指纹感测装置和用于制造指纹感测装置的方法制造方法及图纸

提供了一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，所述电容式指纹感测装置包括：待被所述手指触摸的保护顶层；第一金属层，所述第一金属层包括被布置在所述顶层下面的感测结构的二维阵列；布置在所述第一金属层下面的第二金属层，所述第二金属层包括多个导电结构；布置在第一金属层与第二金属层之间的介电层，所述介电层用于使第一金属层与第二金属层电绝缘，所述介电层包括低k材料；以及读出电路系统，所述读出电路系统被布置在所述第二金属层下面并且通过通孔连接件耦接至导电感测结构中的每一个，以接收表示所述手指与所述感测结构之间的距离的感测信号。还提供了一种用于制造这种装置的方法。

A fingerprint sensing device and a method for the manufacture of fingerprint sensing devices

A sensing device for a capacitive fingerprint sensor fingerprint pattern measuring finger is provided, wherein the capacitive fingerprint sensing device includes: to be the top of the finger touch; the first metal layer and the first metal layer includes a layout below the top of the sensing two-dimensional array structure; the arrangement of second metal layer below the first metal layer, the second metal layer includes a plurality of conductive structures; arranged on the dielectric layer between the first and second metal layer, the dielectric layer is used to make the first metal layer and the second insulating metal layer, the dielectric layer includes a low k materials; and the readout circuit system, the readout circuit system is arranged at the lower part of the second metal layer and through holes connecting each member is coupled to the conductive sensing structure, said to receive the finger with the sensing A sensing signal of the distance between structures. A method for making such a device is also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】指纹感测装置和用于制造指纹感测装置的方法
本专利技术涉及指纹感测装置。特别地，本专利技术涉及适合于在厚盖层下使用的指纹感测装置。
技术介绍
各种类型的生物识别系统被越来越多地使用，以便提供提高的安全性和/或增强的用户方便性。特别地，因为指纹感测系统的小形状因子、高性能和用户接受性，指纹感测系统已经被采用于例如消费电子装置中。在各种可用的指纹感测原理(例如，电容式、光学式、热传式等)中，电容式感测最常被使用，特别是在尺寸和功率消耗为重要课题的应用中。所有电容式指纹传感器提供表示若干个感测结构中的每一个感测结构与放置在指纹传感器的表面上或跨指纹传感器的表面移动的手指之间的电容的测量值。由于典型指纹图案中所包含的几何形状，纹脊和纹谷之间的电容差可以被视为小。另外，在电容式感测元件与手指之间通常需要不同的材料。这些材料增加了手指与感测元件之间的距离，并且因此将不可避免地进一步降低纹脊和纹谷之间所感测到的电容差。例如，移动装置中的电容式指纹传感器的一些实现方式需要指纹传感器被能够视为非常厚的材料(例如，移动电话中的盖玻璃)覆盖。这些实现方式将大幅降低传感器的动态范围。当进一步增加感测元件与手指之间的距离时，纹脊和纹谷之间的电容耦合差会快速达到小于感测装置的系统噪声底层值或甚至更小的量级。为了提高感测性能，因此期望降低噪声底层值。因此，当不能在没有明显成本的情况下通过改变信号放大和读出的结构或大小来进一步改善信噪比时，期望改善感测元件的条件。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述和其他缺点，本专利技术的目的是提供一种呈现提高的信噪比的改善的指纹感测装置。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，所述电容式指纹感测装置包括：待被所述手指触摸的保护顶层；第一金属层，所述第一金属层包括被布置在所述顶层下面的感测结构的二维阵列；布置在所述第一金属层下面的第二金属层，所述第二金属层包括多个导电结构；布置在第一金属层与第二金属层之间的介电层，所述介电层用于使第一金属层与第二金属层电绝缘，所述介电层包括低k材料；以及读出电路系统，所述读出电路系统被布置在所述第二金属层下面并且通过通孔连接件耦接至导电感测结构中的每一个，以接收表示所述手指与所述感测结构之间的距离的感测信号。在本文中，保护顶层通常是介电层，该介电层可以为单层或者可以包括多个堆叠层。此外，该层为介电性的意味着该层是非导电的并且可以表示平行板电容器中的电介质，其中，两个电容器板由放置在感测装置的外表面上的手指和每一个导电感测结构来代表。因此，导电感测结构被布置在顶层下面不排除可以在感测结构和感测装置的外表面之间布置另外的层的可能性。例如，保护介电顶层可以包括盖玻璃、显示玻璃、以及包覆层、其他涂层等。在半导体制造领域中，术语“低k”用来描述相对介电常数(即k值)低于二氧化硅的相对介电常数的介电材料。此外，导电感测结构被布置在二维阵列中应当被解释成意味着该阵列沿两个方向延伸，也就是说，该阵列在xy平面中延伸，其中在x与y两个方向中有多个感测元件。因此，与线传感器不同，指纹感测装置被视为面传感器。此外，阵列应当被解释成相似对象(在此为感测结构)的系统性布置。因此，感测结构被布置成规则图案。作为总体，阵列可以具有规则外形，例如，方形外形或矩形外形。然而，阵列也可以具有圆形外形、任意形式外形或不规则外形。读出电路系统被布置成从每一个主动感测结构接收感测信号以及组合多个感测信号以形成指纹图像。因此，本专利技术基于如下认识：指纹感测装置的信噪比(SNR)可以通过减小导电感测结构和定位在感测结构下面并且被包括在感测装置的像素中的导电结构之间的电容从而减少电容性串扰来得到改善。特别地，本专利技术通过减小对于指纹感测ASIC中的寄生电容的主要贡献中之一来改善SNR。在感测结构与在下面的导电结构之间的寄生电容Cpar增加了放大从感测结构接收到的感测信号的像素放大器——即读出电路系统的像素放大器，通常包括运算放大器(op-amp)——的固有噪声的放大倍数。噪声增量noiseGain可以被估计为noiseGain＝(Cpar+Cgain+Cuse)/CGain，其中，CGain为确定像素放大倍数的反馈电容，并且Cuse为有用电容——即用于形成感测信号的有用电容。总像素噪声设定可以被检测的信号大小的基本限制，其中，总像素噪声为放大器的固有噪声乘以噪声增益(noiseGain)。因此，像素性能可以通过减小寄生电容而得到改善，在本文中通过将低k材料布置在感测结构与导电结构之间来实现减小寄生电容。指纹感测装置包括多个金属层以提供各种装置功能，其中，顶金属层(即第一金属层)用于形成电容性感测结构。如上面讨论，不期望的寄生电容出现在电容性感测结构和在下面的金属层(即第二金属层)中的电浮置金属结构之间。可以假设仅在第一层中的感测结构和第二层的金属结构之间存在电容耦合。原则上，可以通过增加第一金属层和第二金属层之间的介电层的厚度来减小寄生电容。然而，因为通孔连接件的尺寸与介电层的厚度成正比，所以介电层不能太厚，以便满足通孔连接件的宽深比要求。换言之，厚的介电层可能使得通孔连接件太大，从而使得它们占据其他部件所需要的空间。因此，可以通过利用低k介电质在介电层的厚度和通孔连接件尺寸之间找到合适的折中，在这种情况下，可以减小电容耦合而不会过度增加介电层的厚度。此外，在一些情况下，第一金属层和第二金属层的结构之间的电容可能是被期望的，因为第二金属层被连接至在下面的金属层中需要电容器来起作用的特征部和部件。因此，第一金属层和第二金属层的结构之间的电容不能被完全移除。根据本专利技术的一个实施方式，介电层可以有利地包括有机聚合物，其可以被配置成具有低k并且可以沉积在足够厚的层中而在材料中有极少应力，从而有助于过程整合。在本专利技术的一个实施方式中，介电层的厚度可以为至少3μm，并且优选地为至少10μm。因为两个导电板之间的电容与这些板之间的距离成反比，所以期望增加感测结构和在下面的导电板之间的距离，即介电层的厚度，但不增加该厚度太多而使得通孔连接件的尺寸成为问题。根据本专利技术的一个实施方式，低k材料介电层的介电常数k优选地在1<k<3.9的范围内。如果绝缘材料具有低于3.9(此为SiO2的介电常数)的介电常数，则该绝缘材料通常被称为低k材料。电容与介电常数成反比，使得期望选择具有最低可能的介电常数的介电材料。在本专利技术的一个实施方式中，其中，介电层可以为聚苯并二恶唑(PBO)、聚酰亚胺或苯并环丁烯(BCB)，其全部的介电常数在约2.5至3.3的范围内。因此，全部材料均可以被视为所谓的低k材料并且它们的材料特性还使得它们适合于整合在用于制造指纹感测装置的制造过程中。根据本专利技术的一个实施方式，介电层以干膜形式提供。干膜可以通过层压即通过使用干膜层压技术(例如，热压接合)被施加至装置，这在不能使用诸如旋涂和喷涂的沉积方法的情况下提供了利用标准后端处理技术的替选制造过程。与使用干膜有关的另外的优点是干膜的良好定义的材料特性，例如，由于预制造膜导致的高厚度均匀性和低缺陷浓度。根据本专利技术的一个实施方式，感测装置可以包括第二金属层的被布置在第一金属层的感测结构的正下方的金属结构，该金属结构的面积小于感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测手指(202)的指纹图案的电容式指纹感测装置(200)，所述电容式指纹感测装置包括：待被所述手指触摸的保护顶层(204)；第一金属层，所述第一金属层包括被布置在所述顶层下面的感测结构(208)的二维阵列；布置在所述第一金属层下面的第二金属层，所述第二金属层包括多个导电结构(212)；布置在所述第一金属层与所述第二金属层之间的介电层(216)，所述介电层用于使所述第一金属层与所述第二金属层电绝缘，所述介电层包括被配置成减小所述第一金属层与所述第二金属层之间的电容耦合的低k材料，从而减少所述感测结构与所述导电结构之间的电容性串扰；以及读出电路系统(218)，所述读出电路系统被布置在所述第二金属层下面并且通过通孔连接件(214)耦接至导电感测结构中的每一个，以接收表示所述手指与所述感测结构之间的距离的感测信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.01 SE 1650769-11.一种用于感测手指(202)的指纹图案的电容式指纹感测装置(200)，所述电容式指纹感测装置包括：待被所述手指触摸的保护顶层(204)；第一金属层，所述第一金属层包括被布置在所述顶层下面的感测结构(208)的二维阵列；布置在所述第一金属层下面的第二金属层，所述第二金属层包括多个导电结构(212)；布置在所述第一金属层与所述第二金属层之间的介电层(216)，所述介电层用于使所述第一金属层与所述第二金属层电绝缘，所述介电层包括被配置成减小所述第一金属层与所述第二金属层之间的电容耦合的低k材料，从而减少所述感测结构与所述导电结构之间的电容性串扰；以及读出电路系统(218)，所述读出电路系统被布置在所述第二金属层下面并且通过通孔连接件(214)耦接至导电感测结构中的每一个，以接收表示所述手指与所述感测结构之间的距离的感测信号。2.根据权利要求1所述的感测装置，其中，所述介电层包括有机聚合物。3.根据权利要求1或2所述的感测装置，其中，所述介电层的厚度为至少3μm，并且优选地为至少10μm。4.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中，低k材料介电层的介电常数k在1<k<3.9的范围内。5.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中，所述介电层为聚苯并二恶唑(PBO)、聚酰亚胺或苯并环丁烯(BCB)。6.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中，所述介...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·伦达尔，罗伯特·哈格隆德，埃米尔·亚尔马松，罗尔夫·松德布拉德，克里斯特·扬松，
申请(专利权)人：指纹卡有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE