[發明專利]帶靜電放電功能的靜電電容檢測型指紋讀取傳感器

在審

• 申請號: 201410059912.6
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103824071A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 楊林;周進友
• 申請（專利權）人: 江蘇恒成高科信息科技有限公司
• 主分類號: G06K9/20
• 分類號: G06K9/20;H01L27/02
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;韓鳳

技術領域

本發明涉及一種電容檢測型半導體指紋讀取傳感器，尤其是一種帶靜電放電保護功能的電容檢測型指紋讀取傳感器。

背景技術

近年，搭載集成電路的IC卡和磁條卡相比，信息容量大，安全性能高等特點而被迅速普及。特別是，通過電磁波接送數據信息的所謂非接觸型IC卡被引進到公共交通等系統，大大提高了便利性。

這樣的IC卡，盡可能的接近ISO國際規格的尺寸（長度85.6毫米，水平54毫米，厚0.76mm），是方便持有和攜帶所必須的先決條件。另一方面，作為針對盜竊，偽造等未經授權擅自使用的防御方法，通過指紋認證進行本人確認的功能受到矚目。指紋認證傳感器大小在IC卡的尺寸范圍內不僅便于攜帶，而且能防止未經授權的擅自使用，將來搭載指紋認證傳感器的IC卡是個必然趨勢。作為能夠搭載于IC卡的指紋讀取傳感器，在半導體基板上裝置傳感器電極（金屬板），再用鈍化膜包裹傳感器電極，通過鈍化膜檢測皮膚和傳感器間的電容來測出指紋的凹凸，稱為靜電電容檢測型的半導體指紋傳感器（以下稱FPIC）。使用由LSI制造技術開發出來的單片型的IC芯片的各種半導體指紋傳感器當中低耗電率，結構緊湊及元件數量少，使用成本最便宜的方面考慮的話，靜電電容檢測型指紋傳感器是最好的選擇。

FPIC在指紋感測區域內一般由金屬板的排列陣列組成的多個傳感器電極縱橫排列，每個傳感器電極對應指紋圖像采取的最小單位像素。

每個傳感器電極分別與各自下層的電容感測電路相連接，當手指接觸到FPIC時為了檢測出指紋凹凸的電容量，在每個傳感器電極與手指間鋪了絕緣的鈍化膜層。

如上所述FPIC具有的優異的特性，但是，在感測指紋的時候，指端直接接觸FPIC表面，積蓄在指端表面的靜電電容通過傳感器電極放電流向電容檢測電路，從而導致傳感器裝置本身被靜電擊穿（electrostatic?damage，以下稱ESD）。

這樣的靜電放電可以達到約20kV的程度，通過空氣放電來進行ESD測試的電子設備已經規范化。對于靜電電容檢測的FPIC來說，只種ESD保護是商業化必不可少的。

但是，如在IC表面層壓了很厚的介電質層的話，介電質層的殘留應力會導致晶片扭曲，而無法進行之后的光刻工藝步驟的晶片生產。所以介電質層的厚度，最大只能在3-5微米左右。作為鈍化膜層，是用眾所周知的聚酰亞胺（介電常數約4.0）層壓約3微米的厚度而成，靜電的發生源與裝置表面越接近，與ESD保護用的接地電極11的ESD保護能力相比，更依存于鈍化膜層的絕緣耐力特性，上述的鈍化膜層，作為檢測靜電電容裝置ESD的保護能力，可以說很難達到「IEC61000-4-2」的規格。

另一方面，在絕緣層上排列多個傳感器電極，其上部和側面用鈍化膜包裹，再在各個傳感器電極四周用由金屬模塊組成的放電壁包圍而成的FPIC曾經被提出。這種FPIC，如圖1所示，在裝置表面圍繞傳感器電極1呈網格狀地設置接地電極11，帶有靜電的手指接觸裝置表面時所發生的電流不直接進入裝置內部，而是通過柱狀的接地電極11從接地線13流入接地側，這樣可以抑制靜電對裝置內部的靜電電容檢測電路2等的影響。

但是，這種FPIC在傳感器電極1和柱狀的接地電極11之間會產生寄生電容Cpx?12。這個寄生電容12和手指表面與傳感器電極間產生的電容Cs相并聯，寄生電容Cpx加算于Cs被傳感器電極檢測，其結果使測定電容值的偏移量增大的同時，也使傳感器裝置的動態范圍看上去縮小了，影響應采取的指紋圖像底紋（灰度）的信息。

為了減少上述接地電極11的寄生電容，曾提出了用設定為零電位的網格狀金屬線（對應接地電極11）包圍傳感器電極1的FPIC的方案。就是說，圖1的接地電極11是為了ESD保護而只設置于傳感器電極1的上層（d₀的區域）的金屬線。

然而，沒有人提及覆蓋元件的鈍化膜層和網格狀金屬線的厚度與材質，而且如上所述，從厚度為d₀的薄的介電層來看，由于兩個金屬層（傳感器電極和金屬網）的高度的差異，不能得到預期的效果。

因此，為使感應電極達到足夠的ESD保護效果，不得不選擇應力小的介電質的材料來形成非常厚的介電質層。當然，殘留應力小的材料，比如考慮到搭載在IC卡表面上的傳感器裝置時，就不得不考慮到它被劃痕，物理沖擊等抗外力的強度。

也有人提出，將百分之幾的正常的感應像素作為犧牲器件，來接受靜電放電，與放置于傳感器板同一水平的金屬網格相連接再接地的放電通路。這種方法，必然有做出犧牲的ESD像素的存在，從而影響采取指紋圖像的質量。

發明內容