JP4025261B2 - Surface shape recognition sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
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この製造方法に関する。 The present invention relates to a surface shape recognition sensor used for sensing a surface shape having fine irregularities such as human fingerprints and animal noseprints, and a manufacturing method thereof.
近年の情報化社会の進展と現代社会の環境変化において、セキュリティ技術に対する関心が高まっている。例えば、電子マネーなどのシステム構築のための本人認証技術が、大きく注目されている。また、クレジットカードの不正利用の防止のための認証技術についても、研究開発が活発に行われ、多くの技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。 Interest in security technology is increasing in the recent progress of the information society and changes in the environment of modern society. For example, personal authentication technology for constructing a system such as electronic money has attracted a great deal of attention. Research and development has also been actively conducted on authentication techniques for preventing unauthorized use of credit cards, and many techniques have been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).
これらのような認証には、指紋や音声などを用いる種々の方式があるが、中でも、指紋を用いた認証については、これまで多くの技術が開発されている。指紋認証のためには指紋を読み取る必要があるが、指紋を読み取る方式としては、レンズや照明などの光学系を備えた光学式や、感圧シートなどを用いた圧力式がある。また、半導体基板の上にセンサを配置した半導体式などがある。これらの方式の中で、小型化が容易で汎用性を有するのは、半導体式である。 For such authentication, there are various methods using fingerprints and voices. Among them, many techniques have been developed for authentication using fingerprints. For fingerprint authentication, it is necessary to read a fingerprint. As a method for reading a fingerprint, there are an optical method including an optical system such as a lens and illumination, and a pressure method using a pressure sensitive sheet. Further, there is a semiconductor type in which a sensor is arranged on a semiconductor substrate. Among these systems, the semiconductor type is easy to downsize and has versatility.
半導体式のセンサとしては、LSI製造技術を用いた静電容量式の指紋センサがある(非特許文献2,特許文献1参照)。この方式の指紋センサは、小さな静電容量検出センサをLSIの上に2次元的に配列したセンサチップにより、帰還静電容量方式を利用して、皮膚の凹凸パターンを検出するものである。 As a semiconductor sensor, there is a capacitance type fingerprint sensor using LSI manufacturing technology (see Non-Patent Document 2 and Patent Document 1). This type of fingerprint sensor detects a concave / convex pattern on the skin using a feedback electrostatic capacitance method with a sensor chip in which small electrostatic capacitance detection sensors are two-dimensionally arranged on an LSI.
ここで、静電容量方式の指紋センサについて、簡単に説明する。この指紋センサは、図10に示すように、半導体基板1001の上に層間絶縁層1002を介して形成された複数のセンサ電極1003と、センサ電極1003を覆うパシベーション膜1004と、層間絶縁層1002の上に形成されてパシベーション膜1004の表面に露出するアース電極1005とを備えている。
Here, a capacitive fingerprint sensor will be briefly described. As shown in FIG. 10, this fingerprint sensor includes a plurality of
図10には示していないが、層間絶縁層1002の下の半導体基板1001の上には、例えば複数のMOSトランジスタやこれらを接続する配線などを備えた集積回路が形成され、集積回路の一部で検出回路が形成されている。センサ電極1003は、検出回路に接続し、また、アース電極1005は接地電位とされている。
Although not shown in FIG. 10, an integrated circuit including, for example, a plurality of MOS transistors and wirings connecting them is formed on the
このように構成された指紋センサのチップにおいて、検出対象の指がパシベーション膜1004に接触すると、接触した指表面の皮膚がセンサ電極1003に対向する電極として作用し、これらの間で静電容量を形成する。この静電容量は、上記検出回路により検出され、各センサ電極より検出された複数の静電容量の値により、指紋の画像データが得られる。また、図10に示す指紋センサでは、パシベーション膜1004の表面に発生した静電気は、アース電極1005に流れていくため、半導体基板1001の上に形成されている集積回路が、静電破壊から保護される構造となっている。
In the fingerprint sensor chip configured as described above, when the finger to be detected comes into contact with the
また、半導体式のセンサとして、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微小電気機械システム)を用いた指紋センサも提案されている(特許文献2参照)。この指紋センサについて、簡単に説明する。この指紋センサは、図11に示すように、半導体基板1101の上に層間絶縁層1102を介して形成された複数の下部電極1103と、下部電極1103の上に所定の間隔をあけて対向配置された上部電極1104とを備えるようにしたものである。図示していないが、上部電極1104には、貫通孔が設けられている。
As a semiconductor sensor, a fingerprint sensor using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) has also been proposed (see Patent Document 2). This fingerprint sensor will be briefly described. As shown in FIG. 11, the fingerprint sensor is disposed so as to face a plurality of
上部電極1104は、複数の下部電極1103に対して共通に設けられ、複数の下部電極1103を区画するように設けられた支持電極1105によって支持され、下部電極1103の対向する部分が、図11の下方向に変形可能とされている。また、上部電極1104の上には、上部電極1104の全域を覆うように設けられた封止膜1106が設けられ、また、封止膜1106の上には、複数の下部電極1103に対応して複数の突起1107が設けられている。
The
また、図11には示していないが、層間絶縁層1102の下の半導体基板1101の上には、例えば複数のMOSトランジスタやこれらを接続する配線などを備えた集積回路が形成され、集積回路の一部で検出回路が形成されている。この検出回路に、各々下部電極1103が、配線を介して接続している。
Although not shown in FIG. 11, an integrated circuit including, for example, a plurality of MOS transistors and wirings for connecting them is formed on the
図11に示す指紋センサでは、検出対象の指が封止膜1106の上に接触すると、まず、突起1107が指の表面に接触し、指からの圧力により突起1107が下方に押し下げられる。このことにより、封止膜1106とともに上部電極1104も押し下げられて撓み、この部分では、上部電極1104と下部電極1103との間隔が変化する。この結果、上部電極1104と下部電極1103との間に形成されていた静電容量が変化する。この静電容量の変化は、上記検出回路により検出され、各センサ電極より検出された複数の静電容量の値により、指紋の画像データが得られる。
In the fingerprint sensor shown in FIG. 11, when a finger to be detected comes into contact with the
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
しかしながら、図10に示した指紋センサでは、所謂乾燥肌とよばれる状態となっている指を対象とした場合、センサ電極1003と指の表面との間に形成される静電容量が小さく、明瞭な指紋の画像を得ることが困難であるという問題があった。
一方、図11に示した指紋センサでは、機械的な動作により表面形状を検出するため、上述した乾燥肌の指の場合、明瞭な指紋の画像を得ることができる。しかしながら、図11に示した指紋センサでは、検出対象の指の皮膚が、汗などの水分により湿潤して極端に柔軟な状態となっていると、接触した指の表面が変形して突起1107の段差を吸収し、接触した指の表面から受ける力が分散し、上部電極1104を充分に撓ませることができない場合がある。
However, in the fingerprint sensor shown in FIG. 10, when a finger in a so-called dry skin is targeted, the capacitance formed between the
On the other hand, in the fingerprint sensor shown in FIG. 11, since the surface shape is detected by a mechanical operation, a clear fingerprint image can be obtained in the case of the above-mentioned finger with dry skin. However, in the fingerprint sensor shown in FIG. 11, when the skin of the finger to be detected is extremely soft because of moisture such as sweat, the surface of the finger that is in contact is deformed and the
従って、本発明は、上述した問題点を解消するためになされたものであり、例えば、乾燥した指や湿った指、あるいは硬い指先や柔らかい指先など、検出対象の表面が様々な状態であっても、対象の表面形状をより鮮明に検出できるようにすることを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems. For example, the surface of the detection target such as a dry finger, a wet finger, a hard fingertip, or a soft fingertip is in various states. Another object of the present invention is to make it possible to detect the surface shape of an object more clearly.
本発明に係る表面形状認識用センサは、半導体基板の上に形成された層間絶縁層の同一平面上に配列された複数の第1検出素子と、層間絶縁層の同一平面上に配列された複数の第2検出素子と、層間絶縁層の下方に設けられた集積回路とを備え、集積回路は、第1検出素子に接続する第1検出回路と、第2検出素子に接続する第2検出回路と、第1検出回路及び第2検出回路を制御する制御回路とを含み、第1検出素子と第2検出素子とは、検出機構が異なるものである。 A surface shape recognition sensor according to the present invention includes a plurality of first detection elements arranged on the same plane of an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate, and a plurality of sensors arranged on the same plane of an interlayer insulating layer. The second detection element and an integrated circuit provided below the interlayer insulating layer , the integrated circuit including a first detection circuit connected to the first detection element and a second detection circuit connected to the second detection element. And a control circuit that controls the first detection circuit and the second detection circuit, and the first detection element and the second detection element have different detection mechanisms.
上記表面形状認識用センサにおいて、制御回路は、複数の第1検出回路を制御する第1制御回路と、複数の第2検出回路を制御する第2制御回路と、第1制御回路および第2制御回路の出力を合成する総合制御回路とを備える。 In the surface shape recognition sensor, the control circuit includes a first control circuit that controls the plurality of first detection circuits, a second control circuit that controls the plurality of second detection circuits, a first control circuit, and a second control circuit. And a general control circuit for synthesizing the output of the circuit .
また、本発明に係る表面形状認識用センサは、半導体基板の上に形成された層間絶縁層の同一平面上に配列された複数の第1検出素子と、層間絶縁層の同一平面上に配列された複数の第2検出素子と、層間絶縁層の下方に設けられた集積回路とを備え、集積回路は、第1検出素子及び 第2検出素子に接続する検出回路と、検出回路を制御する制御回路とを含み、第1検出素子と 第2検出素子とは、検出機構が異なる。 The surface shape recognition sensor according to the present invention is arranged on the same plane of the plurality of first detection elements arranged on the same plane of the interlayer insulating layer formed on the semiconductor substrate and the interlayer insulating layer. A plurality of second detection elements and an integrated circuit provided below the interlayer insulating layer, the integrated circuit including a first detection element and a detection circuit connected to the second detection element, and a control for controlling the detection circuit The first detection element and the second detection element have different detection mechanisms .
上記検出回路は、第1検出素子及び第2検出素子との接続を切り替える切り替えスイッチを備えるものであってもよい。 The detection circuit may include a changeover switch that switches connection between the first detection element and the second detection element .
本発明に係る表面形状認識用センサの製造方法は、半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の上に第1金属膜を形成する工程と、第1金属膜の上に複数の開口部を備えた第1マスクパターンを形成する工程と、第1マスクパターンの開口部の底部に露出した第1金属膜の表面にメッキ法により第1金属パターンを形成する工程と、第1マスクパターンを除去した後、第1金属パターンの周囲に配置された開口部を備えた第2マスクパターンを第1金属膜及び第1金属パターンの上に形成する工程と、第2マスクパターンの開口部の底部に露出した第1金属膜の表面にメッキ法により第1金属パターンより厚い第2金属パターンを形成する工程と、第2マスクパターンを除去した後、第1金属パターン及び第2金属パターンをマスクとして第1金属膜をエッチング除去し、第1金属膜及び第1金属パターンからなる複数の下部電極,複数のセンサ電極と第1金属膜及び第2金属パターンからなる支持部材とを形成する工程と、センサ電極及び下部電極を覆いかつ支持部材の上面が露出するように層間絶縁膜の上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の上に導電性を有する材料から構成された密着層を形成する工程と、密着層の上に導電性を有する材料から構成されたシード層を形成する工程と、シード層の上の下部電極の上部領域に開口部を備えた第3マスクパターンを形成する工程と、第3マスクパターンの開口部の底部に露出したシード層の表面にメッキ法により開口部を備えた第3金属パターンを形成する工程と、第3マスクパターンを除去した後、第3金属パターンをマスクとしてシード層をエッチング除去する工程と、第3金属パターンが形成されていないセンサ電極の上部領域の密着層を覆う第4マスクパターンを形成する工程と、第4マスクパターン及び第3金属パターンをマスクとし、第3金属パターンの開口部の底部に露出する密着層をエッチング除去する工程と、第4マスクパターンを除去する工程と、第3金属パターンの開口部を介して下部電極の上部の絶縁膜をエッチング除去し、下部電極と第3金属パターンとに挟まれた領域に空間を形成する工程と、センサ電極の上部領域における絶縁膜の表面を覆う密着層を除去し、第3金属パターン及びこの下部のシード層,密着層からなる上部電極を形成する工程とを備え、半導体基板の上に、センサ電極とこれを覆う絶縁膜からなる複数の静電容量式容量検出素子と、下部電極とこの上に対向配置された上部電極とからなる複数のMEMS式容量検出素子とを形成するものである。
上記表面形状認識用センサの製造方法において、絶縁膜と上部電極とによる段差を平坦化する平坦化絶縁膜を絶縁膜及び上部電極の上に形成する工程を備えるようにしてもよい。
The method for manufacturing a surface shape recognition sensor according to the present invention includes a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a first metal film on the interlayer insulating film, and a step of forming on the first metal film. Forming a first mask pattern having a plurality of openings, forming a first metal pattern by plating on the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening of the first mask pattern, Forming a second mask pattern having an opening disposed around the first metal pattern on the first metal film and the first metal pattern after removing the first mask pattern; Forming a second metal pattern thicker than the first metal pattern by plating on the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening, removing the second mask pattern, and then forming the first metal pattern and the second metal pattern Metal pattern Etching away the first metal film as a mask to form a plurality of lower electrodes made of the first metal film and the first metal pattern, a plurality of sensor electrodes, and a support member made of the first metal film and the second metal pattern A step of forming an insulating film on the interlayer insulating film so as to cover the sensor electrode and the lower electrode and exposing the upper surface of the supporting member; and an adhesion layer made of a conductive material on the insulating film. A step of forming, a step of forming a seed layer made of a conductive material on the adhesion layer, and a third mask pattern having an opening in an upper region of the lower electrode on the seed layer. Forming a third metal pattern having an opening on the surface of the seed layer exposed at the bottom of the opening of the third mask pattern by plating, and removing the third mask pattern, Etching the seed layer using the turn as a mask, forming a fourth mask pattern covering the adhesion layer in the upper region of the sensor electrode where the third metal pattern is not formed, the fourth mask pattern and the third metal Using the pattern as a mask, the step of etching away the adhesion layer exposed at the bottom of the opening of the third metal pattern, the step of removing the fourth mask pattern, and the upper portion of the lower electrode through the opening of the third metal pattern Etching the insulating film, forming a space in the region sandwiched between the lower electrode and the third metal pattern, removing the adhesion layer covering the surface of the insulating film in the upper region of the sensor electrode, and removing the third metal And a step of forming an upper electrode comprising a pattern and a seed layer and an adhesion layer below the pattern, and a plurality of sensor electrodes and an insulating film covering the sensor electrode on the semiconductor substrate. A plurality of capacitance type capacitance detection elements, and a plurality of MEMS type capacitance detection elements each including a lower electrode and an upper electrode opposed to the lower electrode are formed.
The method for manufacturing the surface shape recognition sensor may include a step of forming a planarizing insulating film on the insulating film and the upper electrode for planarizing a step difference between the insulating film and the upper electrode.
また、本発明に係る他の表面形状認識用センサの製造方法は、半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の上に第1金属膜を形成する工程と、第1金属膜の上の複数の第1領域に各々開口部を備えた第1マスクパターンを形成する工程と、第1マスクパターンの開口部の底部に露出した第1金属膜の表面にメッキ法により第1金属パターンを形成する工程と、第1マスクパターンを除去した後、第1領域以外の複数の第2領域の各々の中央部に配置された開口部及び第1領域と第2領域との周囲に配置された開口部を備えた第2マスクパターンを第1金属膜及び第1金属パターンの上に形成する工程と、第2マスクパターンの開口部の底部に露出した第1金属膜の表面にメッキ法により第1金属パターンより厚い第2金属パターンを形成する工程と、第2マスクパターンを除去した後、第1金属パターン及び第2金属パターンをマスクとして第1金属膜をエッチング除去し、第1領域の第1金属膜及び第1金属パターンからなる複数の下部電極,第2領域の中央部に配置された第1金属膜及び第2金属パターンからなる複数のセンサ電極,及び第1領域と第2領域との周囲に配置された第1金属膜及び第2金属パターンからなる支持部材とを形成する工程と、下部電極を覆いかつ支持部材の上面が露出するように層間絶縁膜の上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の上に導電性を有する材料から構成された密着層を形成する工程と、密着層の上に導電性を有する材料から構成されたシード層を形成する工程と、シード層の上の下部電極の上部領域に開口部を備えた第3マスクパターンを形成する工程と、第3マスクパターンの開口部の底部に露出したシード層の表面にメッキ法により開口部を備えた第3金属パターンを形成する工程と、第3マスクパターンを除去した後、第3金属パターンをマスクとしてシード層をエッチング除去する工程と、第3金属パターンが形成されていないセンサ電極の上部領域の密着層を覆う第4マスクパターンを形成する工程と、第4マスクパターン及び第3金属パターンをマスクとし、第3金属パターンの開口部の底部に露出する密着層をエッチング除去する工程と、第4マスクパターンを除去する工程と、第3金属パターンの開口部を介して下部電極の上部の絶縁膜をエッチング除去し、下部電極と第3金属パターンとに挟まれた領域に空間を形成する工程と、第3金属パターン以外の領域の密着層を除去し、第3金属パターン及びこの下部のシード層,密着層からなる上部電極を形成する工程と、絶縁膜,センサ電極,及び上部電極による段差を平坦化する平坦化絶縁膜を絶縁膜,センサ電極,及び上部電極の上に形成する工程とを備え、半導体基板の上に、第1領域に配置されて下部電極とこの上に対向配置された上部電極とからなる複数のMEMS式容量検出素子と、第2領域の配置されてセンサ電極とこれを覆う絶縁膜からなる複数の静電容量式容量検出素子とを形成するものである。 Further, another method for manufacturing a surface shape recognition sensor according to the present invention includes a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a first metal film on the interlayer insulating film, Forming a first mask pattern having openings in a plurality of first regions on the metal film, and plating the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening of the first mask pattern by a plating method; A step of forming one metal pattern, and after removing the first mask pattern, an opening disposed at the center of each of the plurality of second regions other than the first region and the periphery of the first region and the second region Forming a second mask pattern having an opening disposed on the first metal film and the first metal pattern; and exposing the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening of the second mask pattern. A second metal pattern thicker than the first metal pattern by plating. Forming a pattern, and removing the second mask pattern, and then etching and removing the first metal film using the first metal pattern and the second metal pattern as a mask to form the first metal film and the first metal in the first region. A plurality of lower electrodes made of a pattern, a plurality of sensor electrodes made of a first metal film and a second metal pattern disposed in the center of the second region, and a first region disposed around the first region and the second region. A step of forming a supporting member comprising one metal film and a second metal pattern, a step of forming an insulating film on the interlayer insulating film so as to cover the lower electrode and expose the upper surface of the supporting member, Forming an adhesion layer made of a conductive material on the adhesion layer; forming a seed layer made of a conductive material on the adhesion layer; and an upper portion of a lower electrode on the seed layer With an opening in the area Forming a third mask pattern, forming a third metal pattern having an opening on the surface of the seed layer exposed at the bottom of the opening of the third mask pattern by plating, and removing the third mask pattern Then, the step of etching away the seed layer using the third metal pattern as a mask, the step of forming the fourth mask pattern covering the adhesion layer in the upper region of the sensor electrode where the third metal pattern is not formed, and the fourth Using the mask pattern and the third metal pattern as a mask, the step of etching and removing the adhesion layer exposed at the bottom of the opening of the third metal pattern, the step of removing the fourth mask pattern, and the opening of the third metal pattern A step of etching away the insulating film above the lower electrode to form a space in a region sandwiched between the lower electrode and the third metal pattern, and a third metal The step of removing the adhesion layer in the region other than the pattern to form the third metal pattern and the lower seed layer, the upper electrode composed of the adhesion layer, and flattening the step due to the insulating film, the sensor electrode, and the upper electrode Forming an insulating insulating film on the insulating film, the sensor electrode, and the upper electrode. The semiconductor device includes a lower electrode disposed on the semiconductor substrate in the first region and an upper electrode disposed opposite thereto. And a plurality of capacitance type capacitance detection elements including a sensor electrode and an insulating film covering the sensor electrode in the second region.
上述した表面形状認識用センサの製造方法において、上部電極の上に突起を形成する工程を備えるようにしてもよい。 In the method for manufacturing the surface shape recognition sensor described above, a step of forming a protrusion on the upper electrode may be provided.
以上説明したように、本発明では、半導体基板の上に、検出機構の異なる複数の第1検出素子と第2検出素子とを配列したので、検出対象の表面が様々な状態であっても、対象の表面形状をより鮮明に検出できるという優れた効果が得られる。 As described above, in the present invention, since a plurality of first detection elements and second detection elements having different detection mechanisms are arranged on a semiconductor substrate, even if the surface of the detection target is in various states, An excellent effect that the surface shape of the object can be detected more clearly is obtained.
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。
図1は、本実施の形態における表面形状認識用センサの構成例を模式的に示す平面図(a)及び断面図(b),(c)である。図1に示す表面形状認識用センサは、静電容量式容量検出素子110とMEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微小電気機械システム)式容量検出素子120とが、交互に配列されたものである。図1(a)に示す例では、静電容量式容量検出素子110の上下左右に、MEMS式容量検出素子120が配置され、MEMS式容量検出素子120の上下左右に、静電容量式容量検出素子110が配置されている。各素子は、平面視50μm角の正方形状に形成され、従って、50μm間隔で配列されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view (a) and sectional views (b) and (c) schematically showing a configuration example of a surface shape recognition sensor in the present embodiment. The surface shape recognition sensor shown in FIG. 1 is configured by alternately arranging a capacitance type
図1に示す表面形状認識用センサは、例えばシリコンから構成された基板101の上に層間絶縁層102を備え、この上に、静電容量式容量検出素子110とMEMS式容量検出素子120とが配列されている。層間絶縁層102の下の基板101の上には、例えば複数のMOSトランジスタやこれらを接続する配線などを備えた集積回路が形成され、集積回路の一部で検出回路が形成されている。
The surface shape recognition sensor shown in FIG. 1 includes an interlayer insulating
層間絶縁層102の上には、まず、静電容量式容量検出素子110を構成するセンサ電極113が、100μm間隔でマトリクス状に配列され、上記検出回路の一部に接続している。センサ電極113は、平面視、静電容量式容量検出素子110の領域の中央部に配置されている。
また、層間絶縁層102の上には、MEMS式容量検出素子120を構成する下部電極123が、100μm間隔でマトリクス状に配列され、上記検出回路の一部に接続している。下部電極123は、平面視、MEMS式容量検出素子120の領域の中央部に配置されている。
On the
On the
層間絶縁層102の上において、各検出素子は、格子状に形成された支持部材105により区画されている。支持部材105は、例えば金などの導電性を有する材料から構成されている。支持部材105の各々のマスにおいて、静電容量式容量検出素子110の領域は、容量絶縁膜104が充填され、この下にセンサ電極113が埋設された状態となる。
On the
また、支持部材105の各々のマスにおいて、MEMS式容量検出素子120の領域は、支持部材105の上に形成された上部電極106に覆われている。各MEMS式容量検出素子120の領域では、下部電極123の上部には空間が形成され、下部電極123の上方には、所定の距離離間して上部電極106が配設された状態となっている。上部電極106は、各MEMS式容量検出素子120に共通に設けられ、支持部材105の上に支持されている。また、上部電極106の静電容量式容量検出素子110の上部は、開放している。なお、MEMS式容量検出素子120毎に、上部電極を個別に設けるようにしてもよい。
In each mass of the
なお、MEMS式容量検出素子120は、図1(c)に示すように構成してもよい。図1(c)に示す例では、上部電極106の上に封止膜107を備え、封止膜107の上には、複数の下部電極123に対応して複数の突起108が設けられている。突起108を設けることで、上部電極106の撓み量を大きくすることができ、感度を向上させることができる。
Note that the MEMS
図1に示す表面形状認識用センサによれば、複数の静電容量式容量検出素子110と複数のMEMS式容量検出素子120とを、交互に配列して検出面を構成したので、検出対象の指表面の状態にかかわらず、指紋の形状を鮮明に検出することが可能となる。例えば、検出対象の指の表面(皮膚)が乾燥肌の状態であっても、MEMS式容量検出素子120により、指紋の凹凸を精度良く検出できる。また例えば、検出対象の指の表面が、湿潤するなどのことにより柔らかい状態であっても、静電容量式容量検出素子110により、指紋の凹凸を精度良く検出できる。
According to the surface shape recognition sensor shown in FIG. 1, the detection surface is configured by alternately arranging a plurality of capacitance type
次に、層間絶縁層102の下に設けられた集積回路の一部で構成されている検出回路について説明する。図1に示した表面形状認識用センサは、図2に示すように、各静電容量式容量検出素子110の各々に接続する静電容量式容量検出回路210と、各MEMS式容量検出素子120の各々に接続するMEMS式容量検出回路220を備えている。静電容量式容量検出回路210とMEMS式容量検出回路220とは、同じ回路構成としても良く、また、各々各素子に適した異なる構成としてもよい。
Next, a detection circuit constituted by a part of an integrated circuit provided under the
静電容量式容量検出回路210は、静電容量式容量検出素子110で検出される容量を測定し、この結果(信号)を制御回路300に渡す。同様に、MEMS式容量検出回路220は、MEMS式容量検出素子120で検出される容量を測定し、この結果(信号)を制御回路300に渡す。制御回路300では、各検出回路からの信号を受け取り、例えば、各検出素子の位置に対応させ、検出された容量の大小をグレースケールに変換して指紋画像とする。
The capacitance type
また、検出回路は、図3に示すように構成してもよい。図3に示す例では、静電容量式制御回路310とMEMS式用制御回路320とを新規に設け、これらの出力を総合制御回路301で合成するようにしたものである。静電容量式制御回路310は、各静電容量式容量検出回路210からの信号を受け取り、静電容量式容量検出素子110の位置情報を付加することでこれらの位置に対応させ、検出された容量の大小をグレースケールに変換して1つの指紋画像(画像データ)とする。
Further, the detection circuit may be configured as shown in FIG. In the example shown in FIG. 3, a capacitance
同様に、MEMS式用制御回路320は、各MEMS式容量検出回路220からの信号を受け取り、MEMS式容量検出素子120の位置情報を付加することでこれらの位置に対応させ、検出された容量の大小をグレースケールに変換して1つの指紋画像(画像データ)とする。
総合制御回路301では、上述したことにより各検出回路から得られた各々の画像データを、所定の指標をもとに各々評価した上で、この評価の結果を各々に重み付けて合成する。
Similarly, the
The
以下、総合制御回路301における上述した評価の動作例について説明する。例えば、乾燥肌の指が、指紋検出の対象となる場合を考える。この場合、静電容量式容量検出素子110では、乾燥した指によって形成される容量が小さいため、静電容量式用制御回路310からの出力は弱く、図3(b)の乾燥指の欄の左に示すように、鮮明な画像データは得られない。
Hereinafter, an operation example of the above-described evaluation in the
これに対し、MEMS式容量検出素子120では、乾燥して硬くなっている指の表皮によって、指紋の凹凸に対応して上部電極106が撓んで大きな容量変化が得られる。この結果、MEMS式用制御回路320からは大きな出力が得られ、図3(b)の乾燥指の欄の中央に示すように、鮮明な画像データが得られる。
On the other hand, in the MEMS
総合制御回路301は、これら両方の画像データの鮮明度を評価して評価値を生成して比較し、比較結果により指が乾燥状態であることを検知する。また、総合制御回路301は、各々の画像データに所定の重みを付けて合成することで、鮮明な指紋画像を生成して出力する。
The
また、普通の状態の指が、指紋検出の対象となる場合、静電容量式容量検出素子110,MEMS式容量検出素子120の両方が、初期の性能通りに指紋の凹凸を検出し、静電容量式用制御回路310,MEMS式用制御回路320の両方から、鮮明な指紋画像が得られる。従って、総合制御回路301では、これら両方の画像データの鮮明度を評価して評価値を生成して比較すると、これらに大きな差がないので、検出対象の指が普通の状態であると判断する。また、この判断の結果、総合制御回路301では、得られた2つの画像データを加算して指紋画像として出力する。
When a finger in a normal state is a target for fingerprint detection, both the capacitance type
また、汗などで湿った指が指紋検出の対象となる場合、静電容量式容量検出素子110では、指紋の凹凸に対応して充分な容量変化が得られ、静電容量式用制御回路310から大きな出力が得られ、図3(b)の湿った指の欄の左に示すように、鮮明な画像データが得られる。
Further, when a finger wet with sweat or the like is a target for fingerprint detection, the capacitance type
これに対し、MEMS式容量検出素子120では、指の表皮が湿って柔らかくなっているので、上部電極106があまり撓まず、大きな容量変化が得られない。従って、MEMS式用制御回路320からは出力は弱く、図3(b)の湿った指欄の中央に示すように、鮮明な画像データが得られない。
On the other hand, in the MEMS
総合制御回路301は、これら両方の画像データの鮮明度を評価して評価値を生成して比較し、比較結果により指が湿った状態であることを検知する。また、総合制御回路301は、各々の画像データに所定の重みを付けて合成することで、鮮明な指紋画像を生成して出力する。
The
また、検出回路は、図4に示すように構成してもよい。図4に示す例では、隣り合う静電容量式容量検出素子110とMEMS式容量検出素子120との出力を切り替える切り替えスイッチ330を設けたものである。切り替えスイッチ330を用いて静電容量式容量検出素子110とMEMS式容量検出素子120との出力を切り替えることで、容量検出回路230を共用することが可能となる。切り替えスイッチ330は、制御信号発生回路340により切り替え動作が制御される。
Further, the detection circuit may be configured as shown in FIG. In the example shown in FIG. 4, a
例えば、切り替えスイッチ330の2接点を両方とも接続する状態とすることで、静電容量式容量検出素子110とMEMS式容量検出素子120との両方の出力が容量検出回路230に入力される。この結果、検出対象の指の状態に関わらず、制御回路300より鮮明な指紋画像が得られる。
For example, by setting both of the two contacts of the
また、切り替えスイッチ330の2接点において、接点330bの接続と接点330aの接続とを切り替えることで、制御回路300においては、静電容量式容量検出素子110による指紋画像と、MEMS式容量検出素子120による指紋画像との2つの画像データを、切り替えスイッチ330の切り替えのタイミングにより各々取得することが可能となり、図3に示した回路と同様の効果が得られる。また、検出対象の指の状態が予め判明している場合、切り替えスイッチ330の接続状態を判明している状態に合わせて切り替えておくことで、より高速な検出が可能となる。
Further, by switching between the connection of the
次に、表面形状認識用センサの製造方法について説明する。
まず、図5(a)に示すように、シリコンなどの半導体材料からなる基板101の上に、図示しないMOSトランジスタなどの素子を形成し、これらを接続する配線を形成するなどにより、容量検出回路などを含む集積回路を形成する。次に、この図示しない集積回路を覆うように絶縁膜を形成し、基板101の上に、層間絶縁層102を形成する。
次に、図5(b)に示すように、層間絶縁層102の表面に、例えば蒸着法により膜厚0.1μmのチタン膜と0.1μmの金膜との2層膜からなるシード層(第1金属膜)501を形成する。
Next, a method for manufacturing the surface shape recognition sensor will be described.
First, as shown in FIG. 5A, an element such as a MOS transistor (not shown) is formed on a
Next, as shown in FIG. 5B, on the surface of the interlayer insulating
次に、シード層501の上に、公知のフォトリソグラフィー技術により、センサ電極及び下部電極となる領域が開放したマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとしてシード層501の上に、電解メッキ法により選択的に金のメッキ膜を膜厚1μm程度に形成する。上記マスクパターンを除去した後、同様にすることで、支持部材が配置される領域に、選択的に金のメッキ膜を膜厚2μm程度に形成する。
Next, on the
これらのことにより、図5(c)に示すように、シード層501の上に、電極パターン502と支柱パターン503とが形成された状態とする。図5(c’)の平面図に示すように、電極パターン502は、所定の間隔でマトリクス状に配列され、支柱パターン503は、格子状に形成される。
As a result, as shown in FIG. 5C, the
次に、電極パターン502及び支柱パターン503をマスクとし、シード層501を選択的にエッチングする。このエッチングでは、まず、ヨウ素,ヨウ化アンモニウム,水,エタノールからなるエッチング液を用い、シード層501の上層の金膜を選択的に除去する。次いで、HF系のエッチング液を用い、シード層501の下層のチタン膜を選択的に除去する。なお、上記金のウエットエッチングでは、エッチング速度が毎分0.05μmである。
Next, the
これらの結果、図6(d)に示すように、層間絶縁層102の上に、各々が絶縁分離してセンサ電極113,下部電極123,及び支持部材105が形成された状態が得られる。各電極は、各々が層間絶縁層102の下に形成されている集積回路の所定の回路に接続し、支持部材105は、接地電位に接続されている。なお、図には、これらを接続している配線を省略している。
As a result, as shown in FIG. 6D, the
次に、図6(e)に示すように、支持部材105に囲われている領域を充填するように、容量絶縁膜104を形成する。容量絶縁膜104により、センサ電極113及び下部電極123は埋設された状態となる。容量絶縁膜104は、例えば、感光性を有する樹脂膜から形成することができる。例えば、ポリアミド,ポリアミド酸,ポリベンゾオキサゾール(もしくはこの前駆体)などのベース樹脂(ポリイミド)に、ポジ型感光剤を付加した感光性樹脂を、基板101の上に回転塗布などにより塗布し、感光性樹脂膜を形成する。なお、上記ベース樹脂を主体としたネガ型の感光樹脂を用いることも可能である。
Next, as illustrated in FIG. 6E, the
次に、塗布形成した感光性樹脂膜にプリベークを施した後、支持部材105の上部領域に露光を行い、現像の処理を行うことで、支持部材105の上部の感光性樹脂膜が除去された状態とする。これら露光現像処理の後、支持部材105の間に残った感光性樹脂膜を熱硬化させた後、例えば化学的機械的研磨法などによりエッチバックすることで、図6(e)に示すように、支持部材105の上面と同一の平面が形成される平坦な表面の容量絶縁膜104が、形成された状態が得られる。
Next, after pre-baking the applied photosensitive resin film, the upper region of the
次に、上述したことにより平坦に形成された支持部材105及び容量絶縁膜104の表面に、例えば蒸着法により、膜厚0.1μmのチタン膜(密着層)と0.1μmの金膜(シード層)との2層膜からなる金属層504を形成する。
次に、金属層504の上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、まず、センサ電極113が配置されている支持部材105に囲われた領域を覆うパターンを備える。また、上記レジストパターンは、下部電極123が配置されている支持部材105に囲われた領域の上部において、下部電極123の外側上部の領域に、柱状のパターンを備える。
Next, a 0.1 μm-thick titanium film (adhesion layer) and a 0.1 μm-thick gold film (seed layer) are formed on the surfaces of the
Next, a resist pattern is formed on the
次いで、上記レジストパターンをマスクとし、電解メッキ法により、金属層504の露出している領域に、選択的に金のメッキ膜を膜厚1.0μm程度形成する。この後、上記レジストパターンを除去することで、図6(g)に示すように、下部電極123が配置されている支持部材105に囲われた領域の上部に、部分的に開口部を備えた電極パターン505が形成された状態とする。電極パターン505は、上部電極106の一部である。ここで、図6(g)以降では、電極パターン505や上部電極106に、便宜的に開口部(貫通孔)が示された状態とする。開口部は、平面視一辺が4μmの正方形である。また、4個の開口部が、下部電極123の4つの角の外側に配置されている。
Next, a gold plating film is selectively formed to a thickness of about 1.0 μm on the exposed region of the
以上のように電極パターン505を形成した後、まず、電極パターン505をマスクとして金属層504の上層である金膜(シード層)をエッチング除去する。このエッチングは、ヨウ素,ヨウ化アンモニウム,水,エタノールからなるエッチング液を用いればよい。
次いで、図6(h)に示すように、センサ電極113が配置された領域を覆うレジストパターン506を形成する。この後、レジストパターン506及び電極パターン505をマスクとし、電極パターン505の開口部に露出している金属層504の下層であるチタン膜(密着層)を選択的に除去する。これらの結果、図7(i)に示すように、下部電極123の上方に上部電極106が形成された状態が得られ、上部電極106の開口部においては、下層の容量絶縁膜104の表面が露出した状態となる。
After the
Next, as shown in FIG. 6H, a resist
次に、レジストパターン506を除去した後、上述したことにより形成した上部電極106の開口部を介して例えば酸素プラズマを作用させることで、下部電極123の上部領域の容量絶縁膜104を除去する。これらのことは、例えば、基板101を酸素のプラズマ中に曝すことで実現できる。このことにより、図7(j)に示すように、下部電極123の上部領域には空間が形成される。
Next, after removing the resist
次に、図7(k)に示すように、上部電極106の上に封止膜107を形成し、上部電極106の開口部が塞がれた状態とする。
ここで、封止膜107の形成例について説明する。封止膜107の形成は、例えば、感光性を有する樹脂の膜を、公知のSTP(Spin-coating film Transfer and hot-Pressing technique)法により形成する。まず、上記樹脂の膜を塗布形成してあるシートフィルムを用意し、所定の圧力に真空排気された雰囲気で、シートフィルムの樹脂膜形成面を基板101の上に貼り付け、これらを熱圧着させ、この後、樹脂の膜よりシートフィルムを剥離すればよい。
Next, as illustrated in FIG. 7K, a sealing
Here, an example of forming the sealing
これらのことにより貼り付けられた樹脂の膜を、公知のリソグラフィー技術により露光現像し、形成したパターンを例えば300℃1時間の熱処理により熱硬化させることで、図7(k)に示すように、封止膜107が形成できる。上述した樹脂の膜は、ポリアミド,ポリアミド酸,ポリベンゾオキサゾール(もしくはこの前駆体)などのベース樹脂(ポリイミド)に、ポジ型感光剤を付加した感光性樹脂であればよい。また、上記ベース樹脂を主体としたネガ型の感光樹脂であってもよい。
As shown in FIG. 7 (k), the resin film adhered by these is exposed and developed by a known lithography technique, and the formed pattern is thermally cured, for example, by heat treatment at 300 ° C. for 1 hour. The sealing
以上のようにして封止膜107を形成した後、封止膜107及び上部電極106が形成されていないセンサ電極113の上部領域の金属層504を、HF系のエッチング液により除去し、図7(k)に示すように、センサ電極113の上部領域における容量絶縁膜104の表面を露出させる。
After forming the sealing
この後、前述したSTP法もしくは公知の回転塗布法により、膜厚5μm程度の感光性樹脂膜を形成し、これを所定のパターンに露光現像し、加熱して熱硬化させることで、図7(l)に示すように、封止膜107の上に、下部電極123に対応させて、突起108が形成された状態とする。
以上のことにより、静電容量式容量検出素子110とMEMS式容量検出素子120とが、交互に配列された表面形状認識用センサが完成する。
Thereafter, a photosensitive resin film having a film thickness of about 5 μm is formed by the STP method or the known spin coating method described above, and this is exposed and developed into a predetermined pattern, and is heated and thermally cured, whereby FIG. As shown in FIG. 1L, the
As described above, a surface shape recognition sensor in which the capacitance type
なお、突起108は、必ずしも必要なものではない。例えば、検出対象の表面形状の凹凸が、各素子の寸法よりも小さい場合、突起108がなくても、上部電極106を凹凸の状態に対応させて撓ませることができる。
また、封止膜107は、上部電極106の全域を覆うように形成する必要はない。図7(m)に示すように、封止膜707は、上部電極106の開口部を塞ぐように形成すればよく、上部電極106の表面が露出していてもよい。上部電極106の上面が露出していることにより、本センサの表面において発生した静電気を、支持部材105を経由して接地に流すことが可能となり、静電気に対する耐性を向上させることができる。
The
Further, the sealing
また、図8(a)に示すように、上部電極106及び封止膜107と、容量絶縁膜104の表面との段差を埋めるような平坦化絶縁層801を形成してもよい。
また、平坦化絶縁層801を形成する場合、図8(b)に示すように、厚いセンサ電極813を形成し、センサ電極813の上部の絶縁層の厚さを薄くし、形成される容量が大きくなるようにしてもよい。センサ電極813は、支柱パターン503から支持部材105を形成するまでの工程と同様にすることで、形成できる。
Further, as illustrated in FIG. 8A, a
When the
ところで、上述した実施の形態では、図9(a)に示すように、検出対象の指が指し示す方向に対し、静電容量式容量検出素子110とMEMS式容量検出素子120とが、ほぼ直角平行な方向に配列されているようにした。
しかしながらこれに限るものではなく、図9(b)に示すように、各素子が、検出対象の指が指し示す方向に対し、45°回転した方向に配列されているようにしてもよい。
また、図9(c)に示すように、平面視円形のMEMS式容量検出素子920をマトリクス状に配列させ、これらの隙間に、静電容量式容量検出素子910を配列させるようにしてもよい。
Incidentally, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 9A, the capacitance type
However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 9B, each element may be arranged in a direction rotated by 45 ° with respect to the direction indicated by the finger to be detected.
Further, as shown in FIG. 9C, the MEMS
なお、上述では、第1検出素子として、指の表面を一方の電極として利用する、可動部を備えない静電容量式容量検出素子を用い、第2検出素子として、可動する上部電極と固定されている下部電極とを備えたMEMS式容量検出素子を用いるようにしたが、これに限るものではない。例えば、第1検出素子は、絶縁膜に覆われたセンサ電極における電気的変量を検出する検出素子であればよい。 In the above description, a capacitive detection element that uses the surface of the finger as one electrode and does not have a movable part is used as the first detection element, and is fixed to the movable upper electrode as the second detection element. However, the present invention is not limited to this. For example, the first detection element may be a detection element that detects an electrical variable in a sensor electrode covered with an insulating film.
第1検出素子の他の例として、指などの検出対象に高周波信号を与えて検出対象より電界を生成させ、この電界をセンサ電極が検出する電界検出素子が利用できる。また例えば、第2検出素子として、圧電素子を備えた感圧式の検出素子を用いるようにしてもよい。本発明は、指紋などの表面形状を認識(検出)する検出面に、検出機構が異なる第1検出素子と第2検出素子とを備えるようにしたことに特徴がある。 As another example of the first detection element, an electric field detection element in which a high frequency signal is applied to a detection target such as a finger to generate an electric field from the detection target and the sensor electrode detects the electric field can be used. For example, a pressure-sensitive detection element including a piezoelectric element may be used as the second detection element. The present invention is characterized in that a detection surface for recognizing (detecting) a surface shape such as a fingerprint is provided with a first detection element and a second detection element having different detection mechanisms.
また、上述では、第1検出素子と第2検出素子とを、交互に配列するようにしたが、これに限るものではない。例えば、4つの第1検出素子と4つの第2検出素子とを各々一単位とし、これらの一単位を交互に配列するようにしてもよい。また、一列毎もしくは一行毎に、第1検出素子と第2検出素子とを並べて配列させるようにしてもよい。 In the above description, the first detection elements and the second detection elements are alternately arranged. However, the present invention is not limited to this. For example, four first detection elements and four second detection elements may each be a unit, and these one units may be alternately arranged. Further, the first detection elements and the second detection elements may be arranged side by side for each column or for each row.
半導体基板の上に、検出機構の異なる複数の第1検出素子と第2検出素子とを配列することによって、例えば、乾燥した指や湿った指、あるいは硬い指先や柔らかい指先など、検出対象の表面が様々な状態を対象とする指紋認証にも適用できる。 By arranging a plurality of first detection elements and second detection elements having different detection mechanisms on a semiconductor substrate, for example, a surface of a detection target such as a dry finger, a wet finger, a hard fingertip, or a soft fingertip Can be applied to fingerprint authentication for various states.
101 基板
102 層間絶縁層
104 容量絶縁膜
105 支持部材
106 上部電極
107 封止膜
108 突起
110 静電容量式容量検出素子
113 センサ電極
120 MEMS式容量検出素子
123 下部電極
210 静電容量式容量検出回路
220 MEMS式容量検出回路
300 制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記層間絶縁層の同一平面上に配列された複数の第2検出素子と、
前記層間絶縁層の下方に設けられた集積回路と
を備え、
前記集積回路は、
前記第1検出素子に接続する第1検出回路と、
前記第2検出素子に接続する第2検出回路と、
前記第1検出回路及び第2検出回路を制御する制御回路と
を含み、
前記第1検出素子と前記第2検出素子とは、検出機構が異なるものであることを特徴とする表面形状認識用センサ。 A plurality of first detection elements arranged on the same plane of an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate;
A plurality of second detection elements arranged on the same plane of the interlayer insulating layer ;
An integrated circuit provided below the interlayer insulating layer ,
The integrated circuit comprises:
A first detection circuit connected to the first detection element;
A second detection circuit connected to the second detection element;
A control circuit for controlling the first detection circuit and the second detection circuit;
Including
A sensor for recognizing a surface shape, wherein the first detection element and the second detection element have different detection mechanisms.
前記制御回路は、
複数の前記第1検出回路を制御する第1制御回路と、
複数の前記第2検出回路を制御する第2制御回路と、
前記第1制御回路および前記第2制御回路の出力を合成する総合制御回路と
を備えることを特徴とする表面形状認識用センサ。 The surface shape recognition sensor according to claim 1,
The control circuit includes:
A first control circuit for controlling a plurality of the first detection circuits;
A second control circuit for controlling a plurality of the second detection circuits;
An overall control circuit for synthesizing outputs of the first control circuit and the second control circuit;
Surface shape recognition sensor, characterized in that it comprises a.
前記層間絶縁層の同一平面上に配列された複数の第2検出素子と、
前記層間絶縁層の下方に設けられた集積回路と
を備え、
前記集積回路は、
前記第1検出素子及び前記第2検出素子に接続する検出回路と、
前記検出回路を制御する制御回路と
を含み、
前記第1検出素子と前記第2検出素子とは、検出機構が異なるものであることを特徴とする表面形状認識用センサ。 A plurality of first detection elements arranged on the same plane of an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate;
A plurality of second detection elements arranged on the same plane of the interlayer insulating layer;
An integrated circuit provided under the interlayer insulating layer;
With
The integrated circuit comprises:
A detection circuit connected to the first detection element and the second detection element;
A control circuit for controlling the detection circuit;
Including
A sensor for recognizing a surface shape, wherein the first detection element and the second detection element have different detection mechanisms .
前記検出回路は、前記第1検出素子及び第2検出素子との接続を切り替える切り替えスイッチを備えることを特徴とする表面形状認識用センサ。 The surface shape recognition sensor according to claim 3 ,
The detection circuit includes a changeover switch that switches connection between the first detection element and the second detection element .
前記層間絶縁膜の上に第1金属膜を形成する工程と、
前記第1金属膜の上に複数の開口部を備えた第1マスクパターンを形成する工程と、
前記第1マスクパターンの開口部の底部に露出した前記第1金属膜の表面にメッキ法により第1金属パターンを形成する工程と、
前記第1マスクパターンを除去した後、前記第1金属パターンの周囲に配置された開口部を備えた第2マスクパターンを前記第1金属膜および前記第1金属パターンの上に形成する工程と、
前記第2マスクパターンの開口部の底部に露出した前記第1金属膜の表面にメッキ法により前記第1金属パターンより厚い第2金属パターンを形成する工程と、
前記第2マスクパターンを除去した後、前記第1金属パターン及び前記第2金属パターンをマスクとして前記第1金属膜をエッチング除去し、前記第1金属膜および前記第1金属パターンからなる複数の下部電極,複数のセンサ電極と前記第1金属膜および前記第2金属パターンからなる支持部材とを形成する工程と、
前記センサ電極及び前記下部電極を覆いかつ前記支持部材の上面が露出するように前記層間絶縁膜の上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に導電性を有する材料から構成された密着層を形成する工程と、
前記密着層の上に導電性を有する材料から構成されたシード層を形成する工程と、
前記シード層の上の前記下部電極の上部領域に開口部を備えた第3マスクパターンを形成する工程と、
前記第3マスクパターンの開口部の底部に露出した前記シード層の表面にメッキ法により開口部を備えた第3金属パターンを形成する工程と、
前記第3マスクパターンを除去した後、前記第3金属パターンをマスクとして前記シード層をエッチング除去する工程と、
前記第3金属パターンが形成されていない前記センサ電極の上部領域の前記密着層を覆う第4マスクパターンを形成する工程と、
前記第4マスクパターンおよび前記第3金属パターンをマスクとし、前記第3金属パターンの開口部の底部に露出する前記密着層をエッチング除去する工程と、
前記第4マスクパターンを除去する工程と、
前記第3金属パターンの開口部を介して前記下部電極の上部の前記絶縁膜をエッチング除去し、前記下部電極と前記第3金属パターンとに挟まれた領域に空間を形成する工程と、
前記センサ電極の上部領域における前記絶縁膜の表面を覆う前記密着層を除去し、前記第3金属パターン及びこの下部の前記シード層,前記密着層からなる上部電極を形成する工程と
を備え、
前記半導体基板の上に、
前記センサ電極とこれを覆う前記絶縁膜からなる複数の静電容量式容量検出素子と、
前記下部電極とこの上に対向配置された前記上部電極とからなる複数のMEMS式容量検出素子と
を形成することを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。 Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first metal film on the interlayer insulating film;
Forming a first mask pattern having a plurality of openings on the first metal film;
Forming a first metal pattern by plating on the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening of the first mask pattern;
Forming a second mask pattern having an opening disposed around the first metal pattern on the first metal film and the first metal pattern after removing the first mask pattern;
Forming a second metal pattern thicker than the first metal pattern by plating on the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening of the second mask pattern;
After removing the second mask pattern, the first metal film is etched away using the first metal pattern and the second metal pattern as a mask, and a plurality of lower portions made of the first metal film and the first metal pattern are removed. A step of forming an electrode, a plurality of sensor electrodes, and a support member comprising the first metal film and the second metal pattern;
Forming an insulating film on the interlayer insulating film so as to cover the sensor electrode and the lower electrode and to expose an upper surface of the support member;
Forming an adhesion layer composed of a conductive material on the insulating film;
Forming a seed layer made of a conductive material on the adhesion layer;
Forming a third mask pattern having an opening in an upper region of the lower electrode on the seed layer;
Forming a third metal pattern having an opening by plating on the surface of the seed layer exposed at the bottom of the opening of the third mask pattern;
Removing the third mask pattern and then etching away the seed layer using the third metal pattern as a mask;
Forming a fourth mask pattern covering the adhesion layer in the upper region of the sensor electrode where the third metal pattern is not formed;
Etching the adhesion layer exposed at the bottom of the opening of the third metal pattern using the fourth mask pattern and the third metal pattern as a mask;
Removing the fourth mask pattern;
Etching away the insulating film above the lower electrode through the opening of the third metal pattern to form a space in a region sandwiched between the lower electrode and the third metal pattern;
Removing the adhesion layer covering the surface of the insulating film in the upper region of the sensor electrode, and forming an upper electrode composed of the third metal pattern, the seed layer below the adhesion layer, and the adhesion layer;
With
On the semiconductor substrate,
A plurality of capacitance type capacitance detecting elements comprising the sensor electrode and the insulating film covering the sensor electrode;
A plurality of MEMS capacitive sensing elements comprising the lower electrode and the upper electrode disposed opposite thereto;
A method of manufacturing a surface shape recognition sensor , characterized by comprising :
前記絶縁膜と前記上部電極とによる段差を平坦化する平坦化絶縁膜を前記絶縁膜および前記上部電極の上に形成する工程を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。 In the manufacturing method of the surface shape recognition sensor according to claim 5 ,
A method for manufacturing a surface shape recognition sensor , comprising: forming a flattening insulating film for flattening a step between the insulating film and the upper electrode on the insulating film and the upper electrode .
前記層間絶縁膜の上に第1金属膜を形成する工程と、
前記第1金属膜の上の複数の第1領域に各々開口部を備えた第1マスクパターンを形成する工程と、
前記第1マスクパターンの開口部の底部に露出した前記第1金属膜の表面にメッキ法により第1金属パターンを形成する工程と、
前記第1マスクパターンを除去した後、前記第1領域以外の複数の第2領域の各々の中央部に配置された開口部及び前記第1領域と前記第2領域との周囲に配置された開口部を備えた第2マスクパターンを前記第1金属膜および前記第1金属パターンの上に形成する工程と、
前記第2マスクパターンの開口部の底部に露出した前記第1金属膜の表面にメッキ法により前記第1金属パターンより厚い第2金属パターンを形成する工程と、
前記第2マスクパターンを除去した後、前記第1金属パターン及び前記第2金属パターンをマスクとして前記第1金属膜をエッチング除去し、前記第1領域の前記第1金属膜および前記第1金属パターンからなる複数の下部電極,前記第2領域の中央部に配置された前記第1金属膜および前記第2金属パターンからなる複数のセンサ電極,および前記第1領域と前記第2領域との周囲に配置された前記第1金属膜および前記第2金属パターンからなる支持部材とを形成する工程と、
前記下部電極を覆いかつ前記支持部材の上面が露出するように前記層間絶縁膜の上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に導電性を有する材料から構成された密着層を形成する工程と、
前記密着層の上に導電性を有する材料から構成されたシード層を形成する工程と、
前記シード層の上の前記下部電極の上部領域に開口部を備えた第3マスクパターンを形成する工程と、
前記第3マスクパターンの開口部の底部に露出した前記シード層の表面にメッキ法により開口部を備えた第3金属パターンを形成する工程と、
前記第3マスクパターンを除去した後、前記第3金属パターンをマスクとして前記シード層をエッチング除去する工程と、
前記第3金属パターンが形成されていない前記センサ電極の上部領域の前記密着層を覆う第4マスクパターンを形成する工程と、
前記第4マスクパターンおよび前記第3金属パターンをマスクとし、前記第3金属パターンの開口部の底部に露出する前記密着層をエッチング除去する工程と、
前記第4マスクパターンを除去する工程と、
前記第3金属パターンの開口部を介して前記下部電極の上部の前記絶縁膜をエッチング除去し、前記下部電極と前記第3金属パターンとに挟まれた領域に空間を形成する工程と、
前記第3金属パターン以外の領域の前記密着層を除去し、前記第3金属パターン及びこの下部の前記シード層,前記密着層からなる上部電極を形成する工程と、
前記絶縁膜,前記センサ電極,及び前記上部電極による段差を平坦化する平坦化絶縁膜を前記絶縁膜,前記センサ電極,および前記上部電極の上に形成する工程と
を備え、
前記半導体基板の上に、
前記第1領域に配置されて前記下部電極とこの上に対向配置された前記上部電極とからなる複数のMEMS式容量検出素子と、
前記第2領域の配置されて前記センサ電極とこれを覆う前記絶縁膜からなる複数の静電容量式容量検出素子と
を形成することを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。 Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first metal film on the interlayer insulating film;
Forming a first mask pattern having openings in a plurality of first regions on the first metal film;
Forming a first metal pattern by plating on the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening of the first mask pattern;
After removing the first mask pattern, an opening disposed at the center of each of the plurality of second regions other than the first region, and an opening disposed around the first region and the second region Forming a second mask pattern having a portion on the first metal film and the first metal pattern;
Forming a second metal pattern thicker than the first metal pattern by plating on the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening of the second mask pattern;
After removing the second mask pattern, the first metal film and the first metal pattern in the first region are removed by etching using the first metal pattern and the second metal pattern as a mask. A plurality of lower electrodes, a plurality of sensor electrodes composed of the first metal film and the second metal pattern disposed in a central portion of the second region, and around the first region and the second region. Forming a support member comprising the first metal film and the second metal pattern disposed;
Forming an insulating film on the interlayer insulating film so as to cover the lower electrode and expose an upper surface of the support member;
Forming an adhesion layer composed of a conductive material on the insulating film;
Forming a seed layer made of a conductive material on the adhesion layer;
Forming a third mask pattern having an opening in an upper region of the lower electrode on the seed layer;
Forming a third metal pattern having an opening by plating on the surface of the seed layer exposed at the bottom of the opening of the third mask pattern;
Removing the third mask pattern and then etching away the seed layer using the third metal pattern as a mask;
Forming a fourth mask pattern covering the adhesion layer in the upper region of the sensor electrode where the third metal pattern is not formed;
Etching the adhesion layer exposed at the bottom of the opening of the third metal pattern using the fourth mask pattern and the third metal pattern as a mask;
Removing the fourth mask pattern;
Etching away the insulating film above the lower electrode through the opening of the third metal pattern to form a space in a region sandwiched between the lower electrode and the third metal pattern;
Removing the adhesion layer in a region other than the third metal pattern, and forming an upper electrode comprising the third metal pattern and the seed layer and the adhesion layer below the third metal pattern;
Forming a planarizing insulating film on the insulating film, the sensor electrode, and the upper electrode to planarize a step due to the insulating film, the sensor electrode, and the upper electrode;
With
On the semiconductor substrate,
A plurality of MEMS capacitive sensing elements, which are arranged in the first region and are composed of the lower electrode and the upper electrode arranged to face the lower electrode;
A plurality of capacitance-type capacitance detecting elements comprising the sensor electrode disposed in the second region and the insulating film covering the sensor electrode;
A method of manufacturing a surface shape recognition sensor, characterized by comprising :
前記上部電極の上に突起を形成する工程を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。 In the manufacturing method of the sensor for surface shape recognition of any one of Claims 5-7 ,
A method of manufacturing a sensor for recognizing a surface shape, comprising a step of forming a protrusion on the upper electrode .
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