[发明专利]带静电放电功能的静电电容检测型指纹读取传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容检测型半导体指纹读取传感器，尤其是一种带静电放电保护功能的电容检测型指纹读取传感器。

背景技术

近年，搭载集成电路的IC卡和磁条卡相比，信息容量大，安全性能高等特点而被迅速普及。特别是，通过电磁波接送数据信息的所谓非接触型IC卡被引进到公共交通等系统，大大提高了便利性。

这样的IC卡，尽可能的接近ISO国际规格的尺寸（长度85.6毫米，水平54毫米，厚0.76mm），是方便持有和携带所必须的先决条件。另一方面，作为针对盗窃，伪造等未经授权擅自使用的防御方法，通过指纹认证进行本人确认的功能受到瞩目。指纹认证传感器大小在IC卡的尺寸范围内不仅便于携带，而且能防止未经授权的擅自使用，将来搭载指纹认证传感器的IC卡是个必然趋势。作为能够搭载于IC卡的指纹读取传感器，在半导体基板上装置传感器电极（金属板），再用钝化膜包裹传感器电极，通过钝化膜检测皮肤和传感器间的电容来测出指纹的凹凸，称为静电电容检测型的半导体指纹传感器（以下称FPIC）。使用由LSI制造技术开发出来的单片型的IC芯片的各种半导体指纹传感器当中低耗电率，结构紧凑及元件数量少，使用成本最便宜的方面考虑的话，静电电容检测型指纹传感器是最好的选择。

FPIC在指纹感测区域内一般由金属板的排列阵列组成的多个传感器电极纵横排列，每个传感器电极对应指纹图像采取的最小单位像素。

每个传感器电极分别与各自下层的电容感测电路相连接，当手指接触到FPIC时为了检测出指纹凹凸的电容量，在每个传感器电极与手指间铺了绝缘的钝化膜层。

如上所述FPIC具有的优异的特性，但是，在感测指纹的时候，指端直接接触FPIC表面，积蓄在指端表面的静电电容通过传感器电极放电流向电容检测电路，从而导致传感器装置本身被静电击穿（electrostatic damage，以下称ESD）。

这样的静电放电可以达到约20kV的程度，通过空气放电来进行ESD测试的电子设备已经规范化。对于静电电容检测的FPIC来说，只种ESD保护是商业化必不可少的。

但是，如在IC表面层压了很厚的介电质层的话，介电质层的残留应力会导致晶片扭曲，而无法进行之后的光刻工艺步骤的晶片生产。所以介电质层的厚度，最大只能在3-5微米左右。作为钝化膜层，是用众所周知的聚酰亚胺（介电常数约4.0）层压约3微米的厚度而成，静电的发生源与装置表面越接近，与ESD保护用的接地电极11的ESD保护能力相比，更依存于钝化膜层的绝缘耐力特性，上述的钝化膜层，作为检测静电电容装置ESD的保护能力，可以说很难达到「IEC61000-4-2」的规格。

另一方面，在绝缘层上排列多个传感器电极，其上部和侧面用钝化膜包裹，再在各个传感器电极四周用由金属模块组成的放电壁包围而成的FPIC曾经被提出。这种FPIC，如图1所示，在装置表面围绕传感器电极1呈网格状地设置接地电极11，带有静电的手指接触装置表面时所发生的电流不直接进入装置内部，而是通过柱状的接地电极11从接地线13流入接地侧，这样可以抑制静电对装置内部的静电电容检测电路2等的影响。

但是，这种FPIC在传感器电极1和柱状的接地电极11之间会产生寄生电容Cpx 12。这个寄生电容12和手指表面与传感器电极间产生的电容Cs相并联，寄生电容Cpx加算于Cs被传感器电极检测，其结果使测定电容值的偏移量增大的同时，也使传感器装置的动态范围看上去缩小了，影响应采取的指纹图像底纹（灰度）的信息。

为了减少上述接地电极11的寄生电容，曾提出了用设定为零电位的网格状金属线（对应接地电极11）包围传感器电极1的FPIC的方案。就是说，图1的接地电极11是为了ESD保护而只设置于传感器电极1的上层（d₀的区域）的金属线。

然而，没有人提及覆盖元件的钝化膜层和网格状金属线的厚度与材质，而且如上所述，从厚度为d₀的薄的介电层来看，由于两个金属层（传感器电极和金属网）的高度的差异，不能得到预期的效果。

因此，为使感应电极达到足够的ESD保护效果，不得不选择应力小的介电质的材料来形成非常厚的介电质层。当然，残留应力小的材料，比如考虑到搭载在IC卡表面上的传感器装置时，就不得不考虑到它被划痕，物理冲击等抗外力的强度。

也有人提出，将百分之几的正常的感应像素作为牺牲器件，来接受静电放电，与放置于传感器板同一水平的金属网格相连接再接地的放电通路。这种方法，必然有做出牺牲的ESD像素的存在，从而影响采取指纹图像的质量。

发明内容