[實用新型]封閉空腔結構和超聲波指紋傳感器

有效

• 申請號: 201820026177.2
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN207780806U
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 季鋒;聞永祥;劉琛;劉健
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: 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

本申請公開了封閉空腔結構和超聲波指紋傳感器。封閉空腔結構包括：位于支撐層上的模板層，所述模板層包括第一開口；位于所述模板層上的停止層，停止層共形地覆蓋所述模板層，從而形成與第一開口對應的空腔；位于停止層上的至少一個掩模層；位于至少一個掩模層中的彎折的釋放通道；以及位于至少一個掩模層上的密封層，其特征在于，停止層和所述至少一個掩模層共同圍繞所述空腔，所述密封層封閉所述釋放通道，從而形成封閉空腔。該封閉空腔結構采用彎折的釋放通道形成空腔以及阻止密封層進入空腔中，從而提高半導體器件的良率、穩定性和可靠性。

技術領域

本實用新型涉及指紋傳感器，更具體地，涉及封閉空腔結構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。超聲波換能器包括位于壓電疊層下方的空腔結構，用于改善聲學性能。該空腔結構例如是封閉的，從而與外界環境隔絕以維持穩定性。然而，在空腔結構的制造過程，可能在空腔中殘留不期望的氣體。例如，在CMOS電路中存在多種絕緣介質層，這些絕緣介質層存在大量的可釋放氣體，如Ar、H2等。在空腔上方形成密封層的過程中，密封層也可能進入空腔的內部。在超聲波指紋傳感器的使用過程中，密封層逐漸釋放氣體。這些釋放的氣體將導致封閉空腔的聲學性能偏離設計值和出現波動，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。

此外，封閉空腔結構還用于諸如表面聲波元件、微機電系統(MEMS) 器件的半導體器件中，并且存在著類似的問題。期望進一步改進半導體器件中形成空腔結構的工藝以改善其性能。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的目的是提供封閉空腔結構和超聲波指紋傳感器，其中，采用彎折的釋放通道形成空腔以及阻止密封層進入空腔中，從而提高半導體器件的良率、穩定性和可靠性。