JP3881628B2 - 表面形状認識用センサ及び残像消去方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間の指紋や動物の鼻紋など微細な凹凸を有する表面形状を感知するために用いられる表面形状認識用センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの普及とともに、本人認証の重要性に関して大きな関心が寄せられており、生体の特徴を計測評価して本人認証を行うバイオメトリクスは、認証技術の一分野として大きく進展しつつある。中でも、指紋を用いた本人認証は、容易に変えることのできない身体的特徴を計測評価する認証手段として盛んに研究開発がなされている。指紋を用いて本人認証を行うためには指紋を読み取ることになる。この指紋の読み取りには、光学式，容量式など各種の方式があるが、光学式の一部を除いては、指紋を読み取る際に、指を指紋センサの検出面に接触させるようにしているのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、指などの検出対象を検出面に接触させる方式の場合、検出面に残る残像が問題となっている。指紋の検出の場合、検出面に残る残像（指紋痕）は、ほとんどが皮脂などの油成分（油分）であり、警察の鑑識が行うようなアルミニウムの粉を用いたいわゆる粉末法により容易に指紋形状の採取が可能である。このように、検出面に残った指紋痕より指紋形状が再生可能な状態は、耐タンパー性の観点から対策が必要である。
【０００４】
また、上述した残像は、さらなる認証の際にセンシングノイズとして干渉するため、指紋センサの認証性能を劣化させるという問題もある。これらに対する対策は、センサ表面を洗浄したり拭いたりするしかないのが現状である。このような対策では、センサを連続して使用することができないなどの大きな問題をもつ。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、例えば本人認証などのために用いられる指紋センサなどの表面形状認識用センサにおいて、指などの検出対象が接触する検出面に残像が残留しないようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表面形状認識用センサは、基板の上の同一平面に各々が絶縁分離されて配置された複数のセンサ電極と、これらセンサ電極を覆う絶縁膜と、センサ電極に形成された容量を検出する容量検出手段とを少なくとも備え、絶縁膜の表面は皮脂などの油分を吸収する樹脂膜で覆われているようにしたものである。この表面形状認識用センサによれば、樹脂膜に指などの検出対象が接触した後に樹脂膜の表面に残存する残像を構成する油分が、樹脂膜に吸収される。
【０００７】
加えて、樹脂膜は、ポリイミド材料から構成すればよい。なお、上記表面形状認識用センサにおいて、センサ電極とは絶縁分離されて検出対象の表面に接触するように一部が絶縁膜の表面に露出して基板の上に形成されたアース電極を備え、容量検出手段は、アース電極に接触した検出対象とセンサ電極各々との間の容量を検出するようにしてもよい。
【０００８】
また、本発明に係る残像消去方法は、基板の上の同一平面に各々が絶縁分離されて配置された複数のセンサ電極と、これらセンサ電極を覆う絶縁膜と、センサ電極に形成された容量を検出する容量検出手段とを少なくとも備えた表面形状認識用センサの絶縁膜の上に形成される残像を消去する残像消去方法であって、絶縁膜の表面を、ポリイミド材料から構成された、皮脂などの油分を吸収する樹脂膜で覆うようにしたものである。
この残像消去方法によれば、樹脂膜に指などの検出対象が接触した後に、樹脂膜の表面に残存する皮脂などの油分を樹脂膜で吸収し、指紋痕などの残像を消去する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
［実施の形態１］
はじめに、実施の形態１における表面形状認識用センサについて、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における表面形状認識用センサの製造方法を説明するための工程図である。この実施の形態における表面形状認識用センサは、図１（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１０１の上に、多層配線層１０２が形成され、この上に配線１０４及び接続電極１０５を介してアルミニウムからなるセンサ電極１０７が形成されたものとなっている。
【００１０】
多層配線層１０２は、最上層が絶縁膜１０３で覆われ、絶縁膜１０３の上に配線１０４が形成されている。また、配線１０４は、層間絶縁膜１０６に覆われ、層間絶縁膜１０６に部分的に設けられた貫通口を貫通する接続電極１０５によりセンサ電極１０７に接続している。多層配線層１０２は、図示していないＭＯＳトランジスタなどの複数の素子及びこれらを接続する複数の配線などから形成され、センサ回路などを構成しているものである。これら回路に、配線１０４，接続電極１０５を介してセンサ電極１０７が接続している。
【００１１】
センサ電極１０７は、接続電極１０５を形成した後、例えば、層間絶縁膜１０６全域に、スパッタ法によりアルミニウムの膜を厚さ約０．５μｍ程度に形成し、この膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで形成する。
このようにしてセンサ電極１０７を形成した後、図１（ｂ）に示すように、センサ電極１０７を覆って層間絶縁膜１０６の上に容量膜となる絶縁膜１０８を形成する。絶縁膜１０８は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁材料から構成すればよい。
【００１２】
次いで、絶縁膜１０８の上に、ポリイミド材料からなる表面保護膜１０９を形成する。
以下、表面保護膜１０９の形成例について説明する。まず、ポリイミド材料を基質とした塗布液を用意する。ポリイミド材料としては、ポリイミド，ポリアミド酸，ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）もしくはこの前駆体を用いることができる。
【００１３】
次いで、用意した塗布液を、絶縁膜１０８の上に塗布して塗布膜を形成する。絶縁膜１０８の上に塗布膜を形成したら、１２０℃に加熱したホットプレートの上に塗布膜を形成した基板を４分間程度載置し、塗布膜中の溶剤を蒸発させる。次いで、塗布膜を形成した基板を、３００℃程度に加熱して塗布膜を熱硬化させることで、絶縁膜１０８の上に表面保護膜１０９が形成できる。
【００１４】
上述した表面形状認識用センサ（センサチップ）は、マトリクス状に配置された複数のセンサ電極１０７を備え、例えば、１５０μｍ間隔に複数のセンサ電極１０７が配置され、これらでセンサチップの検出部を形成している。また、半導体基板１０１の上の絶縁膜１０３下には、前述したようにセンサ回路が形成され、各センサ電極１０７に形成される容量を検出する。センサ回路は、例えば、センサ電極１０７毎に用意されている。
【００１５】
各センサ回路の出力は、図示していない他の回路により構成されている処理手段により処理され、各センサ電極１０７に形成された容量が濃淡に変換された画像データとして出力される。各センサ電極１０７に形成される容量は、絶縁膜１０８（表面保護膜１０９）の上に置かれた指先表面との距離に応じて変化し、指紋の凹凸に対応する。従って、各センサ電極１０７に形成される容量を濃淡に変換することで、指紋パターンが濃淡画像として得られる。
【００１６】
以上に説明した本実施の形態によれば、最表面に、ポリイミド材料からなる表面保護膜１０９を配置するようにした。言い換えると、本実施の形態では、例えば、指紋の検出対象となる指が直接接触する面（検出面）が、ポリイミド材料からなる表面保護膜１０９となっている。ポリイミド材料からなる膜（樹脂膜）は、皮脂などの油分を吸収する作用がある。
【００１７】
このため、検出面に指などの検出対象が接触し、検出面に皮脂などの油分による残像（指紋痕）が形成されても、これらは表面保護膜１０９に吸収される。この結果、本実施の形態によれば、検出面に残像が形成されても、吸収されて消去されるようになる。
このように、皮脂などの油分を吸収する樹脂膜であるポリイミド材料からなる表面保護膜１０９を検出面に配置し、検出面が皮脂などの油分を吸収する樹脂膜で覆われているようにすることで、皮脂などの油分による残像を消去することが可能となる。
【００１８】
［実施の形態２］
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、この実施の形態における表面形状認識用センサ（センサチップ）の製造方法を説明するための模式的な断面図である。はじめに、図２（ａ）に示す状態について説明する。まず、例えばシリコンからなる半導体基板２０１の上には、多層配線層２０２が形成され、多層配線層２０２は、最上層が絶縁膜２０３で覆われ、絶縁膜２０３の上に配線２０４，２０５が形成されている。
【００１９】
多層配線層２０２は、図示していないＭＯＳトランジスタなどの複数の素子及びこれらを接続する複数の配線などから形成され、センサ回路２１５などを構成しているものである。これら回路に、配線２０４，２０５が接続している。
配線２０４，２０５は、層間絶縁膜２０８に覆われ、層間絶縁膜２０８に部分的に設けられた貫通口を貫通する接続電極２０６，２０７が接続している。各配線，接続電極は、公知の成膜技術，フォトリソグラフィ技術，エッチング技術によりパターニングすることで形成すればよい。また、層間絶縁膜２０８の上には、接続電極２０６，２０７の上部中央部分が露出するように絶縁膜２０９が形成されている。
【００２０】
このように形成された状態で、絶縁膜２０９及び露出している接続電極２０６，２０７の上に、例えば蒸着法などによりチタンと金とからなるシード層を膜厚０．１μｍ程度に形成する。次いで、接続電極２０６の上に、接続電極２０６の部分が中心となるような平面視正方形状の開口部を有するレジストパターンを、絶縁膜２０９の上に形成し、この開口部内に露出しているシード層の上に電解メッキ法などにより膜厚１μｍ程度に金膜を形成する。
【００２１】
つぎに、上記レジストパターンを除去し、新たに、複数の接続電極２０７の上部にわたる格子状の開口部を有するレジストパターンを形成し、格子状のパターン内に露出しているシード層の上に電解メッキ法などにより膜厚３μｍ程度に金膜を形成し、レジストパターンを除去する。
このことにより、接続電極２０６の上部には、平面視正方形状の金のパターンが形成され、複数の接続電極２０７の上部に連続して、格子状の金のパターンが形成される。このようにして形成された金のパターンをマスクとし、下層のシード層をエッチングして除去し、格子状の部分と平面視正方形状の部分とを電気的に分離する。
【００２２】
この結果、絶縁膜２０９の上には、接続電極２０６に接続する正方形状のセンサ電極２１１が形成され、接続電極２０７に接続するアース電極２１２が形成された状態となる。
図２（ｂ）の平面図に示すように、センサチップの上では、センサ電極２１１が各々分離して形成され、センサ電極２１１をマスの中に配置するように格子状のアース電極２１２が形成された状態となっている。
【００２３】
以上に説明したようにしてセンサ電極２１１，アース電極２１２を形成したら、図２（ｃ）に示すように、センサ電極２１１の上に容量膜となる絶縁膜２１３を形成する。絶縁膜２１３は、センサ電極２１１を覆い、アース電極２１２の上部は露出した状態に形成する。絶縁膜２１３は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどの膜を、アース電極２１２を覆って、アース電極２１２より厚く形成し、この膜を化学的機械的研磨法によりアース電極２１２の上部が露出するまで研磨することで形成できる。
【００２４】
このようにして絶縁膜２１３を形成した後、絶縁膜２１３の上に、ポリイミド材料からなる表面保護膜２１４を形成する。
以下、表面保護膜２１４の形成例について説明する。まず、ポリイミド材料を基質としたベース樹脂に、ポジ型の感光剤を添加したポジ型感光性樹脂を用意する。ポリイミド材料としては、ポリイミド，ポリアミド酸，ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）もしくはこの前駆体を用いることができる。また、感光剤としては、ジアゾナフトキノンなどを用いることができる。上記ポジ型感光性樹脂としては、例えば、住友ベークライト株式会社製のＣＲＣ８３００（商品名）がある。
【００２５】
上述したポジ型感光性樹脂を用意したら、これを、絶縁膜２１３の上に塗布して塗布膜を形成する。絶縁膜２１３の上に塗布膜を形成したら、１２０℃に加熱したホットプレートの上に塗布膜を形成した基板を４分間程度載置し、塗布膜中の溶剤を蒸発させる。
次いで、塗布膜にアース電極２１２に対応するパターン像を露光し、これを現像することで、アース電極２１２の上面を露出した状態とする。この後、現像した塗布膜を、３００℃程度に加熱して熱硬化させることで、表面保護膜２１４が形成される。上述したパターニングにより、表面保護膜２１４には、アース電極２１２の上面に対応する箇所に開口部が形成され、アース電極２１２の上面が露出した状態となる。
【００２６】
なお、半導体ウエハである半導体基板２０１の上には、複数のセンサチップ（表面形状認識用センサ）が同時に形成され、各々のセンサチップの上に、複数のセンサ電極２１１が形成され、センサ電極２１１が絶縁膜２１３と表面保護膜２１４により保護されているものである。図２（ｃ）は、これらの一部を示す、本実施の形態における表面形状認識用センサの一部構成を概略的に示す模式的な断面図である。また、図２に示すセンサ回路２１５は、配線２０４及び接続電極２０６を介してセンサ電極２１１に接続し、配線２０５及び接続電極２０７を介してアース電極２１２に接続している。
【００２７】
検出面となる表面保護膜２１４の表面においては、アース電極２１２の上面が露出しており、例えば、検出面に指などが触れたときに発生する静電気が、アース電極２１２に流れているようにしている。このことにより、半導体基板１０１の上に同時に形成されているセンサ回路２１５などの回路素子が、静電破壊から保護されるようになる。
【００２８】
また、上述した表面形状認識用センサ（センサチップ）は、マトリクス状に配置された複数のセンサ電極２１１を備え、例えば、１５０μｍ間隔に複数のセンサ電極２１１が配置され、これらでセンサチップの検出部を形成している。また、半導体基板２０１の上の絶縁膜２０３の下には、前述したようにセンサ回路が形成され、アース電極２１２と各センサ電極２１１に形成される容量を検出する。センサ回路は、例えば、センサ電極２１１毎に用意され、各センサ回路の出力は、図示していない他の回路により構成されている処理手段により処理され、各センサ電極２１１に形成された容量が濃淡に変換された画像データとして出力される。
【００２９】
以上に説明した本実施の形態によれば、最表面に、ポリイミド材料からなる表面保護膜２１４を配置するようにした。言い換えると、本実施の形態では、指紋の検出対象となる指が直接接触する面（検出面）が、ポリイミド材料からなる表面保護膜２１４となっている。ポリイミド材料からなる膜（樹脂膜）は、皮脂などの油分を吸収する作用がある。
【００３０】
このため、検出面に指などの検出対象が接触し、検出面に皮脂などの油分による残像が形成されても、これらは表面保護膜２１４に吸収される。この結果、本実施の形態によれば、検出面に油分による残像が形成されても、吸収されて消去されるようになる。
このように、油分を吸収する樹脂膜であるポリイミド材料からなる表面保護膜２１４を検出面に配置し、検出面が油分を吸収する樹脂膜で覆われているようにすることで、油分による残像を消去することが可能となる。
【００３１】
ところで、上述では、センサ電極を覆う絶縁膜の上に、油分を吸収する樹脂膜からなる表面保護膜を備えるようにしたが、油分を吸収する樹脂膜から絶縁膜を構成するようにしても良い。
例えば、図３に示すように、センサ電極１０７を形成した後、センサ電極１０７を覆って層間絶縁膜１０６の上に容量膜となる絶縁膜３０８を形成し、絶縁膜３０８を、油分を吸収する樹脂膜であるポリイミド材料から構成しても良い。
【００３２】
図３に示す表面形状認識用センサにおいても、表面形状の検出対象となる指が接触する最表面が、油分を吸収する樹脂膜で覆われた状態となっている。このため、図３に示す表面形状認識用センサによっても、前述した実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、油分を吸収する樹脂膜で検出対象の指などが接触する最表面を覆い、樹脂膜に検出対象が接触した後に残存する皮脂などの油分を、樹脂膜に吸収させるようにした。この結果、本発明によれば、指などの検出対象が接触する検出面の残像が消去されて残留しなくなるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態における表面形状認識用センサの製造方法を示す工程図である。
【図２】 本発明の実施の形態における表面形状認識用センサの一部構成を概略的に示す断面図である。
【図３】 本発明の他の形態における表面形状認識用センサの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１０１…半導体基板、１０２…多層配線層、１０３…絶縁膜、１０４…配線、１０５…接続電極、１０６…層間絶縁膜、１０７…センサ電極、１０８…絶縁保護膜、１０９…表面保護膜。

Claims (4)

1. 基板の上の同一平面に各々が絶縁分離されて配置された複数のセンサ電極と、
   これらセンサ電極を覆う絶縁膜と、
   前記センサ電極に形成された容量を検出する容量検出手段と
   を少なくとも備え、
   前記絶縁膜の表面は油分を吸収する樹脂膜で覆われ、
   前記樹脂膜は、ポリイミド材料から構成されたものである
   ことを特徴とする表面形状認識用センサ。
2. 請求項１記載の表面形状認識用センサにおいて、
   前記センサ電極とは絶縁分離されて前記検出対象の表面に接触するように一部が前記絶縁膜の表面に露出して前記基板の上に形成されたアース電極を備え、
   前記容量検出手段は、前記アース電極に接触した前記検出対象と前記センサ電極各々との間の容量を検出するように構成され
   たことを特徴とする表面形状認識用センサ。
3. 基板の上の同一平面に各々が絶縁分離されて配置された複数のセンサ電極と、
   これらセンサ電極を覆う絶縁膜と、
   前記センサ電極に形成された容量を検出する容量検出手段と
   を少なくとも備えた表面形状認識用センサの前記絶縁膜の上に形成される残像を消去する残像消去方法であって、
   前記絶縁膜の表面を、油分を吸収する樹脂膜で覆い、
   前記樹脂膜をポリイミド材料から構成する
   ことを特徴とする残像消去方法。
4. 請求項３記載の残像消去方法において、
   前記残像は、指紋痕であることを特徴とする残像消去方法。

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