一種基于esd保護的生物識別感應(yīng)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，包括：感應(yīng)單元陣列，所述感應(yīng)單元陣列包括多個彼此間隔設(shè)置的感應(yīng)單元；第一ESD保護單元，設(shè)置于所述感應(yīng)單元內(nèi)；第二ESD保護單元，形成于相鄰所述感應(yīng)單元之間；以及第三ESD保護單元，設(shè)置于多個所述感應(yīng)單元陣列外圍；其中，所述第一、第二、第三ESD保護單元被配合設(shè)置為由所述第一ESD保護單元將所述感應(yīng)單元內(nèi)的靜電電流流向所述第二ESD保護單元，所述第二ESD保護單元的靜電電流流向所述第三ESD保護單元。本實用新型通過分級保護，逐級來減弱ESD對整個識別感應(yīng)裝置的影響。
【專利說明】-種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及觸摸屏【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝 置。

【背景技術(shù)】
[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(guān)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(shè)計就處于更加突出 的位置。
[0003] 目前對于一般的1C設(shè)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1C內(nèi)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1C而言，整個感應(yīng)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(yīng)陣列的面 積較大，使得感應(yīng)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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徑快速地泄放到PAD上。
[0004] 有鑒于此，需要對識別感應(yīng)裝置進行完整的ESD保護的設(shè)計。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置， 通過對整體ESD進行分級保護，逐級來減弱ESD對整個生物識別感應(yīng)識別裝置的影響。
[0006] 為實現(xiàn)上述技術(shù)效果，本實用新型所采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，包括：
[0008] 感應(yīng)單元陣列，所述感應(yīng)單元陣列包括多個彼此間隔設(shè)置的感應(yīng)單元；
[0009] 第一 ESD保護單元，設(shè)置于所述感應(yīng)單元內(nèi)；
[0010] 第二ESD保護單元，形成于相鄰所述感應(yīng)單元之間；以及
[0011] 第三ESD保護單元，設(shè)置于多個所述感應(yīng)單元陣列外圍；
[0012] 其中，所述第一、第二、第三ESD保護單元被配合設(shè)置為由所述第一 ESD保護單元 將所述感應(yīng)單元內(nèi)的靜電電流流向所述第二ESD保護單元，所述第二ESD保護單元的靜電 電流流向所述第三ESD保護單元。
[0013] 作為本實用新型的進一步改進，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，所述第三ESD保護單元的抗ESD能力強于所述第二ESD保護單元。
[0014] 作為本實用新型的進一步改進，所述感應(yīng)單元由多個感應(yīng)單元塊組成，所述感應(yīng) 單元塊包括頂層感應(yīng)區(qū)域、金屬走線層、N型阱區(qū)域、P型阱區(qū)域及深處N型阱區(qū)域，相鄰感 應(yīng)單元塊的同一 N型阱區(qū)域和/或同一 P型阱區(qū)域被連通設(shè)置。
[0015] 作為本實用新型的進一步改進，所述第二ESD保護單元包括NM0Sesd、GGNM0S以及 與NMOSesd和GGNMOS關(guān)聯(lián)設(shè)置、供驅(qū)動所述NMOSesd和所述GGNMOS的驅(qū)動單元。
[0016] 作為本實用新型的進一步改進，所述第二ESD保護單元還包括開關(guān)單元，所述驅(qū) 動單元通過所述開關(guān)單元可選擇地切換控制所述NM〇S esd和所述GGNMOS。
[0017] 作為本實用新型的進一步改進，所述感應(yīng)單元以矩陣排列，所述驅(qū)動單元位于以 矩陣排列的所述感應(yīng)單元的行與列的交匯處，其中，每個所述驅(qū)動單元對應(yīng)行或列的任一 側(cè)電性連接有相同數(shù)量的所述NM〇S esd。
[0018] 作為本實用新型的進一步改進，每個所述驅(qū)動單元四周鄰設(shè)有與該驅(qū)動單元直接 相連相同數(shù)量的NM〇s ESD。
[0019] 作為本實用新型的進一步改進，在所述第二ESD保護單元中，所述GGNMOS的數(shù)量 多于所述NM0S esd的數(shù)量。
[0020] 作為本實用新型的進一步改進，所述第三ESD保護單元包括外圈地線以及位于所 述外圈地線外圍的外圈電源線，所述外圈地線與所述外圈電源線之間連接有M0S電容電 路。
[0021] 作為本實用新型的進一步改進，所述第三ESD保護單元電性連接于I/O的電路引 腳上，且所述第三ESD保護單元的靜電電流流向所述電路引腳。
[0022] 本實用新型的有益效果在于，通過在感應(yīng)單元設(shè)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(yīng)電流流向位于相鄰感應(yīng)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(qū)動單元切換驅(qū)動NM0S esd和GGNM0S，以使靜電電流流向感應(yīng)單 元所形成陣列外圍的第三ESD保護單元，最終將靜電電流引向電路引腳泄放，從而實現(xiàn)分 級保護，逐級來減弱ESD對整個識別感應(yīng)裝置的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本實用新型的感應(yīng)單元的一感應(yīng)單元塊電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為本實用新型的多個感應(yīng)單元塊的同一性質(zhì)區(qū)域合并后的示意圖；
[0025] 圖3為本實用新型的感應(yīng)單元塊的金屬層走線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4為本實用新型的第二ESD保護單元的驅(qū)動單元與NM0Sesd的切換電路圖；
[0027] 圖5為本實用新型的第二ESD保護單元的驅(qū)動單元與GGNMOS的切換電路圖；
[0028] 圖6為本實用新型的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置的感應(yīng)單元、第二及 第三ESD保護單元的整體結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0029] 圖7為本實用新型的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置的整體結(jié)構(gòu)電路圖。

【具體實施方式】
[0030] 以下將結(jié)合附圖所示的【具體實施方式】對本實用新型進行詳細(xì)描述。但這些實施方 式并不限制本實用新型，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或 功能上的變換均包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
[0031] 首先參閱圖1和圖6,其中，圖1為本實用新型的感應(yīng)單元塊電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖 6為本實用新型的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置的感應(yīng)單元、第二及第三ESD保 護單元的整體結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置包括感應(yīng) 單元10、第二ESD保護單元20以及第三ESD保護單元30。在本實用新型中，作用于感應(yīng)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(jīng)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(shè)置為感應(yīng)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。
[0032] 具體地，該識別感應(yīng)裝置包括感應(yīng)單元陣列，該感應(yīng)單元陣列包括多個彼此間隔 設(shè)置的感應(yīng)單元10,感應(yīng)單元10內(nèi)設(shè)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(yīng)單元10之間；第三ESD保護單元30則設(shè)置于感應(yīng)陣列的外圍，其中，感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電流流向第三ESD保護單元30。感應(yīng) 單元10內(nèi)設(shè)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(xì)地，PAD上的靜電釋放正向電壓通過向上的二極管正向?qū)?，使靜電釋放電流流到電源線 上；當(dāng)出現(xiàn)靜電釋放負(fù)向電壓，使對地線的二極管導(dǎo)通，從而使靜電釋放電流流向地線上。 在本實施方式中，感應(yīng)單元10為設(shè)有ESD保護器件的觸摸屏感應(yīng)單元。特別地，在本實用 新型中，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。
[0033] 如圖1至圖3所示，在本實用新型中，感應(yīng)單元10由多個感應(yīng)單元塊組成，感應(yīng)單 元塊11包括頂層感應(yīng)區(qū)域111、金屬走線層112, N型阱區(qū)域113、P型阱區(qū)域114及深處N 型阱區(qū)域115。其中，至少各個區(qū)域的外圍設(shè)置有電源線和地線，相鄰區(qū)域之間以特定間隙 分隔開。優(yōu)選地，相鄰感應(yīng)單元塊11的同一 N型阱區(qū)域113和/或同一 P型阱區(qū)域114被 連通設(shè)置，如此設(shè)置，可以將小區(qū)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(yīng)單元中，可選擇 性地在感應(yīng)單元塊內(nèi)設(shè)置有第一 ESD保護單元，并非每個感應(yīng)單元塊均需設(shè)置第一 ESD保 護單元，具體地根據(jù)版圖設(shè)計而定，在此不再詳細(xì)闡述。本實施方式中，將同一性質(zhì)的N型 阱113或P型阱114拼接合并后，可以將同一區(qū)域的電源線和地線共用，省去了一些不必要 的設(shè)計的間隙，從而減小線阻，增大靜電電流的就近流出感應(yīng)單元10的通透性，使感應(yīng)電 流加快流出，從而增強了抗ESD的能力，并且使本實用新型的整體布線更加簡潔，其節(jié)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(zhì)的N型阱113或P型114阱合 并，可減少感應(yīng)單元10內(nèi)的閂鎖效應(yīng)。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(xù)，形成一個流出靜電電流的網(wǎng)絡(luò)，此為本 領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此就不再詳細(xì)說明。
[0034] 如圖4和圖5所示，在本實用新型中，該第二ESD保護單元20包括NM0Sesd22(版 圖設(shè)計ESD規(guī)則的NM0S晶體管）、GGNM0S23以及與NM0S esd22和GGNM0S23關(guān)聯(lián)設(shè)置、供驅(qū) 動NM0Sesd22和GGNM0S22的驅(qū)動單元21。該第二ESD保護單元還包括開關(guān)單元24,驅(qū)動 單元21通過開關(guān)單元24可選擇地控制NM0S esd22和GGN0MS23,其中，驅(qū)動單元21可驅(qū)動 NM0Sesd22以使靜電電流流向第三ESD保護單元30。詳細(xì)地，在1C上電時，減少驅(qū)動單元21 驅(qū)動的NM0S esd22數(shù)，以減少上電時的漏電，同時搭配一定數(shù)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(fā)生時，同時使用 GGN0MS23和NM0Sesd22,該第二ESD保護單元20的NM0Sesd22在驅(qū)動單元21的驅(qū)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(qū)動單元21通過開關(guān)單元24可選擇地 控制NMOSesd22或GGNOMS23。具體地，該裝置包括兩種工作形式：IC上電時，驅(qū)動單元21驅(qū) 動部分NM〇S esd22工作的一工作形式以及ESD發(fā)生時，驅(qū)動單元21接受到感應(yīng)信號后驅(qū)動 全部NMOSesd22工作的另一工作形式。驅(qū)動單元21包括驅(qū)動部分NMOS esd22的RC觸發(fā)電路 和反向器鏈A，該驅(qū)動單元21還包括上電觸發(fā)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(fā)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(guān)系，通過本實用新型的合理設(shè)計，可 使各自在不同使用條件下發(fā)揮主要作用。根據(jù)電路設(shè)計規(guī)則，在第二ESD保護單元20中， GGNOMS23的數(shù)量多于NMOSesd22的數(shù)量。
[0035] 特別地，請參照圖6,在本實施方式中，感應(yīng)單元10以矩陣排列，驅(qū)動單元21位于 以矩陣排列的感應(yīng)單元10的行與列的交匯處，將驅(qū)動單元21放置在以矩陣排列的感應(yīng)單 元10的行與列的交匯處，這樣可以讓感應(yīng)單元10流出的靜電電流或生物體產(chǎn)生的電流以 最短的距離來引起驅(qū)動單元21的響應(yīng)。其中，每個驅(qū)動單元21對應(yīng)行或列的任一側(cè)具有 相同數(shù)量的NM〇S esd22,優(yōu)選地,每個驅(qū)動單元21的四周鄰設(shè)有與該驅(qū)動單元21直接相連相 同數(shù)量的NM〇Sesd22,具體地根據(jù)需要而定，同時驅(qū)動單元21的上下左右數(shù)量要相等，以使 靜電電流均衡地流出第二ESD保護單元20。
[0036] 在本實用新型中，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M0S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。
[0037] 具體地，如圖7所示，圖7為本實用新型的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置 的整體結(jié)構(gòu)電路圖。位于感應(yīng)單元10的靜電電流經(jīng)第一 ESD保護單元12的作用，使得靜 電電流通過VDD1和GND1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(qū)動靜電電流通過VDD2和GND2匯流流向VDD3和GND3， 經(jīng)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。
[0038] 本實用新型通過將鄰近感應(yīng)單元塊11同一性質(zhì)區(qū)域合并，減小了感應(yīng)單元10之 間的閂鎖效應(yīng)，避免靜電電流流入工作電路，且在感應(yīng)單元10添加 ESD保護器件，將感應(yīng)電 流流向位于相鄰感應(yīng)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(qū)動 單元21通過開關(guān)單元24切換驅(qū)動NM0S esd22和GGN0MS23,以使靜電電流流向感應(yīng)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(xiàn)分級保護，逐級來減 弱ESD對整個識別感應(yīng)裝置的影響。
[0039] 以上結(jié)合附圖實施例對本實用新型進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根 據(jù)上述說明對本實用新型做出種種變化例。因而，實施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本實用 新型的限定，本實用新型將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，其特征在于，包括： 感應(yīng)單元陣列，所述感應(yīng)單元陣列包括多個彼此間隔設(shè)置的感應(yīng)單元； 第一 ESD保護單元，設(shè)置于所述感應(yīng)單元內(nèi)； 第二ESD保護單元，形成于相鄰所述感應(yīng)單元之間；以及 第三ESD保護單元，設(shè)置于多個所述感應(yīng)單元陣列外圍； 其中，所述第一、第二、第三ESD保護單元被配合設(shè)置為由所述第一 ESD保護單元將所 述感應(yīng)單元內(nèi)的靜電電流流向所述第二ESD保護單元，所述第二ESD保護單元的靜電電流 流向所述第三ESD保護單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)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，所述第三ESD保護單元的抗 ESD能力強于所述第二ESD保護單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，其特征在于，所 述感應(yīng)單元由多個感應(yīng)單元塊組成，所述感應(yīng)單元塊包括頂層感應(yīng)區(qū)域、金屬走線層、N型 阱區(qū)域、P型阱區(qū)域及深處N型阱區(qū)域，相鄰所述感應(yīng)單元塊的同一 N型阱區(qū)域和/或同一 P型阱區(qū)域被連通設(shè)置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，其特征在于，所述第 二ESD保護單元包括NMOSesd、GGNMOS以及與NMOS esd和GGNMOS關(guān)聯(lián)設(shè)置、供驅(qū)動所述NMOSesd 和所述GGNMOS的驅(qū)動單元。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，其特征在于，所述第 二ESD保護單元還包括開關(guān)單元，所述驅(qū)動單元通過所述開關(guān)單元可選擇地切換控制所述 NMOSesd 和所述 GGNMOS。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，其特征在于，所述感 應(yīng)單元以矩陣排列，所述驅(qū)動單元位于以矩陣排列的所述感應(yīng)單元的行與列的交匯處，其 中，每個所述驅(qū)動單元對應(yīng)行或列的任一側(cè)電性連接有相同數(shù)量的所述NM〇S esd。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，其特征在于，每個所 述驅(qū)動單元四周鄰設(shè)有與該驅(qū)動單元直接相連相同數(shù)量的nmos esd。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，其特征在于，在所述 第二ESD保護單元中，所述GGNMOS的數(shù)量多于所述NM0S esd的數(shù)量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，其特征在于，所述第 三ESD保護單元包括外圈地線以及位于所述外圈地線外圍的外圈電源線，所述外圈地線與 所述外圈電源線之間連接有M0S電容電路。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置，其特征在于，所述 第三ESD保護單元電性連接于I/O的電路引腳上，且所述第三ESD保護單元的靜電電流流 向所述電路引腳。
【文檔編號】G06F3/041GK203894724SQ201420316044
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】程泰毅, 趙祥桂 申請人:上海思立微電子科技有限公司