[實用新型]超聲波換能器和超聲波指紋傳感器

有效

• 申請號: 201720396599.4
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN207254707U
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 季鋒;聞永祥;劉琛;周浩
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;G06K9/00
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司11449
• 代理人: 蔡純,張靖琳

技術領域

本實用新型涉及指紋傳感器，更具體地，涉及超聲波換能器和超聲波指紋傳感器。

背景技術

生物特征識別是用于區分不同生物特征的技術，包括指紋、掌紋、臉部、DNA、聲音等識別技術。指紋是指人的手指末端正面皮膚上凹凸不平的紋路，紋路有規律的排列形成不同的紋型。指紋識別指通過比較不同指紋的細節特征點來進行身份鑒定。由于具有終身不變性、唯一性和方便性，指紋識別的應用越來越廣泛。

在指紋識別中，采用傳感器獲取指紋圖像信息。根據工作原理的不同，指紋傳感器可以分為光學、電容、壓力、超聲傳感器。光學傳感器體積較大，價格相對高，并且對于指紋的干燥或者潮濕狀態敏感，屬于第一代指紋識別技術。光學指紋識別系統由于光不能穿透皮膚表層，所以只能通過掃描手指皮膚的表面，不能深入到真皮層。這種情況下，手指的干凈程度直接影響識別的效果，如果用戶手指上粘了較多的灰塵、汗液等，可能就會出現識別出錯的情況。并且，如果人們按照手指做一個指紋手摸，也可能通過識別系統。因此，對于用戶而言，光學傳感器的使用存在著安全性和穩定性方面的問題。電容指紋傳感器技術采用電容器陣列檢測指紋的紋路，屬于第二代指紋傳感器。每個電容器包括兩個極板。在手指觸摸時，指紋的紋路位于極板之間，形成電介質的一部分，從而可以根據電容的變化檢測指紋紋路。電容式指紋傳感器比光學類傳感器價格低，并且緊湊，穩定性高，在實際產品中的使用更有吸引力。例如，在很多手機中使用的指紋傳感器即是電容式指紋傳感器。然而，電容式指紋傳感器有著無法規避的缺點，即受到溫度、濕度、沾污的影響較大。

作為進一步的改進，已經開發出第三代指紋傳感器，其中利用壓電材料的逆壓電效應產生超聲波。該超聲波在接觸到指紋時，在指紋的嵴、峪中表現出不同的反射率和透射率。通過掃描一定面積內的超聲波束信號即可讀取指紋信息。超聲波指紋傳感器產生的超聲波可以能夠穿透由玻璃、鋁、不銹鋼、藍寶石或者塑料制成的手機外殼進行掃描，從而將超聲波指紋傳感器設置在手機外殼內。該優點為客戶設計新一代優雅、創新、差異化的移動終端提供靈活性。此外，用戶的體驗也得到提升，掃描指紋能夠不受手指上可能存在沾污的影響，例如汗水、護手霜等，從而提高了指紋傳感器的穩定性和精確度。

現有的超聲波指紋傳感器包括集成在一起的超聲波換能器和CMOS電路。共晶鍵合是集成CMOS電路和超聲波換能器的有效方法，但是該種方法對準精度低、制造成本高。較為經濟的方案為在CMOS電路表面直接制造超聲波換能器，在CMOS電路和超聲波換能器之間設置絕緣層以隔開二者。該結構中的CMOS電路用于處理超聲信號，因此超聲波指紋傳感器可以高速讀取和鑒定指紋。然而，超聲波換能器包括位于壓電疊層下方的空腔結構，該空腔結構不僅制造困難，而且由于工藝偏差導致超聲波指紋傳感器的頻率不穩定、參數一致性差、以及成品率差。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的目的是提供超聲波換能器和超聲波指紋傳感器，其中，利用圖案化犧牲層形成空腔，以降低制造成本以及提高傳感器的性能。

根據本實用新型的一方面，提供一種制造超聲波指紋傳感器的方法，包括：形成CMOS電路；以及在所述CMOS電路上形成超聲波換能器，所述CMOS電路與所述超聲波換能器連接，用于驅動所述超聲波換能器和處理所述超聲波換能器產生的檢測信號，其中，形成超聲波換能器的步驟包括：形成犧牲層；圖案化犧牲層；在所述犧牲層上形成掩模層，所述掩模層覆蓋和圍繞所述犧牲層；在所述掩模層上形成到達所述犧牲層的開口；經由所述開口進行氣相蝕刻，從而去除所述犧牲層形成空腔；以及在所述掩模層上形成壓電疊層。

優選地，在形成犧牲層之前，還包括：在所述CMOS電路上形成第一絕緣層。

優選地，在形成犧牲層之前，還包括：在所述CMOS電路上形成鈍化層。

優選地，在形成空腔之后，還包括：在所述掩模層上形成密封層以封閉所述開口。

優選地，在形成空腔之后，還包括：在所述掩模層上形成第二絕緣層。

優選地，所述第二絕緣層封閉所述開口。

優選地，對所述第二絕緣層進行回蝕刻以減小厚度。

優選地，形成壓電疊層的步驟包括：在所述第二絕緣層上形成壓電層；以及形成所述壓電層與所述CMOS電路之間的電連接。

優選地，形成CMOS電路的步驟包括：在襯底上形成至少一個晶體管；以及在所述至少一個晶體管上形成多個布線層和多個層間介質層，其中，所述多個布線層由所述多個層間介質層分隔成多個不同的層面。