[實用新型]一種超聲波傳感器

有效

• 申請號: 201820026880.3
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN208111486U
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 季鋒;聞永祥;劉琛
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L41/083
• 分類號: H01L41/083;H01L41/27
• 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

本申請公開了一種超聲波傳感器。包括：半導體襯底；位于半導體襯底中的阱區和空腔，所述阱區圍繞所述空腔；位于所述空腔上方的摻雜區，所述摻雜區包括到達所述空腔的多個開口；位于所述摻雜區上方的支撐層，所述支撐層封閉所述多個開口；以及位于所述支撐層上的壓電疊層。此超聲波傳感器在壓電疊層的下方形成空腔以減小應力影響和改善聲學性能，從而提高超聲波傳感器的穩定性、成品率和參數一致性，進一步提高指紋信息讀取的準確性。

技術領域

本實用新型涉及生物特征傳感器，更具體地，涉及一種超聲波傳感器。

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。超聲波傳感器是第三代指紋傳感器，其中利用壓電材料的逆壓電效應產生超聲波。在超聲波接觸到指紋時，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，從而將超聲波傳感器設置在手機外殼內。超聲波傳感器內置可以減少其占用的表面積，在手機表面上允許安裝更大尺寸的顯示屏，因而可以提高手機的屏占比。

圖1示出根據現有技術的超聲波傳感器組件的截面示意圖。現有技術中公開了一種超聲波傳感器組件，包括集成在一個芯片中的CMOS電路和壓電疊層。CMOS包括在半導體襯底101中形成的阱區102、在阱區中形成N型晶體管的源極103a和漏極103b、在半導體襯底101中形成P型晶體管的源極104a和104b、柵極介質層105、N型晶體管的柵極導體106、P型晶體管的柵極導體107。壓電疊層包括壓電層201、下電極202和上電極203。絕緣層111隔開CMOS電路和壓電疊層，導電通道112貫穿絕緣層111以實現二者之間的電連接。具體地，N型晶體管的漏極103b經由導電通道112連接至下電極202的上表面，P型晶體管的源極104a經由導電通道112連接至下電極的下表面。

在該超聲波傳感器中，位于絕緣層111上方的壓電疊層利用超聲信號提取指紋信息，位于絕緣層111下方的CMOS電路用于處理超聲信號。該超聲波傳感器的結構簡單，并且可以高速的讀取和鑒定指紋。然而，絕緣層111產生的應力導致超聲波傳感器的頻率不穩定、成品率低、參數一致性差。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種超聲波傳感器，其中，在壓電疊層的下方形成空腔以減小應力影響和改善聲學性能。

根據本實用新型，提供一種超聲波傳感器，包括：半導體襯底；位于半導體襯底中的阱區和空腔，所述阱區圍繞所述空腔；位于所述空腔上方的摻雜區，所述摻雜區包括到達所述空腔的多個開口；位于所述摻雜區上方的支撐層，所述支撐層封閉所述多個開口；以及位于所述支撐層上的壓電疊層。

優選地，所述摻雜區為網格形狀，所述多個開口作為所述網格的網孔。

優選地，所述摻雜區的結深小于所述空腔的深度，所述阱區的結深大于所述空腔的深度。

優選地，所述支撐層包括外延層。

優選地，所述外延層的厚度為0.5至20微米。

優選地，所述壓電疊層包括：位于所述支撐層上的種子層；位于所述種子層上的下電極；位于所述下電極上的壓電層；與所述壓電層的上表面接觸的上電極；以及穿過所述壓電層到達所述下電極的導電通道。

優選地，所述上電極和所述導電通道采用同一個導電層圖案化形成。