专利名称：静电电容检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过检测根据与对象物表面的距离而变化的静电电容，读取指纹等的具有微细凹凸的对象物的表面形状的静电电容检测装置。
背景技术：
以往，用于指纹传感器等中的静电电容检测装置是在单晶硅基板上形成传感器电极和设置在该传感器电极上的电介质膜(特开平11-118415、特开2000-346608、特开2001-5620、特开2001-133213等)。图1说明以往的静电电容检测装置的工作原理。传感器电极和电介质膜成为电容器的一方电极和电介质膜，人体成为接地的另一方电极。该电容器的静电电容CF随着接触在电介质膜表面的指纹的凹凸而相应变化。另一方面，在半导体基板上，准备静电电容为Cs的电容器，将这两个电容器串联连接，施加规定的电压。这样，在两个电容器之间产生对应于指纹的凹凸的电荷Q。利用通常的半导体技术来检测出该电荷Q，读取对象物的表面形状。
然而，这些以往的静电电容检测装置，因为在单晶硅基板上形成该装置，如果作为指纹传感器使用，在手指用力按压时，会出现该装置破裂的问题。
并且，作为指纹传感器的用途，必然要求20mm×20mm程度的大�。衅鞯缂加芯驳绲缛菁觳庾爸妹婊拇蟛糠�。虽然传感器电极应该制作在单晶硅基板上，但是，花费大量的能量和劳力来制作的单晶硅基板的大部分(传感器电极下部)只是起支撑体的作用。即以往的静电电容检测装置不仅高价、而且是大量的无用功和浪费之上所形成的。
除此之外，在近年来，强烈指出应该在信用卡、现金提取卡等各种卡上设置个人识别功能，以提高卡的安全性。但是，因为以往的制作在单晶硅基板上的静电电容检测装置缺乏柔软性，因此，所存在的问题是不得不在塑料基板上制作该装置。
发明内容
为此，本发明鉴于上述诸多问题，其目的在于提供一种稳定工作、可以削减制造时的不必要的能量和劳力、并也可以在单晶硅基板以外上制作的优良的静电电容检测装置。
本发明的静电电容检测装置，其通过检测根据与对象物的距离而变化的静电电容，读取该对象物的表面形状，其中包括配置成M行N列矩阵状的M根个别电源线、N根个别输出线、和设置在该个别电源线与该个别输出线的交点上的静电电容检测元件；该静电电容检测元件包括信号检测元件和信号放大元件；该信号检测元件包括电容检测电极、电容检测电介质膜和基准电容器，该基准电容器由基准电容器第一电极、基准电容器电介质膜和基准电容器第二电极所构成；该信号放大元件由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所构成的信号放大用MIS型薄膜半导体装置来构成。进一步，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的漏区域与个别电源线和基准电容器第一电极电连接；信号放大用栅电极与电容检测电极和基准电容器第二电极连接。信号放大用MIS型薄膜半导体装置的源区域直接或通过开关元件间接连接在个别输出线。再有，基准电容器的电介质膜和信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅绝缘膜利用同一素材在同一层上形成。并且基准电容器第一电极和半导体膜漏区域利用同一素材在同一层上形成。而基准电容器第二电极和栅电极也利用同一素材在同一层上形成。
在本发明的静电电容检测装置中，假定基准电容器的电极面积为SR(μm2)，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅极面积为ST(μm2)，基准电容器电介质膜的厚度为tR(μm)，基准电容器的电介质膜的相对介电常数为εR，栅绝缘膜的厚度为tox(μm)，栅绝缘膜的相对介电常数为εox时，基准电容器的电容(基准电容器电容)CR和信号放大用MIS型薄膜半导体装置的晶体管电容CT分别定义为CR＝ε0·εR·SR/tR、CT＝ε0·εox·ST/tox，式中ε0为真空的介电常数，并且假定电容检测电极的面积为SD(μm2)，电容检测电介质膜的厚度为tD(μm)，电容检测电介质膜的相对介电常数为εD，信号检测元件的元件电容CD定义为CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0为真空的介电常数时，元件电容CD足够大于该基准电容器电容CR和该晶体管电容CT之和的CR+CT。足够大于一般是指相差10倍以上。换言之，元件电容CD与该基准电容器电容CR和该晶体管电容CT之和的CR+CT之间满足CD＞10×(CR+CT)的关系。在本发明的静电电容检测装置中，希望电容检测电介质膜位于静电电容检测装置的最表面位置。当对象物与电容检测电介质膜不接触而以对象物距离tA相隔、将对象物电容CA利用真空的介电常数ε0、空气的相对介电常数εA、和电容检测电极的面积SD，定义为CA＝ε0·εA·SD/tA时，按照基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT足够大于该对象物电容CA那样构成静电电容检测装置。如上所述，如果相差大于10倍以上就可以说足够大于，因此，基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和(CR+CT)与对象物电容CA之间满足(CR+CT)＞10×CA的关系。更理想的是电容检测电介质膜位于静电电容检测装置的最表面，假定基准电容器的电极面积为SR(μm2)，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅极面积为ST(μm2)，基准电容器电介质膜的厚度为tR(μm)，基准电容器的电介质膜的相对介电常数为εR，栅绝缘膜的厚度为tox(μm)、栅绝缘膜的相对介电常数为εox，基准电容器的电容(基准电容器电容)CR和信号放大用MIS型薄膜半导体装置的晶体管的电容CT，分别定义为CR＝ε0·εR·SR/tR，CT＝ε0·εox·ST/tox，式中ε0为真空的介电常数，并且假定电容检测电极的面积为SD(μm2)，电容检测电介质膜的厚度为tD(μm)，电容检测电介质膜的相对介电常数为εD，信号检测元件的元件电容CD定义为CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0为真空的介电常数时，该元件电容CD足够大于该基准电容器电容CR和该晶体管电容CT之和的CR+CT；并且当对象物与电容检测电介质膜不接触而以对象物距离tA相隔、将对象物电容CA利用真空的介电常数ε0、空气的相对介电常数εA、和电容检测电极的面积SD，定义为CA＝ε0·εA·SD/tA时，按照基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT足够大于该对象物电容CA那样构成静电电容检测装置。更具体讲，让静电电容检测装置具有的特征是，在元件电容CD、基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT、对象物电容CA之间，满足CD＞10×(CR+CT)＞100×CA的关系。
本发明的静电电容检测装置，其通过检测根据与对象物的距离而变化的静电电容，读取该对象物的表面形状，该静电电容检测装置包括配置成M行N列矩阵状的M根个别电源线、N根个别输出线、和设置在该个别电源线与该个别输出线的交点上的静电电容检测元件；该静电电容检测元件包括信号检测元件和信号放大元件；该信号检测元件包括电容检测电极、电容检测电介质膜和基准电容器，该基准电容器由基准电容器第一电极、基准电容器电介质膜和基准电容器第二电极所构成；该信号放大元件由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所构成的信号放大用MIS型薄膜半导体装置来构成；该信号放大用MIS型薄膜半导体装置的漏区域的一部分和该栅电极的一部分通过介入该栅绝缘膜形成重叠部，该重叠部形成该基准电容器。具体讲，在构成信号放大用MIS型薄膜半导体装置的半导体膜内，包含施主型或受主型杂质的半导体膜漏区域一侧成为基准电容器第一电极，它直接或间接地连接在个别电源线上。信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极成为基准电容器第二电极和共同电极，它连接在电容检测电极。信号放大用MIS型薄膜半导体装置的源区域直接或间接地连接在个别输出线。
在本发明的静电电容检测装置中，假定信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与半导体膜漏区域之间的重叠部的栅电极长度为L1(μm)，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与半导体膜沟道形成区域之间的重叠部的栅电极长度为L2(μm)，栅电极宽为W(μm)，上述栅绝缘膜的厚度为tox(μm)、栅绝缘膜的相对介电常数为εox，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的基准电容器电容CR和晶体管电容CT分别定义为CR＝ε0·εox·L1·W/tox，CT＝ε0·εox·L2·W/tox，式中ε0为真空的介电常数，并且假定电容检测电极的面积为SD(μm2)，电容检测电介质膜的厚度为tD(μm)，电容检测电介质膜的相对介电常数为εD，信号检测元件的元件电容CD定义为CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0为真空的介电常数时，该元件电容CD足够大于该基准电容器电容CR和该晶体管电容CT之和的CR+CT。足够大于一般是指相差10倍以上。换言之，元件电容CD与基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT之间满足CD＞10×(CR+CT)的关系。在本发明的静电电容检测装置中，希望电容检测电介质膜位于静电电容检测装置的最表面上。当对象物与电容检测电介质膜不接触而以对象物距离tA相隔、将对象物电容CA利用真空的介电常数ε0、空气的相对介电常数εA、和电容检测电极的面积SD，定义为CA＝ε0·εA·SD/tA时，按照基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT足够大于该对象物电容CA那样构成静电电容检测装置。如上所述，如果相差大于10倍以上就可以说足够大于，因此，基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和(CR+CT)与对象物电容CA之间满足(CR+CT)＞10×CA的关系。更理想的是电容检测电介质膜位于静电电容检测装置的最表面，假定信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与半导体膜漏区域之间的重叠部的栅电极长度为L1(μm)，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与半导体膜沟道形成区域之间的重叠部的栅电极长度为L2(μm)，栅电极宽为W(μm)，栅绝缘膜的厚度为tox(μm)、栅绝缘膜的相对介电常数为εox，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的基准电容器电容CR和晶体管电容CT分别定义为CR＝ε0·εox·L1·W/tox，CT＝ε0·εox·L2·W/tox，式中ε0为真空的介电常数，并且假定电容检测电极的面积为SD(μm2)，电容检测电介质膜的厚度为tD(μm)，电容检测电介质膜的相对介电常数为εD，信号检测元件的元件电容CD定义为CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0为真空的介电常数时，该元件电容CD足够大于该基准电容器电容CR和该晶体管电容CT之和的CR+CT；并且当对象物与电容检测电介质膜不接触而以对象物距离tA相隔、将对象物电容CA利用真空的介电常数ε0、空气的相对介电常数εA、和电容检测电极的面积SD，定义为CA＝ε0·εA·SD/tA时，按照基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT足够大于该对象物电容CA那样构成静电电容检测装置。更具体讲，让静电电容检测装置具有的特征是，在元件电容CD、基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT、对象物电容CA之间，满足CD＞10×(CR+CT)＞100×CA的关系。
本发明的静电电容检测装置，其通过检测根据与对象物的距离而变化的静电电容，读取该对象物的表面形状，其中包括配置成M行N列矩阵状的M根个别电源线、N根个别输出线、设置在该个别电源线与该个别输出线交点的静电电容检测元件、和连接在M根个别电源线的电源选择电路；静电电容检测元件包括电容检测电极、电容检测电介质膜、基准电容器和信号放大元件；基准电容器是由基准电容器第一电极、基准电容器电介质膜和基准电容器第二电极所构成；信号放大元件是由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所组成的信号放大用MIS型薄膜半导体装置所构成。此时，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的源区域是直接或间接连接在个别输出线，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的漏区域连接在个别电源线和基准电容器第一电极，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极连接在电容检测电极和基准电容器第二电极。在本发明的静电电容检测装置中，利用第一布线对个别输出线进行布线，利用第二布线对个别电源线进行布线，利用第三布线对电容检测电极进行布线，这些第一布线、第二布线和第三布线是通过绝缘膜电隔离。
本发明的静电电容检测装置，其通过检测根据与对象物的距离而变化的静电电容，读取该对象物的表面形状，其中包括配置成M行N列矩阵状的M根个别电源线、N根个别输出线、设置在该个别电源线与该个别输出线交点的静电电容检测元件、和连接在N根个别输出线的输出信号选择电路；静电电容检测元件包括电容检测电极、电容检测电介质膜、基准电容器和信号放大元件；输出信号选择电路包括共同输出线和输出信号用总线门；基准电容器是由基准电容器第一电极、基准电容器电介质膜和基准电容器第二电极所构成；信号放大元件是由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所组成的信号放大用MIS型薄膜半导体装置所构成；输出信号用总线门是由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所构成的输出信号总线门用MIS型薄膜半导体装置所构成。此时，信号放大元件用MIS型薄膜半导体装置的源区域直接或间接连接在个别输出线，信号放大元件用MIS型薄膜半导体装置的漏区域连接在个别电源线和基准电容器第一电极，信号放大元件用MIS型薄膜半导体装置的栅电极连接在电容检测电极和基准电容器第二电极，输出信号用总线门用MIS型薄膜半导体装置的源区域连接在共同输出线，输出信号用总线门用MIS型薄膜半导体装置的漏区域连接在所述个别输出线。并且，输出信号用总线门用MIS型薄膜半导体装置的栅电极连接在供给N根个别输出线中选择哪一个个别输出线的信号的输出选择用输出线。在本发明的静电电容检测装置中，利用第一布线对个别输出线和共同输出线进行布线，利用第二布线对个别电源线和输出选择用输出线进行布线，利用第三布线对电容检测电极进行布线，这些第一布线、第二布线和第三布线分别通过绝缘膜电隔离。
本发明的静电电容检测装置，其通过检测根据与对象物的距离而变化的静电电容，读取该对象物的表面形状，其中包括配置成M行N列矩阵状的M根个别电源线、N根个别输出线、设置在该个别电源线与该个别输出线交点的静电电容检测元件、连接在M根个别电源线的电源选择电路、和连接在N根个别输出线的输出信号选择电路；静电电容检测元件包括电容检测电极、电容检测电介质膜、基准电容器和信号放大元件；输出信号选择电路包括共同输出线和输出信号用总线门；基准电容器由基准电容器第一电极、基准电容器电介质膜和基准电容器第二电极所构成；信号放大元件由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所构成的信号放大用MIS型薄膜半导体装置所构成；输出信号用总线门由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所组成的输出信号总线门用MIS型薄膜半导体装置所构成。此时，信号放大元件用MIS型薄膜半导体装置的源区域直接或间接连接在个别输出线，信号放大元件用MIS型薄膜半导体装置的漏区域连接在个别电源线和基准电容器第一电极，信号放大元件用MIS型薄膜半导体装置的栅电极连接在电容检测电极和基准电容器第二电极，输出信号用总线门用MIS型薄膜半导体装置的源区域连接在共同输出线，输出信号用总线门用MIS型薄膜半导体装置的漏区域连接在个别输出线。并且，输出信号用总线门用MIS型薄膜半导体装置的栅电极连接在供给N根个别输出线中选择哪一个个别输出线的信号的输出选择用输出线。在本发明的静电电容检测装置中，利用第一布线对个别输出线和共同输出线进行布线，利用第二布线对个别电源线和输出选择用输出线进行布线，利用第三布线对电容检测电极进行布线，这些第一布线、第二布线和第三布线分别通过绝缘膜电隔离。
在利用单晶硅基板的以往的技术(单晶硅传感器)中，在塑料基板上只能形成几mm×几mm程度大小的静电电容检测装置，但是，根据本发明，利用薄膜半导体装置来可以实现具有和单晶硅传感器相同性能的静电电容检测装置。并且，静电电容检测装置的传感器面积也容易增大到100倍以上，在塑料基板上可以制作这样优越的静电电容检测装置。并且，可以极其高精度地检测出对象物的凹凸情报。其结果，将该静电电容检测装置装载在具有记忆功能的信用卡，可以显著提高信用卡的安全级别。另外，利用单晶硅基板的以往的静电电容检测装置只能利用装置面积的一部分单晶硅半导体，导致莫大的能量、劳动力的浪费。与此相反，在本发明中，可以消除这样的浪费，对地球环境的保全有效果。
图1是说明以往技术的工作原理的图。
图2是说明本发明的工作原理的图。
图3是说明本发明的工作原理的图。
图4A是说明本发明的元件结构的图。
图4B是说明本发明的元件结构的图。
图5是说明本发明的原理的图。
图6是说明本发明的全体构成的图。
图7是说明本发明的时钟生成电路构成的图。
图8是说明本发明的电源选择电路构成的图。
图9是说明本发明的输出信号选择电路构成的图。
图10是说明本发明的信息采集部电路构成的图。
图11是在本实施例中使用的薄膜半导体装置的传递特性图。
具体实施例方式
本发明是利用金属—绝缘膜—半导体膜组成的MIS型薄膜半导体装置来制作静电电容检测装置，其通过检测根据与对象物的距离而变化的静电电容，读取该对象物的表面形状。众所周知，因为薄膜半导体装置通常是在玻璃基板上制作，被认为是低价制造需要面积大的半导体集成电路的技术，历来具体地应用在液晶显示装置。从而，如果利用薄膜半导体装置来制作适合指纹传感器等的静电电容检测装置，就没有必要使用单晶硅基板那样的消耗大量能量制作的高价基板，在不浪费贵重的地球资源的情况下，而可以廉价制作该装置。另外，因为薄膜半导体装置适合SUFTLA(特开平11-312811或S.Utsunomiya et.al.Society forInformation Display p.916(2000))的复制技术，在塑料基板上制作半导体集成电路，静电电容检测装置也可以从单晶硅基板中解放出来，而可以在塑料基板上形成。
用薄膜半导体装置来制作应用以往的、如图1所示工作原理的静电电容检测装置，利用现在的薄膜半导体装置的技术是不可能的。因为两个串联连接的电容器之间感应的电荷Q非常�。绻酶呔雀兄赡艿牡ゾЧ鐻SI技术，可以正确地读取电荷Q，但是，在薄膜半导体装置中的晶体管特性没有像单晶硅LSI技术优越，并由于薄膜半导体装置之间的特性偏差也大，不能正确读取电荷Q。因此，本发明的静电电容检测装置包括配置成M行N列矩阵状的M根(M是大于等于1的整数)个别电源线、N根(N是大于等于1的整数)个别输出线、和设在个别电源线与个别输出线交点的静电电容检测元件，这个静电电容检测元件包括信号检测元件和信号放大元件而构成。信号检测元件包括电容检测电极、电容检测电介质膜和基准电容器，在电容检测电极上产生对应于静电电容的电荷Q。在本发明中，利用设置在每一个静电电容检测元件的信号放大元件来放大这个电荷Q，转换为电流。具体地，信号放大元件是由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所组成的MIS型薄膜半导体装置所组成；信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与电容检测电极和基准电容器的一方的电极(例如第二电极)连接。图2中表示了本发明的工作原理。具有静电电容CS的电容器和对应于对象物的表面形状而变化的静电电容CF的电容器之间所产生的电荷，改变信号放大用MIS型薄膜半导体装置栅极电位。这样，如果在这个薄膜半导体装置的漏区域里施加规定的电压，则对应于被感应的电荷Q，明显放大通过薄膜半导体装置的源极、漏极之间的电流I。因为感应的电荷Q不流过任何别处而被保存，提高漏极电压或增加测定时间等方法，容易测定电流I，从而，利用薄膜半导体装置也可以充分正确地检测出对象物的表面形状。
如上所述，在本发明中，作为信号放大元件利用信号放大用MIS型薄膜半导体装置。此时，具有静电电容CS的电容器由信号放大用MIS型薄膜半导体装置本身兼任，并且，为了增大静电电容而提高检测灵敏度，设置了基准电容器。即替代静电电容CS的新的静电电容为信号放大用MIS型薄膜半导体装置的晶体管电容CT和为了增大静电电容的基准电容器电容CR之和。这样，可以调整静电电容，构造也变为简单，同时，制造工艺也变为容易。另外，通过缩短信号放大用MIS型薄膜半导体装置的半导体沟道形成区域长度，可以实现高速检测动作。除此之外，图2中的两个电源，作为共同的电源Vdd来统一的方法，从省略静电电容检测装置内的多余的布线的观点来说也有效果。图3表示有关这种状态的工作原理的等效电路。将具有根据对象物表面形状而变化的静电电容CF的电容器、和具有晶体管电容CT的电容器串联连接，同时，将具有静电电容CF的电容器、和具有基准电容器电容CR的电容器串联连接。严格讲，晶体管电容CT是信号放大用MIS型薄膜半导体装置的漏电极与栅电极之间形成的静电电容。为了实现图3的构成，使信号放大用MIS型薄膜半导体装置的源区域与个别输出线连接，使信号放大用MIS型薄膜半导体装置的漏区域与个别电源线和电容器第一电极连接，并且，将信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极和基准电容器第二电极连接，在此基础上，在个别电源线施加电压Vdd，从个别输出线取出随着对象物的表面形状而相应变化的电流I。
结合图4说明具体化这个发明的静电电容检测元件的构造。成为静电电容检测元件的信号放大元件的信号放大用MIS型薄膜半导体装置是将包括源区域、沟道形成区域、漏区域在内的半导体膜、栅绝缘膜和栅电极作为不可缺少的构成要件。在源区域和漏区域的半导体膜上，引入施主型或受主型的杂质，成为N型或P型的半导体。在半导体膜漏区域上，在接入栅绝缘膜后重叠栅电极，这个重叠部分成为基准电容器。基准电容器是由基准电容器第一电极、基准电容器电介质膜和基准电容器第二电极所组成。在图4(A)中，第一电极作为下部电极而成为和漏区域的共同电极，第二电极作为上部电极成为栅电极的共同电极，但是，第一电极和第二电极中的哪一个成为上部电极都没有关系。栅电极位于半导体膜下侧的底栅极型薄膜晶体管作为信号放大用MIS型薄膜半导体装置来利用等时，把基准电容器下部电极和栅电极作为共同电极，漏区域和基准电容器上部电极作为共同电极，在结构上较为简单。基准电容器的第一电极和半导体膜漏区域为相同的膜(引入杂质的半导体膜)并形成在同一的层(底板保护膜)，基准电容器第二电极和栅电极仍然是相同的膜(金属膜)并形成在同一的层(栅绝缘膜)。信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与电容检测电极连接，电容检测电极被电容检测电介质膜所覆盖。这样，半导体膜漏区域和基准电容器第一电极成为相同电位，并且，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极和基准电容器第二电极成为相同电位，连接在电容检测电极，实现图3所示的等效电路。在图4(A)的构成例中，因为基准电容器和信号放大元件连接配置，可以提高空间使用效率，可以实现灵敏度高的静电电容检测装置。并且，在形成栅电极之前，形成基准电容器下部电极和漏区域，在形成栅电极之后，利用自校准方式来形成源区域(将栅电极作为掩模而利用离子注入方法来形成源区域)，因此，还具有沟道形成区域制作成小于具有露光器的分辨率的效果。一般地，露光器的分辨率不如露光器的校准精度。在本发明的构成中，因为沟道形成区域长度不仅可以利用在露光器的分辨率，还利用在露光器的校准精度，因此，其尺寸可以微细化成校准精度，因此，可以实现静电电容检测电路的高速工作。
在图4(A)中，第一层间绝缘膜覆盖信号放大用MIS型薄膜半导体装置。
第一布线连接在信号放大用MIS型薄膜半导体装置的源区域上，第二布线连接在漏区域上。利用第一布线形成个别输出线，利用第二布线形成个别电源线。在第一布线与第二布线之间，设有第二层间绝缘膜，将第一布线和第二布线电隔离。成为静电电容检测元件的信号检测元件的电容检测电极连接在信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极，而形成在第三层间绝缘膜上。电容检测电极由第三布线进行布线。在第二布线与第三布线之间，设有第三层间绝缘膜，将第二布线与第三布线电隔离。通过利用第三布线对电容检测电极进行布线，使产生在第一布线与电容检测电极之间的寄生电容最�。】赡芗跎俚诙慵渚的さ慕榈绯Ｊ偷谌慵渚的そ榈绯Ｊ姆椒ǎ梢愿吡槊舳燃觳馕⑿〉木驳绲缛荨５缛菁觳獾缃橹誓ど细哺堑缛菁觳獾缂缛菁觳獾缃橹誓の挥诰驳绲缛菁觳庾爸玫淖畋砻嫖恢�。电容检测电介质膜同时起保护静电电容检测装置的保护膜作用。
在图4(A)的例子中是信号放大元件的栅电极和漏极电极重叠的部分作为基准电容器，但是，如图4(B)所示，也可以分离基准电容器和信号放大用晶体管。利用掺杂半导体膜等的导电性物质将基准电容器和信号放大用晶体管之间结合。从高速工作的观点看，信号放大用晶体管尽可能小为好。另一方面，基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和中存在对应于检测对象物的最佳电容值。在图4(B)的构成中，因为可以使晶体管�。保梢宰罴鸦竦肅R+CT的值，可以提高本发明的静电电容检测装置的灵敏度。让个别电源线(第二布线)和漏区域导通的触点孔优选设置在基准电容器与信号放大用MIS型薄膜晶体管之间。
利用上述构成，为了使信号放大用MIS型薄膜半导体装置有效发挥信号放大的功能，必须适当决定信号放大用MIS型薄膜半导体装置的晶体管电容CT或基准电容器电容CR或信号检测元件的元件电容CD。下面，结合图5说明这些关系。
首先，考察测定处理物的凸部接触在电容检测电介质膜，对象物电接地的情况。具体地，假定将静电电容检测装置作为指纹传感器使用，指纹的凸部接触在这个静电电容检测装置表面状态的检测。假定基准电容器的电极面积为SR(μm2)、电极长度为LR(μm)、电极宽度为WR(μm)、信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极面积为ST(μm2)、栅电极长度为LT(μm)、栅电极宽度为WT(μm)、基准电容器电介质膜厚度为tR(μm)、基准电容器电介质膜相对介电常数为εR、栅绝缘膜的厚度为tox(μm)、栅绝缘膜的相对介电常数为εox时，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的基准电容器电容CR和晶体管电容CT定义为CR＝ε0·εR·SR/tR＝ε0·εR·LR·WR/tR，CT＝ε0·εox·ST/tox＝ε0·εox·LT·WT/tox(ε0为真空的介电常数)。在一体形成图4(A)所示的基准电容器和信号放大元件时，假定信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与半导体膜漏区域之间的重叠部分的栅电极长度为L1(μm)、信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与半导体膜沟道形成区域之间的重叠部分的栅电极长度为L2(μm)、栅电极宽为W(μm)、栅绝缘膜的厚度为tox(μm)、栅绝缘膜相对介电常数为εox时，基准电容器电容CR和信号放大用MIS型薄膜半导体装置的晶体管电容CT定义为CR＝ε0·εR·SR/tR＝ε0·εox·L1·W/tox，CT＝ε0·εox·ST/tox＝ε0·εox·L2·W/tox(ε0为真空的介电常数)。并且，电容检测电极的面积为SD(μm2)、电容检测电介质膜的厚度为tD(μm)、电容检测电介质膜的相对介电常数为εD时，信号检测元件的元件电容CD定义为CD＝ε0·εD·SD/tD(ε0为真空的介电常数)。对象物表面成为元件电容CD的接地电极，电容检测电极夹住电容检测电介质膜，相当于另一方的电极。因为电容检测电极连接在信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极和基准电容器的第二电极，成为具有元件电容CD的电容器和具有晶体管电容CT的电容器被串联连接，同时，具有元件电容CD的电容器和具有基准电容器电容CR的电容器被串联连接。在这两个串联连接的电容器上，施加电压Vdd(图5A)。由于施加电压是按照静电电容分配，在这个状态施加在信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极的电压VGT由下式表示。
VGT=Vdd1+CD/(CR+CT)]]>因此，当元件电容CD远远大于基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT时，CD＞＞(CR+CT)栅极电压近似等于VGT≈0在栅电极上几乎不施加电压。其结果，信号放大用MIS型薄膜半导体装置处于截止状态，电流I变为极小。结果，相当于指纹的凸部的对象物的凸部接触在静电电容检测装置时，为了在信号放大元件上几乎不流过电流，必须按照让元件电容CD远远大于基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT那样，对构成静电电容检测元件的栅电极面积或栅电极长度、栅电极宽度、栅绝缘膜材质、栅绝缘膜厚度、基准电容器电极面积或基准电容器电极长度、基准电容器电极宽度、基准电容器电介质膜材质、基准电容器电介质膜厚度、电容检测电极面积、电容检测电介质膜材质、电容检测电介质膜厚度等进行设定。一般地，「远远大于」是意味着10倍程度的相差。换句话说，元件电容CD和基准电容器电容CR与晶体管电容CT之和的CR+CT，只要满足CD＞10×(CR+CT)的关系就可以。此时，VGT/Vdd变为小于0.1，薄膜半导体装置不可能成为导通状态。为了可靠检测对象物的凸部，当对象物的凸部接触在静电电容检测装置时，信号放大用MIS型薄膜半导体装置变为截止状态是重要的。因此，当利用正的电源Vdd时，作为信号放大用MIS型薄膜半导体装置最好是利用栅极电压为0附近中不通过漏极电流的增强型(常截止型)N型晶体管。更理想的是传递特性的漏极电流成为最小的栅极电压(最小栅极电压)为Vmin时，这个最小栅极电压满足0＜0.1×Vdd＜Vmin0<Vdd1+CD/(CR+CT)<Vmin]]>关系的信号放大用N型MIS型薄膜半导体装置。相反，当利用负电源Vdd时，作为信号放大用MIS型薄膜半导体装置最好是利用栅极电压为0附近中不通过漏极电流的增强型(常截止型)P型晶体管。更理想的是使用信号放大用P型MIS型薄膜半导体装置的最小栅极电压Vmin，满足Vmin＜0.1×Vdd＜0Vmin<Vdd1+CD/(CR+CT)<0]]>关系的信号放大用P型MIS型薄膜半导体装置。由于这样，电流I非常小的形态，可以可靠检测出对象物的凸部。
其次，考察对象物没有接触电容检测电介质膜而以对象物距离tA与电容检测电介质膜相隔的情况。即测定处理物的凹部位于电容检测电介质膜上，并且，对象物为电接地的状况。具体地，假定将静电电容检测装置用于指纹传感器时，指纹的凹部来到这个静电电容检测装置表面状态的检测。如上所述，在本发明的静电电容检测装置中，电容检测电介质膜最好是位于静电电容检测装置的最表面。在图5B中表示此时的等效电路。因为对象物的表面没有电容检测电介质膜相接，电容检测电介质膜与对象物表面之间形成空气为电介质的新的电容器。这个对象物电容叫做CA，利用真空的介电常数ε0、空气的相对介电常数εA和电容检测电极的面积SD，定义CA＝ε0·εA·SD/tA。这样，在对象物离开电容检测电介质膜的状态中，晶体管电容CT和基准电容器电容CR被并联，串联连接这些具有电容(CR+CT)、元件电容CD和对象物电容CA的电容器，在这些电容器上施加电压Vdd(图5B)。因为施加电压对应于这些静电电容来被分配，在这个状态施加在信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极的电压变为VGV。
VGV=Vdd1+1(CR+CT)·[11/CD+1/CA]]]>另一方面，在本发明中，当对象物与静电电容检测装置接触时，为了使漏极电流非常�。捎诎凑沼β鉉D＞＞(CR+CT)的关系制作静电电容检测元件，并且，VGV还要满足VGV≈Vdd1+CA/(CR+CT)]]>的关系制作静电电容检测元件，VGV进一步近似。结果，如果基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT远远大于对象物电容CA，(CR+CT)＞＞CA则栅极电压VGV为VGV≈Vdd近似等于电源电压Vdd。其结果，可以使信号放大用MIS型薄膜半导体装置处于导通状态，电流I变为极大。相当于指纹的凹部的对象物的凹部来到静电电容检测装置时，为了使信号放大元件通过大的电流，有必要按照使基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT远远大于对象物电容CA那样来设定构成信号放大元件的栅电极面积或栅电极长度、栅电极宽度、栅绝缘膜材质、栅绝缘膜厚度、基准电容器电极面积、基准电容器电极长度、基准电容器电极宽度、基准电容器电介质膜材质、基准电容器电介质膜厚度、电容检测电极面积、电容检测电介质膜材质、电容检测电介质膜厚度等。如前所述，如果确认相差10倍程度就一般认为是远远大于，因此，只要基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT之间，满足(CR+CT)＞10×CA的关系就可以。此时，VGT/Vdd变为大于0.91程度，容易使薄膜半导体装置处于导通状态。为了可靠检测出对象物的凹部，当对象物的凹部接近静电电容检测装置时，信号放大用MIS型薄膜半导体装置变为导通状态是重要的。当电源电压Vdd采用正电源时，作为信号放大用MIS型薄膜半导体装置，利用增强型(常截止型)N型晶体管，优选该晶体管的临界电压Vth小于VGV。
0<Vth<Vdd1+1(CR+CT)·[11/CD+1/CA]]]>0<Vth<Vdd1+CA/(CR+CT)]]>更为理想的是使用满足0＜Vth＜0.91×Vdd关系的信号放大用N型MIS型薄膜半导体装置。相反地，当电源电压Vdd采用负电源时，作为信号放大用MIS型薄膜半导体装置，利用增强型(常截止型)P型晶体管，优选信号放大用MIS型薄膜半导体装置的临界电压Vth大于VGV。更为理想的是使用满足Vdd1+1(CR+CT)·[11/CD+1/CA]<Vth<0]]>
关系的信号放大用N型MIS型薄膜半导体装置。相反地，当电源电压Vdd采用负电源时，作为信号放大用MIS型薄膜半导体装置，利用增强型(常截止型)P型晶体管，优选信号放大用MIS型薄膜半导体装置的临界电压Vth大于VGV。更为理想的是使用满足Vdd1+CA/(CR+CT)<Vth<0]]>0.91×Vdd＜Vth＜0关系的信号放大用P型MIS型薄膜半导体装置。利用这样的方法，在电流值I为非常大的状态下，可靠检测出对象物的凹部。
结果，为了当相当于指纹的凸部的对象物的凸部接触在静电电容检测装置时，信号放大元件上几乎不通过电流，同时，当相当于指纹的凹部的对象物的凹部接近静电电容检测装置时，信号放大元件上通过大的电流而正确检测出对象物的凹凸，有必要利用静电电容检测元件使电容检测电介质膜位于静电电容检测装置的最表面，或者有必要在电容检测电介质膜上使每一个静电电容检测元件具有分离的导电膜，按照元件电容CD远远大于基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT那样，设定信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极面积ST(μm2)或栅电极长度LT(μm)、栅电极宽度WT(μm)、栅绝缘膜的厚度tox(μm)、栅绝缘膜的相对介电常数εox、基准电容器电极面积SR(μm2)、基准电容器电极长度LR(μm)、基准电容器电极宽度WR(μm)、基准电容器电介质膜厚度tR(μm)、基准电容器电介质膜的相对介电常数εR、电容检测电极面积SD(μm2)、电容检测电介质膜的厚度tD(μm)、电容检测电介质膜的相对介电常数εD等，并且，对象物没有接触电容检测电介质膜而以对象物距离tA相隔时，基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT远远大于对象物电容CA的形态，构成静电电容检测装置为理想。更具体讲，让静电电容检测装置具有元件电容CD、基准电容器电容CR和晶体管电容CT之和的CR+CT、对象物电容CA之间满足CD＞10×(CR+CT)＞100×CA的关系的特征。并且，当电源电压Vdd采用正电源时，作为信号放大用MIS型薄膜半导体装置，优选利用增强型(常截止型)N型晶体管；该N型晶体管的最小栅极电压Vmin满足0＜0.1×Vdd＜Vmin关系，或者满足0<Vdd1+CD/(CR+CT)<Vmin]]>的关系，进一步采用阈值电压Vth小于VGV，具体讲，满足0＜Vth＜0.91×Vdd，或者满足0<Vth<Vdd1+CA/(CR+CT)]]>关系的增强型N型晶体管更为理想。
相反，当电源电压Vdd采用负电源时，作为信号放大用MIS型薄膜半导体装置优选采用增强型(常截止型)P型晶体管，该P型晶体管的最小栅极电压Vmin，满足Vmin＜0.1×Vdd＜0的关系，或者满足Vmin<Vdd1+CD/(CR+CT)<0]]>的关系，进一步采用阈值电压Vth小于VGV，具体讲，满足0.91×Vdd＜Vth＜0的关系，或者满足Vdd1+CA/(CR+CT)<Vth<0]]>关系的增强型P型晶体管更为理想。
下面，结合图6说明根据本发明的静电电容检测装置的整体构成。读取对象物的表面形状的静电电容检测装置，它是将配置成M行N列矩阵状的M根(M是大于等于1的整数)个别电源线、N根(N是大于等于1的整数)个别输出线和设置在个别电源线与个别输出线的交点的静电电容检测元件作为最小限度的构成要素。静电电容检测元件包括电容检测电极、电容检测电介质膜、基准电容器和信号放大元件，检测出随着与对象物的距离而相应变化的静电电容。因为静电电容检测元件是配置成M行N列矩阵状，为了读取对象物的表面形状，必须按行和列依次扫描，按适当的顺序选择M×N个的静电电容检测元件。输出信号选择电路是决定从每一个静电电容检测元件中按如何顺序读取检测出的信号。输出信号选择电路至少包括共同输出线和输出信号用总线门，它选择从N根的个别输出线中取出哪一个输出信号。输出信号选择电路的工作遵循从X侧时钟生成器供给的时钟信号。图7表示时钟生成器的电路图。为了使输出信号选择电路选择输出信号的取出，输出信号选择电路最好是包括移位存储器、NAND门和缓冲器(图9)。移位存储器是把时钟脉冲反相器和反相器所组成的触发器和时钟脉冲反相器的串联连接作为基本段，将串联连接多个这些基本段而构成。互相邻接的基本段的输出成为NAND门的输入，利用缓冲器反向放大NAND门的输出，作为输出选择信号。输出选择信号输出到输出选择用输出线来控制输出信号用总线门工作(图10)。
静电电容检测元件内的信号放大元件是由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所组成的信号放大用MIS型薄膜半导体装置来构成。输出信号用总线门是由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所组成的输出信号总线门用MIS型薄膜半导体装置来构成。在本发明中，信号放大元件用MIS型薄膜半导体装置的源区域是连接在个别输出线，信号放大元件用MIS型薄膜半导体装置的漏区域连接在个别电源线和电容器的第一电极，信号放大元件用MIS型薄膜半导体装置的栅电极连接在电容检测电极和基准电容器的第二电极。(在图10中，S表示MIS型薄膜半导体装置的源区域、D表示漏区域、G表示栅电极)。这样，通过介入利用电容检测电极所检测出的电荷Q来感应的沟道形成区域，互相连接个别电源线和个别输出线。
在本发明中，输出信号总线门用MIS型薄膜半导体装置的源区域连接在共同输出线，输出信号总线门用MIS型薄膜半导体装置的漏区域连接在个别输出线，输出信号总线门用MIS型薄膜半导体装置的栅电极连接在供给从N根个别输出线中选择哪一个个别输出线的信号的输出选择用输出线(图10)。如上所述，输出选择用输出线，作为一例，可以成为(图10的情形)输出信号用移位存储器的每一个输出段(接受相邻基本段的输出NAND门的反向放大输出)。输出信号用移位存储器是按顺序把传送过来的选择信号供给到N个输出段。并且，输出信号用译码器根据译码器的输入信号选定N个输出段的特定的输出段。这样，在N个输出信号用总线门里，按顺序及时输入选择信号，其结果，N个的个别输出线按顺序电接通共同输出线。
电源选择电路是从M根个别电源线中选择特定的一根个别电源线，向其个别电源线供给电源。电源供给的有无对应于能否选择个别电源线(图6)。电源选择电路遵循Y侧时钟生成器所供给的时钟信号。图7表示时钟生成器的电路图。为了使电源选择电路选择特定的个别电源线，电源选择电路最好是包括移位存储器、NAND门和反相器(图8)。移位存储器是把时钟脉冲反相器和反相器所组成的触发器和时钟脉冲反相器的串联连接作为基本段，将串联连接多个这些基本段而构成。互相邻接的基本段的输出成为NAND门的输入，利用反相器反向放大NAND门的输出，作为电源选择信号。电源选择信号输出到每一个个别电源线。利用这样的方法，个别电源线被选择时，在其个别电源线上接通电源Vdd。相反，没有被选择的个别电源线变为接地电位(VSS)。电源选择电路可以成为移位存储器的每一个输出段(接受相邻基本段的输出的反向放大输出)，或可以成为图8所示的变为移位存储器电源选择用译码器的每一个输出段。电源选择用移位存储器将传送过来的选择信号按顺序供给到M个输出段。另外，电源选择用译码器根据译码器的输入信号，从M个的输出段选定特定的输出段。这样，M个的个别电源线按顺序或适时接通到电源(Vdd)。
利用这样的构成，为了使静电电容检测装置具有功能，利用第一布线来对个别输出线和共同输出线布线，利用第二布线来对个别电源线和输出选择用输出线布线，利用第三布线来对电容检测电极布线，这些第一布线、第二布线和第三布线有必要通过绝缘膜进行电隔离。形成这样构成的方法，省去多余的布线，因此，使每一个布线间产生的寄生电容最小化，由此，高灵敏度来检测出微小的静电电容。
利用上述的SUFTLA技术，可以在塑料基板上形成这样的静电电容检测元件。基于单晶硅技术的指纹传感器，在塑料上轻易破裂或不能具有充分的大小而缺乏实用性。与此相反，根据本发明的塑料基板上的静电电容检测元件，即使在塑料基板上，具有覆盖手指的充分的大小的面积，不用担心静电电容检测元件破裂，因此，可以作为在塑料基板上的指纹传感器利用。具体地，根据本发明，可以实现兼备个人识别功能的信用卡。具有个人识别功能的信用卡可以利用在现金提取卡(bankcard)、信用卡(credit card)、身份证明(Identity card)等，具有显著提高这些的安全性的同时个人指纹情报不会流出外面而保护的优越功能。
在玻璃基板上制造出薄膜半导体装置组成的静电电容检测装置的基础上，利用SUFTLA技术，在塑料基板上复制这个静电电容检测装置，而在塑料基板上制作出静电电容检测装置。静电电容检测装置是由排列300行300列的矩阵状的静电电容检测元件所构成。矩阵部的大小为20.32mm的正方形。
基板是厚度为400μm的聚醚磺(PES)。信号放大用MIS型薄膜半导体装置、输出信号总线门用MIS型薄膜半导体装置、构成输出信号选择电路的MIS型薄膜半导体装置、构成电源选择电路的MIS型薄膜半导体装置都是薄膜晶体管来制作的。除了信号放大用MIS型薄膜半导体装置以外，这些都具有相同的截面构造，NMOS是由所谓的轻掺杂漏极(LDD)结构的薄膜晶体管组成，PMOS是自调整结构的薄膜晶体管。组成信号放大用MIS型薄膜半导体装置的薄膜晶体管是图4所示的顶部栅极型，源电极侧为自对准结构(栅电极端和源区域端近似一致)，漏电极侧为非自对准结构(栅电极和漏区域具有重叠的部分)。因为漏电极侧为非自对准结构，这个部位成为基准电容器。即，信号放大元件和电容器形成一体。薄膜半导体装置是在工艺最高温度425℃的低温工艺中制作。半导体膜是利用激光结晶化获得的多晶硅，其厚度为59nm。另外，栅绝缘膜是化学气相堆积法(CVD法)来形成的厚度为45nm的氧化硅膜，栅电极是厚度为400nm的钽薄膜来形成。形成栅绝缘膜的氧化硅膜的相对介电常数是利用CV法测定时约为3.9。第一层间绝缘膜与第二层间绝缘膜，是作为原料物质采用四乙基正硅酸盐(TEOSSi(OCH2CH3)4)和氧、采用CVD法形成的氧化硅膜。第一层间绝缘膜以比栅电极(本实施例中是400nm)厚20％左右，薄于第二层间绝缘膜为好。如果这样的话，可以可靠覆盖栅电极，可以防止栅电极和第一布线乃至第二布线的短路，同时，可以获得厚的第二层间绝缘膜。在本实施例中，第一层间绝缘膜的厚度为500nm。第三层间绝缘膜将第二布线和电容检测电极分隔而防止短路。第一布线和电容检测电极由第二层间绝缘膜和第三层间绝缘膜分隔。因此，使第一布线与电容检测电极之间所产生的寄生电容最小化，为了实现灵敏度好的静电电容检测装置，优选第二层间绝缘膜的介电常数和第三层间绝缘膜的介电常数尽可能地�。浜穸纫簿】赡芎�。然而，如果CVD法层叠的氧化硅膜的厚度超过2μm时，有时，氧化膜破裂而导致降低产品率的现象。因此，第一层间绝缘膜、第二层间绝缘膜和第三层间绝缘膜之和小于2μm。利用这样的方法可以提高静电电容检测装置的生产效率。如前所述，因为第二层间绝缘膜和第三层间绝缘膜的厚度较厚为好，比第一层间绝缘膜厚。第一层间绝缘膜比栅电极厚20％左右，第二层间绝缘膜和第三层间绝缘膜的厚度比第一层间绝缘膜厚，第一层间绝缘膜、第二层间绝缘膜和第三层间绝缘膜之和小于2μm为理想。在本实施例中，第二层间绝缘膜的厚度为1μm。第一布线和第二布线都是厚度为500nm的铝来制作，布线宽度为5μm。利用第一布线来形成共同输出线和个别输出线，利用第二布线形成个别电源线、输出选择用输出线、和电容检测电极。
个别电源线和电容检测电极之间的间隔为5μm，个别输出线与电容检测电极之间的间隔也是5μm。在本实施例中，形成静电电容检测装置的矩阵的间距为66.7μm，分辨率为381dpi(dots per inch)。并且，电容检测电极成为55.0μm×55.0μm的大小。电容检测电介质膜是厚度为350nm的氮化硅膜来形成。利用CV测定的氮化硅膜的相对介电常数约为7.5，元件电容的CD为大概574fF(费法拉)。如果本实施例的静电电容检测装置假定为指纹传感器，因为指纹的凹凸为50μm，指纹的凹部接近静电电容检测装置表面时，计算对象物电容为0.54fF。另一方面，信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极长度L为7μm。其中，基准电容器部(L1)为4.5μm，晶体管部(沟道形成区域长度L2)为2.5μm。因为栅电极宽度W为10μm，晶体管电容CT和基准电容器电容CR之和变为53.7fF。这样，本实施例中表示的静电电容检测元件满足CD＞10×(CR+CT)＞100×CA的关系。这样，如果电源电压Vdd为3.3V时，则施加在指纹的凸部接触在静电电容检测装置表面时的信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极电压VGT变为0.16V，指纹的凹部来到时，施加在这个栅电极的电压VGV变为3.22V。
在图11中，表示了在本实施例采用的MIS型薄膜半导体装置的传递特性。输出信号用移位存储器为CMOS构成，信号放大用MIS型薄膜半导体装置和输出信号总线门用MIS型薄膜半导体装置是用NMOS晶体管构成。虽然信号放大用N型MIS型薄膜半导体装置的最小栅电极电压Vmin为0.1V，满足0＜0.1×Vdd＜Vmin的关系，但是VGT＝0.16使漏极电流小于1pA(10-12A)，而容易检测指纹的凸部。另一方面，阈值电压为1.47V，满足0＜Vth＜0.91×Vdd＝3.00V的关系。其结果，指纹的凸部接触在静电电容检测装置表面时，从信号放大元件输出的电流值变为极小的5.6×10-13A。相反，指纹的凹部来到时，信号放大元件上通过2.4×10-5A的大的电流，可以高精度检测出指纹等的凹凸情报。
权利要求
1.一种静电电容检测装置，其通过检测根据与对象物的距离而变化的静电电容，读取该对象物的表面形状，其特征在于，包括配置成M行N列矩阵状的M根个别电源线、N根个别输出线、和设置在该个别电源线与该个别输出线的交点上的静电电容检测元件；该静电电容检测元件包括信号检测元件和信号放大元件；该信号检测元件包括电容检测电极、电容检测电介质膜和基准电容器，该基准电容器由基准电容器第一电极、基准电容器电介质膜和基准电容器第二电极所构成；该信号放大元件由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所构成的信号放大用MIS型薄膜半导体装置来构成。
2.根据权利要求1所述的静电电容检测装置，其特征在于，所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的漏区域与所述个别电源线和基准电容器第一电极电连接；所述信号放大用栅电极与所述电容检测电极和基准电容器第二电极连接。
3.根据权利要求1或2所述的静电电容检测装置，其特征在于，所述基准电容器的电介质膜和所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅绝缘膜利用同一素材在同一层上形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的静电电容检测装置，其特征在于，所述基准电容器第一电极和半导体膜漏区域利用同一素材在同一层上形成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的静电电容检测装置，其特征在于，所述基准电容器第二电极和所述栅电极利用同一素材在同一层上形成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的静电电容检测装置，其特征在于，假定所述基准电容器的电极面积为SR(μm2)，所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅极面积为ST(μm2)，所述基准电容器电介质膜的厚度为tR(μm)，所述基准电容器的电介质膜的相对介电常数为εR，所述栅绝缘膜的厚度为tox(μm)，所述栅绝缘膜的相对介电常数为εox时，所述基准电容器的电容(基准电容器电容)CR和所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的晶体管电容CT分别定义为CR＝ε0·εR·SR/tR、CT＝ε0·εox·ST/tox，式中ε0为真空的介电常数，并且假定所述电容检测电极的面积为SD(μm2)，所述电容检测电介质膜的厚度为tD(μm)，所述电容检测电介质膜的相对介电常数为εD，所述信号检测元件的元件电容CD定义为CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0为真空的介电常数时，该元件电容CD足够大于该基准电容器电容CR和该晶体管电容CT之和的CR+CT。
7.根据权利要求2所述的静电电容检测装置，其特征在于，所述电容检测电介质膜位于所述静电电容检测装置的最表面位置。
8.根据权利要求7所述的静电电容检测装置，其特征在于，当所述对象物与所述电容检测电介质膜不接触而以对象物距离tA相隔、将对象物电容CA利用真空的介电常数ε0、空气的相对介电常数εA、和所述电容检测电极的面积SD，定义为CA＝ε0·εA·SD/tA时，所述基准电容器电容CR和所述晶体管电容CT之和的CR+CT足够大于该对象物电容CA。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的静电电容检测装置，其特征在于，假定所述基准电容器的电极面积为SR(μm2)，所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅极面积为ST(μm2)，所述基准电容器电介质膜的厚度为tR(μm)，所述基准电容器的电介质膜的相对介电常数为εR，所述栅绝缘膜的厚度为tox(μm)、所述栅绝缘膜的相对介电常数为εox，所述基准电容器的电容(基准电容器电容)CR和所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的晶体管的电容CT，分别定义为CR＝ε0·εR·SR/tR，CT＝ε0·εox·ST/tox，式中ε0为真空的介电常数，并且假定所述电容检测电极的面积为SD(μm2)，所述电容检测电介质膜的厚度为tD(μm)，所述电容检测电介质膜的相对介电常数为εD，所述信号检测元件的元件电容CD定义为CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0为真空的介电常数时，该元件电容CD足够大于该基准电容器电容CR和该晶体管电容CT之和的CR+CT；并且当所述对象物与所述电容检测电介质膜不接触而以对象物距离tA相隔、将对象物电容CA利用真空的介电常数ε0、空气的相对介电常数εA、和所述电容检测电极的面积SD，定义为CA＝ε0·εA·SD/tA时，所述基准电容器电容CR和所述晶体管电容CT之和的CR+CT足够大于该对象物电容CA。
10.一种静电电容检测装置，其通过检测根据与对象物的距离而变化的静电电容，读取该对象物的表面形状，其特征在于，该静电电容检测装置包括配置成M行N列矩阵状的M根个别电源线、N根个别输出线、和设置在该个别电源线与该个别输出线的交点上的静电电容检测元件；该静电电容检测元件包括信号检测元件和信号放大元件；该信号检测元件包括电容检测电极、电容检测电介质膜和基准电容器，该基准电容器由基准电容器第一电极、基准电容器电介质膜和基准电容器第二电极所构成；该信号放大元件由栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所构成的信号放大用MIS型薄膜半导体装置来构成；该信号放大用MIS型薄膜半导体装置的漏区域的一部分和该栅电极的一部分通过介入该栅绝缘膜形成重叠部，该重叠部形成该基准电容器。
11.根据权利要求10所述的静电电容检测装置，其特征在于，假定所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与半导体膜漏区域之间的重叠部的栅电极长度为L1(μm)，所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与半导体膜沟道形成区域之间的重叠部的栅电极长度为L2(μm)，所述栅电极宽为W(μm)，所述栅绝缘膜的厚度为tox(μm)、栅绝缘膜的相对介电常数为εox，所述基准电容器的电容(基准电容器电容)CR和所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的晶体管电容CT分别定义为CR＝ε0·εox·L1·W/tox，CT＝ε0·εox·L2·W/tox，式中ε0为真空的介电常数，并且假定所述电容检测电极的面积为SD(μm2)，所述电容检测电介质膜的厚度为tD(μm)，所述电容检测电介质膜的相对介电常数为εD，所述信号检测元件的元件电容CD定义为CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0为真空的介电常数时，该元件电容CD足够大于该基准电容器电容CR和该晶体管电容CT之和的CR+CT。
12.根据权利要求10所述的静电电容检测装置，其特征在于，当所述对象物与所述电容检测电介质膜不接触而以对象物距离tA相隔、将对象物电容CA利用真空的介电常数ε0、空气的相对介电常数εA、和所述电容检测电极的面积SD，定义为CA＝ε0·εA·SD/tA时，所述基准电容器电容CR和所述晶体管电容CT之和的CR+CT足够大于该对象物电容CA。
13.根据权利要求10所述的静电电容检测装置，其特征在于，所述电容检测电介质膜位于所述静电电容检测装置的最表面位置；假定所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与半导体膜漏区域之间的重叠部的栅电极长度为L1(μm)，所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的栅电极与半导体膜沟道形成区域之间的重叠部的栅电极长度为L2(μm)，所述栅电极宽为W(μm)，所述栅绝缘膜的厚度为tox(μm)、栅绝缘膜的相对介电常数为εox，所述信号放大用MIS型薄膜半导体装置的基准电容器电容CR和晶体管电容CT分别定义为CR＝ε0·εox·L1·W/tox，CT＝ε0·εox·L2·W/tox，式中ε0为真空的介电常数，并且假定所述电容检测电极的面积为SD(μm2)，所述电容检测电介质膜的厚度为tD(μm)，所述电容检测电介质膜的相对介电常数为εD，所述信号检测元件的元件电容CD定义为CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0为真空的介电常数时，该元件电容CD足够大于该基准电容器电容CR和该晶体管电容CT之和的CR+CT；并且当所述对象物与所述电容检测电介质膜不接触而以对象物距离tA相隔、将对象物电容CA利用真空的介电常数ε0、空气的相对介电常数εA、和所述电容检测电极的面积SD，定义为CA＝ε0·εA·SD/tA时，所述基准电容器电容CR和所述晶体管电容CT之和的CR+CT足够大于该对象物电容CA。
全文摘要
本发明提供一种静电电容检测装置，包括配置成M行N列矩阵状的M根个别电源线、N根个别输出线、和设置在这些交点的静电电容检测元件；静电电容检测元件包括信号检测元件和信号放大元件；信号检测元件包括电容检测电极和电容检测电介质膜；信号放大元件由包括栅电极、栅绝缘膜和半导体膜所构成的信号放大用MIS型薄膜半导体装置所构成。这样，可以优良的静电电容检测装置。
文档编号G01B7/28GK1538143SQ200410035310
公开日2004年10月20日 申请日期2004年4月15日 优先权日2003年4月17日
发明者宫坂光敏, 吉田纩幸, 幸 申请人:精工爱普生株式会社
专业数控铣床产品供应商
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