CN111403591B - 晶圆级超声波芯片组件及其制造方法 - Google Patents

晶圆级超声波芯片组件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶圆级超声波芯片组件及其制造方法，其中晶圆级超声波芯片组件包含晶圆基板、超声波元件、第一保护层、导电线路、第二保护层、传导材料、特用芯片、导电柱及焊接部。晶圆基板包含贯通晶圆基板的贯通槽。超声波元件曝露于贯通槽。导电线路位于第一保护层上，并连接超声波元件。第二保护层覆盖导电线路，第二保护层具有对应于超声波元件的开口。传导材料接触超声波元件。特用芯片连接晶圆基板，使贯通槽在特用芯片及超声波元件间形成空间。导电柱设置于贯穿特用芯片、晶圆基板及第一保护层的穿孔中，并分别连接导电线路及焊接部。

Description

晶圆级超声波芯片组件及其制造方法
【技术领域】
本发明涉及超声波传递领域，尤其涉及一种晶圆级超声波芯片组件及其制造方法。
【背景技术】
移动电话、个人笔记型计算机或平板等智能型电子装置已经成为了生活中必备的工具，大众已习惯将重要信息或是个人资料储存于智能型电子装置中，为了避免重要信息遭到遗失或是盗用等情况，如今智能型电子装置已广泛地采用于指纹辨识来认证、识别其使用者。
目前虽然已有指纹辨识应用于智能型电子装置，通常是通过超声波元件发送超声波讯号至手指并且接收被指纹的波峰波谷反射回来的超声波讯号的强弱来辨识指纹。然而，超声波元件的超声波讯号可以通过介质而传递至非与手指接触的区域，如此将使得超声波模块所接收的反射超声波讯号不一定是被手指反射，故较不易辨识指纹，指纹辨识的准确度较低。
【发明内容】
为此，本发明提供一种晶圆级超声波芯片组件，晶圆级超声波芯片组件，包含晶圆基板、超声波元件、第一保护层、第一导电线路、第二导电线路、第二保护层、传导材料、特用芯片、导电柱及焊接部。
晶圆基板包含贯通槽。贯通槽贯通晶圆基板的第一表面及第二表面，第一表面及第二表面彼此相对。超声波元件位于晶圆基板的第一表面，且超声波元件具有上表面及下表面，超声波元件的下表面曝露于贯通槽。第一保护层位于晶圆基板的第一表面并围绕超声波元件。第一导电线路及第二导电线路位于第一保护层上，并分别连接至超声波元件的上表面。第二保护层覆盖第一导电线路及第二导电线路，第二保护层具有开口，超声波元件的上表面对应于开口。传导材料位于开口内且接触超声波元件的上表面。特用芯片包含彼此相对的连接面及底面，连接面与晶圆基板的第二表面连接，且贯通槽位于特用芯片的连接面及超声波元件的下表面之间形成一空间。导电柱设置于贯穿特用芯片、晶圆基板、及第一保护层的穿孔中，导电柱与第一导电线路或第二导电线路连接。焊接部位于特用芯片的底面，焊接部连接导电柱。
在一些实施例中，特用芯片的连接面与晶圆基板的第二表面通过阳极处理直接连接。
在一些实施例中，超声波元件包括依序堆栈于晶圆基板上的第一压电层、第一电极、第二压电层及第二电极。第二压电层及第二电极未完全覆盖出第一电极，传导材料接触第二电极，且第一电极与第二电极分别与第一导电线路及第二导电线路连接。
在一些实施例中，超声波元件包括第一超声波单元及第二超声波单元。第一超声波单元包含第一压电层及第一电极。第一压电层位于晶圆基板上，且第一压电层及第一保护层具有连通的第一接触孔。第一电极被包覆于第一压电层内，且第一电极的一部分曝露于第一接触孔，第一导电线路的一部分位于第一接触孔中，与第一电极连接。第二超声波单元于垂直晶圆基板的方向上未与第一超声波单元重叠。第二超声波单元包含第二压电层、第二电路图案层及第二电极。第二压电层位于晶圆基板上，第二压电层与第一压电层为同层且彼此分离。第二电路图案层被包覆于第二压电层内，第二电路图案层与第一电极为同层且彼此分离。第二电极位于第二压电层上，第一保护层还具有第二接触孔，第二接触孔与开口连通。第二导电线路的一部分位于第二接触孔中并与第二电极连接，传导材料的一部分填入第二接触孔中，与第二电极接触。
在一些实施例中，特用芯片还包含复数个连接垫，复数个连接垫设置于特用芯片的连接面。进一步地，在一些实施例中，穿孔贯穿复数个连接垫之一，且导电柱与连接垫连接。
在一些实施例中，传导材料为聚二甲基硅氧烷。
为此，本发明还提供一种晶圆级超声波芯片组件的制造方法。晶圆级超声波芯片组件的制造方法，包括超声波元件形成步骤、第一保护层形成步骤、线路连接步骤、第二保护层形成步骤、开口开设步骤、移除步骤、连接步骤、穿孔步骤、填孔步骤、焊接部形成步骤、以及传导材料填充步骤。
超声波元件形成步骤是形成超声波元件于晶圆基板的第一表面上，其中超声波元件包括第一电极及未与第一电极连接的第二电极。第一保护层形成步骤是形成第一保护层于超声波元件的上表面及晶圆基板的第一表面。第一保护层具有第一接触孔及第二接触孔，第一电极的一部分及第二电极的一部分分别曝露于第一接触孔及第二接触孔。线路连接步骤是形成第一导电线路及第二导电线路，第一导电线路及第二导电线路位于第一保护层上，且部分的第一导电线路及第二导电线路并分别设置于第一接触孔及第二接触孔中，而分别连接至超声波元件的第一电极及第二电极。
第二保护层形成步骤是形成第二保护层以覆盖第一导电线路及第二导电线路。开口开设步骤是在第二保护层上开设出开口，开口中至少曝露出第二电极的一部分。移除步骤是移除晶圆基板的一部分，形成出贯穿晶圆基板的第一表面及第二表面的贯通槽，使超声波元件的一下表面曝露于贯通槽，其中第二表面系第一表面的相对表面。连接步骤是以阳极处理连接特用芯片的连接面及晶圆基板的第二表面，使得贯通槽位于连接面与超声波元件的下表面之间形成一空间。穿孔步骤是形成贯穿特用芯片、晶圆基板、及第一保护层的穿孔。填孔步骤是在穿孔中填入导电材料，而形成导电柱，导电柱与第一导电线路或第二导电线路连接。焊接部形成步骤是在特用芯片的底面对应导电柱的位置形成焊接部，焊接部连接导电柱。传导材料填充步骤于开口填入传导材料，传导材料接触超声波元件的上表面。
在一些实施例中，开口开设步骤后还包含一载板覆盖步骤，载板覆盖步骤是以覆盖载板于第二保护层及开口上，以遮蔽开口。于焊接部形成步骤后还包含载板移除步骤，以移除载板而曝露出开口。
在一些实施例中，超声波元件形成步骤包括于晶圆基板上依序形成第一压电层、第一电极、第二压电层及第二电极。接着去除第一压电层、第一电极、第二压电层及第二电极的一部分，第二压电层及第二电极未覆盖住第一电极的部分上表面。且在开口开设步骤中，开口还贯穿第一保护层。
在另一些实施例中，超声波元件形成步骤包括：于晶圆基板上依序形成第一压电材料层及第一电极材料层；将第一压电材料层及第一电极材料层图案化，以形成彼此分离的第一底压电层及第二底压电层，及分别堆栈于第一底压电层及第二底压电层之上的第一电极及第二电路图案层；于第一电极及第二电路图案层之上依序形成第二压电材料层及第二电极材料层；将第二压电材料层及第二电极材料层图案化，以形成彼此分离的第一压电层及第二压电层，及形成于第二压电层上的第二电极，其中第一电极被包覆于第一压电层内，而第二电路图案层被包覆于第二压电层内。更进一步地，第一保护层形成步骤还包括：形成第一保护材料层于第一压电层、第二压电层及第二电极上；以及在第一保护材料层进行穿孔，形成第一接触孔及第二接触孔，使第一保护材料层转换层第一保护层，第一保护层包含第一接触孔及第二接触孔，第一接触孔贯穿第一保护层及第一压电层，使第一电极的一部分曝露于第一接触孔中，第二接触孔贯穿第一保护层，使第二电极的一部分曝露于第二接触孔。
进一步地，在一些实施例中，特用芯片还包含复数个连接垫，复数个连接垫设置于特用芯片的连接面。更进一步地，在一些实施例中，穿孔步骤中，穿孔贯穿复数个连接垫之一。
在一些实施例中，在第二保护层形成步骤后还包括研磨步骤，在研磨步骤中，由第二表面朝向第一表面的方向研磨晶圆基板的以薄化晶圆基板的厚度。
在一些实施例中，连接步骤还包括对空间进行抽真空。
通过在晶圆级超声波芯片组件上，在超声波元件的上下两面分别接触固态的传导材料及空间，来使得向两个方向的超声波信号传导速度能明显地区隔，更进一步地，将特用芯片连接至晶圆基板，同时电性连接至超声波元件，进而，晶圆级超声波芯片组件的结构更加稳固，同时能使得超声波信号的传送能够更加地精确、可区别，同时在辨别指纹的速度、精准度也能够大幅地提升。
【附图说明】
图1A为晶圆级超声波芯片组件第一实施例的剖面示意图。
图1B为晶圆级超声波芯片组件第二实施例的剖面示意图。
图2A为晶圆级超声波芯片组件第三实施例的剖面示意图。
图2B为晶圆级超声波芯片组件第四实施例的剖面示意图。
图3A至图3O是晶圆级超声波芯片组件第一实施例的制造方法对应于各步骤的剖面示意图。
图3J'至图3O'是晶圆级超声波芯片组件第二实施例的制造方法不同于第一实施例的步骤所对应的剖面示意图。
图4A至图4H是晶圆级超声波芯片组件第三实施例及第四实施例的制造方法不同于第一实施例的步骤所对应的剖面示意图。
附图标记说明：
1       晶圆级超声波芯片组件10     晶圆基板
10a     第一表面            10b    第二表面
20      超声波元件          20a    上表面
20b     下表面              201    第一压电层
203     第一电极            205    第二压电层
207     第二电极            21     第一超声波单元
211     第一底压电层        213    第一电极
215     第一压电层          22     第一压电材料层
23      第二超声波单元      231    第二底压电层
233     第二电路图案层      235    第二压电层
237     第二电极            24     第一电极材料层
26      第二压电材料层      28     第二电极材料层
31      第一保护层          33     第二保护层
35      开口                41     第一导电线路
43      第二导电线路        50     传导材料
60      特用芯片            60a    连接面
60b     底面                65     导电柱
67      焊接部              69     连接垫
H1      贯通槽              H2     空间
V1      第一接触孔          V2     第二接触孔
T1      穿孔                500    载板
【具体实施方式】
图1A为晶圆级超声波芯片组件第一实施例的剖面示意图。如图1A所示，晶圆级超声波芯片组件1包含晶圆基板10、超声波元件20、第一保护层31、第二保护层33、第一导电线路41、第二导电线路43、传导材料50、特用芯片60、导电柱65及焊接部67。
晶圆基板10包含贯通槽H1。贯通槽H1贯通晶圆基板10的第一表面10a及第二表面10b，第一表面10a及第二表面10b彼此相对。在图1A，第一表面10a系指上表面、第二表面10b系指下表面，然而，在制作过程中若有翻转或倒置，上、下的方相位可能会偏转或倒置。另外，晶圆基板10可以为硅晶圆基板，但不限于此，亦可以为蓝宝石基板、砷化镓基板、铝化镓基板等等。
超声波元件20位于晶圆基板10的第一表面10a，且超声波元件20具有上表面20a及下表面20b，超声波元件20的下表面20b曝露于贯通槽H1。第一保护层31位于晶圆基板10的第一表面10a并围绕超声波元件20。第一导电线路41及第二导电线路43位于第一保护层31上，并分别连接至超声波元件20的上表面20a。第二保护层33覆盖第一导电线路41及第二导电线路43，第二保护层33具有开口35，开口35还贯穿第一保护层31及第二保护层33，超声波元件20的上表面20a对应于开口35。在此，第一保护层31、第一导电线路41及第二保护层33与第一保护层31、第二导电线路43及第二保护层33可以为层状堆栈的复合结构。在此，第一保护层31及第二保护层33可以是二氧化硅(SiO2)，但此仅为示例，而非用以限制。
传导材料50位于开口35内且接触超声波元件20的上表面20a。特用芯片60包含彼此相对的连接面60a及底面60b，连接面60a与晶圆基板10的第二表面10b连接，且贯通槽H1于特用芯片60的连接面60a及超声波元件20的下表面20b之间形成空间H2。导电柱65设置于贯穿特用芯片60、晶圆基板10、及第一保护层31的穿孔T1中，导电柱65与第一导电线路41或/及第二导电线路43连接。焊接部67位于特用芯片60的底面60b，焊接部67连接导电柱65。在此，图1A中包含两个导电柱65，分别与第一导电线路41及第二导电线路43连接，但这仅为示例，而非限于此。另外，传导材料50可以是聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、焊接部67可以为锡球，但此仅为示例，而非限于此。
如图1A所示，在第一实施例及第二实施例的晶圆级超声波芯片组件1中，超声波元件20包括依序堆栈于晶圆基板10上的第一压电层201、第一电极203、第二压电层205及第二电极207，第二压电层205及第二电极207未覆盖住第一电极203的部分上表面，也就是，第一压电层201、第一电极203的面积略大于第二压电层205及第二电极207的面积，超声波元件20的上表面20a可以包含第一电极203及第二电极207。传导材料50接触第二电极207，且第一电极203与第二电极207分别与第一导电线路41及第二导电线路43连接。
更详细地，第一压电层201及第二压电层205的材料可以为氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)。第一电极203及第二电极207的材料可以为铝(Al)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)、金(Au)等，但此仅为示例，而非用以限制。
图1B为晶圆级超声波芯片组件第二实施例的剖面示意图。如图1B所示，第二实施例的晶圆级超声波芯片组件1的特用芯片60还包含复数个连接垫69，复数个连接垫69设置于特用芯片60的连接面60a。在第二实施例中，穿孔T1贯穿复数个连接垫69之一，且在形成导电柱65时，导电柱65与连接垫69连接。
图2A为晶圆级超声波芯片组件第三实施例的剖面示意图。如图2A所示，第三实施例的晶圆级超声波芯片组件1与第一实施例的不同之处，在于超声波元件20。第三实施例的超声波元件20包括第一超声波单元21及第二超声波单元23。第一超声波单元21及第二超声波单元23在垂直晶圆基板10的方向上不相互重叠，以水平并排的方式排列。第一超声波单元21包含第一电极213及第一压电层215。第一压电层215位于晶圆基板10上，且第一压电层215及第一保护层31具有连通的第一接触孔V1。第一电极213被包覆于第一压电层215内，且第一电极213的一部分曝露于第一接触孔V1，第一导电线路41的一部分位于第一接触孔V1中，与第一电极213连接。第二超声波单元23包含第二压电层235、第二电路图案层233及第二电极237。第二压电层235位于晶圆基板10上，第二压电层235与第一压电层215为同层且彼此分离。第二电路图案层233被包覆于第二压电层235内，第二电路图案层233与第一电极213为同层且彼此分离。第二电极237位于第二压电层235上，第一保护层31还具有第二接触孔V2，第二接触孔V2与开口35连通。第二导电线路43的一部分位于第二接触孔V2中并与第二电极237连接，传导材料50的一部分填入第二接触孔V2中，与第二电极237接触。进一步地，第一电极213及第二电路图案层233的底部还包含第一底压电层211及第二底压电层231，第一底压电层211及第二底压电层231为同层但相互分离，分别被包覆于第一压电层215及第二压电层235中。
图2B为晶圆级超声波芯片组件第四实施例的剖面示意图。第四实施例与第三实施例的差异在于特用芯片60。特用芯片60还包含复数个连接垫69，复数个连接垫69设置于特用芯片60的连接面60a。穿孔T1贯穿复数个连接垫69之一，且在形成导电柱65时，导电柱65与连接垫69连接。在此，连接垫69还可以做为控制穿孔T1的定位标靶。
在此结构中，超声波元件20可以悬空于特用芯片60的连接面60a及超声波元件20的下表面20b之间的空间H2上，如此，容易对更细微的频率发出振动。如此，超声波元件20朝上表面20a方向传递的超声波信号(第一超声波信号)，会在固体介质(传导材料50、第一保护层31、第二保护层33)传递，而朝向下表面20b传递的超声波信号(第二超声波信号)会大致经由晶圆基板10、特用芯片60及空间H2进行传递。第二超声波信号是经过不同的介质、再经过反射，因此，第二超声波信号与第一超声波信号的速度不相同。因此，可以能辨别出、并且滤除第二超声波信号而仅接收第一超声波信号。能单以第一超声波信号来辨识手指指纹、避免第二超声波信号的干扰，进而提升指纹辨识的准确度。
进一步地，还可将空间H2抽真空，从而，超声波元件20振动所发出的超声波讯号(第二超声波信号)在真空的空间H2中会因没有介质而不易传导。从而更加大第一超声波信号与第二超声波信号传输速度的差异，而使得第二超声波信号的更为降低干扰，进一步指纹辨识的准确度。
另外，在一些实施例中，特用芯片60的连接面60a与晶圆基板10的第二表面10b通过阳极处理直接连接，而不通过胶体方式黏接。如此，能避免形成穿孔T1时胶体的碎屑造成堵塞，同时，也能将特用芯片60及晶圆基板10更稳固的连接。
晶圆级超声波芯片组件1的制造方法，包括超声波元件形成步骤、第一保护层形成步骤、线路连接步骤、第二保护层形成步骤、开口开设步骤、移除步骤、连接步骤、穿孔步骤、填孔步骤、焊接部形成步骤、以及传导材料填充步骤。图3A至图3N是晶圆级超声波芯片组件第一实施例的制造方法对应于各步骤的剖面示意图。
如图3A及图3B所示，超声波元件形成步骤是形成超声波元件20于晶圆基板10的第一表面10a上，其中超声波元件20包括第一电极203及未与第一电极203连接的第二电极207。如图3A所示，晶圆基板10上依序形成第一压电层201、第一电极203、第二压电层205及第二电极207。接着如图3B所示，去除第一压电层201、第一电极203、第二压电层205及第二电极207的一部分，第二压电层205及第二电极207未覆盖住第一电极203的部分上表面。也就是，第一电极203的面积较，第二压电层205及第二电极207大。
接着如图3C所示，第一保护层形成步骤是形成第一保护层31于超声波元件20的上表面20a及晶圆基板10的第一表面10a。第一保护层31具有第一接触孔V1及第二接触孔V2，第一电极203的一部分及第二电极207的一部分分别曝露于第一接触孔V1及第二接触孔V2。在此，第一保护层31可以先利用悬涂、喷涂、或辊涂的方式形成保护材料层，再通过微影蚀刻、或是电浆灰化等方式开出第一接触孔V1及第二接触孔V2来形成第一保护层31。
如图3D图所示，线路连接步骤是成第一导电线路41及第二导电线路43，第一导电线路41及第二导电线路43位于第一保护层31上，且部分的第一导电线路41及第二导电线路43并分别设置于第一接触孔V1及第二接触孔V2中，而分别连接至超声波元件20的第一电极203及第二电极207。第一导电线路41及第二导电线路43可以是先以电镀、蒸镀、溅镀等方式形成一导电材料层于第一保护层31的表面，并填入第一接触孔V1及第二接触孔V2中。接着，再通过微影蚀刻、或是电浆灰化的方式来分离第一导电线路41及第二导电线路43。
接着，如图3E图所示，第二保护层形成步骤是形成第二保护层33以覆盖第一导电线路41及第二导电线路43。进一步地，还可以如图3F所示，在第二保护层形成步骤后还包括研磨步骤，由第二表面10b朝向第一表面10a的方向研磨晶圆基板10以薄化该晶圆基板10的厚度。
如图3G至图3I所示，首先，开口开设步骤，在第一保护层31及第二保护层33上开设出开口35，开口35中至少曝露出第二电极207的一部分。移除步骤如图3I所示，移除晶圆基板10的一部分，形成出贯穿晶圆基板10的第一表面10a及第二表面10b的贯通槽H1，使超声波元件20的下表面20b曝露于贯通槽H1。在一些实施例中，在移除晶圆基板10时承受较大的应力，可以如图3H所示，在开设开口35后，还可包含载板覆盖步骤，是以覆盖载板500于第二保护层33及开口35上，以遮蔽开口35。
如图3J所示，连接步骤是以阳极处理连接特用芯片60的连接面60a及晶圆基板10的第二表面10b，使得贯通槽H1于连接面60a与下表面之间10b形成空间H2。通过阳极处理，能使得特用芯片60与晶圆基板10的连接更加稳固，同时，也能避免后续制程上因胶体污染的问题。进一步地，在阳极处理连接特用芯片60与晶圆基板10时，还可以在真空下进行，对空间H2抽真空，而达到前述降低第二超声波信号的传递速率，而能加以滤除的功效。
如图3K到3M所示，首先进行穿孔步骤，如图3K所示，可以通过传统的硅晶穿孔(Through-Silicon Via，TSV)技术，或是雷射钻孔技术，形成贯穿特用芯片60、晶圆基板10、及第一保护层31的穿孔T1。在此仅为示例，而非限于此。而如图3L所示，填孔步骤是在穿孔T1中填入导电材料，而形成导电柱65。导电柱65与第一导电线路41或第二导电线路43连接。在此，是设置了两个穿孔T1，填入导电材料后分别形成连接第一导电线路41或第二导电线路43的导电柱65。然而，仅为示例，而非限于此。焊接部形成步骤如同图3M所示，是在特用芯片60的底面60b对应导电柱65的位置形成焊接部67，焊接部67连接导电柱65。
在覆盖有载板500的实施例中，在完成焊接部形成步骤后，如图3N所示，还进行载板移除步骤，以移除载板500而曝露出开口35。最后如图3O所示，传导材料填充步骤于开口35填入传导材料50，传导材料50接触超声波元件20的上表面。更详细地，传导材料50接触第二电极207。而完成如第一实施例的晶圆级超声波芯片组件1。
图3J'至图3O'是晶圆级超声波芯片组件第二实施例的制造方法不同于第一实施例的步骤所对应的剖面示意图。第二实施例在图3A至3I的过程大致与第一实施例雷同，在此不再赘述。如图3J'所示，第二实施例的特用芯片60具有复数个连接垫69，复数个连接垫69设置于特用芯片60的连接面60a。而如图3K'所示，在穿孔步骤中，穿孔T1还贯穿复数个连接垫69之一。
在填孔步骤中，如图3L'所示，在填入导电材料时，导电材料能与连接垫69未被贯穿的部分接触，也就是连接垫69与填入导电材料形成的导电柱65连接。如图3L'至图3O'，除了特用芯片60的部分不同外，其制作的步骤大致与图3L至图3O相同，在此不再赘述。
图4A至图4H是晶圆级超声波芯片组件第三实施例及第四实施例的制造方法不同于第一实施例的步骤所对应的剖面示意图。第三实施例与第一实施例不同之处主要在于超声波元件20及其制造步骤，在此，仅针对其不同之处提出，在图4A至图4H所示的这些步骤后，可以应用如图3F至3O的步骤来完成。在此将省略不再叙述。
如图4A所示，第三实施例的超声波元件形成步骤，是先在晶圆基板10上依序形成第一压电材料层22及第一电极材料层24。接着，如图4B所示，将第一压电材料层22及第一电极材料层24图案化，以形成彼此分离的第一底压电层211及第二底压电层231，及分别堆栈于第一底压电层211及第二底压电层231之上的第一电极213及第二电路图案层233。再如图4C所示，在第一电极213及第二电路图案层233之上依序形成第二压电材料层26及第二电极材料层28。最后，如图4D所示，将第二压电材料层26及第二电极材料层28图案化，以形成彼此分离的第一压电层215及第二压电层235，及形成于第二压电层235上的第二电极237。在此，第一电极213被包覆于第一压电层215内，而第二电路图案层233被包覆于第二压电层235内。
如图4E图所示，在第三实施例的制作方法中第一保护层形成步骤，是形成第一保护层31于超声波元件20的上表面20a及晶圆基板10的第一表面10a。第一保护层31具有第一接触孔V1及第二接触孔V2，在此，第一接触孔V1贯穿第一保护层31及第一压电层215，使得第一电极213的一部分曝露于第一接触孔V1。第二接触孔V2贯穿第一保护层31，第二电极217的一部分曝露于第二接触孔V2。在此，第一保护层31可以先利用悬涂、喷涂、或辊涂的方式形成保护材料层，再通过微影蚀刻、或是电浆灰化等方式开出第一接触孔V1及第二接触孔V2来形成第一保护层31。
接着如图4F所示，线路连接步骤是形成第一导电线路41及第二导电线路43，第一导电线路41及第二导电线路43位于第一保护层31上，且部分的第一导电线路41及第二导电线路43分别设置于第一接触孔V1及第二接触孔V2中，使得第一导电线路41及第二导电线路43分别连接至超声波元件20的第一电极213及第二电极237。
接着如图4G所示，第二保护层形成步骤是形成第二保护层33于第一保护层31、第一导电线路41及第二导电线路43之上，以覆盖第一导电线路41及第二导电线路43。再如图4H所示，开口开设步骤是在第二保护层33上开设出开口35，开口35中至少曝露出第二电极237的一部分。接着，可以依据图3I至图3O，来完成第三实施例的晶圆级超声波芯片组件1。或者也可以依据图3I，以及图3J'至图3O'来完成第四实施例的晶圆级超声波芯片组件1。后续的步骤与前述雷同，在此不再赘述。
综上所述，通过在晶圆级超声波芯片组件1上，在超声波元件20的上下两面分别以固态的传导材料50及空间H2，来使得向两个方向的超声波信号传导速度能明显地区隔，更进一步地，将特用芯片60连接至晶圆基板10，同时电性连接至超声波元件20，进而，晶圆级超声波芯片组件1的结构更加稳固，同时能使得超声波信号的传送能够更加地精确、可区别，同时在辨别指纹的速度、精准度也能够大幅地提升。
虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神所作些许的改动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内。

Claims (16)

1.一种晶圆级超声波芯片组件，其特征在于，包括：
一晶圆基板，包含一贯通槽，该贯通槽贯通该晶圆基板的一第一表面及一第二表面，该第一表面及该第二表面彼此相对；
一超声波元件，位于该晶圆基板的该第一表面，且该超声波元件具有一上表面及一下表面，该超声波元件的该下表面曝露于该贯通槽；
一第一保护层，位于该晶圆基板的该第一表面并围绕该超声波元件；
一第一导电线路及一第二导电线路，位于该第一保护层上，并分别连接至该超声波元件的该上表面；
一第二保护层，覆盖该第一导电线路及该第二导电线路，该第二保护层具有一开口，该超声波元件的该上表面对应于该开口；
一传导材料，位于该开口内且接触该超声波元件的该上表面；
一特用芯片，包含彼此相对的一连接面及一底面，该连接面与该晶圆基板的该第二表面连接，且该贯通槽位于该特用芯片的该连接面及该超声波元件的该下表面之间形成一空间；
一导电柱，设置于贯穿该特用芯片、该晶圆基板、及该第一保护层的一穿孔中，该导电柱与该第一导电线路或该第二导电线路连接；以及
一焊接部，位于该特用芯片的底面，该焊接部连接该导电柱。
2.根据权利要求1所述的晶圆级超声波芯片组件，其特征在于，该特用芯片的该连接面与该晶圆基板的该第二表面通过阳极处理直接连接。
3.根据权利要求1所述的晶圆级超声波芯片组件，其特征在于，该超声波元件包括依序堆栈于该晶圆基板上的一第一压电层、一第一电极、一第二压电层及一第二电极，其中该第二压电层及该第二电极未覆盖住该第一电极的部分上表面，该传导材料接触该第二电极，且该第一电极与该第二电极分别与该第一导电线路及该第二导电线路连接。
4.根据权利要求1所述的晶圆级超声波芯片组件，其特征在于，该超声波元件包括一第一超声波单元及一第二超声波单元，其中该第一超声波单元包含一第一压电层及一第一电极，该第一压电层位于该晶圆基板上，且该第一压电层及该第一保护层具有连通的一第一接触孔，该第一电极被包覆于该第一压电层内，且该第一电极的一部分曝露于该第一接触孔，该第一导电线路的一部分位于该第一接触孔中，与该第一电极连接；该第二超声波单元于垂直该晶圆基板的方向上未与该第一超声波单元重叠，且该第二超声波单元包含一第二压电层、一第二电路图案层及一第二电极，该第二压电层位于该晶圆基板上，该第二压电层与该第一压电层为同层且彼此分离，该第二电路图案层被包覆于该第二压电层内，该第二电路图案层与该第一电极为同层且彼此分离，该第二电极位于该第二压电层上，该第一保护层具有一第二接触孔，该第二接触孔与该开口连通，该第二导电线路的一部分位于该第二接触孔中并与该第二电极连接，该传导材料的一部分填入该第二接触孔中，与该第二电极接触。
5.根据权利要求3或4所述的晶圆级超声波芯片组件，其特征在于，该特用芯片还包含复数个连接垫，该复数个连接垫设置于该特用芯片的该连接面。
6.根据权利要求5所述的晶圆级超声波芯片组件，其特征在于，该穿孔贯穿该复数个连接垫之一，且该导电柱与该连接垫连接。
7.根据权利要求1所述的晶圆级超声波芯片组件，其特征在于，该传导材料为聚二甲基硅氧烷。
8.一种晶圆级超声波芯片组件的制造方法，包括：
一超声波元件形成步骤，形成一超声波元件于一晶圆基板的一第一表面上，其中该超声波元件包括一第一电极及未与该第一电极连接的一第二电极；
一第一保护层形成步骤，形成一第一保护层于该超声波元件的一上表面及该晶圆基板的该第一表面，该第一保护层具有一第一接触孔及一第二接触孔，该第一电极的一部分及该第二电极的一部分分别曝露于该第一接触孔及该第二接触孔；
一线路连接步骤，形成一第一导电线路及一第二导电线路，该第一导电线路及该第二导电线路位于该第一保护层上，部分的该第一导电线路及该第二导电线路分别设置于该第一接触孔及该第二接触孔中，而分别连接至该超声波元件的该第一电极及该第二电极；
一第二保护层形成步骤，形成一第二保护层以覆盖该第一导电线路及该第二导电线路；
一开口开设步骤，在该第二保护层上开设出一开口，该开口中至少曝露出该第二电极的一部分；
一移除步骤，移除该晶圆基板的一部分，而形成出贯穿该晶圆基板的该第一表面及一第二表面的一贯通槽，该超声波元件的一下表面曝露于该贯通槽，其中该第二表面系该第一表面的相对表面；
一连接步骤，以阳极处理连接一特用芯片的一连接面及该晶圆基板的该第二表面，使得该贯通槽位于该连接面与该超声波元件的该下表面之间形成一空间；
一穿孔步骤，形成贯穿该特用芯片、该晶圆基板、及该第一保护层的一穿孔；
一填孔步骤，在该穿孔中填入一导电材料，而形成一导电柱，该导电柱与该第一导电线路或该第二导电线路连接；
一焊接部形成步骤，在该特用芯片的一底面对应该导电柱的位置形成一焊接部，该焊接部连接该导电柱；以及
一传导材料填充步骤，于该开口填入一传导材料，该传导材料接触该超声波元件的一上表面。
9.根据权利要求8所述的晶圆级超声波芯片组件的制造方法，其特征在于，在该开口开设步骤后还包含一载板覆盖步骤，该载板覆盖步骤是以覆盖一载板于该第二保护层及该开口上，以遮蔽该开口；且于该焊接部形成步骤后还包含一载板移除步骤，以移除该载板而曝露出该开口。
10.根据权利要求8所述的晶圆级超声波芯片组件的制造方法，其特征在于，该超声波元件形成步骤包括：
于该晶圆基板上依序形成一第一压电层、一第一电极、一第二压电层及一第二电极；以及
去除该第一压电层、该第一电极、该第二压电层及该第二电极的一部分，其中该第二压电层及该第二电极未覆盖住该第一电极的部分上表面，且该开口开设步骤中，该开口还贯穿该第一保护层。
11.根据权利要求8所述的晶圆级超声波芯片组件的制造方法，其特征在于，该超声波元件形成步骤包括：
于该晶圆基板上依序形成一第一压电材料层及一第一电极材料层；
将该第一压电材料层及该第一电极材料层图案化，以形成彼此分离的一第一底压电层及一第二底压电层，及分别堆栈于该第一底压电层及该第二底压电层之上的一第一电极及一第二电路图案层；
于该第一电极及该第二电路图案层之上依序形成一第二压电材料层及一第二电极材料层；以及
将该第二压电材料层及该第二电极材料层图案化，以形成彼此分离的一第一压电层及一第二压电层，及形成于该第二压电层上的一第二电极，其中该第一电极被包覆于该第一压电层内，而该第二电路图案层被包覆于该第二压电层内。
12.根据权利要求11所述的晶圆级超声波芯片组件的制造方法，其特征在于，该第一保护层形成步骤还包括：
形成一第一保护材料层于该第一压电层、该第二压电层及该第二电极上；以及
在该第一保护材料层进行穿孔，形成该第一接触孔及该第二接触孔，使该第一保护材料层转换成该第一保护层，其中该第一保护层包含该第一接触孔及该第二接触孔，该第一接触孔贯穿该第一保护层及该第一压电层，使该第一电极的一部分曝露于该第一接触孔中，该第二接触孔贯穿该第一保护层，使该第二电极的一部分曝露于该第二接触孔。
13.根据权利要求10或11所述的晶圆级超声波芯片组件的制造方法，其特征在于，该特用芯片还包含复数个连接垫，该复数个连接垫设置于该特用芯片的该连接面。
14.根据权利要求13所述的晶圆级超声波芯片组件的制造方法，其特征在于，在该穿孔步骤中，该穿孔贯穿该复数个连接垫之一。
15.根据权利要求8所述的晶圆级超声波芯片组件的制造方法，其特征在于，在该第二保护层形成步骤后还包括一研磨步骤，在该研磨步骤中，由该第二表面朝向该第一表面的方向研磨该晶圆基板以薄化该晶圆基板的厚度。
16.根据权利要求8所述的晶圆级超声波芯片组件的制造方法，其特征在于，该连接步骤还包括，对该空间进行抽真空。
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