專利名稱：靜電電容檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過檢測根據(jù)與對象物表面的距離而變化的靜電電容，讀取指紋等的具有微細(xì)凹凸的對象物的表面形狀的靜電電容檢測裝置。
背景技術(shù)：
以往，用于指紋傳感器等中的靜電電容檢測裝置是在單晶硅基板上形成傳感器電極和設(shè)置在該傳感器電極上的電介質(zhì)膜(特開平11-118415、特開2000-346608、特開2001-5620、特開2001-133213等)。圖1說明以往的靜電電容檢測裝置的工作原理。傳感器電極和電介質(zhì)膜成為電容器的一方電極和電介質(zhì)膜，人體成為接地的另一方電極。該電容器的靜電電容CF隨著接觸在電介質(zhì)膜表面的指紋的凹凸而相應(yīng)變化。另一方面，在半導(dǎo)體基板上，準(zhǔn)備靜電電容為Cs的電容器，將這兩個電容器串聯(lián)連接，施加規(guī)定的電壓。這樣，在兩個電容器之間產(chǎn)生對應(yīng)于指紋的凹凸的電荷Q。利用通常的半導(dǎo)體技術(shù)來檢測出該電荷Q，讀取對象物的表面形狀。
然而，這些以往的靜電電容檢測裝置，因?yàn)樵趩尉Ч杌迳闲纬稍撗b置，如果作為指紋傳感器使用，在手指用力按壓時，會出現(xiàn)該裝置破裂的問題。
并且，作為指紋傳感器的用途，必然要求20mm×20mm程度的大小，傳感器電極占有靜電電容檢測裝置面積的大部分。雖然傳感器電極應(yīng)該制作在單晶硅基板上，但是，花費(fèi)大量的能量和勞力來制作的單晶硅基板的大部分(傳感器電極下部)只是起支撐體的作用。即以往的靜電電容檢測裝置不僅高價、而且是大量的無用功和浪費(fèi)之上所形成的。
除此之外，在近年來，強(qiáng)烈指出應(yīng)該在信用卡、現(xiàn)金提取卡等各種卡上設(shè)置個人識別功能，以提高卡的安全性。但是，因?yàn)橐酝闹谱髟趩尉Ч杌迳系撵o電電容檢測裝置缺乏柔軟性，因此，所存在的問題是不得不在塑料基板上制作該裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明鑒于上述諸多問題，其目的在于提供一種穩(wěn)定工作、可以削減制造時的不必要的能量和勞力、并也可以在單晶硅基板以外上制作的優(yōu)良的靜電電容檢測裝置。
本發(fā)明的靜電電容檢測裝置，其通過檢測根據(jù)與對象物的距離而變化的靜電電容，讀取該對象物的表面形狀，其中包括配置成M行N列矩陣狀的M根個別電源線、N根個別輸出線、和設(shè)置在該個別電源線與該個別輸出線的交點(diǎn)上的靜電電容檢測元件；該靜電電容檢測元件包括信號檢測元件和信號放大元件；該信號檢測元件包括電容檢測電極、電容檢測電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器，該基準(zhǔn)電容器由基準(zhǔn)電容器第一電極、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器第二電極所構(gòu)成；該信號放大元件由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所構(gòu)成的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置來構(gòu)成。進(jìn)一步，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域與個別電源線和基準(zhǔn)電容器第一電極電連接；信號放大用柵電極與電容檢測電極和基準(zhǔn)電容器第二電極連接。信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域直接或通過開關(guān)元件間接連接在個別輸出線。再有，基準(zhǔn)電容器的電介質(zhì)膜和信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵絕緣膜利用同一素材在同一層上形成。并且基準(zhǔn)電容器第一電極和半導(dǎo)體膜漏區(qū)域利用同一素材在同一層上形成。而基準(zhǔn)電容器第二電極和柵電極也利用同一素材在同一層上形成。
在本發(fā)明的靜電電容檢測裝置中，假定基準(zhǔn)電容器的電極面積為SR(μm2)，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵極面積為ST(μm2)，基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜的厚度為tR(μm)，基準(zhǔn)電容器的電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εR，柵絕緣膜的厚度為tox(μm)，柵絕緣膜的相對介電常數(shù)為εox時，基準(zhǔn)電容器的電容(基準(zhǔn)電容器電容)CR和信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的晶體管電容CT分別定義為CR＝ε0·εR·SR/tR、CT＝ε0·εox·ST/tox，式中ε0為真空的介電常數(shù)，并且假定電容檢測電極的面積為SD(μm2)，電容檢測電介質(zhì)膜的厚度為tD(μm)，電容檢測電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εD，信號檢測元件的元件電容CD定義為CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0為真空的介電常數(shù)時，元件電容CD足夠大于該基準(zhǔn)電容器電容CR和該晶體管電容CT之和的CR+CT。足夠大于一般是指相差10倍以上。換言之，元件電容CD與該基準(zhǔn)電容器電容CR和該晶體管電容CT之和的CR+CT之間滿足CD＞10×(CR+CT)的關(guān)系。在本發(fā)明的靜電電容檢測裝置中，希望電容檢測電介質(zhì)膜位于靜電電容檢測裝置的最表面位置。當(dāng)對象物與電容檢測電介質(zhì)膜不接觸而以對象物距離tA相隔、將對象物電容CA利用真空的介電常數(shù)ε0、空氣的相對介電常數(shù)εA、和電容檢測電極的面積SD，定義為CA＝ε0·εA·SD/tA時，按照基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT足夠大于該對象物電容CA那樣構(gòu)成靜電電容檢測裝置。如上所述，如果相差大于10倍以上就可以說足夠大于，因此，基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和(CR+CT)與對象物電容CA之間滿足(CR+CT)＞10×CA的關(guān)系。更理想的是電容檢測電介質(zhì)膜位于靜電電容檢測裝置的最表面，假定基準(zhǔn)電容器的電極面積為SR(μm2)，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵極面積為ST(μm2)，基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜的厚度為tR(μm)，基準(zhǔn)電容器的電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εR，柵絕緣膜的厚度為tox(μm)、柵絕緣膜的相對介電常數(shù)為εox，基準(zhǔn)電容器的電容(基準(zhǔn)電容器電容)CR和信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的晶體管的電容CT，分別定義為CR＝ε0·εR·SR/tR，CT＝ε0·εox·ST/tox，式中ε0為真空的介電常數(shù)，并且假定電容檢測電極的面積為SD(μm2)，電容檢測電介質(zhì)膜的厚度為tD(μm)，電容檢測電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εD，信號檢測元件的元件電容CD定義為CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0為真空的介電常數(shù)時，該元件電容CD足夠大于該基準(zhǔn)電容器電容CR和該晶體管電容CT之和的CR+CT；并且當(dāng)對象物與電容檢測電介質(zhì)膜不接觸而以對象物距離tA相隔、將對象物電容CA利用真空的介電常數(shù)ε0、空氣的相對介電常數(shù)εA、和電容檢測電極的面積SD，定義為CA＝ε0·εA·SD/tA時，按照基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT足夠大于該對象物電容CA那樣構(gòu)成靜電電容檢測裝置。更具體講，讓靜電電容檢測裝置具有的特征是，在元件電容CD、基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT、對象物電容CA之間，滿足CD＞10×(CR+CT)＞100×CA的關(guān)系。
本發(fā)明的靜電電容檢測裝置，其通過檢測根據(jù)與對象物的距離而變化的靜電電容，讀取該對象物的表面形狀，該靜電電容檢測裝置包括配置成M行N列矩陣狀的M根個別電源線、N根個別輸出線、和設(shè)置在該個別電源線與該個別輸出線的交點(diǎn)上的靜電電容檢測元件；該靜電電容檢測元件包括信號檢測元件和信號放大元件；該信號檢測元件包括電容檢測電極、電容檢測電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器，該基準(zhǔn)電容器由基準(zhǔn)電容器第一電極、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器第二電極所構(gòu)成；該信號放大元件由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所構(gòu)成的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置來構(gòu)成；該信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域的一部分和該柵電極的一部分通過介入該柵絕緣膜形成重疊部，該重疊部形成該基準(zhǔn)電容器。具體講，在構(gòu)成信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體膜內(nèi)，包含施主型或受主型雜質(zhì)的半導(dǎo)體膜漏區(qū)域一側(cè)成為基準(zhǔn)電容器第一電極，它直接或間接地連接在個別電源線上。信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極成為基準(zhǔn)電容器第二電極和共同電極，它連接在電容檢測電極。信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域直接或間接地連接在個別輸出線。
在本發(fā)明的靜電電容檢測裝置中，假定信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與半導(dǎo)體膜漏區(qū)域之間的重疊部的柵電極長度為L1(μm)，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與半導(dǎo)體膜溝道形成區(qū)域之間的重疊部的柵電極長度為L2(μm)，柵電極寬為W(μm)，上述柵絕緣膜的厚度為tox(μm)、柵絕緣膜的相對介電常數(shù)為εox，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT分別定義為CR＝ε0·εox·L1·W/tox，CT＝ε0·εox·L2·W/tox，式中ε0為真空的介電常數(shù)，并且假定電容檢測電極的面積為SD(μm2)，電容檢測電介質(zhì)膜的厚度為tD(μm)，電容檢測電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εD，信號檢測元件的元件電容CD定義為CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0為真空的介電常數(shù)時，該元件電容CD足夠大于該基準(zhǔn)電容器電容CR和該晶體管電容CT之和的CR+CT。足夠大于一般是指相差10倍以上。換言之，元件電容CD與基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT之間滿足CD＞10×(CR+CT)的關(guān)系。在本發(fā)明的靜電電容檢測裝置中，希望電容檢測電介質(zhì)膜位于靜電電容檢測裝置的最表面上。當(dāng)對象物與電容檢測電介質(zhì)膜不接觸而以對象物距離tA相隔、將對象物電容CA利用真空的介電常數(shù)ε0、空氣的相對介電常數(shù)εA、和電容檢測電極的面積SD，定義為CA＝ε0·εA·SD/tA時，按照基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT足夠大于該對象物電容CA那樣構(gòu)成靜電電容檢測裝置。如上所述，如果相差大于10倍以上就可以說足夠大于，因此，基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和(CR+CT)與對象物電容CA之間滿足(CR+CT)＞10×CA的關(guān)系。更理想的是電容檢測電介質(zhì)膜位于靜電電容檢測裝置的最表面，假定信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與半導(dǎo)體膜漏區(qū)域之間的重疊部的柵電極長度為L1(μm)，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與半導(dǎo)體膜溝道形成區(qū)域之間的重疊部的柵電極長度為L2(μm)，柵電極寬為W(μm)，柵絕緣膜的厚度為tox(μm)、柵絕緣膜的相對介電常數(shù)為εox，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT分別定義為CR＝ε0·εox·L1·W/tox，CT＝ε0·εox·L2·W/tox，式中ε0為真空的介電常數(shù)，并且假定電容檢測電極的面積為SD(μm2)，電容檢測電介質(zhì)膜的厚度為tD(μm)，電容檢測電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εD，信號檢測元件的元件電容CD定義為CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0為真空的介電常數(shù)時，該元件電容CD足夠大于該基準(zhǔn)電容器電容CR和該晶體管電容CT之和的CR+CT；并且當(dāng)對象物與電容檢測電介質(zhì)膜不接觸而以對象物距離tA相隔、將對象物電容CA利用真空的介電常數(shù)ε0、空氣的相對介電常數(shù)εA、和電容檢測電極的面積SD，定義為CA＝ε0·εA·SD/tA時，按照基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT足夠大于該對象物電容CA那樣構(gòu)成靜電電容檢測裝置。更具體講，讓靜電電容檢測裝置具有的特征是，在元件電容CD、基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT、對象物電容CA之間，滿足CD＞10×(CR+CT)＞100×CA的關(guān)系。
本發(fā)明的靜電電容檢測裝置，其通過檢測根據(jù)與對象物的距離而變化的靜電電容，讀取該對象物的表面形狀，其中包括配置成M行N列矩陣狀的M根個別電源線、N根個別輸出線、設(shè)置在該個別電源線與該個別輸出線交點(diǎn)的靜電電容檢測元件、和連接在M根個別電源線的電源選擇電路；靜電電容檢測元件包括電容檢測電極、電容檢測電介質(zhì)膜、基準(zhǔn)電容器和信號放大元件；基準(zhǔn)電容器是由基準(zhǔn)電容器第一電極、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器第二電極所構(gòu)成；信號放大元件是由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所組成的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置所構(gòu)成。此時，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域是直接或間接連接在個別輸出線，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域連接在個別電源線和基準(zhǔn)電容器第一電極，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極連接在電容檢測電極和基準(zhǔn)電容器第二電極。在本發(fā)明的靜電電容檢測裝置中，利用第一布線對個別輸出線進(jìn)行布線，利用第二布線對個別電源線進(jìn)行布線，利用第三布線對電容檢測電極進(jìn)行布線，這些第一布線、第二布線和第三布線是通過絕緣膜電隔離。
本發(fā)明的靜電電容檢測裝置，其通過檢測根據(jù)與對象物的距離而變化的靜電電容，讀取該對象物的表面形狀，其中包括配置成M行N列矩陣狀的M根個別電源線、N根個別輸出線、設(shè)置在該個別電源線與該個別輸出線交點(diǎn)的靜電電容檢測元件、和連接在N根個別輸出線的輸出信號選擇電路；靜電電容檢測元件包括電容檢測電極、電容檢測電介質(zhì)膜、基準(zhǔn)電容器和信號放大元件；輸出信號選擇電路包括共同輸出線和輸出信號用總線門；基準(zhǔn)電容器是由基準(zhǔn)電容器第一電極、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器第二電極所構(gòu)成；信號放大元件是由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所組成的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置所構(gòu)成；輸出信號用總線門是由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所構(gòu)成的輸出信號總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置所構(gòu)成。此時，信號放大元件用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域直接或間接連接在個別輸出線，信號放大元件用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域連接在個別電源線和基準(zhǔn)電容器第一電極，信號放大元件用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極連接在電容檢測電極和基準(zhǔn)電容器第二電極，輸出信號用總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域連接在共同輸出線，輸出信號用總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域連接在所述個別輸出線。并且，輸出信號用總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極連接在供給N根個別輸出線中選擇哪一個個別輸出線的信號的輸出選擇用輸出線。在本發(fā)明的靜電電容檢測裝置中，利用第一布線對個別輸出線和共同輸出線進(jìn)行布線，利用第二布線對個別電源線和輸出選擇用輸出線進(jìn)行布線，利用第三布線對電容檢測電極進(jìn)行布線，這些第一布線、第二布線和第三布線分別通過絕緣膜電隔離。
本發(fā)明的靜電電容檢測裝置，其通過檢測根據(jù)與對象物的距離而變化的靜電電容，讀取該對象物的表面形狀，其中包括配置成M行N列矩陣狀的M根個別電源線、N根個別輸出線、設(shè)置在該個別電源線與該個別輸出線交點(diǎn)的靜電電容檢測元件、連接在M根個別電源線的電源選擇電路、和連接在N根個別輸出線的輸出信號選擇電路；靜電電容檢測元件包括電容檢測電極、電容檢測電介質(zhì)膜、基準(zhǔn)電容器和信號放大元件；輸出信號選擇電路包括共同輸出線和輸出信號用總線門；基準(zhǔn)電容器由基準(zhǔn)電容器第一電極、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器第二電極所構(gòu)成；信號放大元件由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所構(gòu)成的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置所構(gòu)成；輸出信號用總線門由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所組成的輸出信號總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置所構(gòu)成。此時，信號放大元件用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域直接或間接連接在個別輸出線，信號放大元件用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域連接在個別電源線和基準(zhǔn)電容器第一電極，信號放大元件用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極連接在電容檢測電極和基準(zhǔn)電容器第二電極，輸出信號用總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域連接在共同輸出線，輸出信號用總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域連接在個別輸出線。并且，輸出信號用總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極連接在供給N根個別輸出線中選擇哪一個個別輸出線的信號的輸出選擇用輸出線。在本發(fā)明的靜電電容檢測裝置中，利用第一布線對個別輸出線和共同輸出線進(jìn)行布線，利用第二布線對個別電源線和輸出選擇用輸出線進(jìn)行布線，利用第三布線對電容檢測電極進(jìn)行布線，這些第一布線、第二布線和第三布線分別通過絕緣膜電隔離。
在利用單晶硅基板的以往的技術(shù)(單晶硅傳感器)中，在塑料基板上只能形成幾mm×幾mm程度大小的靜電電容檢測裝置，但是，根據(jù)本發(fā)明，利用薄膜半導(dǎo)體裝置來可以實(shí)現(xiàn)具有和單晶硅傳感器相同性能的靜電電容檢測裝置。并且，靜電電容檢測裝置的傳感器面積也容易增大到100倍以上，在塑料基板上可以制作這樣優(yōu)越的靜電電容檢測裝置。并且，可以極其高精度地檢測出對象物的凹凸情報(bào)。其結(jié)果，將該靜電電容檢測裝置裝載在具有記憶功能的信用卡，可以顯著提高信用卡的安全級別。另外，利用單晶硅基板的以往的靜電電容檢測裝置只能利用裝置面積的一部分單晶硅半導(dǎo)體，導(dǎo)致莫大的能量、勞動力的浪費(fèi)。與此相反，在本發(fā)明中，可以消除這樣的浪費(fèi)，對地球環(huán)境的保全有效果。


圖1是說明以往技術(shù)的工作原理的圖。
圖2是說明本發(fā)明的工作原理的圖。
圖3是說明本發(fā)明的工作原理的圖。
圖4A是說明本發(fā)明的元件結(jié)構(gòu)的圖。
圖4B是說明本發(fā)明的元件結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是說明本發(fā)明的原理的圖。
圖6是說明本發(fā)明的全體構(gòu)成的圖。
圖7是說明本發(fā)明的時鐘生成電路構(gòu)成的圖。
圖8是說明本發(fā)明的電源選擇電路構(gòu)成的圖。
圖9是說明本發(fā)明的輸出信號選擇電路構(gòu)成的圖。
圖10是說明本發(fā)明的信息采集部電路構(gòu)成的圖。
圖11是在本實(shí)施例中使用的薄膜半導(dǎo)體裝置的傳遞特性圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是利用金屬—絕緣膜—半導(dǎo)體膜組成的MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置來制作靜電電容檢測裝置，其通過檢測根據(jù)與對象物的距離而變化的靜電電容，讀取該對象物的表面形狀。眾所周知，因?yàn)楸∧ぐ雽?dǎo)體裝置通常是在玻璃基板上制作，被認(rèn)為是低價制造需要面積大的半導(dǎo)體集成電路的技術(shù)，歷來具體地應(yīng)用在液晶顯示裝置。從而，如果利用薄膜半導(dǎo)體裝置來制作適合指紋傳感器等的靜電電容檢測裝置，就沒有必要使用單晶硅基板那樣的消耗大量能量制作的高價基板，在不浪費(fèi)貴重的地球資源的情況下，而可以廉價制作該裝置。另外，因?yàn)楸∧ぐ雽?dǎo)體裝置適合SUFTLA(特開平11-312811或S.Utsunomiya et.al.Society forInformation Display p.916(2000))的復(fù)制技術(shù)，在塑料基板上制作半導(dǎo)體集成電路，靜電電容檢測裝置也可以從單晶硅基板中解放出來，而可以在塑料基板上形成。
用薄膜半導(dǎo)體裝置來制作應(yīng)用以往的、如圖1所示工作原理的靜電電容檢測裝置，利用現(xiàn)在的薄膜半導(dǎo)體裝置的技術(shù)是不可能的。因?yàn)閮蓚€串聯(lián)連接的電容器之間感應(yīng)的電荷Q非常小，如果利用高精度感知可能的單晶硅LSI技術(shù)，可以正確地讀取電荷Q，但是，在薄膜半導(dǎo)體裝置中的晶體管特性沒有像單晶硅LSI技術(shù)優(yōu)越，并由于薄膜半導(dǎo)體裝置之間的特性偏差也大，不能正確讀取電荷Q。因此，本發(fā)明的靜電電容檢測裝置包括配置成M行N列矩陣狀的M根(M是大于等于1的整數(shù))個別電源線、N根(N是大于等于1的整數(shù))個別輸出線、和設(shè)在個別電源線與個別輸出線交點(diǎn)的靜電電容檢測元件，這個靜電電容檢測元件包括信號檢測元件和信號放大元件而構(gòu)成。信號檢測元件包括電容檢測電極、電容檢測電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器，在電容檢測電極上產(chǎn)生對應(yīng)于靜電電容的電荷Q。在本發(fā)明中，利用設(shè)置在每一個靜電電容檢測元件的信號放大元件來放大這個電荷Q，轉(zhuǎn)換為電流。具體地，信號放大元件是由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所組成的MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置所組成；信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與電容檢測電極和基準(zhǔn)電容器的一方的電極(例如第二電極)連接。圖2中表示了本發(fā)明的工作原理。具有靜電電容CS的電容器和對應(yīng)于對象物的表面形狀而變化的靜電電容CF的電容器之間所產(chǎn)生的電荷，改變信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置柵極電位。這樣，如果在這個薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域里施加規(guī)定的電壓，則對應(yīng)于被感應(yīng)的電荷Q，明顯放大通過薄膜半導(dǎo)體裝置的源極、漏極之間的電流I。因?yàn)楦袘?yīng)的電荷Q不流過任何別處而被保存，提高漏極電壓或增加測定時間等方法，容易測定電流I，從而，利用薄膜半導(dǎo)體裝置也可以充分正確地檢測出對象物的表面形狀。
如上所述，在本發(fā)明中，作為信號放大元件利用信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置。此時，具有靜電電容CS的電容器由信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置本身兼任，并且，為了增大靜電電容而提高檢測靈敏度，設(shè)置了基準(zhǔn)電容器。即替代靜電電容CS的新的靜電電容為信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的晶體管電容CT和為了增大靜電電容的基準(zhǔn)電容器電容CR之和。這樣，可以調(diào)整靜電電容，構(gòu)造也變?yōu)楹唵危瑫r，制造工藝也變?yōu)槿菀?。另外，通過縮短信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體溝道形成區(qū)域長度，可以實(shí)現(xiàn)高速檢測動作。除此之外，圖2中的兩個電源，作為共同的電源Vdd來統(tǒng)一的方法，從省略靜電電容檢測裝置內(nèi)的多余的布線的觀點(diǎn)來說也有效果。圖3表示有關(guān)這種狀態(tài)的工作原理的等效電路。將具有根據(jù)對象物表面形狀而變化的靜電電容CF的電容器、和具有晶體管電容CT的電容器串聯(lián)連接，同時，將具有靜電電容CF的電容器、和具有基準(zhǔn)電容器電容CR的電容器串聯(lián)連接。嚴(yán)格講，晶體管電容CT是信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏電極與柵電極之間形成的靜電電容。為了實(shí)現(xiàn)圖3的構(gòu)成，使信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域與個別輸出線連接，使信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域與個別電源線和電容器第一電極連接，并且，將信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極和基準(zhǔn)電容器第二電極連接，在此基礎(chǔ)上，在個別電源線施加電壓Vdd，從個別輸出線取出隨著對象物的表面形狀而相應(yīng)變化的電流I。
結(jié)合圖4說明具體化這個發(fā)明的靜電電容檢測元件的構(gòu)造。成為靜電電容檢測元件的信號放大元件的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置是將包括源區(qū)域、溝道形成區(qū)域、漏區(qū)域在內(nèi)的半導(dǎo)體膜、柵絕緣膜和柵電極作為不可缺少的構(gòu)成要件。在源區(qū)域和漏區(qū)域的半導(dǎo)體膜上，引入施主型或受主型的雜質(zhì)，成為N型或P型的半導(dǎo)體。在半導(dǎo)體膜漏區(qū)域上，在接入柵絕緣膜后重疊柵電極，這個重疊部分成為基準(zhǔn)電容器。基準(zhǔn)電容器是由基準(zhǔn)電容器第一電極、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器第二電極所組成。在圖4(A)中，第一電極作為下部電極而成為和漏區(qū)域的共同電極，第二電極作為上部電極成為柵電極的共同電極，但是，第一電極和第二電極中的哪一個成為上部電極都沒有關(guān)系。柵電極位于半導(dǎo)體膜下側(cè)的底柵極型薄膜晶體管作為信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置來利用等時，把基準(zhǔn)電容器下部電極和柵電極作為共同電極，漏區(qū)域和基準(zhǔn)電容器上部電極作為共同電極，在結(jié)構(gòu)上較為簡單。基準(zhǔn)電容器的第一電極和半導(dǎo)體膜漏區(qū)域?yàn)橄嗤哪?引入雜質(zhì)的半導(dǎo)體膜)并形成在同一的層(底板保護(hù)膜)，基準(zhǔn)電容器第二電極和柵電極仍然是相同的膜(金屬膜)并形成在同一的層(柵絕緣膜)。信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與電容檢測電極連接，電容檢測電極被電容檢測電介質(zhì)膜所覆蓋。這樣，半導(dǎo)體膜漏區(qū)域和基準(zhǔn)電容器第一電極成為相同電位，并且，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極和基準(zhǔn)電容器第二電極成為相同電位，連接在電容檢測電極，實(shí)現(xiàn)圖3所示的等效電路。在圖4(A)的構(gòu)成例中，因?yàn)榛鶞?zhǔn)電容器和信號放大元件連接配置，可以提高空間使用效率，可以實(shí)現(xiàn)靈敏度高的靜電電容檢測裝置。并且，在形成柵電極之前，形成基準(zhǔn)電容器下部電極和漏區(qū)域，在形成柵電極之后，利用自校準(zhǔn)方式來形成源區(qū)域(將柵電極作為掩模而利用離子注入方法來形成源區(qū)域)，因此，還具有溝道形成區(qū)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準(zhǔn)精度。在本發(fā)明的構(gòu)成中，因?yàn)闇系佬纬蓞^(qū)域長度不僅可以利用在露光器的分辨率，還利用在露光器的校準(zhǔn)精度，因此，其尺寸可以微細(xì)化成校準(zhǔn)精度，因此，可以實(shí)現(xiàn)靜電電容檢測電路的高速工作。
在圖4(A)中，第一層間絕緣膜覆蓋信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置。
第一布線連接在信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域上，第二布線連接在漏區(qū)域上。利用第一布線形成個別輸出線，利用第二布線形成個別電源線。在第一布線與第二布線之間，設(shè)有第二層間絕緣膜，將第一布線和第二布線電隔離。成為靜電電容檢測元件的信號檢測元件的電容檢測電極連接在信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極，而形成在第三層間絕緣膜上。電容檢測電極由第三布線進(jìn)行布線。在第二布線與第三布線之間，設(shè)有第三層間絕緣膜，將第二布線與第三布線電隔離。通過利用第三布線對電容檢測電極進(jìn)行布線，使產(chǎn)生在第一布線與電容檢測電極之間的寄生電容最小，盡可能減少第二層間絕緣膜的介電常數(shù)和第三層間絕緣膜介電常數(shù)的方法，可以高靈敏度檢測微小的靜電電容。電容檢測電介質(zhì)膜上覆蓋電容檢測電極，電容檢測電介質(zhì)膜位于靜電電容檢測裝置的最表面位置。電容檢測電介質(zhì)膜同時起保護(hù)靜電電容檢測裝置的保護(hù)膜作用。
在圖4(A)的例子中是信號放大元件的柵電極和漏極電極重疊的部分作為基準(zhǔn)電容器，但是，如圖4(B)所示，也可以分離基準(zhǔn)電容器和信號放大用晶體管。利用摻雜半導(dǎo)體膜等的導(dǎo)電性物質(zhì)將基準(zhǔn)電容器和信號放大用晶體管之間結(jié)合。從高速工作的觀點(diǎn)看，信號放大用晶體管盡可能小為好。另一方面，基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和中存在對應(yīng)于檢測對象物的最佳電容值。在圖4(B)的構(gòu)成中，因?yàn)榭梢允咕w管小，同時，可以最佳獲得CR+CT的值，可以提高本發(fā)明的靜電電容檢測裝置的靈敏度。讓個別電源線(第二布線)和漏區(qū)域?qū)ǖ挠|點(diǎn)孔優(yōu)選設(shè)置在基準(zhǔn)電容器與信號放大用MIS型薄膜晶體管之間。
利用上述構(gòu)成，為了使信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置有效發(fā)揮信號放大的功能，必須適當(dāng)決定信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的晶體管電容CT或基準(zhǔn)電容器電容CR或信號檢測元件的元件電容CD。下面，結(jié)合圖5說明這些關(guān)系。
首先，考察測定處理物的凸部接觸在電容檢測電介質(zhì)膜，對象物電接地的情況。具體地，假定將靜電電容檢測裝置作為指紋傳感器使用，指紋的凸部接觸在這個靜電電容檢測裝置表面狀態(tài)的檢測。假定基準(zhǔn)電容器的電極面積為SR(μm2)、電極長度為LR(μm)、電極寬度為WR(μm)、信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極面積為ST(μm2)、柵電極長度為LT(μm)、柵電極寬度為WT(μm)、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜厚度為tR(μm)、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜相對介電常數(shù)為εR、柵絕緣膜的厚度為tox(μm)、柵絕緣膜的相對介電常數(shù)為εox時，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT定義為CR＝ε0·εR·SR/tR＝ε0·εR·LR·WR/tR，CT＝ε0·εox·ST/tox＝ε0·εox·LT·WT/tox(ε0為真空的介電常數(shù))。在一體形成圖4(A)所示的基準(zhǔn)電容器和信號放大元件時，假定信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與半導(dǎo)體膜漏區(qū)域之間的重疊部分的柵電極長度為L1(μm)、信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與半導(dǎo)體膜溝道形成區(qū)域之間的重疊部分的柵電極長度為L2(μm)、柵電極寬為W(μm)、柵絕緣膜的厚度為tox(μm)、柵絕緣膜相對介電常數(shù)為εox時，基準(zhǔn)電容器電容CR和信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的晶體管電容CT定義為CR＝ε0·εR·SR/tR＝ε0·εox·L1·W/tox，CT＝ε0·εox·ST/tox＝ε0·εox·L2·W/tox(ε0為真空的介電常數(shù))。并且，電容檢測電極的面積為SD(μm2)、電容檢測電介質(zhì)膜的厚度為tD(μm)、電容檢測電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εD時，信號檢測元件的元件電容CD定義為CD＝ε0·εD·SD/tD(ε0為真空的介電常數(shù))。對象物表面成為元件電容CD的接地電極，電容檢測電極夾住電容檢測電介質(zhì)膜，相當(dāng)于另一方的電極。因?yàn)殡娙輽z測電極連接在信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極和基準(zhǔn)電容器的第二電極，成為具有元件電容CD的電容器和具有晶體管電容CT的電容器被串聯(lián)連接，同時，具有元件電容CD的電容器和具有基準(zhǔn)電容器電容CR的電容器被串聯(lián)連接。在這兩個串聯(lián)連接的電容器上，施加電壓Vdd(圖5A)。由于施加電壓是按照靜電電容分配，在這個狀態(tài)施加在信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極的電壓VGT由下式表示。
VGT=Vdd1+CD/(CR+CT)]]>因此，當(dāng)元件電容CD遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT時，CD＞＞(CR+CT)柵極電壓近似等于VGT≈0在柵電極上幾乎不施加電壓。其結(jié)果，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置處于截止?fàn)顟B(tài)，電流I變?yōu)闃O小。結(jié)果，相當(dāng)于指紋的凸部的對象物的凸部接觸在靜電電容檢測裝置時，為了在信號放大元件上幾乎不流過電流，必須按照讓元件電容CD遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT那樣，對構(gòu)成靜電電容檢測元件的柵電極面積或柵電極長度、柵電極寬度、柵絕緣膜材質(zhì)、柵絕緣膜厚度、基準(zhǔn)電容器電極面積或基準(zhǔn)電容器電極長度、基準(zhǔn)電容器電極寬度、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜材質(zhì)、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜厚度、電容檢測電極面積、電容檢測電介質(zhì)膜材質(zhì)、電容檢測電介質(zhì)膜厚度等進(jìn)行設(shè)定。一般地，「遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于」是意味著10倍程度的相差。換句話說，元件電容CD和基準(zhǔn)電容器電容CR與晶體管電容CT之和的CR+CT，只要滿足CD＞10×(CR+CT)的關(guān)系就可以。此時，VGT/Vdd變?yōu)樾∮?.1，薄膜半導(dǎo)體裝置不可能成為導(dǎo)通狀態(tài)。為了可靠檢測對象物的凸部，當(dāng)對象物的凸部接觸在靜電電容檢測裝置時，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)是重要的。因此，當(dāng)利用正的電源Vdd時，作為信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置最好是利用柵極電壓為0附近中不通過漏極電流的增強(qiáng)型(常截止型)N型晶體管。更理想的是傳遞特性的漏極電流成為最小的柵極電壓(最小柵極電壓)為Vmin時，這個最小柵極電壓滿足0＜0.1×Vdd＜Vmin0<Vdd1+CD/(CR+CT)<Vmin]]>關(guān)系的信號放大用N型MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置。相反，當(dāng)利用負(fù)電源Vdd時，作為信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置最好是利用柵極電壓為0附近中不通過漏極電流的增強(qiáng)型(常截止型)P型晶體管。更理想的是使用信號放大用P型MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的最小柵極電壓Vmin，滿足Vmin＜0.1×Vdd＜0Vmin<Vdd1+CD/(CR+CT)<0]]>關(guān)系的信號放大用P型MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置。由于這樣，電流I非常小的形態(tài)，可以可靠檢測出對象物的凸部。
其次，考察對象物沒有接觸電容檢測電介質(zhì)膜而以對象物距離tA與電容檢測電介質(zhì)膜相隔的情況。即測定處理物的凹部位于電容檢測電介質(zhì)膜上，并且，對象物為電接地的狀況。具體地，假定將靜電電容檢測裝置用于指紋傳感器時，指紋的凹部來到這個靜電電容檢測裝置表面狀態(tài)的檢測。如上所述，在本發(fā)明的靜電電容檢測裝置中，電容檢測電介質(zhì)膜最好是位于靜電電容檢測裝置的最表面。在圖5B中表示此時的等效電路。因?yàn)閷ο笪锏谋砻鏇]有電容檢測電介質(zhì)膜相接，電容檢測電介質(zhì)膜與對象物表面之間形成空氣為電介質(zhì)的新的電容器。這個對象物電容叫做CA，利用真空的介電常數(shù)ε0、空氣的相對介電常數(shù)εA和電容檢測電極的面積SD，定義CA＝ε0·εA·SD/tA。這樣，在對象物離開電容檢測電介質(zhì)膜的狀態(tài)中，晶體管電容CT和基準(zhǔn)電容器電容CR被并聯(lián)，串聯(lián)連接這些具有電容(CR+CT)、元件電容CD和對象物電容CA的電容器，在這些電容器上施加電壓Vdd(圖5B)。因?yàn)槭┘与妷簩?yīng)于這些靜電電容來被分配，在這個狀態(tài)施加在信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極的電壓變?yōu)閂GV。
VGV=Vdd1+1(CR+CT)·[11/CD+1/CA]]]>另一方面，在本發(fā)明中，當(dāng)對象物與靜電電容檢測裝置接觸時，為了使漏極電流非常小，由于按照應(yīng)滿足CD＞＞(CR+CT)的關(guān)系制作靜電電容檢測元件，并且，VGV還要滿足VGV≈Vdd1+CA/(CR+CT)]]>的關(guān)系制作靜電電容檢測元件，VGV進(jìn)一步近似。結(jié)果，如果基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對象物電容CA，(CR+CT)＞＞CA則柵極電壓VGV為VGV≈Vdd近似等于電源電壓Vdd。其結(jié)果，可以使信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流I變?yōu)闃O大。相當(dāng)于指紋的凹部的對象物的凹部來到靜電電容檢測裝置時，為了使信號放大元件通過大的電流，有必要按照使基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對象物電容CA那樣來設(shè)定構(gòu)成信號放大元件的柵電極面積或柵電極長度、柵電極寬度、柵絕緣膜材質(zhì)、柵絕緣膜厚度、基準(zhǔn)電容器電極面積、基準(zhǔn)電容器電極長度、基準(zhǔn)電容器電極寬度、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜材質(zhì)、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜厚度、電容檢測電極面積、電容檢測電介質(zhì)膜材質(zhì)、電容檢測電介質(zhì)膜厚度等。如前所述，如果確認(rèn)相差10倍程度就一般認(rèn)為是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于，因此，只要基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT之間，滿足(CR+CT)＞10×CA的關(guān)系就可以。此時，VGT/Vdd變?yōu)榇笥?.91程度，容易使薄膜半導(dǎo)體裝置處于導(dǎo)通狀態(tài)。為了可靠檢測出對象物的凹部，當(dāng)對象物的凹部接近靜電電容檢測裝置時，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)是重要的。當(dāng)電源電壓Vdd采用正電源時，作為信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置，利用增強(qiáng)型(常截止型)N型晶體管，優(yōu)選該晶體管的臨界電壓Vth小于VGV。
0<Vth<Vdd1+1(CR+CT)·[11/CD+1/CA]]]>0<Vth<Vdd1+CA/(CR+CT)]]>更為理想的是使用滿足0＜Vth＜0.91×Vdd關(guān)系的信號放大用N型MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置。相反地，當(dāng)電源電壓Vdd采用負(fù)電源時，作為信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置，利用增強(qiáng)型(常截止型)P型晶體管，優(yōu)選信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的臨界電壓Vth大于VGV。更為理想的是使用滿足Vdd1+1(CR+CT)·[11/CD+1/CA]<Vth<0]]>
關(guān)系的信號放大用N型MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置。相反地，當(dāng)電源電壓Vdd采用負(fù)電源時，作為信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置，利用增強(qiáng)型(常截止型)P型晶體管，優(yōu)選信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的臨界電壓Vth大于VGV。更為理想的是使用滿足Vdd1+CA/(CR+CT)<Vth<0]]>0.91×Vdd＜Vth＜0關(guān)系的信號放大用P型MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置。利用這樣的方法，在電流值I為非常大的狀態(tài)下，可靠檢測出對象物的凹部。
結(jié)果，為了當(dāng)相當(dāng)于指紋的凸部的對象物的凸部接觸在靜電電容檢測裝置時，信號放大元件上幾乎不通過電流，同時，當(dāng)相當(dāng)于指紋的凹部的對象物的凹部接近靜電電容檢測裝置時，信號放大元件上通過大的電流而正確檢測出對象物的凹凸，有必要利用靜電電容檢測元件使電容檢測電介質(zhì)膜位于靜電電容檢測裝置的最表面，或者有必要在電容檢測電介質(zhì)膜上使每一個靜電電容檢測元件具有分離的導(dǎo)電膜，按照元件電容CD遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT那樣，設(shè)定信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極面積ST(μm2)或柵電極長度LT(μm)、柵電極寬度WT(μm)、柵絕緣膜的厚度tox(μm)、柵絕緣膜的相對介電常數(shù)εox、基準(zhǔn)電容器電極面積SR(μm2)、基準(zhǔn)電容器電極長度LR(μm)、基準(zhǔn)電容器電極寬度WR(μm)、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜厚度tR(μm)、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)εR、電容檢測電極面積SD(μm2)、電容檢測電介質(zhì)膜的厚度tD(μm)、電容檢測電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)εD等，并且，對象物沒有接觸電容檢測電介質(zhì)膜而以對象物距離tA相隔時，基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對象物電容CA的形態(tài)，構(gòu)成靜電電容檢測裝置為理想。更具體講，讓靜電電容檢測裝置具有元件電容CD、基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT之和的CR+CT、對象物電容CA之間滿足CD＞10×(CR+CT)＞100×CA的關(guān)系的特征。并且，當(dāng)電源電壓Vdd采用正電源時，作為信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置，優(yōu)選利用增強(qiáng)型(常截止型)N型晶體管；該N型晶體管的最小柵極電壓Vmin滿足0＜0.1×Vdd＜Vmin關(guān)系，或者滿足0<Vdd1+CD/(CR+CT)<Vmin]]>的關(guān)系，進(jìn)一步采用閾值電壓Vth小于VGV，具體講，滿足0＜Vth＜0.91×Vdd，或者滿足0<Vth<Vdd1+CA/(CR+CT)]]>關(guān)系的增強(qiáng)型N型晶體管更為理想。
相反，當(dāng)電源電壓Vdd采用負(fù)電源時，作為信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置優(yōu)選采用增強(qiáng)型(常截止型)P型晶體管，該P(yáng)型晶體管的最小柵極電壓Vmin，滿足Vmin＜0.1×Vdd＜0的關(guān)系，或者滿足Vmin<Vdd1+CD/(CR+CT)<0]]>的關(guān)系，進(jìn)一步采用閾值電壓Vth小于VGV，具體講，滿足0.91×Vdd＜Vth＜0的關(guān)系，或者滿足Vdd1+CA/(CR+CT)<Vth<0]]>關(guān)系的增強(qiáng)型P型晶體管更為理想。
下面，結(jié)合圖6說明根據(jù)本發(fā)明的靜電電容檢測裝置的整體構(gòu)成。讀取對象物的表面形狀的靜電電容檢測裝置，它是將配置成M行N列矩陣狀的M根(M是大于等于1的整數(shù))個別電源線、N根(N是大于等于1的整數(shù))個別輸出線和設(shè)置在個別電源線與個別輸出線的交點(diǎn)的靜電電容檢測元件作為最小限度的構(gòu)成要素。靜電電容檢測元件包括電容檢測電極、電容檢測電介質(zhì)膜、基準(zhǔn)電容器和信號放大元件，檢測出隨著與對象物的距離而相應(yīng)變化的靜電電容。因?yàn)殪o電電容檢測元件是配置成M行N列矩陣狀，為了讀取對象物的表面形狀，必須按行和列依次掃描，按適當(dāng)?shù)捻樞蜻x擇M×N個的靜電電容檢測元件。輸出信號選擇電路是決定從每一個靜電電容檢測元件中按如何順序讀取檢測出的信號。輸出信號選擇電路至少包括共同輸出線和輸出信號用總線門，它選擇從N根的個別輸出線中取出哪一個輸出信號。輸出信號選擇電路的工作遵循從X側(cè)時鐘生成器供給的時鐘信號。圖7表示時鐘生成器的電路圖。為了使輸出信號選擇電路選擇輸出信號的取出，輸出信號選擇電路最好是包括移位存儲器、NAND門和緩沖器(圖9)。移位存儲器是把時鐘脈沖反相器和反相器所組成的觸發(fā)器和時鐘脈沖反相器的串聯(lián)連接作為基本段，將串聯(lián)連接多個這些基本段而構(gòu)成?；ハ噜徑拥幕径蔚妮敵龀蔀镹AND門的輸入，利用緩沖器反向放大NAND門的輸出，作為輸出選擇信號。輸出選擇信號輸出到輸出選擇用輸出線來控制輸出信號用總線門工作(圖10)。
靜電電容檢測元件內(nèi)的信號放大元件是由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所組成的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置來構(gòu)成。輸出信號用總線門是由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所組成的輸出信號總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置來構(gòu)成。在本發(fā)明中，信號放大元件用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域是連接在個別輸出線，信號放大元件用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域連接在個別電源線和電容器的第一電極，信號放大元件用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極連接在電容檢測電極和基準(zhǔn)電容器的第二電極。(在圖10中，S表示MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域、D表示漏區(qū)域、G表示柵電極)。這樣，通過介入利用電容檢測電極所檢測出的電荷Q來感應(yīng)的溝道形成區(qū)域，互相連接個別電源線和個別輸出線。
在本發(fā)明中，輸出信號總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的源區(qū)域連接在共同輸出線，輸出信號總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域連接在個別輸出線，輸出信號總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極連接在供給從N根個別輸出線中選擇哪一個個別輸出線的信號的輸出選擇用輸出線(圖10)。如上所述，輸出選擇用輸出線，作為一例，可以成為(圖10的情形)輸出信號用移位存儲器的每一個輸出段(接受相鄰基本段的輸出NAND門的反向放大輸出)。輸出信號用移位存儲器是按順序把傳送過來的選擇信號供給到N個輸出段。并且，輸出信號用譯碼器根據(jù)譯碼器的輸入信號選定N個輸出段的特定的輸出段。這樣，在N個輸出信號用總線門里，按順序及時輸入選擇信號，其結(jié)果，N個的個別輸出線按順序電接通共同輸出線。
電源選擇電路是從M根個別電源線中選擇特定的一根個別電源線，向其個別電源線供給電源。電源供給的有無對應(yīng)于能否選擇個別電源線(圖6)。電源選擇電路遵循Y側(cè)時鐘生成器所供給的時鐘信號。圖7表示時鐘生成器的電路圖。為了使電源選擇電路選擇特定的個別電源線，電源選擇電路最好是包括移位存儲器、NAND門和反相器(圖8)。移位存儲器是把時鐘脈沖反相器和反相器所組成的觸發(fā)器和時鐘脈沖反相器的串聯(lián)連接作為基本段，將串聯(lián)連接多個這些基本段而構(gòu)成。互相鄰接的基本段的輸出成為NAND門的輸入，利用反相器反向放大NAND門的輸出，作為電源選擇信號。電源選擇信號輸出到每一個個別電源線。利用這樣的方法，個別電源線被選擇時，在其個別電源線上接通電源Vdd。相反，沒有被選擇的個別電源線變?yōu)榻拥仉娢?VSS)。電源選擇電路可以成為移位存儲器的每一個輸出段(接受相鄰基本段的輸出的反向放大輸出)，或可以成為圖8所示的變?yōu)橐莆淮鎯ζ麟娫催x擇用譯碼器的每一個輸出段。電源選擇用移位存儲器將傳送過來的選擇信號按順序供給到M個輸出段。另外，電源選擇用譯碼器根據(jù)譯碼器的輸入信號，從M個的輸出段選定特定的輸出段。這樣，M個的個別電源線按順序或適時接通到電源(Vdd)。
利用這樣的構(gòu)成，為了使靜電電容檢測裝置具有功能，利用第一布線來對個別輸出線和共同輸出線布線，利用第二布線來對個別電源線和輸出選擇用輸出線布線，利用第三布線來對電容檢測電極布線，這些第一布線、第二布線和第三布線有必要通過絕緣膜進(jìn)行電隔離。形成這樣構(gòu)成的方法，省去多余的布線，因此，使每一個布線間產(chǎn)生的寄生電容最小化，由此，高靈敏度來檢測出微小的靜電電容。
利用上述的SUFTLA技術(shù)，可以在塑料基板上形成這樣的靜電電容檢測元件?；趩尉Ч杓夹g(shù)的指紋傳感器，在塑料上輕易破裂或不能具有充分的大小而缺乏實(shí)用性。與此相反，根據(jù)本發(fā)明的塑料基板上的靜電電容檢測元件，即使在塑料基板上，具有覆蓋手指的充分的大小的面積，不用擔(dān)心靜電電容檢測元件破裂，因此，可以作為在塑料基板上的指紋傳感器利用。具體地，根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)兼?zhèn)鋫€人識別功能的信用卡。具有個人識別功能的信用卡可以利用在現(xiàn)金提取卡(bankcard)、信用卡(credit card)、身份證明(Identity card)等，具有顯著提高這些的安全性的同時個人指紋情報(bào)不會流出外面而保護(hù)的優(yōu)越功能。
在玻璃基板上制造出薄膜半導(dǎo)體裝置組成的靜電電容檢測裝置的基礎(chǔ)上，利用SUFTLA技術(shù)，在塑料基板上復(fù)制這個靜電電容檢測裝置，而在塑料基板上制作出靜電電容檢測裝置。靜電電容檢測裝置是由排列300行300列的矩陣狀的靜電電容檢測元件所構(gòu)成。矩陣部的大小為20.32mm的正方形。
基板是厚度為400μm的聚醚磺(PES)。信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置、輸出信號總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置、構(gòu)成輸出信號選擇電路的MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置、構(gòu)成電源選擇電路的MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置都是薄膜晶體管來制作的。除了信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置以外，這些都具有相同的截面構(gòu)造，NMOS是由所謂的輕摻雜漏極(LDD)結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管組成，PMOS是自調(diào)整結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管。組成信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的薄膜晶體管是圖4所示的頂部柵極型，源電極側(cè)為自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(柵電極端和源區(qū)域端近似一致)，漏電極側(cè)為非自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(柵電極和漏區(qū)域具有重疊的部分)。因?yàn)槁╇姌O側(cè)為非自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，這個部位成為基準(zhǔn)電容器。即，信號放大元件和電容器形成一體。薄膜半導(dǎo)體裝置是在工藝最高溫度425℃的低溫工藝中制作。半導(dǎo)體膜是利用激光結(jié)晶化獲得的多晶硅，其厚度為59nm。另外，柵絕緣膜是化學(xué)氣相堆積法(CVD法)來形成的厚度為45nm的氧化硅膜，柵電極是厚度為400nm的鉭薄膜來形成。形成柵絕緣膜的氧化硅膜的相對介電常數(shù)是利用CV法測定時約為3.9。第一層間絕緣膜與第二層間絕緣膜，是作為原料物質(zhì)采用四乙基正硅酸鹽(TEOSSi(OCH2CH3)4)和氧、采用CVD法形成的氧化硅膜。第一層間絕緣膜以比柵電極(本實(shí)施例中是400nm)厚20％左右，薄于第二層間絕緣膜為好。如果這樣的話，可以可靠覆蓋柵電極，可以防止柵電極和第一布線乃至第二布線的短路，同時，可以獲得厚的第二層間絕緣膜。在本實(shí)施例中，第一層間絕緣膜的厚度為500nm。第三層間絕緣膜將第二布線和電容檢測電極分隔而防止短路。第一布線和電容檢測電極由第二層間絕緣膜和第三層間絕緣膜分隔。因此，使第一布線與電容檢測電極之間所產(chǎn)生的寄生電容最小化，為了實(shí)現(xiàn)靈敏度好的靜電電容檢測裝置，優(yōu)選第二層間絕緣膜的介電常數(shù)和第三層間絕緣膜的介電常數(shù)盡可能地小，其厚度也盡可能厚。然而，如果CVD法層疊的氧化硅膜的厚度超過2μm時，有時，氧化膜破裂而導(dǎo)致降低產(chǎn)品率的現(xiàn)象。因此，第一層間絕緣膜、第二層間絕緣膜和第三層間絕緣膜之和小于2μm。利用這樣的方法可以提高靜電電容檢測裝置的生產(chǎn)效率。如前所述，因?yàn)榈诙娱g絕緣膜和第三層間絕緣膜的厚度較厚為好，比第一層間絕緣膜厚。第一層間絕緣膜比柵電極厚20％左右，第二層間絕緣膜和第三層間絕緣膜的厚度比第一層間絕緣膜厚，第一層間絕緣膜、第二層間絕緣膜和第三層間絕緣膜之和小于2μm為理想。在本實(shí)施例中，第二層間絕緣膜的厚度為1μm。第一布線和第二布線都是厚度為500nm的鋁來制作，布線寬度為5μm。利用第一布線來形成共同輸出線和個別輸出線，利用第二布線形成個別電源線、輸出選擇用輸出線、和電容檢測電極。
個別電源線和電容檢測電極之間的間隔為5μm，個別輸出線與電容檢測電極之間的間隔也是5μm。在本實(shí)施例中，形成靜電電容檢測裝置的矩陣的間距為66.7μm，分辨率為381dpi(dots per inch)。并且，電容檢測電極成為55.0μm×55.0μm的大小。電容檢測電介質(zhì)膜是厚度為350nm的氮化硅膜來形成。利用CV測定的氮化硅膜的相對介電常數(shù)約為7.5，元件電容的CD為大概574fF(費(fèi)法拉)。如果本實(shí)施例的靜電電容檢測裝置假定為指紋傳感器，因?yàn)橹讣y的凹凸為50μm，指紋的凹部接近靜電電容檢測裝置表面時，計(jì)算對象物電容為0.54fF。另一方面，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極長度L為7μm。其中，基準(zhǔn)電容器部(L1)為4.5μm，晶體管部(溝道形成區(qū)域長度L2)為2.5μm。因?yàn)闁烹姌O寬度W為10μm，晶體管電容CT和基準(zhǔn)電容器電容CR之和變?yōu)?3.7fF。這樣，本實(shí)施例中表示的靜電電容檢測元件滿足CD＞10×(CR+CT)＞100×CA的關(guān)系。這樣，如果電源電壓Vdd為3.3V時，則施加在指紋的凸部接觸在靜電電容檢測裝置表面時的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極電壓VGT變?yōu)?.16V，指紋的凹部來到時，施加在這個柵電極的電壓VGV變?yōu)?.22V。
在圖11中，表示了在本實(shí)施例采用的MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的傳遞特性。輸出信號用移位存儲器為CMOS構(gòu)成，信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置和輸出信號總線門用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置是用NMOS晶體管構(gòu)成。雖然信號放大用N型MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的最小柵電極電壓Vmin為0.1V，滿足0＜0.1×Vdd＜Vmin的關(guān)系，但是VGT＝0.16使漏極電流小于1pA(10-12A)，而容易檢測指紋的凸部。另一方面，閾值電壓為1.47V，滿足0＜Vth＜0.91×Vdd＝3.00V的關(guān)系。其結(jié)果，指紋的凸部接觸在靜電電容檢測裝置表面時，從信號放大元件輸出的電流值變?yōu)闃O小的5.6×10-13A。相反，指紋的凹部來到時，信號放大元件上通過2.4×10-5A的大的電流，可以高精度檢測出指紋等的凹凸情報(bào)。
權(quán)利要求
1.一種靜電電容檢測裝置，其通過檢測根據(jù)與對象物的距離而變化的靜電電容，讀取該對象物的表面形狀，其特征在于，包括配置成M行N列矩陣狀的M根個別電源線、N根個別輸出線、和設(shè)置在該個別電源線與該個別輸出線的交點(diǎn)上的靜電電容檢測元件；該靜電電容檢測元件包括信號檢測元件和信號放大元件；該信號檢測元件包括電容檢測電極、電容檢測電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器，該基準(zhǔn)電容器由基準(zhǔn)電容器第一電極、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器第二電極所構(gòu)成；該信號放大元件由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所構(gòu)成的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置來構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域與所述個別電源線和基準(zhǔn)電容器第一電極電連接；所述信號放大用柵電極與所述電容檢測電極和基準(zhǔn)電容器第二電極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)電容器的電介質(zhì)膜和所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵絕緣膜利用同一素材在同一層上形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)電容器第一電極和半導(dǎo)體膜漏區(qū)域利用同一素材在同一層上形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)電容器第二電極和所述柵電極利用同一素材在同一層上形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，假定所述基準(zhǔn)電容器的電極面積為SR(μm2)，所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵極面積為ST(μm2)，所述基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜的厚度為tR(μm)，所述基準(zhǔn)電容器的電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εR，所述柵絕緣膜的厚度為tox(μm)，所述柵絕緣膜的相對介電常數(shù)為εox時，所述基準(zhǔn)電容器的電容(基準(zhǔn)電容器電容)CR和所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的晶體管電容CT分別定義為CR＝ε0·εR·SR/tR、CT＝ε0·εox·ST/tox，式中ε0為真空的介電常數(shù)，并且假定所述電容檢測電極的面積為SD(μm2)，所述電容檢測電介質(zhì)膜的厚度為tD(μm)，所述電容檢測電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εD，所述信號檢測元件的元件電容CD定義為CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0為真空的介電常數(shù)時，該元件電容CD足夠大于該基準(zhǔn)電容器電容CR和該晶體管電容CT之和的CR+CT。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，所述電容檢測電介質(zhì)膜位于所述靜電電容檢測裝置的最表面位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，當(dāng)所述對象物與所述電容檢測電介質(zhì)膜不接觸而以對象物距離tA相隔、將對象物電容CA利用真空的介電常數(shù)ε0、空氣的相對介電常數(shù)εA、和所述電容檢測電極的面積SD，定義為CA＝ε0·εA·SD/tA時，所述基準(zhǔn)電容器電容CR和所述晶體管電容CT之和的CR+CT足夠大于該對象物電容CA。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，假定所述基準(zhǔn)電容器的電極面積為SR(μm2)，所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵極面積為ST(μm2)，所述基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜的厚度為tR(μm)，所述基準(zhǔn)電容器的電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εR，所述柵絕緣膜的厚度為tox(μm)、所述柵絕緣膜的相對介電常數(shù)為εox，所述基準(zhǔn)電容器的電容(基準(zhǔn)電容器電容)CR和所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的晶體管的電容CT，分別定義為CR＝ε0·εR·SR/tR，CT＝ε0·εox·ST/tox，式中ε0為真空的介電常數(shù)，并且假定所述電容檢測電極的面積為SD(μm2)，所述電容檢測電介質(zhì)膜的厚度為tD(μm)，所述電容檢測電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εD，所述信號檢測元件的元件電容CD定義為CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0為真空的介電常數(shù)時，該元件電容CD足夠大于該基準(zhǔn)電容器電容CR和該晶體管電容CT之和的CR+CT；并且當(dāng)所述對象物與所述電容檢測電介質(zhì)膜不接觸而以對象物距離tA相隔、將對象物電容CA利用真空的介電常數(shù)ε0、空氣的相對介電常數(shù)εA、和所述電容檢測電極的面積SD，定義為CA＝ε0·εA·SD/tA時，所述基準(zhǔn)電容器電容CR和所述晶體管電容CT之和的CR+CT足夠大于該對象物電容CA。
10.一種靜電電容檢測裝置，其通過檢測根據(jù)與對象物的距離而變化的靜電電容，讀取該對象物的表面形狀，其特征在于，該靜電電容檢測裝置包括配置成M行N列矩陣狀的M根個別電源線、N根個別輸出線、和設(shè)置在該個別電源線與該個別輸出線的交點(diǎn)上的靜電電容檢測元件；該靜電電容檢測元件包括信號檢測元件和信號放大元件；該信號檢測元件包括電容檢測電極、電容檢測電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器，該基準(zhǔn)電容器由基準(zhǔn)電容器第一電極、基準(zhǔn)電容器電介質(zhì)膜和基準(zhǔn)電容器第二電極所構(gòu)成；該信號放大元件由柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所構(gòu)成的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置來構(gòu)成；該信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的漏區(qū)域的一部分和該柵電極的一部分通過介入該柵絕緣膜形成重疊部，該重疊部形成該基準(zhǔn)電容器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，假定所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與半導(dǎo)體膜漏區(qū)域之間的重疊部的柵電極長度為L1(μm)，所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與半導(dǎo)體膜溝道形成區(qū)域之間的重疊部的柵電極長度為L2(μm)，所述柵電極寬為W(μm)，所述柵絕緣膜的厚度為tox(μm)、柵絕緣膜的相對介電常數(shù)為εox，所述基準(zhǔn)電容器的電容(基準(zhǔn)電容器電容)CR和所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的晶體管電容CT分別定義為CR＝ε0·εox·L1·W/tox，CT＝ε0·εox·L2·W/tox，式中ε0為真空的介電常數(shù)，并且假定所述電容檢測電極的面積為SD(μm2)，所述電容檢測電介質(zhì)膜的厚度為tD(μm)，所述電容檢測電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εD，所述信號檢測元件的元件電容CD定義為CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0為真空的介電常數(shù)時，該元件電容CD足夠大于該基準(zhǔn)電容器電容CR和該晶體管電容CT之和的CR+CT。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，當(dāng)所述對象物與所述電容檢測電介質(zhì)膜不接觸而以對象物距離tA相隔、將對象物電容CA利用真空的介電常數(shù)ε0、空氣的相對介電常數(shù)εA、和所述電容檢測電極的面積SD，定義為CA＝ε0·εA·SD/tA時，所述基準(zhǔn)電容器電容CR和所述晶體管電容CT之和的CR+CT足夠大于該對象物電容CA。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的靜電電容檢測裝置，其特征在于，所述電容檢測電介質(zhì)膜位于所述靜電電容檢測裝置的最表面位置；假定所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與半導(dǎo)體膜漏區(qū)域之間的重疊部的柵電極長度為L1(μm)，所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的柵電極與半導(dǎo)體膜溝道形成區(qū)域之間的重疊部的柵電極長度為L2(μm)，所述柵電極寬為W(μm)，所述柵絕緣膜的厚度為tox(μm)、柵絕緣膜的相對介電常數(shù)為εox，所述信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置的基準(zhǔn)電容器電容CR和晶體管電容CT分別定義為CR＝ε0·εox·L1·W/tox，CT＝ε0·εox·L2·W/tox，式中ε0為真空的介電常數(shù)，并且假定所述電容檢測電極的面積為SD(μm2)，所述電容檢測電介質(zhì)膜的厚度為tD(μm)，所述電容檢測電介質(zhì)膜的相對介電常數(shù)為εD，所述信號檢測元件的元件電容CD定義為CD＝ε0·εD·SD/tD，式中ε0為真空的介電常數(shù)時，該元件電容CD足夠大于該基準(zhǔn)電容器電容CR和該晶體管電容CT之和的CR+CT；并且當(dāng)所述對象物與所述電容檢測電介質(zhì)膜不接觸而以對象物距離tA相隔、將對象物電容CA利用真空的介電常數(shù)ε0、空氣的相對介電常數(shù)εA、和所述電容檢測電極的面積SD，定義為CA＝ε0·εA·SD/tA時，所述基準(zhǔn)電容器電容CR和所述晶體管電容CT之和的CR+CT足夠大于該對象物電容CA。
全文摘要
本發(fā)明提供一種靜電電容檢測裝置，包括配置成M行N列矩陣狀的M根個別電源線、N根個別輸出線、和設(shè)置在這些交點(diǎn)的靜電電容檢測元件；靜電電容檢測元件包括信號檢測元件和信號放大元件；信號檢測元件包括電容檢測電極和電容檢測電介質(zhì)膜；信號放大元件由包括柵電極、柵絕緣膜和半導(dǎo)體膜所構(gòu)成的信號放大用MIS型薄膜半導(dǎo)體裝置所構(gòu)成。這樣，可以優(yōu)良的靜電電容檢測裝置。
文檔編號G01B7/28GK1538143SQ200410035310
公開日2004年10月20日 申請日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者宮坂光敏, 吉田纊幸, 幸 申請人:精工愛普生株式會社