[发明专利]集成MEMS-CMOS超声波传感器

说明书

描述了具有集成MEMS‑CMOS实施方式的超声波感测方法。实施例包括超声波传感器阵列，这些超声波传感器阵列中的各个检测器元件的PMUT结构至少部分地集成到CMOS ASIC晶圆中。MEMS加热元件通过在该CMOS晶圆中的这些PMUT结构之下和/或在这些PMUT结构之上(例如，在保护层中)集成来与这些PMUT结构集成。例如，实施例可以避免晶圆键合，并且可以减少PMUT超声波传感器的常规制作所涉及的其他后加工，同时还改善了热响应。

相关申请的交叉引用

本申请要求以下申请的优先权，其全部内容通过应用结合在本申请中：

2021年9月16日提交的优先权号为17/477,498、发明名称为“INTEGRATED MEMS-CMOS ULTRASONIC SENSOR[集成MEMS-CMOS超声波传感器]”的美国专利申请；

2020年10月22日提交优先权号为63/094,920、发明名称为“MEMS-CMOSULTRASONIC SENSOR WITH THERMAL STABILIZATION[具有热稳定性的MEMS-CMOS超声波传感器]”的美国临时专利申请。

技术领域

本披露内容涉及超声波传感器，并且更具体地，涉及将微机电系统(micro-electromechanical system，MEMS)和互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)超声波传感器部件集成为集成MEMS-CMOS超声波传感器元件，例如，以实施用于集成到便携式电子设备中的小型指纹传感器。

背景技术

可以在电子设备或系统中实施各种传感器，以提供某些期望的功能。一些传感器检测比如指纹、虹膜图案等静态类型的用户信息。其他传感器检测比如体温、脉搏等动态类型的用户信息。各种类型的传感器可以用于许多不同的目的。在某些情况下，这种传感器有助于实现用户认证，例如，以保护个人数据和/或防止对用户设备的未授权访问。在其他情况下，这种传感器可以帮助监测用户的身体和/或精神状态的变化，比如用于健康跟踪、生物反馈等。为了支持这些和其他目的，各种类型的传感器可以与比如便携式或移动计算设备(例如，膝上型计算机、平板计算机、智能电话)、游戏系统、数据存储系统、信息管理系统、大规模计算机控制系统和/或其他计算环境等设备和系统通信、或者甚至集成。

作为一组示例，电子设备或系统上的认证可以通过一种或多种形式的生物特征标识符来执行，这些生物特征标识符可以单独地使用，也可以作为常规密码认证方法的补充。生物特征标识符的一种普遍形式是人的指纹图案。可以将指纹传感器内置于电子设备中以读取用户的指纹图案，使得该设备只能由该设备的授权用户通过授权用户的指纹图案的认证来解锁。用于电子设备或系统的传感器的另一个示例是在如腕带设备或手表等可穿戴设备中的生物医学传感器，该生物医学传感器检测用户的生物学性质，例如用户的血液的性质、心跳。通常，可以在电子设备中提供不同的传感器以实现不同的感测操作和功能。这种感测操作和功能可以用作独立的认证方法和/或与比如密码认证等一种或多种其他认证方法结合使用。

不同类型的传感器已经以不同的方式在不同程度上与移动电子设备集成。例如，许多现代智能电话已经集成了加速度计、相机以及甚至指纹传感器。然而，每个这样的传感器集成都涉及对技术、设计和其他约束的仔细考虑和遵守，比如施加在物理空间、功率、发热、成本、外部访问(例如，对于依赖于物理接触或光学访问的传感器)、对界面元素(例如，显示屏、按钮等)的干扰等等上的限制。

发明内容

提供了用于将微机电系统(MEMS)和互补金属氧化物半导体(CMOS)部件集成为集成MEMS-CMOS超声波传感器元件的系统和方法。这种集成MEMS-CMOS传感器元件设计可以通过将MEMS传感器部件中的一些或全部集成到CMOS ASIC晶圆中来避免某些常规的晶圆键合和相关问题。一些实施方式减少或消除了与PMUT检测器元件的形成相关联的后加工。一些实施例进一步包括集成温度稳定性。

附图说明