一种基于esd保护的生物识别感应装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于ESD保护的生物识别感应装置，包括：感应单元阵列，所述感应单元阵列包括多个彼此间隔设置的感应单元；第一ESD保护单元，设置于所述感应单元内；第二ESD保护单元，形成于相邻所述感应单元之间；以及第三ESD保护单元，设置于多个所述感应单元阵列外围；其中，所述第一、第二、第三ESD保护单元被配合设置为由所述第一ESD保护单元将所述感应单元内的静电电流流向所述第二ESD保护单元，所述第二ESD保护单元的静电电流流向所述第三ESD保护单元。本实用新型通过分级保护，逐级来减弱ESD对整个识别感应装置的影响。
【专利说明】-种基于ESD保护的生物识别感应装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及触摸屏【技术领域】，尤其涉及一种基于ESD保护的生物识别感应装 置。
【背景技术】
[0002] ESD保护向来是一个重要的课题，特别是进入深亚微米工艺后，随着相关尺寸的减 小，各种器件和电路的ESD防护能力快速下降，因此ESD保护的电路的设计就处于更加突出 的位置。
[0003] 目前对于一般的1C设计，ESD保护一般在PAD (电路引脚）上进行处理。因为整个 芯片除了 PAD外，其他部分都有塑封体进行封装，这就使1C内部的电路与外部的空间进行 了有效的ESD隔离。但是对于生物识别的1C而言，整个感应阵列是直接与外部空间接触、 暴露在外面，也是和待识别的生物体有直接接触的（如手，衣服等），此时就没有封装的隔 离，接触到的外部静电电流较多，增加了电路中泄放静电电流的压力。另外，感应阵列的面 积较大，使得感应阵列中的静电电流不能很快地泄放出去，容易造成对工作电路的破坏、损 坏电路中的元器件等。因此，需要制作出电流的泄放路径，如多层次的网状结构等，使其在 对器件、电路等带来的损坏作用前，将其均匀地通过各泄放路径快速地泄放到PAD上。
[0004] 有鉴于此，需要对识别感应装置进行完整的ESD保护的设计。 实用新型内容
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于ESD保护的生物识别感应装置， 通过对整体ESD进行分级保护，逐级来减弱ESD对整个生物识别感应识别装置的影响。
[0006] 为实现上述技术效果，本实用新型所采用的技术方案为：
[0007] -种基于ESD保护的生物识别感应装置，包括：
[0008] 感应单元阵列，所述感应单元阵列包括多个彼此间隔设置的感应单元；
[0009] 第一 ESD保护单元，设置于所述感应单元内；
[0010] 第二ESD保护单元，形成于相邻所述感应单元之间；以及
[0011] 第三ESD保护单元，设置于多个所述感应单元阵列外围；
[0012] 其中，所述第一、第二、第三ESD保护单元被配合设置为由所述第一 ESD保护单元 将所述感应单元内的静电电流流向所述第二ESD保护单元，所述第二ESD保护单元的静电 电流流向所述第三ESD保护单元。
[0013] 作为本实用新型的进一步改进，所述第二ESD保护单元的抗ESD能力强于所述第 一 ESD保护单元，所述第三ESD保护单元的抗ESD能力强于所述第二ESD保护单元。
[0014] 作为本实用新型的进一步改进，所述感应单元由多个感应单元块组成，所述感应 单元块包括顶层感应区域、金属走线层、N型阱区域、P型阱区域及深处N型阱区域，相邻感 应单元块的同一 N型阱区域和/或同一 P型阱区域被连通设置。
[0015] 作为本实用新型的进一步改进，所述第二ESD保护单元包括NM0Sesd、GGNM0S以及 与NMOSesd和GGNMOS关联设置、供驱动所述NMOSesd和所述GGNMOS的驱动单元。
[0016] 作为本实用新型的进一步改进，所述第二ESD保护单元还包括开关单元，所述驱 动单元通过所述开关单元可选择地切换控制所述NM〇S esd和所述GGNMOS。
[0017] 作为本实用新型的进一步改进，所述感应单元以矩阵排列，所述驱动单元位于以 矩阵排列的所述感应单元的行与列的交汇处，其中，每个所述驱动单元对应行或列的任一 侧电性连接有相同数量的所述NM〇S esd。
[0018] 作为本实用新型的进一步改进，每个所述驱动单元四周邻设有与该驱动单元直接 相连相同数量的NM〇s ESD。
[0019] 作为本实用新型的进一步改进，在所述第二ESD保护单元中，所述GGNMOS的数量 多于所述NM0S esd的数量。
[0020] 作为本实用新型的进一步改进，所述第三ESD保护单元包括外圈地线以及位于所 述外圈地线外围的外圈电源线，所述外圈地线与所述外圈电源线之间连接有M0S电容电 路。
[0021] 作为本实用新型的进一步改进，所述第三ESD保护单元电性连接于I/O的电路引 脚上，且所述第三ESD保护单元的静电电流流向所述电路引脚。
[0022] 本实用新型的有益效果在于，通过在感应单元设置有第一 ESD保护单元，，避免静 电电流流入工作电路，且将感应电流流向位于相邻感应单元行或列之间的第二ESD保护单 元，第二ESD保护单元通过驱动单元切换驱动NM0S esd和GGNM0S，以使静电电流流向感应单 元所形成阵列外围的第三ESD保护单元，最终将静电电流引向电路引脚泄放，从而实现分 级保护，逐级来减弱ESD对整个识别感应装置的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型的感应单元的一感应单元块电路结构示意图；
[0024] 图2为本实用新型的多个感应单元块的同一性质区域合并后的示意图；
[0025] 图3为本实用新型的感应单元块的金属层走线的结构示意图；
[0026] 图4为本实用新型的第二ESD保护单元的驱动单元与NM0Sesd的切换电路图；
[0027] 图5为本实用新型的第二ESD保护单元的驱动单元与GGNMOS的切换电路图；
[0028] 图6为本实用新型的一种基于ESD保护的生物识别感应装置的感应单元、第二及 第三ESD保护单元的整体结构示意图；以及
[0029] 图7为本实用新型的一种基于ESD保护的生物识别感应装置的整体结构电路图。
【具体实施方式】
[0030] 以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本实用新型进行详细描述。但这些实施方 式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或 功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
[0031] 首先参阅图1和图6,其中，图1为本实用新型的感应单元块电路结构示意图，图 6为本实用新型的一种基于ESD保护的生物识别感应装置的感应单元、第二及第三ESD保 护单元的整体结构示意图。本实用新型的一种基于ESD保护的生物识别感应装置包括感应 单元10、第二ESD保护单元20以及第三ESD保护单元30。在本实用新型中，作用于感应单 元10的静电电流流向第二ESD保护单元20,作用于或者流向第二ESD保护单元20的静电 电流经ESD保护器件作用流向第三ESD保护单元30,作用于或者流向第三ESD保护单元30 的静电电流最终流向I/O的PAD (电路引脚）上泄放出去。特别地，第一、第二、第三ESD保 护单元（12、20、30)被配合设置为感应单元10的静电电流流向第二ESD保护单元20,第二 ESD保护单元20的静电电流流向第三ESD保护单元30。
[0032] 具体地，该识别感应装置包括感应单元阵列，该感应单元阵列包括多个彼此间隔 设置的感应单元10,感应单元10内设置有第一 ESD保护单元12,第二ESD保护单元20形成 于相邻感应单元10之间；第三ESD保护单元30则设置于感应阵列的外围，其中，感应单元 10电性连接于第二ESD保护单元20,第二ESD保护单元20电性连接于第三ESD保护单元 30。通过第一、第二及第三ESD保护单元（12、20、30)的作用，感应单元10的静电电流流向 第二ESD保护单元20,第二ESD保护单元20的感应电流流向第三ESD保护单元30。感应 单元10内设置的第一 ESD保护单元12为二极管与电阻配合组成或其他ESD保护器件，详 细地，PAD上的静电释放正向电压通过向上的二极管正向导通，使静电释放电流流到电源线 上；当出现静电释放负向电压，使对地线的二极管导通，从而使静电释放电流流向地线上。 在本实施方式中，感应单元10为设有ESD保护器件的触摸屏感应单元。特别地，在本实用 新型中，第二ESD保护单元20的抗ESD能力强于第一 ESD保护单元10,第三ESD保护单元 30的抗ESD能力强于第二ESD保护单元20。
[0033] 如图1至图3所示，在本实用新型中，感应单元10由多个感应单元块组成，感应单 元块11包括顶层感应区域111、金属走线层112, N型阱区域113、P型阱区域114及深处N 型阱区域115。其中，至少各个区域的外围设置有电源线和地线，相邻区域之间以特定间隙 分隔开。优选地，相邻感应单元块11的同一 N型阱区域113和/或同一 P型阱区域114被 连通设置，如此设置，可以将小区域的N型阱113或P型阱114合并成较大的N型阱113或 P型阱114,从而使其可以装配更多的ESD保护器件，需要说明的是，在感应单元中，可选择 性地在感应单元块内设置有第一 ESD保护单元，并非每个感应单元块均需设置第一 ESD保 护单元，具体地根据版图设计而定，在此不再详细阐述。本实施方式中，将同一性质的N型 阱113或P型阱114拼接合并后，可以将同一区域的电源线和地线共用，省去了一些不必要 的设计的间隙，从而减小线阻，增大静电电流的就近流出感应单元10的通透性，使感应电 流加快流出，从而增强了抗ESD的能力，并且使本实用新型的整体布线更加简洁，其节省出 的空间增加了其他信号线的走线灵活性。另外，将同一性质的N型阱113或P型114阱合 并，可减少感应单元10内的闩锁效应。再次参照图3,金属走线层112包括多个层金属走 线，使流静电电流的电源和地线在各个层上都连续，形成一个流出静电电流的网络，此为本 领域技术人员所熟知，在此就不再详细说明。
[0034] 如图4和图5所示，在本实用新型中，该第二ESD保护单元20包括NM0Sesd22(版 图设计ESD规则的NM0S晶体管）、GGNM0S23以及与NM0S esd22和GGNM0S23关联设置、供驱 动NM0Sesd22和GGNM0S22的驱动单元21。该第二ESD保护单元还包括开关单元24,驱动 单元21通过开关单元24可选择地控制NM0S esd22和GGN0MS23,其中，驱动单元21可驱动 NM0Sesd22以使静电电流流向第三ESD保护单元30。详细地，在1C上电时，减少驱动单元21 驱动的NM0S esd22数，以减少上电时的漏电，同时搭配一定数量的GGN0MS23,由于GGN0MS23 在该阶段不会漏电，因此上电速度受ESD电路的影响大大减弱。在ESD发生时，同时使用 GGN0MS23和NM0Sesd22,该第二ESD保护单元20的NM0Sesd22在驱动单元21的驱动下皆启 动，让静电电流流到地线或者电源线上。具体地，该驱动单元21通过开关单元24可选择地 控制NMOSesd22或GGNOMS23。具体地，该装置包括两种工作形式：IC上电时，驱动单元21驱 动部分NM〇S esd22工作的一工作形式以及ESD发生时，驱动单元21接受到感应信号后驱动 全部NMOSesd22工作的另一工作形式。驱动单元21包括驱动部分NMOS esd22的RC触发电路 和反向器链A，该驱动单元21还包括上电触发电路、上电判断延迟电路、反相器链B、下拉电 路，其信号传播方向依次为芯片上电触发信号、上电判断延迟电路、反相器链B、下拉电路。 其中，下拉电路的输出与反相器链A的输出存在竞争关系，通过本实用新型的合理设计，可 使各自在不同使用条件下发挥主要作用。根据电路设计规则，在第二ESD保护单元20中， GGNOMS23的数量多于NMOSesd22的数量。
[0035] 特别地，请参照图6,在本实施方式中，感应单元10以矩阵排列，驱动单元21位于 以矩阵排列的感应单元10的行与列的交汇处，将驱动单元21放置在以矩阵排列的感应单 元10的行与列的交汇处，这样可以让感应单元10流出的静电电流或生物体产生的电流以 最短的距离来引起驱动单元21的响应。其中，每个驱动单元21对应行或列的任一侧具有 相同数量的NM〇S esd22,优选地,每个驱动单元21的四周邻设有与该驱动单元21直接相连相 同数量的NM〇Sesd22,具体地根据需要而定，同时驱动单元21的上下左右数量要相等，以使 静电电流均衡地流出第二ESD保护单元20。
[0036] 在本实用新型中，第三ESD保护单元30包括外圈地线31以及位于外圈地线31外 围的外圈电源线32,外圈地线31与外圈电源线32之间连接有M0S电容电路，从而使外围 电源线32和外围地线31耦合，得到更纯洁的电源。另外，该第三ESD保护单元30电性连 接于I/O的PAD上，并且形成或者作用于第三ESD保护单元30的静电电流流向PAD泄放出 去。
[0037] 具体地，如图7所示，图7为本实用新型的一种基于ESD保护的生物识别感应装置 的整体结构电路图。位于感应单元10的静电电流经第一 ESD保护单元12的作用，使得静 电电流通过VDD1和GND1流向第二ESD保护单元20,第二EDS保护单元20中的静电电流在 NM0Sesd22和GGN0MS23配合作用下，驱动静电电流通过VDD2和GND2汇流流向VDD3和GND3， 经VDD3和GND3流向第三ESD保护单元30,最终流向I/O的PAD上泄放出去。
[0038] 本实用新型通过将邻近感应单元块11同一性质区域合并，减小了感应单元10之 间的闩锁效应，避免静电电流流入工作电路，且在感应单元10添加 ESD保护器件，将感应电 流流向位于相邻感应单元10行或列的第二ESD保护单元20,第二ESD保护单元20的驱动 单元21通过开关单元24切换驱动NM0S esd22和GGN0MS23,以使静电电流流向感应单元阵列 外围的第三ESD保护单元30,最终将静电电流引向PAD泄放，从而实现分级保护，逐级来减 弱ESD对整个识别感应装置的影响。
[0039] 以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根 据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用 新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，包括： 感应单元阵列，所述感应单元阵列包括多个彼此间隔设置的感应单元； 第一 ESD保护单元，设置于所述感应单元内； 第二ESD保护单元，形成于相邻所述感应单元之间；以及 第三ESD保护单元，设置于多个所述感应单元阵列外围； 其中，所述第一、第二、第三ESD保护单元被配合设置为由所述第一 ESD保护单元将所 述感应单元内的静电电流流向所述第二ESD保护单元，所述第二ESD保护单元的静电电流 流向所述第三ESD保护单元。
2. 根据权利要求1所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所述 第二ESD保护单元的抗ESD能力强于所述第一 ESD保护单元，所述第三ESD保护单元的抗 ESD能力强于所述第二ESD保护单元。
3. 根据权利要求1或2所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所 述感应单元由多个感应单元块组成，所述感应单元块包括顶层感应区域、金属走线层、N型 阱区域、P型阱区域及深处N型阱区域，相邻所述感应单元块的同一 N型阱区域和/或同一 P型阱区域被连通设置。
4. 根据权利要求1所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所述第 二ESD保护单元包括NMOSesd、GGNMOS以及与NMOS esd和GGNMOS关联设置、供驱动所述NMOSesd 和所述GGNMOS的驱动单元。
5. 根据权利要求4所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所述第 二ESD保护单元还包括开关单元，所述驱动单元通过所述开关单元可选择地切换控制所述 NMOSesd 和所述 GGNMOS。
6. 根据权利要求4所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所述感 应单元以矩阵排列，所述驱动单元位于以矩阵排列的所述感应单元的行与列的交汇处，其 中，每个所述驱动单元对应行或列的任一侧电性连接有相同数量的所述NM〇S esd。
7. 根据权利要求6所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，每个所 述驱动单元四周邻设有与该驱动单元直接相连相同数量的nmos esd。
8. 根据权利要求7所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，在所述 第二ESD保护单元中，所述GGNMOS的数量多于所述NM0S esd的数量。
9. 根据权利要求1所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所述第 三ESD保护单元包括外圈地线以及位于所述外圈地线外围的外圈电源线，所述外圈地线与 所述外圈电源线之间连接有M0S电容电路。
10. 根据权利要求9所述的一种基于ESD保护的生物识别感应装置，其特征在于，所述 第三ESD保护单元电性连接于I/O的电路引脚上，且所述第三ESD保护单元的静电电流流 向所述电路引脚。
【文档编号】G06F3/041GK203894724SQ201420316044
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】程泰毅, 赵祥桂 申请人:上海思立微电子科技有限公司