超声波传感器制造技术

本申请公开了超声波传感器。所述超声波传感器包括：CMOS电路；以及至少一个超声波换能器，其中，所述CMOS电路与所述至少一个超声波换能器连接，用于驱动所述至少一个超声波换能器和处理所述至少一个超声波换能器产生的检测信号，其中，所述至少一个超声波换能器包括：压电叠层，所述压电叠层包括压电层，以及分别位于所述压电层的第一表面和第二表面上的第一电极和第二电极，所述第一表面与所述第二表面彼此相对，其中，所述压电叠层与所述CMOS电路之间电连接，所述压电层由有机压电聚合物组成。该超声波传感器采用有机压电聚合物形成压电层，从而可以降低制造成本以及提高传感器的性能。

【技术实现步骤摘要】
超声波传感器
本技术涉及生物特征传感器，更具体地，涉及超声波传感器。
技术介绍
生物特征识别是用于区分不同生物特征的技术，包括指纹、掌纹、脸部、DNA、声音等识别技术。指纹是指人的手指末端正面皮肤上凹凸不平的纹路，纹路有规律的排列形成不同的纹型。指纹识别指通过比较不同指纹的细节特征点来进行身份鉴定。由于具有终身不变性、唯一性和方便性，指纹识别的应用越来越广泛。在指纹识别中，采用传感器获取指纹图像信息。根据工作原理的不同，指纹传感器可以分为光学、电容、压力、超声传感器。光学传感器体积较大，价格相对高，并且对于指纹的干燥或者潮湿状态敏感，属于第一代指纹识别技术。光学指纹识别系统由于光不能穿透皮肤表层，所以只能通过扫描手指皮肤的表面，不能深入到真皮层。这种情况下，手指的干净程度直接影响识别的效果，如果用户手指上粘了较多的灰尘、汗液等，可能就会出现识别出错的情况。并且，如果人们按照手指做一个指纹手摸，也可能通过识别系统。因此，对于用户而言，光学传感器的使用存在着安全性和稳定性方面的问题。电容指纹传感器技术采用电容器阵列检测指纹的纹路，属于第二代指纹传感器。每个电容器包括两个极板。在手指触摸时，指纹的纹路位于极板之间，形成电介质的一部分，从而可以根据电容的变化检测指纹纹路。电容式指纹传感器比光学类传感器价格低，并且紧凑，稳定性高，在实际产品中的使用更有吸引力。例如，在很多手机中使用的指纹传感器即是电容式指纹传感器。然而，电容式指纹传感器有着无法规避的缺点，即受到温度、湿度、沾污的影响较大。作为进一步的改进，已经开发出第三代指纹传感器，其中利用压电材料的逆压电效应产生超声波。该超声波在接触到指纹时，在指纹的嵴、峪中表现出不同的反射率和透射率。通过扫描一定面积内的超声波束信号即可读取指纹信息。超声波传感器产生的超声波可以能够穿透由玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石或者塑料制成的手机外壳进行扫描，从而将超声波传感器设置在手机外壳内。该优点为客户设计新一代优雅、创新、差异化的移动终端提供灵活性。此外，用户的体验也得到提升，扫描指纹能够不受手指上可能存在沾污的影响，例如汗水、护手霜等，从而提高了指纹传感器的稳定性和精确度。现有的超声波传感器包括集成在一起的超声波换能器和CMOS电路。共晶键合是集成CMOS电路和超声波换能器的有效方法。但是，在键合过程中会产生键合浆料溢流现象，导致管芯的结构部件短路而失效,大大的降低了良率。同时,键合工艺对偏精度不高，从而导致两个圆片间的电气连接的共晶键合点的尺寸较大，提高了制造成本。采用键合工艺集成CMOS电路和超声波换能器导致制造工艺复杂化、高成本和低良率。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供超声波传感器，其中，在CMOS电路上形成有机压电聚合物组成的压电层以替代共晶键合工艺，从而简化制造工艺。根据本技术的一方面，提供一种制造超声波传感器的方法，包括：形成CMOS电路；以及在所述CMOS电路上形成至少一个超声波换能器，所述CMOS电路与所述至少一个超声波换能器连接，用于驱动所述至少一个超声波换能器和处理所述至少一个超声波换能器产生的检测信号，其中，形成至少一个超声波换能器的步骤包括：形成压电叠层，所述压电叠层包括压电层，以及分别位于所述压电层的第一表面和第二表面上的第一电极和第二电极，所述第一表面与所述第二表面彼此相对；以及形成所述压电叠层与所述CMOS电路之间的电连接，其中，所述压电层由有机压电聚合物组成。优选地，所述有机压电聚合物包括选自聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚二氯亚乙烯、溴化二异丙胺中的至少一种。优选地，形成压电叠层的步骤包括采用以下步骤形成所述压电层：制作混合溶液；涂敷混合溶液成膜；以及烘干形成有机胶层，其中，所述有机胶层作为所述压电层。优选地，在形成有机胶层之后，还包括执行以下步骤至少之一：对有机胶层进行晶化处理；以及对有机胶层进行极化处理。优选地，晶化处理的步骤包括：在所述有机胶层的居里点和熔点之间的预定温度加热预定晶化时间。优选地，形成CMOS电路的步骤包括：在衬底上形成至少一个晶体管；以及在所述至少一个晶体管上形成多个布线层和多个层间介质层，其中，所述多个布线层由所述多个层间介质层分隔成多个不同的层面。优选地，形成所述压电叠层与所述CMOS电路之间的电连接的步骤包括：在所述CMOS电路上形成绝缘层；在所述绝缘层中形成分别到达所述多个布线层中的至少一个布线层的第一开口和第二开口；形成穿过所述第一开口将所述第一电极连接至所述至少一个布线层的第一接触；以及形成穿过所述压电层和所述第二开口将所述第二电极连接至所述至少一个布线层的第二接触。优选地，所述第二接触与所述第一电极彼此隔开。优选地，在形成所述第一电极时形成所述第一接触，所述第一接触填充所述第一开口。优选地，在形成所述第二电极之前，还包括形成穿过所述压电层和所述第一开口到达所述至少一个布线层的第一通孔、穿过所述压电层到达所述第一电极的第三通孔，在形成所述第二电极时形成所述第一接触，所述第一接触在所述压电层表面延伸且填充所述第一通孔和所述第三通孔，从而是将所述第一电极连接至所述至少一个布线层。优选地，在形成所述第二电极之前，还包括形成穿过所述压电层和所述第二开口到达所述至少一个布线层的第二通孔，在形成所述第二电极时形成所述第二接触，所述第二接触填充所述第二通孔。优选地，形成第一至第三通孔的步骤包括：在所述压电层上形成掩模层；在所述掩模层中形成第三至第五开口；经由所述第三至第五开口蚀刻所述压电层；以及去除所述掩模层。优选地，所述掩模层包括选自Al2O3、TiO2、ZnO、ZrO2和Ta2O5的任一种。优选地，所述蚀刻为干法蚀刻，采用氧气作为蚀刻剂。优选地，形成所述压电叠层与所述CMOS电路之间的电连接的步骤包括：在所述第一表面上形成衬垫；形成穿过所述压电层和将所述第二电极连接至所述衬垫的第二接触；以及采用第一粘接层将所述压电叠层粘接到所述CMOS电路上，其中，所述第一粘接层由各向异性导电粘合剂组成，位于所述第一电极与所述至少一个布线层之间，以及所述衬垫与所述至少一个布线层之间，所述第一电极经由所述第一粘接层连接至所述至少一个布线层，所述第二电极经由所述第二接触、所述衬垫和所述第一粘接层连接至所述至少一个布线层。优选地，所述衬垫与所述第一电极彼此隔开。优选地，在形成所述第二电极之前，还包括形成穿过所述压电层到达所述衬垫的第二通孔，在形成所述第二电极时形成所述第二接触，所述第二接触填充所述第二通孔。优选地，形成第二通孔的步骤包括：在所述压电层上形成掩模层；在所述掩模层中形成第四开口；经由所述第四开口蚀刻所述压电层；以及去除所述掩模层。优选地，所述掩模层包括选自Al2O3、TiO2、ZnO、ZrO2和Ta2O5的任一种。优选地，所述蚀刻为干法蚀刻，采用氧气作为蚀刻剂。优选地，还包括：在所述压电叠层上形成钝化层。优选地，所述钝化层由选自以下材料的任一种组成：聚对二甲苯、聚酰亚胺、SU-8、Al2O3、ZrO2、HfO2、SiO2和Si3N4。优选地，还包括：在所述钝化层上形成第二粘接层；以及在所述第二粘接层上形成压板。优选地，所述压板由选自以下材料的任一种组成：塑料、陶瓷、蓝宝石、金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波传感器，其特征在于，包括：CMOS电路；以及至少一个超声波换能器，其中，所述CMOS电路与所述至少一个超声波换能器连接，用于驱动所述至少一个超声波换能器和处理所述至少一个超声波换能器产生的检测信号，其中，所述至少一个超声波换能器包括：压电叠层，所述压电叠层包括压电层，以及分别位于所述压电层的第一表面和第二表面上的第一电极和第二电极，所述第一表面与所述第二表面彼此相对，其中，所述压电叠层与所述CMOS电路之间电连接，所述压电层由有机压电聚合物组成。

【技术特征摘要】
1.一种超声波传感器，其特征在于，包括：CMOS电路；以及至少一个超声波换能器，其中，所述CMOS电路与所述至少一个超声波换能器连接，用于驱动所述至少一个超声波换能器和处理所述至少一个超声波换能器产生的检测信号，其中，所述至少一个超声波换能器包括：压电叠层，所述压电叠层包括压电层，以及分别位于所述压电层的第一表面和第二表面上的第一电极和第二电极，所述第一表面与所述第二表面彼此相对，其中，所述压电叠层与所述CMOS电路之间电连接，所述压电层由有机压电聚合物组成。2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述有机压电聚合物包括选自聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚二氯亚乙烯、溴化二异丙胺中的至少一种。3.根据权利要求2所述的超声波传感器，其特征在于，所述压电层具有经过晶化和极化至少之一处理后的晶相。4.根据权利要求3所述的超声波传感器，还包括覆盖在所述压电层表面的金属层。5.根据权利要求4所述的超声波传感器，其特征在于，所述压电层包括以下至少一种纳米颗粒：碳纳米管和还原氧化石墨烯。6.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述CMOS电路包括衬底和在衬底上形成的至少一个晶体管。7.根据权利要求6所述的超声波传感器，其特征在于，所述CMOS电路还包括位于所述至少一个晶体管上的多个布线层和多个层间介质层，所述多个布线层由所述多个层间介质层分隔成多个不同的层面。8.根据权利要求7所述的超声波传感器，其特征在于，还包括：位于所述CMOS电路和所述压电叠层之间的绝缘层；所述绝缘层中分别到达所述多个布线层中的至少一个布线层的第一开口和第二开口；穿过所述第一开口将所述第一电极连接至所述至少一个布线层的第一接触；以及穿过所述压电层和所述第二开口将所述第二电极连接至所述至少一个布线层的第二接触。9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：季锋，闻永祥，刘琛，邹光祎，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33