[发明专利]超声波指纹传感器及其制造方法

说明书

本申请公开了一种超声波指纹传感器及其制造方法。该方法包括：形成超声波换能器，包括第一衬底、位于所述第一衬底上的机械支撑层、以及位于所述机械支撑层上的压电叠层；形成CMOS电路，包括第二衬底、在所述第二衬底中形成的至少一个晶体管、以及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；将所述超声波换能器和所述CMOS电路彼此连接；以及在所述超声波换能器中形成超声波波导结构，其中，所述机械支撑层为外延多晶层。该方法利用外延多晶生长的机械支撑层减小应力对超声波换能器的性能影响，从而提高频率稳定性和成品率。

技术领域

本发明涉及指纹传感器，更具体地，涉及超声波指纹传感器及其制造方法。

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，在苹果公司的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在半导体衬底上形成的压电叠层和用于处理超声信号的CMOS电路，在CMOS电路和压电叠层之间设置绝缘层以隔开二者。该结构的超声波指纹传感器可以高速读取和鉴定指纹。然而，由于绝缘层在制造过程中产生应力，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。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种超声波指纹传感器，通过在不同的管芯中形成CMOS电路和压电层，以避免由于中间层引入的应力导致性能劣化，在超声波换能器中的机械支撑层上形成压电叠层，以改善性能参数一致性。

根据本发明的一方面，提供一种制造超声波指纹传感器的方法，包括：形成超声波换能器，包括第一衬底、位于所述第一衬底上的机械支撑层、以及位于所述机械支撑层上的压电叠层，所述超声波换能器包括彼此相对的第一表面和第二表面；形成CMOS电路，包括第二衬底、在所述第二衬底中形成的至少一个晶体管、以及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CMOS电路包括彼此相对的第三表面和第四表面；将所述超声波换能器和所述CMOS电路彼此连接，其中，所述超声波换能器的第二表面与所述CMOS电路的第三表面相对；以及在所述超声波换能器的第一表面中形成超声波波导结构，其中，所述机械支撑层为低应力层。