(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にあって、外部接触領域に指が置かれる絶縁膜と、
前記半導体基板上の複数の層間絶縁膜中の所定層に設けられ、前記絶縁膜を隔てて前記指と対向し得るように配置された検出電極と、
前記半導体基板上の複数の層間絶縁膜中の前記所定層とは異なる層の層間絶縁膜上に設けられ、基準電位が与えられる配線層と、
前記検出電極と同一の層間絶縁膜層に配置され、前記絶縁膜を隔てて前記指と対向し得るように配置されるダミー電極と、を備え、
前記ダミー電極は、前記検出電極の下部に配置される前記層間絶縁膜に設けられるコンタクト孔を介して、前記基準電位が与えられた前記配線層に接続されることにより、
前記ダミー電極と前記外部接触領域までの前記絶縁膜中の距離が、前記検出電極と前記外部接触領域までの前記絶縁膜中の距離より小さくなるように形成される、
ことを特徴とする指紋検出装置。
【請求項２】
前記コンタクト孔のサイズは、前記絶縁膜の膜厚の２倍以上にすることを特徴とする、請求項１記載の指紋検出装置。
【請求項３】
前記検出電極と前記ダミー電極の配置位置に高低差を伴わせるために、前記ダミー電極下方の層間に残留膜を設けることを特徴とする請求項１に記載の指紋検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出電極と指との間の静電容量の大小をモニタして指紋を判別する指紋検出装置の回路構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指紋検出装置は、検出電極上に絶縁膜が形成されており、検出電極と指との間の静電容量をモニタする方式が知られている。すなわち、モニタした静電容量の大小から指紋の隆線と谷線を判別するものである。
【０００３】
人体は、通常接地されていないため、日常の行動によって数万ボルト程度は容易に帯電し得る。よって、上記方式の指紋検出装置においては、この静電気が直接的に絶縁膜にかかるため、最悪、絶縁破壊を引き起こし、その部分のセンサは使用不可能となる。
【０００４】
従来では、このような絶縁破壊を防ぐため、検出電極間上方の絶縁膜上に金属膜導体を通し、この金属導体を接地することによって絶縁膜に静電気がかからないようにする技術があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような技術を用いるためには、検出電極部の形成とは別に、１）絶縁膜上に金属膜導体を蒸着する、２）金属膜導体加工のためのリソグラフィ技術工程、３）金属膜導体加工、の３工程の追加が必要になる。
【０００６】
このような工程の追加は製造コストの増加を招く。つまり、静電破壊を防ぎ、信頼性は向上するが、指紋検出装置としての安価な製品を供給できないという好ましくない状況となる。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その課題は、工程増を避けつつ静電破壊を防ぐための安定した静電保護構造を有する、低コストで高信頼性が得られる指紋検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の指紋検出装置は、半導体基板上にあって、外部接触領域に指が置かれる絶縁膜と、前記半導体基板上の複数の層間絶縁膜中の所定層に設けられ、前記絶縁膜を隔てて前記指と対向し得るように配置された検出電極と、前記半導体基板上の複数の層間絶縁膜中の前記所定層とは異なる層の層間絶縁膜上に設けられ、基準電位が与えられる配線層と、前記検出電極と同一の層間絶縁膜層に配置され、前記絶縁膜を隔てて前記指と対向し得るように配置されるダミー電極と、を備えている。
【０００９】
そして、本発明の指紋検出装置におけるダミー電極は、検出電極の下部に配置される層間絶縁膜に設けられるコンタクト孔を介して、基準電位が与えられた配線層に接続されることにより、ダミー電極と外部接触領域までの絶縁膜中の距離が、検出電極と外部接触領域までの絶縁膜中の距離より小さくなるように形成されることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の好ましい形態として、ダミー電極と配線層（基準電位）とが接続されるコンタクト孔のサイズは、絶縁膜の膜厚の２倍以上にすることを特徴とし、更に別の好ましい形態としては、検出電極とダミー電極の配置位置に高低差を伴わせるために、ダミー電極下方の層間に残留膜を設けることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、指紋検出装置に関し、静電破壊を防ぐための工程増加を極力抑えつつ、低コストで高信頼性が得られる構造として、検出電極周辺に同一工程で得られるダミー電極を設ける構成とした。これにつき、以下詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る指紋検出装置の構造の要部構成を示す断面図である。半導体基板１上に例えば素子分離用の絶縁膜２が形成されている。図示しないがこの絶縁膜２に囲まれた基板１上には素子構造が形成されている。この絶縁膜２上に層間の絶縁膜４が形成されている。
【００１４】
絶縁膜４上には配線層５が形成されている。この配線層５は、基準電位（例えば接地電位）にされるものである。また、配線層５の一部上を含んで絶縁膜４上には層間の絶縁膜６が形成されている。絶縁膜６上に検出電極７が形成されている。
【００１５】
検出電極７と同一の配線層にはダミー電極８が形成されている。ダミー電極８は、絶縁膜６に選択的に形成されたコンタクト孔６１を介して下層の配線層５と電気的に接続されている。
【００１６】
絶縁膜６上には、上記検出電極７及びダミー電極８上を覆うように絶縁膜９が形成されている。絶縁膜９の表面は外部接触領域となり、指表面が置かれる。すなわち、検出電極７及びダミー電極８と指表面１０が絶縁膜９を挟んで対向するようになり、検出電極７と指表面１０との間の静電容量Ｃ２０をモニタすることにより、静電容量の大小から指紋の隆線と谷線を判別する。
【００１７】
上記実施形態において、ダミー電極８と配線層５を繋げるコンタクト孔６１の段差を反映させた絶縁膜９の被覆状態が重要である。検出電極７上部の絶縁膜の厚さＴ３０よりも、ダミー電極８上部の絶縁膜の厚さＴ３１が小さくなるように構成されていればよい。
【００１８】
すなわち、｛検出電極上部の容量絶縁膜厚（Ｔ３０）＞（ダミー電極上部の容量絶縁膜厚（Ｔ３１）｝という関係を作り出すことにより、絶縁膜９の絶縁耐圧以上の静電負荷がかかっても、破壊されるのはダミー電極８の上部であり、検出能力が劣化するようなことはない。
【００１９】
上記構成（Ｔ３１＞Ｔ３０）を形成するためには、コンタクト孔６１のサイズは絶縁膜９の膜厚の２倍以上になるようにする。そうすることで、コンタクト孔６１の形成により生じる段差によって、絶縁膜９のカバレッジが自然と悪化し、Ｔ３１＞Ｔ３０となる箇所が生じる。仮に、コンタクト孔６１のサイズが絶縁膜９の厚さの２倍以下であるようなら、コンタクト孔６１の段差は絶縁膜９に反映されず、カバレッジはむしろ良くなり意味をなさない。
【００２０】
上記実施形態の構成によれば、ダミー電極８は、検出電極７と同じように絶縁膜９を隔てて指と対向し得るように配置され、外部接触領域までの距離が上記検出電極７の外部接触領域までの距離より近い部分を有することになる。
【００２１】
しかも、ダミー電極８は、検出電極７と同じ工程で形成可能であり、またコンタクト孔６１は検出電極７の図示しない部分においても必要であるため、工程増加にはならない。この結果、工程増を避けつつ、静電破壊を防ぐ安定した静電保護構造を実現し、低コストで高信頼性が得られる。
【００２２】
図２は、本発明の第２実施形態に係る指紋検出装置の構造の要部構成を示す断面図である。前記第１実施形態と同様の箇所には同一の符号を付す。半導体基板１上に、例えば素子分離用の絶縁膜２が形成されている。絶縁膜２上の選択された領域に配線層（例えばダミー用の配線）３が形成されている。
【００２３】
この配線層３は、例えばＭＯＳトランジスタのゲートに用いられるポリシリコンであってもよく、要はダミー部になるべく多くの膜を残留させて、検出電極部と区別する。絶縁膜２上に配線層３を覆うように層間の絶縁膜４が形成されている。
【００２４】
上記配線層３の上方の絶縁膜４上において配線層５が形成されている。また、配線層５の一部上を含んで絶縁膜４上には層間の絶縁膜６が形成されている。絶縁膜６上に検出電極７が形成されている。
【００２５】
検出電極７と同一の配線層にはダミー電極８が形成されている。ダミー電極８は、絶縁膜６に選択的に形成されたコンタクト孔６１を介して下層の配線層５と電気的に接続されている。
【００２６】
絶縁膜６上には、上記検出電極７及びダミー電極８上を覆うように絶縁膜９が形成されている。絶縁膜９の表面は外部接触領域となり、指表面が置かれる。すなわち、検出電極７及びダミー電極８と指表面１０が絶縁膜９を挟んで対向するようになり、検出電極７と指表面１０との間の静電容量Ｃ２０をモニタすることにより、静電容量の大小から指紋の隆線と谷線を判別する。
【００２７】
上記実施形態においては、高低差Ｈ４０で示すように、ダミー部の絶縁膜４が検出電極部より高くなるようになるべく多くの膜を残留膜としてダミー部に残すようにした。従って、前記図１のように必ずしもコンタクト孔６１を開けた構成としなくてもよい。
【００２８】
雷の落下条件の１つに、近い導電体に落ちやすいというのは公知の事実であるが、この第２実施形態においては、まさにこの現象を利用しようとしているのである。もちろん、コンタクト孔６１を形成するなら、図示のようにコンタクト孔６１の段差を反映させた絶縁膜９の被覆状態がより好ましい。
【００２９】
ダミー部の高さが検出電極部に比べて、Ｈ４０の間隔分だけ高くなる。このように工程増することなく、｛ダミー電極の高さ｝＞｛検出電極の高さ｝という関係を作り出すことによって、絶縁膜９の絶縁耐圧以上の静電負荷がかかっても、破壊されるのはダミー電極８の上部であり、検出能力が劣化するようなことはない。
【００３０】
上記実施形態の構成によれば、ダミー電極８は、検出電極７と同じように絶縁膜９を隔てて指と対向し得るように配置され、外部接触領域までの距離が上記検出電極７の外部接触領域までの距離より近い部分を有することになる。また、この後に絶縁膜９を平坦化する加工をしてもよい。
【００３１】
上記各実施形態の構成によれば、ダミー電極は、検出電極と同じ工程で形成可能であり、またコンタクト孔を設けたり、配線層を残したりするにしても通常の工程内で工程増加にはならないように達成できる。この結果、極力、工程増を避けつつ、静電破壊を防ぐ安定した静電保護構造を実現し、低コストで高信頼性を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、検出電極部の形成の他に余分な工程を増すことなく、検出電極上部の絶縁膜破壊を防ぐことが可能な指紋検出装置の回路構造が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る指紋検出装置の構造の要部構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る指紋検出装置の構造の要部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、２，４，６，９…絶縁膜、３…配線層、７…検出電極、８…ダミー電極、１０…指表面、６１…コンタクト孔。
【図１】
0004370634.tif 000002
【図２】
0004370634.tif 000003