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】本發(fā)明公開了一種基于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。本發(fā)明通過分級保護，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]本發(fā)明涉及觸摸屏【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IC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IC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IC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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(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，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種基于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]作為本發(fā)明的進一步改進，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]作為本發(fā)明的進一步改進，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]作為本發(fā)明的進一步改進，所述第二 ESD保護單元包括NM0Sesd、GGNMOS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]作為本發(fā)明的進一步改進，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NMOSesd和所述GGNMOS。
[0017]作為本發(fā)明的進一步改進，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NMOSesd。
[0018]作為本發(fā)明的進一步改進，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NMOSesd。
[0019]作為本發(fā)明的進一步改進，在所述第二 ESD保護單元中，所述GGNMOS的數(shù)量多于所述NMOSesd的數(shù)量。
[0020]作為本發(fā)明的進一步改進，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MOS電容電路。
[0021]作為本發(fā)明的進一步改進，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]本發(fā)明的有益效果在于，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NMOSesd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為本發(fā)明的感應(yīng)單元的一感應(yīng)單元塊電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的多個感應(yīng)單元塊的同一性質(zhì)區(qū)域合并后的示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明的感應(yīng)單元塊的金屬層走線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明的第二 ESD保護單元的驅(qū)動單元與NMOSesd的切換電路圖；
[0027]圖5為本發(fā)明的第二 ESD保護單元的驅(qū)動單元與GGNMOS的切換電路圖；
[0028]圖6為本發(fā)明的一種基于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為本發(fā)明的一種基于ESD保護的生物識別感應(yīng)裝置的整體結(jié)構(gòu)電路圖?！揪唧w實施方式】
[0030]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，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發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0031]首先參閱圖1和圖6，其中，圖1為本發(fā)明的感應(yīng)單元塊電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為本發(fā)明的一種基于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。本發(fā)明的一種基于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。在本發(fā)明中，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，詳細地，PAD上的靜電釋放正向電壓通過向上的二極管正向?qū)ǎ轨o電釋放電流流到電源線上；當出現(xiàn)靜電釋放負向電壓，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，在本發(fā)明中，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,在本發(fā)明中，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，并且使本發(fā)明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，在此就不再詳細說明。
[0034]如圖4和圖5所示，在本發(fā)明中，該第二 ESD保護單元20包括NM0Sesd22(版圖設(shè)計ESD規(guī)則的NMOS晶體管)、GGNM0S23以及與NM0Sesd22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NM0Sesd22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。詳細地，在IC上電時，減少驅(qū)動單元21驅(qū)動的NM0Sesd22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NM0Sesd22或GGN0MS23。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NM0Sesd22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NM0Sesd22工作的另一工作形式。驅(qū)動單元21包括驅(qū)動部分NM0Sesd22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，通過本發(fā)明的合理設(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NM0Sesd22,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NM0Sesd22，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]在本發(fā)明中，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MOS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為本發(fā)明的一種基于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VDDl和GNDl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]本發(fā)明通過將鄰近感應(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NM0Sesd22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)合附圖實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護范圍。
【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。
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NM0Sesd。
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NMOSesd。
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NMOSesd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MOS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】G06F3/041GK104035618SQ201410263925
【公開日】2014年9月10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