DE4236133C1 - Sensoranordnung zur Erfassung von Fingerabdrücken und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Sensoranordnung zur Erfassung von Fingerabdrücken und Verfahren zu deren Herstellung

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Description

Zur Erleichterung und der Automatisierung des Vergleichs von Fingerabdrücken ist eine Digitalisierung eines Fingerabdrucks und anschließende Speicherung erforderlich.
Es ist bekannt, nach Einfärbung der Fingerkuppe einen Posi­ tivabdruck der Linienstruktur des Fingerabdrucks zu erzeugen. Anschließend wird der Fingerabdruck mit Hilfe bekannter Bilderfassung, z. B. einer CCD-Kamera oder einem Scanner, digitalisiert.
Aus der europäischen Offenlegungsschrift 0 041 693 ist ein kapa­ zitiver Sensor zur Erfassung von Fingerabdrücken bekannt, bei dem auf einer Einfärbung des Fingers verzichtet werden kann. Der Sensor umfaßt eine Vielzahl von kleinen Kondensatoren. Wird der Finger gegen eine Abtastoberfläche gepreßt, so ver­ ändern sich die Kapazitäten der Kondensatoren örtlich in Ab­ hängigkeit des Fingerabdrucks. Die Kondensatoren sind als be­ wegliche Elektroden, die in einem flexiblen Isolator einge­ bettet sind oder als flexible Elektroden auf einem flexiblen Isolator, auf dessen gegenüberliegender Seite ortsfeste Ein­ zelelektroden angeordnet sind, ausgebildet. Da der flexible Isolator als durchgehender Film realisiert ist, sind die ein­ zelnen Kondensatoren miteinander mechanisch gekoppelt. Auf­ grund der Steifigkeit der verwendeten Materialien beeinflußt eine Krafteinwirkung an einem einzelnen Kondensator die be­ nachbarten Kondensatoren. Dadurch wird die Auflösung des Sen­ sors verschlechtert.
Ein weiterer Fingerabdrucksensor, der ohne Einfärbung des Fingers funktioniert, ist aus der europäischen Offenlegungsschrift 00 71 269 bekannt. Die Sensoranordnung umfaßt ein Feld oder eine Matrix von Transistoren, die neben der Kontaktfläche angeordnet sind. Die Operations-, Betriebs- und Arbeitspunkte dieser Transistoren werden direkt oder indirekt durch das Temperatur- oder Druckmuster des Fingerabdrucks be­ einflußt. Dazu ist die Sensoranordnung an der Kontaktfläche mit einer piezoelektrischen oder pyroelektrischen durchgehen­ den Kristallschicht versehen. Für eine direkte Messung des Drucks höherer Temperatur können die Transistoren druck- oder temperaturabhängige Arbeitspunkte haben oder sie können je­ weils in einen Schaltkreis integriert sein, der einen druck- oder temperaturabhängigen Widerstand aufweist. Die bekannte Sensoranordnung ist wegen der ausgenutzten physikalischen Ef­ fekte stark von der Umgebungstemperatur abhängig. Außerdem führt die durchgehende Schicht, auf die der Fingerabdruck ab­ gegeben wird, zu einer mechanischen Kopplung der einzelnen Sensorelemente und damit zu einer Verschlechterung der Auflö­ sung.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Sensoranord­ nung anzugeben, mit der eine Erfassung und Speicherung von Fingerabdrücken möglich ist, mit der eine verbesserte Auflösung erzielt wird. Die Sen­ soranordnung soll insbesondere unempfindlich für Umge­ bungstemperaturschwankungen sein. Ferner soll ein Herstellver­ fahren für eine solche Sensoranordnung angegeben werden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sen­ soranordnung nach Anspruch 1. Die Sensoranordnung umfaßt ein Substrat aus Silizium, an dessen Oberfläche rasterförmig Membranen aus Polysilizium angeordnet sind, die gegenüber dem Substrat elektrisch isoliert sind. Jede Membran überspannt dabei einen Hohlraum und ist an mindestens zwei Stützstellen mit dem Substrat fest verbunden. Dabei ist der Hohlraum je­ weils zwischen der Membran und der Oberfläche des Substrats angeordnet. Sowohl die Oberfläche des Substrats als auch die Membran sind dotiert und dadurch elektrisch leitfähig. Jede Membran definiert ein Sensorelement. Bei Einwirkung eines Fingers auf die Oberfläche zur Erfassung von Fingerabdrücken kommt es im Bereich der Linien der Fingerkuppe zu einer Berührung. In den Senken zwischen den Linien der Fingerkuppe findet keine Berührung der Membran statt. Es werden daher bei Einwirkung einer Fingerkuppe nur diejenigen Membranen aus der Ruhelage ausgelenkt, auf die infolge der Berührung der Linien eine Kraft einwirkt. Der Zustand der Membranen ist daher ein Abbild der Linienstruktur der Fingerkuppe.
Die Isolation zwischen den Membranen und dem Substrat wird jeweils durch pn-Übergänge oder durch Isolationsstrukturen, die im Bereich der Stützstellen zwischen dem Substrat und der jeweiligen Membran angeordnet sind, realisiert.
Durch Auslesen einer elektrischen Größe, die sich bei einer Auslenkung der Membran infolge Einwirkung einer Kraft auf die Membran ändert, wird daher ein digitales Bild des Fingerab­ drucks registriert. Die Sensoranordnung umfaßt dazu eine Aus­ leseeinheit, die die entsprechende elektrische Größe ausliest und speichert.
Als elektrische Größe zur Beurteilung des Zustands jeder Mem­ bran ist z. B. das Potential zwischen der Membran und der Substratoberfläche oder eine Kapazitätsänderung zwischen der Membran und der Substratoberfläche geeignet.
Soll als elektrische Größe das Potential zwischen der Membran und der Substratoberfläche registriert werden, so ist die an den entsprechenden Hohlraum angrenzende Oberfläche des Substrats unbedeckt, so daß es bei Berührung der Membran mit der Substratoberfläche infolge einer Krafteinwirkung auf die Membran zu einem elektrischen Kontakt zwischen beiden kommt.
Soll dagegen die Kapazitätsänderung zwischen Membran und Substratoberfläche als Meßgröße verwendet werden, so wird zwischen der Membran und der Substratoberfläche ein Dielek­ trikum angeordnet. Dazu ist es vorteilhaft, an der Oberfläche des Substrats eine isolierende Schicht anzuordnen. Diese Anordnung hat darüberhinaus den Vorteil, daß Membranen, die nach Beendigung der Krafteinwirkung nicht in ihre Ruhelage zurückkommen und die deshalb bei nachfolgenden Aufnahmen das Ergebnis verfälschen würden, durch Anlegen eines entsprechen­ den elektrischen Potentials in die Ruhelage zurückbewegt werden können (Resetfunktion).
Um eine ausreichende Auflösung bei der Erfassung von Finger­ abdrücken zu gewährleisten, liegt es im Rahmen der Erfindung, die Membranen mit rechteckigem Querschnitt vorzusehen, wobei Länge und Breite der Membran jeweils im Bereich zwischen 10 und 50 µm liegen.
Da die Sensorelemente der Sensoranordnung in einem Substrat aus Silizium realisiert sind, liegt es im Rahmen der Erfin­ dung, die Ausleseeinheit mit der Sensoranordnung integriert in dem Substrat vorzusehen. Dieses ist wegen der Größe der Sensorelemente vorteilhaft, da die geringen Abmessungen der einzelnen Sensorelemente eine herkömmliche Verdrahtung schwierig machen. Insbesondere über ein integriertes Schie­ beregister, mit denen die Membranen über Leiterbahnen, wie sie aus hochintegrierten Schaltungen der Mikroelektronik (VLSI-Technologien) bekannt sind, verbunden sind, sind die elektrischen Größen, die der Zustandsinformation jedes Sen­ sorelementes entsprechen, vorteilhaft auszulesen.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Sensoranordnung liegt es im Rahmen der Erfindung, jede Membran mit einer Struktur zur Definition des Druckpunktes zu versehen. Als Struktur zur De­ finition des Druckpunktes ist z. B. eine Erhöhung mit recht­ eckigem Querschnitt aus Polysilizium geeignet, die in der Mitte der Membran angeordnet ist.
Um eine Beschädigung der Membranen bei einer Bewegung des Fingers parallel zur Oberfläche der Sensoranordnung zu ver­ meiden, liegt es im Rahmen der Erfindung, jede Membran mit einer Versteifung zur Begrenzung seitlicher Bewegungen zu versehen.
Zum Schutz der Oberfläche der Membran ist es vorteilhaft, die Oberfläche mit einer planarisierenden Schicht zu versehen, die die Membranen vollständig bedeckt. Dabei wird die Gefahr der Zerstörung der Membranen durch seitliche Bewegungen re­ duziert. Außerdem werden Beeinträchtigungen der Funktionsfä­ higkeit durch Schmutz, der durch die Berührung mit der Fin­ gerkuppe nicht zu verhindern ist, vermieden. Ferner wird die Reinigung der Sensoranordnung erleichtert.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird weiterhin ge­ löst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranord­ nung zur Erfassung von Fingerabdrücken gemäß Anspruch 13. Da­ bei wird auf die Oberfläche eines Substrats aus Silizium eine Si3N4-Schicht aufgebracht. Auf der Si3N4-Schicht wird eine SiO2-Struktur erzeugt. Die SiO2-Struktur umfaßt rasterförmig angeordnete SiO2-Strukturelemente. Die einzelnen SiO2-Struk­ turelemente sind z. B. quaderförmig. Darauf wird eine Poly­ siliziumstruktur erzeugt. Die Polysiliziumstruktur umfaßt zu jedem SiO2-Strukturelement ein Polysiliziumstrukturelement. Das Polysiliziumstrukturelement überdeckt dabei das jeweilige SiO2-Strukturelement vollständig und überragt es an min­ destens zwei gegenüberliegenden Seiten seitlich. Die Polysi­ liziumstrukturelemente sind z. B. rechteckförmig. Anschlie­ ßend wird die SiO2-Struktur in einem Ätzprozeß, der selektiv zu Polysilizium und zu Si3N4 SiO2 entfernt, entfernt. Dabei entstehen zwischen der Si3N4-Schicht und der Polysilizium­ struktur Hohlräume, die jeweils von einer Membran überspannt werden, die aus dem entsprechenden Teil der Polysilizium­ struktur gebildet wird. Das Herstellverfahren umfaßt aus der Mikroelektronik bekannte Strukturierungsschritte. Diese Art Herstellverfahren werden auch als mikromechanisch und, da die Strukturen an der Oberfläche hergestellt werden, als Surface- Micromachining bezeichnet.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens ist es möglich, eine Sensoranordnung mit einer Auflösung im Bereich von ca. 20 µm zu erzielen. Eine Sensoranordnung zur Erfassung von Fingerabdrücken sollte wegen der entsprechenden Größe der Finger eine Gesamtfläche von etwa 2 cm2 aufweisen. Bei einer Kantenlänge quadratischer Membranen der einzelnen Sensorele­ mente von 20 µm umfaßt die Sensoranordnung insgesamt 500.000 Sensorelemente. Eine solche Anordnung ist durch Einsatz der Surface-Micromachiningtechnologie gut herstellbar.
Zur Verbesserung des Ätzangriffs bei der Entfernung der SiO2-Struktur liegt es im Rahmen der Erfindung, unter der Polysiliziumstruktur eine Hilfsstruktur, die selektiv zu Po­ lysilizium ätzbar ist, zu erzeugen. Die Hilfsstruktur ver­ läuft teilweise unterhalb der Polysiliziumstruktur außerhalb der SiO2-Struktur und reicht bis in die Zwischenräume, die weder von der SiO2-Struktur noch von der Polysilizium­ struktur bedeckt sind, hinein. Die Hilfsstruktur umfaßt z. B. Stege, die vom Rand einem SiO2-Strukturelementes zum Rand des entsprechenden Polysiliziumstrukturelementes verlaufen. Auf diese Weise entstehen beim Ätzen Ätzkanäle, über die der Ätz­ angriff zugleich an mehreren Stellen erfolgt. Dadurch kann die Dauer für das Entfernen der SiO2-Struktur und damit die Dauer des Ätzangriffs an nicht mit SiO2 bedeckten Oberflächen der Si3N4-Schicht reduziert werden.
Ferner ermöglicht die Verwendung der Hilfsstruktur den Ein­ satz von Polysiliziumstrukturelementen, die das entsprechende SiO2-Strukturelement jeweils an allen Seiten überlappen. Dadurch sind die Polysiliziumstrukturelemente entlang einer geschlossenen Ankerfläche, die das jeweilige SiO2- Strukturelement rahmenförmig umgibt, mit der Oberfläche der Si3N4-Schicht oder der Hilfsstruktur verbunden. Jedes SiO2- Strukturelement ist in dieser Ausführungsform vollständig durch das Polysiliziumstrukturelement abgeschlossen. In einem zu Polysilizium selektiven Ätzprozeß wird die Hilfsstruktur entfernt, wobei Ätzkanäle für die Entfernung der SiO2-Struk­ turelemente gebildet werden. Die Ätzkanäle verlaufen entspre­ chend der Form der Hilfsstruktur unter dem Rand der Polysili­ ziumstrukturelemente bis zu dem SiO2-Strukturelement.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Hilfsstruktur aus SiO2 oder aus einer Kombination von SiO2 und Si3N4 zu bilden.
Die Ätzkanäle können nach Entfernung der SiO2-Strukturele­ mente in einem Oxidationsschritt wieder verschlossen werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren und der Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Sensoranordnung zur Er­ fassung von Fingerabdrücken, die mit Strukturen zur Defini­ tion des Druckpunktes versehen ist.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Sensoranordnung zur Er­ fassung von Fingerabdrücken, die mit einer planarisierenden Schicht versehen ist.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Sen­ soranordnung zur Erfassung von Fingerabdrücken.
Fig. 4 zeigt einen Schichtaufbau, der zur Herstellung einer Sensoranordnung zur Erfassung von Fingerabdrücken erforder­ lich ist.
Fig. 5 zeigt den in Fig. 4 mit V-V bezeichneten Schnitt durch den Schichtaufbau.
Auf einem Substrat 11 aus z. B. n-dotiertem Silizium ist ei­ ne isolierende Schicht 12 aus z. B. Si3N4 angeordnet (s. Fig. 1).
An der Oberfläche der isolierenden Schicht 12 ist eine Poly­ siliziumstruktur 13 angeordnet, die z. B. n-dotiert ist. Die Polysiliziumstruktur 13 umfaßt eine Vielzahl rasterförmig angeordneter Polysiliziumstrukturelemente, die z. B. rechteckförmig sind. Jedes Strukturelement der Polysilizium­ struktur 13 steht nur an Stützstellen 131 direkt mit der isolierenden Schicht 12 in Verbindung. Dazwischenliegende Teile des jeweiligen Strukturelementes der Polysilizium­ struktur 13 bilden Membrane 132, die jeweils einen Hohlraum 14 überspannen. Die Stützstellen 131 umgeben die zugehörige Membran 131 rahmenförmig, so daß die Membran 132 über eine geschlossene Ankerfläche, die von den Stützstellen 131 ge­ bildet wird, umgeben ist. Der Hohlraum 14 ist abgeschlossen und wird durch die Oberfläche der isolierenden Schicht 12, die ihn umgebenden Stützstellen 131 und die zugehörige Mem­ bran 132 begrenzt. Die Länge der Membrane 132 beträgt z. B. 10 bis 50 µm. Die Dicke der Polysiliziumstruktur 13 senkrecht zur Oberfläche des Substrats 11 beträgt z. B. 0,8 µm.
Die Oberfläche der Polysiliziumstruktur 13 ist mit einer pas­ sivierenden Schicht 15 aus z. B. Si3N4 bedeckt.
Oberhalb jeder Membran 132 ist eine Struktur zur Definition des Druckpunktes 16 angeordnet. Die Struktur 16 besteht z. B. aus Polysilizium, das als Erhebung mit rechteckigem Quer­ schnitt ungefähr über der Mitte jeder Membran 132 angeordnet ist.
In der Sensoranordnung wird als elektrische Größe der Kapa­ zitätsänderung zwischen jeder Membran 132 und dem Substrat 11 ausgewertet. Als Dielektrikum wirkt dabei derjenige Teil der isolierenden Schicht 12, der jeweils an einen Hohlraum 14 an­ grenzt. Da es für die Erfassung von Fingerabdrücken lediglich erforderlich ist, festzustellen, ob eine der Membranen 132 aus der Ruhelage ausgelenkt ist oder nicht, ist es bei der Registrierung der Kapazitätsänderung ausreichend, das Über­ schreiten der gemessenen Kapazität über eine vorgegebene Schwelle zu registrieren. Die Schwelle liegt zwischen dem Wert für Membran in der Ruhelage und dem Wert für ausgelenkte Membran. Für diese Messung ist daher eine Meßgenauigkeit im Bereich 100 fF ausreichend.
An der Oberfläche eines Substrats 21, das z. B. aus n-do­ tiertem Silizium besteht, ist eine Isolationsstruktur 22 aus z. B. Si3N4 angeordnet (s. Fig. 2). Die Isolationsstruktur 22 weist senkrecht zur Oberfläche des Substrats 21 eine Dicke von z. B. 50 nm auf.
Es ist eine Polysiliziumstruktur 23 vorgesehen, die z. B. n- dotiert ist. Die Polysiliziumstruktur 23 umfaßt eine Vielzahl rasterförmig angeordnete Strukturelemente. Die Strukturele­ mente der Polysiliziumstruktur 23 sind z. B. rechteckförmig. Die Strukturelemente der Polysiliziumstruktur 23 sind jeweils an Stützstellen 231 mit der Isolationsstuktur 22 fest verbunden. Der Anteil jedes Strukturelementes der Polysili­ ziumstruktur 23 zwischen benachbarten Stützstellen 231 über­ spannt dabei als Membran 232 einen Hohlraum 24. In dem Hohl­ raum 24 ist die Oberfläche des Substrats 21 mindestens teil­ weise freigelegt. Der Hohlraum 24 ist vollständig von Stütz­ stellen 231 eines Strukturelementes der Polysiliziumstruktur 23 umgeben. Die Stützstellen 231 eines Strukturelementes der Polysiliziumstruktur 23 bilden eine geschlossene Ankerfläche, die den jeweiligen Hohlraum 24 vollständig rahmenförmig um­ gibt.
Die Polysiliziumstruktur 23 weist eine Dicke von z. B. 0,8 µm auf. Jede Membran 232 weist eine Seitenlänge von z. B. 10 bis 50 µm auf.
Die Oberfläche der Struktur ist mit einer planarisierenden Schicht 25 bedeckt. Die planarisierende Schicht 25 besteht z. B. aus BPSG. Sie schützt die Oberfläche der Polysilizium­ struktur 23 vor Zerstörung bei seitlichen Bewegungen und Verschmutzung und dient gleichzeitig zur Passivierung der Oberfläche.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Sensoranordnung. Dabei sind Sensorelemente 31 rasterförmig an der Oberfläche eines Substrats angeordnet. Die Sensorelemente 31 umfassen jeweils eine Membran aus Polysilizium, die einen Hohlraum überspannt und die an mindestens zwei Stützstellen mit dem Substrat über jeweils eine Isolationsstruktur fest verbunden ist. Vorzugsweise ist die Membran entlang ihrem gesamten Rand mit der Isolationsstruktur fest verbunden. Seitlich der Sensorelemente 31 ist in dem Substrat eine Aus­ leseeinheit 32 angeordnet. Es sind elektrische Verbindungen zwischen der Ausleseeinheit und jeder Membran sowie dem Substrat vorgesehen. Die Ausleseeinheit 32 umfaßt z. B. ein Schieberegister, über das spaltenweise die Sensoranordnung ausgelesen wird.
Anhand von Fig. 4 und 5 wird im folgenden ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung zur Erfassung von Finger­ abdrücken erläutert. An der Oberfläche eines Substrats 41, das z. B. aus n-dotiertem Silizium besteht, wird eine isolie­ rende Schicht 42 aufgebracht, die z. B. aus Si3N4 besteht und die z. B. eine Dicke von 50 nm aufweist (s. Fig. 4). An der Oberfläche der isolierenden Schicht 42 wird durch ganzflächiges Abscheiden und anschließendes Strukturieren ei­ ner SiO2-Schicht eine SiO2-Struktur 43 erzeugt. Die SiO2- Struktur 43 umfaßt z. B. quader-förmige, rasterförmig ange­ ordnete Strukturelemente. Die Strukturelemente der SiO2- Struktur 43 haben eine Breite von z. B. 10 bis 50 µm. Die Dicke der SiO2-Struktur 43 senkrecht zur Oberfläche des Substrats 41 beträgt z. B. 0,8 µm.
An der Oberfläche der SiO2-Struktur sind Hilfsstrukturen 44 aus SiO2 angeordnet. Die Hilfsstrukturen 44 überlappen die Strukturelemente der SiO2-Struktur 43 seitlich. Die Hilfs­ strukturen 44 weisen senkrecht zur Oberfläche des Substrats 41 eine Dicke von z. B. 50 nm auf.
Durch ganzflächiges Abscheiden und anschließendes Struktu­ rieren einer Polysiliziumschicht wird eine Polysilizium­ struktur 45 erzeugt, die z. B. n-dotiert ist. Die Polysili­ ziumstruktur 45 umfaßt rechteckförmige, rasterförmig ange­ ordnete Strukturelemente. Die Strukturelemente der Polysili­ ziumstruktur 45 überlappen die Strukturelemente der SiO2- Struktur 43 vollständig. Der das Strukturelement der SiO2- Struktur 43 seitlich überragende Teil des entsprechenden Strukturelementes der Polysiliziumstruktur 45 ist mit der isolierenden Schicht 42 bzw. der daraufangeordneten Hilfs­ struktur 44 über eine Ankerfläche verbunden. Die Ankerfläche umgibt jedes Strukturelement der SiO2-Struktur 43 in Form ei­ nes geschlossenen Rahmens.
In einem Ätzprozeß, z. B. naßchemisch unter Verwendung von Flußsäure, wird die Hilfsstruktur 44 aus z. B. SiO2 selektiv zu Si3N4 und Polysilizium entfernt. Dabei entstehen Ätzka­ näle, die unter der Ankerfläche jedes Strukturelementes der Polysiliziumstruktur 45 bis zu dem entsprechenden Struktur­ element der SiO2-Struktur 43 reichen. Über diese Ätzkanäle erfolgt bei Fortsetzung des Ätzprozesses ein Ätzangriff auf die SiO2-Struktur 43. Die SiO2-Struktur 43 wird dabei voll­ ständig entfernt. Dabei entstehen Hohlräume, die jeweils von einem Teil eines Strukturelementes der Polysiliziumstruktur 45 überspannt werden. Die Hohlräume umgebend ist das Struk­ turelement der Polysiliziumstruktur 45 jeweils im Bereich der Ankerfläche über die isolierende Schicht 42 mit dem Substrat fest verbunden. Der einen Hohlraum überspannende Teil eines Strukturelementes der Polysiliziumstruktur 45 bildet eine Membran und definiert damit ein einzelnes Sensorelement der Sensoranordnung.
Da die Hilfsstrukturen 44 die Ankerflächen der Polysilizium­ struktur 45 seitlich überlappen, kommt es über die Hilfs­ struktur 44 zu einem Ätzangriff auf die SiO2-Struktur 43. Durch Entfernung der Hilfsstruktur 44 entstehende Kanäle au­ ßerhalb der Hohlräume werden bei nachfolgenden Prozeß­ schritten zur Fertigstellung der Sensoranordnung wieder ver­ schlossen.
Soll der Zustand jeder Membran durch Messung des Potentials zwischen der Substratoberfläche und der Membran bestimmt wer­ den, so muß die isolierende Schicht 42 vor der Erzeugung der SiO2-Struktur 43 so strukturiert werden, daß die SiO2-Struk­ tur 43 mindestens teilweise unmittelbar an der Oberfläche des Substrats 41 angeordnet ist.
Zur Fertigstellung der Sensoranordnung wird z. B. ganzflächig eine planarisierende Schicht aufgebracht.

Claims (19)

1. Sensoranordnung zur Erfassung von Fingerabdrücken,
  • - bei der ein Substrat (11, 21) aus Silizium vorgesehen ist, das mindestens an der Oberfläche dotiert ist,
  • - bei der an der Oberfläche des Substrats (11, 21) raster­ förmig Membranen (132, 232) aus dotiertem Polysilizium ange­ ordnet sind, die gegenüber dem Substrat elektrisch isoliert sind,
  • - bei der jede Membran (132, 232) einen Hohlraum (14, 24) überspannt und an mindestens zwei Stützstellen (131, 231) mit dem Substrat (11, 21) festverbunden ist, so daß der Hohlraum (14, 24) zwischen der Membran (132, 232) und der Oberfläche des Substrats ()11, 21) angeordnet ist,
  • - bei der eine Ausleseeinheit vorgesehen ist, die eine elek­ trische Größe, jeweils zwischen Substrat (11, 21) und Membran (132, 232), die sich bei Einwirkung einer Kraft auf die Mem­ bran (132, 232) ändert, ausliest und speichert.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1,
  • - bei der die Membranen (132, 232) und die Hohlräume (14, 24) entlang Zeilen und entlang senkrecht zu den Zeilen verlaufenden Spalten angeordnet sind.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der mindestens im Bereich der Stützstellen (131, 231) zwischen der Membran (132, 232) und der Oberfläche des Substrats (11, 21) Isolationsstrukturen (12, 22) vorgesehen sind.
4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Oberfläche des Substrats mindestens im Bereich der Hohlräume mit einer isolierenden Schicht (12) versehen ist.
5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, bei der die Ausleseeinheit ein Schieberegister umfaßt, das die elektrische Größe spaltenweise ausliest und in einen Speicher einschreibt.
6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der jeder Hohlraum parallel zur Oberfläche des Substrats einen rechteckigen Querschnitt aufweist und die Länge und die Breite des Hohlraums (14, 24) jeweils im Bereich zwischen 10 und 50 µm liegt.
7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der jede Membran (132) mit einer Struktur (16) zur Defi­ nition des Druckpunktes versehen ist.
8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der jede Membran (232) mit einer Versteifung zur Begren­ zung seitlicher Bewegungen versehen ist.
9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Oberfläche mit einer planarisierenden Schicht (25) versehen ist, die die Membranen (232) vollständig be­ deckt.
10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Hohlräume senkrecht zur Oberfläche des Substrats eine Höhe im Bereich zwischen 0,1 µm und 1 µm aufweisen.
11. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Membranen (132, 232) in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats eine Dicke zwischen 0,2 µm und 2 µm aufweisen.
12. Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung zur Er­ fassung von Fingerabdrücken,
  • - bei dem auf die Oberfläche eines Substrats (41) aus Sili­ zium eine Si3N4-Schicht (42) aufgebracht wird,
  • - bei dem auf die Oberfläche der Si3N4-Schicht (42) eine SiO2-Schicht aufgebracht wird,
  • - bei dem die SiO2-Schicht strukturiert wird, so daß eine SiO2-Struktur (43) entsteht, die rasterförmig angeordnete SiO2-Strukturelemente umfaßt, und so daß die Oberfläche der Si3N4-Schicht (42) außerhalb der SiO2-Struktur (43) freige­ legt wird,
  • - bei dem ganz flächig eine Polysiliziumschicht abgeschieden und dotiert wird,
  • - bei dem die Polysiliziumschicht mit Hilfe eines zu SiO2 und Si3N4 selektiven Ätzprozeß so strukturiert wird, daß eine Po­ lysiliziumstruktur (45) entsteht, die zu jedem SiO2-Struktur­ element ein Polysiliziumstrukturelement umfaßt, wobei das Polysiliziumstrukturelement das SiO2-Strukturelement voll­ ständig überdeckt und an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten seitlich überragt,
  • - bei dem die SiO2-Struktur (43) in einem Ätzprozeß, der se­ lektiv zu Polysilizium und Si3N4SiO2 entfernt, entfernt wird, wobei zwischen der Si3N4-Schicht (42) und der Polysi­ liziumstruktur (45) Hohlräume entstehen, die jeweils von ei­ ner Membran, die aus dem entsprechenden Teil der Polysilizi­ umstruktur (45) gebildet wird, überspannt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem vor der Abscheidung der Polysiliziumschicht die Si3N4-Schicht (42) mindestens am Rand der Polysiliziumstruk­ turelemente entfernt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
  • - bei dem die SiO2-Schicht in einer Dicke im Bereich zwischen 041 µm und 1 µm abgeschieden wird,
  • - bei dem die Polysiliziumschicht in einer Dicke im Bereich zwischen 0,2 µm und 2 µm abgeschieden wird,
  • - bei dem die SiO2-Strukturelemente (43) Ausdehnungen paral­ lel zur Oberfläche im Bereich zwischen 10 und 50 µm aufwei­ sen,
  • - bei dem die Polysiliziumstrukturelemente (45) Ausdehnungen parallel zur Oberfläche im Bereich zwischen 10 und 50 µm auf­ weisen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem unter der Polysiliziumstruktur (45) eine Hilfsstruk­ tur (44) erzeugt wird, die selektiv zu Polysilizium ätzbar ist und die Strukturelemente umfaßt, die mindestens vom Rand der SiO2-Strukturelemente bis zum Rand der Polysilizium­ strukturelemente verlaufen und aus denen in einem zu Polysi­ lizium selektiven Ätzprozeß Ätzkanäle für die Entfernung der SiO2-Strukturelemente gebildet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Hilfsstruktur aus SiO2 oder einer Kombination aus SiO2 und Si3N4 gebildet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Hilfsstruktur (44) eine Dicke senkrecht zur Ober­ fläche des Substrats (41) im Bereich zwischen 20 nm und 200 nm aufweist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Polysiliziumstrukturelemente die SiO2-Struktur­ elemente jeweils an allen Seiten überlappen, so daß der Rand der Polysiliziumstrukturelemente entlang einer geschlossenen Ankerfläche, die das jeweilige SiO2-Strukturelement rahmen­ förmig umgibt, mit der Oberfläche der Si3N4-Schicht oder der Hilfsstruktur verbunden ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem die Si3N4-Schicht (42) vor dem Aufbringen der SiO2- Schicht so strukturiert wird, daß die Si3N4-Schicht (42) un­ ter den Streifen der SiO2-Schicht mindestens teilweise ent­ fernt wird.
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