CN110008929A - Cmut单元及其制备方法、cmut面板和显示面板 - Google Patents

Cmut单元及其制备方法、cmut面板和显示面板 Download PDF

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周婷婷
杨添
刘英明
牛亚男
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    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits

Abstract

本申请公开了一种电容式微机械超声换能器CMUT单元及其制备方法、CMUT面板和显示面板。该CMUT单元包括传感器和薄膜晶体管，其中：所述传感器包括由下至上层叠设置的衬底基板、下电极层、振动膜层和上电极层，其中，所述下电极层和所述振动膜层之间存在有空腔，所述上电极层连接至所述薄膜晶体管的源极或漏极，所述下电极层与所述薄膜晶体管的栅极同层设置，所述上电极层与所述薄膜晶体管的源极和漏极同层设置，所述振动膜层与所述薄膜晶体管的绝缘层同层设置。根据本申请实施例的技术方案，可以解决现有的光学指纹识别装置实现复杂且识别精度低的问题。

Description

CMUT单元及其制备方法、CMUT面板和显示面板
技术领域
本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种CMUT(Capacitive micromachinedultrasonic transducer，电容式微机械超声换能器)单元及其制备方法、CMUT面板和显示面板。
背景技术
指纹是人体与生俱来独一无二并可与他人相区别的不变特征，它由指端皮肤表面上的一系列脊和谷组成，这些脊和谷的组成细节通常包括脊的分叉、脊的末端、拱形、帐篷式的拱形、左旋、右旋、螺旋或双旋等细节，决定了指纹图案的唯一性。随着显示技术的飞速发展，具有指纹识别功能的显示面板已经逐渐遍及人们的生活中。
现有的光学指纹识别技术中，一种是利用光学指纹识别传感器生成指纹图像，再进行二值化处理，这种处理方法复杂，并且容易出现误差。另外一种是利用超声波进行指纹识别，比如利用微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)实现指纹识别，这种方法需要硅基通过半导体流程制作，成本高，不适合大面积生产。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种实现简单且识别精度高的方案。
第一方面，本申请实施例提供了一种CMUT单元，包括传感器和薄膜晶体管，其中：
所述传感器包括由下至上层叠设置的衬底基板、下电极层、振动膜层和上电极层，其中，所述下电极层和所述振动膜层之间存在有空腔，所述上电极层连接至所述薄膜晶体管的源极或漏极，所述下电极层与所述薄膜晶体管的栅极同层设置，所述上电极层与所述薄膜晶体管的源极和漏极同层设置，所述振动膜层与所述薄膜晶体管的绝缘层同层设置。
可选的，所述上电极层和所述振动膜层设置有通孔，且所述通孔与所述空腔连通。
可选的，所述通孔的直径范围为1至10um。
可选的，所述振动膜层包括第一振动膜层和第二振动膜层，所述空腔被所述第一振动膜层密封。
可选的，所述CMUT单元呈正方形、圆形和六边形中的任意一种形状。
可选的，所述CMUT单元呈圆形，所述CMUT单元的直径范围为20至300um。
第二方面，本申请实施例还提供了一种CMUT面板，包括阵列排布的多个如上所述的CMUT单元。
第三方面，本申请实施例还提供了一种显示面板，包括阵列排布的多个如上所述的CMUT单元。
第四方面，本申请实施例还提供了一种CMUT单元的制备方法，包括：
在衬底基板上依次形成传感器的下电极层、牺牲层和振动膜层，以及薄膜晶体管的栅极、有源层和保护层；其中，所述下电极层与所述栅极同层设置、所述牺牲层与所述有源层同层设置，所述振动膜层与所述保护层同层设置；
在所述振动膜层上形成至少一个通孔，所述通孔与所述牺牲层连通；
在所述振动膜层上形成未填充所述通孔的上电极层，以及在所述保护层上形成源极和漏极，其中，所述上电极层连接至所述源极或漏极，且所述上电极层与所述源极和所述漏极同层设置；
通过所述通孔，将所述牺牲层去除，使所述牺牲层形成空腔。
第五方面，本申请实施例还提供了一种CMUT单元的制备方法，包括：
在衬底基板上依次形成传感器的下电极层、牺牲层和第一振动膜层以及薄膜晶体管的栅极、有源层和第一保护层，其中，所述下电极层与栅极同层设置、所述牺牲层与所述有源层同层设置，所述传感器的第一振动膜层与所述薄膜晶体管的第一保护层同层设置；
在所述传感器的第一振动膜层上形成至少一个通孔，所述通孔与所述牺牲层连通；
通过所述通孔，将所述牺牲层去除，使所述牺牲层形成空腔；
在所述传感器的第一振动膜层上形成第二振动膜层，所述第二振动膜层填充所述通孔，使所述空腔封闭，以及在所述薄膜晶体管的第一保护层上形成第二保护层，所述第二振动膜层与所述第二保护层同层设置；
在所述第二振动膜层上形成上电极层，以及在所述薄膜晶体管的第二保护层上形成源极和漏极，其中，所述上电极层连接至所述源极或漏极，且所述上电极层与所述源极和所述漏极同层设置。
本申请实施例提供的CMUT单元，包括传感器和薄膜晶体管，传感器包括由下至上层叠设置的衬底基板、下电极层、振动膜层和上电极层，其中，下电极层和振动膜层之间存在有空腔，上电极层连接至薄膜晶体管的源极或漏极，且下电极层与薄膜晶体管的栅极同层设置，振动膜层与薄膜晶体管的绝缘层同层设置，上电极层与薄膜晶体管的源极和漏极同层设置。按照本申请实施例的技术方案，将薄膜晶体管和传感器结合形成了能够进行指纹识别的CMUT单元，实现简单且识别精度高。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请实施例提供的一种CMUT单元的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种CMUT单元的结构示意图；
图3至图7为本发明实施例中提供的一种CMUT单元的制备方法的流程图；
图8至图13为本发明实施例中提供的另一种CMUT单元的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参考图1和图2，为本申请实施例提供的CMUT单元的结构示意图。其中，CMUT单元包括传感器和薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)，其中：
传感器包括由下至上层叠设置的衬底基板10、下电极层11、振动膜层13和上电极层14，其中，下电极层11和振动膜层13之间形成有空腔16。
其中，上电极层14连接TFT的源极或漏极，且下电极层11与薄膜晶体管的栅极同层设置，振动膜层13与TFT的保护层同层设置，上电极层14与TFT的源极或漏极同层设置，空腔16与TFT的有源层同层设置。
可选的，空腔16可以呈封闭状态或者未封闭状态。
如图1中所示，空腔16呈未封闭状态。具体的，上电极层11和振动膜层13设置有通孔15，通孔15与空腔16连通，从而使得空腔16呈未封闭状态。
可选的，通孔15的直径范围可以在1um至10um之间。
如图2所示，空腔16呈封闭状态。具体的，振动膜层13可以包括第一振动膜层131和第二振动膜层132，空腔16可以是被第一振动膜层131密封而呈封闭状态。
上述CMUT单元可以为正方形、圆形和六边形中的任意一种形状。当CMUT呈圆形时，CMUT单元的直径范围可以在20um至300um之间。
本申请实施例提供的CMUT单元，将TFT和传感器结合形成了超声波指纹识别结构，能够进行指纹识别，工艺简单且识别精度高。
参考图3至图7，为本发明实施例中提供的一种CMUT单元的制备方法的流程图。下面结合附图对该示例性的过程描述如下：
如图3所示，提供一衬底基板10，并在该衬底基板10上形成传感器的下电极层11和TFT的栅极，其中，下电极层11和栅极同层设置。
其中，衬底基板10可以采用刚性基板，例如玻璃基板，或柔韧性较好的基板，也可以采用柔性基板，例如塑料基板。
下电极层11和TFT的栅极可以采用下述金属中的一种或多种构成：铜(Cu)，铝(Al)，钼(Mo)，铌(Nb)，钕(Nd)，钛(Ti)，优选Al，厚度可以在0.1um至1um之间。
如图4所示，在下电极层11和栅极上首先形成一层栅极绝缘层，再在栅极绝缘层上形成传感器的牺牲层12和TFT的有源层，其中，牺牲层12和有源层同层设置。
其中，栅极绝缘层(Gate Insulator，GI)可以采用SiNx，厚度可以在0.2um至0.6um之间。
牺牲层12和有源层可以采用非晶硅(amorphous silicon，A-Si)，厚度在0.2um至1um之间。
如图5所示，在CMUT单元的牺牲层12上形成与TFT的保护层同层设置的振动膜层13，并在振动膜层13上形成至少一个通孔15，该通孔15与牺牲层12连通，以及在TFT上形成保护层，其中，振动膜层13与保护层同层设置。
其中，振动膜层13和TFT的保护层(PVX)可以采用SiNx或SiNx/SiOx叠层，厚度在0.2um至1um之间。
如图6所示，在振动膜层13上形成上电极层14，该上电极层14未填充通孔15，以及在TFT的绝缘层上形成源级和漏级，其中，上电极层14连接至源极或漏极，且上电极层14与源极和漏极同层设置。
其中，上电极层14和源极和漏极(SD)可以采用下述金属中的一种或多种构成：Cu，Al，Mo，Nb，Nd，Ti，优选Al，厚度可以在0.1um至1um之间。
如图7所示，通过通孔15可以将牺牲层12去除，使牺牲层12形成空腔16。
具体的，SD和PVX开孔后，用10％d的TMAH溶液浸泡并加热70℃，即可将组成牺牲层12的A-Si去除，刻蚀速率大于500nm/min，经过此刻蚀处理后漏电流(Ioff)会有一定程度增加，不会对TFT的特性产生很大影响。
参考图8至图13，为本发明实施例中提供的另一种CMUT单元的制备方法的流程图。下面结合附图对该示例性的过程描述如下：
如图8所示，提供一衬底基板10，并在该衬底基板10上形成传感器的下电极层11和TFT的栅极，其中，下电极层11和栅极同层设置。
其中，衬底基板10可以采用刚性基板，例如玻璃基板，或柔韧性较好的基板，也可以采用柔性基板，例如塑料基板。
下电极层11和TFT的栅极可以采用下述金属中的一种或多种构成：Cu，Al，Mo，Nb，Nd，Ti，优选Al，厚度可以在0.1um至1um之间。
如图9所示，在下电极层11和栅极上首先形成一层栅极绝缘层，再在栅极绝缘层上形成传感器的牺牲层12和TFT的有源层，其中，牺牲层12和有源层同层设置。
其中，栅极绝缘层(Gate Insulator，GI)可以采用SiNx，厚度可以在0.2um至0.6um之间。
牺牲层12和有源层可以采用非晶硅(amorphous silicon，A-Si)，厚度在0.2um至1um之间。
如图10所示，在CMUT单元的牺牲层12上形成第一振动膜层131，并在第一振动膜层131上形成至少一个通孔15，该通孔15与牺牲层12连通，以及在有源层上形成的第一保护层(PVX1)，其中，牺牲层12和第一保护层同层设置。
如图11所示，通过通孔15将牺牲层12去除，使牺牲层12形成空腔16。
如图12所示，在第一振动膜层131上形成第二振动膜层132，该第二振动膜层132填充通孔15，使牺牲层12形成的空腔16封闭，以及在第一保护层上形成第二保护层(PVX2)，其中，第二振动膜层132与第二保护层同层设置。
其中，第一振动膜层131和第二振动膜层132可以共同组成振动膜层13。
其中，第一振动膜层131和第二振动膜层132可以采用SiNx或SiNx/SiOx叠层，厚度在0.2um至1um之间。
如图13所示，在振动膜层13上形成上电极层14，以及在第二保护层上形成源级和漏级，其中，上电极层14连接至源极或漏极，且上电极层14与源极和漏极同层设置。
其中，上电极层14可以采用下述金属中的一种或多种构成：Cu，Al，Mo，Nb，Nd，Ti，优选Al，厚度可以在0.1um至1um之间。
本申请实施例提供的CMUT单元的制备方法，将TFT和传感器结合形成了超声波指纹识别结构，能够进行指纹识别，工艺简单且识别精度高。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种CMUT面板，包括阵列排列的多个上述CMUT单元。
当CMIUT面板中的CMUT单元为圆形时，任意两个相邻的CMUT单元的间距范围可以在5um至50um之间。
对于该CMUT面板的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不予赘述。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种显示面板，包括阵列排列的多个上述CMUT单元。
对于该显示面板的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不予赘述。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种CMUT单元，其特征在于，所述CMUT单元包括传感器和薄膜晶体管，其中：
所述传感器包括由下至上层叠设置的衬底基板、下电极层、振动膜层和上电极层，其中，所述下电极层和所述振动膜层之间存在有空腔，所述上电极层连接至所述薄膜晶体管的源极或漏极，所述下电极层与所述薄膜晶体管的栅极同层设置，所述上电极层与所述薄膜晶体管的源极和漏极同层设置，所述振动膜层与所述薄膜晶体管的保护层同层设置。
2.根据权利要求1所述的CMUT单元，其特征在于，所述上电极层和所述振动膜层设置有通孔，且所述通孔与所述空腔连通。
3.根据权利要求2所述的CMUT单元，其特征在于，所述通孔的直径范围为1至10um。
4.根据权利要求1所述的CMUT单元，其特征在于，所述振动膜层包括第一振动膜层和第二振动膜层，所述空腔被所述第一振动膜层密封。
5.根据权利要求1-4任一项所述的CMUT单元，其特征在于，所述CMUT单元呈正方形、圆形和六边形中的任意一种形状。
6.根据权利要求1-4任一项所述的CMUT单元，其特征在于，所述CMUT单元呈圆形，所述CMUT单元的直径范围为20至300um。
7.一种CMUT面板，其特征在于，包括阵列排布的多个如权利要求1-6任一项所述的CMUT单元。
8.一种显示面板，其特征在于，包括阵列排布的多个如权利要求1-6任一项所述的CMUT单元。
9.一种CMUT单元的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上依次形成传感器的下电极层、牺牲层和振动膜层，以及薄膜晶体管的栅极、有源层和保护层；其中，所述下电极层与所述栅极同层设置、所述牺牲层与所述有源层同层设置，所述振动膜层与所述保护层同层设置；
在所述振动膜层上形成至少一个通孔，所述通孔与所述牺牲层连通；
在所述振动膜层上形成未填充所述通孔的上电极层，以及在所述保护层上形成源极和漏极，其中，所述上电极层连接至所述源极或漏极，且所述上电极层与所述源极和所述漏极同层设置；
通过所述通孔，将所述牺牲层去除，使所述牺牲层形成空腔。
10.一种CMUT单元的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上依次形成传感器的下电极层、牺牲层和第一振动膜层以及薄膜晶体管的栅极、有源层和第一保护层，其中，所述下电极层与栅极同层设置、所述牺牲层与所述有源层同层设置，所述传感器的第一振动膜层与所述薄膜晶体管的第一保护层同层设置；
在所述传感器的第一振动膜层上形成至少一个通孔，所述通孔与所述牺牲层连通；
通过所述通孔，将所述牺牲层去除，使所述牺牲层形成空腔；
在所述传感器的第一振动膜层上形成第二振动膜层，所述第二振动膜层填充所述通孔，使所述空腔封闭，以及在所述薄膜晶体管的第一保护层上形成第二保护层，所述第二振动膜层与所述第二保护层同层设置；
在所述第二振动膜层上形成上电极层，以及在所述薄膜晶体管的第二保护层上形成源极和漏极，其中，所述上电极层连接至所述源极或漏极，且所述上电极层与所述源极和所述漏极同层设置。
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