一种超声波传感器制造技术

本申请公开了一种超声波传感器。包括：半导体衬底；位于半导体衬底中的阱区和空腔，所述阱区围绕所述空腔；位于所述空腔上方的掺杂区，所述掺杂区包括到达所述空腔的多个开口；位于所述掺杂区上方的支撑层，所述支撑层封闭所述多个开口；以及位于所述支撑层上的压电叠层。此超声波传感器在压电叠层的下方形成空腔以减小应力影响和改善声学性能，从而提高超声波传感器的稳定性、成品率和参数一致性，进一步提高指纹信息读取的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波传感器
本技术涉及生物特征传感器，更具体地，涉及一种超声波传感器。
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。超声波传感器是第三代指纹传感器，其中利用压电材料的逆压电效应产生超声波。在超声波接触到指纹时，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。超声波传感器内置可以减少其占用的表面积，在手机表面上允许安装更大尺寸的显示屏，因而可以提高手机的屏占比。图1示出根据现有技术的超声波传感器组件的截面示意图。现有技术中公开了一种超声波传感器组件，包括集成在一个芯片中的CMOS电路和压电叠层。CMOS包括在半导体衬底101中形成的阱区102、在阱区中形成N型晶体管的源极103a和漏极103b、在半导体衬底101中形成P型晶体管的源极104a和104b、栅极介质层105、N型晶体管的栅极导体106、P型晶体管的栅极导体107。压电叠层包括压电层201、下电极202和上电极203。绝缘层111隔开CMOS电路和压电叠层，导电通道112贯穿绝缘层111以实现二者之间的电连接。具体地，N型晶体管的漏极103b经由导电通道112连接至下电极202的上表面，P型晶体管的源极104a经由导电通道112连接至下电极的下表面。在该超声波传感器中，位于绝缘层111上方的压电叠层利用超声信号提取指纹信息，位于绝缘层111下方的CMOS电路用于处理超声信号。该超声波传感器的结构简单，并且可以高速的读取和鉴定指纹。然而，绝缘层111产生的应力导致超声波传感器的频率不稳定、成品率低、参数一致性差。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供一种超声波传感器，其中，在压电叠层的下方形成空腔以减小应力影响和改善声学性能。根据本技术，提供一种超声波传感器，包括：半导体衬底；位于半导体衬底中的阱区和空腔，所述阱区围绕所述空腔；位于所述空腔上方的掺杂区，所述掺杂区包括到达所述空腔的多个开口；位于所述掺杂区上方的支撑层，所述支撑层封闭所述多个开口；以及位于所述支撑层上的压电叠层。优选地，所述掺杂区为网格形状，所述多个开口作为所述网格的网孔。优选地，所述掺杂区的结深小于所述空腔的深度，所述阱区的结深大于所述空腔的深度。优选地，所述支撑层包括外延层。优选地，所述外延层的厚度为0.5至20微米。优选地，所述压电叠层包括：位于所述支撑层上的种子层；位于所述种子层上的下电极；位于所述下电极上的压电层；与所述压电层的上表面接触的上电极；以及穿过所述压电层到达所述下电极的导电通道。优选地，所述上电极和所述导电通道采用同一个导电层图案化形成。优选地，所述种子层和所述压电层分别由选自以下材料的任一种组成：氮化铝、氧化锡、钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅、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。优选地，所述阱区和所述掺杂区为相同的掺杂类型。优选地，所述传感器的尺寸一般小于50×50平方微米。根据本技术实施例的超声波传感器，其中采用在单独的半导体衬底中形成空腔及上方的压电叠层。这样可以利用空腔减小应力影响和改善声学性能。本技术中超声波传感器的制造工艺与CMOS电路的制造工艺兼容，制造方法简单，制造成本低。形成的超声波传感器的尺寸例如为50×50平方微米，多个超声波传感器可以集成为同一个阵列芯片，然而与CMOS电路芯片连接以形成超声波组件，其中在超声波传感器和CMOS电路芯片之间夹有绝缘层，可以减小应力对超声信号的不利影响，从而可以提高超声波传感器的稳定性、成品率和参数一致性，进一步提高指纹信息读取的准确性。附图说明通过以下参照附图对本技术实施例的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示出根据现有技术的超声波传感器组件的截面示意图。图2示出根据本技术实施例的超声波传感器的截面示意图。图3a至3h示出根据本技术实施例的超声波传感器的制造中一部分阶段的截面示意图。具体实施方式以下将参照附图更详细地描述本技术。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本技术的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本技术。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本技术。本技术可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。图2示出根据本技术第一实施例的超声波传感器的截面示意图。如图所示，超声波传感器单元200包括半导体衬底101、阱区102、空腔104、掺杂区103、外延层111、以及压电叠层。半导体衬底101例如是<100>晶向的单晶硅衬底，电阻率例如为5至10欧姆厘米。在半导体衬底101中形成阱区102和空腔104。阱区102围绕空腔104。掺杂区103位于空腔104上方，例如是连续的网格形状，包括到达空腔104的多个开口，作为网孔。阱区102和掺杂区103例如掺杂成N型，掺杂剂例如为P离子。掺杂区103的结深小于空腔104的深度，阱区102的结深大于空腔104的深度。外延层111封闭掺杂区103中的开口134，并且形成连续层。由于外延生成，因此，外延层111未进入空腔104的内部。外延层111作为支撑层，与掺杂区103一起形成提供机械支撑。该压电叠层包括依次堆叠在外延层111上的种子层112、下电极202、压电层201、上电极203和导电通道204。上电极203和导电通道204例如由同一个导电层图案化形成。上电极203接触压电层201的上表面。导电通道204穿过压电层201到达下电极202。在压电叠层中，种子层112和压电层201分别由选自以下材料的任一种组成：氮化铝、氧化锡、钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅、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。在该超声波传感器中，位于外延层111上方的压电叠层利用超声信号提取指纹信息，位于绝缘层111下方的CMOS电路用于处理超声信号。该超声波传感器的结构简单，并且可以高速的读取和鉴定指纹。图3a至3h示出根据本技术第一实施例的超声波传感器的制造中一部分阶段的截面示意图。如图3a所示，在半导体衬底101中，采用离子注入形成阱区102。该步骤例如包括形成抗蚀剂层，采用光刻方法图案化抗蚀剂层以形成抗蚀剂掩模PR1，以及经由抗蚀剂掩模PR1进行离子注入。抗蚀剂掩模PR1具有开口131，在离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波传感器，包括：半导体衬底；位于半导体衬底中的阱区和空腔，所述阱区围绕所述空腔；位于所述空腔上方的掺杂区，所述掺杂区包括到达所述空腔的多个开口；位于所述掺杂区上方的支撑层，所述支撑层封闭所述多个开口；以及位于所述支撑层上的压电叠层。

【技术特征摘要】
1.一种超声波传感器，包括：半导体衬底；位于半导体衬底中的阱区和空腔，所述阱区围绕所述空腔；位于所述空腔上方的掺杂区，所述掺杂区包括到达所述空腔的多个开口；位于所述掺杂区上方的支撑层，所述支撑层封闭所述多个开口；以及位于所述支撑层上的压电叠层。2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述掺杂区为网格形状，所述多个开口作为所述网格的网孔。3.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述掺杂区的结深小于所述空腔的深度，所述阱区的结深大于所述空腔的深度。4.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述支撑层包括外延层。5.根据权利要求4所述的超声波传感器，其特征在于，所述外延层的厚度为0.5至20微米。6.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述压电叠层包括：位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：季锋，闻永祥，刘琛，
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