WO2000033242A1 - Bauelement als sensor und herstellungsverfahren - Google Patents

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WO2000033242A1
WO2000033242A1 PCT/DE1999/003837 DE9903837W WO0033242A1 WO 2000033242 A1 WO2000033242 A1 WO 2000033242A1 DE 9903837 W DE9903837 W DE 9903837W WO 0033242 A1 WO0033242 A1 WO 0033242A1
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WO
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conductor
layer
layer portion
mask
dielectric constant
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PCT/DE1999/003837
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Von Paul-Werner Basse
Josef Willer
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Infineon Technologies Ag
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    • A61B5/117—Identification of persons
    • A61B5/1171—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof
    • A61B5/1172—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof using fingerprinting
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    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G01R27/2635—Sample holders, electrodes or excitation arrangements, e.g. sensors or measuring cells
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1329—Protecting the fingerprint sensor against damage caused by the finger

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor component which is provided with conductive surfaces and a coplanar top for capacitive measurements, in particular a fingerprint sensor.
  • conductor surfaces are arranged in a matrix under the top of the sensor. There is usually a spacer layer between the conductor surfaces and the top of the sensor (e.g. a passivation layer with a contact surface).
  • the capacities of the conductor surfaces are compared to the surface of an object placed on the top, e.g. B. a fingerprint measured. So the surface structure of this object can be grasped.
  • a high resolving power of the sensor can be achieved with a large number of conductor areas of very small dimensions.
  • Parasitic, d. H. Capacities that are undesirable for measurement but are technically unavoidable reduce the sensitivity of the sensor.
  • a high sensitivity of the sensor is achieved if the spacer layer is thin and made of a material with a high dielectric constant, formerly also referred to as the relative dielectric constant. Then the capacitance of the capacitor, which is formed from a conductor surface and a surface attached to the top of the sensor opposite the conductor surface, is particularly high.
  • the capacitance of a (plate) capacitor is in fact proportional to the dielectric constant and inversely proportional to the distance between the conductors.
  • the spacer layer cannot fall below a certain minimum thickness, because otherwise no adequate protection against mechanical wear and against the ingress of contaminants is guaranteed.
  • the parasitic capacitances in particular the stray capacitances to adjacent conductor surfaces, increase, which impairs the measuring accuracy and the sensitivity.
  • the distances between the conductor surfaces can be increased. This means that the resolving power is reduced with the same size of the conductor areas. If the dimensions of the conductor areas are also reduced, the capacities provided for the measurement are also reduced, which leads to a decrease in sensitivity. So far, one had to rely on optimizing the properties of such sensors by means of a suitable compromise for the respective application.
  • the object of the present invention is to provide a capacitively measuring surface sensor which can be produced as a semiconductor component and which has an improved sensitivity and an associated production method.
  • the undesired stray capacitances to adjacent conductor areas are reduced in that the conductor areas are embedded in dielectric material with a sufficiently low dielectric constant.
  • the capacitances between the conductor surfaces and an object arranged on the upper side above the spacer layer and thus the sensitivity are increased by the fact that a dielectric material of a significantly higher dielectric constant is present above the conductor surfaces.
  • the interface between the dielectric materials of different dielectric numbers is like this shaped that the material with a higher dielectric constant forms a layer portion of the spacer layer and this layer portion is convexly limited towards the conductor surfaces. This has the effect that, at least in an edge region of the conductor surfaces, the layer made of the material with a lower dielectric constant becomes thicker towards the edge of the conductor surface.
  • Such a sensor is produced by first producing the conductor surfaces covered by a layer of dielectric material with a low dielectric constant. Then the material is removed through openings in the mask using a mask in each case in one or more central regions of the conductor areas, so that the material remains under the edges of the openings with increasing thickness towards the outside. After the mask has been removed, material with a higher dielectric constant is deposited and leveled, so that the desired structure is formed.
  • Figure 1 shows a component according to the invention in a detail in cross section.
  • Figures 2 and 3 show the detail of Figure 1 after various steps in a manufacturing process.
  • FIG. 4 shows the arrangement of openings in a mask suitable for the method.
  • FIGS. 5a and 5b or 6a and 6b show cross sections according to FIG. 1 for exemplary embodiments with a plurality of individual lenses over each conductor surface.
  • FIGS. 7 and 8 each show a view corresponding to FIG. 2 to explain configurations of the manufacturing process.
  • FIG. 1 A structure of an example of a sensor according to the invention is shown schematically in cross section in FIG.
  • An upper side 1 of the spacer layer is planarized and as Contact surface for an object to be measured, e.g. B. a fingertip provided.
  • further layers can be applied to the spacer layer as passivation against contamination or mechanical abrasion. In any case, for the purpose of increasing the sensitivity, it is advisable to make any further layers as thin as possible.
  • the spacer layer has a first layer portion 2 made of a dielectric material with a higher dielectric number and a second layer portion 3 made of a material with a lower dielectric number.
  • the existing conductor surfaces 4 are preferably embedded in the material with a lower dielectric constant, so that this material is also present as an intermediate layer 5 between the conductor surfaces 4 and on the side opposite the spacer layer.
  • the semiconductor body 6, which can also be a substrate provided with grown semiconductor layers, contains the components of electronic circuits known per se for operating the component.
  • the intermediate layer 5 there may be further conductor tracks which, for. B. as metallization levels, the electrically conductive connections of the connections provided for the electronic components.
  • the interface between the first layer portion 2 and the second layer portion 3 of the spacer layer is convexly curved toward the conductor surfaces 4.
  • the second layer portion 3 made of material with a smaller dielectric constant is therefore thinner in a central region of the conductor surface than at the edges of the conductor surface. In this way, a dielectric lens is formed which bundles the electrical field lines from the edge of the conductor surfaces to the top of the spacer layer during operation of the component.
  • only material of the first layer portion 2 with a larger dielectric constant is located in the spacer layer in the middle of the conductor areas.
  • the second layer portion 3 is present with a lower dielectric constant, namely with a thickness increasing towards the edges of the conductor areas.
  • FIG. 2 shows the conductor areas 4 which are embedded in dielectric material with a low dielectric constant. This material is provided to form the intermediate layer 5 and the second layer portion 3 of the spacer layer.
  • a mask 7 is applied to the surface, which has openings in each case in a central region of the conductor surfaces 4. The dielectric material is removed through these openings, which is preferably done by an etching process. The material is gradually removed in layer-like proportions, which is indicated in FIG. 2 by the dashed lines which indicate the surfaces 8 present after different etching times.
  • FIG. 3 shows how, after the mask has been removed, the etched volumes are filled up with dielectric material with a greater dielectric constant, which is provided for the first layer portion 2 of the spacer layer. This material then only needs to be leveled in a manner sufficient for the functioning of the component, e.g. B. planarizing up to the dashed area 9 to be removed.
  • FIG. 4 shows a mask with hexagonal openings 10, which are arranged on a hexagonal grid.
  • Such a mask is particularly suitable for producing the thickened regions acting as a dielectric lens in the first layer portion 2 of the spacer layer at least approximately in the form of a dome.
  • the mask openings can be round or square or have another suitable shape and can be arranged on a different grid, for example a rectangular grid. Only one mask opening or several mask openings can be present for each conductor surface. In the latter case, the dielectric lens is formed from a plurality of individual lenses over a conductor surface in accordance with the exemplary embodiment described above.
  • a plurality of regions can be formed above the respective conductor surfaces in the spacer layer, in which the interface between the first layer portion 2 and the second layer portion 3 is convexly curved toward the conductor surface, so that in a central region of the conductor surface the The thickness of the second layer portion 3 varies between a minimum and a maximum thickness.
  • Such a structure forms a facet-like arrangement of individual lenses which is similar in operation to the condenser lenses which are known from exposure meters.
  • the second layer portion 3 of the spacer layer can be completely omitted in the middle part of the individual lenses, so that there is only material with a greater dielectric constant above the relevant zone of the conductor surface.
  • An arrangement of several individual lenses over a conductor surface has the advantage that the electric field is more concentrated.
  • a sensor designed in this way therefore has a greater range than those portions of a surface arranged on the upper side 1 that are not directly on the upper side. lay on side. Since the surface of the object to be measured is generally structured three-dimensionally, it is often necessary that the portions of the surface of the object to be measured that are arranged at a greater distance from the upper side 1 of the sensor are still reliably capacitively detected.
  • the specified embodiment of the sensor with multiple dielectric lenses over the conductor areas enables said improvement.
  • FIG. 5a shows an arrangement of a plurality of cells which are formed in the first layer portion 2 of the spacer layer.
  • the emzellmsen are preferably arranged so that their entire lateral dimensions, that is to say the effective base area of the lens, only extend over the respective conductor area.
  • FIG. 5b shows, for the exemplary embodiment in FIG. 5a, a mask 7 which can be used in the production and has openings 10 through which the material of the second layer portion 3 of the spacer layer is removed in order to be subsequently filled with material with a higher dielectric constant.
  • the hidden contours of the conductor areas 4 are shown in dashed lines. Depending on the embodiment, the arrangement and
  • the size of the openings 10 vary.
  • the openings can in particular also be hexagonal, octagonal or round.
  • FIG. 6a A further exemplary embodiment with a plurality of cells above each conductor surface is shown in FIG. 6a.
  • the dashed line 11 denotes an axis of symmetry or the section through a plane of symmetry that defines a mirror, point or rotational symmetry.
  • FIG. 6b shows a mask 7 with openings 10 which are arranged above a conductor surface 4 in such a way that in this embodiment bead-shaped peripheral cells are arranged which are arranged concentrically to one another.
  • the cells can like 6b along the sides of squares or, for example, along the sides of hexagons or octagons. Annular structuring is also possible.
  • the cross sections of the individual lenses can be asymmetrical.
  • the entire lens can form a Fresnel lens.
  • several ring-shaped zones adjoin a central lens, the curvatures of which are selected such that the focal points of all zones coincide.
  • the lens therefore corresponds approximately to a plano-convex lens that is divided into concentric rings, with each ring and especially the central part being coplanarly thinned to the flat top side as far as is possible in view of the curved top side.
  • the portion not relevant for the refraction is therefore largely missing, so that the lens can be made thinner overall.
  • FIG. 7 Such a lens and a possible production method are shown in FIG. 7.
  • a mask 7 is used, which has an edge structure that is bevelled laterally towards the vertical to the upper side 1.
  • Such a mask can be formed, for example, by a lower layer 71 and an upper layer 72 applied thereon with a slightly recessed edge on one side.
  • the material with low dielectric constant which is provided for the first layer portion 3 of the spacer layer, is etched out in an oblique direction in accordance with the arrows drawn in the figure, the asymmetrically extending top sides 8 of the etched material are formed.
  • a partially directed etching process is preferably used, in which the etching rates of an isotropic and an anisotropic etching attack are matched to one another.
  • the point-symmetrical structure of the etching volume is obtained by rotating the substrate or semiconductor body.
  • the lower layer 71 of the mask can also be produced from a material which is also removed to a lesser extent by the etchant. This is shown in Figure 8 by the dashed curves.
  • the relevant edges of the mask openings and thus the corresponding boundaries of the etched areas consequently gradually migrate towards the edge of the conductor surface.
  • the flanks of the material remaining in the etched areas on this side become somewhat flatter.
  • the relatively steep flanks in the etched material on the opposite sides are obtained by the fact that the material of the upper layer 72 of the mask at these edges of the mask openings also covers the flank of the lower layer 71 and protects it against the etching attack. So the edge of the mask openings remains on this side. In this embodiment, it can be etched vertically from above, as indicated by the arrows.

Abstract

Kapazitiver Sensor mit Leiterflächen (4) in Material (3, 5) kleiner Dielektrizitätszahl zur Verringerung von Streukapazitäten. Die Kapazitäten zur Oberseite (1) und damit die Empfindlichkeit sind durch Material größerer Dielektrizitätszahl (2) vergrößert. Die Grenzfläche zwischen den unterschiedlichen Materialien ist so geformt, daß das Material größerer Dielektrizitätszahl einen zu den Leiterflächen hin konvex begrenzten Schichtanteil bildet. Hergestellt wird ein solcher Sensor, indem durch eine Maskenöffnung Material kleiner Dielektrizitätszahl entfernt wird und die Aussparungen mit Material größerer Dielektrizitätszahl eingeebnet werden.

Description

Beschreibung
Bauelement als Sensor und Herstellungsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das für kapazitive Messungen mit Leiterflächen und einer dazu koplanaren Oberseite versehen ist, insbesondere einen Fingerabdrucksensor .
In kapazitiv messenden Oberflächensensoren als Halbleiterbauelemente sind unter der Oberseite des Sensors Leiterflächen in einer Matrix angeordnet. Zwischen den Leiterflächen und der Oberseite des Sensors ist üblicherweise eine Distanzschicht vorhanden (z. B. eine Passivierungsschicht mit einer Auflagefläche) . Es werden die Kapazitäten der Leiterflächen gegenüber der Oberfläche eines auf die Oberseite aufgelegten Gegenstandes, z. B. eines Fingerabdruckes, gemessen. So kann die Oberflächenstruktur dieses Gegenstandes erfaßt werden. Ein hohes Auflösungsvermögen des Sensors erreicht man mit ei- ner Vielzahl von Leiterflächen sehr kleiner Abmessungen. Damit werden aber die zu messenden Kapazitäten sehr klein, und es wirken sich vorhandene parasitäre Kapazitäten besonders stark aus. Parasitäre, d. h. für die Messung unerwünschte, aber technisch bedingt unvermeidbare Kapazitäten verringern die Empfindlichkeit des Sensors.
Eine hohe Empfindlichkeit des Sensors wird erreicht, wenn die Distanzschicht dünn und aus einem Material mit hoher Dielektrizitätszahl, früher auch als relative Dielektrizitätskon- stante bezeichnet, ausgebildet ist. Dann ist die Kapazität des Kondensators, der aus einer Leiterfläche und einer auf der Oberseite des Sensors gegenüber der Leiterfläche angebrachten Oberfläche gebildet wird, besonders hoch. Die Kapazität eines (Platten-) Kondensators ist nämlich proportional zur Dielektrizitätszahl und umgekehrt proportional zum Abstand der Leiter. Die Distanzschicht kann aber eine bestimmte Mindestdicke nicht unterschreiten, weil andernfalls kein aus- reichender Schutz gegen mechanischen Verschleiß und gegen Eindringen von Verunreinigungen gewährleistet ist. Bei Verwendung eines Materiales mit hoher Dielektrizitätszahl erhöhen sich die parasitären Kapazitäten, vor allem die Streuka- pazitäten zu benachbarten Leiterflächen hin, was die Meßgenauigkeit und die Empfindlichkeit beeinträchtigt. Um die Streukapazitäten zu benachbarten Leitern zu verringern, kann man die Abstände zwischen den Leiterflächen vergrößern. Damit wird bei gleicher Größe der Leiterflächen das Auflösungsver- mögen verringert. Verkleinert man zusätzlich die Abmessungen der Leiterflächen, werden auch die zur Messung vorgesehenen Kapazitäten verkleinert, was zu einer Abnahme der Empfindlichkeit führt. Bisher war man daher darauf angewiesen, die Eigenschaften derartiger Sensoren durch einen geeigneten Kom- promiß auf die jeweilige Anwendung hin zu optimieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen als Halbleiterbauelement herstellbaren kapazitiv messenden Oberflächensensor mit verbesserter Empfindlichkeit und ein zugehöriges Herstellungsverfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem Bauelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. mit dem Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 5 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Sensor sind die unerwünschten Streukapazitäten zu benachbarten Leiterflächen dadurch vermindert, daß die Leiterflächen in dielektrisches Material ei- ner ausreichend kleinen Dielektrizitätszahl eingebettet sind. Gleichzeitig sind die Kapazitäten zwischen den Leiterflächen und einem auf der Oberseite über der Distanzschicht angeordneten Gegenstand und damit die Empfindlichkeit dadurch vergrößert, daß jeweils über den Leiterflächen ein dielektri- sches Material einer deutlich größeren Dielektrizitätszahl vorhanden ist. Die Grenzfläche zwischen den dielektrischen Materialien unterschiedlicher Dielektrizitätszahlen ist so geformt, daß das Material größerer Dielektrizitätszahl einen Schichtanteil der Distanzschicht bildet und dieser Schichtanteil zu den Leiterflächen hin konvex begrenzt ist. Dadurch ist bewirkt, daß zumindest in einem Randbereich der Leiter- flächen die Schicht aus dem Material kleinerer Dielektrizitätszahl zum Rand der Leiterfläche hin dicker wird.
Hergestellt wird ein solcher Sensor, indem die Leiterflächen zunächst von einer Schicht dielektrischen Materiales einer kleinen Dielektrizitätszahl bedeckt hergestellt werden. Dann wird unter Verwendung einer Maske in jeweils einem oder mehreren mittleren Bereichen der Leiterflächen das Material durch Öffnungen in der Maske hindurch entfernt, so daß unter den Rändern der Öffnungen das Material mit nach außen hin zu- nehmender Dicke stehenbleibt. Nach dem Entfernen der Maske wird Material einer größeren Dielektrizitätszahl abgeschieden und eingeebnet, so daß die gewünschte Struktur gebildet wird.
Es folgt eine genauere Beschreibung des erfindungsgemäßen Bauelementes und eines geeigneten Herstellungsverfahrens anhand der in den Figuren dargestellten Beispiele. Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement im Ausschnitt im Querschnitt.
Die Figuren 2 und 3 zeigen den Ausschnitt aus Figur 1 nach verschiedenen Schritten eines Herstellungsverfahrens.
Die Figur 4 zeigt die Anordnung von Öffnungen einer für das Verfahren geeigneten Maske.
Die Figuren 5a und 5b bzw. 6a und 6b zeigen Querschnitte gemäß Figur 1 für Ausführungsbeispiele mit mehreren Einzellin- sen über jeder Leiterfläche.
Die Figuren 7 und 8 zeigen je eine Ansicht entsprechend Figur 2 zur Erläuterung von Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens.
In der Figur 1 ist im Querschnitt schematisch eine Struktur eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Sensors dargestellt. Eine Oberseite 1 der Distanzschicht ist planarisiert und als Auflagefläche für einen zu messenden Gegenstand, z. B. eine Fingerbeere, vorgesehen. Es können auf die Distanzschicht je nach Bedarf weitere Schichten als Passivierung gegen Verunreinigungen oder mechanischen Abrieb aufgebracht sein. Zur bezweckten Erhöhung der Empfindlichkeit empfiehlt es sich jedenfalls, ggf. vorhandene weitere Schichten möglichst dünn auszubilden. Die Distanzschicht besitzt einen ersten Schichtanteil 2 aus einem dielektrischen Material größerer Dielektrizitätszahl und einen zweiten Schichtanteil 3 aus einem Ma- terial kleinerer Dielektrizitätszahl. Vorzugsweise sind die vorhandenen Leiterflächen 4 in das Material mit kleinerer Dielektrizitätszahl eingebettet, so daß dieses Material auch zwischen den Leiterflächen 4 und auf der der Distanzschicht gegenüberliegenden Seite als Zwischenschicht 5 vorhanden ist. Der Halbleiterkörper 6, der auch ein mit aufgewachsenen Halbleiterschichten versehenes Substrat sein kann, enthält die an sich bekannten Bestandteile elektronischer Schaltungen zum Betrieb des Bauelementes. In der Zwischenschicht 5 können weitere Leiterbahnen vorhanden sein, die z. B. als Metalli- sierungsebenen die elektrisch leitenden Verbindungen der für die elektronischen Komponenten vorgesehenen Anschlüsse herstellen.
Die Grenzfläche zwischen dem ersten Schichtanteil 2 und dem zweiten Schichtanteil 3 der Distanzschicht ist konvex zu den Leiterflächen 4 hin gekrümmt. Der zweite Schichtanteil 3 aus Material kleinerer Dielektrizitätskontante ist daher in einem mittleren Bereich der Leiterfläche dünner als an den Rändern der Leiterfläche. Auf diese Weise ist eine dielektrische Lin- se ausgebildet, die im Betrieb des Bauelementes die elektrischen Feldlinien vom Rand der Leiterflächen zur Oberseite der Distanzschicht hin bündelt. Es genügt dazu im Prinzip, wenn der zweite Schichtanteil 3 in einem Randbereich der Leiterflächen 4 vorhanden und konvex zur Leiterfläche hin begrenzt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich in der Distanzschicht in der Mitte der Leiterflächen nur Material des ersten Schichtanteils 2 mit größerer Dielektrizitätszahl. Nur im Randbereich der Leiterflächen ist der zweite Schichtanteil 3 mit kleinerer Dielektrizitätszahl vorhanden, und zwar mit einer zu den Rändern der Leiterflächen hin zunehmenden Dicke.
Zur Erläuterung eines besonders einfachen und daher bevorzugten Herstellungsverfahrens sind in den Figuren 2 und 3 zwei Querschnitte durch Zwischenprodukte des Bauelementes nach verschiedenen Schritten dieses Herstellungsverfahrens angegeben. Die Figur 2 zeigt die Leiterflächen 4, die in dielektri- sches Material einer kleinen Dielektrizitätszahl eingebettet sind. Dieses Material ist zur Ausbildung der Zwischenschicht 5 und des zweiten Schichtanteils 3 der Distanzschicht vorgesehen. Es wird auf die Oberfläche eine Maske 7 aufgebracht, die Öffnungen in jeweils einem mittleren Bereich der Leiter- flächen 4 aufweist. Durch diese Öffnungen hindurch wird das dielektrische Material entfernt, was vorzugsweise durch einen Ätzprozeß geschieht. Das Material wird dabei nach und nach in schichtartigen Anteilen abgetragen, was in der Figur 2 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, die die nach unter- schiedlichen Ätzdauern vorhandenen Oberflächen 8 andeuten. Unter den Rändern der Maskenöffnungen verlaufen diese Oberflächen zur Oberseite des Bauelementes hin, da unter den Maskenrändern das Material mit geringerer Ätzrate entfernt wird. So ergibt sich der dargestellte Verlauf der konvex zu den Leiterflächen hin gekrümmten Oberfläche des verbleibenden Schichtanteils aus dem Material kleinerer Dielektrizitätszahl. Diese Material kann insbesondere in einem mittleren Bereich der Leiterfläche vollständig entfernt werden.
Die Figur 3 zeigt, wie nach dem Entfernen der Maske die ausgeätzten Volumina mit dielektrischem Material einer größeren Dielektrizitätszahl aufgefüllt werden, das für den ersten Schichtanteil 2 der Distanzschicht vorgesehen ist. Dieses Material braucht dann nur in einer für die Funktionsweise des Bauelementes ausreichenden Weise eingeebnet, z. B. planari- sierend bis zu der gestrichelt eingetragenen Fläche 9 hin abgetragen, zu werden. Die Figur 4 zeigt eine Maske mit sechseckigen Öffnungen 10, die auf einem hexagonalen Raster angeordnet sind. Eine derartige Maske ist besonders geeignet, die als dielektrische Lin- se wirkenden verdickten Bereiche in dem ersten Schichtanteil 2 der Distanzschicht zumindest näherungsweise kalottenförmig herzustellen. Die Maskenöffnungen können statt dessen rund oder quadratisch sein oder eine andere jeweils zweckmäßige Form aufweisen sowie auf einem anderen Raster, beispielsweise einem Rechteckraster, angeordnet sein. Für jede Leiterfläche kann nur eine Maskenöffnung oder können mehrere Maskenöffnungen vorhanden sein. In letzterem Fall wird die dielektrische Linse über einer Leiterfläche entsprechend dem oben zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel aus mehreren Einzellinsen ausgebildet.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können über den jeweiligen Leiterflächen in der Distanzschicht mehrere Bereiche ausgebildet sein, in denen die Grenzfläche zwischen dem er- sten Schichtanteil 2 und dem zweiten Schichtanteil 3 konvex zu der Leiterfläche hin gekrümmt ist, so daß in einem mittleren Bereich der Leiterfläche die Dicke des zweiten Schichtanteils 3 zwischen einer minimalen und einer maximalen Dicke variiert. Eine solche Struktur bildet eine facettenartige An- Ordnung von Einzellinsen, die in der Wirkungsweise den Kondensorlinsen ähnelt, die von Belichtungsmessern her bekannt sind. Auch hierbei kann im mittleren Teil der Einzellinsen der zweite Schichtanteil 3 der Distanzschicht ganz weggelassen sein, so daß sich dort jeweils nur Material größerer Die- lektrizitätszahl über der betreffenden Zone der Leiterfläche befindet.
Eine Anordnung mehrerer Einzellinsen über einer Leiterfläche hat den Vorteil, daß das elektrische Feld stärker gebündelt wird. Ein derart gestalteter Sensor besitzt deshalb eine größere Reichweite zu denjenigen Anteilen einer auf der Oberseite 1 angeordneten Oberfläche, die nicht direkt auf der Ober- seite aufliegen. Da ja die Oberflache des zu messenden Objektes in der Regel dreidimensional strukturiert ist, ist es oft erforderlich, daß auch die m größerem Abstand zu αer Oberseite 1 des Sensors angeordneten Anteile der Oberflache des Meßobjektes noch sicher kapazitiv erfaßt werden. Die angegebene Ausfuhrungsform des Sensors mit mehrfachen dielektrischen Linsen über den Leiterflachen ermöglicht die besagte Verbesserung.
Figur 5a zeigt eine Anordnung von mehreren Emzellmsen, die in dem ersten Schichtanteil 2 der Distanzschicht ausgebildet sind. Damit eine ausreichende Verminderung von Streukapazitaten zu benachbarten Leiterflachen 4 gewahrleistet ist, werden die Emzellmsen vorzugsweise so angeordnet, daß deren gesam- te laterale Abmessungen, also die wirksame Grundflache der Linse, sich nur über die jeweilige Leiterfläche erstrecken.
Figur 5b zeigt zu dem Ausfuhrungsbeispiel der Figur 5a eine bei der Herstellung verwendbare Maske 7 mit Öffnungen 10, durch die hindurch das Material des zweiten Schichtanteils 3 der Distanzschicht abgetragen wird, um anschließend mit Material höherer Dielektrizitätszahl aufgefüllt zu werden. Zur Verdeutlichung der relativen Anordnung der Maske sind gestrichelt die verdeckten Konturen der Leiterflachen 4 emgezeich- net. Je nach Ausführungsbeispiel können die Anordnung und
Größe der Öffnungen 10 variieren. Die Offnungen können insbesondere auch sechseckig, achteckig oder rund sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit mehreren Emzellmsen über jeder Leiterfläche ist m Figur 6a dargestellt. Die gestrichelt eingezeichnete Linie 11 bezeichnet eine Symmetrieachse oder den Schnitt durch eine Symmetrieebene, die eine Spiegel-, Punkt- oder Rotationssymmetrie definiert. Figur 6b zeigt eine Maske 7 mit Öffnungen 10, die über einer Leiter- fläche 4 so angeordnet sind, daß bei dieser Ausführung wulst- for ig umlaufende und zueinander konzentrisch angeordnete Emzellmsen hergestellt werden. Die Emzellmsen können wie mit der Maske in Figur 6b längs den Seiten von Quadraten ausgebildet werden oder zum Beispiel längs den Seiten von Sechsecken oder Achtecken. Auch eine kreisringförmige Strukturierung ist möglich.
Bei den Ausführungsformen mit ringförmig oder wulstförmig umlaufenden Einzellinsen können die Querschnitte der Einzellinsen asymmetrisch ausgebildet sein. So kann die gesamte Linse zum Beispiel eine Fresnel-Linse bilden. Bei einer Fresnel- Linse schließen sich an eine zentrale Linse mehrere ringförmige Zonen an, deren Krümmungen so gewählt sind, daß die Brennpunkte aller Zonen zusammenfallen. Die Linse entspricht daher in etwa einer plankonvexen Linse, die in konzentrische Ringe zerteilt ist, wobei jeder Ring und vor allem der zen- trale Teil koplanar zur planen Oberseite soweit gedünnt ist, wie in Anbetracht der gekrümmten Oberseite möglich ist. Der für die Brechung nicht relevante Anteil fehlt also weitgehend, so daß die Linse insgesamt dünner hergestellt werden kann.
Eine solche Linse und ein mögliches Herstellungsverfahren ist in Figur 7 dargestellt. Es wird eine Maske 7 verwendet, die eine gegen die Vertikale zur Oberseite 1 seitlich angeschrägte Randstruktur aufweist. Eine solche Maske kann zum Beispiel durch eine untere Schicht 71 und eine darauf aufgebrachte obere Schicht 72 mit einseitig etwas zurückgesetztem Rand gebildet sein. Wird das Material niedriger Dielektrizitätszahl, das für den ersten Schichtanteil 3 der Distanzschicht vorgesehen ist, in schräger Richtung entsprechend den in der Figur eingezeichneten Pfeilen ausgeätzt, werden die asymmetrisch verlaufenden Oberseiten 8 des geätzten Materiales gebildet. Es wird vorzugsweise ein teilweise gerichteter Ätzprozeß eingesetzt, bei dem die Ätzraten eines isotropen und eines anisotropen Ätzangriffes aufeinander abgestimmt werden. Die punktsymmetrische Struktur des Ätzvolumens erhält man durch eine Rotation des Substrates oder Halbleiterkörpers. Die untere Schicht 71 der Maske kann zudem aus einem Material hergestellt werden, das durch das Ätzmittel in geringerem Ausmaß mit abgetragen wird. Das ist in der Figur 8 durch die gestrichelten Kurven dargestellt. Die betreffenden Ränder der Maskenöffnungen und damit die entsprechenden Begrenzungen der geätzten Bereiche wandern folglich allmählich zum Rand der Leiterfläche hin. Dadurch werden die Flanken des in den ausgeätzten Bereichen verbliebenen Materials auf dieser Seite etwas flacher. Die relativ steilen Flanken in dem geätzten Material auf den entgegengesetzten Seiten, wie das in der im Maßstab überzeichneten Figur angedeutet ist, erhält man dadurch, daß das Material der oberen Schicht 72 der Maske an diesen Rändern der Maskenöffnungen auch die Flanke der unteren Schicht 71 bedeckt und diese gegen den Ätzangriff schützt. So behält der Rand der Maskenöffnungen auf dieser Seite seine Lage. Es kann bei dieser Ausführungsform senkrecht von oben geätzt werden, wie das durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Bauelement mit berandeten Leiterflächen (4), die über einem Halbleiterkörper (6) angeordnet und auf einer Seite, die von dem Halbleiterkörper abgewandt ist, mit einer Distanzschicht (2, 3) mit ebener und zu den Leiterflächen koplanarer Oberseite (1) versehen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß die Distanzschicht einen ersten Schichtanteil (2 ) aus einem dielektrischen Material mit größerer Dielektrizitätszahl und einen zweiten Schichtanteil (3) aus einem dielektrischen Material mit kleinerer Dielektrizitätszahl besitzt und zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtanteil eine Grenzfläche ausgebildet ist, die über einer Leiterfläche (4) kon- vex zu dieser Leiterfläche hin gekrümmt ist, so daß zumindest in einem Randbereich der Leiterfläche der zweite Schichtanteil (3) zum Rand der Leiterfläche hin dicker wird.
2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Grenzfläche zwischen den Schichtanteilen (2, 3) der Distanzschicht über einer Leiterfläche (4) mehrfach konvex zu dieser Leiterfläche hin gekrümmt ist, so daß in einem mittleren Bereich der Leiterfläche die Dicke des zweiten Schichtanteils (3) zwischen einer minimalen und einer maxima- len Dicke variiert.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem auf der dem Halbleiterkörper (6) zugewandten Seite der Leiterflächen (4) eine Zwischenschicht (5) aus einem di- elektrischen Material vorhanden ist, das eine kleinere Dielektrizitätszahl besitzt als das Material des ersten Schichtanteils (2) der Distanzschicht.
4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Leiterflächen eine zur Aufnahme eines Fingerabdruckes vorgesehene Anordnung besitzen und bei dem die Distanzschicht (2, 3) einen vorgesehenen Abstand der Leiterflächen von einer für eine Fingerbeere vorgesehenen Auflagefläche definiert.
5. Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes, bei dem in einem ersten Schritt eine Anordnung aus Leiterflächen (4), die in dielektrischem Material (3, 5) einer ersten Dielektrizitätszahl eingebettet sind, hergestellt wird, in einem zweiten Schritt über einer Oberseite des dielektri- sehen Materiales eine Maske (7) angebracht wird, die Öffnungen (10) im Bereich der Leiterflächen aufweist, in einem dritten Schritt das dielektrische Material durch diese Öffnungen hindurch derart entfernt wird, daß eine zu den Leiterflächen hin konvex gekrümmte Oberfläche ausgebildet wird, in einem vierten Schritt die Maske entfernt wird, in einem fünften Schritt ein weiteres dielektrisches Material (2) abgeschieden wird, das eine größere Dielektrizitätszahl aufweist als das zuvor vorhandene dielektrische Material, und in einem sechsten Schritt das weitere dielektrische Material eingeebnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem in dem zweiten Schritt eine Maske (7) mit sechseckigen oder runden Öffnungen (10) , die in einem hexagonalen Raster angeordnet sind, verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem in dem zweiten Schritt eine Maske (7) verwendet wird, die über einer Leiterfläche (4) mehrere Öffnungen (10) aufweist.
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