一种增强指纹传感器单元灵敏度的方法技术

本发明专利技术涉及一种增加半导体指纹传感器像素单元基础信噪比的方法，采用主动补偿方法消除分布电容的影响，同时通过提高中间绝缘层厚度的方法进一步降低分布电容。度的方法进一步降低分布电容。度的方法进一步降低分布电容。

【技术实现步骤摘要】
一种增强指纹传感器单元灵敏度的方法


[0001]本专利技术涉及芯片设计和制造工艺领域，尤其是涉及一种指纹传感器类芯片设计和制造。

技术介绍

[0002]电容式指纹传感器的原理是基于一个两层平行金属板电容器的电容值反比于两板间距离的物理现象。电容式指纹传感器的每一个感应单元包含感应极板。感应极板作为两层平行金属板电容器的其中一层平板，而人体表皮组织作为另一片平板，手指的脊部与谷部能由量测不同的电容值而定位出来。然而，实际上，由这样电容式指纹传感器所制成的指纹感应装置，其灵敏度不高。当有一层保护层在传感器的顶部，取出图像的质量会变差。

技术实现思路

[0003]为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种改良电容式指纹感测单元、获取指纹的方法以及指纹传感器，通过增加第一金属间介电层与第二金属间介电层的厚度，改良电容式指纹感应单元的灵敏度可获得改善。本专利技术实现上述目的所采用的技术方案是：
[0004]一种改良电容式指纹感测单元，包含：基底架构和指纹感测架构，所述基底架构具有至少一个第一金属层并形成充电电路与操作电路，用于交替地接收充电电压，及分派来自所述充电电路的电荷到所述操作电路的电容中并同时停止接收所述充电电压；所述指纹感测架构设置在所述基底架构上，包含第一金属间介电层、第二金属层、第二金属间介电层、第三金属层和钝化层；所述第一金属间介电层具有第一深度，所述第一深度大于3μm；所述第二金属层设置在所述第一金属间介电层上，且形成感应金属板；所述第二金属间介电层设置在所述第二金属层上且环绕所述第二金属层，覆盖所述感应金属板并具有第二深度，所述第二深度大于3μm；所述第三金属层设置在所述第二金属间介电层上，通过位于所述感应金属板上的开口形成方形格子，并连接至瞬时电压抑制器装置，用于接收第一电压与第二电压；所述钝化层，覆盖所述第三金属层。其中，触发所述瞬时电压抑制装置限界电压值比所述第一电压和/或所述第二电压高；所述基底架构也分派来自所述充电电路的电荷到所述指纹感测架构的电容中，所述充电电路并同时停止接收所述充电电压。
[0005]在其中一个实施例中，充电电容器设置在所述充电电路中，用于当所述充电电容器接收到所述充电电压时，储存电荷，寄生电容存在于所述操作电路中，且交叉电容形成于所述第三金属层与所述感应金属板间。当手指接近所述钝化层时，讯号电容形成于所述手指与所述第三金属层间，且手指电容形成于所述手指与所述感应金属板间。分派开关设置在所述操作电路与所述充电电路之间，用以启闭所述充电电压的接收及分派电荷。当所述第二电压发生、所述充电电压停止施加且所述分派开关开启时，输出电压变化从所述充电电路中获得。
[0006]当Vout是所述输出电压的值，Vdd是所述充电电压的值，V1与V2分别是所述第一电压与第二电压的值，Cr是所述充电电容器的电容值，Cp是所述寄生电容的值，Cf是所述手指
电容的值，及Cx是所述交叉电容的值时，所述输出电压为在其中一个实施例中，放电开关设置在所述操作电路中，当所述分派开关关闭时，用于将所述操作电路与所述第二金属层的电压重设为讯号接地。
[0007][0008]本专利技术还涉及一种使用所述的改良电容式指纹感测单元来获取指纹的方法，包含步骤：关闭分派开关以断开充电电路与操作电路；施加第一电压至第三金属层，并通过开启放电开关重设操作电路与第二金属层的电压；施加充电电压至充电电路；关闭放电开关与充电开关；开启分派开关并提供第二电压以取代第一电压；量测输出电压；及转译来自每个改良电容式指纹感测单元的输出电压，为对应一部分用户的指纹的指纹影像数据。
附图说明
[0009]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0010]图1为本专利技术的改良电容式指纹感应单元一实施例的示意图；
[0011]图2为本专利技术的改良电容式指纹感应单元一实施例的等效电路；
[0012]图3为本专利技术的改良电容式指纹感应单元一实施例的等效电路工作流程；
具体实施方式
[0013]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]请参阅图1
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2，改良电容式指纹感测单元基本上包含指纹感测架构与基底架构，指纹感测架构设置在基底架构上。指纹感测架构具有数个子架构，它们分别是第一金属间介电层、第二金属层、第二金属间介电层、第三金属层与钝化层。第一金属间介电层可以由常见的，用于制造集成电路中任何金属间介电层的制程所形成。不同于传统的用于指纹传感器的感测单元，第一金属间介电层要具有一定的深度。它需要较大深度的理由将在之后讨论。在相邻金属层间的第一金属间介电层的第一深度为d1。第一深度d1应大于3μm，比如可以是5μm。
[0015]第二金属层设置在第一金属间介电层上，作用为一个感应金属板，第二金属层与邻近物体形成数个电容(有形或无形的电容器)。也就是说，第二金属层与手指就是电容器的组件，而它的电容值随着手指接近的部分与第二金属层间的距离而变化。整体来说，手指电容的电容值反比于手指与第二金属层之间的距离。
[0016]第二金属间介电层设置在第二金属层上并环绕第二金属层，它覆盖了感应金属板(第二金属层)。为了最小化第三金属层与第二金属层间的电容值，第二金属间介电层与邻近金属层间的第二深度d2要大于一般传统实作的深度。第二深度 d2应大于3μm，比如可以是5μm。。
[0017]最后应说明的是：以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，
尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
[0018]在充电阶段中，首先，第一电压V1施加到第三金属层114，操作电路124 与第二金属层112的电压通过开启放电开关1241(重设)放电至讯号接地(步骤 S02)。接着，通过开启充电开关1222，充电电压施加到充电电路122中(步骤S03)。在充电阶段的最后一步骤中，放电开关1241与充电开关1222关闭(步骤S04)。要注意的是步骤S02与步骤S03的顺序可以交换，或同时进行。在充电阶段末尾，充电电容器1221充电到充电电压Vdd，等效电容器被充电至第一电压V1。在充电阶段之后是分派阶段。在分派阶段中，以下的步骤实质上是同时发生：开启分派开关1223并提供第二电压以取代第一电压(步骤S05)。事实上，其中之一可能会比另一个略早发生，而顺序并不会影响结果。当缓冲器1224的电压稳定时，量测输出电压Vout。要注意的是当第二电压发生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强指纹传感器单元灵敏度的方法，其特征在于，包括：基底结构，具有至少一层第一金属层及形成充电电路与包含一激发信号之工作电路，所述基底结构用以交替地接收充电电压，及分派来自所述充电电路的电荷到所述工作电路的电容于停止接收所述充电电压时；及指纹感测结构，形成于所述基底结构上；所述指纹感测结构包括第一金属间电介层、第二金属层、第二金属间电介层、第三金属层及钝化层，所述第一金属间电介层具有第一深度，所述第二金属层形成于所述第一金属间电介层上并形成感测金属板；所述第二金属间电介层形成于 述第二金属层上并围绕所述第二金属层，及覆盖所述感测金属板，所述第二金属间电介层具有第二深度；所述第三金属层形成于所述第二金属间电介层上，形成矩形单元，所述矩形单元具有开孔位于所述感测金属板上，且连接到电压驱动单元，；所述钝化层覆盖所述第三金属层；其中所述基底结构分派来自所述充电电路的电荷到所述指纹感测结构的电容于停止接收所述充电电压时，同時激发信号电路产生一电位差改变于第三金属层。2.根据权利要求1所述的电容式指纹感...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘君，
申请(专利权)人：上海图正信息科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：