封闭空腔结构及其制造方法和超声波指纹传感器技术

本申请公开了封闭空腔结构及其制造方法和超声波指纹传感器。该方法包括：在支撑层上形成模板层；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第一牺牲层，所述第一牺牲层填充所述第一开口；在所述停止层上形成至少一个掩模层；在所述至少一个掩模层中形成弯折的释放通道；经由所述释放通道去除所述第一牺牲层以形成空腔；以及在所述至少一个掩模层上形成密封层，以封闭所述释放通道，从而形成封闭空腔。该方法采用弯折的释放通道形成空腔以及阻止密封层进入空腔中，从而提高半导体器件的良率、稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
封闭空腔结构及其制造方法和超声波指纹传感器
本专利技术涉及指纹传感器，更具体地，涉及封闭空腔结构及其制造方法和超声波指纹传感器。
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。超声波换能器包括位于压电叠层下方的空腔结构，用于改善声学性能。该空腔结构例如是封闭的，从而与外界环境隔绝以维持稳定性。然而，在空腔结构的制造过程，可能在空腔中残留不期望的气体。例如，在CMOS电路中存在多种绝缘介质层，这些绝缘介质层存在大量的可释放气体，如Ar、H2等。在空腔上方形成密封层的过程中，密封层也可能进入空腔的内部。在超声波指纹传感器的使用过程中，密封层逐渐释放气体。这些释放的气体将导致封闭空腔的声学性能偏离设计值和出现波动，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。此外，封闭空腔结构还用于诸如表面声波元件、微机电系统(MEMS)器件的半导体器件中，并且存在着类似的问题。期望进一步改进半导体器件中形成空腔结构的工艺以改善其性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供封闭空腔结构及其制造方法和超声波指纹传感器，其中，采用弯折的释放通道形成空腔以及阻止密封层进入空腔中，从而提高半导体器件的良率、稳定性和可靠性。根据本专利技术的一方面，提供一种制造封闭空腔结构的方法，包括：在支撑层上形成模板层；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第一牺牲层，所述第一牺牲层填充所述第一开口；在所述停止层上形成至少一个掩模层；在所述至少一个掩模层中形成弯折的释放通道；经由所述释放通道去除所述第一牺牲层以形成空腔；以及在所述至少一个掩模层上形成密封层，以封闭所述释放通道，从而形成封闭空腔。优选地，形成至少一个掩模层的步骤包括堆叠的第一掩模层和第二掩模层。优选地，形成弯折的释放通道的步骤包括：在所述第一掩模层中形成第二开口；以及在所述第二掩模层中形成第三开口，其中，所述第二开口与所述第三开口彼此横向偏离且连通。优选地，在形成所述第二开口和所述第三开口的步骤之间，还包括：形成第二牺牲层，所述第二牺牲层包括填充所述第二开口的第一部分以及在所述第一掩模层表面横向延伸的第二部分，其中，所述第二掩模层覆盖所述第二牺牲层，所述第三开口到达所述第二牺牲层。优选地，在形成所述第三开口的步骤之后，还包括：经由所述第三开口去除所述第二牺牲层，以形成横向通道，其中，所述释放通道包括所述第二开口、所述第三开口以及将二者连通的横向通道。优选地，所述第二开口和所述第三开口的形状分别为选自圆形、椭圆形、方形、菱形、环形中的任意一种。优选地，所述第二开口和所述横向通道分别为中心圆孔，所述第三开口为围绕所述中心圆孔的多个周边圆孔。优选地，所述第三开口和所述横向通道分别为中心圆孔，所述第二开口为围绕所述中心圆孔的多个周边圆孔。优选地，所述第二开口和所述第三开口的直径小于所述横向通道的直径。优选地，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层分别由氧化硅组成。优选地，所述阻止层、所述第一掩模层和所述第二掩模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。优选地，所述支撑层包括选自半导体衬底、绝缘层、金属层和芯片中的任意一种。根据本专利技术的另一方面，提供一种封闭空腔结构，包括：位于支撑层上的模板层，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至少一个掩模层；位于所述至少一个掩模层中的弯折的释放通道；以及位于所述至少一个掩模层上的密封层，其中，所述停止层和所述至少一个掩模层共同围绕所述空腔，所述密封层封闭所述释放通道，从而形成封闭空腔。优选地，所述至少一个掩模层包括堆叠的第一掩模层和第二掩模层。优选地，所述释放通道包括：位于所述第一掩模层中的第二开口；以及位于所述第二掩模层中的第三开口，其中，所述第二开口与所述第三开口彼此横向偏离且连通。优选地，所述释放通道还包括横向通道，将所述第二开口和所述第三开口彼此连通。优选地，所述第二开口和所述第三开口的形状分别为选自圆形、椭圆形、方形、菱形、环形中的任意一种。优选地，所述第二开口和所述横向通道分别为中心圆孔，所述第三开口为围绕所述中心圆孔的多个周边圆孔。优选地，所述第三开口和所述横向通道分别为中心圆孔，所述第二开口为围绕所述中心圆孔的多个周边圆孔。优选地，所述第二开口和所述第三开口的直径小于所述横向通道的直径。优选地，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层分别由氧化硅组成。优选地，所述阻止层、所述第一掩模层和所述第二掩模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。优选地，所述支撑层包括选自半导体衬底、绝缘层、金属层和芯片中的任意一种。根据本专利技术的再一方面，提供一种超声波指纹传感器，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造封闭空腔结构的方法，包括：在支撑层上形成模板层；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第一牺牲层，所述第一牺牲层填充所述第一开口；在所述停止层上形成至少一个掩模层；在所述至少一个掩模层中形成弯折的释放通道；经由所述释放通道去除所述第一牺牲层以形成空腔；以及在所述至少一个掩模层上形成密封层，以封闭所述释放通道，从而形成封闭空腔。

【技术特征摘要】
1.一种制造封闭空腔结构的方法，包括：在支撑层上形成模板层；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第一牺牲层，所述第一牺牲层填充所述第一开口；在所述停止层上形成至少一个掩模层；在所述至少一个掩模层中形成弯折的释放通道；经由所述释放通道去除所述第一牺牲层以形成空腔；以及在所述至少一个掩模层上形成密封层，以封闭所述释放通道，从而形成封闭空腔。2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成至少一个掩模层的步骤包括堆叠的第一掩模层和第二掩模层。3.根据权利要求2所述的方法，其中，形成弯折的释放通道的步骤包括：在所述第一掩模层中形成第二开口；以及在所述第二掩模层中形成第三开口，其中，所述第二开口与所述第三开口彼此横向偏离且连通。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在形成所述第二开口和所述第三开口的步骤之间，还包括：形成第二牺牲层，所述第二牺牲层包括填充所述第二开口的第一部分以及在所述第一掩模层表面横向延伸的第二部分，其中，所述第二掩模层覆盖所述第二牺牲层，所述第三开口到达所述第二牺牲层。5.根据权利要求4所述的方法，其中，在形成所述第三开口的步骤之后，还包括：经由所述第三开口去除所述第二牺牲层，以形成横向通道，其中，所述释放通道包括所述第二开口、所述第三开口以及将二者连通的横向通道。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二开口和所述第三开口的形状分别为选自圆形、椭圆形、方形、菱形、环形中的任意一种。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二开口和所述横向通道分别为中心圆孔，所述第三开口为围绕所述中心圆孔的多个周边圆孔。8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第三开口和所述横向通道分别为中心圆孔，所述第二开口为围绕所述中心圆孔的多个周边圆孔。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述第二开口和所述第三开口的直径小于所述横向通道的直径。10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层分别由氧化硅组成。11.根据权利要求5所述的方法，其中，所述阻止层、所述第一掩模层和所述第二掩模层分别由耐蚀材料组成。12.根据权利要求11所述的方法，其中，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。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述支撑层包括选自半导体衬底、绝缘层、金属层和芯片中的任意一种。14.一种封闭空腔结构，包括：位于支撑层上的模板层，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至少一个掩模层；位于所述至少一个掩模层中的弯折的释放通道；以及位于所述至少一个掩模层上的密封层，其中，所述停止层和所述至少一个掩模层共同围绕所述空腔，所述密封层封闭所述释放通道，从而形成封闭空腔。15.根据权利要求14所述的封闭空腔结构，其中，所述至少一个掩模层包括堆叠的第一掩模层和第二掩模层。16.根据权利要求15所述的封闭空腔结构，其中，所述释放通道包括：位于所述第一掩模层中的第二开口；以及位于所述第二掩模层中的第三开口，其中，所述第二开口与所述第三开口彼此横向偏离且连通。17.根据权利要求16所述的封闭空腔结构，其中，所述释放通道还包括横向通道，将所述第二开口和所述第三开口彼此连通。18.根据权利要求17所述的封闭空腔结构，其中，所述第二开口和所述第三开口的形状分别为选自圆形、椭圆形、方形、菱形、环形中的任意一种。19.根据权利要求18所述的封闭空腔结构，其中，所述第二开口和所述横向通道分别为中心圆孔，所述第三开口为围绕所述中心圆孔的多...

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