JP4035289B2 - 指紋センサ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、指紋センサに関する。従来、電子部品は通常ケーシング内に設けられているが、これらの電子部品からはエネルギー供給もしくは信号を供給及び／又は取り出すための供給線が出ている。これらの電子部品において、特にいわゆるＣＭＯＳ技術により製造された半導体チップをケーシング内部に有する電子部品は、静電放電に対し大変敏感である。この時、この電子部品には外部からこの部品に作用する電位差により電荷移動が起こり、これは最終的に１つまたは複数のいわゆるゲートコンデンサの過電圧を招くため、このゲートコンデンサの各プレート間に直接放電が起こり、これにより通常は部品が破損してしまう。このような後に破損を招く静電的な帯電は、例えば接触によって生じ得るものであり、これに対する防護策として、電子工学の実験室では、例えばこれらの部品を導電性のセルラーラバー上に置く。さらに、電子工学の実験室でこれらの部品に触る人は、適切なアースバンドを身につけることが多いので、接触による帯電は起こり得ない。これらの部品をプリント基板に取り付ける実装装置を用いた製造のために、相応する安全対策が講じられている。
【０００２】
これらの部品がいったん回路上に組み込まれてしまえば、通常は、この部品が静電放電により破損する危険はわずかしかない。しかしこれは、常に回路の欠陥又は他の部品の故障により起こり得る。これを避けるため、通常電子部品は付加的に回路技術的な保護構造体を有しているので、静電放電に対する保護（ＥＳＤ保護）も供給された過電圧に対する保護も存在する。この過電圧とは、通常は分岐した回路の過電圧である。
【０００３】
このようなＥＳＤ保護の基本的な欠点は、これに電子部品の本来の機能に対し何も寄与しない「チップ面積が必要」なことである。このようなＥＳＤ保護のその他の欠点は、これによりしばしば、ＥＳＤ保護のない部品の機能が変化してしまうことである。このＥＳＤ保護により、しばしば部品の感度及び／又は動特性に対する影響が生じる。
【０００４】
今日の新しい電子部品は閉鎖式のケーシングを有していないので、半導体チップの部品は外側に露出している。これらの新しい電子部品は、例えばいわゆる「チップ・サイズ・パッケージ」（ＣＳＰ）であり、ここではチップがその接点と共に直接プリント基板上にマウンティングされる。さらに様々なセンサもまた半導体チップとして製造されることが多くなっている。ＣＳＰにおいてもセンサとしての使用においても、この部品は全体的に又は少なくとも一つの部分的にかなり大きな、周囲から自由に接触できる面を有している。
【０００５】
このような場合、静電放電に対する保護対策が強く要求される。指紋センサはこのような半導体チップとして形成され、これは多くの個々のキャパシタンスからなるマトリックスにより形成されている。このセンサは、指紋を取る指が、直接部品に触れるように構成されている。特にこのような場合、容易に静電的な帯電が起こり得る。なぜならこのようなセンサを通常に使用する際、使用前に放電のために指を接地しておかなければならないとしたら、それは受け入れがたいためである。例えば携帯電話等の、指押圧センサないしは指紋センサが設けられている移動装置においても、この装置を持ち歩くことにより静電的な帯電が生じる危険がある。
【０００６】
本発明の課題は、かなりの部分がケーシングに囲まれていない場合でも、確実なＥＳＤ保護が得られるような指紋センサを提供することである。この課題は、本発明の特許請求項１に記載する手段により解決される。
【０００７】
導電性の保護構造体を導電面の上方の面に設け、導電面を空けておくことによって、この導電性の保護構造体が適切な接続によりファラデー・ケージの作用を有することが確実となる。これにより、静電放電に対する保護が簡単に保証される。
【０００８】
その他の有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【０００９】
間隙領域を設けることにより、導電面が保護構造体によって覆われることがなくなる。この保護構造体の帯状の傾斜した構成は、間隙領域に向けられた、面状に構成されていない端部へ続き、これらの端部は避雷針の作用を有している。
【００１０】
この保護構造体の製造のためにタングステンを使用することにより、この構造体は高い耐性を持つ。
【００１１】
１〜５μｍの構造幅を有するこの保護構造体の構成は、特に扱いやすいものとなっている。さらにこの保護構造体の格子状の構成は、最少の材料しか必要とせずに、製造の容易性と、ＥＳＤ保護の高い有効性とを合わせ持つ。
【００１２】
以下、図面を参照しながら、実施例に基づき本発明を説明する。
図１は、本発明の第１の実施例であり、
図２は、本発明の第２の実施例であり、
図３は、図１及び２に記載された実施例の上面図であり、
図４は、図１に記載された実施例の有利な構成であり、
図５は、図１に記載された実施例の別の有利な構成であり、
図６は、本発明の指紋センサの主な製造工程を示す。
【００１３】
以下の記載において、同一の参照符号は同一の部材を示す。
【００１４】
図１は、本発明の指紋センサを概略的に示す。ここで半導体チップの表面１の上には誘電体層２があり、この誘電体層２は、活性的なもしくは導電性の構造を、接触面もしくはその上にある導電面から分離するために設けられている。このような導電面４もしくは４´は、記載された実施例においては、誘電体層２の上に直接設けられており、ここで導電面４もしくは４´間の間隙は、酸化物３によって充填されており、この酸化物は、導電面４もしくは４´を、その上にある窒化物層５からも隔てている。
【００１５】
この記載された指紋センサの実施例では、導電面４を指紋センサの各センサ素子とする。ここでこの導電面４はそれぞれコンデンサ面を成しており、一方、指そのものは対向するコンデンサ面を成している。これらの導電面４´は例えば導線であり、それらの端子は記載していない。一方酸化物３の上には窒化物層５が形成されているが、これは複数の層から構成されていても良い。この窒化物層５には切欠が設けられており、これらの切欠はタングステンで充填されている。こうしてこの装置は、指紋を走査するためにこの構造体の表面に置かれる指Ｆが、導電面４とともにさらにコンデンサを形成するようにして構成されている。それはこのタングステン構造体６が、導電面４間の間隙領域Ｚに配置されているからである。この指が帯電していると、もしタングステン構造体６が接地されていれば、図１に示唆しているように放電される。
【００１６】
この実施例における指紋センサは、導電面４を取り巻く酸化物の厚さが約２５０ｎｍであり、窒化物の厚さが１５００ｎｍであり、タングステン構造体６の切欠の深さが約３７０〜７００ｎｍであり、これらの切欠の幅が約１μｍであるという適切な構造を有している。
【００１７】
図２には、ＣＳＰのような表面実装用電子部品への、指紋センサの適用例が記載されている。ここでは酸化物の中に構成されている導電面１４が、保護用窒化物５を貫通して表面に露出している。このようにして形成された開口７は、プリント基板への表面実装の際、接触パッドとして用いられる導電面１４のボンディングに用いられる。この時、この開口７は半田又は導電性接着剤により充填される。ここでもまた表面にはタングステン構造体６が設けられており、これは実装した状態における通常の使用の際には、電荷を帯びていない指が近づくが、ＣＳＰとして実装された部品の通常の作動においても、プリント基板の表面に静電的な帯電が生じることは容易にあり得る。この記載された実施例において、タングステン構造体として構成されている導電保護構造体６は、もし接地されていれば、ここでもまた静電放電に対する保護体として用いられる。この導電保護構造体６は、いわゆるファラデー・ケージとしての構成部材のために作用する。タングステンの使用は必然的なものではないが、現在半導体技術で使用されている他のアルミニウム合金に対し、タングステンはファクタ６だけ高い電流密度を有し、タングステンの融点も、３４１０℃であって、通常のアルミニウム合金よりも著しく高い（ＡｌＳｉＣｕは６６０℃）。
【００１８】
図１、２ともに、このタングステン構造体６は導電面４´の上方に形成されており、導電面４と同じ面にある。このような構成に選択されているのは、外部から導電面４´に接近できないようにするためである。
【００１９】
この構成は、図３において再度、上から見た図として示されている。ここには導電面４もしくは１４が記載されている。この記載にはカバー層を設けていない。即ち、これらの導電面４は、図１に示したコンデンサプレート４及び図２に示した接触面１４と見なす。これらの導電面４もしくは１４の間には、導電性のタングステン構造体６が、上から見て格子状となるように構成されており、その際このタングステン構造体６は導電面４もしくは１４の側面に対し斜めの方向を向いている。この格子の形成、及びこの格子が導電面４もしくは１４を覆わないことにより、この構造の周縁部に、静電放電に対する保護に特に適した突起もしくは先端部が形成される。従ってこの格子構造は、導電面４の周縁部において、避雷針と同様の作用を有している。これらの導電面４もしくは１４の間に、すでに図１及び２において示したように、タングステン格子６によって覆われている導電面４´がある。これは、これらの導電面４´が上方に到達できるようになってはならないためである。
【００２０】
図４もしくは図５には、本発明の指紋センサの有利な構成が示されている。ここでは同一の構成部材には同一の参照符号が付せられている。断面図として示されている指紋センサは、基板１０から構成されており、その表面には、能動素子による構造を集積回路の形で設けることができるが、これは本発明にとってどうしても設けなければならないというわけではない。その上には、基板表面の一部にポリシリコン９からなる構造が設けられ、これは一方でホウ素・リン・ケイ素酸化物ガラス層８によって覆われている。その上には、詳しく図示しない金属被覆路を有する第１の金属被覆層が設けられており、これは誘電体層２により覆われている。これは、既に図１もしくは図２から公知であるものと同じ誘電体層である。その上にある構造は、図１もしくは図２に示した構造に相当する。部品全体がケーシング１１により取り囲まれ、このケーシングは構成部材の表面を開放しているが、その周縁部では、このケーシングが表面にも置かれるようにして囲んでいる。
【００２１】
図４によれば、スルーホールが表面から先に記載した全ての層を通り、アースに接続された基板にまで設けられている。このスルーホールの表面にある部分が、再びタングステン構造体６と電気的に接続されている。このようにして、ファラデー・ケージに相当する構成が設けられている。露出したチップ面を囲むケーシング１１のフレームには、アースフレーム１２が設けられている。
【００２２】
上記構成と異なり、図５によれば、全ての層を通るスルーホールは設けられていない。ここに記載された実施例においては、タングステン構造体６は導電的にアースフレーム１２に接続されている。その他は、この下にある構造同士が互いに周縁領域でスルーホール接続され、その後この基板を介してアース接続が行われる。ここに記載された実施例においても、このようにしてファラデー・ケージが設けられている。
【００２３】
図５に示した変形実施例によれば、アースフレームとタングステン構造体６との間の接続は、導電性接着剤を介して生じさせることもできる。このためには、図５に示されているように、アースフレーム１２が、タングステン構造体６の上に置かれるまで引き延ばさなくてはならない。この時、アースフレーム１２の構造は、図４に示したものと同様に、近傍領域（図５ａ参照）の導電性接着剤接続部１３を介してタングステン構造体６と接続すれば十分である。
【００２４】
図６には、タングステン構造の製造過程を概略的に示す。まず初めに、導電面４もしくは１４もしくは４´及びこれらの面を取り囲む酸化物３から生じる構造体の平坦化を行う。この構造体上に、リソグラフィー処理された窒化物を塗布し、その後既述の切欠の形成のために窒化物トレンチエッチングが行われる。次に、ＣＶＤ処理ステップ（Chemical Vapor Deposition）により、タングステンを塗布する。このように全面に塗布されたタングステンは、再び窒化物層の高さまで取り去る。その際、Ｉ及びＩＩに記載された様々な切削方法によって、様々な波形構造が生じる。図６の下側部分においては、上側部分とは反対に、導電面と導電面を取り巻く酸化物からなる初期構造が平らなため、窒化物層も平らに形成される。
【００２５】
タングステン構造体には、使用する技術に応じて１〜１０ｍの構造幅を設けることができる。静電的に帯電した指がこの表面に近づくような極端な事がないＣＳＰ部品においては、格子構造を形成せずに、簡単に表面の一部を全体的にタングステンで覆うようにしても良い。
【００２６】
本発明は、指紋センサ以外に、例えばチップカードにも適用できる。この場合使用者が同一人物かを確実に判断できるように、抵抗力のある、弾性的な、環境の及ぼす影響から保護されるように構成すると有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を示す図である。
【図２】 本発明の第２の実施例を示す図である。
【図３】 図１及び２に記載された実施例の上面図である。
【図４】 図１に記載された実施例の有利な構成を示す図である。
【図５】 図１に記載された実施例の別の有利な構成を示す図である。
【図５Ａ】 図５の部分的な詳細図である。
【図６】 本発明の指紋センサの主な製造工程を示す図である。

Claims (4)

1. 基板（１０）上に形成された誘電体層（２）と、該誘電体層上に相互に間隙領域（Ｚ）をおいて形成された複数の導電面（４；１４）と、導電保護構造体（６）とを有しており、該導電保護構造体（６）は、該複数の導電面（４；１４）の上方の平面に、該複数の導電面（４；１４）間に形成されている間隙領域（Ｚ）に沿って格子状に配置されている指紋センサにおいて、
   該保護構造体（６）が帯状に、かつ前記間隙領域（Ｚ）の幅方向に対し斜めの方向に延在していることを特徴とする指紋センサ。
2. 前記保護構造体は、該間隙領域（Ｚ）を出ないように延在している、請求項１記載の指紋センサ。
3. 前記保護構造体（６）がタングステンから構成されている、請求項１〜２のいずれか１項記載の指紋センサ。
4. 前記保護構造体（６）の構造幅が１〜５μｍである、請求項１〜３のいずれか１項記載の指紋センサ。

Images