TWI553563B

TWI553563B - 指紋辨識裝置

Info

Publication number: TWI553563B
Application number: TW104131376A
Authority: TW
Inventors: 游勇輝; 楊昭錡
Original assignee: 義隆電子股份有限公司
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-10-11
Also published as: TW201642176A

Description

指紋辨識裝置

本發明為一種指紋辨識裝置，係指一種電容式指紋辨識裝置。

圖5提供現有電容式指紋辨識裝置的剖面示意圖，其中包含有多數層導體層40，相鄰導體層40之間設有介電層50，最上層之導體層40上另覆蓋有保護層400。圖5所示結果係設置於一半導體基板（圖中未示）上，該半導體基板中係用以製作半導體元件，例如電晶體等以供製作如放大器等電路元件，較上方的兩層導體層40分別用以製作感應電極401及靜電防護電極402，感應電極401用以進行指紋偵測，靜電防護電極402用以提供靜電防護的作用。傳輸訊號所需的導線403，可以係利用較下方的導體層40來製作。

在現有技術中，各導體層40的厚度均大致相同，各介電層50的厚度也大致相同。理想的電容式指紋辨識裝置具有較佳的靜電防護能力，以及較少的雜訊及其他因素干擾感應電極的感測結果。現有的電容式指紋辨識裝置仍有待改善。

又，現有技術之介電層50中，設置有導電通孔61以電連接相鄰導電層40。在現有電容式指紋辨識裝置通常以鋁沈積在導電通孔61中。

有鑑於前述之種種現有技術之缺點，本發明的目的包括提高感測準確度、增加靜電宣洩效果、減少雜訊或靜電影響感應電極、以及縮小尺寸，改善導電效果等等。

為達到上述之目的，本發明係創作一種指紋辨識裝置，包括：一第一導體層，其包括多個感應電極，所述感應電極用以進行指紋偵測；一第一介電層，位於該第一導體層下方；以及一元件層訊號處理層，位於該第一介電層下方，該訊號處理層其包括一第二導體層及、一第三導體層、以及一第二介電層，該第二導體層係在該第三導體層上方，該第二介電層係位於該第二導體層與該第三導體層之間，該元件層訊號處理層係用以接收及處理所述感應電極的感測訊號；其中，該第一介電層係位於該第一導體層與該第二導體層之間，並具有至少一第一導電鎢插栓，該第一導體層與該第二導體層經由所述第一導電鎢插栓形成電連接。

本發明的優點在於，用於製作感應電極之第一導體層的厚度增加，有助於提升各感應電極的均勻度；再者，透過第一介電層的厚度大於第二介電層之厚度，有助於改善來自訊號處理層的雜訊影響位於第一導體層的感應電極；利用導電鎢插栓來形成第一導體層與第二導體層之間的電連接，導電鎢插栓的優點為導電效果佳，且尺寸小，有助於縮小電容式指紋辨識裝置的尺寸，並且提高良率。

以下配合圖式及本發明之實施例，進一步闡述本發明的技術手段。

圖1顯示的第一實施例，包含有一第一導體層10、一第一介電層20及一訊號處理層L。

第一導體層10上覆蓋有一保護層100。保護層100可以是單層或多層的結構。在進行指紋偵測時，使用者係將手指放置在保護層100的上表面。第一導體層10包含多個感應電極101，感應電極101用以進行指紋偵測。第一導體層10中亦可包含多個靜電防護電極102，所述靜電防護電極102用以提供靜電防護效果，以避免靜電破壞感應電極101。另，第一導體層10中亦可包含有導電接墊。換句話說，上述的感應電極101、靜電防護電極102及導電接墊可以是用同一層的導體來製作。在一實施例中，靜電防護電極102係配置在感應電極101的周圍，導電接墊則配置在靜電防護電極102及感應電極101以外的區域。靜電防護電極102可以透過內部的線路配置，連接到接地端（ground）或者一靜電防護電路。

第一介電層20，位於第一導體層10的下方。訊號處理層L，位於第一介電層20的下方。訊號處理層L係用以接收及處理感應電極101的感測訊號、或將靜電防護電極102之靜電電荷導出宣洩之。訊號處理層L包含有一第二導體層11、一第三導體層12、一第二介電層21、以及下方的半導體基板（圖中未示），第二導體層11係在第一介電層20的下方，以及第三導體層12的上方，第二介電層21係位於第二導體層11與該第三導體層12之間，該第二導體層11及該第三導體層12中包含有導線30，半導體基板（圖中未示）係在第三導體層12的下方。該半導體基板中設置有半導體元件，例如電晶體等以供製作如放大器等電路元件。在不同實施例中，在第三導體層12與半導體基板之間，可能存在單層或多層的結構。

第一介電層20設於該第一導體層10與該第二導體層11之間，且該第一介電層20覆蓋該第二導體層11，該第二介電層21覆蓋該第三導體層12，第一介電層20設有至少一第一導電鎢插栓31，第二介電層21設有至少一第二導電鎢插栓32。第一導體層10與該第二導體層11經由第一導電鎢插栓31形成電連接，使得感應電極101的感測訊號可以經由該第一導電鎢插栓31傳送到線路30。第二導體層11與第三導體層12經由第二導電鎢插栓32形成電連接，使得不同層的線路30之間可以傳遞訊號。該第一及第二導電鎢插栓31及32係以鎢栓塞製程（tungsten plug process）所成形，鎢栓塞製程為半導體技術領域中的通常知識，故在此不加以贅述。

第一導體層10之厚度大於第二導體層11及第三導體層12之厚度，而第一介電層20之厚度大於第二介電層21之厚度。意即在此實施例中，靜電防護電極102或者感應電極101的厚度大於下方其他導體（例如線路30）的厚度，而感應電極101與相鄰的一層導體之間的介電層厚度，大於其他相鄰的兩層導體之間的介電層厚度。在一實施例中，第一導體層10之厚度為2µm至5µm，第二導體層11及第三導體層12之厚度為0.4µm至0.8µm，第一介電層20之厚度為2µm至8µm，第二介電層21之厚度為1µm至1.8µm。也就是說，靜電防護電極102或者感應電極101的厚度可以是2µm至5µm，而用於傳遞信號的導線30的厚度可以為0.4µm至0.8µm。

請參閱圖2所示為第二實施例，第二實施例與第一實施例差異在於進一步包含一第四導體層13A及一第三介電層22A，該第三介電層22A設於該第一導體層10A上，且該第三介電層22A覆蓋該第一導體層10A，該第四導體層13A設於該第三介電層22A上，且該保護層100A覆蓋該第四導體層13A，該第四導體層13A中可包含有靜電防護電極1021A，而該第一導體層10A中可不包含有靜電防護電極、或可包含有相對應的靜電防護電極102A，該第四導體層13A中亦可包含有導電接墊。在此實施例中，在第四導體層13A的靜電防護電極1021A與在第一導體層10A的靜電防護電極102A藉由一第三導電鎢插栓33A形成電連接。在圖2的實施例中，第四導體層13A的厚度大於第一導體層10A的厚度，並且該第一導體層10A及該第四導體層13A之厚度大於該第二導體層11A及該第三導體層12A之厚度，而該第一介電層20A及該第三介電層22A之厚度大於該第二介電層21A之厚度。也就是說，在這個實施例中，靜電防護電極1021A的厚度大於感應電極101A與電極102A的厚度，而且靜電防護電極102A與感應電極101A的厚度大於下方其他導體（例如線路30A）的厚度。感應電極101A與靜電防護電極1021A之間的厚度以及感應電極101A與相鄰的一層導體之間的介電層厚度，大於其他相鄰的兩層導體之間的介電層厚度。

在一實施例中，該第一導體層10A之厚度為1µm至3µm，該第四導體層13A之厚度2µm至5µm，該第二導體層11A及該第三導體層12A之厚度為0.4µm至0.8µm，該第一介電層20A及該第三介電層22A之厚度為2µm至8µm，該第二介電層21A之厚度為1µm至1.8µm。也就是說，較接近保護層100A的靜電防護電極1021A的厚度可以是2µm至5µm，下一層的感應電極101A與靜電防護電極102A的厚度可以是1µm至3µm，而位於其他層用於傳遞信號的導線30A的厚度可以為0.4µm至0.8µm。

請參閱圖3所示為第三實施例，第三實施例與第一實施例差異在於進一步包含一第五導體層14B及一第四介電層23B，該第四介電層23B位於該第三導體層12B下方，該第五導體層14B位於該第四介電層23B下方，在這個實施例中，第二導體層11B包括至少一個屏蔽電極15B，屏蔽電極15B的至少一個作用在防止下方電路的雜訊影響到上方的感應電極101B。在一實施例中，每一個感應電極101B下方設置一個屏蔽電極15B，在不同的實施例中，在第二導體層11B中的屏蔽電極15B的配置亦可以有不同的變化，但並不影響感應電極101B的訊號傳遞路徑。該第四介電層23B具有至少一第四導電鎢插栓34B，該第三導體層12B與該第五導體層14B之間經由所述第四導電插栓34B形成電連接。

在圖3所示的實施例中，第一導體層10B之厚度大於第二導體層11B、第三導體層12B、及第五導體層14B之厚度，而第一介電層20B之厚度大於第二介電層21B及第四介電層23B之厚度。在一實施例中，該第一導體層10B之厚度為2µm至5µm，該第二導體層11B、該第三導體層12B及該第五導體層14B之厚度為0.4µm至0.8µm，該第一介電層20B之厚度為2µm至8µm，該第二介電層21B及該第四介電層23B之厚度為1µm至1.8µm。

請參閱圖4所示為第四實施例。由上而下依序設置為該第四導體層13C、該第三介電層22C、該第一導體層10C、該第一介電層20C、該第二導體層11C、該第二介電層21C、該第三導體層12C、該第四介電層23C及該第五導體層14C。其中訊號處理層L包含有該第二導體層11C、該第三導體層12C、第五導體層14C、該第二介電層21C及該第四介電層23C。圖4的實施例可以被理解為在圖2所示的實施例增加該第四介電層23C及該第五導體層14C。在這個實施例中，第二導體層11C包括至少一個屏蔽電極15C，屏蔽電極15C的至少一個作用在防止下方電路的雜訊影響到上方的感應電極101C。在一實施例中，每一個感應電極101C下方設置一個屏蔽電極15C，在不同的實施例中，在第二導體層11C中的屏蔽電極15C的配置亦可以有不同的變化，但並不影響感應電極101C的訊號傳遞路徑。

該第一導體層10C及該第四導體層13C之厚度大於該第二導體層11C、該第三導體層12C、及該第五導體層14C之厚度，而該第一介電層20C及該第三介電層22C之厚度大於該第二介電層21C及該第四介電層23C之厚度。在一實施例中，該第一導體層10C之厚度為1µm至3µm，該第四導體層13C之厚度2µm至5µm，該第二導體層11C、該第三導體層12C及該第五導體層14C之厚度為0.4µm至0.8µm，該第一介電層20C及該第三介電層22C之厚度為2µm至8µm，該第二介電層21C及該第四介電層23C之厚度為1µm至1.8µm。前述各實施例的特色可以簡述如下： 1. 感應電極101的厚度增加，可以降低因製程因素造成不同感應電極101的厚度差異佔感應電極101之總厚度的比例，進而提升感應電極101的均勻度，降低製程因素對於量測結果的不利影響。 2. 感應電極101與相鄰導體層之間的距離增加，可增加導體層到感應電極101之間路徑的阻抗，進而有效防止感應電極101下方的電路元件之雜訊影響到感應電極101。 3. 使用鎢插栓製程製作導電鎢插栓31來形成導體層之間的電連接，較不易形成斷路，可提升良率。且使用鎢插栓製程製作導電鎢插栓31孔徑較小，有於於產品的小型化。對於加厚的介電層而言，若採用例如鋁等材料製作插栓，在越厚的介電層需要越大的孔徑，並且容易產生斷裂，影響良率。 4. 增加靜電防護電極的厚度，可以降低靜電防護電極的的阻抗，有利於電荷宣洩，提升靜電防護功能。 5. 增加靜電防護電極1021A與與感應電極101A之間的距離，會使得靜電防護電極1021A到感應電極101A的路徑的阻抗增加，使得電荷不易由靜電防護電極1021A往感應電極101A移動可以提升保護感應電極的效果。

各圖式及其說明，僅係為方便說明本發明的各種實施態樣，熟習半導體技術領域之人士當了解，一導體層內可能包括多種用途的導體圖案，例如在圖1的第一導體層10包括了用來進行指紋偵測的感應電極101以及提供靜電防護功能的靜電防護電極102。在一導體層內的各個功能不同的導體元件之間，也是被介電材料隔開，在上述實施例中所提及的介電層厚度相當於是不同層導體之間之垂直距離。

以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

100、100A‧‧‧保護層
L‧‧‧訊號處理層
10、10A、10B、10C‧‧‧第一導體層
11、11A、11B、11C‧‧‧第二導體層
12、12A、12B、12C‧‧‧第三導體層
13A、13C‧‧‧第四導體層
14B、14C‧‧‧第五導體層
15B、15C‧‧‧屏蔽電極
101、101B、101C‧‧‧感應電極
102、102A、1021A‧‧‧靜電防護電極
20、20A、20B、20C‧‧‧第一介電層
21、21A、21B、21C‧‧‧第二介電層
22A、22C‧‧‧第三介電層
23B、23C‧‧‧第四介電層
30、30A‧‧‧導線
31、32、33A、34B‧‧‧導電鎢插栓
400‧‧‧保護層
40‧‧‧導體層
401‧‧‧感應電極
402‧‧‧靜電防護電極
403‧‧‧導線
50‧‧‧介電層
61‧‧‧導電通孔
611‧‧‧導電薄膜

圖1為本發明第一實施例之側視放大剖面示意圖。圖2為本發明第二實施例之側視放大剖面示意圖。圖3為本發明第三實施例之側視放大剖面示意圖。圖4為本發明第四實施例之側視放大剖面示意圖。圖5為現有技術之側視放大剖面示意圖。

100‧‧‧保護層

10‧‧‧第一導體層

11‧‧‧第二導體層

12‧‧‧第三導體層

101‧‧‧感應電極

102‧‧‧靜電防護電極

20‧‧‧第一介電層

21‧‧‧第二介電層

30‧‧‧導線

31‧‧‧第一導電鎢插栓

32‧‧‧第二導電鎢插栓

L‧‧‧訊號處理層

Claims

一種指紋辨識裝置，包括：一第一導體層，其包括多個感應電極，所述感應電極用以進行指紋偵測；一第一介電層，位於該第一導體層下方；以及一訊號處理層，位於該第一介電層下方，該訊號處理層包括一第二導體層、一第三導體層、以及一第二介電層，該第二導體層係在該第三導體層上方，該第二介電層係位於該第二導體層與該第三導體層之間，該訊號處理層係用以接收及處理所述感應電極的感測訊號；其中，該第一介電層係位於該第一導體層與該第二導體層之間，並具有至少一第一導電鎢插栓，該第一導體層與該第二導體層經由所述第一導電鎢插栓形成電連接；其中，該第一導體層之厚度分別大於該第二導體層及該第三導體層之厚度，該第一介電層之厚度大於該第二介電層之厚度。
如請求項1所述之指紋辨識裝置，其中該第一導體層中包含至少一靜電防護電極。
如請求項1所述之指紋辨識裝置，其進一步包含有一第四導體層及一第三介電層位於該第一導體層上方，該第三介電層位於該第四導體層與該第一導體層之間，該第四導體層中包含有至少一靜電防護電極，該第三介電層具有至少一第二導電鎢插栓，該第一導體層與該第四導體層之間經由所述第二導電插栓形成電連接，其中該第四導體層之厚度分別大於該第二導體層及該第三導體層之厚度，該第三介電層之厚度大於該第二介電層之厚度。
如請求項3所述之指紋辨識裝置，其中該第一導體層中包含至少一靜電防護電極，並且與該第四導體層的靜電防護電極電連接。
如請求項1或2所述之指紋辨識裝置，其中該第一導體層之厚度為2µm至5µm，該第一介電層之厚度為2µm至8µm。
如請求項5所述之指紋辨識裝置，其中該第二導體層及該第三導體層之厚度分別為0.4µm至0.8µm，該第二介電層之厚度為1µm至1.8µm。
如請求項3或4所述之指紋辨識裝置，其中該第一導體層之厚度為1µm至3µm，該第四導體層之厚度為2µm至5µm，該第一介電層及該第三介電層之厚度為2µm至8µm。
如請求項7所述之指紋辨識裝置，其中該第二導體層及該第三導體層之厚度分別為0.4µm至0.8µm，該第二介電層之厚度為1µm至1.8µm。
如請求項1所述之指紋辨識裝置，其進一步包含有一第五導體層及一第四介電層，該第五導體層設於該第三導體層下方，且該第四介電層設於該第三導體層與該第五導體層之間，其中該第二導體層為一屏蔽層並具有至少一屏蔽電極，每一該感應電極的下方對應設置一該屏蔽電極。
如請求項1所述之指紋辨識裝置，其中該第二介電層具有至少一第三導電鎢插栓，該第二導體層與該第三導體層之間經由所述第三導電插栓形成電連接。
如請求項9所述之指紋辨識裝置，其中該第四介電層具有至少一第四導電鎢插栓，該第三導體層與該第五導體層之間經由所述第四導電插栓形成電連接。