(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性センサー用の検知要素において、
誘電体物体の本体、
前記誘電体本体上に配設されており前記容量性センサーの検知表面の一部を画定する上部表面を具備している表面プレート、
互いに且つ前記誘電体本体の一部により前記表面プレートから離隔されている第一及び第二プレート、
前記表面プレート、前記第一プレート、前記第二プレートから前記誘電体本体の一部によって離隔されている第三プレート、
前記第三プレートを前記表面プレートへ接続させる導体、
を有しており、前記第一プレートが前記第三プレートと共に第一コンデンサを画定し、前記第二プレートが前記第三プレートと第二コンデンサを画定し、前記第一及び第二コンデンサが前記表面プレートの前記上部表面において検知した可変容量の関数である信号を通信するために前記容量性センサー内における回路内において直列接続されており、前記第一、第二、第三プレートが、各々、前記表面プレートの下側において同じ距離前記誘電体本体内に埋設されており、前記第三プレートが前記第一及び第二プレートの間で且つそれに隣接して位置しており、前記第一コンデンサが前記第一及び第三プレートの夫々対面する端部によって画定されており、前記第二コンデンサが前記第二及び第三プレートの夫々対面する端部によって画定されていることを特徴とする検知要素。
【請求項２】
請求項１において、前記第一及び第二プレートが前記第三プレートへ向かって延在するフィンガーを有しており、且つ前記第三プレートが前記第一及び第二プレートへ向かって延在するフィンガーを有しており、前記第一プレートのフィンガーは前記第三プレートの隣接するフィンガーに対して噛み合い関係で位置しており且つ前記第一コンデンサを画定する前記対面する端部を形成しており、且つ前記第二プレートのフィンガーは前記第三プレートの隣接するフィンガーと噛み合い関係に位置しており且つ前記第二コンデンサを画定する前記対面する端部を形成していることを特徴とする検知要素。
【請求項３】
請求項１において、前記第一、第二、第三プレートが、基本的に、前記誘電体本体内に埋設されているアルミニウムから構成されていることを特徴とする検知要素。
【請求項４】
請求項１において、前記表面プレートが基本的に酸化チタンから構成されていることを特徴とする検知要素。
【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、前記誘電体物質が前記半導体物質の上側に配設されており且つ平坦な露出された表面部分を具備している指紋検知装置において、前記各ピクセルが、
前記誘電体物質によって前記検知表面に位置されており前記誘電体物質の周囲の平坦な表面部分と共に検知表面を画定している平坦な上部表面を具備している表面プレート、
前記表面プレートの下側のレベルにおいて且つそれと平行に位置して前記誘電体物質内に埋設されている第一及び第二プレート、
前記第二プレートへ接続されている入力と前記第一プレートへ印加される入力パルスに応答してピクセル出力信号を発生する出力とを具備している増幅器、
を有しており、前記表面プレートを前記検知表面へ適用されるユーザの指の指紋を担持する皮膚の一部とによって可変容量を具備する指紋コンデンサが形成され、前記皮膚の一部は前記皮膚が前記検知表面へ適用された場合に前記表面プレートの直上に配設され、前記表面プレートと前記埋設されている夫々の第一及び第二プレートとの間に第一及び第二コンデンサが形成され、前記ピクセル出力信号は、前記入力パルスが前記第一プレートへ印加される場合に、ユーザの指の皮膚の前記表面プレートに対する近接度を表わすために前記指紋コンデンサの容量値と共に変化し、更に、前記埋設されている第一及び第二プレートの間で且つそれらと同一面状に位置して埋設されている第三プレートを有しており、前記埋設されている第三プレートが前記表面プレートへ接続されており且つ前記第一及び第二プレートの夫々の対向する端部と対面する端部を有していることを特徴とする指紋検知装置。
【請求項６】
請求項５において、更に、前記増幅器に接続されているフィードバックコンデンサを有していることを特徴とする指紋検知装置。
【請求項７】
請求項６において、更に、前記フィードバックコンデンサと並列に前記増幅器に接続されているリセットトランジスタを有していることを特徴とする指紋検知装置。
【請求項８】
請求項５において、前記埋設されているプレートを前記表面プレートから分離する前記誘電体物質の厚さが前記第三プレートの端部を前記第一及び第二プレートの対向する端部から分離している距離よりも１０倍を超えており、前記第一及び第二コンデンサが、主に、前記第三プレートの端部と前記第一及び第二プレートの夫々の対向する端部との間に画定されてい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、容量性指紋センサーに関するものであって、更に詳細には、ユーザの指の指紋を担持する皮膚と容量的に相互作用を行う検知要素の構成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はＴａｒｔａｇｎｉ  ｅｔ  ａｌ．の本願出願人に譲渡されている米国特許第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．特許は単一の半導体チップ上に形成される従来のソリッドステート指紋センサーの基本的な構成及び動作を開示している。本明細書に添付した図１及び図２は該Ｔａｒｔａｇｎｉ  ｅｔ  ａｌ．特許の図１及び４に対応しており、二次元指紋センサーアレイの文脈において本発明の適用の理解を容易とさせるために以下に簡単に説明する。
【０００３】
本発明は、センサーセルからなる二次元アレイ内に包含されるセンサーセル即ち「ピクセル」の各々において複製される容量性検知要素 (装置)における改善を提供するものである。
【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、指紋検知装置用の改良した検知装置を提供することを目的とする。本発明の別の目的とするところは、改良した検知要素を具備する指紋検知装置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】
容量性指紋センサー用の改良した検知要素は誘電体物質によって分離されている複数のレベルにおけるコンデンサプレートを有しており、該プレートは複合誘電体ボディ (本体)の上表面上に配設されている表面プレート及び該表面プレートの下側に配設されており且つそれから複合誘電体本体の一部によって離隔されている互いに離隔されている第一及び第二プレートを有している。該表面プレート及び該複合誘電体本体の隣接する上表面部分は、検知動作期間中にユーザの指の指紋を担持する皮膚が適用される検知表面を画定している。該表面プレート及び指紋の山又は谷のいずれかとすることが可能な近接した皮膚は、一体となって、指紋コンデンサを画定する。該表面プレート及びその下側に存在する第一及び第二プレートは夫々第一及び第二コンデンサを画定している。これら２つのコンデンサは指紋コンデンサの可変容量の関数であるピクセル出力信号を発生する能動回路要素と相互接続されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は装置の検知表面とユーザの指の指紋を担持する皮膚との間の距離を検知する従来のセンサー装置１のレイアウトを示している。センサー装置１はアレイを形成すべく配列されている多数のセル２を有しており、各セルは基本的なセンサー即ちピクセルから構成されている。個々のセル２が単純であることは、センサー装置１を単一の半導体チップ上に集積化した形態で実現することを可能としている。
【０００７】
センサー装置１は、又、所定のスキャニングパターンに従って一度にセル２のうちの１つをイネーブル即ち動作可能状態とさせる水平方向スキャニングステージ５と垂直方向スキャニングステージ６とを有している。ステージ５及び６はシフトレジスタ、アドレスレコーダー、又はその他の適宜の回路を使用してセルの出力を読取ることを可能とさせる。
【０００８】
センサー装置１は、又、供給・論理ユニット７を有しており、それは該装置の回路要素にパワー即ち電力を供給し (セル２を含む)、必要な基準電圧を供給し、且つ装置動作のタイミングを制御する。図１は、供給・論理ユニット７が電圧供給源１２を有していることを示している。バッファ８は全てのセル２の出力と相互接続されており、且つスキャニングステージ５，６によってイネーブルされるシーケンスに従ってセル２の出力に対応する逐次的に発生する信号に対する出力１０を有している。
【０００９】
図２は２個の隣接するセル２Ａ及び２Ｂの詳細を示しており、人間の指の皮膚表面部分１８がその上に位置されている。これらの２個のセルの各々の要素は記号Ａ又はＢが付けられているが以下に説明するように基本的に同一のものである。各セル２は、好適には、入力ノード１６と出力ノード１７とを具備する低パワー反転増幅器１３を有しており、出力ノードは、又、個別的なセル２の出力を定義する。各セル２は、又、好適には、検知される指の皮膚表面１８に対面して位置されている同一面状の第一及び第二コンデンサプレート２３及び２４を有している。プレート２３，２４はセル２からなるアレイ３全体を包含する集積化したセンサー装置１の面をカバーする検知表面２６を具備する誘電体層２５で被覆されている。リセットスイッチ１９が反転増幅器１３の入力ノード１６と出力ノード１７との間に接続されている。入力コンデンサ２０がセル２の入力ノード２１と反転増幅器１３の入力ノード１６との間に接続されている。反転増幅器１３の入力ノード１６はコンデンサ３０によって示される寄生容量を有している。同様に、出力ノード１７はコンデンサ３１によって表わされる寄生容量を有している。
【００１０】
皮膚表面１８は第一セル２Ａに隣接する検知表面２６と接触する山３９及び第二セル２Ｂに隣接する検知表面２６の直上に配置している谷３８を有している。その結果、第一及び第二セル２Ａ，２Ｂは、各々、センサー装置１において異なる容量結合応答を発生する。従って、第一セル２Ａは谷３８を意味するより大きな距離ｄ２を検知する第二セル２Ｂよりも山３９を意味するより小さな距離ｄ１を検知する。第二セル２Ｂによって検知される距離ｄ２は第一コンデンサプレート２３Ｂと第一コンデンサプレート２３Ｂ直上の皮膚表面１８の部分との間の距離ｄ２ａと、第二コンデンサプレート２４Ｂと第二コンデンサプレート２４Ｂ直上の皮膚表面１８の部分との間の距離ｄ２ｂの平均である。ランプ型モデルの観点からは、この構成は接触部材と、山と、非接触部材と、谷との間の差を検知することが可能な３コンデンサ技法を実現している。
【００１１】
次に、図３−１２を参照して本発明について説明するが、夫々の図面において同様の構成要素には同様の参照番号を付してある。
【００１２】
図３を参照すると、センサーセル即ちピクセルの１実施例が示されており且つ大略参照番号４０で示してある。各セル４０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る二次元アレイにおいて配列される多数の同一のピクセルのうちの１つである。ピクセル４０は入力ノード４２と出力ノード４４とを有している。入力ノード４２は読取動作期間中に基準電圧供給源Ｖrからパルス型入力信号ΔＶを受取る。このΔＶ入力信号は、好適には、ピクセルアレイの選択された列における全てのピクセルへ印加される。例えば、図１は垂直スキャニングステージ６を示しており、それはアレイ３の個別的な列を一度に１つの列選択する。図３において、出力ノード４４はピクセル４０からの出力信号を周期的に検知する出力回路４８へ接続している。
【００１３】
ピクセル４０の出力は、例えば、米国特許第６，１１４，８６２号に記載されているように反転増幅器Ａによって発生される。反転増幅器Ａは負（−）入力に対応する入力ノード５０及びピクセル出力ノード４４に対応する出力ノードを有している。入力コンデンサＣinputはピクセルの入力ノード４２を反転増幅器の入力ノード５０と相互接続する。反転増幅器の正 (＋)入力は例えば接地等の電圧供給源へ接続している。図面中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的接地バスを表わすことが可能である。寄生容量Ｃpiは反転増幅器の入力ノード５０を接地へ接続し、且つ寄生容量Ｃpoは出力ノード４４を接地へ接続する。検知動作の直前において、リセットスイッチ５６が開かれて検知動作期間中に正確な出力信号を発生すべく反転増幅器Ａを準備する。リセットスイッチ５６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、且つ反転増幅器の入力ノード５０を出力ノード４４へ相互接続する。
【００１４】
上述した能動要素 (即ち、トランジスタ５６及び反転増幅器Ａ)は一部半導体基板５８内に形成されており、該基板は、従来、分離された活性区域が形成されている上部エピタキシャル層を有している。理解されるように、ピクセル４０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部分である。出発物質は、典型的に、ウエハをチップへスライスすることにより究極的に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５８はその上に配設されており且つ最終装置における検知表面６２を画定する複合誘電体ボディ (本体)６０を有している。点線６４は複合誘電体ボディ即ち本体６０からその下側の基板５８への遷移を模式的に表わしている。
【００１５】
複合誘電体本体 (ボディ)６０は別々には示していないが誘電体即ち絶縁性物質からなる複数個の層を有している。これらの誘電体層は半導体装置製造の技術分野における当業者にとって公知な従来の酸化物及び窒化物層を有することが可能である。誘電体ボディ (本体)６０内には幾つかのレベルの導電層が設けられており、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ている。このような３個の導体がピクセル４０の一部として図３に示されており且つ表面プレート、プレートＡ、プレートＢとして示されている。表面プレートの上部表面は平坦であり且つ好適には、誘電体本体 (ボディ)６０の周辺平坦表面部分と同一面状にあり、共に検知表面６２の一部を画定している。プレートＡ及びプレートＢは表面プレートの下側において誘電体ボディ即ち本体６０内に埋設されている。これらのプレートを形成するために公知のホトリソグラフィパターン形成技術を使用することが可能であり、且つ種々の適宜の導電性物質を使用することが可能である。たとえば、表面プレートは、基本的に、タングステンから構成することが可能であり且つプレートＡ及びＢは基本的にアルミニウムから構成することが可能である。隣接するピクセルの同様の形状とされたプレート６６及び６８が誘電体層６０の右側の破断線において部分的に示されている。
【００１６】
表面プレートがユーザの指７０の一部と接触して示されており、該指は、典型的な指紋の山７４と指紋の谷７６とを持った指紋を担持する皮膚７２を包含している。表面プレートに近接した皮膚７２の部分はコンデンサＣfを画定しており、その容量は表面プレートに対する皮膚の近接度と共に変化する。コンデンサＣfの容量は、指紋の山が表面プレートと接触している場合に最大であり、且つ指紋の谷が表面プレートの直上にある場合に最小である。
【００１７】
プレートＡ及びそのすぐ上に並置されている表面プレートの部分は第一結合コンデンサＣaを画定しており、且つプレートＢ及びそのすぐ上に並置されている表面プレートの部分は第二結合コンデンサＣbを画定している。コンデンサＣpは表面プレートと接地との間の寄生容量を表わしている。プレートＡは反転増幅器の入力ノード５０へ接続しており、且つプレートＢは反転増幅器の出力ノード４４へ接続している。
【００１８】
理解されるように、図３においてＣf，Ｃa，Ｃbとして示した回路要素は、単に、どのようにして指７０、表面プレート、プレートＡ及びプレートＢが電気的に相互作用するかを示しており、それらはプレート自身のように別々の構成要素ではない。同様に、図３におけるコンデンサＣpは寄生コンデンサであり且つ別の構成的要素ではない。然しながら、コンデンサＣinputは製造トリランス内の特定の容量値を有するべく設計された別個の構成要素である。コンデンサＣinput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、又は導電性ポリシリコン層の上方に配設した金属プレート、又は基板５８における高度にドープした表面領域の上方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。
【００１９】
コンデンサＣa及びＣbの容量値は反転増幅器Ａを横断してのコンデンサＣfの可変容量の良好な結合を確保するために可及的に大きなものとすべきである。表面プレートをプレートＡ及びＢから分離する空間は窒化シリコン又は二酸化シリコン等の従来の誘電体物質と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。表面プレートをプレートＡ及びプレートＢから分離する誘電体物質は１．０μｍ未満の厚さとすべきであり、好適には約０．２乃至０．８μｍの厚さを有するべきである。
【００２０】
トランジスタ５６及び反転増幅器Ａ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基板の上部表面に形成し、且つ、典型的に、基板５８直上の複合誘電体本体 (ボディ)６０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、それらの構成についての説明は割愛するが、基板５８の断面上に重畳して回路図に模式的に示してある。理解すべきことであるが、寄生容量Ｃpi及びＣpoは基板５８及び誘電体本体 (ボディ)６０の両方に存在する構成から発生する。
【００２１】
特定のピクセルが読取られる場合には、基準電圧供給源ＶrによってパルスΔＶが発生される。このパルスはピクセル入力ノード４２を介してピクセル４０へ印加される。パルスΔＶがコンデンサＣinputを介して伝播し且つ反転増幅器Ａの入力ノード５０に表われる。ピクセル４０の読取前に、スイッチ５６が開かれる。反転増幅器Ａがその出力ノード４４において出力信号を発生し、それは出力回路４８へ通信される。該出力回路は、更なる処理のために順番に他のピクセル出力と共にチップ外での通信のためにノード４４上のピクセル出力信号をデジタル化する。出力ノード４４上の出力信号のアナログ値がそのフィードバックループにおける容量の関数である反転増幅器Ａの利得によって決定される。直列接続されているコンデンサＣa及びＣbがフィードバックループを画定し且つそれらの結合した値が指紋コンデンサＣfの容量によって変調される。
【００２２】
別の回路構成を図４に示してあり、そこに示したピクセルは図３のピクセル４０と区別するために参照番号８０で示してある。然しながら、同一の構成要素には同一の参照番号を付してある。理解されるように、図４のピクセル８０はピクセル入力ノード４２へ接続しているプレートＡ及び反転増幅器Ａの入力ノード５０へ接続しているプレートＢを有している。図３の入力コンデンサＣinputは取除かれている。図４のピクセル８０の回路においては、フィードバックコンデンサＣfbが反転増幅器の入力ノード５０と出力ノード４４との間に接続されている。フィードバックコンデンサＣfbは反転増幅器Ａの利得に影響を与え且つそれをして電荷積分器として機能をさせる製造トリランス内における特定の容量値を有するべく構成されている。フィードバックコンデンサＣfb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、導電性ポリシリコン層の上方に配設した金属プレート、又は基板５８における高度にドープした表面領域上方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。
【００２３】
図３及び４の変形実施例においては、夫々のピクセル４０及び８０の各々は４個のコンデンサＣa，Ｃb，Ｃf，Ｃpによって画定される検知要素を具備している。これらの４個のコンデンサは図４において接続ノードＡ，Ｂ，Ｆ及び接地と共に一般化して示してある。ノードＡ及びＢは図３及び４におけるプレートＡ及びＢに対応している。図５は、更に、コンデンサＣa及びＣbが表面プレートに対応する共通ノード８２を共用することを示している。ノードＦは指紋を担持する皮膚７２に対応しており、それは表面プレートと共に可変指紋コンデンサＣfを定義している。寄生容量Ｃpがノード８２と接地との間に接続している。
【００２４】
図６は、更に、表面プレート及びプレートＡ及びＢの構成及びそれらが画定するコンデンサを一般化している。図５と比較して、図６は接続ノードＡ，Ｂ，Ｃ及び接地のみを示すコンデンサＣa，Ｃb，Ｃf，Ｃpに対応する一般化した検知要素を示している。
【００２５】
図７は図３のピクセル４０に対応する簡単化した回路図であり、且つ図８は図４のピクセル８０に対応する簡単化した回路図であり、これら両方の図はＳＥとして示した図６の一般化した検知要素を使用している。図７及び８は本発明の検知要素実施例に対する別の回路適用例を示している。図７において、検知要素ＳＥは反転増幅器Ａのフィードバックループ内に接続されており、一方図８においては、検知要素ＳＥはピクセルの入力ノード４２と反転増幅器の入力ノード５０との間の入力経路内に存在している。本発明の検知要素の種々の実施例について図９−１２を参照して説明する。
【００２６】
図９を参照すると、ピクセル４０又は８０のいずれにおいても有用な検知要素の基本的な形態が概略断面図で示されている。該ピクセルの上部誘電体部分は６０のみが示されている。基板 (不図示)は点線６４の下側にあることを理解すべきである。この実施例においては、表面プレートをその下側のプレートＡ及びＢから分離する誘電体物質８４が最小の実際的な厚さを有するものであることが重要である。好適には、分離用誘電体８４は約０．２乃至０．３μｍの厚さとすべきである。分離用誘電体８４に対する最小の実際的な厚さは表面プレートとその下側のプレートＡ及びＢとの間の容量結合を最大とさせる。
【００２７】
図１０を参照すると、本発明検知要素の別の実施例が示されており、この場合には、付加的なプレートＣがプレートＡとプレートＢとの間に介在されている。プレートＣは例えば金属ビア等の導体８６によって表面プレートへ接続している。このことは表面プレートをその下側のプレートから分離しているより厚い誘電体本体部分８８を使用することを可能とする。例えば、誘電体本体部分８８は１０μｍを超える厚さとすることが可能であり、好適には、１５乃至２０μｍの厚さである。プレートＡ，Ｂ，Ｃは同一面状であり、且つ、図示した如く、プレートＣの端部をプレートＡ及びＢの夫々の対向する端部から分離する誘電体スペーサー９０及び９２を有している。プレートＡ，Ｂ，Ｃはアルミニウムメタリゼーション等の同一の導電層からエッチング形成することが可能であり、１．０μｍのギャップをその中に刻設して別々のプレートを画定する。従って、図５のコンデンサＣa及びＣbは埋設されているプレートＡ，Ｂ，Ｃの対面する端部間に形成される。この効果を図１０Ａによってより明確に示してある。
【００２８】
図１０Ａにおいては、コンデンサＣa1がプレートＡとプレートＣとの間に形成されており、且つコンデンサＣa2がプレートＡと表面プレートとの間に形成されている。表面プレートをプレートＡから分離する誘電体物質の厚さ (好適には、１５乃至２０μｍ)がプレートＡをプレートＣから分離する誘電体物質の厚さ (好適には、１．０μｍ)よりも著しく大きい場合には、コンデンサＣa1をコンデンサＣa2よりも一層大きなものとすることが可能である。同様に、プレートＢとプレートＣとの間に形成されているコンデンサＣb1をコンデンサＣa2よりも一層大きなものとすることが可能である。コンデンサＣa1及びＣb1と相対的にコンデンサＣa2及びＣb2を無視可能なものとさせることを確保するために表面プレート及び埋設したプレートＡ，Ｂ，Ｃのレイアウトを設計することが可能であることが理解される。このような１つのレイアウトを図１０Ｂに示してある。
【００２９】
図１０Ｂは図１０ＡのプレートＡ，Ｂ，Ｃに対する噛み合い型配列を示している。図１０Ｂのレイアウトに示されるように、プレートＡ及びＢは内側に延在するフィンガー９４を有しており且つプレートＣは外側に存在するフィンガー９６を有している。複数個の噛み合わされたフィンガー９４及び９６は図１０ＡのコンデンサＣa1及びＣb1を画定する対面する端部を形成している。このような噛み合い型配列はコンデンサＣa1及びＣb1の容量を著しく増加させる。何故ならば、夫々のコンデンサプレートの共有面積が著しく増加されるからである。
【００３０】
図１０Ｂのレイアウトはピクセルの寸法の限界内において隣接するプレート間の容量を増加させることが可能な多数の変形例のうちの１つに過ぎない。例えば、Ｔａｒｔａｇｎｉ  ｅｔ  ａｌ．の米国特許第６，１１４，８６２号の図８は、２つの隣接するプレートの鏡像レイアウトを複製することによって３個の隣接するプレートへ変換させることが可能なＣ形状プレート及び相補的な隣接プレートの構成を示している。その結果は、左側にＣ形状プレート、右側に鏡像関係にあるＣ形状プレート及びそれらの間に中央のプレートがあり、その中央のプレートが中央に共通のバー形状部分とＣ形状プレート内の隣接する亜鈴形状端部へのＣ形状ギャップを介しての延長部とを具備しているものとして容易に思い描かれる。該延長部及び亜鈴形状端部は図１０Ｂの噛み合い型レイアウトの２つの反対に配向されたフィンガー９６と同様であり、且つ同様の態様で同一の容量向上機能を達成する。
【００３１】
再度図９及び１０を参照すると、図１０のプレート配置は、図９の配置の場合に必要とされる比較的薄い分離用誘電体部分８４と比較して、表面プレートを下側の埋込型プレートから分離する非常に厚い誘電体部分８８を使用することを可能とすることが理解される。このことは図１０の構成においてプレートＣを設け且つそれを導体８６を使用して表面プレートと相互接続させることによって可能とされている。注意すべきことであるが、表面プレートはプレートＡ及びＢのすぐ上に並置されることは必要ではない。表面プレートへ接続されている埋込型プレートＣを使用してコンデンサＣa及びＣbを形成することは、表面プレートのレイアウト構成を下側の埋込型プレートから分離させることを可能とする。このことは図１１及び１２の構成においても成立する。厚い誘電体部分８８は従来のＣＶＤ技術を使用して付着形成させることが可能な硬質のガラス物質とすることが可能である。又、より厚手のガラス層の上に薄い窒化シリコン又はオキシナイトライド層を使用することが可能であり、それは一体となって厚い誘電体部分８８を形成することが可能である。
【００３２】
図１１及び１２は下側埋込型プレートの異なる配置を使用した本発明の検知要素の付加的な実施例を示している。これら２つの構成は３つのレベルの導体を使用している。図１１及び１２における埋設されている下側のレベルのプレートは基本的にアルミニウムから構成することが可能であり、又はその他の適宜の導電性物質を有することが可能である。
【００３３】
図１１において、プレートＣはプレートＡ及びＢの下側に設けられている。プレートＣは導体８６によって表面プレートへ接続されている。表面プレートを下側に存在するプレートＡ及びＢから分離する誘電体物質部分８８は比較的厚いものとすることが可能であり、一方比較的薄い誘電体物質部分即ち層９８がプレートＣをプレートＡ及びＢから分離している。従って、図５のコンデンサＣa及びＣbは、夫々、プレートＣとプレートＡ及びＢとの間に実効的に形成される。
【００３４】
図１２は図１１と類似した構成を示しており、この場合におけるプレートＣは第二レベルに位置しており且つプレートＡ及びＢは第三レベルの導電性プレートに位置している。プレートＣは導体８６によって表面プレートへ接続しており、従って誘電体物質８８は非常に厚いものとすることが可能であり、一方誘電体物質９８は比較的薄くされている。図１１及び１２において、誘電体物質９８は１．０μｍ未満の厚さとすべきであり、且つ、好適には０．２乃至０．３μｍの厚さであり、一方誘電体物質８８は１０．０μｍを超える厚さとすべきであり、好適には、１５乃至２０μｍの厚さである。
【００３５】
理解されるように、前述した説明から種々の付加的なセンサー要素構成を実現することが可能である。図１０−１２からの特徴は容量結合を更に改善するため、又はレイアウトに関連した又は処理に関連した設計条件を容易なものとするために結合させることが可能である。例えば、図１１又は１２におけるプレートＣはプレートＡ及びＢと同一面状に位置しており且つ図１０のプレートＣの態様でそれらの間に介在して位置される付加的な共通プレートを有することが可能である。
【００３６】
更に、上述したものと異なる物質を使用することも可能である。例えば、表面プレートはタングステンの代わりに酸化チタン膜から形成することが可能である。更に、複合導電層を使用することが可能である。例えば、図１２の構成において、プレートＣはアルミニウム層の上に酸化チタン層を設けることにより形成することが可能であり、プレートＡ及びＢはアルミニウムとすることが可能であり、又は例えばシリサイド化したポリシリコン等の従来の導電性ポリシリコン層から形成することが可能である。
【００３７】
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】  従来の指紋センサーを示した概略ブロック図。
【図２】  図１の装置の２個の隣接するセンサーセルの上に位置させた指の小さな部分を示した拡大概略断面図。
【図３】  本発明に基づく構成要素の機能を理解することを簡単にするためにコンデンサプレートを断面で且つコンデンサを記号で重畳して示したセンサーセルの上方に指の小さな部分を位置させた状態を示した拡大概略断面図。
【図４】  本発明に基づく要素からなる別の回路構成を示した図３と同様の拡大概略断面図。
【図５】  本発明に基づく基本的な検知要素を形成するコンデンサを示した概略回路図。
【図６】  他の回路要素と接続するノードを示した図５の検知要素の一般化した概略図。
【図７】  本発明に基づく２つの変形回路のうちの１つを示した図３に対応する概略回路図。
【図８】  ２つの変形回路のうちの他方を示した図４に対応し且つ図７と同様の概略回路図。
【図９】  表面コンデンサプレートとその下側において誘電体物質内に埋設されているコンデンサプレートとを示した本発明に基づく検知要素の別の実施例を示した概略断面図。
【図１０】  表面コンデンサプレートとその下側において誘電体物質内に埋設されているコンデンサプレートとを示した本発明に基づく検知要素の別の実施例を示した概略断面図。
【図１０Ａ】  断面プレート構成上に重ねて電気回路要素を示した図１０の構成の別の概略図。
【図１０Ｂ】  図１０Ａの埋設したコンデンサプレートの噛み合い型レイアウトを示した概略平面図。
【図１１】  表面コンデンサプレートとその下側において誘電体物質内に埋設されているコンデンサプレートとを示した本発明に基づく検知要素の別の実施例を示した概略断面図。
【図１２】  表面コンデンサプレートとその下側において誘電体物質内に埋設されているコンデンサプレートとを示した本発明に基づく検知要素の別の実施例を示した概略断面図。
【符号の説明】
４０  センサーセル (ピクセル)
４２  入力ノード
４４  出力ノード
４８  出力回路
５６  リセットスイッチ
５８  半導体基板
６０  複合誘電体本体 (ボディ)
６２  検知表面
７０  指
７２  皮膚
７４  指紋の山
７６  指紋の谷
【図１】
0004308505.tif 000002
【図２】
0004308505.tif 000003
【図３】
0004308505.tif 000004
【図４】
0004308505.tif 000005
【図５】
0004308505.tif 000006
【図６】
0004308505.tif 000007
【図７】
0004308505.tif 000008
【図８】
0004308505.tif 000009
【図９】
0004308505.tif 000010
【図１０】
0004308505.tif 000011
【図１０Ａ】
0004308505.tif 000012
【図１０Ｂ】
0004308505.tif 000013
【図１１】
0004308505.tif 000014
【図１２】
0004308505.tif 000015