具有ESD保护的指纹传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种指纹感测装置，其包含：衬底；多个像素，其布置在行及列的栅格中，每一像素在其中具有主动式热感测元件；第一金属层，其形成用于寻址所述主动式热感测元件的第一寻址线；第二金属层，其在所述第一金属层上方且形成用于寻址所述主动式热感测元件的第二寻址线；导电ESD保护层；及绝缘层，其安置在所述ESD保护层与所述主动式热感测元件之间。所述ESD保护层电连接到偏压电势。所述ESD保护层经安置成图案，使得其与每一像素部分重叠，所述ESD保护层与每一像素的所述主动式热感测元件至少部分重叠。

Fingerprint sensor with ESD protection

The invention relates to a fingerprint sensing device comprising a substrate, a plurality of pixels, arranged in a row and column grid, each pixel having an active thermal sensing element in which the first metal layer forms a first addressing line for addressing the active thermal sensing element; the second metal layer is in the first gold layer. A second addressable line for addressing the active thermal sensing element is formed above the layer, and a conductive ESD protection layer and an insulating layer are placed between the ESD protection layer and the active thermal sensing element. The ESD protection layer is electrically connected to the bias voltage. The ESD protection layer is arranged in a pattern so that it overlaps with each pixel part, and the ESD protection layer overlaps at least partially with the active thermal sensing element of each pixel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有ESD保护的指纹传感器相关申请案的交叉参考本申请案要求2017年2月1日申请的序列号为15/422,070的美国非临时专利申请案及2016年10月14日申请的序列号为62/408,177的美国临时专利申请案的优先权，所述美国非临时专利申请案和所述美国临时专利申请案的全部内容以引用方式并入本文中。
本专利技术涉及指纹传感器，且更特定来说涉及用于指纹传感器的静电放电(ESD)保护。
技术介绍
在玉·名·丁(NgocMinhDinh)的第6,091,837号美国专利及第7,910,902号美国专利两者中揭示采用所谓的“主动热原理”的指纹传感器。主动式热指纹传感器的基本原理是使用PIN二极管的阵列作为热传感器来区分人指纹的脊及谷，这是因为这两个区域中的热传导是不同的。(PIN二极管是具有p型半导体与n型半导体区域之间的宽的、未掺杂的本征半导体区的二极管。通常重度掺杂p型及n型区以形成欧姆接触件)。为最大化灵敏度，手指与主动式传感器阵列之间的间距必须尽可能小，通常小于3μm。此紧密接近度意味着指纹传感器易受各种电平的ESD电压的影响且ESD将在较小区域上方具有高浓度。此环境呈现对于优化ESD保护、机械应力耐受性及热信号灵敏度之间的独特挑战。添加ESD二极管及添加ESD保护电路是用于解决ESD问题的常规方法。例如，如尼安(Nien)等人的第2013/0113711号美国专利申请公开案中所描述，触摸面板利用由经添加到对应行及/或列的二极管或晶体管或其组合组成的电路解决ESD。额外金属棒可放置于触摸面板周围，以提供低阻抗路径以将静电电荷重导引到ESD二极管，如林(Lin)等人的第2010/0290166号美国专利申请公开案所揭示。对于其它指纹感测应用，已经提出各种选项来解决此挑战。周(Chou)等人的第6,900,644号、勃兰特(Brandt)等人的第7,076,089号及卡里尼斯基(Kalnitsky)等人的第7,768,273号美国专利均展示了类似方法，其以电容式指纹传感器中的电极附近的个别导电板的形式来分布ESD保护层。然而，这些ESD减轻选项通常遇到电容式指纹传感器的基本限制：ESD保护有效性与感测分辨率之间的权衡。归因于电容式指纹传感器的作业机制，当在相同平面中时ESD单元与活性电极之间必须存在特定距离，且如果在不同平面中其不能重叠，否则可能劣化图像质量，且可能降低分辨率。因此，这些ESD单元的量通常限于小于10％的活性电极，这样限制了ESD保护有效性。在周等人的第7,397,096号美国专利中，外部ESD保护层沉积于外围电路的顶部上以将静电电荷重导引到接地。然而，此方案仅在手指触摸外围区域时有效。即，其不会在主要关注的作用区域上方提供ESD保护。
技术实现思路
在实施例中，一种指纹感测装置包含：衬底；多个像素，其布置在行及列的栅格中，每一像素在其中具有主动式热感测元件；第一金属层，其形成用于寻址所述主动式热感测元件的第一寻址线；第二金属层，其在所述第一金属层上方且形成用于寻址所述主动式热感测元件的第二寻址线；导电ESD保护层；及绝缘层，其安置在所述ESD保护层与所述主动式热感测元件之间。所述ESD保护层电连接到偏压电势。所述ESD保护层经安置成图案，使得其与每一像素部分重叠，所述ESD保护层与每一像素的所述主动式热感测元件至少部分重叠。在指纹感测装置的实施例中，所述指纹感测装置包含：衬底；多个像素，其布置在行及列的栅格中，每一像素在其中具有主动式热感测元件；第一金属层，其形成用于寻址所述主动式热感测元件的第一寻址线；第二金属层，其形成用于寻址所述主动式热感测元件的第二寻址线；第一导电ESD保护层；第二导电ESD保护层，其安置在所述第一ESD保护层上方的层处；及绝缘层，其安置在所述第一ESD保护层与第二ESD保护层之间，其中所述第一ESD保护层及第二ESD保护层中的至少一者连接到偏压电势。附图说明附图说明本专利技术的优选实施例，以及与本专利技术相关的其它信息，其中：图1展示在主动热原理下操作的传感器的现有技术布局的示意略图。图2展示PIN二极管的阵列的主动式传感器区域的SEM图像，且图2A展示个别像素的放大图像。图3是沿着图2A的线A-A'取得的像素结构的横截面图。图4A及4B是由ESD电荷引起的损害的金属线及像素的显微镜图像。图5展示在ESD冲击之前及之后使用指纹传感器捕获的图像的实例。图6A、6B及7A、7B分别展示未经涂敷(无顶部硬涂层)传感器及经涂敷传感器的ESD损害的显微镜图像。图8展示在可靠性测试之后的传感器的显微镜图像。图9说明具有毯覆式形状的ESD保护层的像素结构的实施例。图10说明具有条纹或网状形状的ESD保护层的像素结构的另一实施例。图11说明具有与底层金属层间隔经增加距离的ESD保护层的像素结构的另一实施例。图12说明具有通过平坦化绝缘层而与底层金属层间隔的ESD保护层的像素结构的另一实施例。图13说明具有在硬涂层上方的ESD保护层的像素结构的另一实施例。图14说明具有两个垂直地分离的ESD保护层的像素结构的实施例。图15说明具有两个垂直地分离的ESD保护层的像素结构的替代实施例。图16说明具有两个垂直地分离的ESD保护层的像素结构的另一替代实施例。图17A及17B展示根据实施例的来自制造装置的ESD测试功能图像。图18A及18B分别是在低及高放大率下来自制造装置的第一实施例的ESD轰击区域的显微镜图像。图19是具有跨主动感测元件而形成的条纹ESD保护层的指纹传感器的SEM图像。图20展示根据实施例的来自第二制造装置的ESD测试功能图像。图21A及21B分别是在ESD轰击之后具有条纹ESD保护层的指纹传感器在较低及较高放大率下的显微镜图像。图22A到22C是具有ESD保护的传感器装置的第三生产实例的设计布局。图23是第三生产实例的像素区域的SEM图像，其中两个垂直分离的导电ESD保护层经由通孔而局部地连接。图24展示根据实施例的来自第三制造装置的ESD测试功能图像。图25展示具有导电第二ESD保护层的替代配置的感测装置的第三生产实例的设计布局。图26A到26C说明具有用于ESD保护的每一像素区域中的掺杂多晶硅岛的实施例的设计布局。图27说明具有三个垂直地分离的ESD保护层的像素结构的替代实施例。图28说明具有ESD保护层的像素结构的替代实施例。具体实施方式示范性实施例的此描述希望结合附图阅读，所述附图将被视为整个书面描述的部分。在所述描述中，相对术语(例如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”及“底部”以及其衍生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等))应被解释为意指如接着在以下论述的图中描述或展示那样的定向。这些相对术语是用于方便描述且不需要以特定定向构造或操作设备，除非指定也不彼此接触。例如“重叠”的术语指代以图形方式覆盖但不必彼此接触。除非另有明确描述，否则关于附接、耦合及类似物的术语(例如“连接”及“互连”)指代其中结构直接地或经由中介结构间接地彼此固定或附接的关系，以及可移动或刚性附接或关系两者。同样地，除非另外描述，否则关于电“连接”及“耦合”的术语指代其中组件直接地或经由中介结构间接地彼此电通信的关系。在本文中揭示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种指纹感测装置，其包括：衬底；多个像素，其布置在行及列的栅格中，每一像素在其中具有主动式热感测元件；第一金属层，其形成用于寻址所述主动式热感测元件的第一寻址线；第二金属层，其在所述第一金属层上方且形成用于寻址所述主动式热感测元件的第二寻址线；导电ESD保护层；及绝缘层，其安置在所述ESD保护层与所述主动式热感测元件之间，其中所述ESD保护层电连接到偏压电势，其中所述ESD保护层经安置成图案，使得其与每一像素部分重叠，所述ESD保护层与每一像素的所述主动式热感测元件至少部分重叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.14 US 62/408，177;2017.02.01 US 15/422，0701.一种指纹感测装置，其包括：衬底；多个像素，其布置在行及列的栅格中，每一像素在其中具有主动式热感测元件；第一金属层，其形成用于寻址所述主动式热感测元件的第一寻址线；第二金属层，其在所述第一金属层上方且形成用于寻址所述主动式热感测元件的第二寻址线；导电ESD保护层；及绝缘层，其安置在所述ESD保护层与所述主动式热感测元件之间，其中所述ESD保护层电连接到偏压电势，其中所述ESD保护层经安置成图案，使得其与每一像素部分重叠，所述ESD保护层与每一像素的所述主动式热感测元件至少部分重叠。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述主动式热感测元件是PIN二极管，且所述ESD保护层安置在所述PIN二极管的本征区上方。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述ESD保护层与所述第二金属层的所述第二寻址线横向地间隔。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述ESD保护层布置成网状图案。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述ESD保护层布置为导电条纹的阵列。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述绝缘层及ESD保护层经布置以提供在其上安置硬涂层的大体上平面的上表面。7.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括连接到外部偏压电势的垫，其中所述ESD保护层连接到所述垫。8.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括导电边框，其中所述ESD保护层连接到所述边框，且所述边框连接到所述偏压电势。9.根据权利要求1所述的装置，其中每一像素包含与所述像素的所述主动式热感测元件电隔离且通过导电通孔而电连接到所述ESD保护层的离子植入重组储存器。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述衬底是柔性的。11.根据权利要求1所述的装置，其中所述偏压电势是接地的。12.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括：第二导电ESD保护层，其与所述导电ESD保护层垂直地间隔；及绝缘层，其介于所述导电ESD层之间。13.根据权利要求12所述的装置，其中所述导电ESD保护层中的一者与所述第二金属层安置在平面中。14.根据权利要求12所述的装置，其中所述导电ESD保护层通过导电通孔而彼此电连接。15.根据权利要求12所述的装置，其中所述第二导电ESD保护层电连接到所述偏压电势。16.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括安置在所述ESD保护层上方的硬涂层。17.一种指纹感测装置，其包括：衬底；多个像素，其布置在行及列的栅格中，每一像素在其中具有主动式热感测元件；第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：马夏斯·N·卓可利，庞惠卿，邝景宏，杰米·林·雪佛，
申请(专利权)人：奈克斯特生物测定学集团公司，
类型：发明
国别省市：挪威,NO