一種基于esd保護的生物識別感應裝置制造方法

一種基于esd保護的生物識別感應裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，包括：感應單元陣列，所述感應單元陣列包括多個彼此間隔設置的感應單元，其中，所述感應單元內設置有將靜電電流流出所述感應單元的第一ESD保護單元。本發明通過在感應單元設置有第一ESD保護單元，加快靜電電流流出工作電路，從而實現對感應單元的ESD保護、增強了電路的ESD防護能力。
【專利說明】—種基于ESD保護的生物識別感應裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及觸摸屏【技術領域】，尤其涉及一種基于ESD保護的生物識別感應裝置。【背景技術】
[0002]ESD保護向來是一個重要的課題，特別是進入深亞微米工藝后，隨著相關尺寸的減小，各種器件和電路的ESD防護能力快速下降，因此ESD保護的電路的設計就處于更加突出的位置。
[0003]目前對于一般的IC設計，ESD保護一般在PAD(電路引腳)上進行處理。因為整個芯片除了 PAD外，其他部分都有塑封體進行封裝，這就使IC內部的電路與外部的空間進行了有效的ESD隔離。但是對于生物識別的IC而言，整個感應陣列是直接與外部空間接觸、暴露在外面，也是和待識別的生物體有直接接觸的(如手，衣服等)，此時就沒有封裝的隔離，接觸到的外部靜電電流較多，增加了電路中泄放靜電電流的壓力。另外，感應陣列的面積較大，使得感應陣列中的靜電電流不能很快地泄放出去，容易造成對工作電路的破壞、損壞電路中的元器件等。因此，需要制作出電流的泄放路徑，如多層次的網狀結構等，使其在對器件、電路等帶來的損壞作用前，將其均勻地通過各泄放路快速地徑泄放到PAD上。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，以加速感應單元內靜電電流流出感應單元，避免對工作電路的破壞。
[0005]為實現上述技術效果，本發明所采用的技術方案為:
[0006]一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，包括:感應單元陣列，所述感應單元陣列包括多個彼此間隔設置的感應單元，其中，所述感應單元內設置有將靜電電流流出所述感應單元的第一 ESD保護單元。
[0007]作為本發明的進一步改進，還包括形成于相鄰所述感應單元之間的第二 ESD保護單元，其中，所述第一 ESD保護單元和第二 ESD保護單元被配合設置為由所述第一 ESD保護單元將所述感應單元內的靜電電流流向所述第二 ESD保護單元。
[0008]作為本發明的進一步改進，所述第二ESD保護單元的抗ESD能力強于所述第一ESD保護單元。
[0009]作為本發明的進一步改進，所述感應單元由多個感應單元塊組成，所述感應單元塊包括頂層感應區域、金屬走線層、N型阱區域、P型阱區域及深處N型阱區域，相鄰所述感應單元塊的同一 N型阱區域和/或同一 P型阱區域被連通設置。
[0010]作為本發明的進一步改進，所述第二 ESD保護單元包括NM0Sesd、GGNMOS以及與NMOSesd和GGNMOS關聯設置、供驅動所述NMOSesd和所述GGNMOS的驅動單元。
[0011]作為本發明的進一步改進，所述第二 ESD保護單元還包括開關單元，所述驅動單元通過所述開關單元可選擇地切換控制所述NMOSesd和所述GGNMOS。
[0012]作為本發明的進一步改進，所述感應單元以矩陣排列，所述驅動單元位于以矩陣排列的所述感應單元的行與列的交匯處，其中，每個所述驅動單元對應行或列的任一側電性連接有相同數量的所述NMOSesd。
[0013]作為本發明的進一步改進，每個所述驅動單元四周鄰設有與該驅動單元直接相連相同數量的NMOSesd。
[0014]作為本發明的進一步改進，在所述第二 ESD保護單元中，所述GGNMOS的數量多于所述NM0SESD的數量。
[0015]本發明的有益效果在于，通過在感應單元設置有第一 ESD保護單元，避免靜電電流流入工作電路，且將感應電流流向位于相鄰感應單元行或列之間的第二 ESD保護單元，第二 ESD保護單元通過驅動單元切換驅動NMOSesd和GGNM0S，以使靜電電流快速流出，最終將靜電電流引向電路引腳泄放，從而實現分級保護，逐級來減弱ESD對整個識別感應裝置的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的感應單元的一感應單元塊電路結構示意圖；
[0017]圖2為本發明的多個感應單元塊的同一性質區域合并后的示意圖；
[0018]圖3為本發明的感應單元塊的金屬層走線的結構示意圖；
[0019]圖4為本發明的第二 ESD保護單元的驅動單元與NMOSesd的切換電路圖；
[0020]圖5為本發明的第二 ESD保護單元的驅動單元與GGNMOS的切換電路圖；
[0021]圖6為本發明的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置的感應單元、第二及第三ESD保護單元的整體結構示意圖；以及
[0022]圖7為本發明的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置的整體結構電路圖。【具體實施方式】
[0023]以下將結合附圖所示的【具體實施方式】對本發明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。
[0024]首先參閱圖1和圖6，其中，圖1為本發明的感應單元塊電路結構示意圖，圖6為本發明的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置的感應單元、第二及第三ESD保護單元的整體結構示意圖。本發明的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置包括感應單元10、第二ESD保護單元20以及第三ESD保護單元30。在本發明中，作用于感應單元10的靜電電流流向第二 ESD保護單元20，作用于或者流向第二 ESD保護單元20的靜電電流經ESD保護器件作用流向第三ESD保護單元30，作用于或者流向第三ESD保護單元30的靜電電流最終流向I/O的PAD (電路引腳)上泄放出去。特別地，第一、第二、第三ESD保護單元(12、20、30)被配合設置為感應單元10的靜電電流流向第二 ESD保護單元20，第二 ESD保護單元20的靜電電流流向第三ESD保護單元30。
[0025]具體地，該識別感應裝置包括感應單元陣列，該感應單元陣列包括多個彼此間隔設置的感應單元10，感應單元10內設置有第一 ESD保護單元12，第二 ESD保護單元20形成于相鄰感應單元10之間；第三ESD保護單元30則設置于感應陣列的外圍，其中，感應單元10電性連接于第二 ESD保護單元20，第二 ESD保護單元20電性連接于第三ESD保護單元30。通過第一、第二及第三ESD保護單元(12、20、30)的作用，感應單元10的靜電電流流向第二 ESD保護單元20，第二 ESD保護單元20的感應電流流向第三ESD保護單元30。感應單元10內設置的第一 ESD保護單元12為二極管與電阻配合組成或其他ESD保護器件，詳細地，PAD上的靜電釋放正向電壓通過向上的二極管正向導通，使靜電釋放電流流到電源線上；當出現靜電釋放負向電壓，使對地線的二極管導通，從而使靜電釋放電流流向地線上。在本實施方式中，感應單元10為設有ESD保護器件的觸摸屏感應單元。特別地，在本發明中，第二 ESD保護單元20的抗ESD能力強于第一 ESD保護單元10，第三ESD保護單元30的抗ESD能力強于第二 ESD保護單元20。
[0026]如圖1至圖3所示,在本發明中，感應單元10由多個感應單元塊組成,感應單元塊11包括頂層感應區域111、金屬走線層112，N型阱區域113、P型阱區域114及深處N型阱區域115。其中，至少各個區域的外圍設置有電源線和地線，相鄰區域之間以特定間隙分隔開。優選地，相鄰感應單元塊11的同一 N型阱區域113和/或同一 P型阱區域114被連通設置，如此設置，可以將小區域的N型阱113或P型阱114合并成較大的N型阱113或P型阱114，從而使其可以裝配更多的ESD保護器件，需要說明的是，在感應單元中，可選擇性地在感應單元塊內設置有第一 ESD保護單元，并非每個感應單元塊均需設置第一 ESD保護單元，具體地根據版圖設計而定，在此不再詳細闡述。本實施方式中，將同一性質的N型阱113或P型阱114拼接合并后，可以將同一區域的電源線和地線共用，省去了一些不必要的設計的間隙，從而減小線阻，增大靜電電流的就近流出感應單元10的通透性，使感應電流加快流出，從而增強了抗ESD的能力，并且使本發明的整體布線更加簡潔，其節省出的空間增加了其他信號線的走線靈活性。另外，將同一性質的N型阱113或P型114阱合并，可減少感應單元10內的閂鎖效應。再次參照圖3，金屬走線層112包括多個層金屬走線，使流靜電電流的電源和地線在各個層上都連續，形成一個流出靜電電流的網絡，此為本領域技術人員所熟知，在此就不再詳細說明。
[0027]如圖4和圖5所示，在本發明中，該第二 ESD保護單元20包括NM0Sesd22(版圖設計ESD規則的NMOS晶體管)、GGNM0S23以及與NM0Sesd22和GGNM0S23關聯設置、供驅動NM0Sesd22和GGNM0S22的驅動單元21。該第二 ESD保護單元還包括開關單元24，驅動單元21通過開關單元24可選擇地控制NM0Sesd22和GGN0MS23，其中，驅動單元21可驅動NM0Sesd22以使靜電電流流向第三ESD保護單元30。詳細地，在IC上電時，減少驅動單元21驅動的NM0Sesd22數，以減少上電時的漏電，同時搭配一定數量的GGN0MS23，由于GGN0MS23在該階段不會漏電，因此上電速度受ESD電路的影響大大減弱。在ESD發生時，同時使用GGN0MS23和NM0Sesd22，該第二 ESD保護單元20的NM0Sesd22在驅動單元21的驅動下皆啟動，讓靜電電流流到地線或者電源線上。具體地，該驅動單元21通過開關單元24可選擇地控制NM0Sesd22或GGN0MS23。具體地，該裝置包括兩種工作形式:IC上電時，驅動單元21驅動部分NM0Sesd22工作的一工作形式以及ESD發生時，驅動單元21接受到感應信號后驅動全部NM0Sesd22工作的另一工作形式。驅動單元21包括驅動部分NM0Sesd22的RC觸發電路和反向器鏈A，該驅動單元21還包括上電觸發電路、上電判斷延遲電路、反相器鏈B、下拉電路，其信號傳播方向依次為芯片上電觸發信號、上電判斷延遲電路、反相器鏈B、下拉電路。其中，下拉電路的輸出與反相器鏈A的輸出存在競爭關系，通過本發明的合理設計，可使各自在不同使用條件下發揮主要作用。根據電路設計規則，在第二 ESD保護單元20中，GGN0MS23的數量多于NM0Sesd22的數量。
[0028]特別地，請參照圖6，在本實施方式中，感應單元10以矩陣排列，驅動單元21位于以矩陣排列的感應單元10的行與列的交匯處，將驅動單元21放置在以矩陣排列的感應單元10的行與列的交匯處，這樣可以讓感應單元10流出的靜電電流或生物體產生的電流以最短的距離來引起驅動單元21的響應。其中，每個驅動單元21對應行或列的任一側具有相同數量的NM0Sesd22,優選地,每個驅動單元21的四周鄰設有與該驅動單元21直接相連相同數量的NM0Sesd22，具體地根據需要而定，同時驅動單元21的上下左右數量要相等，以使靜電電流均衡地流出第二 ESD保護單元20。
[0029]在本發明中，第三ESD保護單元30包括外圈地線31以及位于外圈地線31外圍的外圈電源線32，外圈地線31與外圈電源線32之間連接有MOS電容電路，從而使外圍電源線32和外圍地線31耦合，得到更純潔的電源。另外，該第三ESD保護單元30電性連接于I/O的PAD上，并且形成或者作用于第三ESD保護單元30的靜電電流流向PAD泄放出去。
[0030]具體地，如圖7所示，圖7為本發明的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置的整體結構電路圖。位于感應單元10的靜電電流經第一 ESD保護單元12的作用，使得靜電電流通過VDDl和GNDl流向第二 ESD保護單元20，第二 EDS保護單元20中的靜電電流在NM0SESD22和GGN0MS23配合作用下，驅動靜電電流通過VDD2和GND2匯流流向VDD3和GND3，經VDD3和GND3流向第三ESD保護單元30，最終流向I/O的PAD上泄放出去。
[0031]本發明通過將鄰近感應單元塊11同一性質區域合并，減小了感應單元10之間的閂鎖效應，避免靜電電流流入工作電路，且在感應單元10添加ESD保護器件，將感應電流流向位于相鄰感應單元10行或列的第二 ESD保護單元20，第二 ESD保護單元20的驅動單元21通過開關單元24切換驅動NM0Sesd22和GGN0MS23，以使靜電電流流向感應單元陣列外圍的第三ESD保護單元30，最終將靜電電流引向PAD泄放，從而實現分級保護，逐級來減弱ESD對整個識別感應裝置的影響。
[0032]以上結合附圖實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的范圍作為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，其特征在于，包括:感應單元陣列，所述感應單元陣列包括多個彼此間隔設置的感應單元，其中，所述感應單元內設置有將靜電電流流出所述感應單元的第一 ESD保護單元。
2.根據權利要求1所述的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，其特征在于，還包括形成于相鄰所述感應單元之間的第二 ESD保護單元，其中，所述第一 ESD保護單元和第二ESD保護單元被配合設置為由所述第一 ESD保護單元將所述感應單元內的靜電電流流向所述第二 ESD保護單元。
3.根據權利要求2所述的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，其特征在于，所述第二 ESD保護單元的抗ESD能力強于所述第一 ESD保護單元。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，其特征在于，所述感應單元由多個感應單元塊組成,所述感應單元塊包括頂層感應區域、金屬走線層、N型阱區域、P型阱區域及深處N型阱區域，相鄰所述感應單元塊的同一 N型阱區域和/或同一P型阱區域被連通設置。
5.根據權利要求1所述的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，其特征在于，所述第二ESD保護單元包括NMOSesd、GGNMOS以及與NMOSesd和GGNMOS關聯設置、供驅動所述NMOSesd和所述GGNMOS的驅動單元。
6.根據權利要求4所述的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，其特征在于，所述第二ESD保護單元還包括開關單元，所述驅動單元通過所述開關單元可選擇地切換控制所述NMOSesd 和所述 GGNMOS。
7.根據權利要求4所述的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，其特征在于，所述感應單元以矩陣排列，所述驅動單元位于以矩陣排列的所述感應單元的行與列的交匯處，其中，每個所述驅動單元對應行或列的任一側電性連接有相同數量的所述NM0Sesd。
8.根據權利要求6所述的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，其特征在于，每個所述驅動單元四周鄰設有與該驅動單元直接相連相同數量的NMOSesd。
9.根據權利要求7所述的一種基于ESD保護的生物識別感應裝置，其特征在于，在所述第二 ESD保護單元中，所述GGNMOS的數量多于所述NMOSesd的數量。
【文檔編號】H01L27/02GK104035619SQ201410263938
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】程泰毅, 趙祥桂 申請人:上海思立微電子科技有限公司