TWI692888B - 晶圓級超聲波晶片組件及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種晶圓級超聲波晶片組件包含晶圓基板、超聲波元件、第一保護層、導電線路、第二保護層、傳導材料、特用晶片、導電柱及焊接部。晶圓基板包含貫通晶圓基板的貫通槽。超聲波元件曝露於貫通槽。導電線路位於第一保護層上，並連接超聲波元件。第二保護層覆蓋導電線路，第二保護層具有對應於超聲波元件的開口。傳導材料接觸超聲波元件。特用晶片連接晶圓基板，使貫通槽在特用晶片及超聲波元件間形成空間。導電柱設置於貫穿特用晶片、晶圓基板及第一保護層的穿孔中，並分別連接導電線路及焊接部。

Description

晶圓級超聲波晶片組件及其製造方法

本申請案涉及超聲波傳遞領域，特別是指一種晶圓級超聲波晶片組件及其製造方法。

行動電話、個人筆記型電腦或平板等智慧型電子裝置已經成為了生活中必備之工具，大眾已習慣將重要資訊或是個人資料儲存於智慧型電子裝置中，為了避免重要資訊遭到遺失或是盜用等情況，如今智慧型電子裝置已廣泛地採用於指紋辨識來認證、識別其使用者。

目前雖然已有指紋辨識應用於智慧型電子裝置，通常是藉由超聲波元件發送超聲波訊號至手指並且接收被指紋的波峰波谷反射回來的超聲波訊號的強弱來辨識指紋。然而，超聲波元件的超聲波訊號可以藉由介質而傳遞至非與手指接觸的區域，如此將使得超聲波模組所接收的反射超聲波訊號不一定是被手指反射，故較不易辨識指紋，指紋辨識的準確度較低。

在此，提供一種晶圓級超聲波晶片組件，晶圓級超聲波晶片組件，包含晶圓基板、超聲波元件、第一保護層、第一導電線路、第二導電線路、第二保護層、傳導材料、特用晶片、導電柱及焊接部。

晶圓基板包含貫通槽。貫通槽貫通晶圓基板的第一表面及第二表面，第一表面及第二表面彼此相對。超聲波元件位於晶圓基板的第一表面，且超聲波元件具有上表面及下表面，超聲波元件的下表面曝露於貫通槽。第一保護層位於晶圓基板的第一表面並圍繞超聲波元件。第一導電線路及第二導電線路位於第一保護層上，並分別連接至超聲波元件的上表面。第二保護層覆蓋第一導電線路及第二導電線路，第二保護層具有開口，超聲波元件的上表面對應於開口。傳導材料位於開口內且接觸超聲波元件的上表面。特用晶片包含彼此相對的連接面及底面，連接面與晶圓基板的第二表面連接，且貫通槽位於特用晶片的連接面及超聲波元件的下表面之間形成一空間。導電柱設置於貫穿特用晶片、晶圓基板、及第一保護層的穿孔中，導電柱與第一導電線路或第二導電線路連接。焊接部位於特用晶片的底面，焊接部連接導電柱。

在一些實施例中，特用晶片的連接面與晶圓基板的第二表面透過陽極處理直接連接。

在一些實施例中，超聲波元件包括依序堆疊於晶圓基板上的第一壓電層、第一電極、第二壓電層及第二電極。第二壓電層及第二電極未完全覆蓋出第一電極，傳導材料接觸第二電極，且第一電極與第二電極分別與第一導電線路及第二導電線路連接。

在一些實施例中，超聲波元件包括第一超聲波單元及第二超聲波單元。第一超聲波單元包含第一壓電層及第一電極。第一壓電層位於晶圓基板上，且第一壓電層及第一保護層具有連通的第一接觸孔。第一電極被包覆於第一壓電層內，且第一電極的一部分曝露於第一接觸孔，第一 導電線路的一部分位於第一接觸孔中，與第一電極連接。第二超聲波單元於垂直晶圓基板的方向上未與第一超聲波單元重疊。第二超聲波單元包含第二壓電層、第二電路圖案層及第二電極。第二壓電層位於晶圓基板上，第二壓電層與第一壓電層為同層且彼此分離。第二電路圖案層被包覆於第二壓電層內，第二電路圖案層與第一電極為同層且彼此分離。第二電極位於第二壓電層上，第一保護層還具有第二接觸孔，第二接觸孔與開口連通。第二導電線路的一部分位於第二接觸孔中並與第二電極連接，傳導材料的一部分填入第二接觸孔中，與第二電極接觸。

在一些實施例中，特用晶片更包含複數個連接墊，連接墊設置於特用晶片的連接面。進一步地，在一些實施例中，穿孔貫穿連接墊之一，且導電柱與連接墊連接。

在一些實施例中，傳導材料為聚二甲基矽氧烷。

在此，提供一種晶圓級超聲波晶片組件的製造方法。晶圓級超聲波晶片組件的製造方法，包括超聲波元件形成步驟、第一保護層形成步驟、線路連接步驟、第二保護層形成步驟、開口開設步驟、移除步驟、連接步驟、穿孔步驟、填孔步驟、焊接部形成步驟、以及傳導材料填充步驟。

超聲波元件形成步驟是形成超聲波元件於晶圓基板的第一表面上，其中超聲波元件包括第一電極及未與第一電極連接的第二電極。第一保護層形成步驟是形成第一保護層於超聲波元件的上表面及晶圓基板的第一表面。第一保護層具有第一接觸孔及第二接觸孔，第一電極的一部分及第二電極的一部分分別曝露於第一接觸孔及第二接觸孔。線路連接 步驟是形成第一導電線路及第二導電線路，第一導電線路及第二導電線路位於第一保護層上，且部分的第一導電線路及第二導電線路並分別設置於第一接觸孔及第二接觸孔中，而分別連接至超聲波元件的第一電極及第二電極。

第二保護層形成步驟是形成第二保護層以覆蓋第一導電線路及第二導電線路。開口開設步驟是在第二保護層上開設出開口，開口中至少曝露出第二電極的一部分。移除步驟是移除晶圓基板的一部分，形成出貫穿晶圓基板之第一表面及第二表面的貫通槽，使超聲波元件的一下表面曝露於貫通槽，其中第二表面係第一表面的相對表面。連接步驟是以陽極處理連接特用晶片的連接面及晶圓基板的第二表面，使得貫通槽位於連接面與超聲波元件的下表面之間形成一空間。穿孔步驟是形成貫穿特用晶片、晶圓基板、及第一保護層的穿孔。填孔步驟是在穿孔中填入導電材料，而形成導電柱，導電柱與第一導電線路或第二導電線路連接。焊接部形成步驟是在特用晶片的底面對應導電柱的位置形成焊接部，焊接部連接導電柱。傳導材料填充步驟於開口填入傳導材料，傳導材料接觸超聲波元件的上表面。

在一些實施例中，開口開設步驟後更包含一載板覆蓋步驟，載板覆蓋步驟是以覆蓋載板於第二保護層及開口上，以遮蔽開口。於焊接部形成步驟後更包含載板移除步驟，以移除載板而曝露出開口。

在一些實施例中，超聲波元件形成步驟包括於晶圓基板上依序形成第一壓電層、第一電極、第二壓電層及第二電極。接著去除第一壓電層、第一電極、第二壓電層及第二電極的一部分，第二壓電層及第二電 極未覆蓋出第一電極的部分上表面。且在開口開設步驟中，開口更貫穿第一保護層。

在另一些實施例中，超聲波元件形成步驟包括：於晶圓基板上依序形成第一壓電材料層及第一電極材料層；將第一壓電材料層及第一電極材料層圖案化，以形成彼此分離的第一底壓電層及第二底壓電層，及分別堆疊於第一底壓電層及第二底壓電層之上的第一電極及第二電路圖案層；於第一電極及第二電路圖案層之上依序形成第二壓電材料層及第二電極材料層；將第二壓電材料層及第二電極材料層圖案化，以形成彼此分離的第一壓電層及第二壓電層，及形成於第二壓電層上的第二電極，其中第一電極被包覆於第一壓電層內，而第二電路圖案層被包覆於第二壓電層內。更進一步地，第一保護層形成步驟更包括：形成第一保護材料層於第一壓電層、第二壓電層及第二電極上；以及在第一保護材料層進行穿孔，形成第一接觸孔及第二接觸孔，使第一保護材料層轉換層第一保護層，第一保護層包含第一接觸孔及第二接觸孔，第一接觸孔貫穿第一保護層及第一壓電層，使第一電極的一部分曝露於第一接觸孔中，第二接觸孔貫穿第一保護層，使第二電極的一部分曝露於第二接觸孔。

進一步地，在一些實施例中，特用晶片更包含複數個連接墊，連接墊設置於特用晶片的連接面。更進一步地，在一些實施例中，穿孔步驟中，穿孔貫穿連接墊之一。

在一些實施例中，在第二保護層形成步驟後更包括研磨步驟，在研磨步驟中，由第二表面朝向第一表面的方向研磨晶圓基板的以薄化晶圓基板的厚度。

在一些實施例中，連接步驟更包括對空間進行抽真空。

藉由在晶圓級超聲波晶片組件上，在超聲波元件的上下兩面分別接觸固態的傳導材料及空間，來使得向兩個方向的超聲波信號傳導速度能明顯地區隔，更進一步地，將特用晶片連接至晶圓基板，同時電性連接至超聲波元件，進而，晶圓級超聲波晶片組件的結構更加穩固，同時能使得超聲波信號的傳送能夠更加地精確、可區別，同時在辨別指紋的速度、精準度也能夠大幅地提升。

1:晶圓級超聲波晶片組件

10:晶圓基板

10a:第一表面

10b:第二表面

20:超聲波元件

20a:上表面

20b:下表面

201:第一壓電層

203:第一電極

205:第二壓電層

207:第二電極

21:第一超聲波單元

211:第一底壓電層

213:第一電極

215:第一壓電層

22:第一壓電材料層

23:第二超聲波單元

231:第二底壓電層

233:第二電路圖案層

235:第二壓電層

237:第二電極

24:第一電極材料層

26:第二壓電材料層

28:第二電極材料層

31:第一保護層

33:第二保護層

35:開口

41:第一導電線路

43:第二導電線路

50:傳導材料

60:特用晶片

60a:連接面

60b:底面

65:導電柱

67:焊接部

69:連接墊

H1:貫通槽

H2:空間

V1:第一接觸孔

V2:第二接觸孔

T1:穿孔

500:載板

圖1A為晶圓級超聲波晶片組件第一實施例的剖面示意圖。

圖1B為晶圓級超聲波晶片組件第二實施例的剖面示意圖。

圖2A為晶圓級超聲波晶片組件第三實施例的剖面示意圖。

圖2B為晶圓級超聲波晶片組件第四實施例的剖面示意圖。

圖3A至圖3O是晶圓級超聲波晶片組件第一實施例的製造方法對應於各步驟的剖面示意圖。

圖3J'至圖3O'是晶圓級超聲波晶片組件第二實施例的製造方法不同於第一實施例之步驟所對應的剖面示意圖。

圖4A至圖4H是晶圓級超聲波晶片組件第三實施例及第四實施例的製造方法不同於第一實施例之步驟所對應的剖面示意圖。

圖1A為晶圓級超聲波晶片組件第一實施例的剖面示意圖。如圖1A所示，晶圓級超聲波晶片組件1包含晶圓基板10、超聲波元件20、 第一保護層31、第二保護層33、第一導電線路41、第二導電線路43、傳導材料50、特用晶片60、導電柱65及焊接部67。

晶圓基板10包含貫通槽H1。貫通槽H1貫通晶圓基板10的第一表面10a及第二表面10b，第一表面10a及第二表面10b彼此相對。在圖1A，第一表面10a係指上表面、第二表面10b係指下表面，然而，在製作過程中若有翻轉或倒置，上、下的方相位可能會偏轉或倒置。另外，晶圓基板10可以為矽晶圓基板，但不限於此，亦可以為藍寶石基板、砷化鎵基板、鋁化鎵基板等等。

超聲波元件20位於晶圓基板10的第一表面10a，且超聲波元件20具有上表面20a及下表面20b，超聲波元件20的下表面20b曝露於貫通槽H1。第一保護層31位於晶圓基板10的第一表面10a並圍繞超聲波元件20。第一導電線路41及第二導電線路43位於第一保護層31上，並分別連接至超聲波元件20的上表面20a。第二保護層33覆蓋第一導電線路41及第二導電線路43，第二保護層33具有開口35，開口35更貫穿第一保護層31及第二保護層33，超聲波元件20的上表面20a對應於開口35。在此，第一保護層31、第一導電線路41及第二保護層33與第一保護層31、第二導電線路43及第二保護層33可以為層狀堆疊的複合結構。在此，第一保護層31及第二保護層33可以是二氧化矽(SiO₂)，但此僅為示例，而非用以限制。

傳導材料50位於開口35內且接觸超聲波元件20的上表面20a。特用晶片60包含彼此相對的連接面60a及底面60b，連接面60a與晶圓基板10的第二表面10b連接，且貫通槽H1於特用晶片60的連接面60a及超聲波元件20的下表面20b之間形成空間H2。導電柱65設置於貫穿特用晶 片60、晶圓基板10、及第一保護層31的穿孔T1中，導電柱65與第一導電線路41或/及第二導電線路43連接。焊接部67位於特用晶片60的底面60b，焊接部67連接導電柱65。在此，圖1A中包含兩個導電柱65，分別與第一導電線路41及第二導電線路43連接，但這僅為示例，而非限於此。另外，傳導材料50可以是聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、焊接部67可以為錫球，但此僅為示例，而非限於此。

如圖1A所示，在第一實施例及第二實施例的晶圓級超聲波晶片組件1中，超聲波元件20包括依序堆疊於晶圓基板10上的第一壓電層201、第一電極203、第二壓電層205及第二電極207，第二壓電層205及第二電極207未覆蓋出第一電極203的部分上表面，也就是，第一壓電層201、第一電極203的面積略大於第二壓電層205及第二電極207的面積，超聲波元件20的上表面20a可以包含第一電極203及第二電極207。傳導材料50接觸第二電極207，且第一電極203與第二電極207分別與第一導電線路41及第二導電線路43連接。

更詳細地，第一壓電層201及第二壓電層205的材料可以為氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)。第一電極203及第二電極207的材料可以為鋁(Al)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉑(Pt)、金(Au)等，但此僅為示例，而非用以限制。

圖1B為晶圓級超聲波晶片組件第二實施例的剖面示意圖。如圖1B所示，第二實施例的晶圓級超聲波晶片組件1之特用晶片60更包含複數個連接墊69，連接墊69設置於特用晶片60的連接面60a。在第二實施例中，穿孔T1貫穿連接墊69之一，且在形成導電柱65時，導電柱65與連 接墊69連接。

圖2A為晶圓級超聲波晶片組件第三實施例的剖面示意圖。如圖2A所示，第三實施例的晶圓級超聲波晶片組件1與第一實施例所不同之處，在於超聲波元件20。第三實施例的超聲波元件20包括第一超聲波單元21及第二超聲波單元23。第一超聲波單元21及第二超聲波單元23在垂直晶圓基板10的方向上不相互重疊，以水平併排的方式排列。第一超聲波單元21包含第一電極213及第一壓電層215。第一壓電層215位於晶圓基板10上，且第一壓電層215及第一保護層31具有連通的第一接觸孔V1。第一電極213被包覆於第一壓電層215內，且第一電極213的一部分曝露於第一接觸孔V1，第一導電線路41的一部分位於第一接觸孔V1中，與第一電極213連接。第二超聲波單元23包含第二壓電層235、第二電路圖案層233及第二電極237。第二壓電層235位於晶圓基板10上，第二壓電層235與第一壓電層215為同層且彼此分離。第二電路圖案層233被包覆於第二壓電層235內，第二電路圖案層233與第一電極213為同層且彼此分離。第二電極237位於第二壓電層235上，第一保護層31還具有第二接觸孔V2，第二接觸孔V2與開口35連通。第二導電線路43的一部分位於第二接觸孔V2中並與第二電極237連接，傳導材料50的一部分填入第二接觸孔V2中，與第二電極237接觸。進一步地，第一電極213及第二電路圖案層233的底部更包含第一底壓電層211及第二底壓電層231，第一底壓電層211及第二底壓電層231為同層但相互分離，分別被包覆於第一壓電層215及第二壓電層235中。

圖2B為晶圓級超聲波晶片組件第四實施例的剖面示意圖。 第四實施例與第三實施例的差異在於特用晶片60。特用晶片60更包含複數個連接墊69，連接墊69設置於特用晶片60的連接面60a。穿孔T1貫穿連接墊69之一，且在形成導電柱65時，導電柱65與連接墊69連接。在此，連接墊69更可以做為控制穿孔T1的定位標靶。

在此結構中，超聲波元件20可以懸空於特用晶片60的連接面60a及超聲波元件20的下表面20b之間的空間H2上，如此，容易對更細微的頻率發出振動。如此，超聲波元件20朝上表面20a方向傳遞的超聲波信號(第一超聲波信號)，會在固體介質(傳導材料50、第一保護層31、第二保護層33)傳遞，而朝向下表面20b傳遞的超聲波信號(第二超聲波信號)會大致經由晶圓基板10、特用晶片60及空間H2進行傳遞。第二超聲波信號是經過不同的介質、再經過反射，因此，第二超聲波信號與第一超聲波信號的速度不相同。因此，可以能辨別出、並且濾除第二超聲波信號而僅接收第一超聲波信號。能單以第一超聲波信號來辨識手指指紋、避免第二超聲波信號的干擾，進而提升指紋辨識的準確度。

進一步地，更可將空間H2抽真空，從而，超聲波元件20振動所發出的超聲波訊號(第二超聲波信號)在真空的空間H2中會因沒有介質而不易傳導。從而更加大第一超聲波信號與第二超聲波信號傳輸速度的差異，而使得第二超聲波信號的更為降低干擾，進一步指紋辨識的準確度。

另外，在一些實施例中，特用晶片60的連接面60a與晶圓基板10的第二表面10b透過陽極處理直接連接，而不透過膠體方式黏接。如此，能避免形成穿孔T1時膠體的碎屑造成堵塞，同時，也能將特用晶片60及晶圓基板10更穩固的連接。

晶圓級超聲波晶片組件1的製造方法，包括超聲波元件形成步驟、第一保護層形成步驟、線路連接步驟、第二保護層形成步驟、開口開設步驟、移除步驟、連接步驟、穿孔步驟、填孔步驟、焊接部形成步驟、以及傳導材料填充步驟。圖3A至圖3N是晶圓級超聲波晶片組件第一實施例的製造方法對應於各步驟的剖面示意圖。

如圖3A及圖3B所示，超聲波元件形成步驟是形成超聲波元件20於晶圓基板10的第一表面10a上，其中超聲波元件20包括第一電極203及未與第一電極203連接的第二電極207。如圖3A所示，晶圓基板10上依序形成第一壓電層201、第一電極203、第二壓電層205及第二電極207。接著如圖3B所示，去除第一壓電層201、第一電極203、第二壓電層205及第二電極207的一部分，第二壓電層205及第二電極207未覆蓋出第一電極203的部分上表面。也就是，第一電極203的面積較，第二壓電層205及第二電極207大。

接著如圖3C所示，第一保護層形成步驟是形成第一保護層31於超聲波元件20的上表面20a及晶圓基板10的第一表面10a。第一保護層31具有第一接觸孔V1及第二接觸孔V2，第一電極203的一部分及第二電極207的一部分分別曝露於第一接觸孔V1及第二接觸孔V2。在此，第一保護層31可以先利用懸塗、噴塗、或輥塗的方式形成保護材料層，再透過微影蝕刻、或是電漿灰化等方式開出第一接觸孔V1及第二接觸孔V2來形成第一保護層31。

如圖3D圖所示，線路連接步驟是成第一導電線路41及第二導電線路43，第一導電線路41及第二導電線路43位於第一保護層31上， 且部分的第一導電線路41及第二導電線路43並分別設置於第一接觸孔V1及第二接觸孔V2中，而分別連接至超聲波元件20的第一電極203及第二電極207。第一導電線路41及第二導電線路43可以是先以電鍍、蒸鍍、濺鍍等方式形成一導電材料層於第一保護層31的表面，並填入第一接觸孔V1及第二接觸孔V2中。接著，再透過微影蝕刻、或是電漿灰化的方式來分離第一導電線路41及第二導電線路43。

接著，如圖3E圖所示，第二保護層形成步驟是形成第二保護層33以覆蓋第一導電線路41及第二導電線路43。進一步地，還可以如圖3F所示，在第二保護層形成步驟後更包括研磨步驟，由第二表面10b朝向第一表面10a的方向研磨晶圓基板10以薄化該晶圓基板10的厚度。

如圖3G至圖3I所示，首先，開口開設步驟，在第一保護層31及第二保護層33上開設出開口35，開口35中至少曝露出第二電極207的一部分。移除步驟如圖3I所示，移除晶圓基板10的一部分，形成出貫穿晶圓基板10之第一表面10a及第二表面10b的貫通槽H1，使超聲波元件20的下表面20b曝露於貫通槽H1。在一些實施例中，在移除晶圓基板10時承受較大的應力，可以如圖3H所示，在開設開口35後，更可包含載板覆蓋步驟，是以覆蓋載板500於第二保護層33及開口35上，以遮蔽開口35。

如圖3J所示，連接步驟是以陽極處理連接特用晶片60的連接面60a及晶圓基板10的第二表面10b，使得貫通槽H1於連接面60a與第二表面之間10b形成空間H2。透過陽極處理，能使得特用晶片60與晶圓基板10的連接更加穩固，同時，也能避免後續製程上因膠體汙染的問題。進一步地，在陽極處理連接特用晶片60與晶圓基板10時，更可以在真空下進行， 對空間H2抽真空，而達到前述降低第二超聲波信號的傳遞速率，而能加以濾除的功效。

如圖3K到3M所示，首先進行穿孔步驟，如圖3K所示，可以透過傳統的矽晶穿孔(Through-Silicon Via，TSV)技術，或是雷射鑽孔技術，形成貫穿特用晶片60、晶圓基板10、及第一保護層31的穿孔T1。在此僅為示例，而非限於此。而如圖3L所示，填孔步驟是在穿孔T1中填入導電材料，而形成導電柱65。導電柱65與第一導電線路41或第二導電線路43連接。在此，是設置了兩個穿孔T1，填入導電材料後分別形成連接第一導電線路41或第二導電線路43的導電柱65。然而，僅為示例，而非限於此。焊接部形成步驟如同圖3M所示，是在特用晶片60的底面60b對應導電柱65的位置形成焊接部67，焊接部67連接導電柱65。

在覆蓋有載板500的實施例中，在完成焊接部形成步驟後，如圖3N所示，更進行載板移除步驟，以移除載板500而曝露出開口35。最後如圖3O所示，傳導材料填充步驟於開口35填入傳導材料50，傳導材料50接觸超聲波元件20的上表面。更詳細地，傳導材料50接觸第二電極207。而完成如第一實施例的晶圓級超聲波晶片組件1。

圖3J'至圖3O'是晶圓級超聲波晶片組件第二實施例的製造方法不同於第一實施例之步驟所對應的剖面示意圖。第二實施例在圖3A至3I的過程大致與第一實施例雷同，在此不再贅述。如圖3J'所示，第二實施例的特用晶片60具有複數個連接墊69，連接墊69設置於特用晶片60的連接面60a。而如圖3K'所示，在穿孔步驟中，穿孔T1更貫穿連接墊69之一。

在填孔步驟中，如圖3L'所示，在填入導電材料時，導電材料能與連接墊69未被貫穿的部分接觸，也就是連接墊69與填入導電材料形成的導電柱65連接。如圖3L'至圖3O'，除了特用晶片60的部分不同外，其製作的步驟大致與圖3L至圖3O相同，在此不再贅述。

圖4A至圖4H是晶圓級超聲波晶片組件第三實施例及第四實施例的製造方法不同於第一實施例之步驟所對應的剖面示意圖。第三實施例與第一實施例不同之處主要在於超聲波元件20及其製造步驟，在此，僅針對其不同之處提出，在圖4A至圖4H所示的這些步驟後，可以應用如圖3F至3O的步驟來完成。在此將省略不再敘述。

如圖4A所示，第三實施例的超聲波元件形成步驟，是先在晶圓基板10上依序形成第一壓電材料層22及第一電極材料層24。接著，如圖4B所示，將第一壓電材料層22及第一電極材料層24圖案化，以形成彼此分離的第一底壓電層211及第二底壓電層231，及分別堆疊於第一底壓電層211及第二底壓電層231之上的第一電極213及第二電路圖案層233。再如圖4C所示，在第一電極213及第二電路圖案層233之上依序形成第二壓電材料層26及第二電極材料層28。最後，如圖4D所示，將第二壓電材料層26及第二電極材料層28圖案化，以形成彼此分離的第一壓電層215及第二壓電層235，及形成於第二壓電層235上的第二電極237。在此，第一電極213被包覆於第一壓電層215內，而第二電路圖案層233被包覆於第二壓電層235內。

如圖4E圖所示，在第三實施例的製作方法中第一保護層形成步驟，是形成第一保護層31於超聲波元件20的上表面20a及晶圓基板10 的第一表面10a。第一保護層31具有第一接觸孔V1及第二接觸孔V2，在此，第一接觸孔V1貫穿第一保護層31及第一壓電層215，使得第一電極213的一部分曝露於第一接觸孔V1。第二接觸孔V2貫穿第一保護層31，第二電極237的一部分曝露於第二接觸孔V2。在此，第一保護層31可以先利用懸塗、噴塗、或輥塗的方式形成保護材料層，再透過微影蝕刻、或是電漿灰化等方式開出第一接觸孔V1及第二接觸孔V2來形成第一保護層31。

接著如圖4F所示，線路連接步驟是形成第一導電線路41及第二導電線路43，第一導電線路41及第二導電線路43位於第一保護層31上，且部分的第一導電線路41及第二導電線路43分別設置於第一接觸孔V1及第二接觸孔V2中，使得第一導電線路41及第二導電線路43分別連接至超聲波元件20的第一電極213及第二電極237。

接著如圖4G所示，第二保護層形成步驟是形成第二保護層33於第一保護層31、第一導電線路41及第二導電線路43之上，以覆蓋第一導電線路41及第二導電線路43。再如圖4H所示，開口開設步驟是在第二保護層33上開設出開口35，開口35中至少曝露出第二電極237的一部分。接著，可以依據圖3I至圖3O，來完成第三實施例的晶圓級超聲波晶片組件1。或者也可以依據圖3I，以及圖3J'至圖3O'來完成第四實施例的晶圓級超聲波晶片組件1。後續的步驟與前述雷同，在此不再贅述。

綜上所述，藉由在晶圓級超聲波晶片組件1上，在超聲波元件20的上下兩面分別以固態的傳導材料50及空間H2，來使得向兩個方向的超聲波信號傳導速度能明顯地區隔，更進一步地，將特用晶片60連接至晶圓基板10，同時電性連接至超聲波元件20，進而，晶圓級超聲波晶片組 件1的結構更加穩固，同時能使得超聲波信號的傳送能夠更加地精確、可區別，同時在辨別指紋的速度、精準度也能夠大幅地提升。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1:晶圓級超聲波晶片組件

10:晶圓基板

10a:第一表面

10b:第二表面

20:超聲波元件

20a:上表面

20b:下表面

201:第一壓電層

203:第一電極

205:第二壓電層

207:第二電極

31:第一保護層

33:第二保護層

41:第一導電線路

43:第二導電線路

50:傳導材料

60:特用晶片

60a:連接面

60b:底面

65:導電柱

67:焊接部

69:連接墊

H1:貫通槽

H2:空間

T1:穿孔

Claims (16)

1. 一種晶圓級超聲波晶片組件，包括： 一晶圓基板，包含一貫通槽，該貫通槽貫通該晶圓基板的一第一表面及一第二表面，該第一表面及該第二表面彼此相對； 一超聲波元件，位於該晶圓基板的該第一表面，且該超聲波元件具有一上表面及一下表面，該超聲波元件的該下表面曝露於該貫通槽； 一第一保護層，位於該晶圓基板的該第一表面並圍繞該超聲波元件； 一第一導電線路及一第二導電線路，位於該第一保護層上，並分別連接至該超聲波元件的該上表面； 一第二保護層，覆蓋該第一導電線路及該第二導電線路，該第二保護層具有一開口，該超聲波元件的該上表面對應於該開口； 一傳導材料，位於該開口內且接觸該超聲波元件的該上表面； 一特用晶片，包含彼此相對的一連接面及一底面，該連接面與該晶圓基板的該第二表面連接，且該貫通槽位於該特用晶片的該連接面及該超聲波元件的該下表面之間形成一空間； 一導電柱，設置於貫穿該特用晶片、該晶圓基板、及該第一保護層的一穿孔中，該導電柱與該第一導電線路或該第二導電線路連接；以及 一焊接部，位於該特用晶片的底面，該焊接部連接該導電柱。
2. 如請求項1所述之晶圓級超聲波晶片組件，其中該特用晶片的該連接面與該晶圓基板的該第二表面透過陽極處理直接連接。
3. 如請求項1所述之晶圓級超聲波晶片組件，其中該超聲波元件包括依序堆疊於該晶圓基板上的一第一壓電層、一第一電極、一第二壓電層及一第二電極，其中該第二壓電層及該第二電極未覆蓋出該第一電極的部分上表面，該傳導材料接觸該第二電極，且該第一電極與該第二電極分別與該第一導電線路及該第二導電線路連接。
4. 如請求項1所述之晶圓級超聲波晶片組件，其中該超聲波元件包括一第一超聲波單元及一第二超聲波單元，其中該第一超聲波單元包含一第一壓電層及一第一電極，該第一壓電層位於該晶圓基板上，且該第一壓電層及該第一保護層具有連通的一第一接觸孔，該第一電極被包覆於該第一壓電層內，且該第一電極的一部分曝露於該第一接觸孔，該第一導電線路的一部分位於該第一接觸孔中，與該第一電極連接；該第二超聲波單元於垂直該晶圓基板的方向上未與該第一超聲波單元重疊，且該第二超聲波單元包含一第二壓電層、一第二電路圖案層及一第二電極，該第二壓電層位於該晶圓基板上，該第二壓電層與該第一壓電層為同層且彼此分離，該第二電路圖案層被包覆於該第二壓電層內，該第二電路圖案層與該第一電極為同層且彼此分離，該第二電極位於該第二壓電層上，該第一保護層具有一第二接觸孔，該第二接觸孔與該開口連通，該第二導電線路的一部分位於該第二接觸孔中並與該第二電極連接，該傳導材料的一部分填入該第二接觸孔中，與該第二電極接觸。
5. 如請求項3或請求項4任一項所述之晶圓級超聲波晶片組件，其中該特用晶片更包含複數個連接墊，該等連接墊設置於該特用晶片的該連接面。
6. 如請求項5所述之晶圓級超聲波晶片組件，其中該穿孔貫穿該等連接墊之一，且該導電柱與該連接墊連接。
7. 如請求項1所述之晶圓級超聲波晶片組件，其中該傳導材料為聚二甲基矽氧烷。
8. 一種晶圓級超聲波晶片組件的製造方法，包括： 一超聲波元件形成步驟，形成一超聲波元件於一晶圓基板的一第一表面上，其中該超聲波元件包括一第一電極及未與該第一電極連接的一第二電極； 一第一保護層形成步驟，形成一第一保護層於該超聲波元件的一上表面及該晶圓基板的該第一表面，該第一保護層具有一第一接觸孔及一第二接觸孔，該第一電極的一部分及該第二電極的一部分分別曝露於該第一接觸孔及該第二接觸孔； 一線路連接步驟，形成一第一導電線路及一第二導電線路，該第一導電線路及該第二導電線路位於該第一保護層上，部分的該第一導電線路及該第二導電線路分別設置於該第一接觸孔及該第二接觸孔中，而分別連接至該超聲波元件的該第一電極及該第二電極； 一第二保護層形成步驟，形成一第二保護層以覆蓋該第一導電線路及該第二導電線路； 一開口開設步驟，在該第二保護層上開設出一開口，該開口中至少曝露出該第二電極的一部分； 一移除步驟，移除該晶圓基板的一部分，而形成出貫穿該晶圓基板之該第一表面及一第二表面的一貫通槽，該超聲波元件的一下表面曝露於該貫通槽，其中該第二表面係該第一表面的相對表面； 一連接步驟，以陽極處理連接一特用晶片的一連接面及該晶圓基板的該第二表面，使得該貫通槽位於該連接面與該超聲波元件的該下表面之間形成一空間； 一穿孔步驟，形成貫穿該特用晶片、該晶圓基板、及該第一保護層的一穿孔； 一填孔步驟，在該穿孔中填入一導電材料，而形成一導電柱，該導電柱與該第一導電線路或該第二導電線路連接； 一焊接部形成步驟，在該特用晶片的一底面對應該導電柱的位置形成一焊接部，該焊接部連接該導電柱；以及 一傳導材料填充步驟，於該開口填入一傳導材料，該傳導材料接觸該超聲波元件的一上表面。
9. 如請求項8所述之晶圓級超聲波晶片組件的製造方法，其中在該開口開設步驟後更包含一載板覆蓋步驟，該載板覆蓋步驟是以覆蓋一載板於該第二保護層及該開口上，以遮蔽該開口；且於該焊接部形成步驟後更包含一載板移除步驟，以移除該載板而曝露出該開口。
10. 如請求項8所述之晶圓級超聲波晶片組件的製造方法，其中該超聲波元件形成步驟包括： 於該晶圓基板上依序形成一第一壓電層、一第一電極、一第二壓電層及一第二電極；以及 去除該第一壓電層、該第一電極、該第二壓電層及該第二電極的一部分，其中該第二壓電層及該第二電極未覆蓋出該第一電極的部分上表面，且該開口開設步驟中，該開口更貫穿該第一保護層。
11. 如請求項8所述之晶圓級超聲波晶片組件的製造方法，其中該超聲波元件形成步驟包括： 於該晶圓基板上依序形成一第一壓電材料層及一第一電極材料層； 將該第一壓電材料層及該第一電極材料層圖案化，以形成彼此分離的一第一底壓電層及一第二底壓電層，及分別堆疊於該第一底壓電層及該第二底壓電層之上的一第一電極及一第二電路圖案層； 於該第一電極及該第二電路圖案層之上依序形成一第二壓電材料層及一第二電極材料層；以及 將該第二壓電材料層及該第二電極材料層圖案化，以形成彼此分離的一第一壓電層及一第二壓電層，及形成於該第二壓電層上的一第二電極，其中該第一電極被包覆於該第一壓電層內，而該第二電路圖案層被包覆於該第二壓電層內。
12. 如請求項11所述之晶圓級超聲波晶片組件的製造方法，其中該第一保護層形成步驟更包括： 形成一第一保護材料層於該第一壓電層、該第二壓電層及該第二電極上；以及 在該第一保護材料層進行穿孔，形成該第一接觸孔及該第二接觸孔，使該第一保護材料層轉換成該第一保護層，其中該第一保護層包含該第一接觸孔及該第二接觸孔，該第一接觸孔貫穿該第一保護層及該第一壓電層，使該第一電極的一部分曝露於該第一接觸孔中，該第二接觸孔貫穿該第一保護層，使該第二電極的一部分曝露於該第二接觸孔。
13. 如請求項10或請求項11任一項所述之晶圓級超聲波晶片組件的製造方法，其中該特用晶片更包含複數個連接墊，該連接墊設置於該特用晶片的該連接面。
14. 如請求項13所述之晶圓級超聲波晶片組件的製造方法，其中在該穿孔步驟中，該穿孔貫穿該等連接墊之一。
15. 如請求項8所述之晶圓級超聲波晶片組件的製造方法，在該第二保護層形成步驟後更包括一研磨步驟，在該研磨步驟中，由該第二表面朝向該第一表面的方向研磨該晶圓基板以薄化該晶圓基板的厚度。
16. 如請求項8所述之晶圓級超聲波晶片組件的製造方法，其中該連接步驟更包括，對該空間進行抽真空。

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