CN105720017A - 具增强静电放电保护的指纹辨识芯片、系统与制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，包含多个接收垫片，设在芯片的表面且排列为数组形式。接收垫片包含中间区域与周围区域，周围区域包围中间区域的至少一侧边缘。接收垫片的周围区域高于中间区域，该接收垫片具有中间凹陷而周围凸出的剖面，手指会先接触到较凸出的周围区域，在短暂的瞬间使得静电先经由周围区域而泄至地或电源，借以增强指纹辨识芯片的静电防护能力。
Description
技术领域
本发明是有关一种指纹辨识系统，特别是关于一种具增强静电放电保护的指纹辨识芯片。
背景技术
指纹辨识近来逐渐使用于电子装置，特别是手持式电子装置(例如手机或平板计算机)，用以取代传统使用密码的辨识方式，不但较为方便且更为安全。
人体或机器的静电进入芯片时，会在瞬间产生大电流，造成芯片的破坏。因此，静电放电(ESD)保护是芯片很基本且重要的必备功能之一。特别是对于指纹辨识芯片，由于手指需频繁地直接接触芯片表面，因此，较一般晶体电路芯片更需要较强静电放电保护能力，以确保指纹辨识功能的正常。
然而，传统指纹辨识芯片的静电放电保护电路经常因来不及启动，使得静电先流入芯片的内部电路，因而造成内部电路功能的不正常，甚至破坏电路。此外，传统指纹辨识芯片的静电放电保护电路本身不够强，当有大量的静电放电时，很有可能会先击穿静电放电保护电路，使得芯片的内部电路得不到静电放电保护。
因此亟需提出一种新颖具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，用以改善传统指纹辨识芯片的诸多缺点。
发明内容
本发明的目的在克服现有的指纹辨识芯片存在的缺陷，而提出一种具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，其接收垫片(pad)具有中间凹陷而周围凸出的剖面，手指会先接触到较凸出的周围区域，在短暂的瞬间使得静电先经由周围区域而泄至地，借以增强指纹辨识芯片的静电防护能力。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，包含：多个接收垫片，设在芯片的表面且排列为数组形式，该接收垫片包含中间区域与周围区域，该周围区域包围该中间区域的至少一侧边缘；其中该接收垫片的周围区域高于中间区域。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，其中所述的中间区域电性连接至相应的接收电路与静电放电保护电路，且该周围区域电性连接至电源或地。
前述的具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，其中所述的接收垫片在该周围区域所设顶部的金属层高于该中间区域所设顶部的金属层。
前述的具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，其中所述的接收垫片的中间区域包含：基板；至少一个金属层，位于该基板上，所述金属层分别设在相应的介电层内；多个导电连接孔，用以连接于相邻金属层之间，且用以电性连接至接收电路与静电放电保护电路；及保护层，覆盖于所述金属层与所述介电层的顶部。
前述的具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，其中该接收垫片的周围区域包含：基板；多个金属层，位于该基板上，所述金属层分别设在相应的介电层内；多个导电连接孔(via)，用以连接于相邻金属层之间，且用以电性连接至电源或地；及保护层，覆盖于所述金属层与所述介电层的顶部。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具增强静电放电保护的指纹辨识系统，包含：多个接收垫片，排列为数组形式；多个接收电路，分别电性耦接至所述接收垫片，用以侦测指纹；及多个静电放电保护电路，分别电性耦接至所述接收垫片，用以保护所述接收电路；其中，该接收垫片包含中间区域与周围区域，该周围区域包围该中间区域的至少一侧边缘，且该接收垫片的周围区域高于中间区域。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现
前述的具增强静电放电保护的指纹辨识系统，其中所述中间区域电性连接至相应的接收电路与静电放电保护电路，且该周围区域电性连接至电源或地。
前述的具增强静电放电保护的指纹辨识系统，其中所述接收垫片在该周围区域所设的顶部的金属层高于该中间区域所设的顶部的金属层。
前述的具增强静电放电保护的指纹辨识系统，其中所述的接收垫片的中间区域包含：基板；至少一个金属层，位于该基板上，所述金属层分别设在相应的介电层内；多个导电连接孔，用以连接于相邻金属层之间，且用以电性连接至接收电路与静电放电保护电路；及保护层，覆盖于所述金属层与所述介电层的顶部。
前述的具增强静电放电保护的指纹辨识系统，其中所述的接收垫片的周围区域包含：基板；多个金属层，位于该基板上，所述金属层分别设在相应的介电层内；多个导电连接孔，用以连接于相邻金属层之间，且用以电性连接至电源或地；及保护层，覆盖于所述金属层与所述介电层的顶部。
本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具增强静电放电保护的指纹辨识芯片的制造方法，其特征在于包含：提供基板；全面依序形成多个介电层；形成金属层在相应的该介电层内，形成于周围区域的金属层的数目大于形成于中间区域的金属层的数目；形成多个导电连接孔在上下相邻的金属层之间；刻蚀最上一层介电层，直到曝露出该中间区域的金属层的表面；及覆盖保护层在该中间区域与该周围区域上面。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现
前述的具增强静电放电保护的指纹辨识的制造方法，其中所述中间区域与该周围区域构成接收垫片，且该接收垫片的周围区域高于中间区域。
前述的具增强静电放电保护的指纹辨识的制造方法，其中所述的中间区域电性连接至相应的接收电路与静电放电保护电路，且该周围区域电性连接至电源或地。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明具增强静电放电保护的指纹辨识芯片、系统可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
本发明具增强静电放电保护的指纹辨识芯片、系统，手指会先接触到接收垫片较凸出的周围区域，在短暂的瞬间使得静电先经由周围区域而泄至地或电源，借以增强指纹辨识芯片的静电防护能力，克服了传统指纹辨识芯片的静电放电电路的缺陷。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1显示指纹辨识系统的方框图。
图2例示图1的部分指纹辨识系统。
图3显示本发明实施例的具增强静电放电保护的指纹辨识芯片的俯视图。
图4显示本发明另一实施例的具增强静电放电保护的指纹辨识芯片的俯视图。
图5显示图3或图4的剖面图。
图6A至图6C是图5的指纹辨识芯片的制造方法。
【主要组件符号说明】
100：指纹辨识系统
300A：具增强静电放电保护的指纹辨识芯片
300B：具增强静电放电保护的指纹辨识芯片
11：接收垫片
111：中间区域
1111：基板
1112：金属层
1113：介电层
1114：导电连接孔
112：周围区域
1122：金属层
1124：导电连接孔
113：保护层
12：电源垫片
13：接收电路
14：静电放电保护电路
VDD：电源
GND：地
具体实施方式
图1是指纹辨识系统100的方框图，其包含多个接收垫片11及至少一个电源垫片12。指纹辨识系统100还包含接收(RX)电路13，电性耦接至接收垫片11，用以侦测指纹。指纹辨识系统100更包含静电放电(ESD)保护电路14，电性耦接至接收垫片11与电源垫片12，用以保护接收电路13与其他内部电路(未显示)。
图2例示部分的指纹辨识系统100(图1)，用以说明指纹辨识系统100的工作原理。当手指接触接收垫片11的瞬间，如果手指上的静电超过预设量，则静电会通过接收垫片11而启动静电放电保护电路14。该静电通过静电放电保护电路14而导入电源VDD或地GND而泄掉，因而避免静电进入并破坏接收电路13与其他内部电路。
图3显示本发明实施例的具增强静电放电保护的指纹辨识芯片300A(例如电容式指纹辨识芯片)的俯视图。如图3所例示，具增强静电放电保护的指纹辨识芯片(以下简称指纹辨识芯片)300A的表面设有多个接收垫片11，排列为数组形式以形成垫片数组。接收垫片11包含中间区域111与周围区域112，其中，周围区域112包围中间区域111的至少一侧边缘。在实施例中，接收垫片11的边长可为数微米至数百微米，但不限定于此。接收垫片11可为任意形状，不限定于图3所例示的方形。
图4显示本发明另一实施例的具增强静电放电保护的指纹辨识芯片(以下简称指纹辨识芯片)300B的俯视图。与图3的指纹辨识芯片300A不同的地方在于，指纹辨识芯片300B(图4)的相邻接收垫片11之间不具有空隙，因此相邻接收垫片11共用周围区域112。因此，图4的垫片数组的密度可大于图3的指纹辨识芯片300A。
图5显示图3沿剖面线A-A或图4沿剖面线B-B的剖面图。如图5所例示，在中间区域111，接收垫片11包含基板1111，其上设有至少一个金属层1112(图5例示三个金属层M2、M3与M4)，分别设在相应的介电层1113(例如金属介电层(IMD))内。接收垫片11的中间区域111还包含多个导电连接孔(via)1114，用以连接于金属层1112之间，且用以连接至接收电路13与静电放电保护电路14。
在周围区域112，接收垫片11包含多个金属层1122(图4例示四个金属层M2、M3、M4与M5)，设在基板1111上，且分别设在相应的介电层1113内。接收垫片11的周围区域112还包含多个导电连接孔1124，用以连接于金属层1122之间，且用以连接至地GND或电源VDD。
根据本实施例的特征之一，至少周围区域112的顶部的金属层1122(例如图5中位于IMD5的金属层)高于中间区域111的顶部的金属层1112，因而形成中间凹陷(recess)而周围凸出的剖面，如图5所例示。换句话说，周围区域112高于中间区域111。
接收垫片11的中间区域111与周围区域112上面还覆盖保护(protection)层113。其可以为晶体电路制造过程当中常用的钝化(passivation)保护层，例如氮化硅、碳化硅、氧化铝等。保护层113也可为芯片封装过程中常用的保护层，例如蓝宝石(sapphire)保护层。
图6A至图6C显示图5的指纹辨识芯片300A/B的制造方法。如图6A所示，首先在基板1111的上面(亦即，接收垫片11的中间区域111与周围区域112)依序形成多个介电层1113，其内形成有相应的金属层1112/1122(图6A例示四个金属层M2、M3、M4与M5)，且上下相邻的金属层1112/1122之间形成有多个导电连接孔1114/1124。位于中间区域111的金属层1112与位于周围区域112的金属层1122可同时形成。根据本实施例的特征之一，形成于周围区域112的金属层1122的数目大于形成于中间区域111的金属层1112的数目。以图6A为例，形成于周围区域112的金属层1122为M2、M3、M4、M5，而形成于中间区域111的金属层1112为M2、M3、M4。
接下来，如图6B所示，全面刻蚀最上一层介电层1113，直到曝露出中间区域111的金属层1112的表面。最后，如图6C所示，在接收垫片11的中间区域111与周围区域112全面覆盖保护层113。
根据上述的实施例，当手指放在指纹辨识芯片300A/B的垫片数组的表面时，指纹的凹凸与各个接收垫片11因距离不同而产生不同的感应电容，借以辨识出指纹。根据本实施例的特征(如图5所示)，当手指按下时，会先接触到接收垫片11较凸出的周围区域112。因此，在接触到较凹陷的中间区域111之前，在短暂的瞬间(例如数百纳秒(ns))，手指上的静电会先经由周围区域112的金属层1122与导电连接孔1124而泄至地GND或电源VDD，借以增强指纹辨识芯片300A/B的静电防护能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的权利要求范围内。
Claims (13)
1.一种具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，其特征在于包含：
多个接收垫片，设在芯片的表面且排列为数组形式，该接收垫片包含中间区域与周围区域，该周围区域包围该中间区域的至少一侧边缘；
其中该接收垫片的周围区域高于中间区域。
2.根据权利要求1所述具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，其特征在于其中所述的中间区域电性连接至相应的接收电路与静电放电保护电路，且周围区域电性连接至电源或地。
3.根据权利要求1所述具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，其特征在于其中所述的接收垫片在该周围区域所设顶部的金属层高于该中间区域所设顶部的金属层。
4.根据权利要求3所述具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，其特征在于其中所述的接收垫片的中间区域包含：
基板；
至少一个金属层，位于该基板上，所述金属层分别设在相应的介电层内；
多个导电连接孔，用以连接于相邻金属层之间，且用以电性连接至接收电路与静电放电保护电路；及
保护层，覆盖于所述金属层与所述介电层的顶部。
5.根据权利要求3所述具增强静电放电保护的指纹辨识芯片，其特征在于其中所述的接收垫片的周围区域包含：
基板；
多个金属层，位于该基板上，所述金属层分别设在相应的介电层内；
多个导电连接孔，用以连接于相邻金属层之间，且用以电性连接至电源或地；及
保护层，覆盖于所述金属层与所述介电层的顶部。
6.一种具增强静电放电保护的指纹辨识系统，其特征在于包含：
多个接收垫片，排列为数组形式；
多个接收电路，分别电性耦接至所述接收垫片，用以侦测指纹；及
多个静电放电保护电路，分别电性耦接至所述接收垫片，用以保护所述接收电路；
其中，该接收垫片包含中间区域与周围区域，该周围区域包围该中间区域的至少一侧边缘，且该接收垫片的周围区域高于中间区域。
7.根据权利要求6所述具增强静电放电保护的指纹辨识系统，其特征在于其中所述的中间区域电性连接至相应的接收电路与静电放电保护电路，且周围区域电性连接至电源或地。
8.根据权利要求6所述具增强静电放电保护的指纹辨识系统，其特征在于其中所述的接收垫片在该周围区域所设的顶部的金属层高于该中间区域所设的顶部的金属层。
9.根据权利要求8所述具增强静电放电保护的指纹辨识系统，其特征在于其中所述的接收垫片的中间区域包含：
基板；
至少一个金属层，位于该基板上，所述金属层分别设在相应的介电层内；
多个导电连接孔，用以连接于相邻金属层之间，且用以电性连接至接收电路与静电放电保护电路；及
保护层，覆盖于所述金属层与所述介电层的顶部。
10.根据权利要求8所述具增强静电放电保护的指纹辨识系统，其特征在于其中所述的接收垫片的周围区域包含：
基板；
多个金属层，位于该基板上，所述金属层分别设在相应的介电层内；
多个导电连接孔，用以连接于相邻金属层之间，且用以电性连接至电源或地；及
保护层，覆盖于所述金属层与所述介电层的顶部。
11.一种具增强静电放电保护的指纹辨识芯片的制造方法，其特征在于包含：
提供基板；
全面依序形成多个介电层；
形成金属层在相应的该介电层内，形成于周围区域的金属层的数目大于形成于中间区域的金属层的数目；
形成多个导电连接孔在上下相邻的金属层之间；
刻蚀最上一层介电层，直到曝露出该中间区域的金属层的表面；及
覆盖保护层在该中间区域与该周围区域上面。
12.根据权利要求11所述具增强静电放电保护的指纹辨识的制造方法，其特征在于其中所述的中间区域与该周围区域构成接收垫片，且该接收垫片的周围区域高于中间区域。
13.根据权利要求11所述具增强静电放电保护的指纹辨识的制造方法，其特征在于其中所述的中间区域电性连接至相应的接收电路与静电放电保护电路，且该周围区域电性连接至电源或地。
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