(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１の電極を形成する工程と、
前記半導体基板上の前記第１の電極の周囲に第２の電極を形成する工程と、
この第２の電極上に、前記第１の電極と離間して対向するよう第３の電極を形成する工程と、
この第３の電極上に第１の絶縁体をＳＴＰ法により転写する工程と、
この第１の絶縁体上に第２の絶縁体を形成する工程と、
この第２の絶縁体を突起形状に加工する工程とからなる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２】
半導体基板上に第１の電極を形成する工程と、
前記半導体基板上の前記第１の電極の周囲に第２の電極を形成する工程と、
この第２の電極上に、前記第１の電極と離間して対向するよう第３の電極を形成する工程と、
この第３の電極上に絶縁体をＳＴＰ法により転写する工程と、
この絶縁体を上に凸の形状に加工する工程とからなる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３】
請求項１記載の表面形状認識用センサの製造方法において、
前記第１の電極を形成する工程は、前記半導体基板上に第１の金属膜を形成する工程と、この第１の金属膜上にパターニングされた第１のレジストを形成する工程と、この第１のレジストの開口部に前記第１の電極を形成する工程と、前記第１のレジストを除去する工程とからなり、
前記第２の電極を形成する工程は、前記第１の金属膜上にパターニングされた第２のレジストを形成する工程と、この第２のレジストの開口部に前記第２の電極を形成する工程と、前記第２のレジストを除去する工程と、前記第１、第２の電極をマスクとして前記第１の金属膜をエッチングする工程とからなり、
前記第３の電極を形成する工程は、前記第１、第２の電極上に犠牲膜を形成する工程と、前記第２の電極上の犠牲膜を除去して前記第２の電極を露出させる工程と、前記第２の電極及び犠牲膜上に第２の金属膜を形成する工程と、この第２の金属膜上にパターニングされた第３のレジストを形成する工程と、この第３のレジストの開口部に前記第３の電極を形成する工程と、前記第３のレジストを除去する工程と、前記第３の電極をマスクとして前記第２の金属膜をエッチングする工程と、前記犠牲膜を除去する工程とからなり、
前記第１の絶縁体を転写する工程は、ＳＴＰ法により前記第３の電極上に前記第１の絶縁体を転写する工程からなり、
前記第２の絶縁体を形成する工程は、感光性の絶縁体を前記第１の絶縁体上に塗布する工程からなり、
前記第２の絶縁体を突起形状に加工する工程は、前記第２の絶縁体の一部を露光する工程と、露光後現像する工程とからなる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４】
請求項２記載の表面形状認識用センサの製造方法において、
前記第１の電極を形成する工程は、前記半導体基板上に第１の金属膜を形成する工程と、この第１の金属膜上にパターニングされた第１のレジストを形成する工程と、この第１のレジストの開口部に前記第１の電極を形成する工程と、前記第１のレジストを除去する工程とからなり、
前記第２の電極を形成する工程は、前記第１の金属膜上にパターニングされた第２のレジストを形成する工程と、この第２のレジストの開口部に前記第２の電極を形成する工程と、前記第２のレジストを除去する工程と、前記第１、第２の電極をマスクとして前記第１の金属膜をエッチングする工程とからなり、
前記第３の電極を形成する工程は、前記第１、第２の電極上に犠牲膜を形成する工程と、前記第２の電極上の犠牲膜を除去して前記第２の電極を露出させる工程と、前記第２の電極及び犠牲膜上に第２の金属膜を形成する工程と、この第２の金属膜上にパターニングされた第３のレジストを形成する工程と、この第３のレジストの開口部に前記第３の電極を形成する工程と、前記第３のレジストを除去する工程と、前記第３の電極をマスクとして前記第２の金属膜をエッチングする工程と、前記犠牲膜を除去する工程とからなり、
前記絶縁体を転写する工程は、感光性の絶縁体をＳＴＰ法により前記第３の電極上に転写する工程からなり、
前記絶縁体を上に凸の形状に加工する工程は、前記絶縁体の一部を露光し、露光後現像することで、前記絶縁体の露光部の膜厚を減少させ、前記絶縁体の非露光部と前記露光部の膜厚差を生じさせる工程からなることを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間の指紋や動物の鼻紋など微細な凹凸を有する表面形状を感知する表面形状認識用センサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報化社会の進展と現代社会の環境において、セキュリティ技術への関心が高まっている。例えば、情報化社会では、電子現金化などのシステム構築のための本人認証技術が、重要な鍵となってきている。また、盗難やカードの不正使用の防御策のための認証技術についても研究開発が活発になっているのが実情である（例えば、清水良真他、「個人認証付機能付きＩＣカードに関する一検討」、信学技報、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｒｅｐｏｒｔ  ｏｆ  ＩＥＩＣＥ，ＯＦＳ９２−３２，ｐ２５  ３０（１９９２）  ）。認証方式は、指紋や声紋など種々あるが、中でも、指紋認証技術については、これまで多くの技術開発がなされている。指紋認証方式は、光学的な読み取り方式と、指紋の凹凸を検出して電気的信号に置き換える方式と、人間の電気特性を利用する方式とに大別される。
【０００３】
光学的な読み取り方式は、主に光の反射とＣＣＤセンサを用いて指紋を読み取り、読み取った指紋データを予め登録された指紋データと照合する方式である（例えば、井垣誠吾他、「個人照合方法及び装置」、特開昭６１−２２１８８３号公報）。指紋の凹凸を検出する方式としては、指紋の圧力差を読みとるために圧電薄膜を利用した方式が開発されている（例えば、佐原正則他、「指紋センサ」、特開平５−６１９６５号公報）。また、皮膚の接触により生じる電気特性の変化を電気信号の分布に置き換えて指紋を検出する方式として、感圧シートを用いた抵抗変化量もしくは容量変化量による認証方式が提案されている（例えば、逸見和弘也、「表面形状センサ、並びにそれを用いた個体認証装置及び被起動型システム」、特開平７−１６８９３０号公報）。
【０００４】
しかしながら、以上の技術において、まず、光学的な読み取り方式は、小型化、汎用化が難しく、用途が限定されるという問題がある。次に、感圧シートなどを用いて指紋の凹凸を検出する方式は、材料が特殊であることや加工性の難しさから実用化が難しいことや信頼性に乏しいことが考えられる。
【０００５】
そこで、このような問題を解決すべく、マルコ  タルターニ（Ｍａｒｃｏ  Ｔａｒｔａｇｎｉ）等は、ＬＳＩ製造技術を用いて容量型の指紋センサを開発した（Ｍａｒｃｏ    Ｔａｒｔａｇｎｉ  ａｎｄ  Ｒｏｂｅｒｔｏ  Ｇｕｅｒｒｉｅｒｉ，Ａ  ３９０  ｄｐｉ  Ｌｉｖｅ  Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ  Ｉｍａｇｅｒ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓｃｈｅｍｅ，１９９７  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐ２００  ２０１（１９９７））。この容量型センサは、ＬＳＩチップ上に２次元に配列された小さなセンサ素子の帰還静電容量を検出し、皮膚の凹凸パターンを検出するものである。
【０００６】
ここで、この容量型の指紋センサについて図を参照して説明する。図４は従来の容量型の指紋センサを示す断面図である。同図に示すように、容量型の指紋センサは、ＬＳＩ等の形成された半導体基板２１の上にセンサ電極２２を形成し、センサ電極２２上にパシベーション膜となる層間膜２３を形成したものである。すなわち、センサ電極２２直上の層間膜２３に触れた皮膚が電極として機能し、皮膚とセンサ電極２２間の容量を検出することにより、微細構造の凹凸を感知するように構成されている。この構造は、従来の光学式に比較し、特殊なインターフェイスが不要なことや小型化が可能なことが特徴である。しかしながら、容量型のセンサでは、皮膚を電極として利用しているため、接触時に生じた静電気によって、半導体基板２１に搭載されているＬＳＩ等が静電破壊され易いという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、光学式のセンサでは、小型化や汎用化が難しいという問題点があり、感圧式のセンサでは、実用化が難しく、信頼性に乏しいという問題点があった。また、容量型のセンサでは、半導体回路が静電破壊され易いという問題点があった。したがって、小型で汎用性を備え、人間の指紋や動物の鼻紋などの微細な凹凸を安定して信頼性の高い状態で高感度に検出することができる表面形状認識用センサ及びその製造方法の開発が従来より望まれていた。
本発明の目的は、センシングの際に発生する静電気によって静電破壊されることなどがないなど、安定して高感度の検出が信頼性の高い状態で可能な表面形状認識用センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面形状認識用センサの製造方法は、半導体基板（１）上に第１の電極（３）を形成する工程と、前記半導体基板上の前記第１の電極の周囲に第２の電極（４）を形成する工程と、この第２の電極上に、前記第１の電極と離間して対向するよう第３の電極（６）を形成する工程と、この第３の電極上に第１の絶縁体（９）をＳＴＰ法により転写する工程と、この第１の絶縁体上に第２の絶縁体（１０）を形成する工程と、この第２の絶縁体を突起形状に加工する工程とからなるものである。
また、本発明の表面形状認識用センサの製造方法は、半導体基板（１）上に第１の電極（３）を形成する工程と、前記半導体基板上の前記第１の電極の周囲に第２の電極（４）を形成する工程と、この第２の電極上に、前記第１の電極と離間して対向するよう第３の電極（６）を形成する工程と、この第３の電極上に絶縁体（１１）をＳＴＰ法により転写する工程と、この絶縁体を上に凸の形状に加工する工程とからなるものである。
【０００９】
また、本発明の表面形状認識用センサの製造方法の１構成例として、前記第１の電極を形成する工程は、前記半導体基板上に第１の金属膜（２）を形成する工程と、この第１の金属膜上にパターニングされた第１のレジストを形成する工程と、この第１のレジストの開口部に前記第１の電極を形成する工程と、前記第１のレジストを除去する工程とからなり、前記第２の電極を形成する工程は、前記第１の金属膜上にパターニングされた第２のレジストを形成する工程と、この第２のレジストの開口部に前記第２の電極を形成する工程と、前記第２のレジストを除去する工程と、前記第１、第２の電極をマスクとして前記第１の金属膜をエッチングする工程とからなり、前記第３の電極を形成する工程は、前記第１、第２の電極上に犠牲膜（５）を形成する工程と、前記第２の電極上の犠牲膜を除去して前記第２の電極を露出させる工程と、前記第２の電極及び犠牲膜上に第２の金属膜（７）を形成する工程と、この第２の金属膜上にパターニングされた第３のレジストを形成する工程と、この第３のレジストの開口部に前記第３の電極を形成する工程と、前記第３のレジストを除去する工程と、前記第３の電極をマスクとして前記第２の金属膜をエッチングする工程と、前記犠牲膜を除去する工程とからなり、前記第１の絶縁体を転写する工程は、ＳＴＰ法により前記第３の電極上に前記第１の絶縁体を転写する工程からなり、前記第２の絶縁体を形成する工程は、感光性の絶縁体を前記第１の絶縁体上に塗布する工程からなり、前記第２の絶縁体を突起形状に加工する工程は、前記第２の絶縁体の一部を露光する工程と、露光後現像する工程とからなるものである。
また、本発明の表面形状認識用センサの製造方法の１構成例として、前記第１の電極を形成する工程は、前記半導体基板上に第１の金属膜を形成する工程と、この第１の金属膜上にパターニングされた第１のレジストを形成する工程と、この第１のレジストの開口部に前記第１の電極を形成する工程と、前記第１のレジストを除去する工程とからなり、前記第２の電極を形成する工程は、前記第１の金属膜上にパターニングされた第２のレジストを形成する工程と、この第２のレジストの開口部に前記第２の電極を形成する工程と、前記第２のレジストを除去する工程と、前記第１、第２の電極をマスクとして前記第１の金属膜をエッチングする工程とからなり、前記第３の電極を形成する工程は、前記第１、第２の電極上に犠牲膜を形成する工程と、前記第２の電極上の犠牲膜を除去して前記第２の電極を露出させる工程と、前記第２の電極及び犠牲膜上に第２の金属膜を形成する工程と、この第２の金属膜上にパターニングされた第３のレジストを形成する工程と、この第３のレジストの開口部に前記第３の電極を形成する工程と、前記第３のレジストを除去する工程と、前記第３の電極をマスクとして前記第２の金属膜をエッチングする工程と、前記犠牲膜を除去する工程とからなり、前記絶縁体を転写する工程は、感光性の絶縁体をＳＴＰ法により前記第３の電極上に転写する工程からなり、前記絶縁体を上に凸の形状に加工する工程は、前記絶縁体の一部を露光し、露光後現像することで、前記絶縁体の露光部の膜厚を減少させ、前記絶縁体の非露光部と前記露光部の膜厚差を生じさせる工程からなるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［実施の形態の１］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１、図２は本発明の第１の実施の形態となる表面形状認識用センサの製造方法を示す工程断面図である。本実施の形態における半導体基板１には、表面形状認識用センサの静電容量を検出するセンサ回路等の半導体集積回路と、半導体集積回路と表面形状認識用センサとを接続するための配線層と、半導体集積回路及び配線層を覆う層間絶縁膜とが既に形成されており、さらに層間絶縁膜には、配線層と接続されたスルーホールが設けられている。本実施の形態では、以上のような構造が既に形成されているものとして、表面形状認識用センサの製造方法を説明する。
【００１１】
まず、半導体基板１上の層間絶縁膜の全面に金属からなるシード層２を形成し、続いてシード層２上にメッキ用の第１のレジスト（不図示）を形成して、このレジストの一部（第１の電極３が形成される領域）に例えば正方形の開口部を形成するパターニングを行い、メッキを用いて金属からなる第１の電極３を開口部に形成する（図１（ａ））。これにより、第１の電極３と層間絶縁膜に設けられた第１のスルーホール（不図示）とがシード層２を介して電気的に接続されるので、第１の電極３と半導体集積回路とがシード層２、第１のスルーホール及び第１の配線層（不図示）を介して電気的に接続されたことになる。
【００１２】
本実施の形態では、シード層２としてＴｉ／Ａｕを蒸着法で膜厚０．１μｍずつ形成し、メッキ用の第１のレジストを膜厚５．０μｍ形成した。メッキ工程では、電解メッキを用い、第１の電極３としてＡｕ膜を膜厚１．０μｍ形成した。
【００１３】
次に、メッキ用の第１のレジストを剥離した後、シード層２上にメッキ用の第２のレジスト（不図示）を形成して、このレジストの一部（第２の電極４が形成される領域）に開口部を形成するパターニングを行い、第１の電極３よりも膜厚の大きい第２の電極４を開口部に形成する。そして、メッキ用の第２のレジストを剥離した後、電極３，４の直下以外のシード層２をエッチングで除去する（図１（ｂ））。これにより、第２の電極４と層間絶縁膜に設けられた第２のスルーホール（不図示）とがシード層２を介して電気的に接続されるので、第２の電極４と半導体集積回路とがシード層２、第２のスルーホール及び第２の配線層（不図示）を介して電気的に接続されたことになる。
【００１４】
本実施の形態では、メッキ用の第２のレジストを膜厚５．０μｍ形成し、メッキ工程では、電解メッキを用い、第２の電極４としてＡｕ膜を膜厚３．０μｍ形成した。また、シード層２は、第１、第２の電極３，４をマスクとしてウエットエッチングにより除去した。
【００１５】
続いて、第１、第２の電極３，４を覆うように犠牲膜５を形成する（図１（ｃ））。本実施の形態では、スピン法を用いて感光性ポリイミドからなる犠牲膜５を第２の電極４の膜厚よりも厚く形成した。なお、犠牲膜５は感光性ポリイミドに限るものではなく、犠牲膜となりうる材料、すなわち後述する等方性エッチングで除去することが可能な材料であれば、他の材料でもよい。
犠牲膜５の形成後、第２の電極４上の犠牲膜５を露光し現像して、犠牲膜５を除去し、第２の電極４を露出させる。そして、露光現像後に３１０℃のアニールを実施する（図１（ｄ））。
【００１６】
アニールの実施後、化学研磨を用いてエッチングを行い、第２の電極４と犠牲膜５の表面を平坦化し、平坦化した第２の電極４及び犠牲膜５上に金属からなる第３の電極６をパターニング形成する（図１（ｅ））。本実施の形態では、第２の電極４及び犠牲膜５の全面を覆うように金属からなるシード層７を形成し、シード層７上にメッキ用の第３のレジスト（不図示）を形成して、このレジストの一部（第３の電極６が形成される領域）に開口部を形成するパターニングを行い、メッキを用いて金属からなる第３の電極６を形成した。これにより、第３の電極６と第２の電極４とがシード層７を介して電気的に接続される。
【００１７】
ここでは、シード層７としてＴｉ／Ａｕを蒸着法で膜厚０．１μｍずつ形成し、メッキ用の第３のレジストを膜厚５．０μｍ形成した。そして、第３の電極６の形状がメッシュ状となるように第３のレジストのパターニングを行っている。メッキ工程では、電解メッキを用い、第３の電極６としてＡｕ膜を膜厚０．４μｍ形成した。第３の電極６の形成後、メッキ用の第３のレジストを剥離し、第３の電極６をマスクとして電極６の直下以外のシード層７をウエットエッチングで除去する。
【００１８】
次に、犠牲膜５を等方性ドライエッチングで除去する（図１（ｆ））。本実施の形態では、第３の電極６をメッシュ状に加工したため、第３の電極６及びシード層７には犠牲膜除去のための開口部８が設けられており、犠牲膜５のエッチングを容易に行うことが可能である。
【００１９】
犠牲膜５の除去後、第３の電極６上に第１の絶縁体９を封止膜として形成する（図２（ａ））。本実施の形態では、第１の絶縁体９をＳＴＰ（Ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｎｄ  Ｈｏｔ  ｐｒｅｓｓｉｎｇ  ）法を用いて形成した。ＳＴＰ法は、予めフイルム上に絶縁体を塗布し、このフイルム上の絶縁体を真空中で第３の電極６の表面に加熱圧接して、続いてフィルムを剥離することにより、絶縁体を第３の電極６の表面に転写する方法である。
【００２０】
本実施の形態では、第１の絶縁体９として膜厚１μｍのポリイミド膜を形成した。ＳＴＰの条件としては、加重が５ｋｇ、真空度が１０Ｔｏｒｒ、加熱温度が１５０℃、転写時間１分で絶縁体の転写を行った。第１の絶縁体９の形成後、３００℃のアニールを３０分行った。
【００２１】
そして、第１の絶縁体９上に突起状の第２の絶縁体１０を形成した（図２（ｂ））。本実施の形態では、第２の絶縁体１０として感光性ポリイミド膜を５μｍから１０μｍ程度塗布法により形成した後、センサの中央部（第１の電極３の真上に位置する部分）以外を露光現像して除去し、現像後３００℃のアニールを３０分実施した。第１、第２の絶縁体９，１０は保護膜として機能する。また、第２の絶縁体１０を突起状に形成する理由は、検出感度を向上させるためである。
【００２２】
以上で、表面形状認識用センサの製造が終了する。第２の絶縁体１０が対象物と接触すると、第３の電極６が変形する。その結果、第１の電極３と第３の電極６との間の容量が変化し、この容量変化をセンサ回路で電気信号として検出することにより、対象物の凹凸を検出することができる。そして、本実施の形態では、第１の電極３の周囲を囲むように、第２の電極４及び第３の電極６を形成しているので、第２の電極４及び第３の電極６を接地すれば、半導体基板１内の半導体集積回路が静電破壊されることを防止できる。
【００２３】
［実施の形態の２］
図３は本発明の第２の実施の形態となる表面形状認識用センサの製造方法を示す工程断面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態においても、図１（ａ）〜図１（ｆ）までの工程は実施の形態の１と全く同じであるので、説明は省略する。
【００２４】
図１（ｆ）で犠牲膜５を除去した後、本実施の形態では、第３の電極６上に感光性絶縁体１１を封止膜として形成する（図３（ａ））。感光性絶縁体１１は、実施の形態の１で説明したＳＴＰ法を用いて形成する。本実施の形態では、感光性絶縁体１１として膜厚１０μｍの感光性ポリイミド膜を形成した。ＳＴＰの条件としては、加重が５ｋｇ、真空度が１０Ｔｏｒｒ、加熱温度が１５０℃、転写時間１分で絶縁体の転写を行った。
【００２５】
次に、感光性絶縁体１１のセンサ中央部以外を露光現像して除去し、感光性絶縁体１１を上に凸の形状に加工した（図３（ｂ））。そして、現像後３００℃のアニールを３０分実施した。
以上で、実施の形態の１と同様の構造及び動作原理の表面形状認識用センサを実現することができる。
【００２６】
以上説明したように実施の形態の１，２では、ＳＴＰ法を用いてセンサの可動空間を封止することにより、従来よりも簡単に表面形状認識用センサを製造することができる。
なお、実施の形態の１，２では、表面形状認識用センサを１個としているが、複数のセンサを２次元状に配置してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の電極の周囲を囲むように、第２の電極及び第３の電極を形成しているので、第２の電極及び第３の電極を接地すれば、半導体基板内の半導体集積回路が静電破壊されることを防止できる。その結果、従来の容量型のセンサのような静電破壊の発生を抑えることができ、光学式や感圧式のセンサよりも小型で汎用性を備え、人間の指紋や動物の鼻紋などの微細な凹凸を安定して信頼性の高い状態で高感度に検出することができる表面形状認識用センサを実現することができる。また、第３の電極上に絶縁体を形成する方法として、転写を用いることにより、表面形状認識用センサの製造を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる表面形状認識用センサの製造方法を示す工程断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態となる表面形状認識用センサの製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態となる表面形状認識用センサの製造方法を示す工程断面図である。
【図４】従来の容量型の指紋センサの断面図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、２…シード層、３…第１の電極、４…第２の電極、５…犠牲膜、６…第３の電極、７…シード層、８…開口部、９…第１の絶縁体、１０…第２の絶縁体、１１…感光性絶縁体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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