TWI522931B - 具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片、系統與製造方法 - Google Patents

Description

具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片、系統與製造方法

本發明係有關一種指紋辨識系統，特別是關於一種具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片。

指紋辨識近來逐漸使用於電子裝置，特別是手持式電子裝置（例如手機或平板電腦），用以取代傳統使用密碼的辨識方式，不但較為方便且更為安全。

人體或機器之靜電進入晶片時，會於瞬間產生大電流，造成晶片的破壞。因此，靜電放電（ESD）保護是晶片很基本且重要的必備功能之一。特別是對於指紋辨識晶片，由於手指需頻繁地直接接觸晶片表面，因此，較一般晶體電路晶片更需要較強靜電放電保護能力，以確保指紋辨識功能的正常。

然而，傳統指紋辨識晶片的靜電放電保護電路經常因來不及啟動，使得靜電先流入晶片的內部電路，因而造成內部電路功能的不正常，甚至破壞電路。此外，傳統指紋辨識晶片的靜電放電保護電路本身不夠強，當有大量的靜電放電時，很有可能會先擊穿靜電放電保護電路，使得晶片的內部電路得不到靜電放電保護。

因此亟需提出一種新穎具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片，用以改善傳統指紋辨識晶片的諸多缺點。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片，其接收墊片具有中間凹陷而周圍凸出的剖面，手指會先接觸到較凸出的周圍區域，於短暫的瞬間使得靜電先經由周圍區域而洩至地，藉以增強指紋辨識晶片的靜電防護能力。

根據本發明實施例，具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片包含複數接收墊片，設於一晶片的表面且排列為陣列型式。接收墊片包含中間區域與周圍區域，周圍區域包圍中間區域的至少一側邊緣。其中，接收墊片的周圍區域高於中間區域。

第一圖顯示指紋辨識系統100的方塊圖，其包含多個接收墊片（pad）11及至少一電源墊片12。指紋辨識系統100還包含接收（RX）電路13，電性耦接至接收墊片11，用以偵測指紋。指紋辨識系統100更包含靜電放電（ESD）保護電路14，電性耦接至接收墊片11與電源墊片12，用以保護接收電路13與其他內部電路（未顯示）。

第二圖例示部分的指紋辨識系統100（第一圖），用以說明指紋辨識系統100的工作原理。當手指接觸接收墊片11的瞬間，如果手指上的靜電超過預設量，則靜電會透過接收墊片11而啟動靜電放電保護電路14。該靜電透過靜電放電保護電路14而導入電源VDD或地GND而洩掉，因而避免靜電進入並破壞接收電路13與其他內部電路。

第三圖顯示本發明實施例之具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片300A（例如電容式指紋辨識晶片）的上視圖。如第三圖所例示，具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片（以下簡稱指紋辨識晶片）300A的表面設有多個接收墊片11，排列為陣列型式以形成墊片陣列。接收墊片11包含中間區域111與周圍區域112，其中，周圍區域112包圍中間區域111的至少一側邊緣。在一實施例中，接收墊片11的邊長可為數微米至數百微米，但不限定於此。接收墊片11可為任意形狀，不限定於第三圖所例示的方形。

第四圖顯示本發明另一實施例之具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片（以下簡稱指紋辨識晶片）300B的上視圖。與第三圖之指紋辨識晶片300A不同的地方在於，指紋辨識晶片300B（第四圖）的相鄰接收墊片11之間不具有空隙，因此相鄰接收墊片11共用周圍區域112。因此，第四圖之墊片陣列的密度可大於第三圖之指紋辨識晶片300A。

第五圖顯示第三圖或第四圖沿剖面線5-5’的剖面圖。如第五圖所例示，於中間區域111，接收墊片11包含基板1111，其上設有至少一金屬層1112（第五圖例示三個金屬層M2、M3與M4），分別設於相應的介電層1113（例如金屬介電層（IMD））內。接收墊片11的中間區域111還包含多個導電連接孔（via）1114，用以連接於金屬層1112之間，且用以連接至接收電路13與靜電放電保護電路14。

於周圍區域112，接收墊片11包含多個金屬層1122（第四圖例示四個金屬層M2、M3、M4與M5），設於基板1111上，且分別設於相應的介電層1113內。接收墊片11的周圍區域112還包含多個導電連接孔1124，用以連接於金屬層1122之間，且用以連接至地GND或電源VDD。

根據本實施例的特徵之一，至少一周圍區域112之頂部的金屬層1122（例如第五圖中位於IMD5的金屬層）高於中間區域111之頂部的金屬層1112，因而形成中間凹陷（recess）而周圍凸出的剖面，如第五圖所例示。換句話說，周圍區域112高於中間區域111。

接收墊片11的中間區域111與周圍區域112上面還覆蓋一保護（protection）層113。其可以為晶體電路製程當中常用的鈍化（passivation）保護層，例如氮化矽、碳化矽、氧化鋁等。保護層113也可為晶片封裝過成中常用的保護層，例如藍寶石（sapphire）保護層。

第六A圖至第六C圖顯示第五圖之指紋辨識晶片300A/B的製程方法。如第六A圖所示，首先於基板1111之上全面（亦即，接收墊片11的中間區域111與周圍區域112）依序形成多個介電層1113，其內形成有相應的金屬層1112/1122（第六A圖例示四個金屬層M2、M3、M4與M5），且上下相鄰的金屬層111/1122之間形成有多個導電連接孔1114/1124。位於中間區域111的金屬層1112與位於周圍區域112的金屬層1122可同時形成。根據本實施例的特徵之一，形成於周圍區域112之金屬層1122的數目大於形成於中間區域111之金屬層1112的數目。以第六A圖為例，形成於周圍區域112之金屬層1122為M2、M3、M4、M5，而形成於中間區域111之金屬層1112為M2、M3、M4。

接下來，如第六B圖所示，全面蝕刻最上一層介電層1113，直到曝露出中間區域111之金屬層1112的表面。最後，如第六C圖所示，於接收墊片11的中間區域111與周圍區域112全面覆蓋保護層113。

根據上述的實施例，當手指放在指紋辨識晶片300A/B的墊片陣列的表面時，指紋的凹凸與各個接收墊片11因距離不同而產生不同的感應電容，藉以辨識出指紋。根據本實施例的特徵（如第五圖所示），當手指按下時，會先接觸到接收墊片11較凸出的周圍區域112。因此，在接觸到較凹陷的中間區域111之前，於短暫的瞬間（例如數百奈秒（ns）），手指上的靜電會先經由周圍區域112的金屬層1122與導電連接孔1124而洩至地GND或電源VDD，藉以增強指紋辨識晶片300A/B的靜電防護能力。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100‧‧‧指紋辨識系統
300A‧‧‧具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片
300B‧‧‧具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片
11‧‧‧接收墊片
111‧‧‧中間區域
1111‧‧‧基板
1112‧‧‧金屬層
1113‧‧‧介電層
1114‧‧‧導電連接孔
112‧‧‧周圍區域
1122‧‧‧金屬層
1124‧‧‧導電連接孔
113‧‧‧保護層
12‧‧‧電源墊片
13‧‧‧接收電路
14‧‧‧靜電放電保護電路
VDD‧‧‧電源
GND‧‧‧地

第一圖顯示指紋辨識系統的方塊圖。 第二圖例示第一圖的部分指紋辨識系統。 第三圖顯示本發明實施例之具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片的上視圖。 第四圖顯示本發明另一實施例之具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片的上視圖。 第五圖顯示第三圖或第四圖的剖面圖。 第六A圖至第六C圖顯示第五圖之指紋辨識晶片的製程方法。

11‧‧‧接收墊片

111‧‧‧中間區域

1111‧‧‧基板

1112‧‧‧金屬層

1113‧‧‧介電層

1114‧‧‧導電連接孔

112‧‧‧周圍區域

1122‧‧‧金屬層

1124‧‧‧導電連接孔

113‧‧‧保護層

Claims (13)

1. 一種具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片，包含：複數接收墊片，設於一晶片的表面且排列為陣列型式，該接收墊片包含中間區域與周圍區域，該周圍區域包圍該中間區域的至少一側邊緣；及一保護層，覆蓋該周圍區域與該中間區域，使得該周圍區域之上的該保護層的頂面高於該中間區域之上的該保護層的頂面；其中該接收墊片的該周圍區域高於該中間區域。
2. 根據申請專利範圍第1項所述具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片，其中該中間區域電性連接至相應的接收電路與靜電放電保護電路，且該周圍區域電性連接至電源或地。
3. 根據申請專利範圍第1項所述具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片，其中該接收墊片於該周圍區域所設頂部的金屬層高於該中間區域所設頂部的金屬層。
4. 根據申請專利範圍第3項所述具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片，其中該接收墊片的中間區域包含：一基板；至少一金屬層，位於該基板上，該些金屬層分別設於相應的介電層內；複數導電連接孔，用以連接於相鄰金屬層之間，且用以電性連接至接收電路與靜電放電保護電路；及該保護層，覆蓋於該些金屬層與該些介電層的頂部。
5. 根據申請專利範圍第3項所述具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片，其中該接收墊片的周圍區域包含：一基板；複數金屬層，位於該基板上，該些金屬層分別設於相應的介電層內；複數導電連接孔，用以連接於相鄰金屬層之間，且用以電性連接至電源或地；及該保護層，覆蓋於該些金屬層與該些介電層的頂部。
6. 一種具增強靜電放電保護的指紋辨識系統，包含：複數接收墊片，排列為陣列型式；複數接收電路，分別電性耦接至該些接收墊片，用以偵測指紋；及複數靜電放電保護電路，分別電性耦接至該些接收墊片，用以保護該些接收電路；其中，該接收墊片包含中間區域與周圍區域，該周圍區域包圍該中間區域的至少一側邊緣，且一保護層覆蓋該周圍區域與該中間區域，使得該周圍區域之上的該保護層的頂面高於該中間區域之上的該保護層的頂面，且該接收墊片的該周圍區域高於該中間區域。
7. 根據申請專利範圍第6項所述具增強靜電放電保護的指紋辨識系統，其中該中間區域電性連接至相應的接收電路與靜電放電保護電路，且該周圍區域電性連接至電源或地。
8. 根據申請專利範圍第6項所述具增強靜電放電保護的指紋辨識系統，其中該接收墊片於該周圍區域所設之頂部的金屬層高於該中間區域所設之頂部的金屬層。
9. 根據申請專利範圍第8項所述具增強靜電放電保護的指紋辨識系統，其中該接收墊片的中間區域包含：一基板；至少一金屬層，位於該基板上，該些金屬層分別設於相應的介電層內；複數導電連接孔，用以連接於相鄰金屬層之間，且用以電性連接至該接收電路與該靜電放電保護電路；及該保護層，覆蓋於該些金屬層與該些介電層的頂部。
10. 根據申請專利範圍第8項所述具增強靜電放電保護的指紋辨識系統，其中該接收墊片的周圍區域包含：一基板；複數金屬層，位於該基板上，該些金屬層分別設於相應的介電層內；複數導電連接孔，用以連接於相鄰金屬層之間，且用以電性連接至電源或地；及該保護層，覆蓋於該些金屬層與該些介電層的頂部。
11. 一種具增強靜電放電保護的指紋辨識晶片的製造方法，包含：提供一基板；全面依序形成複數介電層； 形成金屬層於相應的該介電層內，形成於周圍區域之金屬層的數目大於形成於中間區域之金屬層的數目；形成複數導電連接孔於上下相鄰的金屬層之間；蝕刻最上一層介電層，直到曝露出該中間區域之金屬層的表面；及覆蓋一保護層於該中間區域與該周圍區域上面，使得該周圍區域之上的該保護層的頂面高於該中間區域之上的該保護層的頂面。
12. 根據申請專利範圍第11項所述具增強靜電放電保護的指紋辨識的製造方法，其中該中間區域與該周圍區域構成一接收墊片，且該接收墊片的該周圍區域高於該中間區域。
13. 根據申請專利範圍第11項所述具增強靜電放電保護的指紋辨識的製造方法，其中該中間區域電性連接至相應的接收電路與靜電放電保護電路，且該周圍區域電性連接至電源或地。