一种电容式指纹传感器静电保护设计的制作方法

1.本发明涉及芯片晶圆制造领域，尤其是涉及一种指纹传感器类芯片的静电防护工艺。


背景技术：

2.半导体指纹传感器是目前应用率最高的指纹传感器，其采用半导体工艺制造。静电防护一直是半导体指纹传感器的薄弱点，由于半导体传感器表面覆盖的防护层总厚度通常只有50-300um，在使用过程中，人体静电很容易透过这些防护层释放到传感器表面，从而造成芯片损伤。
3.现有的半导体指纹传感器通常采用在同一层放置静电泄放金属，如附图1所示，这样的做法通常抗静电能力较弱，所以需要增加表面防护层的厚度来改良抗静电特性，例如将表面防护层增加到150um以上，甚至到300um，但这样做的结果导致获取的指纹图像质量急剧下降。本发明采用的方法不但可以实现更高的静电防护能力，同时也提高了传感器的探测灵敏度。
4.

技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是在芯片的表层增加了一层专用的静电泄放的金属层，从而提高芯片的静电防护性能。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：通过传统的晶圆生产工艺生成顶层金属层，并在相应的传感器阵列的正上方镂空，从而形成一个网状的、相互连通的金属防护层。这个金属层和地之间无直接连接，需要在外部或内部设置静电泄放部件，例如tvs管等部件，实现静电泄放。同时该金属网可以用于作为人体手指检测用途的探测单元中的感应电极。
附图说明
7.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为现有行业的解决方法；图2为本发明的结构剖面图；图3为本发明的一种平面结构示意图；图4为本发明的其他平面结构示意图；图中：1、金属网；2、电容感测单元；3、指纹传感器的表面防护材料；4、芯片本体的。
具体实施方式
8.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
9.实施例一请参阅图1-4，在芯片的电容感测单元的上方放置一层金属1，金属层的厚度为1-5um，传感器的感测阵列单元是45x45um的方形pad，则静电防护网的网格线宽度为2um，并居于感测阵列的中间部位。
10.传感器封装后，有封装材料和表面涂层材料构成表面防护材料3，晶圆本体4固定于封装载板上并按照标准的lga封装形式完成传感器封装。
11.为了尽可能的消除电容感测单元2的分布电容，金属层1到感测单元2的距离应控制到1um以上。
12.为控制金属层1对感测单元2产生的分布电容的稳定性，减小工艺偏差带来的差异性（与其连接的信号处理系统需要消除分布电容的影响，因此需要有接近统一的分布电容，以便于设定统一的阀值进行补偿），金属层的厚度应在1um以上。
13.金属层1的平面结构如图3所示，这个金属层被连接成一个完整的彼此导通的网格装，并保证和电源地浮空。
14.金属层1和电源地之间通过外部或内部放置的tvs管实现静电泄放。
15.由于金属层1与电源地浮空，且具有相对与感测单元2更大的有效面积，因此可以作为手指检测的触发单元使用。
16.实施例二请参阅图2-4，在芯片的电容感测单元的上方放置一层金属1，金属层的厚度为1-5um，传感器的感测阵列单元是40x40um的方形pad，则静电防护网的网格线宽度为2um，并居于感测阵列的中间部位。
17.传感器封装后，有封装材料和表面涂层材料构成表面防护材料3，晶圆本体4固定于封装载板上并按照标准的lga封装形式完成传感器封装。
18.为了尽可能的消除电容感测单元2的分布电容，金属层1到感测单元2的距离应控制到1um以上。
19.为进一步减小金属层1对电容感测单元2产生的附加的分布电容，金属层1采用附图4a或附图4b等减小包裹面积的方式放置。
20.这种放置方式导致静电耐受能力会产生约1-2kv的下降，为解决这一问题，表面防护材料3需要采用dk7以上的材料制作，并保持总厚度超过100um。
21.为控制金属层1对感测单元2产生的分布电容的稳定性，减小工艺偏差带来的差异性（与其连接的信号处理系统需要消除分布电容的影响，因此需要有接近统一的分布电容，以便于设定统一的阀值进行补偿），金属层的厚度应在1um以上。
22.金属层1的平面结构如图3所示，这个金属层被连接成一个完整的彼此导通的网格装，并保证和电源地浮空。
23.金属层1和电源地之间通过外部或内部放置的tvs管实现静电泄放。
24.尽管相对与实施例一，金属层的总面积有所减少，但相对与感测单元2仍具有超过一个数量级的面积优势，因此可以作为手指检测的触发单元使用。
25.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，也别是金属层1的包裹形式，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种半导体指纹传感器芯片静电防护方法，在传感器芯片的最顶层放置一层金属层，该金属层形成一个相互连接的平面。2.根据权利要求1所述的一种金属层，中间镂空避让出传感器每个像素单元的感应电路。3.根据权利要求1所述的一种金属层，可以是一层或一层以上，并彼此连通。4.根据权利要求1所述的一种金属层，它与芯片的地不连接，并可以通过外部或者内部的tvs管进行静电泄放。5.如权利4所述，该金属层对地无直接连接，可以连接外部电容检测芯片，用于检测手指是否放置到传感器表面。

技术总结
一种适用于半导体指纹传感器表面静电的泄放方法。本发明在电容式传感器金属阵列的上方增加一层金属网格1，用于释放产生的静电。金属网格处于传感器芯片最顶层，相互连接并与芯片静电泄放电路连接。在采集指纹时，手指携带的静电将首先导入泄放电路进行泄放，从而有效的保护了芯片。的保护了芯片。的保护了芯片。


技术研发人员：刘君
受保护的技术使用者：上海图正信息科技股份有限公司
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2022/2/24