表面形状認識用センサおよびその製造方法
【課題】本発明の目的は、優れた耐久性、優れた認識精度および安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程を簡略化し、低コスト化すること。
【解決手段】認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する本発明の表面形状認識用センサ１において、容量センサ電極５と、該容量センサ電極５を覆う容量膜２と、該容量膜２を覆う保護膜３と、該容量膜２に形成されたスルーホール７と、その開口部辺縁とを覆うように形成され、接地された電極パターンとしてのグランド電極４とを備え、該グランド電極４は、該保護膜３における認識対象物の接触面において露出し、該容量膜２の該グランド電極４に覆われた部分は、該容量膜２の該グランド電極４に覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されている。このため、優れた耐久性、優れた認識精度および安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程の簡略化および低コスト化を実現できる。
【解決手段】認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する本発明の表面形状認識用センサ１において、容量センサ電極５と、該容量センサ電極５を覆う容量膜２と、該容量膜２を覆う保護膜３と、該容量膜２に形成されたスルーホール７と、その開口部辺縁とを覆うように形成され、接地された電極パターンとしてのグランド電極４とを備え、該グランド電極４は、該保護膜３における認識対象物の接触面において露出し、該容量膜２の該グランド電極４に覆われた部分は、該容量膜２の該グランド電極４に覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されている。このため、優れた耐久性、優れた認識精度および安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程の簡略化および低コスト化を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面形状認識用センサおよびその製造方法に関するものであり、より詳細には、人間の指紋や動物の鼻紋などの微細な凹凸を感知する表面形状認識用センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化社会の進展と社会環境の変化に伴い、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に必要となる本人認識技術が、大きく注目を集めている。また、クレジットカードの不正利用を防止するための認識技術についても研究開発が活発に行われており、これまでに多くの技術が提案されている。
【０００３】
本人であることの認識手段としては、指紋や声紋などを用いる手段があるが、指紋を用いる手段については、特に多くの技術が開発されている。指紋の認識に用いるためには、指紋の形状をデータとして読み取り、記憶されているデータと比較する必要がある。指紋の形状をデータとして読み取る方式には、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、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。これらの内、小型化が容易で汎用性を有するのは、半導体式である。
【０００４】
半導体式のセンサとしては、ＬＳＩ（ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）製造技術を用いた静電容量式の表面形状認識用センサがある。この表面形状認識用センサは、センサ素子をＬＳＩチップ上に２次元的に配列した構造を備えており、このセンサ素子の帰還静電容量を検出することにより、指紋の表面などが有する微細な凹凸パターンを検出する。
【０００５】
静電容量式の表面形状認識用センサにより指紋を認識する場合、指が電極としての機能を果たす。このため、指がセンサに接触する時に発生する静電気によってＬＳＩが静電破壊され易いという問題がある。この問題を解決することができる表面形状認識用センサとして、センサ電極を囲むよう、チップ表面に格子状のグランド電極を形成した構造を有する表面形状認識用センサの製造方法が特許文献１に開示されている。
【０００６】
また、指をセンサ面に接触させるため、皮脂などが付着することや、指紋の痕が残ることによりセンサ面が汚れる。このセンサ面の汚れが原因となり、センシングの際のノイズとなり認識性能を低下させるという問題がある。この問題を解決する方法として、疎水性、撥油性を有するポリイミド膜をセンサ面の保護膜として形成することが提案されている。
【０００７】
これ以外にも、センサ表面に段差がある場合、指に付着した微細な異物がセンサ表面の段差に付着し易くなる。上述のようにセンサ表面への異物の付着は認識性能を低下させるため、センサ表面は平坦に形成されていることが好ましい。特許文献２には、センサ表面を平坦に形成した構造を有する表面形状認識センサの製造方法が開示されている。
【０００８】
ＬＳＩの静電破壊を回避するグランド電極を備える従来の静電容量式の表面形状認識用センサの製造方法について図４（ａ）〜（ｅ）を参照して以下に説明する。
【０００９】
従来の静電容量式の表面形状認識用センサは、図４（ａ）に示すように、まず、半導体基板１０１上に、最上層が絶縁膜１０３で覆われた多層配線層１０２が形成される。ここで、多層配線層１０２は、複数の素子およびこれら複数の素子を接続する複数の配線などから形成され、センサ回路などを含むＬＳＩを備えている。
【００１０】
上記多層配線層１０２の最上層に形成された絶縁膜１０３上に、上記センサ回路に接続された配線１０４が形成される。
【００１１】
次に、絶縁膜１０３および配線１０４を覆うように層間絶縁膜１０５が形成される。また、上記層間絶縁膜１０５には、公知のパターニング方法を用いてスルーホールが形成される。
【００１２】
ここで、上記スルーホールは、上記配線１０４上の所望の箇所に到達するように形成される。
【００１３】
上記スルーホールにタングステン（Ｗ）からなるＷプラグ１０６などの導電体を埋め込むことにより上記配線層と接続させる。この後、層間絶縁膜１０５上に複合膜からなる金属膜がスパッタ法を用いて形成される。
【００１４】
上記金属膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることによりパターニングし、センサ電極１０７、接続電極１０８が形成される。
【００１５】
図４（ｂ）に示すように、上記センサ電極１０７、上記接続電極１０８および層間絶縁膜１０５を覆うように容量膜１０９が形成される。上記容量膜１０９は、プラズマＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い、厚さが０．４〜１．２μｍ程度となるように形成される。
【００１６】
ここで、上記容量膜１０９には、容量膜１０９を貫通して接続電極１０８の所望の箇所に到達するスルーホール１１０が形成される。
【００１７】
上記スルーホール１１０を含む容量膜１０９に対して、スパッタ法を用いて２層からなる金属膜１１１を形成する。なお、金属膜１１１は、下層の厚さが０．２５μｍ、上層の厚さが０．０５μｍ程度となるよう形成される。
【００１８】
図４（ｃ）に示すように、上記金属膜１１１の形成後、グランド電極が形成されることを所望する領域を除く上記金属膜の領域に対して、レジストパターン１１４は、フォトリソグラフィ技術を用いて形成される。ここで、レジストパターン１１４は、厚さが５μｍ程度となるように形成される。
【００１９】
次いで、レジストパターン１１４が形成されていない上記金属膜１１１の表面に、電解メッキ法を用いてＡｕまたはＣｕを３μｍ程度成長させることにより電極柱２０１を形成させる。
ここで、電極柱２０１を３μｍ程度の高さに形成するのは、十分な厚さの保護膜を形成し、かつ電極柱を含むセンサ表面を平坦化するためである。
なお、電極柱２０１は、無電解メッキ法を用いて金や銅を成長することにより形成してもよい。レジストパターン１１４は、電極柱２０１の形成後、除去される。
【００２０】
図４（ｄ）に示すように、電極柱２０１をマスクとして用い、金属膜１１１の選択的なエッチング行う。これにより、金属膜１１１のエッチング受けなかった部分１１５と、電極柱２０１とからなるグランド電極を、容量膜１０９上に形成することができる。
【００２１】
なお、グランド電極（電極柱２０１）は、上記配線１０４を介して接地されている。このため、センサ表面への指の接触などにより発生する静電気を上記接地に逃がすことができる。
【００２２】
図４（ｅ）に示すように、上記グランド電極の側部が露出しないように、ポリイミドからなる保護膜１１２が容量膜１０９上に形成される。保護膜１１２の形成は以下のように行われる。
（１）容量膜１０９上にポリイミド材料を塗布してポリイミド膜を形成する。
このとき、ポリイミド膜は、電極柱２０１および容量膜１０９を覆い、かつ表面が平坦になるよう十分な厚さを有するように形成される。
（２）（１）において形成したポリイミド膜を、３１０℃程度に加熱して熱硬化させる。
（３）硬化したポリイミド膜をグランド電極（電極注２０１）の上面が露出するまでエッチングすることにより平坦な表面を有する保護膜１１２が形成することができる。
【００２３】
ここで、電極柱２０１が３μｍ程度の厚さに形成されているので、エッチバック量のばらつきにより保護膜１１２をエッチバックし過ぎた場合でも、剥がれなどの劣化を起こすほど薄くはならない。
【００２４】
以上の方法を用いることより、ＬＳＩの静電破壊を防止するグランド電極を備える従来の静電容量式の表面形状認識用センサを製造することができる。
【特許文献１】特開２０００−２３０８０１号公報（平成１２年８月２２日公開）
【特許文献２】特開２００３−２６９９０７号公報（平成１５年９月２５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、センサ表面への異物の付着を解決する手段について何ら考慮されていない。また、特許文献２に記載の方法および図を用いて説明した上述の表面形状認識用センサの製造方法を用いた場合、ＬＳＩの静電破壊を防止するためのグランド電極として、電極柱を形成する必要がある。電極柱を形成しない場合、十分な厚さの保護膜を形成することできず、結果として、センサ表面を平坦化および保護することにより表面形状認識用センサの耐久性を高めることができなくなる。また、エッチバック量の制御が困難となり、生産歩留まりを低下させる原因ともなる。
【００２６】
つまり、従来の製造方法は、製造工程数が多く、かつ製造コストが高いという問題がある。静電容量式の表面形状認識用センサが備えるシリコン基板が高価であるため、製造コストが高いことは、特に表面形状認識用センサを携帯電話などに搭載する場合、致命的な問題となる。
【００２７】
また、センサの認識精度を向上させるためには、容量膜および保護膜は薄く形成される方が好ましい。しかし、上述の製造方法では、センサ表面の平坦化は、電極柱の高さの分だけ、厚い保護膜を形成する必要がある。従って、センサの感度の向上と、センサ表面の平坦化とは、相反する課題となっている。
【００２８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、優れた耐久性、優れた認識精度および安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程を簡略化し、かつ低コスト化することである。また、本発明の他の目的として、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程の簡略化および低コスト化を実現する製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記の課題を解決するために、本発明の表面形状認識用センサは、
認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサであって、容量センサ電極と、該容量センサ電極を覆う容量膜と、該容量膜を覆う保護膜と、該容量膜に形成されたスルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように形成され、接地された電極パターンとを備え、該電極パターンは、該保護膜における認識対象物の接触面において露出し、該容量膜の該電極パターンに覆われた部分は、該容量膜の該電極パターンに覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されていることを特徴とする。
【００３０】
上記構成によれば、本発明の表面形状認識用センサは、その認識対象物が接触する表面側から順に保護膜、容量膜が形成されており、容量センサ電極は容量膜に覆われた構造を有している。また、電極パターンは、容量膜および保護膜を貫通し、その一部をセンサ表面上に露出させている。これにより、センサ表面は、保護膜と、電極パターンの一部とから構成される。
【００３１】
また、「電極パターンが保護膜における認識対象物の接触面において露出する」とは、電極パターンの一部が、少なくとも保護膜と同一平面上に存在するか、保護膜よりやや突出した状態を含んでいる。つまり、センサ表面はほぼ平坦な状態であるということである。
【００３２】
センサ表面が平坦になるよう保護膜を形成することにより、認識対象物がセンサ表面の凹凸に引っかかることによりセンサ表面の特定の箇所に応力が加わり、センサ表面を破壊されることを回避することができる。また、センサ表面が有する凹凸が少なくなるため、センサ表面に対する異物の付着が起こりにくい。よって、異物の付着によるノイズの発生に伴う認識性能の低下が起こりにくくなる。
【００３３】
また、センサ表面の大部分は、保護膜から構成されている。保護膜は、例えば、疎水性および撥油性を有するポリイミド系樹脂などから形成することにより、認識対象物である指の皮脂などがセンサ表面に付着することを抑制できる。よって、ノイズの発生を抑制することによりセンサの認識性能を、長期間に渡って維持することができる。
【００３４】
ここで、容量膜の電極パターンに覆われる部分（保護膜を形成する部分）は、該容量膜の該電極パターンに覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されている。言い換えると、容量膜の該電極パターンに覆われていない部分とは、保護膜を形成する部分を意味しているから、その保護膜が形成される容量膜の部分は、他の部分よりも０．１μｍ以上薄く（低く）なっているということである。
【００３５】
容量膜の内、保護膜を形成する部分を０．１μｍ以上薄くするためには、例えば、電極パターンの形成後に電極パターンをマスクとして用い、容量膜をエッチングすればよい。容量膜のエッチング量を調節することで、保護膜を所望の厚さに形成することできるため、センサ表面の平坦化および保護膜の劣化の防止を容易に達成することができる。
また、保護膜を所望の厚さに形成することできるため、エッチングによりセンサ表面を平坦化するとき、エッチング量にばらつきが生じても容量膜が露出するおそれがない。
さらに、所望の厚さを有する保護膜を形成することが容易であり、かつ容量膜の厚さを調節することができるため、容量センサ電極と、センサ表面との距離を容易に調節することができる。
【００３６】
ここで、表面形状認識センサの動作について説明する。センサ表面（保護膜および電極パターン）に認識対象物（例えば、指など）が接触した場合、容量膜の厚さ、保護膜の厚さ、およびセンサ表面と、指との距離に応じてそれぞれ容量が形成される。上記容量のそれぞれは、容量センサ電極によって検出される。（１）センサ表面に対して認識対象物の凸部が接触した場合と、（２）センサ表面を認識対象物の凹部が覆う場合とでは、センサ電極から認識対象物表面までの距離が異なる。このため、（１）と、（２）とにおいて形成される容量が異なる。
【００３７】
また、表面形状認識センサは、通常、複数の容量センサ電極を備えており、それぞれの容量センサ電極が検出する容量は、（１）の直下にある容量センサ電極と、（２）の直下にある容量センサ電極とでは検出される容量が異なる。例えば、（１）の直下にある容量センサ電極に検出された容量は、回路内においてＯＮ信号に変換され、（２）の直下にある容量センサ電極に検出された容量は、回路内においてＯＦＦ信号に変換される。複数の上記ＯＮ信号および上記ＯＦＦ信号に基づき、認識対象物の表面が有する凹凸の形状を描画することができる。
【００３８】
よって、容量膜および保護膜の厚さを調節できるということは、認識感度を高めることも容易であるといえる。
【００３９】
また、認識対象物と、センサ表面とが接触する際、静電気が発生することがある。この静電気により表面形状認識用センサに備えられているＬＳＩが破壊されることがある。しかし、電極パターンは、配線などを介して接地されているので、静電気を逃がすことができ、ＬＳＩの破壊を防止することができる。
【００４０】
以上のように、電極パターンが、容量膜および保護膜を貫通し、その一部がセンサ表面に露出している構造を有しており、かつ容量膜の該電極パターンに覆われる部分が、容量膜の電極パターンに覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されているため、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサを製造することができる。
【００４１】
さらに、従来の表面形状認識用センサと比較して、ＬＳＩの静電破壊防止用の電極は、電極パターンから構成されており、電極パターン上にＡｕまたはＣｕなどから構成される電極柱を備える必要がない。
【００４２】
よって、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程の簡略化および製造コストの削減を実現できるという効果を奏する。
【００４３】
また、本発明の表面形状認識用センサにおいて、
上記電極パターンの側壁部に接する上記保護膜の膜厚は、上記電極パターンの膜厚よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されていることが好ましい。
【００４４】
前述したように、保護膜が形成される容量膜の部分は、電極パターンに覆われた容量膜の部分よりも０．１μｍ以上薄く（低く）なっているから、上記の構成のとおり、電極パターンの側壁部に接する上記保護膜の膜厚を、上記電極パターンの膜厚よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成することができる。
【００４５】
これにより、保護膜の膜厚を十分に確保できるので、エッチングによりセンサ表面を平坦化するとき、エッチング量にばらつきが生じても、電極パターンの側壁部が、保護膜の表面から突出する状態を抑制することができ、保護膜と、電極パターンとの高低差を小さくすることができる。つまり、センサ表面の平坦化が容易になる。
【００４６】
このため、従って、センサ表面への異物などの付着を抑制することができ、局所的に応力が加わることを回避することができる。
【００４７】
よって、表面形状認識用センサの耐久性および認識性能の安定性をさらに高めることができるという効果を奏する。
【００４８】
また、本発明の表面形状認識用において、
上記電極パターンは、上記スルーホール内にて、当該表面形状認識用センサの表面に開口する開口部を有し、該開口部が、上記保護膜と同一の材料により充填されていることが好ましい。
【００４９】
上記構成により、電極パターンが溝形状などの開口部を有する場合であっても、その開口部が保護膜と同一の材料により充填されているので、センサ表面の平坦化をより高度に達成することができる。
【００５０】
従って、センサ表面へ局所的に応力が加わることを回避することができ、かつ異物などの付着を抑制することができる。
【００５１】
よって、表面形状認識用センサの耐久性および認識性能の安定性をさらに高めることができるという効果を奏する。
【００５２】
また、本発明の表面形状認識用センサにおいて、
上記容量膜は、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さを有することが好ましい。
【００５３】
容量膜の厚さが、０．３μｍを下回る場合、センサ内部（ＬＳＩ）への水分の侵入などを十分に防ぐことができず、センサの耐久性を損ない易い。
【００５４】
一方、容量膜の厚さが１．０μｍを上回る場合、上述のように容量の大きさは電極と絶縁物との距離に反比例するため、認識精度を低下させ、正確に認識を行うことができない恐れがある。
【００５５】
また、容量膜の厚さが１．０μｍを上回る場合、容量膜（プラズマＣＶＤ法などにより形成した窒素化シリコン膜など）内部における応力が増大するため、容量膜に覆われたメタル配線に対しても応力（膜ストレス）が加わる。この結果、ボイド（大きな間隙）がメタル配線に生じ易くなるため、メタル配線の信頼性（耐久性）が低下する恐れがある。
【００５６】
よって、上記構成を有することにより、優れた耐久性および認識精度を有する表面形状認識用センサを実現できるという効果を奏する。
【００５７】
また、本発明の表面形状認識用センサにおいて、
上記保護膜は、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さを有することが好ましい。
【００５８】
保護膜の厚さが０．３μｍを下回る場合、センサ表面を構成する保護膜は、認識対象物との接触時に生じる機械的ストレスを受けることにより、剥がれやすくなる恐れがある。このため、保護膜としての機能を損ない、センサの耐久性を低下させる。
【００５９】
一方、保護膜の厚さが１．０μｍを上回る場合、容量の大きさは電極と絶縁物との距離に反比例するので、認識対象物がセンサ表面に接触したときに形成される保護膜の容量が小さくなる。このため、認識精度を低下させ、正確に認識を行うことができない恐れがある。
【００６０】
よって、上記構成を有することにより、優れた耐久性および認識精度を有する表面形状認識用センサを実現できるという効果を奏する。
【００６１】
また、本発明の表面形状認識用センサにおいて、
上記電極パターンは、０．１５μｍ〜０．４μｍの厚さを有することが好ましい。
【００６２】
電極パターンの厚さが０．１５μｍを下回る場合、電極パターンの厚さの範囲内に保護膜の表面を位置させることが困難になる。
【００６３】
例えば、保護膜をエッチングすることにより、電極パターンを露出させるとする。このとき、保護膜がエッチングされる量には、ばらつきが生じる。このばらつきにより、保護膜が予定していた厚さよりも過剰にエッチングされる可能性があり、電極パターンを露出させ過ぎてしまうおそれがある。
【００６４】
これにより、センサ表面は、電極パターンが極端に突出した状態となり、認識対象物の接触時に電極パターンへ応力が集中する、またセンサ表面に汚れが付着しやすくなる。
【００６５】
また、電極パターンと、容量膜との境界が露出してしまい、電極パターンが側面から加わる力に弱くなり、剥がれの原因となる。
【００６６】
一方、電極パターンの厚さが、０．４μｍを上回る場合、センサ表面の平坦化には、保護膜を極端に厚く形成する必要が生じる。
【００６７】
ここで、センサ表面へ認識対象物が接触すると、上述のように保護膜には容量が形成される。この容量の大きさは、厚さに反比例する。つまり、保護膜が厚ければ厚いほど形成される容量は小さくなる。また、静電容量式の表面形状認識用センサは、認識対象物が接触したときに形成される容量の大きさの変化を検出することにより、認識対象物の表面の凹凸を認識する。従って、保護膜が厚いほど認識精度を低下させる。
【００６８】
また、電極パターンを形成するための材料コストの増大に繋がること、金属膜をパターニングすることにより電極パターンを形成する場合、十分にパターニングされず金属膜の一部が残ってしまう恐れがあるなど、不都合な点が多い。
【００６９】
厚さが上記の範囲内に収まるよう電極パターンを形成することにより、センサ表面の局所的な応力の集中の回避、センサ表面への異物などの付着の抑制、および電極パターンと、容量膜との境界の保護を達成し、同時に認識対象物表面の形状の認識を正確に行うことができる。
【００７０】
よって、優れた耐久性、優れた認識精度および安定した認識性能を有する表面形状認識用センサを実現することができるという効果を奏する。
【００７１】
上記課題を解決するために、
認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサの製造方法において、
容量センサ電極を覆う容量膜にスルーホールを形成し、該スルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように、接地された電極パターンを形成する工程と、
上記電極パターンをマスクとして、上記容量膜を０．１μｍ〜０．６μｍエッチバックした後に、該容量膜上に保護膜を堆積させる工程とを含むことを特徴とする。
【００７２】
上記製造方法によれば、まず、スルーホールを有する容量膜上に形成された金属膜をエッチングすることなどの方法により電極パターンを形成する。このとき、金属膜上の所望の位置（例えば、金属膜上の容量膜に形成されたスルーホールと、その周囲とを覆う位置）にレジストパターンなどによりマスクを形成することで、所望の形状を有する電極パターンを形成することができる。
【００７３】
この電極パターンをマスクとして用い、連続して容量膜のエッチングを行い、容量膜の厚さを０．１μｍ〜０．６μｍ減少させるエッチバックを行う。これにより、保護膜をエッチングして表面形状認識用センサの表面を平坦化する場合においても、十分に機能を果たすような厚さ（認識対象物との接触時に生じる機械的ストレスにより剥がれが起こらないために必要な厚さ）に形成することができる。保護膜の機能については、上述の通りである。
【００７４】
容量膜のエッチングを行った後、電極パターンおよび容量膜上に保護膜を堆積させる。ここで、保護膜を十分な厚さに堆積させているので、容量センサ電極、電極パターンおよび容量膜などが形成されたことによる生じた凹凸は吸収され、表面が平坦化されている。
【００７５】
つまり、上述の製造工程を経ることにより、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサを製造することができる。
【００７６】
さらに、従来の表面形状認識用センサと比較して、ＬＳＩの静電破壊防止用の電極は、電極パターンから構成されていればよく、電極パターン上にＡｕまたはＣｕなどから構成される電極柱を備える必要がない。
【００７７】
よって、上述の表面形状認識用センサと同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００７８】
以上のように、本発明の表面形状認識用センサは、認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサであって、容量センサ電極と、該容量センサ電極を覆う容量膜と、該容量膜を覆う保護膜と、該容量膜に形成されたスルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように形成され、接地された電極パターンとを備え、該電極パターンは、該保護膜における認識対象物の接触面において露出し、該容量膜の該電極パターンに覆われた部分は、該容量膜の該電極パターンに覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されているため、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程の簡略化および製造コストの削減を実現できるという効果を奏する。
【００７９】
また、本発明の表面形状認識用センサの製造方法は、認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサの製造方法であって、容量センサ電極を覆う容量膜にスルーホールを形成し、該スルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように、接地された電極パターンを形成する工程と、上記電極パターンをマスクとして、上記容量膜を０．１μｍ〜０．６μｍエッチバックした後に、該容量膜上に保護膜を堆積させる工程と、を含むため、上述の表面形状認識用センサと同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
本発明に係る表面形状認識用センサの構造について、以下の実施の形態１において説明する。また、本発明に係る表面形状認識用センサの製造方法について、後述の実施の形態２において説明する。
【００８１】
なお、以下の実施の形態１および２において同一の部材および構成要素には、それぞれ、同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。また、本発明の表面形状認識用センサおよびその製造方法は、以下の実施の形態において説明されるものに限定されず、「特許請求の範囲」に記載した請求項の範囲内において適宜変更が可能である。
【００８２】
〔実施の形態１〕
本発明に係る表面形状認識用センサ構造について図２、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して以下に説明する。
【００８３】
図２は、本実施の形態の表面形状認識用センサ１の平面図であり、図２に示すように本実施の形態の表面形状認識用センサ１は、等間隔に複数の容量センサ電極５が整列し、かつ複数の容量センサ電極５をそれぞれ取り囲むようにグランド電極４が格子状に形成されている。
【００８４】
このため、認識対象物がセンサ表面に接触したとき、格子状に形成されたグランド電極４に確実に接触するため、認識対象物がセンサ表面に接触したときに発生する静電気を確実にグランド電極４を介して逃がすことができる。
【００８５】
しかし、グランド電極４は、認識対象物の表面の凹凸を認識する際に発生する静電気を確実に逃がすことできるような形状に形成されていればよく、本実施の形態において示したようにグランド電極４は、格子状に形成されている必要はない。
【００８６】
また、グランド電極４が有する溝およびグランド電極４が形成されていない部分には、グランド電極４が露出し、かつグランド電極４との高低差が少なくなるように、好ましくは高低差が無いように保護膜３が形成されている。この平坦性のため、センサ表面への認識対象物が接触する際の汚れの付着およびセンサ表面への局所的な応力の集中を抑制することができる。
【００８７】
図１（ａ）は、図２に示す線分Ｘ−Ｘ’における断面図であり、本発明に係る表面形状認識用センサ１における、認識対象物の表面の凹凸を検出する最小単位の構造を示している。
【００８８】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の表面形状認識用センサ１は、半導体基板１７上に、多層配線層１４が形成されている。多層配線層１４は、最上層に形成された絶縁膜１５と、電気的機能を有する層１６とを含んでいる。電気的機能を有する層１６には、例えば、ＭＯＳトランジスタなどの複数の素子およびこれらを接続する複数の配線などが形成されており、センサ回路などを含む集積回路が備えられている。また、電気的機能を有する層１６の最下層には、半導体基板１７と、集積回路とを絶縁するための絶縁層が形成されていてもよい。
【００８９】
多層配線層１４の絶縁膜１５上には、上記集積回路に接続された複数の配線１３が形成されている。上記複数の配線１３を覆うように絶縁膜１５上に層間絶縁膜１２が形成されている。また、上記層間絶縁膜１２には、複数の配線１３のそれぞれが露出するようにスルーホールが形成される。これらのスルーホールのそれぞれに、例えば、タングステン（Ｗ）からなるＷプラグ１１などの導電体を埋設することにより、配線１３と、層間絶縁膜１２上に形成される構造とを接続することができる。
【００９０】
上記層間絶縁膜１２上には、スルーホールに埋設したＷプラグ１１のそれぞれを覆うように複数の金属膜が形成されている。上記複数の金属膜をパターニングすることにより容量センサ電極５および接続電極１０が形成される。
【００９１】
容量センサ電極５は、図示していないが、多層配線層１４に備えられているセンサ回路と接続している。このため、認識対象物の接触時に上記容量センサ電極５により検出された容量は、センサ回路において、その容量の大きさに応じて認識対象物の凹凸を決定する信号に変換される。
【００９２】
また、接続電極１０は、Ｗプラグ１１および配線１３に接続されており、かつ、これも図示していないが、多層配線層１４を介して接地され、同電位かつ接地電位になっている。一方で、接続電極１０は、後述するセンサ表面を形成するグランド電極４と接続しているので、グランド電極４も同様に同電位かつ接地電位となっている。
【００９３】
これにより、センサ表面に認識対象物が接触したときに発生する静電気を、グランド電極４から逃がすことができるため、該静電気による集積回路内の電気的機能の破壊から保護することができる。
【００９４】
さらに、上記層間絶縁膜１２上には、容量膜２が形成されている。上記容量膜２には、上記接続電極１０が露出するようスルーホールが形成されている。上記容量膜２のスルーホールおよびその開口部周囲を覆うように金属膜から構成されるグランド電極４が形成されており、グランド電極４は、上記接続電極１０と接続されている。なお、容量センサ電極５は、容量膜２に覆われている。
【００９５】
ここで、上記容量膜２は、容量センサ電極５を覆う部分において、グランド電極４に覆われている部分よりも薄くなるように形成されている。これにより、後述するセンサ表面を保護するための保護膜３を、認識対象物との接触などの機械的ストレスによる劣化（剥がれなど）に耐え得る十分な厚さに形成することができる。また、保護膜３を十分厚く形成することができるため、容量センサ電極５などを形成することにより生じた表面の凹凸を吸収し、センサ表面を平坦化することができる。
【００９６】
なお、上記容量膜２は、グランド電極４に覆われている部分（厚みＷ１）において、容量センサ電極５を覆う部分（厚みＷ２）よりも０．１μｍ〜０．６μｍ厚くなるように形成されていることが好ましい。
【００９７】
（厚みＷ１）−（厚みＷ２）が０．１μｍを下回る場合、保護膜３（特に、グランド電極４と接する部分）を十分厚く形成することができないため、センサ表面（保護膜および電極パターン）の平坦化が困難であること、認識対象物との接触により保護膜３が劣化しやすくなることなどの問題がある。また、（厚みＷ１）−（厚みＷ２）が０．６μｍを上回る場合、容量膜２が薄くなり過ぎるため、ＬＳＩをカバーするための膜としての機能（センサ内部（ＬＳＩ）への水分の侵入を防ぐこと）を損なうこと、保護膜３が厚くなり過ぎることによりセンサの認識性能が低下することなどの問題がある。
【００９８】
さらに、上記容量膜２は、容量センサ電極５を覆う部分において、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さを有することが好ましい。
【００９９】
容量センサ電極５を覆う部分における容量膜２の厚さが０．３μｍを下回る場合、センサ内部（ＬＳＩ）への水分の侵入を十分に防ぐことができない。
【０１００】
一方、容量センサ電極５を覆う部分における容量膜２の厚さが１．０μｍを上回る場合、容量膜２に形成される容量が小さくなり、センサの認識精度を低下させる。また、容量膜の厚さが１．０μｍを上回る場合、容量膜内部における応力が増大するため、容量膜に覆われたメタル配線に対しても応力（膜ストレス）が加わる。この結果、ボイド（大きな間隙）がメタル配線に生じ易くなるため、メタル配線の信頼性（耐久性）が低下する恐れがある。
【０１０１】
上記容量膜２上には、上記グランド電極４が露出するように保護膜３が形成されている。つまり、センサ表面は、上記保護膜３および上記グランド電極４から構成されているということである。
【０１０２】
さらに、本実施の形態の表面形状認識用センサ１は、グランド電極として、接続電極と直に接続されているグランド電極４を備えるだけでよく、静電破壊を防止する構造を有する従来の表面形状認識用センサ１と比較して、製造工程を簡略化することができ、製造コストを削減することができる。
【０１０３】
ここで、保護膜３は、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さに形成されることが好ましい。
【０１０４】
保護膜３の厚さが０．３μｍを下回る場合、センサ表面を構成する保護膜３は、認識対象物との接触時に生じる機械的ストレスを受けることにより、剥がれやすくなる恐れがある。このため、保護膜３としての機能を損ない、センサの耐久性を低下させる。
【０１０５】
一方、保護膜３の厚さが１．０μｍを上回る場合、容量の大きさは電極と絶縁物との距離に反比例するので、認識対象物がセンサ表面に接触したときに形成される保護膜３の容量が小さくなる。このため、認識精度を低下させ、正確に認識を行うことができない恐れがある。
【０１０６】
よって、保護膜３を０．３μｍ〜１．０μｍの厚さに形成することにより、優れた耐久性および認識精度を有する表面形状認識用センサ１を実現することができる。
【０１０７】
次に、グランド電極４の周囲を拡大した断面図である図１（ｂ）を用いて、本実施の形態の表面形状認識用センサ１の構造をさらに詳細に説明する。
【０１０８】
図１（ｂ）に示すように、グランド電極４は、保護膜３から露出している。ここで、保護膜３は、グランド電極４と近接する部分（Ｗ３）において、グランド電極４の厚さ（Ｗ４）より０．１μｍ以上厚くなるように形成されている。すなわち、Ｗ３は、０．３μｍ≦Ｗ３、かつＷ４＋０．１μｍ≦Ｗ３の両方を満たす値をとり得る。また、上述したように上記容量膜２は、容量センサ電極５を覆う部分において、グランド電極４に覆われている部分よりも薄くなるように形成されている。
【０１０９】
これにより、保護膜３の表面を、矢印で示したグランド電極４の厚みＷ４の範囲内で形成することができるため、センサ表面を形成する保護膜３と、グランド電極４の高低差を小さくすることができる。従って、センサ表面へ局所的に応力が加わることを回避することができ、異物などの付着を抑制することができる。また、グランド電極４の上部側面４ａを保護することができる。
【０１１０】
さらに、グランド電極４は、中央付近に溝を有しており、この溝は、保護膜３によって充填されている。よって、センサ表面（保護膜３およびグランド電極４）の凹凸を少なくすることができ、異物などの付着を抑制することができる。
【０１１１】
これ以外にも、図１（ｂ）の矢印で示されているグランド電極４の厚さＷ４は、０．１５μｍ〜０．４μｍであることが好ましい。
【０１１２】
グランド電極４の厚さＷ４が、０．１５μｍを下回る場合、グランド電極４のセンサ表面と直交する面（上部側面４ａ）の少なくとも一部と、保護膜３とを接触させることが困難になる。
【０１１３】
例えば、保護膜３をエッチングすることにより、グランド電極４を露出させるとする。このとき、保護膜３がエッチングされる量には、ばらつきが生じる、このばらつきにより、保護膜３が予定していた厚さよりも過剰にエッチングされる可能性があり、下部側面４ｂが露出することにより容量膜２と、グランド電極４との境界が露出してしまうおそれがある。
【０１１４】
これにより、センサ表面は、グランド電極４が極端に突出した状態となり、認識対象物の接触時にグランド電極４へ応力が集中する、またはグランド電極４に汚れが付着しやすくなる。
【０１１５】
一方、グランド電極４の厚さが、０．４μｍを上回る場合、センサ表面の平坦化には、保護膜３を極端に厚く形成する必要が生じる。
【０１１６】
ここで、センサ表面へ認識対象物が接触すると、上述のように保護膜３には容量が形成される。この容量の大きさは、厚さに反比例する。つまり、保護膜３が厚ければ厚いほど形成される容量は小さくなる。また、静電容量式の表面形状認識用センサ１は、認識対象物が接触したときに形成される容量の大きさの変化を検出することにより、認識対象物の表面の凹凸を認識する。従って、保護膜３が厚いほど認識精度を低下させる。
【０１１７】
また、グランド電極４の厚さが、０．４μｍを上回る場合、グランド電極４を形成するための材料コストの増大に繋がること、金属膜をパターニングすることによりグランド電極４を形成する場合、十分にパターニングされず金属膜の一部が残ってしまう恐れがあるなど、不都合な点が多い。
【０１１８】
厚さが上記の範囲内に収まるようグランド電極４を形成することにより、センサ表面の局所的な応力の集中の回避、センサ表面への異物などの付着の抑制、およびグランド電極４のセンサ表面と直交する面の保護を達成し、同時に認識対象物表面の形状の認識を正確に行うことができる。
【０１１９】
ここまでにおいて、本発明に係る表面形状認識用センサ１の構造について説明を行った。以下の記載においては、本発明の表面形状認識用センサ１に好適に用い得る各部材について説明する。
【０１２０】
本発明に好適に用い得る半導体基板１７としては、基板上にＭＯＳトランジスタなどの複数の素子およびこれらを接続する複数の配線などが形成されており、センサ回路などを含む集積回路することができるものであればよく、従来公知の材料を用いることができる。例えば、半導体基板１７の材料としてシリコンを用いた場合、基板を酸化させることにより容易に均一な絶縁膜を形成することができる。
【０１２１】
本発明の表面形状認識用センサ１の多層配線層１４は、上述のように絶縁層１５および電気的機能を有する層１６から構成されていればよく、従来公知の様々な材料または方法により形成することができる。また、多層配線層１４の内、電気的機能を有する層１６は、半導体基板１７と接しており、絶縁層１５は、１６とは反対側の最も外側の層を構成していればよい。
【０１２２】
本発明の表面形状認識用センサ１の複数の配線１３は、上記絶縁膜１５上にアルミニウム膜を形成し、公知の技術（例えば、フォトリソグラフィおよびエッチングの組み合わせなど）によりパターニングすることにより形成することができる。これ以外にも、多層配線層１４が有する集積回路と接続できればよく、従来公知の様々な方法および材料を好適に用いることができる。
【０１２３】
本発明の表面形状認識用センサ１の層間絶縁膜１２は、それぞれの配線１３を絶縁することができればよく、従来公知の材料および方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｏｎ）法などにより絶縁材料を堆積することにより形成することができる。
【０１２４】
また、層間絶縁膜１２には、配線１３のそれぞれが露出するようスルーホールを形成する必要があるが、スルーホールの形成には、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を組み合わせてパターニングするなど、従来公知の様々な方法を採用することができる。
【０１２５】
配線１３と、容量センサ電極５または接続電極１０とを接続する必要があるので、上記スルーホールのそれぞれに導電体を埋設することなどにより配線１３のそれぞれと接続させ、層間絶縁膜１２の表面に露出させる。この導電体としては、Ｗプラグ１１など、従来公知の部品または材料を用いることができる。
【０１２６】
本発明の表面形状認識用センサ１の容量センサ電極５および接続電極１０は、上記の導電体と接続するように層間絶縁膜上に金属膜を堆積させ、所望の大きさにパターニングすることにより形成することができる。金属膜は、例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ／ＡｌＣｕ／ＴｉＮ／Ｔｉの複合膜をスパッタ法により堆積させればよい。堆積させた金属膜を、フォトリソグラフィおよびエッチングを組み合わせてパターニングすることにより所望の位置に、所望の形状を有する容量センサ電極５および接続電極１０を形成することができる。容量センサ電極５および接続電極１０の形成には、従来公知の様々な材料および方法を採用することができる。
【０１２７】
本発明の表面形状認識用センサ１の容量膜２は、容量センサ電極５と、認識対象物とを絶縁し、認識対象物がセンサ表面に接触したとき容量を形成するものであればよい。容量膜２は、例えば、窒化シリコンを材料として、プラズマＣＶＤ法により形成すればよい。
【０１２８】
また、容量膜２にグランド電極４と、接続電極１０とを接続させるためのスルーホールを形成する方法としては、例えば、フォトリソグラフィおよびエッチングの組み合わせのような従来公知の様々な方法を用いることができる。
【０１２９】
さらに、容量膜２をグランド電極４に覆われる部分よりも、容量センサ電極５を覆う部分が薄くなるよう形成するためには、容量膜２のグランド電極４に覆われていない部分を選択的に薄くすることができればよい。この方法として、例えば、グランド電極４の形成後、グランド電極４をマスクとして、リアクティブイオンエッチングなどのドライエッチング法を用いて容量膜２をエッチングする方法を用いることができる。
【０１３０】
本発明の表面形状認識用センサ１のグランド電極４としては、容量膜２の一部を覆い、接続電極１０と接続された金属膜から形成されていればよい。よって、例えば、容量膜２全体を覆うＴｉ／ＴｉＮから構成される金属膜をスパッタ法により堆積させ、グランド電極４の形成を所望する位置にレジストパターンなどをマスクとして用いて、リアクティブイオンエッチングなどのドライエッチング法により選択的にエッチングを行うことによりグランド電極４を形成することができる。
【０１３１】
本発明の表面形状認識用センサ１の保護膜３は、グランド電極４とともにセンサ表面を構成し、センサ表面を平坦化するよう形成されていればよい。つまり、グランド電極４との高低差が少なくなるよう形成されればよいので、グランド電極４および容量センサ電極５の形成により生じる凹凸を吸収するよう十分な厚さに堆積させた後に、例えば、エッチングなどによりグランド電極４との高低差が少なくなるよう形成する方法などを採用することができる。
【０１３２】
また、保護膜３の材料としては、疎水性および撥油性を有するものであればよく、例えば、ポリベンザオキサゾール前駆体をベースとしたポリイミド樹脂などが挙げられる。
【０１３３】
〔実施の形態２〕
本実施の形態において、本発明の表面形状認識用センサ１の製造方法について、図３（ａ）〜（ｅ）を用いて詳細に説明する。なお、図３（ａ）〜（ｅ）は、図２の線分Ｘ−Ｘ’における断面部分の製造工程を示している。
【０１３４】
図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の表面形状認識用センサ１の製造工程を示す断面図である。
【０１３５】
図３（ａ）に示す半導体基板１７、多層配線層１４（絶縁膜１５および層１６）、層間絶縁膜１２、配線１３、Ｗプラグ１１、接続電極１０ならびに容量センサ電極５は、実施の形態１において説明したものと同様であり、従来公知の方法および材料を用いて形成することができるため、ここでは、説明を省略する。
【０１３６】
図３（ｂ）は、図３（ａ）において形成した構造を覆うように容量膜１９を形成し、容量膜１９にスルーホール７を形成した後の状態を示している。容量膜１９は、層間絶縁膜１２、容量センサ電極５および接続電極１０の一部をそれぞれ覆い、厚さが０．４μｍ〜１．２μｍとなるようにプラズマＣＶＤ法を用いて堆積させることにより形成される。
【０１３７】
容量膜１９を形成する厚さは、０．４μｍ〜１．２μｍの範囲内で、後述するエッチバック量、容量膜２の厚さ（図１（ａ）のＷ２）、保護膜３の厚さ（図１（ｂ）のＷ３）およびグランド電極５の厚さ（図１（ｂ）のＷ４）に応じて決定すればよい。例えば、エッチバック量を０．４μｍ、Ｗ２を０．４μｍ、Ｗ３を０．５μｍ、Ｗ４を０．２μｍと設定した場合には、容量膜１９は、０．８μｍに形成すればよい。つまり、容量膜１９の厚さは、所望のＷ２、Ｗ３、Ｗ４およびエッチバック量に合わせて上記範囲内から選択すればよい。
【０１３８】
また、容量膜１９の厚さが上記範囲を下回る場合、Ｗ３を十分に確保するためには、容量膜１９のエッチバック量を大きくする必要がある。このとき、Ｗ２を十分に確保できなくなり、センサ内部（ＬＳＩ）への水分の侵入などを十分に防ぐことができないため、センサの耐久性を損ない易い。
一方、容量膜１９の厚さが上記範囲を上回る場合、容量膜１９の厚さと同じ高さを有するスルーホールを形成する必要があるため、スルーホールに対するグランド電極５のカバレージ（被膜性）が悪化する。また、高いセンシング特性を得るためにＷ２＋Ｗ３を小さくしようとすると、センサ表面の凹凸（保護膜３とグランド電極５との高低差）が大きくなってしまい、センサ表面に異物が付着し易くなる。
【０１３９】
また、容量膜１９には、スルーホール７が形成されているため、接続電極１０の上面が露出している。スルーホール７は、フォトリソグラフィおよびエッチングを組み合わせることにより所望の位置に形成することができる。
【０１４０】
図３（ｃ）に示すように、スルーホール７を有する容量膜１９の全体および接続電極１０の露出部分を覆うように金属膜６が形成される。金属膜６は、Ｔｉ層およびＴｉＮ層の２層の膜から形成されており、下層のＴｉは０．２５μｍ、上層のＴｉＮは０．０５μｍとなるようにスパッタ法を用いて形成されている。
【０１４１】
ここで、金属膜６は、０．３μｍの厚さに形成されているが、０．１５μｍ〜０．４μｍの厚さに形成されていることが好ましい。
【０１４２】
金属膜６の厚さが上記範囲を下回る場合、センサ表面を構成する保護膜３と、グランド電極４との高低差を小さくして平坦化することが困難となる。
また、金属膜６の厚さが上記範囲を上回る場合、金属膜６を形成するための材料コストが高くなる、後述する金属膜６のパターニングにおいて、金属膜６の一部がエッチングにより完全に除去されずに残ってしまい製造効率が低下する恐れがある。
【０１４３】
次に、図３（ｄ）には、金属膜６を選択的にエッチングすることによりグランド電極４を形成し、さらにグランド電極４をマスクとして、容量膜１９を選択的にエッチバックした状態が示されている。
【０１４４】
金属膜６の内、グランド電極４が形成されることを所望する位置にレジストパターン１８を形成し、レジストパターン１８をマスクとして、金属膜６を選択的にエッチングする。ここで、レジストパターン１８は、従来公知のフォトリソグラフィにより位置選択的に形成することができる。
【０１４５】
金属膜６の選択的エッチングに続いて、次は、グランド電極４をマスクとして用い、容量膜１９のエッチバックを行うことによって容量膜２が形成される。このとき、容量膜１９は、０．１μｍ〜０．６μｍ程度エッチングされる。なお、１９ａの破線は、エッチングされる前の容量膜１９の表面を示している。
【０１４６】
これにより、センサ表面を平坦化し得る、かつ剥がれなどの劣化に耐え得るのに十分な厚さを有する保護膜３を形成することができる。十分な厚さの保護膜３を形成することができるので、認識対象物と接触することにより静電気を逃がすグランド電極４の側面を保護することができる。さらに、容量膜２と、保護膜３とを合わせた厚みが大きくなり過ぎることがないため、認識対象物がセンサ表面に接触する際に容量膜２および保護膜３に形成される容量を大きくすることができる。よって、表面形状認識用センサ１の認識精度を高めることができる。
【０１４７】
容量膜１９のエッチングを行ったあと、レジストパターン１８は除去される。
【０１４８】
図３（ｅ）には、グランド電極４の一部がセンサ表面に露出するように保護膜３が形成された状態が示されている。
【０１４９】
容量膜１９のエッチング後、センサの認識対象物が接触する側の全体（容量膜２およびグランド電極４）を覆うように保護膜３の材料を回転塗布することにより膜を形成する。ここでは、保護膜３の材料として、ポリベンザオキサゾール前駆体をベースとしたポリイミド樹脂を用いた場合について説明する。
【０１５０】
ポリイミド樹脂を塗布することにより形成したポリイミド膜は、容量センサ電極５、接続電極１０を形成することにより生じた容量膜２上の凹凸を吸収できるよう十分な厚さを有するように形成される。このため、ポリイミド膜は、ほぼ平坦な表面を有する。
【０１５１】
次に、ほぼ平坦な表面を有するポリイミド膜を約３１０℃に加熱することにより熱硬化させる。熱硬化させたポリイミド膜をグランド電極４が露出するまでエッチバックすることにより図３（ｅ）に示すような平坦な表面を有し、かつグランド電極４との高低差の少ない保護膜３を形成することができる。
【０１５２】
上記ポリイミド膜をエッチバックする方法としては、例えば、ポリイミド膜が有機材料から形成されていることから、酸素ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより全体をエッチングする方法が挙げられる。これ以外にも現像液を用いたウェットエッチングおよび化学的研磨方法などを用いることができる。
【０１５３】
ここで、図１（ｂ）に示しているように、容量膜２は０．１μｍ〜０．６μｍ程度エッチバックすることにより形成されているため、グランド電極４と近接する部分においても保護膜３は、厚さ０．３μｍ〜１．０μｍに形成することができる。
容量膜１９をエッチバックする厚さが上記範囲を上回る場合、容量センサ電極５が露出する可能性があり、認識対象物と、容量センサ電極５とを確実に絶縁することができなくなる恐れがある。
一方、容量膜１９をエッチングする厚さが上記範囲を下回る場合、容量膜２上に形成される保護膜３を、認識対象物との接触などの機械的ストレスによる劣化（剥がれなど）に耐え得る十分な厚さに形成することができなくなる。
上記保護膜３が上記厚さの範囲を有することが好ましい理由については、実施の形態１において説明したとおりである。
【０１５４】
また、グランド電極４の厚さが０．１５μｍ〜０．４０μｍとなるよう形成されているため、保護膜３の表面が矢印で示しているグランド電極４の厚さの範囲内に表面が収まるよう制御することができる。
上記グランド電極４が上記厚さの範囲を有することが好ましい理由については、実施の形態１において説明したとおりである。
【０１５５】
実施の形態１において説明したようにグランド電極４は、接続配線１０、Ｗプラグ１１および配線１３を介して集積回路の接地に接続されているため、認識対象物と、センサ表面とが接触する際に発生する静電気を逃がすことができるため、集積回路の静電破壊を防止することができる。
【０１５６】
以上において説明した製造方法を用いることにより、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサ１を容易にかつ低コストで製造することができる。
【０１５７】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１５８】
〔その他の構成〕
なお、本発明は、以下の構成によっても実現することができる。
【０１５９】
（第１の構成）
半導体基板の上に形成された複数の容量センサ電極と、
これら複数の容量センサ電極の上に配置された容量膜とを備え、
容量膜上に形成されたスルーホールを覆うグランド電極パターンを備え、
グランド電極下の容量膜厚がセンサ電極上の容量膜厚よりも厚く、かつグランド電極側壁部に接する保護膜の膜厚が、グランド電極膜厚よりも０．１μｍ以上厚い表面形状認識用センサ。
【０１６０】
（第２の構成）
第１の構成に係る表面形状認識用センサにおいて、
容量膜に形成したスルーホール内に形成したグランド電極の窪み部分にも表面保護膜を形成する表面形状認識用センサ。
【０１６１】
（第３の構成）
半導体基板の上に形成された複数の容量センサ電極と、
これら複数の容量センサ電極の上に配置された容量膜とを備え、
容量膜上に形成されたスルーホールを覆うグランド電極パターンを形成後、連続して下地容量膜を０．１μｍ以上エッチバックする工程と、
全面に表面保護膜を形成した後、表面保護膜をグランド電極表面が露出するまでエッチバックする表面形状認識用センサの製造方法。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明によれば、優れた耐久性、優れた認識精度および認識性能を有する静電容量式の表面形状認識用センサを容易にかつ低コストで実現することができる。例えば、指紋認識用のセンサとして応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】（ａ）は、図２に示す線分Ｘ−Ｘ’における断面図、（ｂ）は、グランド電極周囲の拡大断面図である。
【図２】本発明の表面形状認識用センサの平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の表面形状認識用センサの製造工程を示す断面図である。
【図４】従来の表面形状認識用センサの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１６４】
１ 表面形状認識用センサ
２ 容量膜
３ 保護膜
４ グランド電極（電極パターン）
４ａ 上部側壁部（電極パターン側壁部）
５ 容量センサ電極
６ 金属膜
７ スルーホール
１９ 容量膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面形状認識用センサおよびその製造方法に関するものであり、より詳細には、人間の指紋や動物の鼻紋などの微細な凹凸を感知する表面形状認識用センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化社会の進展と社会環境の変化に伴い、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に必要となる本人認識技術が、大きく注目を集めている。また、クレジットカードの不正利用を防止するための認識技術についても研究開発が活発に行われており、これまでに多くの技術が提案されている。
【０００３】
本人であることの認識手段としては、指紋や声紋などを用いる手段があるが、指紋を用いる手段については、特に多くの技術が開発されている。指紋の認識に用いるためには、指紋の形状をデータとして読み取り、記憶されているデータと比較する必要がある。指紋の形状をデータとして読み取る方式には、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、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。これらの内、小型化が容易で汎用性を有するのは、半導体式である。
【０００４】
半導体式のセンサとしては、ＬＳＩ（ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）製造技術を用いた静電容量式の表面形状認識用センサがある。この表面形状認識用センサは、センサ素子をＬＳＩチップ上に２次元的に配列した構造を備えており、このセンサ素子の帰還静電容量を検出することにより、指紋の表面などが有する微細な凹凸パターンを検出する。
【０００５】
静電容量式の表面形状認識用センサにより指紋を認識する場合、指が電極としての機能を果たす。このため、指がセンサに接触する時に発生する静電気によってＬＳＩが静電破壊され易いという問題がある。この問題を解決することができる表面形状認識用センサとして、センサ電極を囲むよう、チップ表面に格子状のグランド電極を形成した構造を有する表面形状認識用センサの製造方法が特許文献１に開示されている。
【０００６】
また、指をセンサ面に接触させるため、皮脂などが付着することや、指紋の痕が残ることによりセンサ面が汚れる。このセンサ面の汚れが原因となり、センシングの際のノイズとなり認識性能を低下させるという問題がある。この問題を解決する方法として、疎水性、撥油性を有するポリイミド膜をセンサ面の保護膜として形成することが提案されている。
【０００７】
これ以外にも、センサ表面に段差がある場合、指に付着した微細な異物がセンサ表面の段差に付着し易くなる。上述のようにセンサ表面への異物の付着は認識性能を低下させるため、センサ表面は平坦に形成されていることが好ましい。特許文献２には、センサ表面を平坦に形成した構造を有する表面形状認識センサの製造方法が開示されている。
【０００８】
ＬＳＩの静電破壊を回避するグランド電極を備える従来の静電容量式の表面形状認識用センサの製造方法について図４（ａ）〜（ｅ）を参照して以下に説明する。
【０００９】
従来の静電容量式の表面形状認識用センサは、図４（ａ）に示すように、まず、半導体基板１０１上に、最上層が絶縁膜１０３で覆われた多層配線層１０２が形成される。ここで、多層配線層１０２は、複数の素子およびこれら複数の素子を接続する複数の配線などから形成され、センサ回路などを含むＬＳＩを備えている。
【００１０】
上記多層配線層１０２の最上層に形成された絶縁膜１０３上に、上記センサ回路に接続された配線１０４が形成される。
【００１１】
次に、絶縁膜１０３および配線１０４を覆うように層間絶縁膜１０５が形成される。また、上記層間絶縁膜１０５には、公知のパターニング方法を用いてスルーホールが形成される。
【００１２】
ここで、上記スルーホールは、上記配線１０４上の所望の箇所に到達するように形成される。
【００１３】
上記スルーホールにタングステン（Ｗ）からなるＷプラグ１０６などの導電体を埋め込むことにより上記配線層と接続させる。この後、層間絶縁膜１０５上に複合膜からなる金属膜がスパッタ法を用いて形成される。
【００１４】
上記金属膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることによりパターニングし、センサ電極１０７、接続電極１０８が形成される。
【００１５】
図４（ｂ）に示すように、上記センサ電極１０７、上記接続電極１０８および層間絶縁膜１０５を覆うように容量膜１０９が形成される。上記容量膜１０９は、プラズマＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い、厚さが０．４〜１．２μｍ程度となるように形成される。
【００１６】
ここで、上記容量膜１０９には、容量膜１０９を貫通して接続電極１０８の所望の箇所に到達するスルーホール１１０が形成される。
【００１７】
上記スルーホール１１０を含む容量膜１０９に対して、スパッタ法を用いて２層からなる金属膜１１１を形成する。なお、金属膜１１１は、下層の厚さが０．２５μｍ、上層の厚さが０．０５μｍ程度となるよう形成される。
【００１８】
図４（ｃ）に示すように、上記金属膜１１１の形成後、グランド電極が形成されることを所望する領域を除く上記金属膜の領域に対して、レジストパターン１１４は、フォトリソグラフィ技術を用いて形成される。ここで、レジストパターン１１４は、厚さが５μｍ程度となるように形成される。
【００１９】
次いで、レジストパターン１１４が形成されていない上記金属膜１１１の表面に、電解メッキ法を用いてＡｕまたはＣｕを３μｍ程度成長させることにより電極柱２０１を形成させる。
ここで、電極柱２０１を３μｍ程度の高さに形成するのは、十分な厚さの保護膜を形成し、かつ電極柱を含むセンサ表面を平坦化するためである。
なお、電極柱２０１は、無電解メッキ法を用いて金や銅を成長することにより形成してもよい。レジストパターン１１４は、電極柱２０１の形成後、除去される。
【００２０】
図４（ｄ）に示すように、電極柱２０１をマスクとして用い、金属膜１１１の選択的なエッチング行う。これにより、金属膜１１１のエッチング受けなかった部分１１５と、電極柱２０１とからなるグランド電極を、容量膜１０９上に形成することができる。
【００２１】
なお、グランド電極（電極柱２０１）は、上記配線１０４を介して接地されている。このため、センサ表面への指の接触などにより発生する静電気を上記接地に逃がすことができる。
【００２２】
図４（ｅ）に示すように、上記グランド電極の側部が露出しないように、ポリイミドからなる保護膜１１２が容量膜１０９上に形成される。保護膜１１２の形成は以下のように行われる。
（１）容量膜１０９上にポリイミド材料を塗布してポリイミド膜を形成する。
このとき、ポリイミド膜は、電極柱２０１および容量膜１０９を覆い、かつ表面が平坦になるよう十分な厚さを有するように形成される。
（２）（１）において形成したポリイミド膜を、３１０℃程度に加熱して熱硬化させる。
（３）硬化したポリイミド膜をグランド電極（電極注２０１）の上面が露出するまでエッチングすることにより平坦な表面を有する保護膜１１２が形成することができる。
【００２３】
ここで、電極柱２０１が３μｍ程度の厚さに形成されているので、エッチバック量のばらつきにより保護膜１１２をエッチバックし過ぎた場合でも、剥がれなどの劣化を起こすほど薄くはならない。
【００２４】
以上の方法を用いることより、ＬＳＩの静電破壊を防止するグランド電極を備える従来の静電容量式の表面形状認識用センサを製造することができる。
【特許文献１】特開２０００−２３０８０１号公報（平成１２年８月２２日公開）
【特許文献２】特開２００３−２６９９０７号公報（平成１５年９月２５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、センサ表面への異物の付着を解決する手段について何ら考慮されていない。また、特許文献２に記載の方法および図を用いて説明した上述の表面形状認識用センサの製造方法を用いた場合、ＬＳＩの静電破壊を防止するためのグランド電極として、電極柱を形成する必要がある。電極柱を形成しない場合、十分な厚さの保護膜を形成することできず、結果として、センサ表面を平坦化および保護することにより表面形状認識用センサの耐久性を高めることができなくなる。また、エッチバック量の制御が困難となり、生産歩留まりを低下させる原因ともなる。
【００２６】
つまり、従来の製造方法は、製造工程数が多く、かつ製造コストが高いという問題がある。静電容量式の表面形状認識用センサが備えるシリコン基板が高価であるため、製造コストが高いことは、特に表面形状認識用センサを携帯電話などに搭載する場合、致命的な問題となる。
【００２７】
また、センサの認識精度を向上させるためには、容量膜および保護膜は薄く形成される方が好ましい。しかし、上述の製造方法では、センサ表面の平坦化は、電極柱の高さの分だけ、厚い保護膜を形成する必要がある。従って、センサの感度の向上と、センサ表面の平坦化とは、相反する課題となっている。
【００２８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、優れた耐久性、優れた認識精度および安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程を簡略化し、かつ低コスト化することである。また、本発明の他の目的として、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程の簡略化および低コスト化を実現する製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記の課題を解決するために、本発明の表面形状認識用センサは、
認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサであって、容量センサ電極と、該容量センサ電極を覆う容量膜と、該容量膜を覆う保護膜と、該容量膜に形成されたスルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように形成され、接地された電極パターンとを備え、該電極パターンは、該保護膜における認識対象物の接触面において露出し、該容量膜の該電極パターンに覆われた部分は、該容量膜の該電極パターンに覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されていることを特徴とする。
【００３０】
上記構成によれば、本発明の表面形状認識用センサは、その認識対象物が接触する表面側から順に保護膜、容量膜が形成されており、容量センサ電極は容量膜に覆われた構造を有している。また、電極パターンは、容量膜および保護膜を貫通し、その一部をセンサ表面上に露出させている。これにより、センサ表面は、保護膜と、電極パターンの一部とから構成される。
【００３１】
また、「電極パターンが保護膜における認識対象物の接触面において露出する」とは、電極パターンの一部が、少なくとも保護膜と同一平面上に存在するか、保護膜よりやや突出した状態を含んでいる。つまり、センサ表面はほぼ平坦な状態であるということである。
【００３２】
センサ表面が平坦になるよう保護膜を形成することにより、認識対象物がセンサ表面の凹凸に引っかかることによりセンサ表面の特定の箇所に応力が加わり、センサ表面を破壊されることを回避することができる。また、センサ表面が有する凹凸が少なくなるため、センサ表面に対する異物の付着が起こりにくい。よって、異物の付着によるノイズの発生に伴う認識性能の低下が起こりにくくなる。
【００３３】
また、センサ表面の大部分は、保護膜から構成されている。保護膜は、例えば、疎水性および撥油性を有するポリイミド系樹脂などから形成することにより、認識対象物である指の皮脂などがセンサ表面に付着することを抑制できる。よって、ノイズの発生を抑制することによりセンサの認識性能を、長期間に渡って維持することができる。
【００３４】
ここで、容量膜の電極パターンに覆われる部分（保護膜を形成する部分）は、該容量膜の該電極パターンに覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されている。言い換えると、容量膜の該電極パターンに覆われていない部分とは、保護膜を形成する部分を意味しているから、その保護膜が形成される容量膜の部分は、他の部分よりも０．１μｍ以上薄く（低く）なっているということである。
【００３５】
容量膜の内、保護膜を形成する部分を０．１μｍ以上薄くするためには、例えば、電極パターンの形成後に電極パターンをマスクとして用い、容量膜をエッチングすればよい。容量膜のエッチング量を調節することで、保護膜を所望の厚さに形成することできるため、センサ表面の平坦化および保護膜の劣化の防止を容易に達成することができる。
また、保護膜を所望の厚さに形成することできるため、エッチングによりセンサ表面を平坦化するとき、エッチング量にばらつきが生じても容量膜が露出するおそれがない。
さらに、所望の厚さを有する保護膜を形成することが容易であり、かつ容量膜の厚さを調節することができるため、容量センサ電極と、センサ表面との距離を容易に調節することができる。
【００３６】
ここで、表面形状認識センサの動作について説明する。センサ表面（保護膜および電極パターン）に認識対象物（例えば、指など）が接触した場合、容量膜の厚さ、保護膜の厚さ、およびセンサ表面と、指との距離に応じてそれぞれ容量が形成される。上記容量のそれぞれは、容量センサ電極によって検出される。（１）センサ表面に対して認識対象物の凸部が接触した場合と、（２）センサ表面を認識対象物の凹部が覆う場合とでは、センサ電極から認識対象物表面までの距離が異なる。このため、（１）と、（２）とにおいて形成される容量が異なる。
【００３７】
また、表面形状認識センサは、通常、複数の容量センサ電極を備えており、それぞれの容量センサ電極が検出する容量は、（１）の直下にある容量センサ電極と、（２）の直下にある容量センサ電極とでは検出される容量が異なる。例えば、（１）の直下にある容量センサ電極に検出された容量は、回路内においてＯＮ信号に変換され、（２）の直下にある容量センサ電極に検出された容量は、回路内においてＯＦＦ信号に変換される。複数の上記ＯＮ信号および上記ＯＦＦ信号に基づき、認識対象物の表面が有する凹凸の形状を描画することができる。
【００３８】
よって、容量膜および保護膜の厚さを調節できるということは、認識感度を高めることも容易であるといえる。
【００３９】
また、認識対象物と、センサ表面とが接触する際、静電気が発生することがある。この静電気により表面形状認識用センサに備えられているＬＳＩが破壊されることがある。しかし、電極パターンは、配線などを介して接地されているので、静電気を逃がすことができ、ＬＳＩの破壊を防止することができる。
【００４０】
以上のように、電極パターンが、容量膜および保護膜を貫通し、その一部がセンサ表面に露出している構造を有しており、かつ容量膜の該電極パターンに覆われる部分が、容量膜の電極パターンに覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されているため、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサを製造することができる。
【００４１】
さらに、従来の表面形状認識用センサと比較して、ＬＳＩの静電破壊防止用の電極は、電極パターンから構成されており、電極パターン上にＡｕまたはＣｕなどから構成される電極柱を備える必要がない。
【００４２】
よって、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程の簡略化および製造コストの削減を実現できるという効果を奏する。
【００４３】
また、本発明の表面形状認識用センサにおいて、
上記電極パターンの側壁部に接する上記保護膜の膜厚は、上記電極パターンの膜厚よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されていることが好ましい。
【００４４】
前述したように、保護膜が形成される容量膜の部分は、電極パターンに覆われた容量膜の部分よりも０．１μｍ以上薄く（低く）なっているから、上記の構成のとおり、電極パターンの側壁部に接する上記保護膜の膜厚を、上記電極パターンの膜厚よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成することができる。
【００４５】
これにより、保護膜の膜厚を十分に確保できるので、エッチングによりセンサ表面を平坦化するとき、エッチング量にばらつきが生じても、電極パターンの側壁部が、保護膜の表面から突出する状態を抑制することができ、保護膜と、電極パターンとの高低差を小さくすることができる。つまり、センサ表面の平坦化が容易になる。
【００４６】
このため、従って、センサ表面への異物などの付着を抑制することができ、局所的に応力が加わることを回避することができる。
【００４７】
よって、表面形状認識用センサの耐久性および認識性能の安定性をさらに高めることができるという効果を奏する。
【００４８】
また、本発明の表面形状認識用において、
上記電極パターンは、上記スルーホール内にて、当該表面形状認識用センサの表面に開口する開口部を有し、該開口部が、上記保護膜と同一の材料により充填されていることが好ましい。
【００４９】
上記構成により、電極パターンが溝形状などの開口部を有する場合であっても、その開口部が保護膜と同一の材料により充填されているので、センサ表面の平坦化をより高度に達成することができる。
【００５０】
従って、センサ表面へ局所的に応力が加わることを回避することができ、かつ異物などの付着を抑制することができる。
【００５１】
よって、表面形状認識用センサの耐久性および認識性能の安定性をさらに高めることができるという効果を奏する。
【００５２】
また、本発明の表面形状認識用センサにおいて、
上記容量膜は、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さを有することが好ましい。
【００５３】
容量膜の厚さが、０．３μｍを下回る場合、センサ内部（ＬＳＩ）への水分の侵入などを十分に防ぐことができず、センサの耐久性を損ない易い。
【００５４】
一方、容量膜の厚さが１．０μｍを上回る場合、上述のように容量の大きさは電極と絶縁物との距離に反比例するため、認識精度を低下させ、正確に認識を行うことができない恐れがある。
【００５５】
また、容量膜の厚さが１．０μｍを上回る場合、容量膜（プラズマＣＶＤ法などにより形成した窒素化シリコン膜など）内部における応力が増大するため、容量膜に覆われたメタル配線に対しても応力（膜ストレス）が加わる。この結果、ボイド（大きな間隙）がメタル配線に生じ易くなるため、メタル配線の信頼性（耐久性）が低下する恐れがある。
【００５６】
よって、上記構成を有することにより、優れた耐久性および認識精度を有する表面形状認識用センサを実現できるという効果を奏する。
【００５７】
また、本発明の表面形状認識用センサにおいて、
上記保護膜は、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さを有することが好ましい。
【００５８】
保護膜の厚さが０．３μｍを下回る場合、センサ表面を構成する保護膜は、認識対象物との接触時に生じる機械的ストレスを受けることにより、剥がれやすくなる恐れがある。このため、保護膜としての機能を損ない、センサの耐久性を低下させる。
【００５９】
一方、保護膜の厚さが１．０μｍを上回る場合、容量の大きさは電極と絶縁物との距離に反比例するので、認識対象物がセンサ表面に接触したときに形成される保護膜の容量が小さくなる。このため、認識精度を低下させ、正確に認識を行うことができない恐れがある。
【００６０】
よって、上記構成を有することにより、優れた耐久性および認識精度を有する表面形状認識用センサを実現できるという効果を奏する。
【００６１】
また、本発明の表面形状認識用センサにおいて、
上記電極パターンは、０．１５μｍ〜０．４μｍの厚さを有することが好ましい。
【００６２】
電極パターンの厚さが０．１５μｍを下回る場合、電極パターンの厚さの範囲内に保護膜の表面を位置させることが困難になる。
【００６３】
例えば、保護膜をエッチングすることにより、電極パターンを露出させるとする。このとき、保護膜がエッチングされる量には、ばらつきが生じる。このばらつきにより、保護膜が予定していた厚さよりも過剰にエッチングされる可能性があり、電極パターンを露出させ過ぎてしまうおそれがある。
【００６４】
これにより、センサ表面は、電極パターンが極端に突出した状態となり、認識対象物の接触時に電極パターンへ応力が集中する、またセンサ表面に汚れが付着しやすくなる。
【００６５】
また、電極パターンと、容量膜との境界が露出してしまい、電極パターンが側面から加わる力に弱くなり、剥がれの原因となる。
【００６６】
一方、電極パターンの厚さが、０．４μｍを上回る場合、センサ表面の平坦化には、保護膜を極端に厚く形成する必要が生じる。
【００６７】
ここで、センサ表面へ認識対象物が接触すると、上述のように保護膜には容量が形成される。この容量の大きさは、厚さに反比例する。つまり、保護膜が厚ければ厚いほど形成される容量は小さくなる。また、静電容量式の表面形状認識用センサは、認識対象物が接触したときに形成される容量の大きさの変化を検出することにより、認識対象物の表面の凹凸を認識する。従って、保護膜が厚いほど認識精度を低下させる。
【００６８】
また、電極パターンを形成するための材料コストの増大に繋がること、金属膜をパターニングすることにより電極パターンを形成する場合、十分にパターニングされず金属膜の一部が残ってしまう恐れがあるなど、不都合な点が多い。
【００６９】
厚さが上記の範囲内に収まるよう電極パターンを形成することにより、センサ表面の局所的な応力の集中の回避、センサ表面への異物などの付着の抑制、および電極パターンと、容量膜との境界の保護を達成し、同時に認識対象物表面の形状の認識を正確に行うことができる。
【００７０】
よって、優れた耐久性、優れた認識精度および安定した認識性能を有する表面形状認識用センサを実現することができるという効果を奏する。
【００７１】
上記課題を解決するために、
認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサの製造方法において、
容量センサ電極を覆う容量膜にスルーホールを形成し、該スルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように、接地された電極パターンを形成する工程と、
上記電極パターンをマスクとして、上記容量膜を０．１μｍ〜０．６μｍエッチバックした後に、該容量膜上に保護膜を堆積させる工程とを含むことを特徴とする。
【００７２】
上記製造方法によれば、まず、スルーホールを有する容量膜上に形成された金属膜をエッチングすることなどの方法により電極パターンを形成する。このとき、金属膜上の所望の位置（例えば、金属膜上の容量膜に形成されたスルーホールと、その周囲とを覆う位置）にレジストパターンなどによりマスクを形成することで、所望の形状を有する電極パターンを形成することができる。
【００７３】
この電極パターンをマスクとして用い、連続して容量膜のエッチングを行い、容量膜の厚さを０．１μｍ〜０．６μｍ減少させるエッチバックを行う。これにより、保護膜をエッチングして表面形状認識用センサの表面を平坦化する場合においても、十分に機能を果たすような厚さ（認識対象物との接触時に生じる機械的ストレスにより剥がれが起こらないために必要な厚さ）に形成することができる。保護膜の機能については、上述の通りである。
【００７４】
容量膜のエッチングを行った後、電極パターンおよび容量膜上に保護膜を堆積させる。ここで、保護膜を十分な厚さに堆積させているので、容量センサ電極、電極パターンおよび容量膜などが形成されたことによる生じた凹凸は吸収され、表面が平坦化されている。
【００７５】
つまり、上述の製造工程を経ることにより、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサを製造することができる。
【００７６】
さらに、従来の表面形状認識用センサと比較して、ＬＳＩの静電破壊防止用の電極は、電極パターンから構成されていればよく、電極パターン上にＡｕまたはＣｕなどから構成される電極柱を備える必要がない。
【００７７】
よって、上述の表面形状認識用センサと同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００７８】
以上のように、本発明の表面形状認識用センサは、認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサであって、容量センサ電極と、該容量センサ電極を覆う容量膜と、該容量膜を覆う保護膜と、該容量膜に形成されたスルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように形成され、接地された電極パターンとを備え、該電極パターンは、該保護膜における認識対象物の接触面において露出し、該容量膜の該電極パターンに覆われた部分は、該容量膜の該電極パターンに覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されているため、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサの製造工程の簡略化および製造コストの削減を実現できるという効果を奏する。
【００７９】
また、本発明の表面形状認識用センサの製造方法は、認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサの製造方法であって、容量センサ電極を覆う容量膜にスルーホールを形成し、該スルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように、接地された電極パターンを形成する工程と、上記電極パターンをマスクとして、上記容量膜を０．１μｍ〜０．６μｍエッチバックした後に、該容量膜上に保護膜を堆積させる工程と、を含むため、上述の表面形状認識用センサと同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
本発明に係る表面形状認識用センサの構造について、以下の実施の形態１において説明する。また、本発明に係る表面形状認識用センサの製造方法について、後述の実施の形態２において説明する。
【００８１】
なお、以下の実施の形態１および２において同一の部材および構成要素には、それぞれ、同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。また、本発明の表面形状認識用センサおよびその製造方法は、以下の実施の形態において説明されるものに限定されず、「特許請求の範囲」に記載した請求項の範囲内において適宜変更が可能である。
【００８２】
〔実施の形態１〕
本発明に係る表面形状認識用センサ構造について図２、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して以下に説明する。
【００８３】
図２は、本実施の形態の表面形状認識用センサ１の平面図であり、図２に示すように本実施の形態の表面形状認識用センサ１は、等間隔に複数の容量センサ電極５が整列し、かつ複数の容量センサ電極５をそれぞれ取り囲むようにグランド電極４が格子状に形成されている。
【００８４】
このため、認識対象物がセンサ表面に接触したとき、格子状に形成されたグランド電極４に確実に接触するため、認識対象物がセンサ表面に接触したときに発生する静電気を確実にグランド電極４を介して逃がすことができる。
【００８５】
しかし、グランド電極４は、認識対象物の表面の凹凸を認識する際に発生する静電気を確実に逃がすことできるような形状に形成されていればよく、本実施の形態において示したようにグランド電極４は、格子状に形成されている必要はない。
【００８６】
また、グランド電極４が有する溝およびグランド電極４が形成されていない部分には、グランド電極４が露出し、かつグランド電極４との高低差が少なくなるように、好ましくは高低差が無いように保護膜３が形成されている。この平坦性のため、センサ表面への認識対象物が接触する際の汚れの付着およびセンサ表面への局所的な応力の集中を抑制することができる。
【００８７】
図１（ａ）は、図２に示す線分Ｘ−Ｘ’における断面図であり、本発明に係る表面形状認識用センサ１における、認識対象物の表面の凹凸を検出する最小単位の構造を示している。
【００８８】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の表面形状認識用センサ１は、半導体基板１７上に、多層配線層１４が形成されている。多層配線層１４は、最上層に形成された絶縁膜１５と、電気的機能を有する層１６とを含んでいる。電気的機能を有する層１６には、例えば、ＭＯＳトランジスタなどの複数の素子およびこれらを接続する複数の配線などが形成されており、センサ回路などを含む集積回路が備えられている。また、電気的機能を有する層１６の最下層には、半導体基板１７と、集積回路とを絶縁するための絶縁層が形成されていてもよい。
【００８９】
多層配線層１４の絶縁膜１５上には、上記集積回路に接続された複数の配線１３が形成されている。上記複数の配線１３を覆うように絶縁膜１５上に層間絶縁膜１２が形成されている。また、上記層間絶縁膜１２には、複数の配線１３のそれぞれが露出するようにスルーホールが形成される。これらのスルーホールのそれぞれに、例えば、タングステン（Ｗ）からなるＷプラグ１１などの導電体を埋設することにより、配線１３と、層間絶縁膜１２上に形成される構造とを接続することができる。
【００９０】
上記層間絶縁膜１２上には、スルーホールに埋設したＷプラグ１１のそれぞれを覆うように複数の金属膜が形成されている。上記複数の金属膜をパターニングすることにより容量センサ電極５および接続電極１０が形成される。
【００９１】
容量センサ電極５は、図示していないが、多層配線層１４に備えられているセンサ回路と接続している。このため、認識対象物の接触時に上記容量センサ電極５により検出された容量は、センサ回路において、その容量の大きさに応じて認識対象物の凹凸を決定する信号に変換される。
【００９２】
また、接続電極１０は、Ｗプラグ１１および配線１３に接続されており、かつ、これも図示していないが、多層配線層１４を介して接地され、同電位かつ接地電位になっている。一方で、接続電極１０は、後述するセンサ表面を形成するグランド電極４と接続しているので、グランド電極４も同様に同電位かつ接地電位となっている。
【００９３】
これにより、センサ表面に認識対象物が接触したときに発生する静電気を、グランド電極４から逃がすことができるため、該静電気による集積回路内の電気的機能の破壊から保護することができる。
【００９４】
さらに、上記層間絶縁膜１２上には、容量膜２が形成されている。上記容量膜２には、上記接続電極１０が露出するようスルーホールが形成されている。上記容量膜２のスルーホールおよびその開口部周囲を覆うように金属膜から構成されるグランド電極４が形成されており、グランド電極４は、上記接続電極１０と接続されている。なお、容量センサ電極５は、容量膜２に覆われている。
【００９５】
ここで、上記容量膜２は、容量センサ電極５を覆う部分において、グランド電極４に覆われている部分よりも薄くなるように形成されている。これにより、後述するセンサ表面を保護するための保護膜３を、認識対象物との接触などの機械的ストレスによる劣化（剥がれなど）に耐え得る十分な厚さに形成することができる。また、保護膜３を十分厚く形成することができるため、容量センサ電極５などを形成することにより生じた表面の凹凸を吸収し、センサ表面を平坦化することができる。
【００９６】
なお、上記容量膜２は、グランド電極４に覆われている部分（厚みＷ１）において、容量センサ電極５を覆う部分（厚みＷ２）よりも０．１μｍ〜０．６μｍ厚くなるように形成されていることが好ましい。
【００９７】
（厚みＷ１）−（厚みＷ２）が０．１μｍを下回る場合、保護膜３（特に、グランド電極４と接する部分）を十分厚く形成することができないため、センサ表面（保護膜および電極パターン）の平坦化が困難であること、認識対象物との接触により保護膜３が劣化しやすくなることなどの問題がある。また、（厚みＷ１）−（厚みＷ２）が０．６μｍを上回る場合、容量膜２が薄くなり過ぎるため、ＬＳＩをカバーするための膜としての機能（センサ内部（ＬＳＩ）への水分の侵入を防ぐこと）を損なうこと、保護膜３が厚くなり過ぎることによりセンサの認識性能が低下することなどの問題がある。
【００９８】
さらに、上記容量膜２は、容量センサ電極５を覆う部分において、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さを有することが好ましい。
【００９９】
容量センサ電極５を覆う部分における容量膜２の厚さが０．３μｍを下回る場合、センサ内部（ＬＳＩ）への水分の侵入を十分に防ぐことができない。
【０１００】
一方、容量センサ電極５を覆う部分における容量膜２の厚さが１．０μｍを上回る場合、容量膜２に形成される容量が小さくなり、センサの認識精度を低下させる。また、容量膜の厚さが１．０μｍを上回る場合、容量膜内部における応力が増大するため、容量膜に覆われたメタル配線に対しても応力（膜ストレス）が加わる。この結果、ボイド（大きな間隙）がメタル配線に生じ易くなるため、メタル配線の信頼性（耐久性）が低下する恐れがある。
【０１０１】
上記容量膜２上には、上記グランド電極４が露出するように保護膜３が形成されている。つまり、センサ表面は、上記保護膜３および上記グランド電極４から構成されているということである。
【０１０２】
さらに、本実施の形態の表面形状認識用センサ１は、グランド電極として、接続電極と直に接続されているグランド電極４を備えるだけでよく、静電破壊を防止する構造を有する従来の表面形状認識用センサ１と比較して、製造工程を簡略化することができ、製造コストを削減することができる。
【０１０３】
ここで、保護膜３は、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さに形成されることが好ましい。
【０１０４】
保護膜３の厚さが０．３μｍを下回る場合、センサ表面を構成する保護膜３は、認識対象物との接触時に生じる機械的ストレスを受けることにより、剥がれやすくなる恐れがある。このため、保護膜３としての機能を損ない、センサの耐久性を低下させる。
【０１０５】
一方、保護膜３の厚さが１．０μｍを上回る場合、容量の大きさは電極と絶縁物との距離に反比例するので、認識対象物がセンサ表面に接触したときに形成される保護膜３の容量が小さくなる。このため、認識精度を低下させ、正確に認識を行うことができない恐れがある。
【０１０６】
よって、保護膜３を０．３μｍ〜１．０μｍの厚さに形成することにより、優れた耐久性および認識精度を有する表面形状認識用センサ１を実現することができる。
【０１０７】
次に、グランド電極４の周囲を拡大した断面図である図１（ｂ）を用いて、本実施の形態の表面形状認識用センサ１の構造をさらに詳細に説明する。
【０１０８】
図１（ｂ）に示すように、グランド電極４は、保護膜３から露出している。ここで、保護膜３は、グランド電極４と近接する部分（Ｗ３）において、グランド電極４の厚さ（Ｗ４）より０．１μｍ以上厚くなるように形成されている。すなわち、Ｗ３は、０．３μｍ≦Ｗ３、かつＷ４＋０．１μｍ≦Ｗ３の両方を満たす値をとり得る。また、上述したように上記容量膜２は、容量センサ電極５を覆う部分において、グランド電極４に覆われている部分よりも薄くなるように形成されている。
【０１０９】
これにより、保護膜３の表面を、矢印で示したグランド電極４の厚みＷ４の範囲内で形成することができるため、センサ表面を形成する保護膜３と、グランド電極４の高低差を小さくすることができる。従って、センサ表面へ局所的に応力が加わることを回避することができ、異物などの付着を抑制することができる。また、グランド電極４の上部側面４ａを保護することができる。
【０１１０】
さらに、グランド電極４は、中央付近に溝を有しており、この溝は、保護膜３によって充填されている。よって、センサ表面（保護膜３およびグランド電極４）の凹凸を少なくすることができ、異物などの付着を抑制することができる。
【０１１１】
これ以外にも、図１（ｂ）の矢印で示されているグランド電極４の厚さＷ４は、０．１５μｍ〜０．４μｍであることが好ましい。
【０１１２】
グランド電極４の厚さＷ４が、０．１５μｍを下回る場合、グランド電極４のセンサ表面と直交する面（上部側面４ａ）の少なくとも一部と、保護膜３とを接触させることが困難になる。
【０１１３】
例えば、保護膜３をエッチングすることにより、グランド電極４を露出させるとする。このとき、保護膜３がエッチングされる量には、ばらつきが生じる、このばらつきにより、保護膜３が予定していた厚さよりも過剰にエッチングされる可能性があり、下部側面４ｂが露出することにより容量膜２と、グランド電極４との境界が露出してしまうおそれがある。
【０１１４】
これにより、センサ表面は、グランド電極４が極端に突出した状態となり、認識対象物の接触時にグランド電極４へ応力が集中する、またはグランド電極４に汚れが付着しやすくなる。
【０１１５】
一方、グランド電極４の厚さが、０．４μｍを上回る場合、センサ表面の平坦化には、保護膜３を極端に厚く形成する必要が生じる。
【０１１６】
ここで、センサ表面へ認識対象物が接触すると、上述のように保護膜３には容量が形成される。この容量の大きさは、厚さに反比例する。つまり、保護膜３が厚ければ厚いほど形成される容量は小さくなる。また、静電容量式の表面形状認識用センサ１は、認識対象物が接触したときに形成される容量の大きさの変化を検出することにより、認識対象物の表面の凹凸を認識する。従って、保護膜３が厚いほど認識精度を低下させる。
【０１１７】
また、グランド電極４の厚さが、０．４μｍを上回る場合、グランド電極４を形成するための材料コストの増大に繋がること、金属膜をパターニングすることによりグランド電極４を形成する場合、十分にパターニングされず金属膜の一部が残ってしまう恐れがあるなど、不都合な点が多い。
【０１１８】
厚さが上記の範囲内に収まるようグランド電極４を形成することにより、センサ表面の局所的な応力の集中の回避、センサ表面への異物などの付着の抑制、およびグランド電極４のセンサ表面と直交する面の保護を達成し、同時に認識対象物表面の形状の認識を正確に行うことができる。
【０１１９】
ここまでにおいて、本発明に係る表面形状認識用センサ１の構造について説明を行った。以下の記載においては、本発明の表面形状認識用センサ１に好適に用い得る各部材について説明する。
【０１２０】
本発明に好適に用い得る半導体基板１７としては、基板上にＭＯＳトランジスタなどの複数の素子およびこれらを接続する複数の配線などが形成されており、センサ回路などを含む集積回路することができるものであればよく、従来公知の材料を用いることができる。例えば、半導体基板１７の材料としてシリコンを用いた場合、基板を酸化させることにより容易に均一な絶縁膜を形成することができる。
【０１２１】
本発明の表面形状認識用センサ１の多層配線層１４は、上述のように絶縁層１５および電気的機能を有する層１６から構成されていればよく、従来公知の様々な材料または方法により形成することができる。また、多層配線層１４の内、電気的機能を有する層１６は、半導体基板１７と接しており、絶縁層１５は、１６とは反対側の最も外側の層を構成していればよい。
【０１２２】
本発明の表面形状認識用センサ１の複数の配線１３は、上記絶縁膜１５上にアルミニウム膜を形成し、公知の技術（例えば、フォトリソグラフィおよびエッチングの組み合わせなど）によりパターニングすることにより形成することができる。これ以外にも、多層配線層１４が有する集積回路と接続できればよく、従来公知の様々な方法および材料を好適に用いることができる。
【０１２３】
本発明の表面形状認識用センサ１の層間絶縁膜１２は、それぞれの配線１３を絶縁することができればよく、従来公知の材料および方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｏｎ）法などにより絶縁材料を堆積することにより形成することができる。
【０１２４】
また、層間絶縁膜１２には、配線１３のそれぞれが露出するようスルーホールを形成する必要があるが、スルーホールの形成には、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を組み合わせてパターニングするなど、従来公知の様々な方法を採用することができる。
【０１２５】
配線１３と、容量センサ電極５または接続電極１０とを接続する必要があるので、上記スルーホールのそれぞれに導電体を埋設することなどにより配線１３のそれぞれと接続させ、層間絶縁膜１２の表面に露出させる。この導電体としては、Ｗプラグ１１など、従来公知の部品または材料を用いることができる。
【０１２６】
本発明の表面形状認識用センサ１の容量センサ電極５および接続電極１０は、上記の導電体と接続するように層間絶縁膜上に金属膜を堆積させ、所望の大きさにパターニングすることにより形成することができる。金属膜は、例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ／ＡｌＣｕ／ＴｉＮ／Ｔｉの複合膜をスパッタ法により堆積させればよい。堆積させた金属膜を、フォトリソグラフィおよびエッチングを組み合わせてパターニングすることにより所望の位置に、所望の形状を有する容量センサ電極５および接続電極１０を形成することができる。容量センサ電極５および接続電極１０の形成には、従来公知の様々な材料および方法を採用することができる。
【０１２７】
本発明の表面形状認識用センサ１の容量膜２は、容量センサ電極５と、認識対象物とを絶縁し、認識対象物がセンサ表面に接触したとき容量を形成するものであればよい。容量膜２は、例えば、窒化シリコンを材料として、プラズマＣＶＤ法により形成すればよい。
【０１２８】
また、容量膜２にグランド電極４と、接続電極１０とを接続させるためのスルーホールを形成する方法としては、例えば、フォトリソグラフィおよびエッチングの組み合わせのような従来公知の様々な方法を用いることができる。
【０１２９】
さらに、容量膜２をグランド電極４に覆われる部分よりも、容量センサ電極５を覆う部分が薄くなるよう形成するためには、容量膜２のグランド電極４に覆われていない部分を選択的に薄くすることができればよい。この方法として、例えば、グランド電極４の形成後、グランド電極４をマスクとして、リアクティブイオンエッチングなどのドライエッチング法を用いて容量膜２をエッチングする方法を用いることができる。
【０１３０】
本発明の表面形状認識用センサ１のグランド電極４としては、容量膜２の一部を覆い、接続電極１０と接続された金属膜から形成されていればよい。よって、例えば、容量膜２全体を覆うＴｉ／ＴｉＮから構成される金属膜をスパッタ法により堆積させ、グランド電極４の形成を所望する位置にレジストパターンなどをマスクとして用いて、リアクティブイオンエッチングなどのドライエッチング法により選択的にエッチングを行うことによりグランド電極４を形成することができる。
【０１３１】
本発明の表面形状認識用センサ１の保護膜３は、グランド電極４とともにセンサ表面を構成し、センサ表面を平坦化するよう形成されていればよい。つまり、グランド電極４との高低差が少なくなるよう形成されればよいので、グランド電極４および容量センサ電極５の形成により生じる凹凸を吸収するよう十分な厚さに堆積させた後に、例えば、エッチングなどによりグランド電極４との高低差が少なくなるよう形成する方法などを採用することができる。
【０１３２】
また、保護膜３の材料としては、疎水性および撥油性を有するものであればよく、例えば、ポリベンザオキサゾール前駆体をベースとしたポリイミド樹脂などが挙げられる。
【０１３３】
〔実施の形態２〕
本実施の形態において、本発明の表面形状認識用センサ１の製造方法について、図３（ａ）〜（ｅ）を用いて詳細に説明する。なお、図３（ａ）〜（ｅ）は、図２の線分Ｘ−Ｘ’における断面部分の製造工程を示している。
【０１３４】
図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の表面形状認識用センサ１の製造工程を示す断面図である。
【０１３５】
図３（ａ）に示す半導体基板１７、多層配線層１４（絶縁膜１５および層１６）、層間絶縁膜１２、配線１３、Ｗプラグ１１、接続電極１０ならびに容量センサ電極５は、実施の形態１において説明したものと同様であり、従来公知の方法および材料を用いて形成することができるため、ここでは、説明を省略する。
【０１３６】
図３（ｂ）は、図３（ａ）において形成した構造を覆うように容量膜１９を形成し、容量膜１９にスルーホール７を形成した後の状態を示している。容量膜１９は、層間絶縁膜１２、容量センサ電極５および接続電極１０の一部をそれぞれ覆い、厚さが０．４μｍ〜１．２μｍとなるようにプラズマＣＶＤ法を用いて堆積させることにより形成される。
【０１３７】
容量膜１９を形成する厚さは、０．４μｍ〜１．２μｍの範囲内で、後述するエッチバック量、容量膜２の厚さ（図１（ａ）のＷ２）、保護膜３の厚さ（図１（ｂ）のＷ３）およびグランド電極５の厚さ（図１（ｂ）のＷ４）に応じて決定すればよい。例えば、エッチバック量を０．４μｍ、Ｗ２を０．４μｍ、Ｗ３を０．５μｍ、Ｗ４を０．２μｍと設定した場合には、容量膜１９は、０．８μｍに形成すればよい。つまり、容量膜１９の厚さは、所望のＷ２、Ｗ３、Ｗ４およびエッチバック量に合わせて上記範囲内から選択すればよい。
【０１３８】
また、容量膜１９の厚さが上記範囲を下回る場合、Ｗ３を十分に確保するためには、容量膜１９のエッチバック量を大きくする必要がある。このとき、Ｗ２を十分に確保できなくなり、センサ内部（ＬＳＩ）への水分の侵入などを十分に防ぐことができないため、センサの耐久性を損ない易い。
一方、容量膜１９の厚さが上記範囲を上回る場合、容量膜１９の厚さと同じ高さを有するスルーホールを形成する必要があるため、スルーホールに対するグランド電極５のカバレージ（被膜性）が悪化する。また、高いセンシング特性を得るためにＷ２＋Ｗ３を小さくしようとすると、センサ表面の凹凸（保護膜３とグランド電極５との高低差）が大きくなってしまい、センサ表面に異物が付着し易くなる。
【０１３９】
また、容量膜１９には、スルーホール７が形成されているため、接続電極１０の上面が露出している。スルーホール７は、フォトリソグラフィおよびエッチングを組み合わせることにより所望の位置に形成することができる。
【０１４０】
図３（ｃ）に示すように、スルーホール７を有する容量膜１９の全体および接続電極１０の露出部分を覆うように金属膜６が形成される。金属膜６は、Ｔｉ層およびＴｉＮ層の２層の膜から形成されており、下層のＴｉは０．２５μｍ、上層のＴｉＮは０．０５μｍとなるようにスパッタ法を用いて形成されている。
【０１４１】
ここで、金属膜６は、０．３μｍの厚さに形成されているが、０．１５μｍ〜０．４μｍの厚さに形成されていることが好ましい。
【０１４２】
金属膜６の厚さが上記範囲を下回る場合、センサ表面を構成する保護膜３と、グランド電極４との高低差を小さくして平坦化することが困難となる。
また、金属膜６の厚さが上記範囲を上回る場合、金属膜６を形成するための材料コストが高くなる、後述する金属膜６のパターニングにおいて、金属膜６の一部がエッチングにより完全に除去されずに残ってしまい製造効率が低下する恐れがある。
【０１４３】
次に、図３（ｄ）には、金属膜６を選択的にエッチングすることによりグランド電極４を形成し、さらにグランド電極４をマスクとして、容量膜１９を選択的にエッチバックした状態が示されている。
【０１４４】
金属膜６の内、グランド電極４が形成されることを所望する位置にレジストパターン１８を形成し、レジストパターン１８をマスクとして、金属膜６を選択的にエッチングする。ここで、レジストパターン１８は、従来公知のフォトリソグラフィにより位置選択的に形成することができる。
【０１４５】
金属膜６の選択的エッチングに続いて、次は、グランド電極４をマスクとして用い、容量膜１９のエッチバックを行うことによって容量膜２が形成される。このとき、容量膜１９は、０．１μｍ〜０．６μｍ程度エッチングされる。なお、１９ａの破線は、エッチングされる前の容量膜１９の表面を示している。
【０１４６】
これにより、センサ表面を平坦化し得る、かつ剥がれなどの劣化に耐え得るのに十分な厚さを有する保護膜３を形成することができる。十分な厚さの保護膜３を形成することができるので、認識対象物と接触することにより静電気を逃がすグランド電極４の側面を保護することができる。さらに、容量膜２と、保護膜３とを合わせた厚みが大きくなり過ぎることがないため、認識対象物がセンサ表面に接触する際に容量膜２および保護膜３に形成される容量を大きくすることができる。よって、表面形状認識用センサ１の認識精度を高めることができる。
【０１４７】
容量膜１９のエッチングを行ったあと、レジストパターン１８は除去される。
【０１４８】
図３（ｅ）には、グランド電極４の一部がセンサ表面に露出するように保護膜３が形成された状態が示されている。
【０１４９】
容量膜１９のエッチング後、センサの認識対象物が接触する側の全体（容量膜２およびグランド電極４）を覆うように保護膜３の材料を回転塗布することにより膜を形成する。ここでは、保護膜３の材料として、ポリベンザオキサゾール前駆体をベースとしたポリイミド樹脂を用いた場合について説明する。
【０１５０】
ポリイミド樹脂を塗布することにより形成したポリイミド膜は、容量センサ電極５、接続電極１０を形成することにより生じた容量膜２上の凹凸を吸収できるよう十分な厚さを有するように形成される。このため、ポリイミド膜は、ほぼ平坦な表面を有する。
【０１５１】
次に、ほぼ平坦な表面を有するポリイミド膜を約３１０℃に加熱することにより熱硬化させる。熱硬化させたポリイミド膜をグランド電極４が露出するまでエッチバックすることにより図３（ｅ）に示すような平坦な表面を有し、かつグランド電極４との高低差の少ない保護膜３を形成することができる。
【０１５２】
上記ポリイミド膜をエッチバックする方法としては、例えば、ポリイミド膜が有機材料から形成されていることから、酸素ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより全体をエッチングする方法が挙げられる。これ以外にも現像液を用いたウェットエッチングおよび化学的研磨方法などを用いることができる。
【０１５３】
ここで、図１（ｂ）に示しているように、容量膜２は０．１μｍ〜０．６μｍ程度エッチバックすることにより形成されているため、グランド電極４と近接する部分においても保護膜３は、厚さ０．３μｍ〜１．０μｍに形成することができる。
容量膜１９をエッチバックする厚さが上記範囲を上回る場合、容量センサ電極５が露出する可能性があり、認識対象物と、容量センサ電極５とを確実に絶縁することができなくなる恐れがある。
一方、容量膜１９をエッチングする厚さが上記範囲を下回る場合、容量膜２上に形成される保護膜３を、認識対象物との接触などの機械的ストレスによる劣化（剥がれなど）に耐え得る十分な厚さに形成することができなくなる。
上記保護膜３が上記厚さの範囲を有することが好ましい理由については、実施の形態１において説明したとおりである。
【０１５４】
また、グランド電極４の厚さが０．１５μｍ〜０．４０μｍとなるよう形成されているため、保護膜３の表面が矢印で示しているグランド電極４の厚さの範囲内に表面が収まるよう制御することができる。
上記グランド電極４が上記厚さの範囲を有することが好ましい理由については、実施の形態１において説明したとおりである。
【０１５５】
実施の形態１において説明したようにグランド電極４は、接続配線１０、Ｗプラグ１１および配線１３を介して集積回路の接地に接続されているため、認識対象物と、センサ表面とが接触する際に発生する静電気を逃がすことができるため、集積回路の静電破壊を防止することができる。
【０１５６】
以上において説明した製造方法を用いることにより、耐久性および認識精度に優れ、かつ安定した認識性能を有する表面形状認識用センサ１を容易にかつ低コストで製造することができる。
【０１５７】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１５８】
〔その他の構成〕
なお、本発明は、以下の構成によっても実現することができる。
【０１５９】
（第１の構成）
半導体基板の上に形成された複数の容量センサ電極と、
これら複数の容量センサ電極の上に配置された容量膜とを備え、
容量膜上に形成されたスルーホールを覆うグランド電極パターンを備え、
グランド電極下の容量膜厚がセンサ電極上の容量膜厚よりも厚く、かつグランド電極側壁部に接する保護膜の膜厚が、グランド電極膜厚よりも０．１μｍ以上厚い表面形状認識用センサ。
【０１６０】
（第２の構成）
第１の構成に係る表面形状認識用センサにおいて、
容量膜に形成したスルーホール内に形成したグランド電極の窪み部分にも表面保護膜を形成する表面形状認識用センサ。
【０１６１】
（第３の構成）
半導体基板の上に形成された複数の容量センサ電極と、
これら複数の容量センサ電極の上に配置された容量膜とを備え、
容量膜上に形成されたスルーホールを覆うグランド電極パターンを形成後、連続して下地容量膜を０．１μｍ以上エッチバックする工程と、
全面に表面保護膜を形成した後、表面保護膜をグランド電極表面が露出するまでエッチバックする表面形状認識用センサの製造方法。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明によれば、優れた耐久性、優れた認識精度および認識性能を有する静電容量式の表面形状認識用センサを容易にかつ低コストで実現することができる。例えば、指紋認識用のセンサとして応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】（ａ）は、図２に示す線分Ｘ−Ｘ’における断面図、（ｂ）は、グランド電極周囲の拡大断面図である。
【図２】本発明の表面形状認識用センサの平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の表面形状認識用センサの製造工程を示す断面図である。
【図４】従来の表面形状認識用センサの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１６４】
１ 表面形状認識用センサ
２ 容量膜
３ 保護膜
４ グランド電極（電極パターン）
４ａ 上部側壁部（電極パターン側壁部）
５ 容量センサ電極
６ 金属膜
７ スルーホール
１９ 容量膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサにおいて、
容量センサ電極と、
該容量センサ電極を覆う容量膜と、
該容量膜を覆う保護膜と、
該容量膜に形成されたスルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように形成され、接地された電極パターンとを備え、
該電極パターンは、該保護膜における認識対象物の接触面において露出し、
該容量膜の該電極パターンに覆われた部分は、該容量膜の該電極パターンに覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されている
ことを特徴とする表面形状認識用センサ。
【請求項２】
上記電極パターンの側壁部に接する上記保護膜の膜厚は、上記電極パターンの膜厚よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面形状認識用センサ。
【請求項３】
上記電極パターンは、上記スルーホール内にて、当該表面形状認識用センサの表面に開口する開口部を有し、該開口部が、上記保護膜と同一の材料により充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表面形状認識用センサ。
【請求項４】
上記容量膜は、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面形状認識用センサ。
【請求項５】
上記保護膜は、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の表面形状認識用センサ。
【請求項６】
上記電極パターンは、０．１５μｍ〜０．４μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面形状認識用センサ。
【請求項７】
認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサの製造方法において、
容量センサ電極を覆う容量膜にスルーホールを形成し、該スルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように、接地された電極パターンを形成する工程と、
上記電極パターンをマスクとして、上記容量膜を０．１μｍ〜０．６μｍエッチバックした後に、該容量膜上に保護膜を堆積させる工程と、
を含むことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【請求項１】
認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサにおいて、
容量センサ電極と、
該容量センサ電極を覆う容量膜と、
該容量膜を覆う保護膜と、
該容量膜に形成されたスルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように形成され、接地された電極パターンとを備え、
該電極パターンは、該保護膜における認識対象物の接触面において露出し、
該容量膜の該電極パターンに覆われた部分は、該容量膜の該電極パターンに覆われていない部分よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されている
ことを特徴とする表面形状認識用センサ。
【請求項２】
上記電極パターンの側壁部に接する上記保護膜の膜厚は、上記電極パターンの膜厚よりも０．１μｍ以上厚くなるよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面形状認識用センサ。
【請求項３】
上記電極パターンは、上記スルーホール内にて、当該表面形状認識用センサの表面に開口する開口部を有し、該開口部が、上記保護膜と同一の材料により充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表面形状認識用センサ。
【請求項４】
上記容量膜は、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面形状認識用センサ。
【請求項５】
上記保護膜は、０．３μｍ〜１．０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の表面形状認識用センサ。
【請求項６】
上記電極パターンは、０．１５μｍ〜０．４μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面形状認識用センサ。
【請求項７】
認識対象物に接触して、認識対象物の表面形状を認識する表面形状認識用センサの製造方法において、
容量センサ電極を覆う容量膜にスルーホールを形成し、該スルーホールと、その開口部辺縁とを覆うように、接地された電極パターンを形成する工程と、
上記電極パターンをマスクとして、上記容量膜を０．１μｍ〜０．６μｍエッチバックした後に、該容量膜上に保護膜を堆積させる工程と、
を含むことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−８６７４（Ｐ２００８−８６７４Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７７０６９（Ｐ２００６−１７７０６９）
【出願日】平成１８年６月２７日（２００６．６．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２７日（２００６．６．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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