(57)【要約】  本発明は、検出素子のそれぞれと検出装置の検出表面上に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成される検出素子のアレイを備える検出チップであって、検出素子の表面が検出平面を画定する、検出チップと、検出平面の上に延在する、検出チップ上に配置される複数のインターポーザ構造体であって、複数のインターポーザ構造体が、検出平面の上に実質的に同じ高さを有する、複数のインターポーザ構造体と、検出チップ上に配置される接着剤によって検出チップに付着される保護板であって、保護板と検出平面との間の距離がインターポーザ構造体の高さによって画定されるように、保護板がインターポーザ構造体の上に載っている、保護板と、を備える、指紋検出装置に関する。【選択図】図２Ｂ
2018530021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋検出装置であって、
検出素子のアレイを備える検出チップであって、前記検出素子が、前記検出素子のそれぞれと前記検出装置の検出表面に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成され、前記検出素子の表面が検出平面を画定する、検出チップと、
検出平面の上に延在する、前記検出チップ上に配置される複数のインターポーザ構造体であって、前記複数のインターポーザ構造体が前記検出平面の上に実質的に同じ高さを有する、複数のインターポーザ構造体と、
前記検出チップ上に配置される接着剤によって前記検出チップに付着される保護板であって、前記保護板と前記検出平面との間の距離が前記インターポーザ構造体の高さによって画定されるように、前記保護板が前記インターポーザ構造体上に載っている、保護板と
を備える、指紋検出装置。
【請求項２】
前記複数のインターポーザ構造体間の高さのばらつきが１μｍ未満である、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記複数のインターポーザ構造体が平行線路を備える、請求項１または２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記平行線路が、前記検出チップの縁と整列され、前記検出チップの側面と実質的に同様の長さを有する、請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記複数のインターポーザ構造体が、前記検出素子のそれぞれを中心とする１つのインターポーザ構造体を備える、請求項１または２に記載の検出装置。
【請求項６】
前記複数のインターポーザ構造体が、前記接着剤の誘電率よりも高い誘電率を有する材料内に形成される、請求項５に記載の検出装置。
【請求項７】
前記複数のインターポーザ構造体が、それぞれの検出素子の中心部分がインターポーザ構造体によって覆われないように、前記検出素子間の境界線と一直線に整列して配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項８】
前記複数のインターポーザ構造体が、前記接着剤の誘電率よりも低い誘電率を有する材料内に形成される、請求項７に記載の検出装置。
【請求項９】
前記インターポーザ構造体が、前記検出チップの検出領域の外側の場所において前記検出チップ上に配置され、前記検出領域が前記検出素子のアレイによって画定される、請求項１または２に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記複数のインターポーザ構造体がフォトレジストを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記検出チップ上のボンドパッドと前記検出チップが配置される基板との間に配置されるボンドワイヤをさらに備え、前記ボンドワイヤのボンドループ高さが前記インターポーザ構造体よりも低い、請求項１から１０のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１２】
前記検出チップを基板に電気的に接続するために前記検出チップを通るビア接続をさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１３】
指紋検出装置を製造するための方法であって、
検出素子のアレイを備える検出チップを提供することであって、前記検出素子が、前記検出素子のそれぞれと前記検出装置の検出表面に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成され、前記検出素子の表面が検出平面を画定する、提供することと、
前記検出チップ上にインターポーザ層を形成することと、
前記インターポーザ層から複数のインターポーザ構造体を形成することであって、前記複数のインターポーザ構造体が前記検出平面の上に実質的に同じ高さを有する、形成することと、
前記検出チップ上に液状接着剤を提供することと、
前記検出チップ上に保護板を配置することであって、前記接着剤が前記複数のインターポーザ構造体間の空間を満たすように、および前記保護板が前記インターポーザ構造体の上に載っているように配置することと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記インターポーザ層が、回転塗布または噴霧塗布によって堆積される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記接着剤を提供することが、液状接着剤を前記インターポーザ構造体上、および前記インターポーザ構造体間内に分注することを含む、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記インターポーザ層がフォトレジストを含む、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
複数のインターポーザ構造体を形成する前記ステップが、フォトリソグラフィを使用して前記インターポーザ層をパターン形成することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記インターポーザ層にハードマスクを堆積させるステップ、前記ハードマスクをパターン形成するステップ、前記ハードマスクパターンに従って前記インターポーザ層をパターン形成するステップ、および前記ハードマスクを除去するステップをさらに含む、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
指紋検出装置を製造するための方法であって、
半導体ウェハを提供することと、
前記半導体ウェハ上に、複数の指紋検出チップを形成することであって、それぞれの検出チップが検出素子のアレイを備え、前記検出素子が、前記検出素子のそれぞれと前記検出装置の検出表面に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成され、前記検出素子の表面が検出平面を画定する、形成することと、
前記半導体ウェハ上に、インターポーザ層を形成することであって、前記インターポーザ層が前記複数の指紋検出チップのサブ領域を覆う、形成することと、
前記インターポーザ層から複数のインターポーザ構造体を形成することであって、前記複数のインターポーザ構造体が前記検出平面の上に実質的に同じ高さを有する、形成することと、
前記半導体ウェハを複数の個別の検出チップに切断することと、
リードアウト回路を備える基板上に検出チップを配置することと、
前記検出チップの前記検出素子を前記リードアウト回路に電気接続することと、
前記検出チップ上に液状接着剤を提供することと、
前記検出チップ上に保護板を配置することであって、前記接着剤が前記複数のインターポーザ構造体間の空間を満たすように、および前記保護板が前記インターポーザ構造体の上に載っているように配置することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋検出装置に関する。特に、本発明は、検出装置の性能を向上させるためのインターポーザ構造体を備える指紋検出装置、およびそのようなインターポーザ構造体を備える指紋センサを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本人確認用の生体装置、特に指紋検出装置の開発が、より小型で安価かつ省エネルギーの装置をもたらしたことにより、そのような装置の用途の可能性は高まっている。
【０００３】
特に、指紋検出は、スモールフォームファクタ、比較的有益なコスト／パフォーマンス因子、および高いユーザ受け入れに起因して、例えば、民生用電子装置においてますます多く採用されている。
【０００４】
指紋検出素子および補助論理回路を提供するためのＣＭＯＳ技術に基づいて構築された静電容量指紋検出装置は、そのような検出装置を小型でかつ省エネルギーにすることができると同時に高い正確性で指紋を識別することができるために、ますます人気が高まっている。それによって、静電容量指紋センサは、ポータブルコンピュータ、タブレットコンピュータ、および携帯電話、例えばスマートフォンなどの家電機器に有利に使用される。
【０００５】
指紋検出チップは、典型的には、いくつかの検出構造体と指紋センサの表面に置かれた指との間の静電容量を示す測定値を提供する静電検出素子のアレイを備える。検出チップは、検出素子のアレイのアドレッシングを扱うための論理回路をさらに備える。
【０００６】
典型的な指紋センサは、指が検出素子と物理的に接触しないように保護されている。特に、センサを保護するためにセンサの上にガラス板を配置するか、または表示ガラスの裏にセンサを配置することが望ましい場合がある。検出表面と検出素子との間に素子を配置することによって、検出表面と検出素子との間の距離が増大し、それが装置の検出表面に置かれた指と静電検出素子との間の静電容量結合を減少させる。
【０００７】
増大された距離および減少された静電容量結合では、増大する感度が検出素子に求められ、即ち、検出素子は、より低い静電容量を測定することができなければならない。検出素子が最小の測定可能な静電容量に関して限界に達している状態で、指紋センサは、センサの検出領域全体にわたって均一に測定することを確実にすることがますます重要である。
【０００８】
上の観点から、検出表面に置かれた指と検出素子との間に低い静電容量結合を有する指紋センサの性能を改善することが望ましい。
【０００９】
静電容量結合を改善することにおいて多くの試みがなされ、例えば、ＵＳ２０１３／０２０１１５３は、導電性ストランドが指紋検出装置の検出表面と検出素子との間に配置される指紋検出装置を開示する。導電性ストランド間には絶縁材料が配置される。しかしながら、指と画素との直接電気接触は、静電放電（ＥＳＤ）に関する問題を引き起こし得る。さらには、表面の金属部分が酸化して、望ましくない美的効果を生じ得る。
【発明の概要】
【００１０】
指紋検出装置の上記の望ましい特性、および先行技術の欠点の観点から、本発明の目的は、指紋検出装置を提供すること、および測定可能なものの限界に近い静電容量のための容量測定を改善する指紋検出装置を製造するための方法を提供することである。
【００１１】
本発明の第１の態様によると、検出素子のアレイを備える検出チップであって、検出素子が、検出素子のそれぞれと検出装置の検出表面上に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成され、検出素子の表面が検出平面を画定する、検出チップと、検出平面の上に延在する、検出チップ上に配置される複数のインターポーザ構造体であって、複数のインターポーザ構造体が、検出平面の上に実質的に同じ高さを有する、複数のインターポーザ構造体と、検出チップ上に配置される接着剤によって検出チップに付着される保護板であって、保護板と検出平面との間の距離がインターポーザ構造体の高さによって画定されるように、保護板がインターポーザ構造体上に載っている、保護板と、を備える、指紋検出装置が提供される。
【００１２】
本文脈においては、検出チップは、それぞれの検出素子と指紋検出装置の外面に置かれた指との間に静電容量結合を形成することができる、典型的にはアレイ内に配置される、導電性板またはパッドの形態にある複数の検出素子を備えるチップとして理解されるべきである。それぞれの検出素子についての静電容量結合の読み出しによって、指紋の隆線および谷線が、静電容量結合の距離依存性の結果として検知され得る。十分な解像度を有する指紋画像を達成するために、検出素子は、典型的には、指の特徴（隆線および谷線）よりも実質的に小さい。一般に、チップはダイとも称され得る。
【００１３】
保護板は、典型的には、板の上に置かれた指と検出チップの検出素子との間の良好な静電容量結合を提供するために、誘電材料を含む。特に、保護板は、有利には、化学強化ガラス、ＺｒＯ２、またはサファイアなどのガラスまたはセラミック材料を含み得る。上記の材料はすべて、それらが固く、したがって摩損に耐性があるという点で、およびそれらが誘電性であり、それによって保護板の表面に置かれた指と検出装置の検出素子との間の良好な静電容量結合を提供するという点で、有利な性質を提供する。本明細書に記載される保護板は、共通して、以後検出表面と称される指紋検出装置の外表面を形成する。
【００１４】
本発明の様々な実施形態に従う検出チップは、従来の剛体ＰＣＢ基板上に後で配置され得るか、またはそれはリードアウト回路を備えるフレキシブルタイプの基板を使用して実装されて指紋検出装置を形成し得る。
【００１５】
本発明は、検出表面と検出平面との間のより均質な距離分布が、指紋検出装置の性能を向上させることができるという認識に基づく。特に、保護板が使用され、かつ検出表面と検出平面との間の距離が、指紋隆線と谷線との間の静電容量の差が検出チップによってかろうじて識別可能である程度まで増加しているとき、静電容量結合が、検出装置の表面全体にわたってできる限り均質であることがますます重要である。
【００１６】
さらには、時に、検出素子を保護し覆うためにウェハコーティング材料が検出チップ上に提供されるため、ウェハコーティング材料は、高精度に形成される場合、検出平面と検出表面との間の距離を画定するインターポーザ構造体として使用され得ることが認識されている。保護板の厚さは高精度に制御され得るが、保護板を検出チップに付着させる接着剤は、典型的には、均等に堆積させることがより困難であり、それによってより不均等な表面を呈する。故に、検出表面と検出平面との間の距離は、少なくとも部分的に、保護板を付着させる接着剤によって、事前に画定されており、そのことが距離において、および後に続く指紋画像の読み出しにおいていくらかの不均質をもたらし得る。
【００１７】
本発明の実施形態によると、高い厚さ均一性を呈するインターポーザ構造体が検出素子上に提供され、その結果、インターポーザ構造体は、検出平面の上に実質的に同じ高さを有する。したがって、保護板が、インターポーザ構造体の上に載っている間に、接着剤によって検出チップに付着された状態で、保護板に置かれた指と検出素子との間の距離は高精度に制御され得る。そのような状況においては、最適設定が検出領域全体にわたって適用され得、それにより高品質の指紋画像を獲得することを促進する。
【００１８】
さらに、インターポーザ構造体は、好ましくは、指紋センサが使用中のときに保護板の移動または屈曲を防ぐために、保護板に対して十分な機械的支持を提供するように配置および構成される。
【００１９】
インターポーザ構造体は、原則として、検出チップ、および特に検出素子を覆うように配置される任意の材料を指し得る、任意の一般的に使用されるウェハコーティング材料から作製され得る。
【００２０】
本発明の一実施形態によると、複数のインターポーザ構造体間の高さのばらつきは、有利には、１μｍ未満であり得る。
【００２１】
本発明の一実施形態によると、複数のインターポーザ構造体は、製造が簡便でありかつ保護板に対して十分な機械的支持を提供し得るインターポーザ構造体のアセンブリを提供する平行線路を備え得る。長さ、幅、ピッチ、および配向などの線路の特定の構成は、指紋センサの特定の構成に基づいて選択され得る。例えば、平行線路は、検出チップの縁と整列され、検出チップの側面と実質的に同様の長さを有し得、それにより、いかなる縁効果も発生することを避けるために検出チップの縁を含む検出チップの全域にわたって、検出平面と検出表面との間の距離を画定するインターポーザ構造体を提供する。
【００２２】
代替的に、本発明の一実施形態によると、複数のインターポーザ構造体は、前記検出素子のそれぞれを中心とする１つのインターポーザ構造体を備え得る。それにより、それぞれの個別の検出素子から検出表面までの距離が、検出チップの全域にわたって、明確に画定されかつ均質であることが確実にされ得る。上に記載される有利な効果を依然として提供しながら、インターポーザ構造体の多くの異なる構成が可能であることに留意されたい。
【００２３】
本発明の一実施形態において、１つのインターポーザ構造体が前記検出素子のそれぞれの上に位置する場合には、インターポーザ構造体は、接着剤の誘電率よりも高い誘電率を有する材料内に形成され得る。指と検出素子との間の改善された静電容量結合は、周囲の接着剤よりも高い誘電率を有するインターポーザ構造体を提供することによって達成され得る。それにより、検出表面に置かれた指と検出素子との間の電界は、誘電率の差によって各検出素子の方へ集束され得る。したがって、さらに改善された指紋検出装置が提供され得る。
【００２４】
本発明の一実施形態によると、複数のインターポーザ構造体は、それぞれの検出素子の中心部分がインターポーザ構造体によって覆われないように、検出素子間の境界線と一直線になって整列して配置され得る。検出素子の少なくとも中心部分がインターポーザ構造体によって覆われない、インターポーザ素子の上記構成では、インターポーザ構造体は、検出素子と指との間の改善された静電容量結合の上記効果を達成するために、接着剤の誘電率よりも低い誘電率を有する材料内に形成され得る。次いで、接着剤は、材料の誘電率に関して不均質層が形成されるようにインターポーザ構造体間の空間を充填し、そこでは接着剤のより高い誘電率が改善された静電容量結合を提供する。
【００２５】
本発明の一実施形態によると、インターポーザ構造体は、検出チップの検出領域の外側の場所において検出チップ上に配置され得、検出領域は検出素子のアレイによって画定される。故に、インターポーザは、検出素子のアレイを部分的に囲む枠を形成するように配置され得る。次いで、接着剤は、インターポーザ素子によって形成された枠内に主に配置され得る。
【００２６】
本発明の一実施形態によると、複数のインターポーザ構造体は、フォトレジストを含み得る。フォトレジストを使用することによって、インターポーザ構造体は、従来のフォトリソグラフィおよび現像プロセスを使用して形成され得、それにより全体のプロセスフローを簡略化する。さらには、フォトレジストは、所望の比の誘電率が達成され得るように、特定の誘電率を有するように容易に調整され得る。
【００２７】
本発明の一実施形態によると、検出装置は、検出チップ上のボンドパッドと検出チップが配置される基板との間に配置されるボンドワイヤをさらに備え、ボンドワイヤのボンドループ高さはインターポーザ構造体よりも低い。インターポーザ構造体の高さよりもわずかに高いボンドワイヤループの高さを有することも可能な場合があり、その場合は、保護板が検出チップに付着されるとき、保護板は、ボンドワイヤに対して押下され得る。
【００２８】
本発明の一実施形態において、検出装置は、検出チップを基板に電気的に接続するために前記検出チップを通るビア接続をさらに含み得る。シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）接続と一般的に称されるビア接続を使用して、ワイヤボンディングを使用することなく検出チップを基板上のリードアウト回路に電気敵に接続することができる。例えば、ＴＳＶ接続は、インターポーザ構造体の所望の高さがワイヤボンドの高さよりも低いときなど、ワイヤボンディングが望ましくない、または非実用的であるときに使用される。例えば、この状況は、センサが、例えば携帯電話のカバーグラスなどの非常に厚い保護板と共に利用されるときに発生することがある。
【００２９】
本発明の第２の態様によると、指紋検出装置を製造するための方法が提供され、本方法は、
検出素子のアレイを備える検出チップを提供することであって、検出素子が、検出素子のそれぞれと検出装置の検出表面に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成され、検出素子の表面が検出平面を画定する、提供することと、検出チップ上にインターポーザ層を形成することと、インターポーザ層から複数のインターポーザ構造体を形成することであって、複数のインターポーザ構造体が検出平面の上に実質的に同じ高さを有する、形成することと、検出チップ上に液状接着剤を提供することと、検出チップ上に保護板を配置することであって、接着剤が複数のインターポーザ構造体間の空間を満たすように、および保護板がインターポーザ構造体の上に載っているように配置することと、を含む。
【００３０】
上記の製造方法によって、本発明の第１の態様に関連した上記の利点を呈する指紋検出装置を製造することができる。
【００３１】
接着剤が液状であることは、保護板が検出チップ上に配置されるとき、接着剤の再分散を可能にするほど十分に高い流動性を接着剤が有することを意味すると解釈されるものとする。保護板は、保護板がインターポーザ構造体の上に載るまで検出チップ上に押し下げられ、それにより検出素子と検出表面との間の距離を画定する。接着剤の再分散によって、インターポーザ構造体間の空所が充填されること、および過剰な接着剤が検出チップの側面に押し出されることが保証され得る。
【００３２】
本発明の一実施形態によると、インターポーザ層は、回転塗布または噴霧塗布によって堆積され得、それは、インターポーザ層を堆積させるときに高精度および厚さの均一性を可能にする方法である。さらには、回転および噴霧塗布は、従来のＣＭＯＳ処理技術に匹敵する確立した方法であることを表し、したがって既存の製造プロセスに容易に統合される制御可能な製造プロセスを提供する。
【００３３】
本発明の一実施形態において、接着剤を提供することは、液状接着剤を前記インターポーザ構造体上、および前記インターポーザ構造体間内に分注することを含み得る。液状接着剤は、検出チップ上に、インターポーザ構造体にわたって、およびインターポーザ構造体間内に容易に分注され得る。保護板が接着剤上に押し下げられるとき接着剤が再分散するため、接着剤を分注するときの均一性は重要ではない。
【００３４】
本発明の一実施形態によると、インターポーザ層は、有利には、フォトレジストを含み得、故に、複数のインターポーザ構造体は、高い正確性、均一性、および反復性で実施され得る十分に確立された製造技法であるフォトリソグラフィを使用して形成され得る。
【００３５】
本発明の一実施形態によると、本方法は、インターポーザ層にハードマスクを堆積させるステップ、ハードマスクをパターン形成するステップ、ハードマスクパターンに従ってインターポーザ層をパターン形成するステップ、およびハードマスクを除去するステップをさらに含み得る。したがって、代替の製造技法が提供される。ハードマスクは、例えば、ＳｉＮから作製され得、従来のフォトリソグラフィを使用してハードマスク内にパターンが形成され得、続いてこのハードマスクはインターポーザ層に移送される。
【００３６】
本発明の第３の態様によると、指紋検出装置を製造するための方法が提供され、本方法は、半導体ウェハを提供することと、半導体ウェハ上に複数の指紋検出チップを形成することであって、それぞれの検出チップが検出素子のアレイを備え、検出素子が、検出素子のそれぞれと検出装置の検出表面上に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成され、検出素子の表面が検出平面を画定する、形成することと、半導体ウェハ上にインターポーザ層を形成することであって、インターポーザ層が複数の指紋検出チップのサブ領域を覆う、形成することと、インターポーザ層から複数のインターポーザ構造体を形成することであって、複数のインターポーザ構造体が検出平面の上に実質的に同じ高さを有する、形成することと、半導体ウェハを複数の個別の検出チップに切断することと、リードアウト回路を備える基板上に検出チップを配置することと、検出チップの検出素子をリードアウト回路に電気接続することと、検出チップ上に液状接着剤を提供することと、検出チップ上に保護板を配置することであって、接着剤が複数のインターポーザ構造体間の空間を満たすように、および保護板がインターポーザ構造体の上に載っているように配置することと、を含む。
【００３７】
上記方法の利点は、インターポーザ層が、回転塗布などの確立した堆積技法を使用して、高い均一性でフルウェハ上に堆積され得、それにより多数の検出チップが同時に用意され得るより効果的な製造方法を提供することである。さらには、回転塗布または噴霧塗布を使用することはまた、インターポーザ層の所望の厚さに関して、本プロセスが容易に修正されることを可能にする。
【００３８】
本発明のさらなる特徴および本発明における利点は、添付の特許請求の範囲および以下の説明を研究すると明白になる。当業者は、本発明の異なる特徴が、本発明の範囲を逸脱することなく、以下に記載される実施形態以外の実施形態を作成するために組み合わされ得ることを理解する。
【００３９】
本発明のこれらの態様および他の態様は、本発明の実施形態例を示す添付の図面を参照して、これよりさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を備える携帯型電子装置を概略的に例証する図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。
【図４Ａ−Ｂ】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。
【図５】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法の一般的なステップを概説するフローチャートである。
【図６Ａ−Ｂ】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法を概略的に例証する図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法を概略的に例証する図である。
【図６Ｄ−Ｅ】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法を概略的に例証する図である。
【図６Ｆ−Ｇ】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法を概略的に例証する図である。
【図７】本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
この詳細な説明において、本発明に従う指紋検出装置の様々な実施形態は、静電容量指紋検出装置に関して主に論じられる。指紋検出装置を製造するための方法も論じられる。
【００４２】
図１は、タッチスクリーン画面１０４を備える指紋検出装置１０２を備えた携帯型装置１００の概略図である。指紋検出装置１０２は、例えば、携帯電話、タブレットコンピュータ、ポータブルコンピュータ、またはユーザを特定する、および／もしくは認証するための方法を必要とする任意の他の電子装置において使用され得る。
【００４３】
図２Ａは、上面図で見られるように、本発明の実施形態に従う指紋検出装置２００の概略図である。特に、図２Ａは、複数のインターポーザ構造体２０２の略図を例証し、ここでは、それぞれのインターポーザ構造体２０２が検出装置２００の検出素子２０４上に配置される。
【００４４】
図２Ｂは、検出装置２００をさらに詳細に例証し、ここでは、検出素子２０４のアレイを備える検出チップ２０６が示される。ここでは、接着剤２０８がインターポーザ構造体２０２間の空間に配置されること、保護板２１０が接着剤２０８によって検出装置２００に付着されることが分かる。保護板２１０は高精度で製造され得、検出領域にわたる厚さのばらつきは、典型的には、２μｍ未満である。さらには、検出素子２０４の表面と保護板２０８の表面２１２との間の距離は、インターポーザ構造体２０２の高さによって画定される。インターポーザ構造体の高さは、典型的には、５〜５０μｍの範囲にある。特定の用途のためのインターポーザ構造体の高さは、例えば、検出チップを基板に接続するために使用されるボンディング技法、または使用される接着剤の種類に基づいて選択され得る。検出素子２０４の表面平面は、検出平面として画定され、保護板２１０の表面２１２は、検出表面２１２として画定される。
【００４５】
保護板２１０はまた、タッチスクリーンを備えた装置においてはカバーガラスであってもよく、指紋検出装置を覆うカバーガラスはまた、携帯型装置の表示画面およびタッチスクリーン部分を覆い得る。原則として、保護板は、保護板の表面に置かれた指と検出素子との間の静電容量結合をやはり可能にしながら、検出装置を覆いかつ保護するように機能する任意の構造体であり得る。
【００４６】
ここでは、検出素子２０４は、正方形アレイ内に配置されて示され、検出素子は約５０ｘ５０μｍのサイズを有し、隣接する素子間の距離は約５μｍである。検出素子２０４は、導電性、典型的には金属製であり、一般的な概算として、平行板キャパシタにおける一方の板として機能すると見なされ得、ここでは指紋検出装置２００の検出表面２１２に置かれた指が他方の板を表す。それぞれの検出素子２０４は、前記検出素子２０４のそれぞれと検出表面２１２に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路（図示されない）に接続される。
【００４７】
図３Ａは、本発明の実施形態に従う指紋検出装置３００の概略図であり、ここではインターポーザ構造体３０２は、検出素子２０４間の境界線に整列される平行線路または隆起部の形態で提供される。
【００４８】
図３Ｂでは、接着剤が、隆起部３０２間の空間を満たし、保護板２１０を検出チップ２０６に付着させるように配置されることが分かる。
【００４９】
図４Ａは、指紋検出装置４００の代替的な実施形態の概略図であり、ここではインターポーザ構造体４０２は、隣接する検出素子２０４間の境界線に整列して配置されるが、隣接する検出素子２０４間のインターポーザ構造体４０２内に間隙または開口部がある。
【００５０】
図４Ｂは、指紋検出装置４１０の代替的な実施形態の概略図であり、ここではインターポーザ構造体４１２が、検出素子２０４のアレイの外側の検出チップ上に配置され、それが検出領域を画定する。したがって、接着剤２０８は、検出素子２０４を完全に覆うように配置されて、均質な被覆層を提供する。図４Ｂから分かるように、隣接するインターポーザ構造体４１２間に空間が存在し、液状接着剤が、接着剤が堆積されるときに構造間に形成される間隙を通って流れ出ることを可能にする。
【００５１】
したがって、保護板２１０がインターポーザ構造体４１２上に載っているように保護板２１０が検出装置４１０上に配置されるとき、いかなる付加的な接着剤も、インターポーザ構造体４１２の外側に押し出され得る。図４Ｂに例証される構成は、インターポーザ構造体の構成の多くの可能性のうちの１つであるということ、およびインターポーザ素子の多くの異なる構成が可能であるということに留意されたく、ここでは主な特徴は、インターポーザ構造体がすべて同じ高さであること、およびインターポーザ構造体が保護板に対して機械的支持を提供することである。
【００５２】
上図２〜４に例証されるようなインターポーザ構造体を提供する利点は、液状接着剤が分注されているとき、接着剤が容易に流れ出して、インターポーザ構造体間のすべての空間を充填し、それにより空隙のない均質層を形成し、それが次いで、検出素子２０４と検出表面２１２との間に明確に画定された誘電構造体をもたらすことである。接着剤は、例えば、インターポーザ構造体が作製される材料と同じ誘電率を有し得、それによりインターポーザ構造体を含む層を作製し、接着剤は、誘電性の観点において均一な層として働く。
【００５３】
代替的に、異なる誘電率を有する接着剤およびインターポーザを使用することが可能であり、この場合、誘電率の差は、電界を検出素子の方へ集束させるために使用され得る。これは、それぞれの検出素子の真上に位置する材料が、周囲の材料よりも高い誘電率を有するべきであることを必要とする。図２Ａ〜Ｂの検出装置２００を例として取り上げると、インターポーザ構造体２０２は、電界集束効果を達成するためには、接着剤２０８の誘電率よりも高い誘電率を有する必要がある。
【００５４】
図５は、本発明の実施形態に従う製造方法の一般的なステップを概説するフローチャートである。製造方法は、図６Ａ〜Ｇも参照して論じられる。
【００５５】
まず、図６Ａに例証されるステップ５０２において、複数の検出チップ６０２を備える円形ウェハ６００が提供される。ウェハ６００は、例えば、シリコンウェハであってもよく、ここでは検出チップ６０２は、従来のＣＭＯＳに対応した処理を使用して形成されている。フルサイズの円形ウェハを使用することによって、大規模処理の利点が達成され得る。
【００５６】
次に５０４、図６Ｂに例証されるように、インターポーザ層６０４が、ウェハ６００の表面上に形成され、それにより検出チップ６０２を覆って、ウェハ６００の表面上に均一な層を形成する。コーティング層とも称され得るインターポーザ層６０４は、均一な厚さを有し、ウェハ６００の全面積を覆うように形成される。インターポーザ層６０４は、例えば、回転塗布または噴霧塗布によって堆積されるフォトレジストであり得、フォトレジストは、ポジティブフォトレジストまたはネガティブフォトレジストのいずれかであり得る。回転および噴霧塗布は、ウェハスケールにおいて高い正確性で実施され得、それによりウェハ６００の表面にわたって均一な厚さを有するインターポーザ層６０４を提供するよく確立された製造技法である。堆積された層において高い均質性を達成するために、噴霧塗布は、有利には、超音波ノズルを使用して実施され得る。さらに、インクジェット印刷および３Ｄ印刷などの方法を使用してインターポーザ構造体を形成することも可能である。
【００５７】
図６Ｃに例証される、次のステップ５０６において、インターポーザ構造体６０６は、フォトリソグラフィを使用してウェハの表面上に形成される。ここでは、インターポーザ構造体は、それぞれの構造体６０６が対応する検出素子６０８を中心とする個別の構造体の形態で提供される。インターポーザ構造体６０６の断面は、略六角形であるように例証される。しかしながら、インターポーザ構造体の断面は、原則として、恣意的に選択されてもよく、インターポーザ構造体の断面は、円形、正方形であるか、またはその間のいかなる多角形を有してもよい。さらには、インターポーザ構造体が対称であることは必要とされず、インターポーザ構造体は鉛直方向においても対称である必要はない。
【００５８】
フォトレジストを使用して上記のようにインターポーザ構造体を形成することの代替として、別の材料内にインターポーザ構造体を形成することも可能である。例として、ハードマスク、例えば、ＳｉＮマスクが、ウェハ上に形成されてもよく、その後で、ハードマスクはフォトリソグラフィ、パターニング、およびそれに続く深掘反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用してパターン形成される。レーザーアブレーションを使用して選択された領域内の材料を除去して、所望のパターンのインターポーザ構造体を形成することも可能である。
【００５９】
さらには、例えば、インクジェット印刷または３Ｄ印刷など、インターポーザ構造体および関連した幾何学的形状を作り上げる目的のための追加的技法を使用することも可能である。
【００６０】
インターポーザ構造体を形成した後、インターポーザ層は、インターポーザ構造体とその後堆積される接着剤との間の付着を改善するために、プラズマ洗浄プロセスにおいて処理され得る。プラズマ洗浄は、例えば、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスと混合された酸素を含み得る。
【００６１】
ウェハ上にインターポーザ構造体６０６を形成した後、ウェハは、図６Ｄに例証される別個の検出チップ６１０に切断される５０８。図６Ｄはさらに、検出チップ６０２を基板に電気的に接続するために続いて使用される、検出チップ上のボンドパッド６０９を例証する。図６Ｅに例証されるように、個別の検出チップは続いて、指紋画像を形成するために検出チップ６１０の検出素子６０８から情報を読み出すためのリードアウト回路（図示されない）を備える対応する基板６１２上に配置される５１０。検出チップ６１０は、検出チップ上の第１のボンドパッド６１６から基板上の第２のボンドパッド６１８に達するボンドワイヤ６１４によって基板６１２に接続される。ここでは、図面を混乱させることを防ぐために、１つのボンドワイヤのみが例証される。
【００６２】
図６Ｆに例証される、次のステップ５１２として、接着剤２０８がインターポーザ構造体６０６間の空間を充填するように、接着剤６２０をインターポーザ層上に分注することによって、液状接着剤６２０が提供される５１４。
【００６３】
図６Ｇに例証されるように、最後のステップ５１６において、保護板２１０は、接着剤２０８によって検出装置に付着される。保護板２１０は接着剤６２０上に配置され、接着剤６２０が再分散されて隣接するインターポーザ素子６０６間のすべての空間を充填するように、特定の圧力が印加される。保護板は、保護板がインターポーザ構造体の上に載るまで押し下げられる。検出チップ上に接着剤を塗布するステップの後、接着剤を部分的に乾燥させるために、乾燥ステップ（時にベータステージ硬化と称される）を伴う場合がある。硬化の場合、保護板は、熱および圧力を印加することによって、後に続く組立てステップにおいて、部分的に硬化／乾燥された接着剤に付着され得る。
【００６４】
図７は、検出素子と基板６１２との間の電気接続が検出チップ６１０を通るビア接続７０２を使用して形成される検出装置を例証する。そのようなビア接続７０２は、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）接続とも称され得る。
【００６５】
上記の方法は、フルウェハから開始するとして例証されるが、すでに切断された検出チップ上にインターポーザ構造体を形成することも同等に可能である。
【００６６】
さらに、保護板はまた、保護板が適所にあるときに検出チップを囲む、ベゼルとも称され得る枠を備え得る。ベゼルは、例えば、検出チップと基板との間のボンドワイヤを保護するのに役立つ。ベゼルはまた、指の駆動素子としての役割を果たす、および／またはＥＳＤ放電ノードとして機能する、導電性構造体であり得る。
【００６７】
本明細書内で論じられる本発明の全体的な態様は、本説明に開示される特定の寸法およびサイズに限定されないことに留意されたい。上の説明は、単に、特許請求の範囲によって定義される本発明の概念の実施形態例を提供するにすぎない。
【００６８】
本発明は、その特定の例となる実施形態を参照して説明されているが、多くの異なる変更、修正などが当業者には明らかになろう。また、本装置および方法の部分は、様々なやり方で、省略されるか、置き換えられるか、または配置され得、本装置および方法は、依然として本発明の機能を実施することができることに留意されたい。
【００６９】
加えて、開示された実施形態のバリエーションは、図面、開示、おおび添付の特許請求の範囲の研究により、特許請求される発明の実践において当業者によって理解および達成され得る。請求項において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数を除外しない。特定の方策が相互に異なる従属請求項において列挙されるということだけでは、これらの方策の組み合わせを使用して利益をもたらすことができないということを示さない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ−Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ−Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ−Ｅ】
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【図６Ｆ−Ｇ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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