酸の混合液以外のエッチング液を用いても良い。また中間層を露出させる孔を第二金属層と保護膜の両方に形成したが、中間層を取除くことができればどちらか一方に形成してもよい。また実施形態では指紋センサの場合を説明したが、指紋センサ以外の圧力センサに適用しても構わない。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、２枚の金属層の間に存在する中間層をエッチングにより取除く際に金属層と中間層による電池効果を利用するため、短時間で且つ確実に中間層を取除くことができる。従って圧力センサを製造する際に、製造工程が短く且つ歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である指紋センサの断面図である。
【図２】指紋センサの製造方法を説明する図である。
【図３】従来の指紋センサの断面図である。
【符号の説明】
２ 第一金属層
４ 空洞
５ 第二金属層
７ 孔
８ 中間層

Claims (4)

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

Images