【０００１】[0001]
【本発明の属する技術分野】本発明は指紋検出装置及び
その製造方法に関する。詳しくは、指紋検出用の半導体
チップの最外表面に保護膜としてダイヤモンドライクカ
ーボン膜を備え、他の保護部材に比べて保護膜の応力を
軽減できるようにすると共に、成膜温度の上限を規定し
て半導体チップ内の配線材料のストレスマイグレーショ
ン等による破壊を抑制できるようにしたものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fingerprint detecting device and its manufacturing method. Specifically, a diamond-like carbon film is provided as a protective film on the outermost surface of the semiconductor chip for fingerprint detection so that the stress of the protective film can be reduced compared to other protective members, and the upper limit of the film formation temperature is specified. Then, the destruction of the wiring material in the semiconductor chip due to stress migration or the like can be suppressed.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、銀行や役所等で本人を確認する場
合や、電子機器を動作させる場合、特定施設建物等に入
場する場合に指紋検出装置が利用される場合が多くなっ
てきた。2. Description of the Related Art In recent years, a fingerprint detecting device is often used to identify a person at a bank or a public office, to operate an electronic device, or to enter a building of a specific facility.
【０００３】この種の指紋検出装置によれば、半導体基
板に格子状に検出電極を配置し、これらの検出電極の表
面を保護膜で覆うようになされる。このような半導体チ
ップを指紋センサチップとも呼ばれる。この保護膜の上
に指を載せたときに、その保護膜を誘電体として検出電
極と指の表面との間にコンデンサが形成され、指紋の凹
凸に応じて静電容量が異なって分布するようになされ
る。この静電容量の変化を検出することによって指紋の
模様（指紋パターン）を採取する方法が知られている
（例えば、米国特許第５３２５４４２号公報参照）。According to this type of fingerprint detection device, the detection electrodes are arranged in a lattice on the semiconductor substrate, and the surfaces of these detection electrodes are covered with a protective film. Such a semiconductor chip is also called a fingerprint sensor chip. When a finger is placed on this protective film, a capacitor is formed between the detection electrode and the surface of the finger using the protective film as a dielectric so that the capacitance is distributed differently depending on the unevenness of the fingerprint. Done There is known a method of collecting a fingerprint pattern (fingerprint pattern) by detecting this change in capacitance (see, for example, US Pat. No. 5,325,442).
【０００４】このように指紋検出装置は半導体チップ表
面を直接指で触れるようになされるために、半導体表面
を剥き出した構造を採らざるを得ない。そのため、保護
膜には例えば、指、爪、コイン、鉛筆等の物理的な衝突
に対する耐性が求められる。物理的な衝突に対する耐性
の他にも、静電気に対する耐性、容量検知が容易である
ことが要求される。具体的に、保護膜に関して、摩擦係
数が小さく、硬くて、絶縁破壊電界が高く、高融点、高
熱伝導率、熱膨張係数が小さく、比誘電率の大きいこと
が求められる。As described above, since the fingerprint detecting device is designed to directly touch the surface of the semiconductor chip with a finger, it is inevitable to employ a structure in which the semiconductor surface is exposed. Therefore, the protective film is required to have resistance to a physical collision with a finger, a nail, a coin, a pencil or the like. In addition to resistance to physical collision, resistance to static electricity and easy capacity detection are required. Specifically, the protective film is required to have a small friction coefficient, a high hardness, a high dielectric breakdown electric field, a high melting point, a high thermal conductivity, a small thermal expansion coefficient, and a large relative dielectric constant.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例に係
る指紋検出装置によれば、誘電体膜を兼用する窒化シリ
コン膜が保護膜として最外表面に形成されている。この
ため、以下のような問題がある。By the way, in the fingerprint detecting device according to the conventional example, a silicon nitride film which also serves as a dielectric film is formed on the outermost surface as a protective film. Therefore, there are the following problems.
【０００６】 窒化シリコン膜は表面硬度が９〜１０
ＧＰａ（ギガパスカル）程度であって、それほど硬い膜
ではなく傷がつき易い。このため、指紋センサチップ
（以下で半導体チップともいう）を露出しないように例
えば、金属製の蓋体を装着して使用される場合が多かっ
た。この種の保護用の蓋体の開閉動作は感覚的に必ずし
も好ましいものではない。 蓋体の開閉機構が指紋検出装置の薄型化及びその小
型化を妨げたり、その低廉化の妨げとなる。 更に、個人識別機能を重視すべく携帯電子機器等に
指紋照合システムを搭載しようとした場合に、蓋体やそ
の開閉機構が製造負担増となるおそれがある。 因みに、ダイヤモンドなどの炭素部材を保護膜とし
て用いた場合、膜の応力が高くなる。膜の応力が高い
と、例えば膜自身の剥がれやストレスマイグレーション
による配線破壊を生じる場合が多くなる。つまり信頼性
の良い指紋検出装置の製造の妨げとなる。The silicon nitride film has a surface hardness of 9 to 10.
It is about GPa (gigapascal) and is not a very hard film, and is easily scratched. Therefore, for example, a metal lid is often used so as not to expose the fingerprint sensor chip (hereinafter also referred to as a semiconductor chip). This kind of opening / closing operation of the protective lid is not always preferable from a sensory point of view. The opening / closing mechanism of the lid hinders the thinning and downsizing of the fingerprint detection device, and hinders its cost reduction. Furthermore, when a fingerprint collation system is mounted on a portable electronic device or the like in order to place importance on the personal identification function, there is a risk that the manufacturing load of the lid and its opening / closing mechanism will increase. Incidentally, when a carbon member such as diamond is used as the protective film, the stress of the film becomes high. When the stress of the film is high, for example, peeling of the film itself or wiring breakdown due to stress migration often occurs. That is, it hinders the manufacture of a highly reliable fingerprint detection device.
【０００７】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、従来例に比べて保護膜の応力
を軽減できるようにすると共に、半導体チップ内の配線
材料のストレスマイグレーション等を防止できるように
した指紋検出装置及びその製造方法を提供することを目
的とする。Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems. The stress of the protective film can be reduced as compared with the conventional example, and the stress migration of the wiring material in the semiconductor chip is prevented. An object of the present invention is to provide a fingerprint detection device and a manufacturing method thereof that can be prevented.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上述した課題は、指紋検
出用の半導体チップと、この半導体チップの最外表面に
設けられた炭素系の保護膜とを備え、この保護膜にはダ
イヤモンドライクカーボンが適用され、このダイヤモン
ドライクカーボンは成膜温度を２００℃乃至４５０℃に
設定されて形成されたものであることを特徴とする指紋
検出装置によって解決される。The above-mentioned problems are provided with a semiconductor chip for fingerprint detection and a carbon-based protective film provided on the outermost surface of this semiconductor chip, and this protective film is provided with diamond-like carbon. Is applied, and the diamond-like carbon is formed by setting the film forming temperature at 200 ° C. to 450 ° C. to solve the fingerprint detecting device.
【０００９】本発明に係る指紋検出装置によれば、成膜
温度を２００℃乃至４５０℃に設定してダイヤモンドラ
イクカーボンが成膜されて成るので、膜の応力を軽減さ
れた保護膜により半導体チップの最上表面等を保護する
ことができる。また、その成膜温度の上限が４５０℃と
されるので、半導体チップ内の配線材料のストレスマイ
グレーション等による破壊を抑えることができ、膜自身
の剥がれを無くすことができる。従って、より一層信頼
性の高い指紋検出装置を提供することができる。According to the fingerprint detecting device of the present invention, since the diamond-like carbon is formed by setting the film forming temperature to 200 ° C. to 450 ° C., the semiconductor chip is protected by the protective film with reduced film stress. The uppermost surface of the can be protected. Further, since the upper limit of the film forming temperature is set to 450 ° C., it is possible to prevent the wiring material in the semiconductor chip from being damaged by stress migration or the like, and to prevent the film itself from peeling. Therefore, it is possible to provide a more reliable fingerprint detection device.
【００１０】本発明に係る指紋検出装置の製造方法によ
れば、半導体基板上に指紋検出用の回路電極を形成する
工程と、回路電極を含む半導体基板上の全面に絶縁性の
膜を形成する工程と、成膜温度を２００℃乃至４５０℃
に設定して絶縁性の膜上にダイヤモンドライクカーボン
を形成する工程とを有することを特徴とするものであ
る。According to the manufacturing method of the fingerprint detecting device of the present invention, the step of forming the circuit electrode for detecting the fingerprint on the semiconductor substrate and the step of forming the insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate including the circuit electrode. Process and film formation temperature 200 ° C to 450 ° C
And a step of forming diamond-like carbon on the insulating film.
【００１１】本発明に係る指紋検出装置の製造方法によ
れば、成膜温度を２００℃乃至４５０℃に設定してダイ
ヤモンドライクカーボンを成膜するようにしたので、２
００℃以下で保護膜を形成する場合に比べて保護膜とし
てのダイヤモンドライクカーボン膜の応力を軽減するこ
とができる。また、その成膜温度の上限が４５０℃とさ
れるので、半導体チップ内の配線材料のストレスマイグ
レーション等による破壊を抑えることができ、膜自身の
剥がれを無くすことができる。従って、信頼性の高い指
紋検出装置を製造することができる。According to the method of manufacturing the fingerprint detecting device of the present invention, the film-forming temperature is set to 200 ° C. to 450 ° C. so that the diamond-like carbon film is formed.
The stress of the diamond-like carbon film as a protective film can be reduced as compared with the case where the protective film is formed at 00 ° C. or lower. Further, since the upper limit of the film forming temperature is set to 450 ° C., it is possible to prevent the wiring material in the semiconductor chip from being damaged by stress migration or the like, and to prevent the film itself from peeling. Therefore, a highly reliable fingerprint detection device can be manufactured.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】続いて、この発明に係る指紋検出
装置及びその製造方法の一実施の形態について、図面を
参照しながら説明をする。図１Ａ及びＢは本発明に係る
実施形態としての指紋検出装置１００の構成例を示す側
面図及び拡大断面図である。この実施形態では指紋検出
用の半導体チップの最外表面に保護膜としてダイヤモン
ドライクカーボン膜を備え、従来例に比べて保護膜の応
力を軽減できるようにすると共に、成膜温度の上限を規
定して半導体チップ内の配線材料のストレスマイグレー
ション等による破壊を抑制できるようにしたものであ
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, an embodiment of a fingerprint detecting device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are a side view and an enlarged cross-sectional view showing a configuration example of a fingerprint detection device 100 as an embodiment according to the present invention. In this embodiment, a diamond-like carbon film is provided as a protective film on the outermost surface of the semiconductor chip for fingerprint detection so that the stress of the protective film can be reduced as compared with the conventional example, and the upper limit of the film forming temperature is defined. Thus, it is possible to suppress the destruction of the wiring material in the semiconductor chip due to stress migration or the like.
【００１３】図１Ａに示す指紋検出装置１００は人の指
紋を検出するものであり、絶縁基板１上に指紋検出用の
半導体チップ（以下で指紋センサチップという）１０が
備えられている。この指紋センサチップ１０の最外表面
には炭素系の保護膜１４が設けられている。指紋センサ
チップ１０は指紋検出領域Ａを有している。この保護膜
１４の周縁部は、指紋検出領域Ａを画定する窓部Ｗを除
く絶縁基板１の全面を覆うように絶縁性の部材２によっ
て抑え込まれている。窓部Ｗは絶縁性の部材２に形成さ
れた開口部によって画定されている。A fingerprint detecting device 100 shown in FIG. 1A is for detecting a human fingerprint, and a semiconductor chip (hereinafter referred to as a fingerprint sensor chip) 10 for fingerprint detection is provided on an insulating substrate 1. A carbon-based protective film 14 is provided on the outermost surface of the fingerprint sensor chip 10. The fingerprint sensor chip 10 has a fingerprint detection area A. The peripheral portion of the protective film 14 is held by the insulating member 2 so as to cover the entire surface of the insulating substrate 1 excluding the window W that defines the fingerprint detection area A. The window W is defined by an opening formed in the insulating member 2.
【００１４】炭素系の保護膜１４を指紋センサチップ１
０の最外表面に設けたのは、当該指紋検出装置１００が
直接、指３で触れる構造であること、半導体表面を剥き
出し状態にしないことを前提にして、指３、爪、コイ
ン、鉛筆等の物理的な衝突に耐えられること、静電気に
耐えられること、容量検知が容易であることを考慮した
ためである。The carbon-based protective film 14 is attached to the fingerprint sensor chip 1
0 is provided on the outermost surface of the finger 3, fingernails, coins, pencils, etc. on the assumption that the fingerprint detection device 100 is directly touched by the finger 3 and the semiconductor surface is not exposed. This is because it has been considered that it can withstand a physical collision with, that it can withstand static electricity, and that capacity detection is easy.
【００１５】この炭素系の保護膜１４にはダイヤモンド
ライクカーボンが使用される。このダイヤモンドライク
カーボンは成膜温度を２００℃乃至４５０℃に設定され
て形成されたものである。ダイヤモンドライクカーボン
は摩擦係数が小さく、硬くて、絶縁破壊電界が高く、高
融点、高熱伝導率、熱膨張係数が小さく、比誘電率の大
きい等の特徴がある。一般に融点が高いほど、また、結
晶性が高いほど、膜の応力が増加する傾向にあることは
公知である。従って、ダイヤモンドとダイヤモンドライ
クカーボンを比べた場合、ダイヤモンドライクカーボン
を用いる方が有利であることは明らかである。Diamond-like carbon is used for the carbon-based protective film 14. This diamond-like carbon is formed by setting the film forming temperature to 200 ° C to 450 ° C. Diamond-like carbon has features such as a small friction coefficient, hardness, a high dielectric breakdown electric field, a high melting point, a high thermal conductivity, a small thermal expansion coefficient, and a large relative dielectric constant. It is generally known that the higher the melting point and the higher the crystallinity, the more the stress of the film tends to increase. Therefore, when comparing diamond and diamond-like carbon, it is clear that it is more advantageous to use diamond-like carbon.
【００１６】この実施形態ではダイヤモンドライクカー
ボンの膜厚を例えば、０．２〜５．０μｍの範囲であっ
て、好ましくは０．５〜２．０μｍ程度になされる。
０．２μｍ以下では保護機能が十分ではなく、５μｍ以
上ではダイヤモンドライクカーボンの内部応力のため
に、膜剥がれが起こることが本願発明者らによって確認
されている。ダイヤモンドライクカーボンの膜硬度は１
０ＧＰａ（ギガパスカル）以上であって、好ましくは２
０ＧＰａ程度になされる。In this embodiment, the film thickness of diamond-like carbon is, for example, in the range of 0.2 to 5.0 μm, preferably about 0.5 to 2.0 μm.
It has been confirmed by the present inventors that if the thickness is 0.2 μm or less, the protective function is insufficient, and if the thickness is 5 μm or more, film peeling occurs due to internal stress of diamond-like carbon. The film hardness of diamond-like carbon is 1
0 GPa (gigapascal) or more, preferably 2
It is set to about 0 GPa.
【００１７】この実施形態ではダイヤモンドライクカー
ボンを炭素及び水素から構成する場合と、ダイヤモンド
ライクカーボンを炭素、水素及び／又は窒素から構成す
る場合が対象となる。いずれのダイヤモンドライクカー
ボンも、炭素原子が四面体配位を採り、ダイヤモンド構
造を採る。In this embodiment, the case where the diamond-like carbon is composed of carbon and hydrogen and the case where the diamond-like carbon is composed of carbon, hydrogen and / or nitrogen are targeted. In any of the diamond-like carbons, the carbon atoms adopt a tetrahedral coordination, and have a diamond structure.
【００１８】通常のダイヤモンドは安定した立方晶系に
属し、四面体の各頂点の炭素原子が電子を共有（ＳＰ２
混成軌道）して三次元的に広がった構造を採る。ダイヤ
モンドライクカーボンはダイヤモンド構造を採るが、炭
素原子の一部が水素原子及び／又は窒素原子と置き換わ
ったものである。ダイヤモンドよりも更に硬い膜を形成
することができる。Ordinary diamond belongs to a stable cubic system, and carbon atoms at each vertex of a tetrahedron share electrons (SP2
A hybrid orbit) that takes a three-dimensional structure. Diamond-like carbon has a diamond structure in which some carbon atoms are replaced with hydrogen atoms and / or nitrogen atoms. A film harder than diamond can be formed.
【００１９】この保護膜１４の一例となるダイヤモンド
ライクカーボン膜（以下で同じ符号で記述する）の下方
の指紋センサチップ１０は、図１Ｂに示すように半導体
基板１１上に複数の検出電極１２が形成されており、コ
ンデンサＣの蓄積電極等を構成するようになされる。こ
の検出電極１２の配置ピッチｐは８０μｍ程度である。As shown in FIG. 1B, the fingerprint sensor chip 10 below the diamond-like carbon film (described below by the same reference numeral) as an example of the protective film 14 has a plurality of detection electrodes 12 on a semiconductor substrate 11. It is formed so as to form a storage electrode and the like of the capacitor C. The arrangement pitch p of the detection electrodes 12 is about 80 μm.
【００２０】検出電極１２上には窒化シリコン膜などの
絶縁膜１３に覆われている。この絶縁膜１３は誘電体膜
を兼ねるようになされる。これと共に、検出電極１２を
直接接触できないようになされる。上述したダイヤモン
ドライクカーボン膜（以下でＤＬＣ膜という）１４はこ
の絶縁膜１３上を覆うように形成されている。The detection electrode 12 is covered with an insulating film 13 such as a silicon nitride film. The insulating film 13 also serves as a dielectric film. At the same time, the detection electrode 12 cannot be directly contacted. The diamond-like carbon film (hereinafter referred to as DLC film) 14 described above is formed so as to cover the insulating film 13.
【００２１】次に、指紋センサチップ１０における指紋
検出原理について説明をする。図２は指紋センサチップ
１０の構成例を示す平面図である。Next, the principle of fingerprint detection in the fingerprint sensor chip 10 will be described. FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of the fingerprint sensor chip 10.
【００２２】この指紋センサチップ１０では図２に示す
半導体基板１１に行方向ｍ個及び列方向にｎ個の検出電
極１２が格子状に配置されている。これを検出電極アレ
イ１５という。各々の検出電極１２にはスイッチング用
の電界効果トランジスタ（以下で単にトランジスタとい
う）Ｔｒが接続されている。図２には３×３個の検出電
極１２及びトランジスタＴｒを示している。この例では
検出電極１２はトランジスタＴｒのソースに接続されて
いる。他の検出電極１２も同様に接続される。In this fingerprint sensor chip 10, m detection electrodes 12 in the row direction and n detection electrodes 12 in the column direction are arranged in a grid pattern on the semiconductor substrate 11 shown in FIG. This is called the detection electrode array 15. A field effect transistor (hereinafter simply referred to as transistor) Tr for switching is connected to each detection electrode 12. FIG. 2 shows 3 × 3 detection electrodes 12 and transistors Tr. In this example, the detection electrode 12 is connected to the source of the transistor Tr. The other detection electrodes 12 are similarly connected.
【００２３】この検出電極アレイ１５の例えば、左側に
は行駆動回路１６が設けられ、各々のトランジスタＴｒ
のゲートに接続されると共に、列方向単位にゲートを一
斉に選択するようになされる。検出電極アレイ１５の下
側には列検出回路１７が設けられており、トランジスタ
Ｔｒのドレインに接続されると共に、列方向に検出電極
１２を走査するようになされる。A row drive circuit 16 is provided on the left side of the detection electrode array 15, for example, and each transistor Tr is provided.
In addition to being connected to the gates, the gates are selected all at once in the column direction. A column detection circuit 17 is provided below the detection electrode array 15 and is connected to the drain of the transistor Tr and scans the detection electrodes 12 in the column direction.
【００２４】この指紋センサチップ１０によれば、図１
Ａに示した窓部Ｗに人の指３が載置されると、指紋を構
成する凹凸部と、検出電極１２との間に形成されるコン
デンサＣの容量が異なって現れる。つまり、コンデンサ
Ｃは接地電位にある人の指３を共通電極とし、指紋セン
サチップ１０の検出電極１２、及び、その間に存在する
誘電体としてＤＬＣ膜１４＋絶縁膜１３、あるいは、空
気層＋ＤＬＣ膜１４＋絶縁膜１３によって形成される。According to this fingerprint sensor chip 10, FIG.
When a person's finger 3 is placed on the window W shown in A, the capacitance of the capacitor C formed between the uneven portion forming the fingerprint and the detection electrode 12 appears differently. That is, the capacitor C uses the human finger 3 at the ground potential as a common electrode, and the detection electrode 12 of the fingerprint sensor chip 10 and the DLC film 14 + insulating film 13 or the air layer + DLC film 14+ as the dielectric existing between them. It is formed by the insulating film 13.
【００２５】例えば、指紋の隆起部３Ａでは空気層によ
るコンデンサＣが介在しなくなり、検出電極１２との間
隔が短くなることから、コンデンサＣの容量は大きくな
る。指紋の谷部３Ｂでは空気層によるコンデンサＣの容
量が直列に介在すること、及び、検出電極１２との間隔
が長くなるためコンデンサＣの容量は小さくなる。For example, in the raised portion 3A of the fingerprint, the capacitor C due to the air layer does not intervene, and the distance between the capacitor C and the detection electrode 12 becomes short, so that the capacitance of the capacitor C increases. At the valley portion 3B of the fingerprint, the capacitance of the capacitor C due to the air layer intervenes in series, and the interval with the detection electrode 12 becomes long, so the capacitance of the capacitor C becomes small.
【００２６】このことから、そのコンデンサＣの容量変
化を指紋検出領域Ａにおいて検出することにより指紋の
模様（指紋パターン）を再現性良く採取できるのであ
る。ここで採取した指紋検出画像をモニタ等に表示した
り、予め取得した指紋検出画像と比較等することによ
り、本人確認のための照合処理等をすることができるよ
うになる。From this, by detecting the capacitance change of the capacitor C in the fingerprint detection area A, the fingerprint pattern (fingerprint pattern) can be sampled with good reproducibility. By displaying the fingerprint detection image collected here on a monitor or the like or comparing it with a fingerprint detection image acquired in advance, it becomes possible to perform collation processing or the like for personal identification.
【００２７】続いて、指紋検出装置１００の製造方法に
ついて説明をする。図３Ａ〜３Ｃは指紋検出装置１００
における指紋センサチップ１０の形成例を示す工程図で
ある。図４はダイヤモンドライクカーボン成膜装置３０
０の構成例を示すブロック図である。Next, a method of manufacturing the fingerprint detecting device 100 will be described. 3A to 3C show a fingerprint detection device 100.
FIG. 6 is a process drawing showing an example of forming the fingerprint sensor chip 10 in FIG. FIG. 4 shows a diamond-like carbon film forming apparatus 30.
It is a block diagram which shows the structural example of 0.
【００２８】この実施形態では指紋センサチップ１０の
パッケージ前にダイヤモンドライクカーボン成膜工程を
導入する場合を想定する。ダイヤモンドライクカーボン
膜１４の成膜温度は２００℃乃至４５０℃に設定する場
合を想定する。このときの成膜条件はチャンバ内を１．
５Ｅ−４Ｐａで背圧し、成膜圧力を２〜５Ｐａ程度に設
定し、ＲＦパワーを０．３〜２．０ｋＷ程度に設定し、
周波数を１３．５６ＭＨｚとする。In this embodiment, it is assumed that the diamond-like carbon film forming process is introduced before the package of the fingerprint sensor chip 10. It is assumed that the film formation temperature of the diamond-like carbon film 14 is set to 200 ° C to 450 ° C. The film forming conditions at this time are as follows:
Back pressure at 5E-4Pa, film formation pressure at about 2-5Pa, RF power at about 0.3-2.0kW,
The frequency is 13.56 MHz.
【００２９】これを製造条件にして、まず、図３Ａに示
す半導体基板１１上に回路電極の一例となる検出電極１
２を形成する。ここで図３Ａには示さないが行駆動回路
１６及び列検出回路１７を予め形成した半導体基板１１
を準備する。検出電極１２に関しては図２に示したよう
に半導体基板１１に行方向ｍ個及び列方向にｎ個を格子
状に並べて形成する（検出電極アレイ１５）。Under these manufacturing conditions, first, the detection electrode 1 as an example of a circuit electrode is formed on the semiconductor substrate 11 shown in FIG. 3A.
Form 2. Here, although not shown in FIG. 3A, the semiconductor substrate 11 on which the row drive circuit 16 and the column detection circuit 17 are formed in advance
To prepare. The detection electrodes 12 are formed by arranging m pieces in the row direction and n pieces in the column direction in a grid pattern on the semiconductor substrate 11 as shown in FIG. 2 (detection electrode array 15).
【００３０】図３Ａに示す検出電極１２には例えばＡｌ
−Ｓｉが用いられ、その配置ピッチｐは８０μｍ程度で
ある。もちろん、検出電極１２をパターニングするとき
に、行駆動回路１６及び列検出回路１７と接続するため
の配線層を同時に形成するようにしてもよい。The detection electrode 12 shown in FIG.
-Si is used, and the arrangement pitch p is about 80 μm. Of course, when patterning the detection electrode 12, a wiring layer for connecting to the row drive circuit 16 and the column detection circuit 17 may be simultaneously formed.
【００３１】その後、図３Ｂに示す検出電極１２を含む
半導体基板１１上の全面に絶縁膜の一例となる窒化シリ
コン膜１３を形成する。窒化シリコン膜１３はＣＶＤ装
置により膜厚数μｍ〜数十μｍ程度に形成する。After that, a silicon nitride film 13 as an example of an insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11 including the detection electrode 12 shown in FIG. 3B. The silicon nitride film 13 is formed by a CVD apparatus to have a film thickness of several μm to several tens μm.
【００３２】更に、図３Ｃに示す窒化シリコン膜１３の
上に炭素系の保護膜の一例となるダイヤモンドライクカ
ーボン膜（ＤＬＣ膜）１４を形成する。ＤＬＣ膜１４の
厚さは０．２〜５．０μｍの範囲であって、好ましくは
０．５〜２．０μｍ程度に形成する。例えば、図４に示
すダイヤモンドライクカーボン成膜装置３００を用いて
窒化シリコン膜１３上にＤＬＣ膜１４を成膜する。Further, a diamond-like carbon film (DLC film) 14 as an example of a carbon-based protective film is formed on the silicon nitride film 13 shown in FIG. 3C. The thickness of the DLC film 14 is in the range of 0.2 to 5.0 μm, preferably about 0.5 to 2.0 μm. For example, the DLC film 14 is formed on the silicon nitride film 13 using the diamond-like carbon film forming apparatus 300 shown in FIG.
【００３３】図４に示すダイヤモンドライクカーボン成
膜装置３００は平行平板型のＲＦプラズマＣＶＤ装置を
構成するものである。この成膜装置３００は任意の試料
面上にＤＬＣ膜１４を成長する装置であり、搬入側にロ
ードロックチャンバ３１、中央にプラズマチャンバ３２
及び搬出側にロードロックチャンバ３３を有している。The diamond-like carbon film forming apparatus 300 shown in FIG. 4 constitutes a parallel plate type RF plasma CVD apparatus. This film forming apparatus 300 is an apparatus for growing the DLC film 14 on an arbitrary sample surface, and includes a load lock chamber 31 on the carry-in side and a plasma chamber 32 on the center.
Further, the load lock chamber 33 is provided on the carry-out side.
【００３４】ロードロックチャンバ３１はシャッター３
１Ａ，３１Ｂを有しており、ロードロックチャンバ３３
はシャッター３３Ａ，３３Ｂを有している。シャッター
３１Ｂはプラズマチャンバ３２の入り口に設けられ、シ
ャッター３３Ａはプラズマチャンバの出口に設けられて
いる。The load lock chamber 31 is the shutter 3
Load lock chamber 33 having 1A and 31B
Has shutters 33A and 33B. The shutter 31B is provided at the entrance of the plasma chamber 32, and the shutter 33A is provided at the exit of the plasma chamber.
【００３５】プラズマチャンバ３２内には接地線ＧＮＤ
に接続された平板電極３５と、半導体ウエハ１０’を載
置すると共に高周波電源３８に接続された平板電極３６
を有している。プラズマ３４はこれらの平行電極３５と
３６との間に発生される。この他にプラズマチャンバ３
２内にはランプヒータ３７Ａ，３７Ｂが設けられ、これ
らのヒータ３７Ａ，３７Ｂが温度制御手段３７に接続さ
れ、半導体ウエハ１０’が温度制御される。A ground wire GND is provided in the plasma chamber 32.
And the flat plate electrode 36 connected to the high frequency power source 38 while mounting the semiconductor wafer 10 ′.
have. Plasma 34 is generated between these parallel electrodes 35 and 36. In addition to this, plasma chamber 3
Lamp heaters 37A and 37B are provided in the inside 2, and these heaters 37A and 37B are connected to the temperature control means 37 to control the temperature of the semiconductor wafer 10 '.
【００３６】このダイヤモンドライクカーボン成膜装置
３００では搬送系から送られてきた指紋センサチップを
有する半導体ウエハ１０’が搬入側のロードロックチャ
ンバ３１を介在してプラズマチャンバ３２に搬入され
る。例えば、予めプラズマチャンバ３２内が１．５Ｅ−
４Ｐａ程度に背圧されている。In this diamond-like carbon film forming apparatus 300, the semiconductor wafer 10 'having the fingerprint sensor chip sent from the carrying system is loaded into the plasma chamber 32 via the load lock chamber 31 on the loading side. For example, the inside of the plasma chamber 32 is 1.5E-
Back pressure is about 4 Pa.
【００３７】シャッター３１Ａを開けて半導体ウエハ１
０’がロードロックチャンバ３１に搬入されると共に、
シャッター３１Ａが閉じられる。その後、ロードロック
チャンバ３１が真空引きされ、プラズマチャンバ３２内
の圧力と同等になされる。圧力が同等になされたところ
で、シャッター３１Ｂを開けて半導体ウエハ１０’がプ
ラズマチャンバ３２内の平板電極３６にセットされる。The semiconductor wafer 1 is opened by opening the shutter 31A.
0'is carried into the load lock chamber 31, and
The shutter 31A is closed. After that, the load lock chamber 31 is evacuated to the same pressure as the plasma chamber 32. When the pressure is made equal, the shutter 31B is opened and the semiconductor wafer 10 'is set on the plate electrode 36 in the plasma chamber 32.
【００３８】その後、温度制御手段３７によって、ラン
プヒータ３７Ａ，３７Ｂの温度が２００℃を越え、４５
０℃以下に調整される。好ましくは３００℃に調整され
る。平板電極３５、３６間のＲＦパワーが例えば、１．
５ｋＷに調整され、成膜圧力を３．０Ｐａに設定され
る。Thereafter, the temperature of the lamp heaters 37A, 37B exceeds 200.degree.
It is adjusted to 0 ° C or lower. It is preferably adjusted to 300 ° C. The RF power between the plate electrodes 35 and 36 is, for example, 1.
The pressure is adjusted to 5 kW and the film forming pressure is set to 3.0 Pa.
【００３９】この状態で主原料ガス３９としてメタン
（ＣＨ４）を使用し、そのガス流量は１００ｓｃｃｍと
なされる。この他に主原料ガス３９には、エチレンなど
の炭化水素系ガスや、ベンゼン、トルエンなどの芳香族
系炭化水素、メタノール、エタノールなどのアルコール
系炭化水素などプラズマチャンバ３２内に導入され、そ
れらに更に水素を反応性ガス３０１として混合するよう
になされる。なお、キャリヤガスとしてアルゴン等を混
合してもよい。In this state, methane (CH4) is used as the main raw material gas 39, and the gas flow rate is 100 sccm. In addition to this, a hydrocarbon-based gas such as ethylene, an aromatic-based hydrocarbon such as benzene and toluene, an alcohol-based hydrocarbon such as methanol and ethanol, and the like are introduced into the plasma chamber 32 as the main raw material gas 39, and they are introduced into the plasma chamber 32. Further, hydrogen is mixed as the reactive gas 301. Argon or the like may be mixed as the carrier gas.
【００４０】これにより、窒化シリコン膜１３上にＤＬ
Ｃ膜１４が形成され、指紋検出領域Ａの最上層にＤＬＣ
膜１４を形成した指紋センサチップ１０が完成する。そ
の後の工程は従来例と同様にして半導体ウエハ１０’が
搬出側のロードロックチャンバ３３を介在してプラズマ
チャンバ３２外に搬出される。As a result, DL is formed on the silicon nitride film 13.
The C film 14 is formed, and the DLC is formed on the uppermost layer of the fingerprint detection area A.
The fingerprint sensor chip 10 on which the film 14 is formed is completed. In the subsequent steps, the semiconductor wafer 10 'is unloaded to the outside of the plasma chamber 32 through the load lock chamber 33 on the unloading side in the same manner as in the conventional example.
【００４１】例えば、予めロードロックチャンバ３３内
が１．５Ｅ−４Ｐａ程度に背圧された後に、シャッター
３３Ａを開けて半導体ウエハ１０’がロードロックチャ
ンバ３３に搬出されると共に、シャッター３３Ａが閉じ
られる。その後、ロードロックチャンバ３３が減圧さ
れ、ロードロックチャンバ３３内が大気圧と同等になさ
れる。圧力が同等になされたところで、シャッター３３
Ｂを開けて半導体ウエハ１０’が外部に取り出される。For example, after the load lock chamber 33 is back-pressurized to about 1.5E-4 Pa in advance, the shutter 33A is opened to carry the semiconductor wafer 10 'into the load lock chamber 33, and the shutter 33A is closed. . After that, the load lock chamber 33 is decompressed, and the inside of the load lock chamber 33 is made equal to the atmospheric pressure. When the pressure is made equal, the shutter 33
After opening B, the semiconductor wafer 10 'is taken out.
【００４２】その後の工程では、絶縁基板１上に指紋セ
ンサチップ１０を接合する。そして、指紋検出領域Ａを
画定する窓部Ｗを除くこのＤＬＣ膜１４の周縁を押さえ
込むように、絶縁基板１上に絶縁性の部材２を形成す
る。これにより、図１Ａに示した指紋検出装置１００が
完成する。In the subsequent steps, the fingerprint sensor chip 10 is bonded onto the insulating substrate 1. Then, the insulating member 2 is formed on the insulating substrate 1 so as to press the peripheral edge of the DLC film 14 excluding the window W that defines the fingerprint detection area A. As a result, the fingerprint detecting device 100 shown in FIG. 1A is completed.
【００４３】図５はＤＬＣ膜１４の成膜時の基板温度と
膜応力との関係例を示す特性図である。図５に示す縦軸
は膜の応力Ｓであり、横軸は基板温度Ｔをそれぞれ示し
ている。膜の応力Ｓは二点鎖線で示した熱応力Ｘと、一
点鎖線で示した内部応力Ｙから成り、内部応力Ｙが支配
的である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the substrate temperature and the film stress when the DLC film 14 is formed. The vertical axis shown in FIG. 5 represents the stress S of the film, and the horizontal axis represents the substrate temperature T. The stress S of the film is composed of a thermal stress X shown by a two-dot chain line and an internal stress Y shown by a one-dot chain line, and the internal stress Y is dominant.
【００４４】この膜応力特性によれば、熱応力Ｘは基板
温度Ｔに比例して大きくなるが、逆に内部応力Ｙは基板
温度Ｔに反比例して小さくなる。従って、全膜応力Ｚは
点線で示すように、基板温度Ｔに反比例して小さくな
る。According to this film stress characteristic, the thermal stress X increases in proportion to the substrate temperature T, while the internal stress Y decreases in inverse proportion to the substrate temperature T. Therefore, the total film stress Z decreases in inverse proportion to the substrate temperature T as shown by the dotted line.
【００４５】つまり、図４に示した平行平板型のＲＦプ
ラズマＣＶＤ装置等により、ダイヤモンドライクカーボ
ン膜１４を成長する時の温度は、パッケージ工程時の有
機樹脂の加工温度を考慮して、２００℃以下に抑えられ
る。しかし、応力を軽減させるためにはより高い温度で
成膜した方が良いことがわかる。また、指紋センサチッ
プ１０内のアルミニウム配線材料等の融点から鑑みて、
成膜時の温度を４５０℃までにとどめておくのが妥当で
ある。That is, the temperature at which the diamond-like carbon film 14 is grown by the parallel plate type RF plasma CVD apparatus shown in FIG. 4 is 200 ° C. in consideration of the processing temperature of the organic resin during the packaging process. It can be kept below. However, it is understood that it is better to form the film at a higher temperature in order to reduce the stress. Further, considering the melting point of the aluminum wiring material or the like in the fingerprint sensor chip 10,
It is appropriate to keep the temperature during film formation to 450 ° C.
【００４６】このように、本発明に係る実施形態として
の指紋検出装置１００及びその製造方法によれば、ダイ
ヤモンドライクカーボン膜１４の成膜温度を２００℃乃
至４５０℃に設定することにより、保護膜としての応力
を軽減することができる。また、その成膜温度の上限を
４５０℃とされるので、半導体チップ内の配線材料のス
トレスマイグレーション等による破壊を抑えることがで
き、膜自身の剥がれを無くすことができる。As described above, according to the fingerprint detecting apparatus 100 and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention, the protective film is formed by setting the film forming temperature of the diamond-like carbon film 14 to 200 ° C. to 450 ° C. It is possible to reduce the stress. Further, since the upper limit of the film forming temperature is set to 450 ° C., it is possible to suppress the destruction of the wiring material in the semiconductor chip due to stress migration and the like, and it is possible to eliminate the peeling of the film itself.
【００４７】従って、保護用の蓋体に依存することな
く、指紋センサチップ１０の表面強度及び静電耐圧を向
上させることができる。しかも、傷や汚れ等がつき難く
なる。従来方式のような保護用の蓋体が不要となること
から、当該指紋検出装置１００の薄膜化及び小型化をす
ることができる。Therefore, the surface strength and electrostatic withstand voltage of the fingerprint sensor chip 10 can be improved without depending on the protective lid. Moreover, scratches and stains are less likely to occur. Since the protective lid as in the conventional method is not necessary, the fingerprint detection device 100 can be thinned and downsized.
【００４８】また、指紋センサチップ１０の薄膜化が可
能になることから、検出電極１２に蓄積する電荷量が多
くなり、信号検出電圧を高くすることができる。これに
より、信頼性及び性能の高い指紋検出装置１００を提供
することができる。Further, since the fingerprint sensor chip 10 can be thinned, the amount of charges accumulated in the detection electrode 12 is increased and the signal detection voltage can be increased. As a result, it is possible to provide the fingerprint detection device 100 with high reliability and performance.
【００４９】この実施形態でＤＬＣ膜１４をＲＦプラズ
マＣＶＤ法を用いて成膜する場合について説明したが、
これに限られることはなく、この他に、スパッタ法、マ
イクロ波プラズマＣＶＤ法、ＰＶＤ（物理的気相成長）
法、レーザアブレーション法、イオンビーム蒸着法等を
利用して形成することができる。The case where the DLC film 14 is formed by the RF plasma CVD method has been described in this embodiment.
The present invention is not limited to this, and other methods such as sputtering, microwave plasma CVD, PVD (physical vapor deposition)
Method, laser ablation method, ion beam evaporation method, or the like.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る指紋
検出装置によれば、指紋検出用の半導体チップの最外表
面に設けられた炭素系の保護膜に、ダイヤモンドライク
カーボンが適用され、このダイヤモンドライクカーボン
は成膜温度を２００℃乃至４５０℃に設定されて形成さ
れたものである。As described above, according to the fingerprint detecting device of the present invention, diamond-like carbon is applied to the carbon-based protective film provided on the outermost surface of the semiconductor chip for fingerprint detection. This diamond-like carbon is formed by setting the film forming temperature to 200 ° C to 450 ° C.
【００５１】この構成によって、半導体チップ形成時に
おいて、２００℃を越える高い温度でダイヤモンドライ
クカーボンを成膜できるので、従来例に比べ保護膜の応
力を軽減することができる。また、その成膜温度の上限
が４５０℃とされるので、半導体チップ内の配線材料の
ストレスマイグレーション等による破壊を抑えることが
でき、膜自身の剥がれを無くすことができる。従って、
信頼性の高い指紋検出装置を提供することができる。With this structure, since the diamond-like carbon can be formed at a high temperature exceeding 200 ° C. when forming the semiconductor chip, the stress of the protective film can be reduced as compared with the conventional example. Further, since the upper limit of the film forming temperature is set to 450 ° C., it is possible to prevent the wiring material in the semiconductor chip from being damaged by stress migration or the like, and to prevent the film itself from peeling. Therefore,
A highly reliable fingerprint detection device can be provided.
【００５２】本発明に係る指紋検出装置の製造方法によ
れば、半導体基板上に指紋検出用の回路電極を形成し、
その後、回路電極を含む半導体基板上の全面に絶縁性の
膜を形成し、更に、成膜温度を２００℃乃至４５０℃に
設定して絶縁性の膜上にダイヤモンドライクカーボンを
形成するようになされる。According to the method of manufacturing the fingerprint detecting device of the present invention, the circuit electrode for fingerprint detecting is formed on the semiconductor substrate,
After that, an insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the circuit electrodes, and the film formation temperature is set to 200 ° C. to 450 ° C. to form diamond-like carbon on the insulating film. It
【００５３】この構成によって、半導体チップ形成時に
おいて、２００℃を越える高い温度でダイヤモンドライ
クカーボンを成膜できるので、従来例に比べて保護膜の
応力を軽減することができる。また、その成膜温度の上
限が４５０℃とされるので、半導体チップ内の配線材料
のストレスマイグレーション等による破壊を抑えること
ができ、膜自身の剥がれを無くすことができる。従っ
て、より一層信頼性の高い指紋検出装置を製造すること
ができる。With this structure, since the diamond-like carbon can be formed at a high temperature exceeding 200 ° C. when forming the semiconductor chip, the stress of the protective film can be reduced as compared with the conventional example. Further, since the upper limit of the film forming temperature is set to 450 ° C., it is possible to prevent the wiring material in the semiconductor chip from being damaged by stress migration or the like, and to prevent the film itself from peeling. Therefore, a more reliable fingerprint detection device can be manufactured.
【００５４】この発明は容量変化を利用して指紋を検出
し照合するシステムに適用して極めて好適である。The present invention is extremely suitable when applied to a system for detecting and collating fingerprints by utilizing the change in capacity.
【図１】Ａ及びＢは本発明に係る第１の実施形態として
の指紋検出装置１００の構成例を示す側面図及び拡大断
面図である。1A and 1B are a side view and an enlarged cross-sectional view showing a configuration example of a fingerprint detection device 100 according to a first embodiment of the present invention.
【図２】指紋センサチップ１０の構成例を示す平面図で
ある。FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of a fingerprint sensor chip 10.
【図３】Ａ〜Ｃは指紋検出装置１００における指紋セン
サチップ１０の形成例を示す工程図である。3A to 3C are process diagrams showing an example of forming the fingerprint sensor chip 10 in the fingerprint detecting device 100.
【図４】ダイヤモンドライクカーボン成膜装置３００の
構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of a diamond-like carbon film forming apparatus 300.
【図５】ＤＬＣ膜１４の成膜時の基板温度と膜応力との
関係例を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the substrate temperature and the film stress when the DLC film 14 is formed.
１・・・絶縁基板、２・・・絶縁性の部材、１０・・・
指紋センサチップ（半導体チップ）、１１・・・半導体
基板、１２・・・検出電極、１３・・・窒化シリコン膜
（絶縁膜）、１４・・・ダイヤモンドライクカーボン膜
（ＤＬＣ膜：保護膜）、１５・・・検出電極アレイ、３
７・・・温度制御手段、１００・・・指紋検出装置、３
００・・・ダイヤモンドライクカーボン成膜装置1 ... Insulating substrate, 2 ... Insulating member, 10 ...
Fingerprint sensor chip (semiconductor chip), 11 ... Semiconductor substrate, 12 ... Detection electrode, 13 ... Silicon nitride film (insulating film), 14 ... Diamond-like carbon film (DLC film: protective film), 15 ... Detection electrode array, 3
7 ... Temperature control means, 100 ... Fingerprint detection device, 3
00 ... Diamond-like carbon film deposition system
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