超声波指纹传感器制造技术

本申请公开了超声波指纹传感器。所述超声波指纹传感器包括：CMOS电路；以及至少一个超声波换能器，其中，所述至少一个超声波换能器包括：模板层，所述模板层包括第一开口；位于所述模板层上的停止层，所述停止层共形地覆盖所述模板层，从而形成与所述第一开口对应的空腔；位于所述停止层上的掩模层，所述掩模层包括从表面延伸至所述空腔的至少一个第二开口；以及位于所述掩模层上的压电叠层，其中，所述停止层和所述掩模层共同围绕所述空腔。该超声波指纹传感器利用模板层和停止层形成空腔，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】
超声波指纹传感器
本技术涉及指纹传感器，更具体地，涉及超声波指纹传感器。
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。超声波指纹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，从而将超声波指纹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。现有的超声波指纹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，但是该种方法对准精度低、制造成本高。较为经济的方案为在CMOS电路表面直接制造超声波换能器，在CMOS电路和超声波换能器之间设置绝缘层以隔开二者。该结构中的CMOS电路用于处理超声信号，因此超声波指纹传感器可以高速读取和鉴定指纹。然而，超声波换能器包括位于压电叠层下方的空腔结构，该空腔结构不仅制造困难，而且由于工艺偏差导致超声波指纹传感器的频率不稳定、参数一致性差、以及成品率差。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供超声波指纹传感器，其中，利用模板层和停止层形成空腔，以降低制造成本以及提高传感器的性能。根据本技术的一方面，提供一种制造超声波指纹传感器的方法，包括：形成CMOS电路；以及在所述CMOS电路上形成超声波换能器，所述CMOS电路与所述超声波换能器连接，用于驱动所述超声波换能器和处理所述超声波换能器产生的检测信号，其中，形成超声波换能器的步骤包括：形成模板层；在所述模板层中形成第一开口；在所述模板层上形成停止层，所述停止层共形地覆盖所述模板层；在所述停止层上形成牺牲层，所述牺牲层填充所述第一开口；在所述停止层和所述牺牲层上形成掩模层，所述掩模层覆盖所述牺牲层；在所述掩模层上形成到达所述牺牲层的第二开口；经由所述第二开口去除所述牺牲层形成空腔；在所述掩模层上形成压电叠层；以及形成所述压电叠层与所述CMOS电路之间的电连接，其中，所述停止层和所述掩模层共同围绕所述空腔。优选地，在形成模板层之前，还包括：在所述CMOS电路上形成第一绝缘层。优选地，在形成模板层之前，还包括：在所述CMOS电路上形成钝化层。优选地，在形成空腔之后，还包括：在所述掩模层上形成密封层以封闭所述第二开口。优选地，采用蚀刻形成所述第一开口，所述蚀刻在所述第一绝缘层的表面停止，使得所述第一开口穿透所述模板层。优选地，在形成空腔之后，还包括：在所述掩模层上形成第二绝缘层。优选地，所述第二绝缘层封闭所述第二开口。优选地，对所述第二绝缘层进行回蚀刻以减小厚度。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，形成压电叠层的步骤包括：在所述第二绝缘层上形成第一电极；在所述第一电极上形成压电层；以及在所述压电层上形成第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极分别接触所述压电层的下表面和上表面。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：形成分别从所述第一电极和所述第二电极延伸至所述多个布线层中的至少一个布线层的第一接触和第二接触。优选地，所述第一接触从所述压电层的上表面穿过所述压电层到达所述第一电极。优选地，形成所述第一接触和所述第二接触的步骤包括：在形成所述压电层之后，形成从所述压电层上表面到达所述至少一个布线层的第一通孔和第二通孔；在所述第一通孔和所述第二通孔的侧壁上形成第三绝缘层；在所述压电层表面形成导电层，使得所述导电层填充所述第一通孔和所述第二通孔；以及将所述导电层图案化形成所述第一接触和所述第二接触。优选地，所述第二电极由所述导电层图案化形成，并且与所述第二接触彼此连接。优选地，形成所述第一接触和所述第二接触的步骤包括：在形成所述压电层之前，形成从所述第二绝缘层上表面到达所述至少一个布线层的第一通孔；在所述第一通孔的侧壁上形成第三绝缘层；在所述第二绝缘层上形成第一导电层，使得所述第一导电层填充所述第一通孔；以及将所述第一导电层图案化成所述第一接触；在形成所述压电层之后，形成从所述压电层上表面到达所述至少一个布线层的第二通孔；在所述第二通孔的侧壁上形成第四绝缘层；在所述压电层上形成第二导电层，使得所述第二导电层填充所述第二通孔；以及将所述第二导电层图案化成所述第二接触。优选地，所述第一电极由所述第一导电层图案化形成，并且与所述第一接触彼此连接，所述第二电极由所述第二导电层图案化形成，并且与所述第二接触彼此连接。优选地，所述CMOS电路包括至少一个晶体管，所述压电层经由所述第一电极、所述第二电极、所述第一接触、所述第二接触和所述至少一个布线层连接至所述至少一个晶体管。优选地，所述压电层由选自氮化铝、偏聚氟乙烯、偏聚氟乙烯-三氟乙烯、锆钛酸铅压电陶瓷、铌酸锂压电陶瓷中的任意一种组成。优选地，在形成所述第二绝缘层的步骤和形成所述压电层的步骤之间，还包括：在所述第二绝缘层上形成种子层，其中，所述压电层和所述种子层分别为氮化铝。优选地，所述第二开口的横向尺寸大致为0.1微米至0.8微米。优选地，所述牺牲层由氧化硅组成。优选地，形成空腔的步骤包括采用气相蚀刻，其中采用的蚀刻气体为HF。优选地，所述掩模层和所述停止层分别由耐蚀材料组成。优选地，所述耐蚀材料包括选自钽、金、氮化铝、氧化铝和非晶硅中的任意一种。根据本技术的另一方面，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波指纹传感器，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：模板层，所述模板层包括第一开口；位于所述模板层上的停止层，所述停止层共形地覆盖所述模板层，从而形成与所述第一开口对应的空腔；位于所述停止层上的掩模层，所述掩模层包括从表面延伸至所述空腔的至少一个第二开口；以及位于所述掩模层上的压电叠层，其中，所述停止层和所述掩模层共同围绕所述空腔。

【技术特征摘要】
1.一种超声波指纹传感器，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：模板层，所述模板层包括第一开口；位于所述模板层上的停止层，所述停止层共形地覆盖所述模板层，从而形成与所述第一开口对应的空腔；位于所述停止层上的掩模层，所述掩模层包括从表面延伸至所述空腔的至少一个第二开口；以及位于所述掩模层上的压电叠层，其中，所述停止层和所述掩模层共同围绕所述空腔。2.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，还包括：位于所述模板层下方的第一绝缘层。3.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述第一开口穿透所述模板层。4.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，还包括：位于所述掩模层上的密封层，所述密封层封闭所述至少一个第二开口。5.根据权利要求2至4中任一项所述的超声波指纹传感器，还包括位于所述掩模层上的第二绝缘层。6.根据权利要求5所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述第二绝缘层封闭所述至少一个第二开口。7.根据权利要求5所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述压电叠层包括：堆叠的第一电极、压电层和第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极分别接触所述压电层的下表面和上表面。8.根据权利要求7所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述压电层由选自氮化铝、偏聚氟乙烯、偏聚氟乙烯-三氟乙烯、锆钛酸铅压电陶瓷、铌酸锂压电陶瓷中的任意一种组成。9.根据权利要求8所述的超声波指纹传感器，其特征在于，还包括：位于所述第二绝缘层和所述压电层之间的种子层，其中，所述压电层和所述种子层分别为氮化铝。10.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述至少一个第二开口的横向尺寸为0.1微米至0.8微米。11.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述模板层由选自金属、半导体、非晶硅、氧化硅和氮化硅任一种的材料组成。12.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述掩模层和所述停止层分别由耐蚀材料组成。13.根据权利要求12所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：季锋，闻永祥，刘琛，周浩，
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