(57)【要約】【課題】  静電気放電による配線の断線が生じにくく、なおかつ、高い分解能、Ｓ／Ｎ比の大きい検出信号が得られる静電容量検出型センサを提供する。【解決手段】  列配線から延在された第１電極１３と、行配線から延在され第１電極１３と異なる層に設けられた第２電極１２と、第１電極１３および第２電極１２に対して絶縁膜３を挟んで電気的に独立した第３電極５と、第１電極１３および第３電極５との間に形成される第１静電容量領域C１と、第２電極１２および第３電極５との間に形成される第２静電容量領域C２とを備える静電容量検出型センサとする。【選択図】    図３
2006162345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に行配線と列配線をマトリクス状に配設された静電容量検出型センサであって、
前記行配線と前記列配線との交差部において、前記行配線から延在された第１電極と、前記列配線から延在され前記第１電極と異なる層に設けられた第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対して絶縁膜を挟んで電気的に独立した第３電極と、前記第１電極および前記第３電極との間に形成される第１静電容量領域と、前記第２電極および前記第３電極との間に形成される第２静電容量領域とを備え、
被検出物と前記第３電極との間の距離の変化を、前記第１電極および前記第２電極との間の変位電流の変動によって検出することを特徴とする静電容量検出型センサ。
【請求項２】
前記第３電極は、前記第１電極および前記第２電極よりも上層に形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電容量検出型センサ。
【請求項３】
前記第３電極は、前記絶縁膜を介して前記第１電極と前記第２電極との間に形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電容量検出型センサ。
【請求項４】
前記第３電極は、前記絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して表面に一部が露出していることを特徴とする請求項３記載の静電容量検出型センサ。
【請求項５】
前記第３電極は、前記第１電極および前記第２電極のうち上部側の電極を取り囲むように上下層方向に延びていることを特徴とする請求項１記載の静電容量検出型センサ。
【請求項６】
前記第３電極は、前記第１電極および前記第２電極のうち上部側の電極と同一層、およびこの電極よりも上層に互いに導通された状態で形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電容量検出型センサ。
【請求項７】
表面に保護膜を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の静電容量検出型センサ。
【請求項８】
前記基板は透明な材料から形成されるとともに、前記第１電極、前記第２電極および前記第３電極は透明な導電材料で形成されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の静電容量検出型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電被測定物の微細な凹凸などを測定するためのセンサ、特に、静電気放電による配線の断線が生じにくく、なおかつ、高い分解能、Ｓ／Ｎ比の大きい検出信号が得られる静電容量検出型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
検出電極と指紋との間の容量変化を信号としてとらえ、指紋を検出するセンサとして、例えば特許文献１が知られている。特許文献１に記載のセンサは、電気的にフロートした検出電極とその電極に容量的に直列接続された２つの電極からなり、一方の電極に入力された信号が、もう一方の電極から出力される際に、検出電極と指紋の山谷による容量変化によって変化する信号を読み取り、指紋を検出するセンサである。
【特許文献１】特開２００３−２０７３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載される技術は、指紋のように微細な形状を高い分解能で検出するために、電極に接続する配線幅を細くすると、静電気放電による断線が生じやすくなるという問題があった。この問題を解決するために、高い分解能を維持したまま配線幅を太くすると、容量変化に寄与する電極面積の割合が少なくなり、検出信号のレベルのＳ／Ｎ比が小さくなってしまう。
また、配線幅を細くした場合、応答が遅延する問題があった。特に、透明なセンサとするために、配線として高抵抗な材料であるインジウム−スズ酸化物（以下、「ＩＴＯ」と略記する。）を用いた場合には、配線幅を細くすることによる応答の遅延が顕著であり問題となっていた。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、静電気放電による配線の断線が生じにくく、なおかつ、高い分解能、Ｓ／Ｎ比の大きい検出信号が得られる静電容量検出型センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の静電容量検出型センサは、基板上に行配線と列配線をマトリクス状に配設された静電容量検出型センサであって、前記行配線と前記列配線との交差部において、前記列配線から延在された第１電極と、前記行配線から延在され前記第１電極と異なる層に設けられた第２電極と、前記第１電極および第２電極に対して絶縁膜を挟んで電気的に独立した第３電極と、前記第１電極および第３電極との間に形成される第１静電容量領域と、前記第２電極および第３電極との間に形成される第２静電容量領域とを備え、被検出物と前記第３電極との間の距離の変化を、前記第１電極および第２電極との間の変位電流の変動によって検出することを特徴とする。
【０００６】
上記した静電容量検出型センサでは、第３電極は、前記第１電極および第２電極よりも上層に形成されているものとすることができる。
また、上記した静電容量検出型センサでは、第３電極は、前記絶縁膜を介して前記第１電極と第２電極との間に形成されているものとしてもよい。
【０００７】
また、上記した静電容量検出型センサでは、第３電極は、前記絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して表面に一部が露出しているものとすることができる。
【０００８】
また、上記した静電容量検出型センサでは、第３電極は、前記第１および第２電極のうち上部側の電極を取り囲むように上下層方向に延びているものとすることができる。
【０００９】
また、上記した静電容量検出型センサでは、第３電極は、前記第１および第２電極のうち上部側の電極と同一層、およびこの電極よりも上層に互いに導通された状態で形成されているものとすることができる。
【００１０】
また、上記した静電容量検出型センサでは、表面に保護膜を更に備えたものとすることができる。
【００１１】
また、上記した静電容量検出型センサは、基板が透明な材料から形成されるとともに、前記第１電極、第２電極および第３電極が透明な導電材料で形成されるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の静電容量検出型センサは、行配線から延在された第１電極と、列配線から延在され前記第１電極と異なる層に設けられた第２電極と、第１電極および第２電極に対して絶縁膜を挟んで電気的に独立した第３電極と、第１電極および第３電極との間に形成される第１静電容量領域と、第２電極および第３電極との間に形成される第２静電容量領域とを備え、被検出物と第３電極との間の距離の変化を、第１電極および第２電極との間の変位電流の変動によって検出するものであるので、列配線と行配線との交差部において第１電極と第３電極との間に第１静電容量領域を形成するとともに第２電極と第３電極との間に第２静電容量領域を形成したとしても、列配線および行配線を幅広にして配置するスペースを十分に確保でき、これにより、静電気放電による配線の断線が生じにくく、なおかつ、高い分解能、Ｓ／Ｎ比の大きい検出信号が得られるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の静電容量検出型センサを図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の第１実施形態の静電容量検出型センサの等価回路の構成を示す概念図であり、図２は、図１の静電容量検出型センサの検出部分の拡大平面図であり、図３は、図２における線分Ａ−Ａにおける線視断面図である。
本実施形態における静電容量検出型センサは、図１〜図３に示すように、第１方向Ｘに多数配列された行配線である検出電極（第１電極）１３と、第２方向Ｙに多数配列された列配線である駆動電極（第２電極）１２と、検出電極１３および駆動電極１２に対して絶縁膜３を挟んで電気的に独立したフローティング電極（第３電極）５とを備えている。絶縁膜３は、第１層間絶縁膜４と第２層間絶縁膜２とからなる。本実施形態における静電容量検出型センサにおいては、平面視した場合のフローティング電極５の部分が、被検出物の検出部分（以下、ピクセルPとする）となっている。
【００１５】
図３に示す検出電極１３は、第１導電膜からなるものであり、透明なガラス基板１上に形成されている。検出電極１３上には、図３に示すように、第１層間絶縁膜４を介して第２導電膜からなる駆動電極１２が形成されている。フローティング電極５は、駆動電極１２と同一平面に形成された第２導電膜からなる下層電極５ａと、駆動電極１２上に第２層間絶縁膜２を介して形成された第３導電膜からなる上層電極５ｂとからなる。上層電極５ｂは、図３に示すように、第２層間絶縁膜２に形成されたコンタクトホール７を介して第２層間絶縁膜２上の表面に一部が露出し、下層電極５ａと導通された状態で形成されている。また、上層電極５ｂ上には、パッシベーション膜６（保護膜）が設けられている。パッシベーション膜６は、第３の導電膜として湿気に弱い金属膜等を用いた場合に、第３の導電膜を外部の環境（湿気など）から保護するものである。
【００１６】
第１〜第３導電膜は、ＩＴＯ膜からなる。また、絶縁膜３およびパッシベーション膜６は、Ｓi３Ｎ4等のＳixＮy（窒化シリコン膜）を積層したものからなる。
【００１７】
また、図２および図３に示すように、駆動電極１２と上層電極５ｂとが平面的に重なり合い、検出電極1３と下層電極５ａとが平面的に重なり合っている。そして、図３に示すように、駆動電極１２と上層電極５ｂとの間には、第２静電容量領域C２が形成され、検出電極１３と下層電極５ａとの間には、第１静電容量領域C１が形成されている。
【００１８】
図１に示す行配線である検出電極１３は、例えば指紋検出を想定した場合、５００dpi以上の位置分解能及び１０ｍｍ角程度の検出エリアが必要とされるため、第１の導電膜である０．１μｍ厚のＩＴＯ膜から構成され、厚さ０．７ｍｍのガラス基板１上に３０〜１００μｍピッチ、例えば５０μｍピッチで２００本形成される。それぞれの検出電極１３は、静電容量を検出する容量検出回路１１に接続されている。
また、列配線である駆動電極１２は、例えば第２の導電膜である０．１μｍ厚のｌＴＯ膜から構成され、第１層間絶縁膜４上に３０〜１００μｍピッチ、例えば５０μｍピッチで２００本形成される。それぞれの駆動電極１２は、列選択回路１０に接続されている。こうした列選択回路１０は、静電容量の測定時に選択された駆動電極１２以外を全てグランド側に接続する。
【００１９】
次に、第１の実施形態の静電容量検出型センサの動作を図４及び図５を用いて説明する。
上記構造により各ピクセルPにおいて、駆動電極１２とフローティング電極５との間、および検出電極１３とフローティング電極５との間に容量が生じ、全体の等価回路は図１のように表される。このような回路から各容量を測定するために一般に図４のような回路を用いる。すなわち、容量検出回路１１内において、Ｉ／Ｖ変換回路２０が行配線である検出電極１３各々に設けられており、容量１００に変位電流を流し、オペアンプ２２と容量２１とから構成されるＩ／Ｖ変換回路２０により、上記変位電流の電流値を電圧値に変換して出力Ｖoとして出力する。この時の出力Ｖoは以下に示す（１）式で表される。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
ここで、測定後、スイッチ２３をオンすることにより、容量２１に蓄積された電荷を放電させ、測定時にスイッチ２３をオフ状態にする。
しかし、本実施形態では測定対象となる容量は、被検出物９とフローティング電極５との間の結合容量により変化する。
このため、図４における容量１００は、図５に示す容量２００の等価回路で置き換えられることになる。
この時出力は、以下の（２）式で表される。
【００２２】
【数２】
2006162345.tif 000004
【００２３】
ただし、図３に示すように、容量値Ｃaは駆動電極１２とフローティング電極５との間の容量１０１の容量値であり、容量値Ｃｂは検出電極１３とフローティング電極５との間の容量１０２の容量値である。容量値Ｃｃは駆動電極１２と検出電極１３との間の寄生容量１０３の容量値である。容量値Ｃxは、フローティング電極５と被検出物９との間の容量１００の容量値である。
【００２４】
理想的なケースでは、被検出物９がフローティング電極５と十分離れているときは容量値Ｃx＝０であり、出力Ｖoは以下に示す（３）式により表される。
【００２５】
【数３】
2006162345.tif 000005
【００２６】
また、被検出物９が十分近づいている場合、または接触している場合、Ｃx＝Ｃ0となり、出力Ｖoは以下の（４）式により表される。
【００２７】
【数４】
2006162345.tif 000006
【００２８】
ここで、被検出物９と、フローティング電極５と、これらの間に介挿されているパッシベーション膜６により、フローティング電極５の平面視の大きさの平行平板容量が形成され、容量値Ｃ0は、パッシベーション膜６の厚さと、フローティング電極５の面積と、材料である誘電体の誘電率とから求まる数値である。
すなわち、Ｉ／Ｖ変換器２０に流れる変位電流による出力電圧Ｖoは、パッシベーション膜６に被検出物９が近づき、ＣxがＣ0に近づくことにより、容量１０２（容量値Ｃｂ）から出力される変位電流が、容量１０１（容量値Ｃａ）及び容量１００（容量値Ｃx）とにより分流されることで減少することとなる。
【００２９】
絶縁膜３及びパッシベーション膜６の材料としてＳixＮy(窒化シリコン膜；誘電率ε＝７)を用い、膜厚を３００ｎｍとし、図２および図３に示す形状において、フローティング電極５を５０μｍ×５０μｍとするレイアウトを用いた場合、駆動電極１２の線幅と出力電圧との関係は図６に示すものとなる。図６に示すように、出力電圧が最大になる駆動電極１２の線幅は２２μｍである。このとき、容量値Ｃa（容量１０１）及び容量値Ｃｂ（容量１０２）は等しい容量値となる。駆動電極１２の線幅が１２〜３２μｍである場合には、０．２２Ｖ以上の十分に大きい出力電圧が得られる。なお、駆動電極１２の線幅が  １２μｍ未満であると、第１静電容量領域C１が小さくなり、出力電圧が小さくなる。また、駆動電極１２の線幅が３２μｍを越えると、第２静電容量領域C２が小さくなり、出力電圧が小さくなる。
【００３０】
例えば、図６において出力電圧が最大になる場合の各容量値は、Ｃa＝２１４fＦ、Ｃb＝２１４fＦ、Ｃｃ＝２１４fＦ、ＣO＝４５６fＦとなる。そして、容量値Ｃf＝１pＦ、Ｖ1＝５Ｖとすると、被検出物９がパッシベーション膜６から十分離れているときＶo(off)＝１.６０Ｖ、被検出物９がパッシベーション膜６に接触しているときＶo(on)＝１.３３Ｖとなり、被検出物の有無において差電圧△Ｖo＝０.２８Ｖの出力変化を得ることができる。
【００３１】
また、本実施形態の静電容量検出型センサでは、被検出物９がセンサ表面（パッシベーション膜６）から十分離れた様態からセンサ表面に接触するまで、出力Ｖ0は単調に変化する。このため、距離に応じた多諧調レベルで検出結果を出力させることができ、被検出物が指紋であるとするとこの指紋形状を忠実に取り込むことができる。
【００３２】
すなわち、第１実施形態による静電容量検出型センサ表面に被検出物９（指などの導体）を接触させた場合、指紋の凹部に対応するピクセルPにおいては、フローティング電極５と被検出物９とが所定の距離を有し、出力Ｖo（off）の電圧値となり、十分な距離を有して離れているときの初期電圧値とあまり変化がない。
一方、指紋の凸部に対応するピクセルPにおいては、フローティング電極５と被検出物９とが接触し、出力Ｖo（in）の電圧値となり、上記Ｖ（off）との間で十分なΔＶoを得ることができる。
【００３３】
本実施形態の静電容量検出型センサは、上述したような構成によって、図４及び図５に示す等価回路に示すように、ピクセルPの静電容量の変化を変位電流の変化として求め、Ｉ／Ｖ変換回路２０により検出することができる。こうして、パッシベーション膜６の表面に微細な凹凸面が押し付けられた際に発生する静電容量の変化を検出することによって、被検出物９の凹凸面の形状を信号データとして出力することが可能になる。
【００３４】
容量検出回路１１は、図５に示すＩ／Ｖ変換回路２０が用いられ、測定時には列選択回路１０で選択されている駆動電極１２以外の駆動電極１２は全てグランド側（接地電位）に接続されるとともに、同一の検出電極１３上の測定対象外の静電容量は全て寄生容量として測定系に並列に入力されるが、寄生容量の反対側の電極がグランド側に接続されていることにより、キャンセルすることが可能になっている。
こうした構成によって、微細な凹凸面の検出、即ち微小な静電容量の変化を精度良く検出することが可能になる。その結果半導体基板等高価な材料を使うことなく低コスト化を実現でき、またドットピッチを小さくした場合でも、各ドットの初期静電容量、静電容量の変化量を大きくしてセンサの感度を向上することができる。
【００３５】
また、本実施形態の静電容量検出型センサは、行配線である検出電極１３と、検出電極１３と異なる層に設けられた列配線である駆動電極１２と、検出電極１３および駆動電極１２に対して絶縁膜３を挟んで電気的に独立したフローティング電極５と、検出電極１３およびフローティング電極５との間に形成される第１静電容量領域C１と、駆動電極１２およびフローティング電極５との間に形成される第２静電容量領域C２とを備え、被検出物９とフローティング電極５との間の距離の変化を、検出電極１３および駆動電極１２との間の変位電流の変動によって検出するものであるので、検出電極１３と駆動電極１２とが平面的に重なり合う領域内に第１静電容量領域C１を形成することが可能となる。
【００３６】
例えば、以下に示す従来の静電容量検出型センサでは、検出電極１３と駆動電極１２とが平面的に重なり合う領域内に第１静電容量領域C１または第２静電容量領域C２を形成することはできなかった。図１７は、従来の静電容量検出型センサの検出部分の一例を示す拡大平面図であり、図１８は、図１７における線分Ｆ−Ｆにおける線視断面図である。なお、図１７および図１８に示す従来例において、図１〜図３に示す第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１７および図１８に示す静電容量検出型センサは、行配線４３ａの一部が拡幅されてなる検出電極４３と、検出電極４３に隣接し、コンタクトホール４７を介して列配線４２ａに導通された駆動電極４２と、絶縁膜３を介して駆動電極４２及び検出電極４３上に配設されたフローティング電極４５とを有するものである。
【００３７】
図１７および図１８に示す静電容量検出型センサでは、行配線４３ａ（本発明における「検出電極１３」に相当する。）と列配線４２ａ（本発明における「駆動電極１２」に相当する。）とが平面的に重なり合う領域内に、フローティング電極４５を設けることのできる空間はなく第１静電容量領域C１または第２静電容量領域C２を形成することができない。このため、図１７および図１８に示すように列配線４２ａ上を避けて第１静電容量領域C１および第２静電容量領域C２を形成しなければならない。したがって、列配線４２ａを太くするには、第１静電容量領域C１および第２静電容量領域C２を小さくするか、列配線４２ａの配線間隔を広くする必要が生じる。
しかし、図１７および図１８に示す静電容量検出型センサでは、第１静電容量領域C１または第２静電容量領域C２を小さくすると、容量変化に寄与する電極面積の割合が少なくなり、検出信号のレベルのＳ／Ｎ比が小さくなってしまう。また、列配線４２ａの配線間隔を広くすると、分解能が低下してしまう。
【００３８】
これに対し、本実施形態の静電容量検出型センサでは、検出電極１３と駆動電極１２とが平面的に重なり合う領域内に、フローティング電極５を設けて第１静電容量領域C１を形成することができるので、第１静電容量領域C１または第２静電容量領域C２を小さくしたり、検出電極１３及び駆動電極１２各々の配線間隔を広くしたりすることなく、列配線の幅を最大で第１静電容量領域C１を形成する駆動電極１２の幅と同じ幅まで太くできるとともに、行配線の幅を最大で第２静電容量領域C２を形成する検出電極１３の幅と同じ幅まで太くできる。
その結果、本実施形態の静電容量検出型センサは、列配線や行配線の幅が、従来の静電容量検出型センサと比較して太いものとなり、従来と比較して静電気放電による配線の断線が生じにくいものとなる。しかも、検出電極１３と駆動電極１２とが平面的に重なり合う領域内に第１静電容量領域C１を形成できるので、従来と比較して、容量変化に寄与する電極面積の割合を多くすることができ、検出信号のレベルのＳ／Ｎ比が大きいものとなる。さらに、検出電極１３及び駆動電極１２各々の配線間隔を広くすることなく、列配線や行配線を太くできるので、静電容量検出型センサの分解能に支障をきたすことはない。また、列配線や行配線を太くできるので、透明なセンサとするために、列配線や行配線として高抵抗な材料であるＩＴＯを用いても応答が遅延する問題が生じにくいものとなる。
【００３９】
また、本実施形態の静電容量検出型センサは、表面にパッシベーション膜６を備えたものであるので、第３の導電膜として湿気に弱い金属膜等を用いた場合に、第３の導電膜を外部の環境（湿気など）から保護することができる。また、表面強度に優れたものとなるとともに、指紋センサ等へ応用した場合に残留指紋等の影響を受けにくいものとなる。
【００４０】
また、本実施形態の静電容量検出型センサは、基板が透明なガラス基板１であるとともに、第１〜第３導電膜がＩＴＯ膜からなるものであるので、静電容量検出型センサ全体を透明にすることができ、携帯機器の表示面などに好ましく形成できる。
【実施例２】
【００４１】
本発明の第２実施形態を図７〜図９を用いて説明する。図７は、本発明の第２実施形態の容量検出型センサの検出部分の拡大平面図であり、図８は、図７における線分Ｂ−Ｂにおける線視断面図であり、図９は、図７における線分Ｃ−Ｃにおける線視断面図である。なお、図７〜図９に示す第２実施形態において、図１〜図３に示す第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図７〜図９に示す装置が第１の実施形態と異なる点は、駆動電極１２と平面的に重なり合う領域を構成する検出電極３３の幅ａを、駆動電極１２と平面的に重なり合わない領域の検出電極３３の幅ｂよりも狭くした点である。
【００４２】
このような静電容量検出型センサとすることで、第１実施形態と比較して、駆動電極１２と検出電極１３との間の寄生容量１０３の容量値Ｃｃが低減する。このため、駆動電極１２において、容量値Ｃｃが小さくなった分だけ時定数が小さくなり、配線遅延の影響を小さくできる。なお、検出電極３３においては、幅を狭くしたことにより抵抗が大きくなるが、容量値Ｃｃが小さくなることによって相殺されるので時定数はほとんど変化しない。なお、ここでの列配線（または行配線）の「時定数」とは、列配線（または行配線）の抵抗値に容量値Ｃｃを乗じた数を意味する。
また、図７〜図９に示すように、容量変化に寄与する電極面積は第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同様に検出信号のレベルのＳ／Ｎ比が大きいものとなる。
【実施例３】
【００４３】
本発明の第３実施形態を図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第３実施形態の容量検出型センサの検出部分の断面図である。なお、本発明の第３実施形態の容量検出型センサにおける各部材の平面視形状は図２とほぼ同様であり、図１０は、図２における線分Ａ−Ａと同様に切断した場合の断面図である。なお、図１０に示す第３実施形態において、図１〜図３に示す第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１０に示す装置が第１の実施形態と異なる点は、駆動電極１２が第３導電膜からなるものとされるとともに、第２導電膜からなる下層電極５ａが平面視した場合のフローティング電極５の全域に配置されることにより、フローティング電極５が、絶縁膜３を介して検出電極１３と駆動電極１２との間に形成されている点である。
【００４４】
このような静電容量検出型センサとすることで、駆動電極１２と検出電極１３との間の電界を遮蔽することができ、駆動電極１２と検出電極１３との間の寄生容量１０３の容量値Ｃｃをなくすことができる。このため、第１実施形態と比較して、駆動電極１２および検出電極１３において、時定数が小さくなり、配線遅延の影響を小さくできる。
【００４５】
図１０に示す形状における駆動電極１２の線幅と出力電圧との関係は図６に示すものとなる。また、例えば、図１０において出力電圧が最大になる場合の各容量値はＣa＝１７５fＦ、Ｃb＝４５６fＦ、Ｃｃ＝０fＦ、ＣO＝２５２fＦとなる。そして、容量値Ｃf＝１pＦ、Ｖ1＝５Ｖとすると、被検出物９がパッシベーション膜６から十分離れているときＶo(off)＝０.６４Ｖ、被検出物９がパッシベーション膜６に接触しているときＶo(on)＝０.４６Ｖとなり、被検出物９の有無において差電圧△Ｖo＝０.１８Ｖの出力変化を得ることができる。
【００４６】
また、図１１に示すように、駆動電極１２は常に１列のみアクティブ状態で、その他の列は接地電位に固定されている。図１０に示す静電容量検出型センサでは、駆動電極１２が第３導電膜からなるものとされ、駆動電極１２上にはパッシベーション膜６のみしか設けられていないので、アクティブ状態でない駆動電極１２を通じて被検出物９の表面電位を常に接地（アース）電位に固定できる。よって、被検出物９の有無による差電圧を大きくすることができ、感度を向上させることができる。これにより、外来電波性ノイズ、例えば、被検出物９が指である場合に人体が拾うノイズの低減を図ることができる。また、駆動電極１２が設けられている領域をノイズの低減のために有効利用することができる。
【実施例４】
【００４７】
本発明の第４実施形態を図１２および図１３を用いて説明する。図１２は、本発明の第４実施形態の容量検出型センサの検出部分の拡大平面図であり、図１３は、図１２における線分Ｄ−Ｄにおける線視断面図である。なお、図１２および図１３に示す第４実施形態において、図１〜図３に示す第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１２および図１３に示す装置が第１の実施形態と異なる点は、第２導電膜からなる下層電極２５ａと、一方の端部に設けられたコンタクトホール７により下層電極２５ａと導通する第４導電膜からなる上層電極２５ｂとが共に平面視した場合のフローティング電極５の全域に配置されている点、下層電極２５ａと上層電極２５ｂとの間に絶縁層３を介して第３導電膜からなる駆動電極３２が設けられ、駆動電極３２を取り囲むようにフローティング電極２５が上下層方向に延びている点、検出電極１３と駆動電極３２とが平面的に重なり合う領域が第１の実施形態よりも広く形成されている点である。したがって、第４実施形態では、第１の実施形態よりも、導電膜と絶縁層３とがそれぞれ一層ずつ多い構造となっている。
【００４８】
図１２および図１３に示す静電容量検出型センサでは、検出電極１３と駆動電極３２とが平面的に重なり合う領域内に第１静電容量領域C１も第２静電容量領域C２も形成されるので、検出電極１３及び駆動電極３２各々の配線間隔を広くすることなく、第１静電容量領域C１も第２静電容量領域C２も広くできる。しかも、列配線の幅を最大で第１静電容量領域C１を形成する駆動電極１２の幅と同じ幅まで太くできるとともに、行配線の幅を最大で第２静電容量領域C２を形成する検出電極１３の幅と同じ幅まで太くできる。その結果、本実施形態の静電容量検出型センサは、列配線の幅が第１の実施形態と比較して太いものとなる。また、第１の実施形態と比較して第１静電容量領域C１も第２静電容量領域C２も広くなるので、検出信号のレベルのＳ／Ｎ比が大きいものとなる。さらに、検出電極１３及び駆動電極３２各々の配線間隔を広くすることなく、列配線や行配線を太くできるので、静電容量検出型センサの分解能に支障をきたすことはない。
【００４９】
また、図１２および図１３に示す静電容量検出型センサとすることで、駆動電極３２と検出電極１３との間の電界を遮蔽することができ、駆動電極３２と検出電極１３との間の寄生容量１０３の容量値Ｃｃをなくすことができる。このため、第１実施形態と比較して、駆動電極３２および検出電極１３において、時定数が小さくなり、配線遅延の影響を小さくできる。
【００５０】
例えば、図１２および図１３に示す静電容量検出型センサにおいて、絶縁層３およびパッシベーション膜６の材質を第１の実施形態と同様とし、駆動電極３２の線幅を４１μｍとした場合の各容量値はＣa＝７３８fＦ、Ｃb＝４５６fＦ、Ｃｃ＝０fＦ、ＣO＝４５６fＦとなる。そして、容量値Ｃf＝１pＦ、Ｖ1＝５Ｖとすると、被検出物９がパッシベーション膜６から十分離れているときＶo(off)＝１.４１Ｖ、被検出物９がパッシベーション膜６に接触しているときＶo(on)＝１.０２Ｖとなり、被検出物９の有無において差電圧△Ｖo＝０.３９Ｖの出力変化を得ることができる。
【実施例５】
【００５１】
本発明の第５実施形態を図１４および図１５を用いて説明する。図１４は、本発明の第５実施形態の容量検出型センサの検出部分の拡大平面図であり、図１５は、図１４における線分Ｅ−Ｅにおける線視断面図である。なお、図１４および図１５に示す第５実施形態において、図１〜図３に示す第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１４および図１５に示す装置が第１の実施形態と異なる点は、フローティング電極５をパッシベーション膜６を介して囲うように第３導電膜からなるアース配線２９が設けられている点である。
【００５２】
図１４および図１５に示す静電容量検出型センサとすることで、表面電位をアース配線２９に固定することができ、ノイズの影響を効果的に防止することができ、静電気に対する耐性を向上させることができる。
また、アース配線２９は、フローティング電極５の上層電極５ｂを形成する工程において同時に設けることができるので、製造工程を増やすことなく容易に形成できる。
【００５３】
なお、本発明は上述した例に限定されるものではない。例えば、上述した例においては、パッシベーション膜６は、Ｓi３Ｎ4等のＳixＮy（窒化シリコン膜）を積層したものとしたが、パッシベーション膜の材質は、上述した例に限定されるものではなく、ＳｉＮx、フッ素化化合物、ポリイミド、ＴiＯ２（酸化チタン）などから表面強度、撥水性、感度の視点から選択して用いることができる。
また、本発明は上述した例に限定されるものではなく、パッシベーション膜６を設けないものとしてもよいし、パッシベーション膜６を一部にのみ設けたものとしてもよい。このような静電容量検出型センサとすることで、被検出物９の有無による差電圧を大きくすることができる。また、被検出物９の有無による差電圧を大きくするために、パッシベーション膜６の膜厚を例えば３μｍ以下と薄くしたり、パッシベーション膜６の材料にＴiＯ２などの高誘電率材料を用いることも効果的である。
【００５４】
また、本発明は上述した例に限定されるものではなく、検出電極の配置と駆動電極の配置とを交換することができる。なお、駆動電極が検出電極よりも上に配置されている方が、検出電極が駆動電極よりも上に配置されている場合よりも、ノイズの影響を受けにくいため好ましい。
【００５５】
また、ガラス基板１に代えて、プラスチック基板等を用いることもできる。
【００５６】
また、本発明の静電容量検出型センサは、図１６に示す携帯電話２６の表示面などに好ましく形成できる。近年、携帯電話２６などで決済などを行うことが考えられているが、携帯電話２６に静電容量検出型センサＳを形成することによって、静電容量検出型センサＳに押し付けられた指紋を正確に検出し、予め登録された指紋データと照合して持ち主を正しく認証することができる。なお、図１６においては、携帯電話２６の液晶等からなる表示画面２６ａに静電容量検出型センサＳを形成した例を図示している。この場合、静電容量検出型センサＳを透明な材料で形成し、静電容量検出型センサＳ全体を透明な光透過型とすることにより、表示画面２６ａ以外の部分に指紋センサＳを配置する必要がなく小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の静電容量検出型センサの等価回路の構成を示す概念図である。
【図２】図２は、図１の静電容量検出型センサの検出部分の拡大平面図である。
【図３】図３は、図２における線分Ａ−Ａにおける線視断面図である。
【図４】検出部分の容量と、この容量に流れる変位電流を電圧に変換する、容量検出回路１１内のＩ／Ｖ変換回路２０の構成を示す概念図である。
【図５】検出部分の容量と、この容量に流れる変位電流を電圧に変換する、容量検出回路１１内のＩ／Ｖ変換回路２０の構成を示す概念図である。
【図６】駆動電極１２の線幅と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態の容量検出型センサの検出部分の拡大平面図である。
【図８】図８は、図７における線分Ｂ−Ｂにおける線視断面図である。
【図９】図９は、図７における線分Ｃ−Ｃにおける線視断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態の容量検出型センサの検出部分の断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態の容量検出型センサの駆動電極による作用を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４実施形態の容量検出型センサの検出部分の拡大平面図である。
【図１３】図１３は、図１２における線分Ｄ−Ｄにおける線視断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５実施形態の容量検出型センサの検出部分の拡大平面図である。
【図１５】図１５は、図１４における線分Ｅ−Ｅにおける線視断面図である。
【図１６】本発明の静電容量検出型センサを備えた携帯電話を示す外観斜視図である。
【図１７】図１７は、従来の静電容量検出型センサの検出部分の一例を示す拡大平面図である。
【図１８】図１８は、図１７における線分Ｆ−Ｆにおける線視断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…ガラス基板、２…第２層間絶縁膜、３…絶縁膜、４…第１層間絶縁膜、５、２５、４５…フローティング電極（第３電極）、５ａ、２５ａ…下層電極、５ｂ、２５ｂ…上層電極  ６…パッシベーション膜（保護膜）、７、４７…コンタクトホール、９…被検出物、１０…列選択回路、１１…容量検出回路、１２、３２、４２…駆動電極（第２電極）、１３、３３、４３…検出電極（第１電極）、２０…Ｉ／Ｖ変換回路、２１、１００，１０１、１０２、２００…容量、２２…オペアンプ、２３…スイッチ、２６…携帯電話、２６ａ…表示画面、２９…アース配線、４２ａ…列配線、４３ａ…行配線、Ｓ…静電容量検出型センサ、C１…第１静電容量領域、C２…第２静電容量領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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