TWI477400B - 具有類鑽碳膜的結構、指紋辨識器及其製造方法 - Google Patents

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Description

具有類鑽碳膜的結構、指紋辨識器及其製造方法
本發明係關於一種結構，特別是關於一種具有類鑽碳膜的結構。
目前的指紋辨識器，可以分為光學式和非光學式。其中，光學式指紋辨識器的價格較為昂貴，消耗功率高(光源消耗)且體積較大(受限光學零組件的尺寸及光學成像所需固定距離之安排)，使得其不適用於許多攜帶式電子產品如筆記型電腦及行動電話等。
另外，非光學式指紋辨識器則包括電子式指紋辨識器、靜電感應式指紋辨識器、電容感應式指紋辨識器、以及熱感應式指紋辨識器。電子式指紋辨識器仍有功率消耗大(電接觸式的感測元在二電極接觸時會有電流流通)，並且不易與積體電路製程整合(壓電材料的製作不匹配於積體電路製程)的問題。同時，靜電感應式指紋辨識器與電容感應式指紋辨識器者易受到灰塵、手指上的汗水及電磁干擾，且需利用複雜的類比電路以讀取感測元微小的電訊號。在製造方面，靜電感應指紋辨識器與電容感應式指紋辨識器者雖然可以匹配積體電路製程，卻需要高階的積體電路製程以得到良好的結果，徒增成本。因此，熱感應式指紋辨識器是較佳可以使用在可攜式電子產品的技術。
熱感應指紋辨識器的基本架構為一加熱電阻、一感測電極及一溫度感測器。如此一來，熱感應式指紋辨識器可以利用加熱電阻使感測電極的溫度高過人體體溫，並且藉由手指接觸感測電極而帶走部份熱量造成較低的溫度。接著，熱感應式指紋辨識器可以透過溫度感測器取得感測電極上對應於指紋的溫度圖像。
然而，使用者不斷用手指接觸感測電極的情況下，感測電極容易損壞，而造成熱感應指紋辨識器無法正常運作。另一方面，由於使用者是直接用手指接觸感測電極，因此熱感應指紋辨識器上的漏電流可能會透過感測電極而流向使用者的手指，而造成觸電的情形。此外，熱感應指紋辨識器上的一些有毒物質也可能透過感測電極而傳到使用者的手指上。因此，如何保護感測電極，並且讓使用者能夠安全地使用熱感應指紋辨識器，就成了非常重要的課題。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種具有類鑽碳膜的結構及其製造方法。
本發明的另一目的，是提供一指紋辨識器，具有不易損壞的特點。
為達上述目的，依據本發明之一種具有類鑽碳膜的結構，其包括一絕緣材、一導電層以及一類鑽碳膜。導電層設置在絕緣材上。類鑽碳膜設置在導電層上，且類鑽碳膜的面積小於導電層的面積。
本發明更包含一種指紋辨識器，其包括一基板、一指紋感測電路、一絕緣材、一導電層以及一類鑽碳膜。指紋感測電路設置在基板上。絕緣材設置在指紋感測電路上。導電層設置在絕緣材上。類鑽碳膜設置於導電層上，且類鑽碳膜的面積小於導電層的面積。
在一實施例中，導電層具有一圍繞類鑽碳膜的殘餘區域。殘餘區域的表面與類鑽碳膜的表面之間具有一段差，且段差自類鑽碳膜的表面向殘餘區域的表面傾斜延伸並且傾斜的角度漸緩。
在一實施例中，導電層之面積實質上等於絕緣材之面積。
為達上述目的，依據本發明之一種具有類鑽碳膜結構之製造方法，其包括下列步驟：提供一絕緣材；形成一導電層於絕緣材上；將一遮罩固定在導電層上，而遮罩具有至少一開口；施加一偏壓至遮罩，並沉積一類鑽碳膜在導電層相對應開口的表面上；移除遮罩。
在一實施例中，開口是以陣列方式排列，且開口的形狀為方形、圓形或其他幾何圖形。
在一實施例中，製造方法更包括：提供一基板，且基板上具有一指紋感測電路；將絕緣材覆蓋在指紋感測電路上。
在一實施例中，製造方法更包括：固定一磁性片材於絕緣材相對於導電層的表面上；藉由一磁場將遮罩吸附於導電層上，其中，遮罩具有磁性。
綜上所述，由於在指紋感測電路的上方形成類鑽碳膜，因此可以保護本發明的結構不易損壞。另外，由於在形成類鑽碳膜時將偏壓施加在具有多個開口的遮罩上，使得導電層在相對應各個開口的表面，形成各個散佈在小面積上的均勻偏壓，因此類鑽碳膜的硬度和穩定度都較高。而由於本發明在形成類鑽碳膜時可以採用遮罩，因此本發明可以一次在多個指紋感測電路上形成類鑽碳膜而節省製程的時間。同時，本發明在清洗遮罩時不需將遮罩移除真空室，也可以進一步節省製程的時間。
100‧‧‧結構
102、206、302‧‧‧絕緣材
104、208、304‧‧‧導電層
106、210、306‧‧‧類鑽碳膜
108、212、308‧‧‧殘餘區域
110‧‧‧段差
200‧‧‧指紋辨識器
202‧‧‧基板
204‧‧‧指紋感測電路
300‧‧‧母材
310‧‧‧虛線
400‧‧‧遮罩
402‧‧‧開口
500‧‧‧清洗用基板
600‧‧‧物理氣相沉積設備
602、702‧‧‧真空室
604‧‧‧類鑽碳鍍膜源
606、704‧‧‧氣壓調節器
608‧‧‧電氣連接接口
610、706‧‧‧電源供應系統
610a、610b‧‧‧電源
612、714‧‧‧通氣口
614、708‧‧‧氣體供應系統
614a‧‧‧輔助氣體貯存室
614b‧‧‧清潔氣體貯存室
616‧‧‧磁性片材
700‧‧‧化學氣相沉積設備
710‧‧‧氣體淋板
712‧‧‧主電源
AC1、AC2‧‧‧氣閥
D‧‧‧平台
S802、S804、S806、S808、S810、S902、S904、S906、S908、S910、S912、S914、S1002、S1004、S1006、S1008‧‧‧步驟
SW‧‧‧開關
V1‧‧‧偏壓
V2‧‧‧工作電壓
圖1A及圖1B為本發明較佳實施例之具有類鑽碳膜的結構的示意圖。
圖2為本發明較佳實施例一種指紋辨識器的結構圖。
圖3A~3D為本發明較佳實施例之製造具有類鑽碳膜之結構的製造方法示意圖。
圖4為遮罩上視圖。
圖5為一種清洗遮罩之步驟的示意圖。
圖6為本發明具有類鑽碳膜結構之製造方法的物理氣相沉積設備的示意圖。
圖7為本發明具有類鑽碳膜結構之製造方法的化學氣相沉積設備的示意圖。
圖8為本發明較佳實施例的一種製造類鑽碳膜結構之方法的步驟流程圖。
圖9為本發明較佳實施例的一種製造指紋辨識器之方法的步驟流程圖。
圖10為本發明較佳實施例的一種清洗遮罩之方法的步驟流程圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之具有類鑽碳膜的結構、指紋辨識器以及具有類鑽碳膜結構之製造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請同時參照圖1A及圖1B，圖1A及圖1B為本發明較佳實施例之具有類鑽碳膜的結構的示意圖。結構100包括一絕緣材102、一導電層104以及一類鑽碳膜106，其中，絕緣材102可以是膜材或板材。導電層104設置在絕緣材102上。在一些的實施例中，導電層104的面積實質上等於絕緣材102的面積。另外，類鑽碳膜106設置於導電層104上。特別的是，類鑽碳膜106的面積小於導電層104的面積。在此，導電層104上被遮罩(如圖3A、3B所示的遮罩400)所覆蓋的區域108，被稱為「殘餘區域」，其中，殘餘區域108的表面與類鑽碳膜106的表面之間具有一段差110，如圖1A所繪示。在一些實施例中，殘餘區域108會圍繞類鑽碳膜106所在的區域。
在本實施例中，其中，導電層104的厚度是介於10Å至10000Å之間。另外，類鑽碳膜106的厚度是介於0.01μm至10μm之間。較佳的是，類鑽碳膜106的厚度是介於0.1μm至1.5μm之間。
在一些實施例中，當類鑽碳膜106透過遮罩(例如圖3A、3B的遮罩400)被沉積在導電層104上時，會滲透到殘餘區域108上。此時，段差110自類鑽碳膜106的表面向殘餘區域108的表面傾斜延伸並且傾斜的角度漸緩，如圖1B所繪示。
圖2為依照本發明之一較佳實施例所繪示的一種指紋辨識器的結構圖。請參照圖2，本實施例所提供的指紋辨識器200採用圖1A或圖1B的結構。在本實施例中，指紋辨識器200包括基板202。接著，在基板202上形成具有感測電極的指紋感測電路204。另外，在基板202上還形成絕緣材206，以覆蓋指紋感測電路204。其中，絕緣材206相當於圖1A中的絕緣材102。在絕緣材206上，形成有導電層208，並且在導電層208上形成有類鑽碳膜210。
類鑽碳膜210相當於圖1A中的類鑽碳膜106，其面積小於導電層208的面積。因此，導電層208上未被類鑽碳膜210覆蓋的殘餘區 域212會圍繞類鑽碳膜210。在較佳的實施例中，類鑽碳膜210所在的區域會對應指紋感測電路204所在的區域。因此，類鑽碳膜210可以保護指紋感測電路204，避免遭到使用者按壓時所造成的損壞。另一方面，也可以防止漏電流以及有毒物質傳到使用者的手指上。
圖3A~3D為本發明較佳實施例之製造上述具有類鑽碳膜之結構的製造方法示意圖。請先參照圖3A，為製造上述的結構100，首先要將一遮罩400固定在一母材300上。其中，遮罩400如圖4所示，具有多個開口402，且遮罩400較佳為一導電性材料，例如陶瓷、金屬等。在一些實施例中，這些開口402係以陣列方式排列，然而並不以此為限。此外，開口402的形狀可以是方形、圓形或其他幾何圖形。另外，在本實施例中，母材300具有絕緣材302和導電層304，而導電層304形成在絕緣材302上。
請參照圖3B，將遮罩400施加一偏壓V1，通入包含有碳粒子的的氣體，並利用物理氣相沉積或反應性物理氣相沉積以將類鑽碳沉積在遮罩400上。此時，類鑽碳會透過遮罩上的開口402而沉積在導電層304上，而形成類鑽碳膜306。由於在形成類鑽碳膜306時將偏壓施加在具有多個開口402的遮罩上400，使得導電層304在相對應各個開口402的表面，形成各個小面積的均勻偏壓。如此一來，該些表面即可沉積有膜厚均勻的類鑽碳膜306。在圖3C中，當遮罩400移除後，在導電層304上會形成多個獨立排列的類鑽碳膜306。圖3D繪示為圖3C之母材300的俯視圖。從圖3D可以看出，每一類鑽碳膜306的四周，都會有殘餘區域308。因此，從殘餘區域308切割，例如順著相距類鑽碳膜306的四周具有一間距的虛線310切割，就可獲得多個圖1A所示的結構100。
在進行上述的製程時，類鑽碳會殘留在遮罩400上。因此，圖5則提供一種清洗遮罩400之步驟的示意圖。請參照圖5，首先，可以將一清洗用基板500固定於該遮罩上400。如此一來，就可以避免在清洗時，殘留在遮罩400表面上的類鑽碳滲透到遮罩400的背面。接著，施加一工作電壓V2至遮罩400。接著，通入清潔氣體。由於工作電壓V2的頻率可以是射頻級，因此清潔氣體會形成氧化性的電漿，而將殘留在遮罩400表面上的類鑽碳去除，而完成清洗遮罩400的程序。
圖6為本發明具有類鑽碳膜結構之製造方法的物理氣相沉積設備的示意圖。請參照圖6，物理氣相沉積設備600具有真空室602。此真空室602具有類鑽碳鍍膜源604，並且真空室602可以連接氣壓調節器606。另外，真空室602具有電氣連接接口608，可以耦接一電源供應系統610。在本實施例中，真空室602還具有至少一通氣口612，可以連接一氣體供應系統614。
在本實施例中，電源供應系統610包括電源610a和610b、以及開關SW。其中，開關SW耦接電氣連接接口608，並且依據使用者的操作而選擇將電源610a或610b連接至電氣連接接口608。
另外，氣體供應系統614具有輔助氣體貯存室614a與清潔氣體貯存室614b。其中，輔助氣體貯存室614a透過氣閥AC1連接至通氣口612。類似地，清潔氣體貯存室614b則是透過氣閥AC2連接至通氣口612。輔助氣體貯存室614a貯存有輔助氣體，例如是碳氫化合物、H2 、Ar、He、Ne及N2 等氣體。相對地，清潔氣體貯存室614b則貯存有清潔氣體，例如是O2 、O3 或/及N2 O等氣體。
特別的是，在真空室602中，還配置有一磁性片材616，可以透過上述的母材300吸附遮罩400，並且將遮罩400固定在母材300上。由於在本實施例中，遮罩400需要被固定在母材300上，致使遮罩400與母材300上的導電層304有良好的電接觸。因此，此實施例中的遮罩400材質需選擇軟磁性材料。
請繼續參照圖6，當要形成類鑽碳膜在母材300上時，開關SW會選擇將電源610a連接至電氣連接接口608。其中，電源610a可以是直流電源或交流電源。在本實施例中，電氣連接接口608可以耦接至遮罩400，因此遮罩400就會被施加偏壓V1。氣閥AC1會被開啟，而將貯存在輔助氣體貯存室614a中的輔助氣體等，經由通氣口612通入真空室602中。接著，啟動類鑽碳鍍膜源604以釋出碳粒子，並利用物理氣相沉積或反應性物理氣相沉積將類鑽碳沉積在母材300上，形成類鑽碳膜。當類鑽碳膜的厚度達到一預設值，即可暫停上述的沉積作業，並將該母材300取出。接著，更換另一個新的母材，繼續上述的沉積作業。
當遮罩400上所殘留的類鑽碳累積到一定的厚度，類鑽碳會有自遮罩400剝離的風險。因此，遮罩400必須要定期清洗。當要清洗遮罩400時，無須將遮罩400從真空室取出，只要將原本要鍍上類鑽碳的母材300更換為一清洗用基板。接著，將遮罩400設置在清洗用基板上，並且使開關SW選擇將電源610b連接至電氣連接接口608，以提供工作電壓V2給遮罩400。另一方面，將氣閥AC1關閉，而轉而導通氣閥AC2。如此一來，貯存在清潔氣體貯存室614b中的清潔氣體就會通過通氣口612而通入真空室602，以清潔遮罩400。
圖7為本發明具有類鑽碳膜結構之製造方法的化學氣相沉積設備的示意圖。請參照圖7，本實施例所提供的化學氣相沉積設備700，同樣具有真空室702。同樣地，真空室702也會耦接氣壓調節器704、電源供應系統706、以及氣體供應系統708。另外，真空室702具有氣體淋板710，其耦接主電源712而運作。在本實施例中，氣體淋板710相當於圖6中的類鑽碳鍍膜源604。因此，本實施例中的電源供應系統706、氣體供應系統708和氣體淋板710的操作方式可以參照圖6的敘述，在此不再贅述。另外，母材300是設置於一平台D上。較特別的是，氣體淋板710會透過通氣口714連接氣體供應系統708。因此，上述的輔助氣體以及清潔氣體也可以通過氣體淋板710通入真空室702中。當通入輔助氣體時，即可利用化學氣相沉積將類鑽碳沉積在母材300上，形成類鑽碳膜。
圖8繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種製造上述之類鑽碳膜結構之方法的步驟流程圖。請參照圖8，首先如步驟S802所述，提供一絕緣材。接著，如步驟S804所述，形成一導電層在絕緣材上。進行步驟S806，將一遮罩固定在導電層上。其中，遮罩如上述，具有至少一開口。在其他實施例中，可以固定一磁性片材於絕緣材相對於導電層的表面上，並藉由一磁場將遮罩吸附於導電層上，其中遮罩具有磁性。如此一來，就可以如步驟S808所述，施加一偏壓在遮罩上，並且沉積一類鑽碳膜在導電層相對應開口的表面上。此時，類鑽碳膜的四周有上述的殘餘區域。最後進行步驟S810，移除遮罩，並且從殘餘區域進行切割，而獲得圖1A的結構100。
圖9繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種製造上述之指紋辨識器之方法的步驟流程圖。請參照圖9，製造指紋辨識器的步驟大致與上述製造類鑽碳膜結構的步驟相同，其不同之處在於，如步驟S902所述，提供一基板，且基板上具有一指紋感測電路。接著於提供一絕緣材的步驟S904中，將絕緣材覆蓋在指紋感測電路上，即如步驟S906所述。由於步驟S908~步驟S914如上述步驟S802~S810所敘述，因此不再贅述。
圖10繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種清洗遮罩之方法的步驟流程圖。請參照圖10，首先如步驟S1002，將一清洗用基板固定於遮罩的背面，如上圖5所示。接著，如步驟S1004所述，通入至少一清潔氣體，並且如步驟S1006所述施加工作電壓到遮罩上，以將清潔氣體形成電漿，並且去除掉殘留在遮罩上的類鑽碳。最後，進行步驟S1008，移除清洗用基板，而完成遮罩清洗程序。
綜上所述，由於在指紋感測電路的上方形成類鑽碳膜，因此可以保護本發明的結構不易損壞。另外，由於在形成類鑽碳膜時將偏壓施加在具有多個開口的遮罩上，使得母材在相對應各個開口的表面，形成各個散佈在小面積上的均勻偏壓，因此類鑽碳膜的硬度和穩定度都較高。而本發明在形成類鑽碳膜時可以採用遮罩，因此本發明可以一次在多個指紋感測電路上形成類鑽碳膜而節省製程的時間。同時，本發明在清洗遮罩時不需將遮罩移出真空室，也可以進一步節省製程的時間。
雖本發明以上述實施例來說明，但並不限於此。更進一步地說，在熟習該領域技藝人士不脫離本發明的概念與同等範疇之下，申請專利範圍必須廣泛地解釋以包括本發明實施例及其他變形。
100‧‧‧結構
102‧‧‧絕緣材
104‧‧‧導電層
106‧‧‧類鑽碳膜
108‧‧‧殘餘區域
110‧‧‧段差

Claims (10)

  1. 一種具有類鑽碳膜的結構，包括：一絕緣材；一導電層，設置在該絕緣材上；以及一類鑽碳膜，設置在該導電層上，且該類鑽碳膜的面積小於該導電層的面積。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之結構，其中該導電層具有一圍繞該類鑽碳膜的殘餘區域，其中該殘餘區域的表面與該類鑽碳膜的表面之間具有一段差，且該段差自該類鑽碳膜的表面向該殘餘區域的表面傾斜延伸並且傾斜的角度漸緩。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之結構，其中該導電層之面積實質上等於該絕緣材之面積。
  4. 一種指紋辨識器，包括：一基板；一指紋感測電路，設置在該基板上；一絕緣材，設置在該指紋感測電路上；一導電層，設置在該絕緣材上；以及一類鑽碳膜，設置於該導電層上，且該類鑽碳膜的面積小於該導電層的面積。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之指紋辨識器，其中該導電層具有一圍繞該類鑽碳膜的殘餘區域，其中該殘餘區域的表面與該類鑽碳膜的表面之間具有一段差，且該段差自該類鑽碳膜的表面向該殘餘區域的表面傾斜延伸並且傾斜的角度漸緩。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之指紋辨識器，其中該導電層之面積實質上等於該絕緣材之面積。
  7. 一種具有類鑽碳膜結構之製造方法，包括下列步驟：提供一絕緣材；形成一導電層於該絕緣材上；將一遮罩固定在該導電層上，而該遮罩具有至少一開口； 施加一偏壓至該遮罩，並沉積一類鑽碳膜在該導電層相對應該開口的表面上；以及移除該遮罩。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之製造方法，其中該開口是以陣列方式排列，且該開口的形狀為方形、圓形或其他幾何圖形。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之製造方法，其中該提供一絕緣材的步驟更包括：提供一基板，且該基板上具有一指紋感測電路；將該絕緣材覆蓋在該指紋感測電路上。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之製造方法，更包括：固定一磁性片材於該絕緣材相對於該導電層的表面上；藉由一磁場將該遮罩吸附於該導電層上，其中，該遮罩具有磁性。
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