(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成されており且つユーザの指の皮膚と接触する検知表面を有している指紋検知装置用ピクセルにおいて、
入力信号を受取るためのピクセル入力ノード、
出力信号を発生するためのピクセル出力ノード、
前記ピクセル入力ノードへ接続されており、前記検知表面に近接し且つすぐその下側に配設されている上側プレートと前記上側プレートに近接し且つそのすぐ下側に配設されている第一及び第二下側プレートとを有しており、前記第一下側プレートが前記ピクセル入力ノードへ接続しており、前記上側プレートは検知動作期間中に前記検知表面と接触しているか又はすぐその上方にあるユーザの指の皮膚の一部及び前記検知表面と共に検知用コンデンサを画定し、前記上側プレートは、更に、前記第一下側プレートと第一コンデンサを画定し、前記第二下側プレートと第二コンデンサを画定し、且つ接地ノードと寄生コンデンサを画定している容量性検知ステージ、
電荷積分器、リセットスイッチ、及びフィードバックコンデンサを具備している電荷積分器ステージであって、前記電荷積分器が入力ノードを具備すると共に前記ピクセル出力ノードに対応する出力ノードを具備しており、前記リセットスイッチが前記電荷積分器の入力ノードと出力ノードとの間に接続されており、前記フィードバックコンデンサは固定値コンデンサであり且つ前記電荷積分器の入力ノード及び出力ノードを結合させ、前記電荷積分器入力ノードが前記第二下側プレートへ接続している電荷積分器ステージ、
を有しており、前記電荷積分器が検知動作期間中に前記検知表面と接触しているか又はすぐその上方にある指紋の山又は谷の存在に従って変化する前記検知用コンデンサの容量の関数である出力信号を発生し、更に、前記第一及び第二プレートの間に横方向に配設して第三下側プレートが設けられており、前記第三下側プレートは前記接地ノードへ接続している、ことを特徴とするピクセル。
【請求項２】
請求項１において、前記上側プレートは、基本的に、アルミニウムから構成されており、且つ前記検知表面が前記上側プレートの上に存在する薄い誘電体層によって形成されていることを特徴とするピクセル。
【請求項３】
半導体基板上に形成されており且つユーザの指の皮膚と接触する検知表面を有している指紋検知装置用ピクセルにおいて、
入力信号を受取るためのピクセル入力ノード、
出力信号を発生するためのピクセル出力ノード、
前記ピクセル入力ノードへ接続されており、前記検知表面に近接し且つすぐその下側に配設されている上側プレートと前記上側プレートに近接し且つそのすぐ下側に配設されている第一及び第二下側プレートとを有しており、前記第一下側プレートが前記ピクセル入力ノードへ接続しており、前記上側プレートは検知動作期間中に前記検知表面と接触しているか又はすぐその上方にあるユーザの指の皮膚の一部及び前記検知表面と共に検知用コンデンサを画定し、前記上側プレートは、更に、前記第一下側プレートと第一コンデンサを画定し、前記第二下側プレートと第二コンデンサを画定し、且つ接地ノードと寄生コンデンサを画定している容量性検知ステージ、
電荷積分器、リセットスイッチ、及びフィードバックコンデンサを具備している電荷積分器ステージであって、前記電荷積分器が入力ノードを具備すると共に前記ピクセル出力ノードに対応する出力ノードを具備しており、前記リセットスイッチが前記電荷積分器の入力ノードと出力ノードとの間に接続されており、前記フィードバックコンデンサは固定値コンデンサであり且つ前記電荷積分器の入力ノード及び出力ノードを結合させ、前記電荷積分器入力ノードが前記第二下側プレートへ接続している電荷積分器ステージ、
を有しており、前記電荷積分器が検知動作期間中に前記検知表面と接触しているか又はすぐその上方にある指紋の山又は谷の存在に従って変化する前記検知用コンデンサの容量の関数である出力信号を発生し、更に、前記第一及び第二下側プレートの間に横方向に配設して第三下側プレートが設けられており、前記第三下側プレートは前記上側プレートへ接続していることを特徴とするピクセル。
【請求項４】
請求項３において、前記上側プレートは、基本的に、アルミニウムから構成されており、且つ前記検知表面が前記上側プレートの上に存在する薄い誘電体層によって形成されていることを特徴とするピクセル。
【請求項５】
半導体及び誘電体物質内に形成されている複数個のピクセルを具備しており、前記誘電体物質は前記半導体物質の上側に配設されており且つ指紋を容量的に検知するために人間の指と接触する検知表面を画定する上表面を具備している指紋検知装置において、各ピクセルが、
前記検知表面の下側で且つそれに近接して配設されており電気的にフローティング状態にとどまる上側プレート、
前記上側プレートと平行であり且つその下側に前記誘電体物質内に配設されている第一及び第二下側プレート、
前記第一下側プレートへ入力パルスを選択的に印加させる手段、
ピクセル出力信号を発生するために前記第二下側プレートへ接続している電荷積分器、
前記電荷積分器の入力ノードと出力ノードとの間に接続されており且つ固定値コンデンサであるフィードバックコンデンサ、
前記電荷積分器の入力ノードと出力ノードとの間に接続されているリセットスイッチ、
を有しており、可変容量を有する検知用コンデンサが前記上側プレートと前記検知表面に適用されるユーザの指によって形成され、且つ第一及び第二コンデンサが前記上側プレートと夫々の第一及び第二下側プレートとの間に形成され、且つ前記電荷積分器によって発生される出力信号が前記検知用コンデンサの容量値と共に変化して前記入力パルスが前記第一下側プレートへ印加された場合に前記検知用表面に対するユーザの指の皮膚の近接度を表わし、更に、前記第一及び第二下側プレートの間で且つそれと同一面上に位置して第三下側プレートが設けられており、前記第三下側プレートが接地へ接続されている、ことを特徴とする指紋検知装置。
【請求項６】
半導体及び誘電体物質内に形成されている複数個のピクセルを具備しており、前記誘電体物質は前記半導体物質の上側に配設されており且つ指紋を容量的に検知するために人間の指と接触する検知表面を画定する上表面を具備している指紋検知装置において、各ピクセルが、
前記検知表面の下側で且つそれに近接して配設されており電気的にフローティング状態にとどまる上側プレート、
前記上側プレートと平行であり且つその下側に前記誘電体物質内に配設されている第一及び第二下側プレート、
前記第一下側プレートへ入力パルスを選択的に印加させる手段、
ピクセル出力信号を発生するために前記第二下側プレートへ接続している電荷積分器、
前記電荷積分器の入力ノードと出力ノードとの間に接続されており且つ固定値コンデンサであるフィードバックコンデンサ、
前記電荷積分器の入力ノードと出力ノードとの間に接続されているリセットスイッチ、
を有しており、可変容量を有する検知用コンデンサが前記上側プレートと前記検知表面に適用されるユーザの指によって形成され、且つ第一及び第二コンデンサが前記上側プレートと夫々の第一及び第二下側プレートとの間に形成され、且つ前記電荷積分器によって発生される出力信号が前記検知用コンデンサの容量値と共に変化して前記入力パルスが前記第一下側プレートへ印加された場合に前記検知用表面に対するユーザの指の皮膚の近接度を表わし、更に、前記第一及び第二下側プレートの間で且つそれと同一面上に第三下側プレートが設けられており、前記第三下側プレートが前記上側プレートへ接続しており且つ前記上側プレートと共に電気的にフロートすることを特徴とする指紋検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大略、半導体指紋検知器に関するものであって、更に詳細には、検知表面に押圧されている指の指紋パターンを検知するために使用される容量性要素における改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
容量性距離センサーが本出願人に譲渡されている発明者がＴａｒｔａｇｎｉ  ｅｔ  ａｌ．の米国特許第６，１１４，８６２号において開示されており、その特許の開示内容を引用によって本明細書に取込む。該Ｔａｒｔａｇｎｉ  ｅｔ  ａｌ．特許は、フリンジ容量性検知技術を開示しており、その場合に、センサーセル即ち「ピクセル」セルからなる二次元アレイにおける多数のセル位置の各々における検知表面のすぐ下側に２個の並置したコンデンサプレートが配設されている。各ピクセルセルの並置したコンデンサプレートは検知表面に近い皮膚の存在によって変調される実効フィードバック容量を有しているフィードバック回路の一部を形成する。
【０００３】
Ｔａｒｔａｇｎｉ  ｅｔ  ａｌ．特許において開示されている技術はアクティブ即ち能動検知技術であって、各ピクセルセルからの信号の検知及び出力信号の発生を助けるために各ピクセル位置においてトランジスタ回路が使用されている。受動容量性センサーセルも従来公知であり、例えば、米国特許第４，３５３，０５６号に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し改良した指紋検知技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、指紋検知装置用の改良した容量性ピクセルを提供している。ソリッドステートピクセル構成体においてアクティブ即ち能動的検知技術を使用しており、それは検知表面に押し当てたユーザの指の指紋の電界電位を直接的に検知する。検知表面の下側にフローティングコンデンサプレートが配設されており、ユーザの指の皮膚と共に検知用コンデンサを画定する。該検知用コンデンサの容量は検知表面に対する皮膚の近接度と共に変化し、従って指紋の山は指紋の谷よりもより高い容量を発生する。第一及び第二カップリングコンデンサプレートがフローティングコンデンサプレートの下側に配設されており、第一及び第二カップリングコンデンサを画定する。これらのカップリングコンデンサは基準電圧供給源と電荷積分器への入力との間に直列接続されている。基準電圧信号がピクセルへ印加されると、電荷積分器が検知用コンデンサの容量の関数である出力信号を発生する。
【０００６】
従って、高い分解能の指紋画像をキャプチャ即ち捕獲することを可能とするためにピクセルからなるアレイ内にコンパクトなピクセル構成体を設けることが可能である。該構成体は高い信号対雑音レベル応答を与え且つ寄生容量効果に対して比較的影響されない。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、直接フィールドアクティブ容量性ピクセルの好適実施例が示されており且つ大略１０で示してある。ピクセル１０は入力ノード１２と出力ノード１４とを有している。例えばＮＭＯＳトランジスタ等のスイッチ１６が入力ノード１２を基準電圧供給源Ｖrへ選択的に接続させるために設けられている。出力ノード１４が周期的にピクセル１０からの出力信号を検知する出力回路１８へ接続している。各ピクセル１０は、典型的に、ソリッドステート指紋検知装置の基本的なコンポーネントである半導体チップ上に形成されている二次元アレイ内に配設されている多数の同一のピクセルのうちの１つである。各ピクセル１０は以下に説明する直接的容量性検知技術に従って人間の指紋の一部を検知する可変コンデンサＣsを有している。
【０００８】
ピクセル１０の出力は電荷積分器Ｉによって発生され、それは以下に説明する異なるフィードバック構成を具備する米国特許第６，１１４，８６２号の反転増幅器と類似している。電荷積分器Ｉがその負 (−)入力に表われる電荷を積分し且つ対応する増幅したアナログ出力を発生する。直列接続されているコンデンサＣ1及びＣ2がピクセルの入力ノード１２を電荷積分器の負 (−)入力に対応するノード２０と相互接続している。電荷積分器の正 (＋)入力は接地等の電圧供給源へ接続している。コンデンサＣ１及びＣ２の間の接続は電気的にフローティングしたノード２２を画定しており、それは、又、コンデンサＣs及びＣpの間の接続点を画定している。コンデンサＣpはフローティングノード２２と接地ノードとの間に存在する寄生容量を表わしている。図１における接地記号は指紋検知装置の実際の接地端子を表わすか又はチップ内部の仮想接地バスを表わすことが可能である。
【０００９】
コンデンサＣsはピクセルの検知用コンデンサであって、それは指紋検知表面２４のすぐ下側に配設されている１つのプレートを有している。コンデンサＣsの他方のプレートは、事実上、検知動作期間中に検知表面と接触（又は、検知表面のすぐ上方に配置される）ユーザの指の皮膚と共に検知表面それ自身である。理解されるように、検知動作期間中、指紋の山が検知表面と接触し且つ指紋の谷は検知表面のすぐ上方に配置される。検知動作のすぐ前に、リセットスイッチ２６が開かれて検知動作期間中に電荷積分器Ｉが正確な出力信号を発生するための準備がなされる。リセットスイッチ２６は例えばＮＭＯＳトランジスタ等の従来のトランジスタとすることが可能であり、且つ電荷積分器の入力ノード２０と出力ノード１４とを相互接続する。
【００１０】
フィードバックコンデンサＣfbが該回路内に設けられており且つ電荷積分器の出力ノード１４をその入力ノード２０へ結合している。装置の設計者は電荷積分器Ｉの利得を所定の所望のレベルへ同調させるためにフィードバックコンデンサＣfbの容量値を選択することが可能である。更に、コンデンサＣinが電荷積分器の入力ノード２０と接地との間に接続されており、且つコンデンサＣoutが電荷積分器の出力ノード１４と接地との間に接続されている。これら２つの付加的なコンデンサは寄生容量を表わしているが、それが該回路内に存在することは以下に説明するように電荷積分器Ｉの利得に影響を与えるものではない。
【００１１】
図１のピクセル１０は２つのステージを有しているものと考えることが可能であり、即ち、コンデンサＣs，Ｃ1，Ｃ2，Ｃpからなる容量性検知ステージと、電荷積分器Ｉ、フィードバックコンデンサＣfb、リセットトランジスタスイッチ２６、寄生コンデンサＣin，Ｃoutからなるアクティブ電荷積分器ステージである。該アレイの各ピクセル２０は、又、専用の選択トランジスタを有しており、それは図１においてはスイッチ１６として示してある。基準電圧供給源Ｖr及び出力回路１８が指紋センサーアレイの種々のピクセルによって共用されている。ここでは二次元センサーアレイとして説明しているが、本発明の一次元適用例とすることも可能であり、その場合には単一の行のピクセルが使用される。
【００１２】
動作について説明すると、これらのピクセルからなるアレイ全体における各ピクセルを個別的にチェックするシーケンスにおいてピクセル１０は周期的に検査され即ち「読取」が行なわれる。該アレイは行デコーダと列デコーダとを使用してランダムアクセスメモリチップがアドレスされるのと同様の態様でアドレス動作させることが可能である。アドレスデコーダ回路 (不図示)は所定のシーケンスで一度に１つの検査を行うために個別的なピクセルを選択することが可能である。ピクセル１０は、スイッチ１６が閉じる場合 (即ち、トランジスタ１６がターンオンされる場合)にアドレス処理シーケンスにおいてその順番が来ることになる。選択トランジスタ１６がターンオンする直後に、基準電圧供給源Ｖrによって入力パルス信号ΔＶを発生する。パルスΔＶが直列接続されているコンデンサＣ1及びＣ2を介してノード２０へ伝播し、そこで電荷における過渡的な増加として表われ、それは電荷積分器Ｉへ入力される。電荷積分器のノード１４における出力信号はピクセルの出力Ｖpixoutとして画定され、そのアナログ値は基準電圧入力パルスΔＶと電荷積分器Ｉの利得Ｇpixとの積であり、次式で表わされる。
【００１３】
【数１】
0004382342.tif 000002
【００１４】
ノード１４におけるピクセル１０の出力がアレイ検査シーケンス期間中に出力回路１８によって検知されると、出力回路１８はアナログ出力Ｖpixoutのデジタル化した値を形成する。理解されるように、出力回路１８はシステムプロセッサ又はコンピュータによる処理のためにチップ外部へ出力するためにアナログピクセル出力をデジタル信号へ変換するためのアナログ・デジタル変換器 (不図示)を有している。
【００１５】
該検知アレイの各個別的なピクセルは約５０μｍ×５０μｍの面積を占有する。典型的な指紋センサーにおいては、表面２４がその一部である全体的な検知表面は矩形状であり且つ１２．８ｍｍ×１８．０ｍｍの寸法を有している。従って、典型的な指紋センサーにおいては９０，０００個を超える数のピクセルが存在する場合があり、そのことはデジタル化した指紋画像の非常に高い分解能を達成することを可能とする。個別的なピクセルをアドレスすることが可能であり且つその出力はマイクロ秒未満で読取ることが可能であるので、全体的な指紋画像は１秒の１０分の１未満でキャプチャ即ち捕獲することが可能である。ピクセル出力のデジタル化した値の各々はメモリ内に格納するか又はメモリ内における前に格納した指紋データと比較することが可能である。検知したか又は前に格納した指紋のグレイスケール画像を視覚的な検査のために所望される場合にディスプレイスクリーンへ出力させることが可能である。
【００１６】
図１の回路においては、電荷積分器Ｉの利得Ｇpixはピクセルのコンデンサに対して以下の関係を有している。
【００１７】
【数２】
0004382342.tif 000003
【００１８】
理解されるように、Ｃsは可変コンデンサであり且つＣ1，Ｃ2，Ｃfb，Ｃpは固定値コンデンサである。装置の設計限界内において、Ｃ1，Ｃ2，Ｃfb，Ｃpの値は指紋センサーの各ピクセルの応答を最適化するために設計者によって選択することが可能である。寄生コンデンサＣpは、フローティングノード２２と接地との間の誘電体の厚さを充分に大きなものとすることにより比較的に小さなものとさせることが可能である。コンデンサＣsは最大値 (指紋の山が特定のピクセル位置直上のセンサー表面２４に対して押付けられる場合)から最小値 (指紋の谷が特定のピクセル位置直上のセンサー表面２４の近くにある場合)ヘ変化する。好適には、Ｃ1及びＣ2の容量値は互いに等しく且つ基本的にＣsの最大値と基本的に同じであるように設計される。
【００１９】
前述したことから理解されるように、指紋の山を検知する場合の値から指紋の谷を検知する場合の値へのＶpixoutの値における変化は基準電圧供給源Ｖrによって発生される入力パルスΔＶの振幅と比較して実質的即ちかなりなものである。更に、上に示したＧpixに対する式が示すように、寄生容量Ｃin及びＣoutはＶpixout信号値に影響を与えるものではない。寄生容量Ｃpはピクセルの利得Ｇpixに影響を与えるものではないが、以下に説明する技術はこの寄生効果を最小とするために使用することが可能である。
【００２０】
次に、図２を参照して、容量性検知ステージレイアウトをその基本的な形態について説明するが、前述したものと同様の構成要素には同様の参照番号を付してある。理解されるように、ピクセル１０は特別の半導体集積回路チップとして製造されるより大きな指紋センサーの小さな一部である。開始物質は半導体基板であり、それは究極的にウエハを複数のチップへスライスすることによって分離される多数の同一の指紋センサーを包含するのに充分に大きな単結晶シリコンウエハである。個別的なチップ基板部分は図２においては参照番号３０で示してある。基板３０の上側には複合誘電体ボディ３２が配設されており、それは最終的な装置における検知表面２４を画定する。
【００２１】
複合誘電体ボディ３２は誘電体又は絶縁性物質からなる複数個の層を有しているが、それらは別々には示していない。これらの誘電体層は半導体装置の製造分野における当業者にとって公知の従来の酸化物層及び窒化物層を包含している。複合誘電体ボディ３２内には導電層からなる幾つかのレベルが設けられており、それらは付着形成され且つ別々の導体へパターン形成される。図２においてはこのような３個の導体がピクセル１０の一部として示されており且つ上側プレート、下側プレートＡ、下側プレートＢとして示してある。上側プレートは誘電体ボディ３２内に埋設されている最も上側の導電層からパターン形成されたものであり、好適には、基本的にアルミニウムから構成されている。公知の技術に従ってこの最も上側の導電層を形成するためにアルミニウムのＣＶＤ付着を使用することが可能である。公知のフォトリソグラフィパターン形成技術を使用することも可能である。下側プレートＡ及び下側プレートＢは並置されており、それらの間に狭いギャップ (例えば２乃至３μｍ)が形成されており、これらのプレートは最も上側の導電層の下側に存在する導電層からパターン形成されている。下側プレートＡ及び下側プレートＢも付着形成したアルミニウムから形成することが可能であり、又は従来のシリサイド化ポリシリコン等の導電性ポリシリコンを有することが可能である。複合誘電体層３２の破断した右側端部において隣接するピクセルの同様に形成されているプレート３４及び３６が部分的に示されている。
【００２２】
点線３８は複合誘電体ボディ３２からその下側の基板３０への遷移を模式的に表わしている。然しながら、理解されるように、その構成は図示したものよりも著しく複雑なものである。基板３０は上側エピタキシャル層を有するものであって、その中において、酸化物分離壁によって画定されるアクティブ (活性)区域内にトランジスタ領域が形成されている。このことは公知である。該トランジスタは、典型的に、ＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタの両方を包含するＭＯＳＦＥＴであって、且つバイポーラトランジスタを包含することも可能であり、それらの全ては従来のＢｉＣＭＯＳ技術を使用して製造することが可能である。
【００２３】
図２は、互いに且つ指紋検知表面２４に対して並置された関係においてコンデンサＣs，Ｃ1，Ｃ2を画定する複合誘電体ボディ３２内のコンデンサプレートのみを示していることが理解される。図２におけるＣS，Ｃ1，Ｃ2で示される回路要素は、単に図１の回路図に従って表面２４と、上側プレートと、下側プレートＡと、下側プレートＢとがどのようにして電気的に相互作用を行うかを示すものに過ぎず、それらは別個の構造的要素ではない。同様に、図２におけるコンデンサＣPは寄生的なものであり且つ別個の構造的要素ではない。然しながら、コンデンサＣfpは製造トリランス内において特定の容量値を有するように設計された別個の構造的要素である。コンデンサＣfpは任意の適宜の態様で形成することが可能であり、且つ、例えば、２つの異なるレベルにおける金属プレートか、導電性ポリシリコン層の上に配設した金属プレートか、又は基板３０における高度にドープした表面領域上に配設した導電性ポリシリコン層を有することが可能である。どの形態においても、コンデンサＣfpのコンデンサプレートは精密に画定した寸法を有するべきであり且つＣfpの容量値が厳しいトリランス内に位置された所定値であるように精密に制御された厚さの誘電体層によって分離されるべきである。前述したように、コンデンサＣfpは電荷積分器Ｉの利得Ｇpixを確立する上で重要な役割を担う。
【００２４】
理解されるように、検知表面２４の耐久性は重要な設計考慮事項である。このような耐久性のある検知表面を提供するために適切な物質は炭化珪素である。実際において、上側プレートと検知表面２４との間の誘電体物質は互いに積層されておりピクセルのアレイ全体を被覆する幾つかの非常に薄い層から構成することが可能である。例えば、積層させた層はＰＳＧ層の上に配設されている窒化珪素層の上に配設した炭化珪素層から構成することが可能である。このような層を製造する技術は当該技術分野において公知である。３つの積層した全ての層に対する結合厚さは典型的に約１．０μｍである。上側プレートは、例えば約０．２乃至０．３μｍの厚さを有する二酸化シリコン等の適宜の誘電体層によって下側プレートＡ及び下側プレートＢから分離されている。
【００２５】
トランジスタ１６及び２６及び電荷積分器Ｉを構成するトランジスタを包含する本装置のトランジスタ要素は該基板の上表面に形成されており、且つ、典型的に、基板３０のすぐ上の複合誘電体ボディ３２内に配設されているポリシリコンゲート電極を有している。これらの従来のトランジスタ要素は公知であるので、それらの詳細な説明については割愛するが、基板３０の断面上に重畳させた回路図によって概略的に示してある。理解すべきことであるが、寄生容量Ｃin及びＣoutは基板３０と複合誘電体ボディ３２の両方において存在する構成から発生している。
【００２６】
図２は、又、ユーザの指４０の一部を著しく拡大して概略的に示してある。指４０は典型的な人の指紋を構成する可変皮膚輪郭４２を有しており、それは、この拡大部分図においては、山４４と谷４６とを有している。指紋の山４４は検知表面２４に接触して示されており、且つその谷４６はその箇所において検知表面２４から僅かに離れた皮膚４２を与えている。
【００２７】
上側プレート上方の検知表面２４と接触している指紋の山が存在することは検知用コンデンサＣsの値を増加させる。上側プレートの上方に谷が存在する場合にはコンデンサＣsはより低い値を示す。図１に関連して前に説明したように、特定のピクセルが読取られる場合に、パルスΔＶが基準電圧供給源Ｖrによって発生される。このパルスは図２における矢印４８によって示したようにピクセル１０に到達し、且つピクセルが読取られる場合には閉じられるスイッチ１６を介してピクセルへ印加される。パルスΔＶが容量性検知ステージのコンデンサＣ1及びＣ2を介して伝播し且つ電荷積分器ステージの入力２０に表われる。ピクセル１０の読取り前に、スイッチ２６が開かれる。電荷積分器Ｉがその出力ノード１４においてＶpixout信号を発生し、そこから矢印５０で示したように出力回路１８ (図１に示してある)へ向かって伝播する。
【００２８】
図２の構成によって提供される直接的容量検知技術は非常に高速のピクセル応答時間を与え、非常に迅速に全体的な指紋画像を検知することを可能とする。この構成は非常にコンパクトであり且つピクセル１０のレイアウトにおける寄生要素に対して高いレベルの不感受性を有している。又、アクティブな電荷積分器ステージはフィードバックコンデンサＣfbの容量値を選択することによって制御することが可能な高い利得を達成する。これらは本発明の主要な利点のうちの幾つかである。
【００２９】
次に、図３を参照して、本発明の埋込型コンデンサプレートの別の実施例に付いて説明する。この実施例のピクセルは、図２に示したピクセル１０と区別するために参照番号６０を付してある。図３は、又、複合誘電体ボディ３２のみを示しており、説明の便宜上基板及びその中に設けられる回路要素を取除いている。然しながら、理解されるように、図２に示したトランジスタ１６及び２６、電荷積分器Ｉ、コンデンサＣin及びＣoutを図３の下側プレートＡ、下側プレートＢ、コンデンサＣfbに対して図２に示したのと同一の態様で接続させることが可能である。
【００３０】
図２と３とを比較すると、唯一の違いは下側プレートＡとＢとの間で且つそれと同一面状に横方向に配設させた下側プレートＣを設けた点であることが理解される。下側プレートＣは導体６２によって接地へ接続されている。容量性検知ステージ内に下側プレートＣを設けることの効果は寄生容量Ｃpの値を実際的に最小値へ減少させることである。図１の構成と比較した場合のトレードオフ即ち利益衡量として、図３の構成は実際上実現する場合に僅かにより多くのチップ面積を必要とする場合がある。図３の構成の更なる利点は下側プレートＡと下側プレートＢとの間のエッジ結合効果における減少であり、それは容量性検知ステージの感度を僅かに増加させる場合がある。
【００３１】
次に、図４を参照して、埋込型コンデンサプレートの別の実施例について説明するが、この場合のピクセルは参照番号７０で示してある。図３と４とを比較することにより、唯一の違いは、下側プレートＣが導体７２によって上側プレートへ接続されている点であり、一方図３における下側プレートＣは接地へ接続されている。従って、図４における下側プレートＣは上側プレートを電気的にフロートさせる。導体７２は金属層の間の従来の金属ビアとして形成することが可能である。この変形実施例は、又、寄生容量Ｃpに対する最小の容量値を達成し且つ下側プレートＡと下側プレートＢとのエッジ結合効果を減少させる。図３及び４の両方の変形実施例はコンデンサＣ1及びＣ2に対する実際上最大値を与える。
【００３２】
次に、図５を参照して、種々のピクセル１０，６０，７０のいずれにも使用することが可能な付加的な特徴について説明する。図５は一例として図２のピクセル１０を使用している。図５において、コンタクト８０が上表面２４に設けられている。コンタクト８０はピクセルアレイ内における種々の点において位置されている多数の同様のコンタクトのうちの１つとすることが可能であり、又はアレイにわたって走行するライン又はグリッドを表わすことが可能である。選択された特定のレイアウトにおいて、コンタクト８０は指の皮膚４２との直接的な接触を可能とさせ、そのことは前述した各読取動作パルスΔＶと同期しているが必ずしも同相ではなく印加されるパルス信号ΔＶxによって電気的に駆動させることが可能である。図５はパルス供給源Ｖxを示しており、その出力は導体８２によってΔＶxパルスを印加するために表面コンタクト８０へ接続している。図２の構成と比較することにより、図５の構成は、指の皮膚を同期パルスΔＶxで駆動する能力を有しているので、電荷積分器ＩのＶpixout出力スウイング (振れ)を約２倍にさせる。この技術は指紋センサーの感度を改善し、従って、より正確な指紋画像を提供することが可能であるが、それは構造を複雑なものとさせ、そのことは装置設計者によって考慮されねばならない。
【００３３】
理解されるように、種々のコンデンサプレートを異なるパターンでレイアウトさせることが可能である。図２に示した最も簡単な形態においては、上側プレートは正方形とすることが可能であり且つ下側プレートＡ及びＢは矩形状とすることが可能であり、それらの長尺端部がそれらを分離する狭いギャップを横断して互いに対面し、それらの外側の端部がほぼ上側プレートの正方形の形状に合致する。このようなレイアウトは寄生容量Ｃpの値を最小とさせるのに効果的である。何故ならば、下側プレートＡ及びＢは上側プレートを接地から著しく遮蔽させるからである。本発明を実現するためのその他の多くのレイアウトとすることが可能であることは勿論である。
【００３４】
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１実施例に基づく指紋検知装置を示した概略図。
【図２】  本発明の１実施例に基づいて構成された半導体装置の一部及び回路要素とその相互接続状態及び埋設されているコンデンサプレートに対する関係を示した概略断面図。
【図３】  本発明の埋込型コンデンサプレートの別の実施例であって図２の上側部分と同様の半導体装置の上側部分を示した概略断面図。
【図４】  本発明の更に別の実施例を示した図３と同様な概略断面図。
【図５】  本発明の種々の実施例において使用することが可能な付加的な特徴を示した図２と同様の概略断面図。
【符号の説明】
１０  ピクセル
１２  入力ノード
１４  出力ノード
１６  スイッチ
１８  出力回路
２４  指紋検知表面
２６  リセットスイッチ
３０  基板
３２  複合誘電体ボディ
３４，３６  プレート
【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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