[实用新型]超声波换能器和超声波指纹传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及指纹传感器，更具体地，涉及超声波换能器和超声波指纹传感器。

背景技术

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。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供超声波换能器和超声波指纹传感器，其中，利用图案化牺牲层形成空腔，以降低制造成本以及提高传感器的性能。

根据本实用新型的一方面，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：形成牺牲层；图案化牺牲层；在所述牺牲层上形成掩模层，所述掩模层覆盖和围绕所述牺牲层；在所述掩模层上形成到达所述牺牲层的开口；经由所述开口进行气相蚀刻，从而去除所述牺牲层形成空腔；以及在所述掩模层上形成压电叠层。

优选地，在形成牺牲层之前，还包括：在所述CMOS电路上形成第一绝缘层。

优选地，在形成牺牲层之前，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开口。

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，形成压电叠层的步骤包括：在所述第二绝缘层上形成压电层；以及形成所述压电层与所述CMOS电路之间的电连接。

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。