CN112580534A - 超声波指纹感测芯片及电子设备、制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波指纹感测芯片及具有指纹识别功能的电子设备以及制作方法。所述制作方法中，在第一基底上形成指纹感测单元的激励结构，并在该激励结构上或者另一基底上形成相应的空腔，然后将两个基底扣合，形成指纹感测单元的密闭空腔，在移除第一基底后，再形成电连接结构将激励结构中的第一电极和第二电极引至表面。所形成的超声波指纹感测芯片包括多个利用该方法得到的指纹感测单元来进行指纹识别，各个指纹感测单元结构紧凑，有助于提高指纹感测单元的设计密度以及指纹识别性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种超声波指纹感测芯片及制作方法和和一种具有指纹识别功能的电子设备。
背景技术
目前，指纹识别技术已经成为生物识别领域的热点之一，并广泛应用于消费电子、门禁系统、信息采集等各种涉及用户信息验证的应用中。以应用于移动终端的指纹识别技术为例，目前占据主流的是电容式指纹识别技术，然而，随着业界对于手机全面屏的需求，指纹识别要求能够穿透1mm厚以上的介质层(如玻璃、金属、塑料或者显示屏和玻璃)。这一要求对于电容式指纹识别技术来说是一个难题，可选的方案是在识别区域下方的玻璃屏幕挖孔，但如此一方面会破坏屏幕的完整性，另外也容易导致显示屏生产良率的降低和成本的增加。
从原理上看，光学指纹识别技术和超声波指纹识别技术均具有更强的介质层穿透能力，能够穿透大于1mm的玻璃介质，可以最大限度的保证显示屏的完整性。但是，光学指纹识别技术主要采集的是手指的表皮纹路，防伪性较差，而且，光学指纹识别技术和电容式指纹识别技术对于湿手指的识别效果都很差。比较而言，超声波指纹识别技术除了能够采集手指的表皮纹路之外，还能采集真皮纹路，具有更高的安全性，并且，超声波指纹识别技术可以根据水和皮肤声阻抗的差别，较好地识别湿手指。因而，超声波指纹识别技术现已成为指纹识别的重要发展方向之一。
应用超声波指纹识别技术的指纹识别装置采用了压电换能的原理，通常在指纹识别范围内会设置多个压电换能单元，每个压电换能单元均具有空腔，空腔顶部被激励层覆盖，由激励层发出的特定频率的超声波遇到手指的谷或脊之后，激励超声波和反射回来的超声波都可以穿透大于1mm的玻璃或金属等材质。反射回来的超声波通过激励层可形成对应的电信号，电学信号经过处理后传输给控制器，经过进一步处理后形成指纹图像。
为了提高指纹识别质量，压电换能单元的空腔应设置得较大，同时，为了提高指纹识别的敏感度，在指纹识别范围优选设置较多的压电换能单元，也就是说，相邻空腔之间的范围应设置得较小。这对指纹识别装置的设计及制作提出了较高的要求。
发明内容
为了优化超声波指纹感测芯片的结构，提高指纹识别质量，本发明提供了一种超声波指纹感测芯片的制作方法。另外提供了一种超声波指纹感测芯片以及一种具有指纹识别功能的电子设备。
一方面，本发明提供一种超声波指纹感测芯片的制作方法，所述超声波指纹感测芯片包括基底和设置于所述基底上的若干指纹感测单元，所述指纹感测单元包括激励结构和设置于所述基底和所述激励结构之间的密闭空腔；所述制作方法包括：
步骤S1：利用第一基底，在所述第一基底上形成若干所述指纹感测单元的激励结构，所述激励结构包括在所述第一基底上依次形成的弹性层、第一电极、压电层和第二电极；
步骤S2：在所述激励结构或者所述基底上形成空腔介质层，并在所述空腔介质层内形成与所述指纹感测单元一一对应的空腔；
步骤S3：将所述第一基底形成有所述激励结构的一面与所述基底扣合，形成所述指纹感测单元的密闭空腔；
步骤S4：移除所述第一基底；
步骤S5：形成所述指纹感测单元的电连接结构，所述电连接结构分别将所述激励结构中的第一电极和第二电极引出至所述指纹感测单元表面。
可选的，步骤S2中，在所述激励结构上形成所述空腔介质层之前，先形成位于空腔区域的支撑层，所述空腔介质层覆盖所述支撑层。
可选的，步骤S2包括：
在所述空腔介质层内形成空腔，并露出所述支撑层；以及去除所述支撑层。
可选的，步骤S2中，在所述激励结构或者所述基底上形成所述空腔介质层之前，在所述激励结构上形成空腔限定层，所述空腔限定层限定所述空腔的范围。
可选的，所述基底上形成有CMOS控制电路，所述CMOS控制电路具有与各个所述指纹感测单元一一对应的第一接触垫和第二接触垫；所述电连接结构分别将所述激励结构中的第一电极和第二电极与所述第一接触垫和所述第二接触垫电性连通。
一方面，本发明提供一种超声波指纹感测芯片，所述超声波指纹感测芯片包括基底和设置于所述基底上的若干指纹感测单元，所述指纹感测单元包括：
空腔介质层，设置于所述基底上，所述空腔介质层内形成有与所述指纹感测单元一一对应的空腔；
激励结构，设置于所述空腔介质层上，所述激励结构覆盖所述空腔而形成密闭空腔，所述激励结构包括在所述密闭空腔上依次设置的第二电极、压电层、第一电极和弹性层；
电连接结构，所述电连接结构分别将所述激励结构中的第一电极和第二电极引出至所述指纹感测单元表面。
一方面，本发明提供一种超声波指纹感测芯片，所述超声波指纹感测芯片包括CMOS控制电路和设置于所述CMOS控制电路上的指纹感测单元，所述CMOS控制电路包括阵列排布的多个第一接触垫和多个第二接触垫，所述指纹感测单元包括：
空腔介质层，设置于所述CMOS控制电路上，所述空腔介质层内形成有与所述指纹感测单元一一对应的空腔；
激励结构，设置于所述空腔介质层上，所述激励结构密封所述空腔而形成密闭空腔，所述激励结构包括在所述密闭空腔上依次设置的第二电极、压电层、第一电极和弹性层；
电连接结构，所述电连接结构将所述激励结构中的第一电极和所述CMOS控制电路中与所述第一电极对应的第一接触垫电性连通，且将所述激励结构中的第二电极和所述CMOS控制电路中与所述第二电极对应的第二接触垫电性连通；
其中，所述CMOS控制电路通过所述第一接触垫和第二接触垫为对应的所述指纹感测单元提供用于激励和/或接收的电力控制。
可选的，所述指纹感测单元还包括空腔限定层，所述空腔限定层嵌于所述密闭空腔侧面的空腔介质层中并朝向所述密闭空腔。
一方面，本发明提供一种具有指纹识别功能的电子设备，其特征在于，所述电子设备具有超声波指纹感测区，所述超声波指纹感测区设置有上述的超声波指纹感测芯片。
利用本发明提供的超声波指纹感测芯片的制作方法，在第一基底上形成指纹感测单元的激励结构，并在该激励结构上或者另一基底(最终芯片保留的基底)上形成相应的空腔，然后将两个基底扣合，形成所述指纹感测单元的密闭空腔，在移除第一基底后，再形成电连接结构将激励结构中的第一电极和第二电极引出至表面。所形成的超声波指纹感测芯片包括多个利用该方法得到的指纹感测单元来进行指纹识别，各个指纹感测单元结构紧凑，有助于提高指纹感测单元的设计密度以及指纹识别性能。本发明提供的超声波指纹感测芯片以及具有指纹识别功能的电子设备具有类似的优点。
附图说明
图1是本发明一实施例超声波指纹感测芯片的制作方法的流程示意图。
图2A至图2N是本发明实施例一的超声波指纹感测芯片的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。
图3A至图3D是本发明实施例二的超声波指纹感测芯片的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。
图4A至图4E是本发明实施例三的超声波指纹感测芯片的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。
图5A至图5C是本发明实施例四的超声波指纹感测芯片的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。
图6A至图6H是本发明实施例五的超声波指纹感测芯片的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。
图7是本发明一实施例的超声波指纹感测芯片的平面示意图。
附图标记说明：
100-第一基底；110-弹性层；120-第一电极；121-第一电极主体；122-第一电极支肋；130-压电层；140-第二电极；141-第二电极主体；142-第二电极支肋；10-激励结构；101-种子层；102-第一电极材料层；103-第二电极材料层；104-第一保护层；105-空腔介质层；106-支撑层；107-空腔限定层；
200-第二基底；210-第一接触垫；220-第二接触垫；230-第三接触垫；201-第二保护层；31-第一连接电极；32-第二连接电极；33-第三连接电极；202-第三保护层；
210a、220a-第一刻蚀孔；210b、220b-第二刻蚀孔；210c-第一连通孔；220c-第二连通孔；230c-第三连通孔；105a-空腔；103a-第一镂空孔；103b-第二镂空孔；20-密闭空腔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的超声波指纹感测芯片及其制作方法、电子设备作进一步详细说明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。应当理解，说明书的附图均采用了非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为了清楚起见，在用于辅助说明本发明实施例的全部附图中，对相同部件原则上标记相同的标号，而省略对其重复的说明。为了显示清楚，一些附图中对已在其它附图中进行过标记的结构没有重复作标记说明。在文中所述方法包括一系列步骤的情况下，本文所呈现的这些步骤的顺序并非是可执行这些步骤的必须的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其它步骤可被添加到该方法。
在制作应用超声波指纹识别技术的超声波指纹感测芯片时，需要制作MEMS空腔以及位于MEMS空腔上的激励结构，利用压电材料的逆压电效应，在激励结构中位于压电薄膜上下两面的底电极和顶电极上施加一定频率的电压，压电薄膜会振动而产生超声波。超声波向介质中传播，遇到要识别的手指，因为手指谷和脊的声阻抗存在区别，使得反射回来的声波信号的幅值、相位和频率中的至少一个产生区别，表现在反射回来的声波信号传到压电薄膜表面会引起不同振动特点的振动，相应地即可以采集到不同的电信号，通过对电信号进行分析可以实现指纹信息的采集。
图1是本发明一实施例超声波指纹感测芯片的制作方法的流程示意图。参见图1，一实施例中，要制作的超声波指纹感测芯片包括基底和设置于所述基底上的若干指纹感测单元，所述指纹感测单元包括激励结构和设置于所述基底和所述激励结构之间的密闭空腔。所述基底在下文及附图中利用第二基底200表示。
所述超声波指纹感测芯片的制作方法包括以下步骤：
步骤S1，利用第一基底，在所述第一基底上形成若干所述指纹感测单元的激励结构，所述激励结构包括在所述第一基底上依次形成的弹性层、第一电极、压电层和第二电极；
步骤S2，在所述激励结构或者所述基底上形成空腔介质层，并在所述空腔介质层内形成与所述指纹感测单元一一对应的空腔；
步骤S3，将所述第一基底形成有所述激励结构的一面与所述基底扣合，形成所述指纹感测单元的密闭空腔；
步骤S4，移除所述第一基底；
步骤S5，形成所述指纹感测单元的电连接结构，所述电连接结构分别将所述激励结构中的第一电极和第二电极引出至所述指纹感测单元表面。
上述制作方法中，利用第一基底制作指纹感测单元的激励结构，并利用空腔介质层在所述激励结构或者最后设置指纹感测单元的基底上形成空腔，然后将所述第一基底形成有所述激励结构的一面与所述基底扣合，形成所述指纹感测单元的密闭空腔，在移除第一基底后，再制作电连接结构，将激励结构中的第一电极和第二电极引出至所述指纹感测单元表面，从而便于对所述指纹感测单元提供激励或者接收指纹感测信号，实现指纹识别的目的。利用此制作方法所形成的超声波指纹感测芯片，避免了直接在CMOS控制电路上直接形成各个指纹感测单元时，对CMOS控制电路造成比较大应力影响的问题；同时可以避免在制作空腔时，如果利用牺牲层材料填充空腔，后续再制作释放孔以释放牺牲层材料而形成指纹感测单元空腔，易出现最终形成的若干指纹感测单元空腔内残留牺牲层材料，导致超声波指纹感测芯片的性能或者良率受到影响的问题。
以下结合附图和多个具体的实施例对本发明的超声波指纹感测芯片及其制作方法、电子设备作进一步详细说明。应当理解，各个实施例仅是制造和应用实施例的示例性的具体实施方式，并不构成在制造和应用本发明时的范围限制。并且，对多个实施例分别进行描述仅是为了更清晰地阐释本发明的内涵，但每个实施例中的技术特征并不属于该实施例所独有的特征，在不冲突的情况下，各个实施例的全部特征也可以作为一个总的实施例的特征。在某些实施方式下，下述多个实施例中的技术特征也可以相互关联、启发，以构成新的实施例。
实施例一
图2A至图2N是本发明实施例一的超声波指纹感测芯片的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。以下参照图1和图2A至图2N，对本发明实施例一的超声波指纹感测芯片的制作方法进行说明。
参见图2D，本实施例的超声波指纹感测芯片的制作方法包括步骤S1，提供第一基底100，在所述第一基底100上形成若干指纹感测单元的激励结构10，所述激励结构10包括在所述第一基底100上依次形成的弹性层110、第一电极120、压电层130和第二电极140。
第一基底100的材料可以是本领域技术人员熟知的任意合适的底材，例如可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III、V族化合物半导体，并且还可包括这些半导体材料构成的多层结构等，第一基底100可以为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等材质的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。本实施例中所述第一基底100例如为单晶硅片。
所述第一基底100表面可设置有超声波指纹感测区，用来设置复数个指纹感测单元(或指纹识别像素)，所述超声波指纹感测区的大小和形状可以根据要制作的超声波指纹感测芯片的设计确定(图2A至图2G仅示出了第一基底100的一部分)。本实施例中，在所述超声波指纹感测区的范围内要设置阵列分布的多个指纹感测单元，因而所述超声波指纹感测区包括阵列分布的多个用来设置指纹感测单元的单元区，作为示例，所述超声波指纹感测区包括80行80列排布的共6400个单元区，或者，所述超声波指纹感测区包括100行100列排布的共10000个单元区。每个单元区均包括空腔区域以及位于空腔区域之外的隔离区。每个单元区的大小约60μm×60μm。
需要说明的是，虽然下文以超声波指纹感测区对超声波指纹感测芯片的形成作重点说明，但是，在第一基底100的超声波指纹感测区以外的区域，可以依照超声波指纹感测芯片的外围区域的设计制作相应的结构，以下所描述的制作工艺中，超声波指纹感测区和外围区域的工艺可以同时进行，并且，下述的一些材料层可以连续覆盖在超声波指纹感测区和外围区域。
以下对步骤S1中形成所述指纹感测单元的激励结构的方法作具体的说明。
首先，参见图2A，在所述第一基底的上表面依次叠加形成弹性层110和第一电极材料层102。所述弹性层110在超声波的传递过程中具有应力调节作用，所述弹性层110可以包括硅、二氧化硅和氮化硅等，本实施例中弹性层110例如为厚度约500nm～10μm之间的一层二氧化硅，更具体地，弹性层110约为1.5μm～4μm。可选的，在沉积第一电极材料层之前，可以先在弹性层110上沉积一层种子层101，所述种子层101用以提高后续形成于其上方的压电层的附着力。本实施例中，所述种子层101与后续上方的压电层均为氮化铝(AlN)。在另一实施例中，所述种子层和所述压电层也可以采用其它材料。
第一电极材料层102沉积在种子层101上，其材料可以包括铂(Pt)，金(Au)，钼(Mo)，钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)、钛(Ti)、银(Ag)、锇(Os)、铼(Re)、钯(Pd)、锡(Sn)等金属或它们的合金，本实施例第一电极材料层102例如为钼。所述第一电极材料层102的厚度约50nm～1μm，更具体地，约100nm～300nm。所述第一电极材料层102用来形成激励结构的一个电极。
参见图2B，接着，刻蚀所述第一电极材料层102而形成第一电极120，所述第一电极120包括位于要制作的空腔范围(图2B中记为CA)内的第一电极主体121和从所述空腔范围内延伸至所述空腔范围外的第一电极支肋122。所述第一电极主体121后续悬空设置在指纹感测单元中的空腔上随压电层的振动而振动，所述第一电极支肋122与第一电极主体121电连接，可以通过第一电极支肋122传输电信号。在刻蚀所述第一电极材料层102时，下方的种子层101也被刻蚀，从而弹性层110的部分区域被露了出来。
参见图2C，然后，在所述第一电极材料层102上依次叠加形成压电层130和第二电极材料层103。所述压电层130覆盖上述第一电极120以及弹性层110(直接覆盖图形化后的第一电极材料层102露出的弹性层部分，并间接覆盖第一电极120下方的弹性层部分)。所述压电层130可以包括氮化铝(AlN)、掺杂钪的氮化铝(ScxAl1-xN，0<x<1)、石英、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)及掺杂PZT(如PLZT、PNZT、PMN-PT)、氧化铌锂(LiNbO3)、氧化钽锂(LiTaO3)、KNN和聚偏氟乙烯(PVDF)等具有压电性质的材料中的至少一种。所述第二电极材料层103的材料可包括铂(Pt)，金(Au)，钼(Mo)，钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)、钛(Ti)、银(Ag)、锇(Os)、铼(Re)、钯(Pd)、锡(Sn)等金属或它们的合金，本实施例例如为钼。所述第二电极材料层103用来形成激励结构的另一个电极，其厚度约50nm～1μm，更具体地，约100nm～300nm。
可选的，在沉积第二电极材料层103后，对其进行图形化之前，可以在第二电极材料层103上沉积一层保护材料，记为第一保护层104，用来保护第二电极材料层103以及激励结构整体。所述第一保护层104的材料可包括氮化铝、非掺杂的硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或者组合，第一保护层104的厚度约在10nm～1μm之间，更具体地，约为50nm～300nm。
参见图2D，接着，刻蚀所述第二电极材料层103而形成第二电极140，所述第二电极140包括位于所述空腔范围(图2D中用CA表示)内的第二电极主体141和从所述空腔范围内延伸至所述空腔范围外的第二电极支肋142。本实施例中，可以利用相同的掩膜图案先刻蚀第一保护层104，再向下刻蚀所述第二电极材料层103，形成所述第二电极140。其中，位于所述空腔范围的第二电极主体141后续悬空设置在指纹感测单元中的空腔上随压电层130的振动而振动，所述第二电极支肋142与第二电极主体141电连接，可以通过第二电极支肋142传输电信号。
经过上述步骤，在第一基底100上形成了若干指纹感测单元的激励结构10。所述激励结构10在超声波指纹感测芯片中用来发出超声波并检测经手指反射后的超声波而形成电信号。所述激励结构10包括在所述第一基底100上依次形成的弹性层110、第一电极120、压电层130和第二电极140。所述弹性层110覆盖所述第一基底100的上表面，所述第一电极120位于所述弹性层110上且露出所述弹性层110，所述压电层130覆盖所述第一电极120以及所述弹性层110，所述第二电极140位于所述压电层130上且露出所述压电层130。本实施例中，对于超声波指纹感测区的每个用来设置指纹感测单元的单元区，均可以形成至少一个所述激励结构10，所述激励结构10的具体数量及位置与同一单元区要形成的空腔的数量和位置对应。
上述第一电极120和第二电极140的大小可以根据指纹感测单元内激励结构的设计确定。本实施例中，第一电极主体121和第二电极主体141在空腔范围彼此交叠，且第一电极支肋122和第二电极支肋142的延伸方向成一角度。图7中的小图示意了本发明一实施例中的激励结构的平面形状。参见图7，一实施例中，第一电极主体121和第二电极主体141位于空腔范围内，均设计为圆形(空腔范围也是圆形)，第一电极支肋122和第二电极支肋142沿不同方向从空腔范围内延伸至空腔范围外。本发明不限于此，一实施例中，在超声波指纹感测区，对应各个单元区设置的空腔的形状(平行于第一基底上表面的截面)可以是圆形、椭圆形、多边形或者弧形和直线围成的封闭形状。设置于空腔范围内的第一电极主体和第二电极主体的尺寸小于空腔的尺寸，且第一电极主体和第二电极主体的形状可以与空腔的形状相同或者不同。一实施例中，对于方形的单元区，其内部的空腔可以为圆形，此时，第一电极支肋122和第二电极支肋142可以分别朝向单元区的两个角落延伸，以获得较大的电连接结构的加工面积。
进一步的，本实施例中，要制作的超声波指纹感测芯片中，设置若干指纹感测单元的基底上形成有CMOS控制电路，所述CMOS控制电路具有与各个所述指纹感测单元一一对应的一组接触垫，其中，第一电极120后续通过第一电极支肋122与所述基底上对应的一个接触垫电连接，第二电极140后续通过第二电极支肋142与所述基底上的另一个接触垫电连接，这两个接触垫用来为对应的所述指纹感测单元提供激励和/或接收电力控制。因而，第一电极支肋122可以设计为从所述第一电极主体121延伸至后续与所述第一接触垫对应的区域，所述第二电极支肋142可以设计为从所述第二电极主体141延伸至后续与所述第二接触垫对应的区域。
在形成上述激励结构10后，接着执行超声波指纹感测芯片的制作方法的步骤S2。参见图2E和图2F，步骤S2中，本实施例中，在位于第一基底100上的所述激励结构10上形成空腔介质层105，并在所述空腔介质层105内形成与指纹感测单元一一对应的空腔105a。
具体的，所述空腔介质层105覆盖在所述第二电极140和所述压电层130上。在形成所述空腔105a时，对应于空腔的范围刻蚀所述空腔介质层105，形成沿厚度方向贯穿其中的开口，所述开口即作为与指纹感测单元一一对应的空腔105a。
所述空腔介质层105的材料可以包括非掺杂的硅、二氧化硅、氮化硅等无机材料，也可以包括聚酰亚胺、环氧树脂、聚氨酯、乙烯酯、酚醛树脂、亚克力树脂等有机材料。所述空腔介质层105的上表面用来与后续设置指纹感测单元的基底扣合，因此优选是平坦的。此外，可以根据空腔介质层105的材质选择适合的刻蚀工艺来形成贯穿其中的开口，并且，可以通过调节工艺参数，获得满足设计要求的空腔形状。优选方案中，在所述空腔介质层105中所形成的开口的纵截面为如图2F所示的梯形，即所述空腔介质层105在该开口内的侧表面与第一基底100上表面的夹角小于90°，其技术效果在于，在将第一基底100倒扣到另一基底上并将空腔105a封闭时，空腔105a转变为倒梯形，耐压性更好。
在第一基底100上形成激励结构10及空腔105a后，接着执行超声波指纹感测芯片的制作方法的步骤S3。参见图2G，步骤S3中，将所述第一基底100形成有所述激励结构10的一面与后续设置指纹感测单元的基底扣合形成指纹感测单元的密闭空腔20。简便起见，将后续芯片中设置指纹感测单元的基底称为第二基底200。
具体的，参见图2G，第二基底200用来与第一基底100键合，第二基底200具有与第一基底100上的超声波指纹感测区匹配的超声波指纹感测区，并且，可选的，第二基底200在其上的超声波指纹感测区形成有与第一基底100上的单元区设计匹配的CMOS控制电路，将CMOS控制电路与上述激励结构10中的第一电极120和第二电极140电连接，在指纹识别时可以接收激励结构10传达的换能反馈信号。本实施例中，第二基底200在超声波指纹感测区的每个单元区均形成有内部电路以及与内部电路连接的第一接触垫210和第二接触垫220，第一接触垫210和第二接触垫220与上述若干激励结构10一一对应。所述第一接触垫210和第二接触垫220的材料例如为铝或铜，此外，在第二基底200上还可以形成有保护材料，记为第二保护层201，所述第二保护层201例如为氧化硅。
将所述第一基底100与所述第二基底200扣合时可采用键合工艺进行固定。参见图2G，第一基底100与第二基底200可以采用熔融键合(fusing bonding)、真空键合或者黏合等方式接合，作为示例，第一基底100和第二基底200可以通过粘片膜(DieAttachFilm，DAF)或干膜(Dry Film)黏合。在扣合时，第一基底100和第二基底200先进行对准，具体将第一基底100上的超声波指纹感测区与第二基底200上的超声波指纹感测区对准，其中，第一基底100上每个单元区形成的激励结构10，均与第二基底200上的具有一组第一接触垫210和第二接触垫220的单元区相对。在扣合之后，第一基底100上形成的空腔105a被密封而形成了密闭空腔20。
参见图2H，在将第一基底100和第二基底200扣合后，接着执行超声波指纹感测芯片的制作方法的步骤S4，移除第一基底100。具体可以通过各种公开的减薄工艺(如刻蚀和化学机械研磨)去除第一基底100，在去除过程中，弹性层110的厚度可能有所降低，作为示例，弹性层110保留的厚度约1μm～6μm。
在移除第一基底100后，接着执行超声波指纹感测芯片的制作方法的步骤S5，形成所述指纹感测单元的电连接结构，所述电连接结构分别将所述激励结构10中的第一电极120和第二电极140引出至指纹感测单元表面(此处为移除第一基底100后获得的表面)。
进一步的，本实施例中，第二基底200上设置有CMOS控制电路，所述CMOS控制电路具有与各个所述指纹感测单元一一对应的第一接触垫210和第二接触垫220。步骤S5制作的电连接结构分别将所述激励结构10中的第一电极120和第二电极140与所述第一接触垫210和所述第二接触垫220电性连通。
具体的，所述电连接结构包括第一连接电极和第二连接电极，所述第一连接电极电连接上述第一电极120和第一接触垫210，所述第二连接电极电连接上述第二电极140和第二接触垫220。以下对形成电连接结构的方法作详细说明。
参见图2D，本实施例中，步骤S1在刻蚀第一电极材料层102形成第一电极120的过程中，使第一电极材料层102保留后续与第二基底200扣合时与第二接触垫220相对的部分，并在刻蚀第二电极材料层103而形成第二电极140的过程中，使所述第二电极材料层103保留后续与第二基底200扣合时与第一接触垫210相对的部分。其目的在于，在对应于第一接触垫210和第二接触垫220的所述激励结构10中同时进行蚀刻以便于形成导通孔(或连接电极)时，同一单元区内的两处刻蚀区域要刻蚀的材料接近，因而刻蚀难度接近，有助于形成尺寸一致的导通孔(或连接电极)。具体的，所述电连接结构的制作可包括如下过程：
首先，参见图2I，以所述第二基底200为支撑，执行第一孔刻蚀工艺，去除相应区域的弹性层110和种子层101，对应于所述第一接触垫210和所述第二接触垫220分别形成一个第一刻蚀孔(如图2I左边的第一刻蚀孔210a和右边的第一刻蚀孔220a)，所述第一刻蚀孔露出所述第一电极材料层102(第一电极材料层102可以作为刻蚀阻止层)；
接着，参见图2J，执行第二孔刻蚀工艺，从所述第一刻蚀孔向下刻蚀，去除相应区域的第一电极材料层102和压电层130，得到第二刻蚀孔(如图2J左边的第二刻蚀孔210b和右边的第二刻蚀孔220b)，所述第二刻蚀孔200b从所述弹性层130向下延伸，并露出所述第二电极材料层103(第二电极材料层103可以作为刻蚀阻止层)；
接着，参见图2K，执行第三孔刻蚀工艺，从所述第二刻蚀孔200b向下刻蚀，去除相应区域的第二电极材料层103、第一保护层104、连接层300以及第二保护层201，对应于所述第一接触垫210和所述第二接触垫220分别得到第一连通孔210c和第二连通孔220c，所述第一连通孔210c和所述第二连通孔220c从所述弹性层130向下延伸，并分别露出所述第一接触垫210和所述第二接触垫220；
然后，参见图2L，在所述第一连通孔210c和第二连通孔220c内沉积导电材料，分别得到电连接第一接触垫210和第一电极支肋122的第一连接电极31和电连接第二接触垫220和第二电极支肋142的第二连接电极32。
上述第一孔刻蚀工艺、第二孔刻蚀工艺以及第三孔刻蚀工艺均是在空腔范围外进行的，这三次打孔工艺可以均在第一接触垫210和第二接触垫220的正上方进行，以使得第一连接电极31和第二连接电极32所占单元区的面积比例尽可能小，也即可以使空腔范围设计得较大，有助于提高指纹感测性能。具体的，在第一孔刻蚀工艺中，位于第一接触垫210上方的第一电极支肋122的一部分(例如是第一电极支肋122远离第一电极主体121的端部)表面被露出，并且，形成指纹感测单元10时第一电极材料层102在第二接触垫220上方保留的一部分被露出；在第二孔刻蚀工艺中，形成指纹感测单元10时第二电极材料层103在第一接触垫210上方保留的一部分被露出，并且位于第二接触垫220上方的第二电极支肋142的一部分(例如是第二电极支肋142远离第二电极主体141的端部)；在第三孔刻蚀工艺中，位于第一接触垫210和第二接触垫220上方的第二电极材料层103、第一保护层104、连接层300以及第二保护层201被去除，从而使第一接触垫210和第二接触垫220被露出。此处“露出”也包括因受到刻蚀而减去了一部分厚度的情况。
优选方案中，第二孔刻蚀工艺的开孔范围小于第一孔刻蚀工艺，从而，从第一刻蚀孔向下刻蚀形成第二刻蚀孔后，所述第一刻蚀孔露出的第一导电材料层102的部分上表面在第二刻蚀孔内仍然被保留，较佳的，可以通过设置刻蚀的条件(如调整光罩上开口大小)，使第三孔刻蚀工艺的开孔范围小于第二孔刻蚀工艺，从而，从第二刻蚀孔向下刻蚀得到第一连通孔210c和第二连通孔220c后，第一孔刻蚀工艺露出的第一导电材料层102的部分上表面以及第二孔刻蚀工艺露出的第二导电材料层103的部分上表面仍然被保留。
进而，由于在所述第一连通孔210c内露出了部分所述第一电极120的上表面(具体为第一电极支肋122的部分上表面)，而在所述第二连通孔220c内露出部分所述第二电极140的上表面(具体为第二电极支肋142的部分上表面)，在第一连通孔210c和第二连通孔220c的内表面沉积导电材料时，导电材料不仅覆盖在第一连通孔210c和第二连通孔220c的内表面，还覆盖在第一电极支肋122的部分上表面和第二电极支肋142的部分上表面，这样可以增大导电材料与第一电极支肋122和第二电极支肋142接触面积，避免所得到的第一连接电极31和第二连接电极32的阻抗过大以及连接失效。
在第一连通孔210c和第二连通孔220c内沉积的导电材料可以包括铜、镍、锌、锡、银、金、钨和镁等金属材料中的一种或多种金属，或者包括铜、镍、锌、锡、银、金、钨和镁等元素的合金。所述导电材料可以采用诸如物理气相沉积等工艺沉积。由于电镀和化学镀工艺具有良好的填孔效果，也可以采用电镀工艺或者化学镀工艺沉积所述导电材料。本实施例中，所述第一连接电极31和第二连接电极32的材料例如为铝。在沉积所述导电材料过程中，导电材料也可能覆盖在第一连通孔210c和第二连通孔220c的外面，可以通过刻蚀或者化学机械研磨的方法对覆盖在第一连通孔210c和第二连通孔220c外面的导电材料进行图形化，避免第一接触垫210和第二接触垫220通过连通孔外的导电材料导通，同时也要避免相邻指纹感测单元通过连通孔外的导电材料连通。
本实施例的电连接结构包括上述第一连接电极31和第二连接电极32，在形成所述电连接结构后，本实施例还可以包括形成保护层的步骤，具体的，参见图2M，在所述第二基底200上形成第三保护层202，所述第三保护层202覆盖所述第一连接电极31、所述第二连接电极32以及所述弹性层110的表面。
此外，本发明实施例中的第二基底200上，除了用于进行指纹识别的超声波指纹感测区之外，还可以形成有位于所述超声波指纹感测区外围的引脚区以及信号处理区，所述引脚区用来设置与外部电路连接的引脚，以进行信号的输入/输出，信号处理区用来设置信号处理电路，所述信号处理电路与超声波指纹感测区的内部电路连接，可以用来对要输入内部电路的信号进行预处理，以及对由内部电路接收的反馈电信号进行后续处理。所述第一基底100也可以具有与第二基底200的引脚区和信号处理区对应的外围区。故而，在将第一基底100和第二基底200扣合后，在第二基底200上的信号处理区和引脚区也可以覆盖有上述依次叠加的弹性层110、种子层101、第一电极材料层102、压电层130、第二电极材料层103、第一保护层104以及第三保护层202。
参见图2N，本实施例中，所述第二基底200在上述引脚区形成有与内部电路连接的第三接触垫230。并且，在本实施例的超声波指纹感测芯片的制作方法中，还可在所述第二基底200上形成露出所述第三接触垫230的第三连通孔230c(可以和上述第一连通孔210c、第二连通孔220c同时形成)，以及覆盖所述第三连通孔230c内表面的第三连接电极33(可以和第一连接电极31、第二连接电极32同时形成)，所述第三连接电极33与所述第三接触垫230电连接，所述第三保护层202中形成有露出所述第三连接电极33的开口，该开口的大小根据需要设置，如图2N所示，一实施例中，所述引脚区的第三保护层202也可以全部去除。
实施例二
本实施例涉及一种超声波指纹感测芯片的制作方法。本实施例与实施例一的主要区别体现在形成空腔的方法。
本实施例在图2D所示的形成第二电极后的工艺基础上对所述超声波指纹感测芯片的制作方法作进一步描述，本实施例可以包括如图2A至图2D所示的制作过程。图3A至图3D是本发明实施例二的超声波指纹感测芯片的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。以下主要结合图3A至图3D对本实施例的超声波指纹感测芯片的制作方法进行说明。
参见图3A，首先，对应于要制作空腔的空腔区域CA，在所述第一基底100上形成支撑层106。所述支撑层106后续在空腔形成后会被去除，因此支撑层106可以选择与空腔介质层具有较大刻蚀选择比的材料，例如，一实施例中，所述支撑层106为二氧化硅或者碳化硅。
接着，参见图3B，在所述第一基底100上形成空腔介质层105，所述空腔介质层105覆盖所述第二电极120、所述支撑层106以及所述压电层130。有关空腔介质层105的特征可以参见实施例一的介绍。本实施例中，所述空腔介质层105的厚度大于支撑层106的厚度。可以利用平坦化工艺(如化学机械研磨)处理空腔介质层105的上表面，以获得平坦的上表面。然后，刻蚀所述空腔介质层105，在所述空腔介质层105内形成空腔105a，所述空腔105a露出支撑层106。
接着，参见图3C，由于被所述空腔105a暴露，可以利用所述空腔105a应用刻蚀工艺将支撑层106去除。可选的，去除所述支撑层106的工艺中，所述支撑层106与所述空腔介质层105的刻蚀选择比大于10，高刻蚀选择比可以避免去除支撑层106时对空腔介质层的影响。在去除所述支撑层106后，空腔105a得到了扩大。
参见图3D，将所述第一基底100形成有空腔105a的一侧与第二基底200扣合，与实施例一类似的，所述第二基底200可具有CMOS控制电路，所述CMOS控制电路具有与各个指纹感测单元一一对应的第一接触垫210和第二接触垫220。在扣合时，使所述第一接触垫210和第二接触垫220与对应指纹感测单元的激励结构10相对，空腔105a被封住而形成密闭空腔20。有关扣合步骤以及后续移除第一基底100、形成电连接结构的步骤可参见实施例一的说明。
本实施例中，在空腔区域设置了支撑层106，再形成空腔介质层105及空腔105a，目的是利用支撑层106来确定空腔的尺寸(尤其是与激励结构10相邻的部分)，一方面相较于直接刻蚀空腔介质层105得到的空腔，在尺寸上具有更好的一致性，另外，由于空腔与激励结构10相邻的区域被支撑层106限定，可以降低扣合时可能产生的对准偏移对空腔范围的影响，进而有助于提高所制作的超声波指纹感测芯片的性能。
实施例三
本实施例涉及一种超声波指纹感测芯片的制作方法。本实施例与实施例一和实施例二的主要区别体现在形成空腔的方法。
本实施例在图2D所示的形成第二电极后的工艺基础上对所述超声波指纹感测芯片的制作方法作进一步描述，本实施例也可以包括如图2A至图2D所示的制作过程。图4A至图4E是本发明实施例三的超声波指纹感测芯片的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。以下主要结合图4A至图4E对本实施例的超声波指纹感测芯片的制作方法进行说明。
首先，参见图4A，在位于所述第一基底100上的激励结构10上形成空腔限定层107，所述空腔限定层107沿要制作的空腔的外围设置，也即，所述空腔限定层107限定了空腔的范围。所述空腔限定层107可以采用与空腔介质层105类似的或者较空腔介质层105硬度更高的材料。
接着，可选的，参见图4B，在所述空腔限定层107围成的区域形成支撑层106，所述支撑层106的上表面与所述空腔限定层107的上表面齐平。所述支撑层106可以具有与实施例二相同或类似的特征。
接着，参见图4C，在所述第一基底100上形成空腔介质层105，所述空腔介质层105覆盖所述第二电极120、所述空腔限定层107、所述支撑层106以及所述压电层130。然后，刻蚀所述空腔介质层105，形成贯穿空腔介质层105的空腔105a。此时所述空腔105a的底面积可以小于支撑层106的上表面面积。
接着，参见图4D，由于被所述空腔105a暴露，可以利用所述空腔105a应用刻蚀工艺将支撑层106去除，所述空腔限定层107被保留，空腔105a的范围进一步扩大。在去除支撑层106后，剩余的所述空腔限定层107和所述空腔介质层105限定了空腔105a在平行于第一基底100上表面的范围。由于事先利用了支撑层106填充部分空腔深度，本实施例刻蚀所述空腔介质层105的时间较短，有利于空腔形貌的控制。
接着，参见图4E，将所述第一基底100形成有激励结构10的一侧与第二基底200对准并扣合，形成所制作的指纹感测单元中的密闭空腔20。有关扣合步骤以及后续移除第一基底100、形成电连接结构的步骤可参见实施例一的说明。所述空腔限定层107可以采用硬度较高的材料，可以进一步提高空腔介质层105的抗压能力。
参见图4E，本实施例中，利用空腔限定层107限定要制作的空腔的范围，便于控制后续密闭空腔的形貌。在扣合过程中，空腔限定层107位于空腔介质层上靠近激励结构10的位置，有助于提高抗变形能力，避免位于空腔边缘的空腔介质层105坍塌。另外，通过在空腔区域形成支撑层106，可以降低键合时可能产生的对准偏移对空腔范围的影响，进而有助于提高所制作的超声波指纹感测芯片的性能。
实施例四
本实施例涉及一种超声波指纹感测芯片的制作方法。本实施例与实施例一、实施例二以及实施例三的主要区别体现在形成空腔的方法。
本实施例在如图2D所示的形成第二电极后的工艺基础上对所述超声波指纹感测芯片的制作方法作进一步描述，本实施例也可以包括如图2A至图2D所示的制作过程。图5A至图5C是利用本发明实施例四的超声波指纹感测芯片的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。以下主要结合图5A至图5C对本实施例的超声波指纹感测芯片的制作方法进行说明。
首先，参见图5A，在第一基底100上形成空腔限定层107，所述空腔限定层107沿要制作的空腔的外围设置。所述空腔限定层107限定了空腔的边界。
接着，参见图5B，提供第二基底200，所述第二基底200上形成有第一接触垫210和第二接触垫220，所述第一接触垫210和第二接触垫220上可以覆盖有第二保护层201。然后，在所述第二基底200上形成空腔介质层105，并在所述空腔介质层105中形成贯穿其中的空腔105a，所述空腔105a的纵截面可以为倒梯形，具体根据刻蚀工艺确定。所述空腔介质层105覆盖所述第一接触垫210和第二接触垫220。
然后，参见图5C，将第一基底100形成有所述空腔限定层107的表面与第二基底200形成有空腔介质层105的表面对准并扣合。在扣合过程中，空腔限定层107位于空腔介质层105中的空腔105a开口处，由空腔限定层107限定出封闭空腔105a后得到的密闭空腔20在靠近激励结构10的尺寸。在将第一基底100和第二基底200扣合之后，后续移除第一基底100、形成电连接结构的步骤可参见实施例一的说明。
本实施例中，分别在第一基底100和第二基底200上形成了空腔限定层107和空腔介质层105，在键合时，利用空腔限定层107限定密闭空腔20的范围，所得到的密闭空腔具有较好的一致性，有助于提高生产效率。
实施例五
本实施例涉及一种超声波指纹感测芯片的制作方法。本实施例与实施例一至实施例四的主要区别体现在电连接结构的制作方法，并且，为了提供一种不同的电连接结构的制作过程，在将第一基底100和第二基底200扣合之前采用了不同的设置。具体说明如下。
本实施例在如图2C所示的形成第二电极材料层后的工艺基础上对所述超声波指纹感测芯片的制作方法作进一步描述，本实施例也可以包括如图2A至图2C所示的制作过程。图6A至图6H是本发明实施例五的超声波指纹感测芯片的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。以下主要结合图6A至图6H对本实施例超声波指纹感测芯片的制作方法进行说明。
首先，参见图6A，在形成第二电极材料层103后，刻蚀所述第二电极材料层103而形成所述第二电极140，所述第二电极140包括第二电极主体141和第二电极支肋142，关于所述第二电极主体141和第二电极支肋142的特征可参见实施例一的描述。
本实施例中，在形成所述第二电极140的过程中，在所述第二电极材料层103中对应于后续与第二基底200上的第一接触垫210和第二接触垫220相对的区域，分别形成了第一镂空孔103a和第二镂空孔103b。在第一基底100上形成的激励结构10包括形成有第一镂空孔103a和第二镂空孔103b的第二电极材料层103。
接着，可以利用如实施例一至实施例四中的任一个所描述的方法形成空腔介质层以及将第一基底100和第二基底200扣合。作为示例，本实施例可以在形成如图6A所示的激励结构10后，参见图6B，在所述第一基底100上形成空腔介质层105，所述空腔介质层105覆盖所述第二电极材料层及露出的压电层130。
接着，参见图6C，对应于空腔区域刻蚀所述空腔介质层105，形成沿厚度方向贯穿其中的空腔105a，并且，对应于第二电极材料层103中的镂空孔(包括第一镂空孔103a和第二镂空孔103b)的位置，在所述空腔介质层105中形成连通所述镂空孔的孔，作为深度加大的第一镂空孔103a和第二镂空孔103b。
然后，参见图6D，将所述第一基底100形成有所述激励结构10的一侧与第二基底200对准并扣合，形成包括所述激励结构10和密闭空腔20的指纹感测单元。在扣合后，第一镂空孔103a和第二镂空孔103b被封闭。
接着，参见图6E，移除第一基底100。
接下来制作电连接结构，参见图6F，以所述第二基底200为支撑，执行第一孔刻蚀工艺，去除相应区域的弹性层110和种子层101，对应于所述第二基底200上的第一接触垫210和所述第二接触垫220分别形成一个第一刻蚀孔(如图6F左边的第一刻蚀孔210a和右边的第一刻蚀孔220a)，所述第一刻蚀孔露出所述第一电极材料层102。
接着，参见图6G，执行第二孔刻蚀工艺，从所述第一刻蚀孔的底面穿通所述激励结构10(若第二基底上设置有第二钝化层201，也会被选择性地去除，以露出第一接触垫210和第二接触垫220)，使得所述第一刻蚀孔与被封闭的第一镂空孔103a和第二镂空孔103b连通，从而，对应于所述第一接触垫210和所述第二接触垫220分别得到第一连通孔210c和第二连通孔220c，所述第一连通孔210c和所述第二连通孔220c从所述弹性层110向下延伸，并露出所述第一接触垫210和所述第二接触垫220。
然后，参见图6H，在所述第一连通孔210c和第二连通孔220c的内表面沉积导电材料，分别得到电连接第一接触垫210和第一电极120的第一连接电极31和电连接第二接触垫220和第二电极140的第二连接电极32。关于获得所述第一连接电极31和第二连接电极32的工艺可以参见实施例一的描述。此外，在形成第一连接电极31和第二连接电极32后，进一步还可以形成在上方形成第三保护层，具体可参见实施例一的描述。
本实施例中，在将第一基底100和第二基底200扣合之前，对应于所述第一接触垫210和所述第二接触垫220的区域在第二电极材料层103和空腔介质层105中形成了镂空孔，在扣合第一基底100和第二基底200后，只需要进行第一孔刻蚀工艺和第二孔刻蚀工艺，即可将第一接触垫210和第二接触垫220露出，可以节约工艺，有助于提高生产效率。
实施例六
本实施例涉及一种超声波指纹感测芯片，所述超声波指纹感测芯片可以采用如实施例一至实施例六所描述的制作方法获得。
图7是本发明一实施例的超声波指纹感测芯片的平面示意图。图2A至图6H可以看作沿图7中放大图中的XY方向的剖面结构示意图。
参见图7，所述超声波指纹感测芯片具有超声波指纹感测区(或称指纹传感区域)，在所述超声波指纹感测区设置有阵列排布的多个指纹感测单元(或称指纹识别像素)，在各个指纹感测单元具有利用如实施例一至实施例五所描述的方法得到的激励结构、空腔介质层、电连接结构以及保护等。除了超声波指纹感测区，所述超声波指纹感测芯片还可以设置有引脚区以及信号处理区，引脚区用来设置与外部电路连接的引脚，以进行信号的输入/输出，信号处理区用来设置信号处理电路，所述信号处理电路与各个指纹感测单元位置的内部电路(例如CMOS信号电路)连接，可以对要输入指纹感测单元的信号进行预处理，以及对由指纹感测单元接收的反馈电信号进行后续处理。
结合图7以及图2A至图6H，本实施例中的超声波指纹感测芯片包括基底(图2A至图6H以第二基底200表示)和设置于所述基底上的若干指纹感测单元，所述指纹感测单元包括：
空腔介质层105，设置于所述基底上，所述空腔介质层105内形成有与所述指纹感测单元一一对应的空腔105a；
激励结构10，设置于所述空腔介质层105上，所述激励结构10覆盖所述空腔而形成密闭空腔20，所述激励结构10包括在所述密闭空腔20上依次设置的第二电极140、压电层130、第一电极120和弹性层110；
电连接结构，所述电连接结构分别将所述激励结构10中的第一电极120和第二电极140引出至所述指纹感测单元表面。
另外，参照图4E和图5C，在采用如实施例三及实施例四所述的方法制作超声波指纹感测芯片时，所获得的指纹感测单元还包括空腔限定层107，所述空腔限定层107嵌于所述密闭空腔20侧面的空腔介质层105中并朝向所述密闭空腔20。
结合图7中指纹感测单元的放大图所示，上述第一电极120可包括位于密闭空腔20范围内的第一电极主体121和从密闭空腔范围内延伸至外部的第一电极支肋122。第二电极140包括位于所述密闭空腔20范围内的第二电极主体141和从密闭空腔范围内延伸至外部的第二电极支肋142。本实施例中，第一电极主体121和第二电极主体141在密闭空腔范围彼此交叠，且第一电极支肋122和第二电极支肋142的延伸方向成一角度。密闭空腔20的形状(平行于第一基底上表面的截面)可以是圆形、椭圆形、多边形或者弧形和线段围成的封闭形状。
一实施例中，设置指纹感测单元的基底上可形成有CMOS控制电路，所述CMOS控制电路与设置于基底上的第一接触垫和第二接触垫电连接，所述CMOS控制电路可以通过对应于各个所述指纹感测单元的一组第一接触垫和第二接触垫与所述指纹感测单元进行电连接，从而可以向各个指纹感测单元提供用于激励和/或接收的电力控制。
具体的，参照图2M及图6H(不限于图示的芯片结构)，一实施例的超声波指纹感测芯片包括CMOS控制电路和设置于所述CMOS控制电路上的指纹感测单元，所述CMOS控制电路包括阵列排布的多个第一接触垫210和多个第二接触垫220，所述指纹感测单元包括：
空腔介质层105，设置于所述CMOS控制电路上，所述空腔介质层105内形成有与所述指纹感测单元一一对应的空腔；
激励结构10，设置于所述空腔介质层105上，所述激励结构10密封所述空腔而形成密闭空腔20，所述激励结构10包括在所述密闭空腔20上依次设置的第二电极140、压电层130、第一电极120和弹性层110；
电连接结构，所述电连接结构将所述激励结构10中的第一电极120和所述CMOS控制电路中与所述第一电极120对应的第一接触垫210电性连通，且将所述激励结构10中的第二电极140和所述CMOS控制电路中与所述第二电极140对应的第二接触垫220电性连通，所述CMOS控制电路通过所述第一接触垫210和第二接触垫220为对应的所述指纹感测单元提供用于激励和/或接收的电力控制。
参照图2M，所述超声波指纹感测芯片还可包括第三保护层202，所述第三保护层202覆盖所述第一连接电极31、所述第二连接电极32以及所述弹性层110的表面。
此外，参见图2N，超声波指纹感测芯片中，基底在引脚区可以设置有第三接触垫230，在第三接触垫230上可形成有第三连通孔230c以及覆盖所述第三连通孔230c内表面的第三连接电极33，所述第三连接电极33与所述第三接触垫230电连接。为了与外部电路连接，所述第三保护层202中可形成有露出所述第三连接电极33的开口。
本发明实施例的超声波指纹感测芯片的制作可以通过标准半导体工艺实施，其中超声波指纹感测区设置若干指纹感测单元以进行指纹识别，各个指纹感测单元结构紧凑，相邻的空腔之间的隔离区的面积较小，便于提高空腔范围的面积占比，有助于提高指纹感测单元的设计密度，从而有助于提高指纹识别的灵敏度。
实施例七
本发明涉及一种具有指纹识别功能的电子设备，在所述电子设备具有超声波指纹感测区，所述超声波指纹感测区设置有实施例六所述的超声波指纹感测芯片，并且可以采用如实施例一至五所述的制作方法形成。
上述超声波指纹感测芯片可以配置于任何适合的具有指纹识别功能的电子设备中。此类电子设备通常会设置有超声波指纹感测区，供手指对超声波指纹感测区进行接触。在此超声波指纹感测区下，通常设置以上内容所描述的超声波指纹感测芯片。
以智能手机为例，上述超声波指纹感测芯片设置在智能手机的显示屏下，也可以设置在手机正面的玻璃盖板与显示屏之间，或者设置于手机背面或者侧面，具体可以根据设计要求选择。对于设置了所述超声波指纹感测芯片的电子装置，当用户的手指接触超声波指纹感测芯片上方的超声波指纹感测区时，超声波指纹感测芯片所发射出的超声波遇到手指后发生反射，由于指纹具有凸起的纹峭和凹陷的纹峪，这样反射回来超声波就会携带有手指的指纹信息；而反射回来的超声波反过来会作用于超声波指纹感测芯片中的激励结构，从而使之产生相应的携带有指纹信息的电信号，这些携带有指纹信息的电信号被传输至智能手机内的处理装置(处理装置可以为特定的处理软件、硬件或软件和硬件的结合)，处理装置在获得采集到的指纹信息后，将其与预先存储于智能手机内的特定指纹信息进行对比匹配，如果采集到的指纹信息与特定指纹信息一致，则通过身份识别。
在采用本实施例的超声波指纹感测芯片时，由于超声波指纹感测芯片具有较好的穿透性，不需要对显示屏挖孔或刻槽，保证了屏幕的完整性，可配合全面屏使用，并且超声波指纹感测芯片除了采集手指的表皮纹路之外，还能采集真皮纹路，具有较高的识别安全性。此类超声波指纹感测芯片相对于传统的光学指纹识别芯片和电容式指纹识别芯片抗外界环境影响性能强，例如此类超声波指纹感测芯片不易受潮湿环境也不需要提供激励光源，对环境光线的亮度也无要求。
在本申请一些示例性实施例中，所述电子设备还可以为个人计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、电话手表、媒体播放器、导航设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备、防门禁电子系统、汽车无钥进入电子系统或汽车无钥启动电子系统等等。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同和相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种超声波指纹感测芯片的制作方法，其特征在于，所述超声波指纹感测芯片包括基底和设置于所述基底上的若干指纹感测单元，所述指纹感测单元包括激励结构和设置于所述基底和所述激励结构之间的密闭空腔；所述制作方法包括：
步骤S1：利用第一基底，在所述第一基底上形成若干所述指纹感测单元的激励结构，所述激励结构包括在所述第一基底上依次形成的弹性层、第一电极、压电层和第二电极；
步骤S2：在所述激励结构或者所述基底上形成空腔介质层，并在所述空腔介质层内形成与所述指纹感测单元一一对应的空腔；
步骤S3：将所述第一基底形成有所述激励结构的一面与所述基底扣合，形成所述指纹感测单元的密闭空腔；
步骤S4：移除所述第一基底；
步骤S5：形成所述指纹感测单元的电连接结构，所述电连接结构分别将所述激励结构中的第一电极和第二电极引出至所述指纹感测单元表面。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤S2中，在所述激励结构上形成所述空腔介质层之前，先形成位于空腔区域的支撑层，所述空腔介质层覆盖所述支撑层。
3.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于，步骤S2包括：
在所述空腔介质层内形成空腔，并露出所述支撑层；
去除所述支撑层。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤S2中，在所述激励结构或者所述基底上形成所述空腔介质层之前，在所述激励结构上形成空腔限定层，所述空腔限定层限定所述空腔的范围。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述基底上形成有CMOS控制电路，所述CMOS控制电路具有与各个所述指纹感测单元一一对应的第一接触垫和第二接触垫；所述电连接结构分别将所述激励结构中的第一电极和第二电极与所述第一接触垫和所述第二接触垫电性连通。
6.一种超声波指纹感测芯片，其特征在于，所述超声波指纹感测芯片包括基底和设置于所述基底上的若干指纹感测单元，所述指纹感测单元包括：
空腔介质层，设置于所述基底上，所述空腔介质层内形成有与所述指纹感测单元一一对应的空腔；
激励结构，设置于所述空腔介质层上，所述激励结构覆盖所述空腔而形成密闭空腔，所述激励结构包括在所述密闭空腔上依次设置的第二电极、压电层、第一电极和弹性层；
电连接结构，所述电连接结构分别将所述激励结构中的第一电极和第二电极引出至所述指纹感测单元表面。
7.一种超声波指纹感测芯片，其特征在于，所述超声波指纹感测芯片包括CMOS控制电路和设置于所述CMOS控制电路上的指纹感测单元，所述CMOS控制电路包括阵列排布的多个第一接触垫和多个第二接触垫，所述指纹感测单元包括：
空腔介质层，设置于所述CMOS控制电路上，所述空腔介质层内形成有与所述指纹感测单元一一对应的空腔；
激励结构，设置于所述空腔介质层上，所述激励结构密封所述空腔而形成密闭空腔，所述激励结构包括在所述密闭空腔上依次设置的第二电极、压电层、第一电极和弹性层；
电连接结构，所述电连接结构将所述激励结构中的第一电极和所述CMOS控制电路中与所述第一电极对应的第一接触垫电性连通，且将所述激励结构中的第二电极和所述CMOS控制电路中与所述第二电极对应的第二接触垫电性连通；
其中，所述CMOS控制电路通过所述第一接触垫和第二接触垫为对应的所述指纹感测单元提供用于激励和/或接收的电力控制。
8.如权利要求6或7所述的超声波指纹感测芯片，其特征在于，所述指纹感测单元还包括空腔限定层，所述空腔限定层嵌于所述密闭空腔侧面的空腔介质层中并朝向所述密闭空腔。
9.一种具有指纹识别功能的电子设备，其特征在于，所述电子设备具有超声波指纹感测区，所述超声波指纹感测区设置有如权利要求6至8任一项所述的超声波指纹感测芯片。
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