[发明专利]一种增强指纹传感器单元灵敏度的方法

说明书

本发明涉及一种增加半导体指纹传感器像素单元基础信噪比的方法，采用主动补偿方法消除分布电容的影响，同时通过提高中间绝缘层厚度的方法进一步降低分布电容。

技术领域

本发明涉及芯片设计和制造工艺领域，尤其是涉及一种指纹传感器类芯片设计和制造。

背景技术

电容式指纹传感器的原理是基于一个两层平行金属板电容器的电容值反比于两板间距离的物理现象。电容式指纹传感器的每一个感应单元包含感应极板。感应极板作为两层平行金属板电容器的其中一层平板，而人体表皮组织作为另一片平板，手指的脊部与谷部能由量测不同的电容值而定位出来。然而，实际上，由这样电容式指纹传感器所制成的指纹感应装置，其灵敏度不高。当有一层保护层在传感器的顶部，取出图像的质量会变差。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种改良电容式指纹感测单元、获取指纹的方法以及指纹传感器，通过增加第一金属间介电层与第二金属间介电层的厚度，改良电容式指纹感应单元的灵敏度可获得改善。本发明实现上述目的所采用的技术方案是：

一种改良电容式指纹感测单元，包含：基底架构和指纹感测架构，所述基底架构具有至少一个第一金属层并形成充电电路与操作电路，用于交替地接收充电电压，及分派来自所述充电电路的电荷到所述操作电路的电容中并同时停止接收所述充电电压；所述指纹感测架构设置在所述基底架构上，包含第一金属间介电层、第二金属层、第二金属间介电层、第三金属层和钝化层；所述第一金属间介电层具有第一深度，所述第一深度大于3μm；所述第二金属层设置在所述第一金属间介电层上，且形成感应金属板；所述第二金属间介电层设置在所述第二金属层上且环绕所述第二金属层，覆盖所述感应金属板并具有第二深度，所述第二深度大于3μm；所述第三金属层设置在所述第二金属间介电层上，通过位于所述感应金属板上的开口形成方形格子，并连接至瞬时电压抑制器装置，用于接收第一电压与第二电压；所述钝化层，覆盖所述第三金属层。其中，触发所述瞬时电压抑制装置限界电压值比所述第一电压和/或所述第二电压高；所述基底架构也分派来自所述充电电路的电荷到所述指纹感测架构的电容中，所述充电电路并同时停止接收所述充电电压。

在其中一个实施例中，充电电容器设置在所述充电电路中，用于当所述充电电容器接收到所述充电电压时，储存电荷，寄生电容存在于所述操作电路中，且交叉电容形成于所述第三金属层与所述感应金属板间。当手指接近所述钝化层时，讯号电容形成于所述手指与所述第三金属层间，且手指电容形成于所述手指与所述感应金属板间。分派开关设置在所述操作电路与所述充电电路之间，用以启闭所述充电电压的接收及分派电荷。当所述第二电压发生、所述充电电压停止施加且所述分派开关开启时，输出电压变化从所述充电电路中获得。

当Vout是所述输出电压的值，Vdd是所述充电电压的值，V1与V2分别是所述第一电压与第二电压的值，Cr是所述充电电容器的电容值，Cp是所述寄生电容的值，Cf是所述手指电容的值，及Cx是所述交叉电容的值时，所述输出电压为在其中一个实施例中，放电开关设置在所述操作电路中，当所述分派开关关闭时，用于将所述操作电路与所述第二金属层的电压重设为讯号接地。

本发明还涉及一种使用所述的改良电容式指纹感测单元来获取指纹的方法，包含步骤：关闭分派开关以断开充电电路与操作电路；施加第一电压至第三金属层，并通过开启放电开关重设操作电路与第二金属层的电压；施加充电电压至充电电路；关闭放电开关与充电开关；开启分派开关并提供第二电压以取代第一电压；量测输出电压；及转译来自每个改良电容式指纹感测单元的输出电压，为对应一部分用户的指纹的指纹影像数据。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的改良电容式指纹感应单元一实施例的示意图；

图2为本发明的改良电容式指纹感应单元一实施例的等效电路；