CN112115755A - 指纹识别模组及其制造方法、电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种指纹识别模组及其制造方法、电子设备，制造方法包括：提供衬底，衬底中形成有信号处理电路；在衬底上形成第一氧化层；提供承载基底；在承载基底上形成压电换能器，压电换能器包括第一电极、位于第一电极上的压电层、以及位于压电层上的第二电极；在压电换能器上形成具有空腔的第二氧化层，空腔至少露出第二电极；通过第二氧化层和第一氧化层，采用熔融键合工艺实现承载基底和衬底的键合；去除承载基底。所述方法无需形成用于占据空腔位置的牺牲层，相应无需进行牺牲层释放的操作，以免出现在空腔中形成牺牲层残留物的问题，且通过熔融键合工艺使承载基底和衬底实现键合，提高了键合可靠性；综上，提高了指纹识别模组的指纹识别性能。

Description

指纹识别模组及其制造方法、电子设备
技术领域
本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种指纹识别模组及其制造方法、电子设备。
背景技术
指纹识别技术通过指纹成像模组采集到人体的指纹图像，然后与指纹识别***里已有指纹成像信息进行比对，以实现身份识别。由于使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域，比如：公安局、海关等安检领域，楼宇的门禁***，以及个人电脑和手机等消费品领域等等。
目前，超声波指纹识别技术由于具备防油防水、穿透性强等优点，具有更强的环境适应能力，可以用于更加复杂的环境，已成为主要的指纹识别技术之一。超声指纹识别技术使用的识别单元为压电换能器。压电换能器主要由底电极、顶电极、以及位于所述底电极和顶电极之间的压电层构成，利用压电层的逆压电效应，只要在压电层上下两面的底电极和顶电极施加固定频率的电压，压电层就会振动，从而产生超声波。由于超声波到达不同材质表面时被吸收、穿透和反射的程度不同，因而可以利用皮肤和空气或不同皮肤层对于声波阻抗的差异，对指纹的脊与谷所在的位置进行识别。
发明内容
本发明实施例解决的问题是提供一种指纹识别模组及其制造方法、电子设备，提高指纹识别模组的指纹识别性能。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种指纹识别模组的制造方法，包括：提供衬底，所述衬底中形成有信号处理电路；在所述衬底上形成第一氧化层；提供承载基底；在所述承载基底上形成压电换能器，所述压电换能器包括第一电极、位于所述第一电极上的压电层、以及位于所述压电层上的第二电极；在所述压电换能器上形成具有空腔的第二氧化层，所述空腔至少露出所述第二电极；通过所述第二氧化层和所述第一氧化层，采用熔融键合工艺实现所述承载基底和所述衬底的键合；去除所述承载基底。
相应的，本发明实施例还提供一种指纹识别模组，包括：衬底，所述衬底中形成有信号处理电路，所述衬底上形成有第一氧化层；与所述衬底相键合的压电换能器，所述压电换能器包括第一电极、位于所述第一电极上的压电层、以及位于所述压电层上的第二电极，所述压电换能器上形成有具有空腔的第二氧化层，所述空腔至少露出所述第二电极，且所述第二氧化层与所述第一氧化层通过熔融键合工艺相连接。
相应的，本发明实施例还提供一种电子设备，包括前述的指纹识别模组。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供的指纹识别模组的制造方法中，在衬底上形成第一氧化层，在压电换能器上形成具有空腔的第二氧化层，所述空腔至少露出第二电极，并通过第二氧化层和第一氧化层，采用熔融键合(fusion bonding)工艺实现承载基底和衬底的键合；第一氧化层和第二氧化层通过键合的方式相结合，因此，在制造过程中，无需形成用于占据所述空腔位置的牺牲层，相应的，无需进行牺牲层释放的操作，以免出现因牺牲层去除不干净而在空腔中形成牺牲层残留物的问题，而且，承载基底和衬底通过熔融键合工艺实现键合，在熔融键合工艺的过程中，第一氧化层和第二氧化层的接触面通过共价键结合的方式实现键合，第一氧化硅层和第二氧化硅层之间具有较高的键合强度，这相应提高了承载基底和衬底之间的键合可靠性；综上，提高了指纹识别模组的指纹识别性能。
附图说明
图1至图3是一种指纹识别模组制造方法中各步骤对应的结构示意图；
图4至图12是本发明指纹识别模组的制造方法一实施例中各步骤对应的结构示意图；
图13至图20是本发明指纹识别模组的制造方法另一实施例中各步骤对应的结构示意图；
图21是本发明指纹识别模组一实施例的结构示意图。
具体实施方式
目前，指纹识别模组的指纹识别性能有待提高。现结合一种指纹识别模组的制造方法分析其指纹识别性能有待提高的原因。
图1至图3是一种指纹识别模组制造方法中各步骤对应的结构示意图。
参考图1，提供衬底10，在衬底10上形成绝缘层20，且在所述绝缘层20内形成空腔25。
参考图2，填充空腔25(如图1所示)，形成牺牲层21；依次采用沉积工艺和图形化工艺，在牺牲层21上形成底电极层30，底电极层30露出部分牺牲层21；形成覆盖绝缘层20、牺牲层21和底电极层30的压电层40；依次采用沉积工艺和图形化工艺，在压电层40上形成顶电极层50，顶电极层50、压电层40和底电极层30构成压电换能器。
参考图3，在压电层40中开设释放孔45，释放孔45位于底电极层30的外周，且释放孔45露出牺牲层21(如图3所示)；通过释放孔45去除空腔25中的牺牲层21。
绝缘层20和底电极层30均通过沉积的方式形成于衬底10上，牺牲层21用于填充空腔25，从而为底电极层30的形成提供工艺平台，以便于半导体工艺的正常进行。但去除空腔25中的牺牲层21时，难以保证牺牲层21可以完全去除，尤其是，随着指纹识别模组小型化的发展，释放孔45的直径也越来越小，这相应增大了去除牺牲层21的难度，从而容易在空腔25中形成牺牲层残留物。一方面，由于需要进行形成牺牲层21的步骤以及去除牺牲层21的步骤，工艺步骤复杂；另一方面，当空腔25中形成有牺牲层残留物时，容易导致空腔25的声学性能偏离设计值和出现波动，从而降低指纹识别的精准度。
为了解决所述技术问题，本发明实施例在衬底上形成第一氧化层，在压电换能器上形成具有空腔的第二氧化层，所述空腔至少露出第二电极，并通过第二氧化层和第一氧化层，采用熔融键合工艺实现承载基底和衬底的键合；第一氧化层和第二氧化层通过键合的方式相结合，在指纹识别模组的制造过程中，无需形成用于占据所述空腔位置的牺牲层，则后续无需进行牺牲层释放的操作，以免出现因牺牲层去除不干净而在空腔中形成牺牲层残留物的问题，且通过熔融键合工艺，第一氧化硅层和第二氧化硅层之间键合强度较高，这提高了承载基底和衬底之间的键合可靠性；综上，提高了指纹识别模组的指纹识别性能。
为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图4至图12是本发明指纹识别模组的制造方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
参考图4，提供衬底160，所述衬底160中形成有信号处理电路。
衬底160用于与压电换能器相键合，从而形成指纹识别模组。衬底160中形成有信号处理电路，衬底160用于在指纹识别模组的使用过程中，驱动压电换能器、以及处理压电换能器产生的检测信号。本实施例中，衬底160基于CMOS工艺形成，具体为晶圆级衬底，以便于使衬底160与压电换能器实现晶圆级方式的集成，提高制造效率。在其他实施例中，衬底也可以为芯片级衬底。
本实施例中，衬底160中的信号处理电路具有连接端165，连接端165用于实现衬底160与其他器件或压电换能器的电连接。衬底160为晶圆级衬底，连接端165的数量相应为多个。具体地，衬底160露出连接端165，所述连接端165为焊垫(pad)。
继续参考图4，在所述衬底160上形成第一氧化层170。
第一氧化层170作为后续熔融键合工艺的键合层，用于实现衬底160与压电换能器之间的物理连接，且能够提高键合强度。
本实施例中，第一氧化层170的材料为氧化硅，从而在熔融键合工艺中，使衬底160与压电换能器的接触面以Si-O-Si的共价键进行键合。硅氧键的键能较大，从而提高键合强度和键合精度；而且，氧化硅材料具有较高的工艺兼容性、成本较低，这有利于降低工艺复杂度和工艺成本、有利于降低对指纹识别模组的性能影响。在其他实施例中，其材料还可以为氧化铪、氧化铝或氧化镧。
本实施例中，通过沉积工艺形成第一氧化层170，沉积工艺为原子层沉积(ALD)工艺，第一氧化层170以原子层的形式形成于衬底160上，有利于提高第一氧化层170的厚度均一性以及第一氧化层170中的结构均匀性，且第一氧化层170具有良好的覆盖能力；此外，原子层沉积工艺的工艺温度通常较低，还有利于降低晶圆变形(Wafer Distortion)、器件性能偏移的概率。在其他实施例中，根据第一氧化层的材料，沉积工艺还可以为低压化学气相沉积(LPCVD)工艺、金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺、物理气相沉积(PVD)工艺或激光脉冲沉积(PLD)工艺。第一氧化层170通过半导体工艺形成，从而将第一氧化层170的形成工艺整合至指纹识别模组的制造工艺中，工艺兼容性高。
其中，形成第一氧化层170后，未对第一氧化层170进行图形化，第一氧化层170全面覆盖衬底160，从而简化了工艺步骤。本实施例中，形成第一氧化层170后，还包括：对第一氧化层170进行平坦化处理。通过对第一氧化层170进行平坦化处理，提高第一氧化层170的表面平坦度，从而提高后续熔融键合的键合强度。具体地，采用化学机械研磨工艺进行平坦化处理。
参考图5，提供承载基底100，在承载基底100上形成压电换能器200，压电换能器200包括第一电极120、位于第一电极120上的压电层130、以及位于压电层130上的第二电极140。
承载基底100用于为压电换能器200的形成提供工艺平台。本实施例中，承载基底100为半导体晶圆。通过选用半导体晶圆，从而能够通过半导体工艺(例如：沉积工艺和图形化工艺)形成压电换能器200，使得压电换能器200中各膜层之间的粘附性较高，有利于提高压电换能器200的可靠性。而且，压电换能器200通过成熟的半导体工艺所形成，形成压电换能器200的工艺简单，具有较高的工艺兼容性。具体地，承载基底100为硅基底。硅基底是半导体领域常用的基底类型，工艺兼容性高，且后续易于去除。
压电换能器200为指纹识别模组中的识别单元。本实施例中，在承载基底100上独立完成压电换能器200的制备，有利于提高形成压电换能器200的工艺灵活性，且避免形成压电换能器200的工艺对衬底160(如图4所示)造成影响，使得衬底160的质量得到保障、降低衬底160的报废率。
本实施例中，衬底160为晶圆级衬底，压电换能器200的数量相应为多个。具体地，形成压电换能器200的步骤包括：在承载基底100上形成多个第一电极120；形成覆盖承载基底100和第一电极120的压电层130；在压电层130上形成多个第二电极140，第二电极140与第一电极120一一对应且相对设置。
第一电极120和第二电极140的数量均为多个，后续使压电换能器200和衬底160相键合后，无需再对第一电极120或第二电极140进行图形化处理，有利于简化后续工艺的复杂度。本实施例中，形成压电换能器200后，第一电极120和第二电极140交错设置，也就是说，第二电极140的任意一个端部位于第一电极120的一侧，以便于后续能够在第一电极120一侧的压电层130中形成电连接第二电极140的第二导电插塞，且形成第二导电插塞时，无需对第一电极120进行刻蚀，从而降低了形成第二导电插塞的工艺难度。
在其他实施例中，当衬底为芯片级衬底时，压电换能器的数量相应为一个。
第一电极120用于作为压电换能器中的顶电极(top electrode)，即指纹识别模组中更远离衬底160(如图6所示)的电极。第一电极120的材料可以为金属、金属硅化物、金属氮化物、金属氧化物或导电碳等导电材料，例如，第一电极120的材料可以为Mo、Al、Cu、Ag、Au、Ni、Co、TiAl、TiN或TaN等。本实施例中，第一电极120的材料为Mo。
具体地，形成第一电极120的步骤包括：通过沉积工艺形成覆盖承载基底100的第一导电层(图未示)；采用干法刻蚀工艺对第一导电层进行图形化处理，形成第一电极120。其中，所述沉积工艺可以为离子溅射工艺。
在指纹识别模组的使用过程中，利用压电层130的逆压电效应，产生超声波，从而实现超声波指纹识别。压电层130的材料可以为压电晶体、压电陶瓷或压电聚合物等。其中，所述压电晶体可以为氮化铝、锆钛酸铅、石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛、铁晶体管铌酸锂或钽酸锂等，所述压电聚合物可以为聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、尼龙-11或亚乙烯基二氰-醋酸乙烯交替共聚物等。本实施例中，所述压电层130的材料为氮化铝，通过沉积工艺形成压电层130，例如为反应溅射沉积工艺。
第二电极140用于作为压电换能器200中的底电极(bottom electrode)，即指纹识别模组中更靠近衬底160(如图6所示)的电极。具体地，形成第二电极140的步骤包括：形成覆盖压电层130的第二导电层(图未示)；对第二导电层进行图形化处理，形成第二电极140。对第二电极140的具体描述，可参考前述形成第一电极120时的相应描述，在此不再赘述。
继续参考图5，需要说明的是，在承载基底100上形成压电换能器200之前，还包括：在承载基底100上形成隔离层110。
后续还包括去除承载基底100的步骤，在去除承载基底100时，隔离层110朝向承载基底100的面用于定义去除工艺的停止位置，从而保证压电换能器200的完整性、减小对压电换能器200和衬底160的键合强度的影响。
承载基底100为半导体晶圆，后续通过减薄处理的方式去除承载基底100，且在减薄处理的步骤中，以隔离层100作为停止层。此外，当后续形成电连接第一电极120的第一导电插塞时，隔离层110还用于为第一导电插塞的形成提供工艺平台。本实施例中，隔离层110的材料为氧化硅，氧化硅是半导体领域中常用的介质材料，易于形成和实现图形化，且工艺成本低，在对承载基底100进行减薄的过程中，氧化硅层也能够较好地起到停止作用。本实施例中，采用沉积工艺形成隔离层110，例如为化学气相沉积工艺。
参考图6，形成压电换能器200(如图5所示)后，还包括：在压电层130中形成第三导电孔131。
后续将压电换能器200键合至衬底160上后，第三导电孔131适于和连接端165相对应，从而为形成电连接连接端165的第三导电插塞提供工艺基础。
本实施例中，刻蚀第一电极120和第二电极140一侧的压电层130，形成第三导电孔131，以免对第一电极120或第二电极140进行刻蚀，从而降低形成第三导电孔131的工艺难度。具体地，采用干法刻蚀工艺刻蚀压电层130。在其他实施例中，形成压电换能器后，也可以不对压电层进行刻蚀，在后续工艺中形成第三导电孔。
结合参考图7至图8，在压电换能器200(如图5所示)上形成具有空腔151(如图8所示)的第二氧化层150，所述空腔151至少露出第二电极140。
第二氧化层150也作为后续熔融键合工艺的键合层，用于使衬底160(如图4所示)与压电换能器200之间实现永久性键合，且能够提高键合强度，从而提高指纹识别模组的可靠性，例如：提高指纹识别模组的指纹识别性能。而且，在压电换能器200上形成具有空腔151的第二氧化层150后，压电换能器200起到了遮盖空腔151的作用。因此，后续实现压电换能器200和衬底160的键合后，压电换能器200和衬底160能够密封所述空腔151。此外，形成第二氧化层150的制程在承载基底100上完成，从而避免形成第二氧化层150的制程对衬底160产生影响，有利于提高指纹识别模组的可靠性、降低衬底160的报废率。再次，压电换能器200的设计参数确定空腔151的形成和尺寸，通过控制第二氧化层150的厚度，可以精确控制空腔151的纵向尺寸，且能够充分利用空腔151的空间，在保证空腔151的纵向尺寸能够满足压电换能器200性能需求的同时，有利于满足指纹识别模组的薄型化需求。
第二氧化层150的材料与第一氧化层170(如图4所示)的材料相同，以提高键合强度。本实施例中，第二氧化层150的材料为氧化硅。在其他实施例中，第二氧化层还可以为氧化铪、氧化铝或氧化镧。具体地，形成第二氧化层150的步骤包括：如图7所示，形成覆盖压电换能器200的氧化材料层155；如图8所示，图形化氧化材料层155，在氧化材料层155中形成露出第二电极140的空腔151，剩余氧化材料层155作为第二氧化层150。
本实施例中，通过沉积工艺形成氧化材料层155，例如为原子层沉积工艺。在其他实施例中，沉积工艺还可以为化学气相沉积工艺、金属有机化学气相沉积、物理气相沉积工艺或激光脉冲沉积工艺。其中，由于压电层130中形成有第三导电孔131(如图6所示)，第二氧化层150还填充于第三导电孔131中
具体地，采用包括涂布光刻胶、曝光和显影的光刻工艺，形成光刻胶掩膜(图未示)，经由光刻胶掩膜对氧化材料层155进行刻蚀。本实施例中，采用干法刻蚀工艺刻蚀氧化材料层155。干法刻蚀工艺具有各向异性刻蚀的特性，有利于提高空腔151的开口尺寸精度和侧壁形貌质量，以保证压电换能器200的声学性能。第二氧化层150通过半导体工艺所形成，从而将第二氧化层150的形成工艺整合至指纹识别模组的制造工艺中，工艺兼容性高。对第二氧化层150的具体描述，可参考前述对第一氧化层170的相关描述，在此不再赘述。
根据压电换能器200的设计参数确定空腔151的形状和尺寸。本实施例中，空腔151底部露出第二电极140的部分表面。在另一些实施例中，空腔侧壁和第二电极侧壁相齐平。在其他实施例中，沿平行于承载基底表面的方向，空腔的开口尺寸还可以大于第二电极的尺寸，相应的，空腔不仅露出第二电极，还露出部分压电层。
本实施例中，衬底160为晶圆级衬底，空腔151的数量相应为多个，且与压电换能器200一一对应。在其他实施例中，当衬底为芯片级衬底时，空腔的数量相应为一个。
需要说明的是，图形化氧化材料层155之前，还包括：对氧化材料层155进行平坦化处理。通过所述平坦化处理，提高氧化材料层155的表面平坦度，这不仅有利于提高图形化氧化材料层155时所采用光刻工艺的精度，从而提高空腔151的开口尺寸精度，还有利于提高第二氧化层150的表面平坦度，从而提高熔融键合的键合强度。具体地，采用化学机械研磨工艺进行平坦化处理。
参考图9，通过第二氧化层150和第一氧化层170，采用熔融键合工艺实现承载基底100和衬底160的键合。
具体地，使第二氧化层150和第一氧化层170相对设置并贴合，从而实现熔融键合，且第二氧化层150和第一氧化层170之间的键合强度高。本实施例中，压电换能器200遮盖空腔151，完成键合后，压电换能器200和衬底160密封空腔151，使空腔151呈封闭状。空腔151用于改善声学性能，压电换能器200和衬底160密封空腔151，使得空腔151与外界环境隔绝以维持空腔151的声学性能的稳定性，从而提高指纹识别模组的指纹识别性能。
第二氧化层150和第一氧化层170通过键合的方式相结合，因此，所述制造方法无需形成用于占据空腔的牺牲层，后续则无需进行牺牲层释放的操作，以免出现因牺牲层去除不干净而在空腔151中形成牺牲层残留物的问题，提高了空腔151对声学性能的改善效果；且熔融键合工艺的键合强度较高，提高了承载基底100和衬底160的键合可靠性；综上，提高了指纹识别模组的指纹识别性能。相应的，由于无需进行牺牲层的形成步骤以及牺牲层释放的步骤，避免了因牺牲层工艺而造成衬底160报废的问题，有利于降低衬底160的报废率。
需要说明的是，第一氧化层170全面覆盖衬底160，与在第一氧化层中形成与空腔151相对应的开口的方案相比，所述承载基底100和衬底160的键合过程中，无需将空腔151与开口进行对准，从而降低了键合工艺的工艺难度，这相应有利于提高承载基底100和衬底160的键合可靠性。本实施例中，在进行键合的步骤中，使第三导电孔131(如图6所示)和信号处理电路的相应连接端165相对应。
本实施例中，衬底160为晶圆级衬底，压电换能器200和空腔151的数量均为多个，因此，压电换能器200和空腔151一一对应，也就是说，第二电极140和空腔151一一对应。
本实施例中，第一氧化层170和第二氧化层150的材料均为氧化硅，因此承载基底100和衬底160通过氧化硅-氧化硅熔融键合的方式实现键合。具体地，熔融键合工艺的步骤包括：对第一氧化层170和第二氧化层150的表面进行等离子体活化处理。通过等离子体活化处理，使第一氧化层170和第二氧化层150表面的污染物和杂质等成为气态，并通过等离子***的真空泵排出，从而起到去除污染物和杂质的作用；而且，等离子体对第一氧化层170和第二氧化层150的表面进行撞击，对不稳定的非桥接氧原子赋能，使氧原子离开原先成键的原子，从而为后续形成共价键提供良好基础。等离子体活化处理所采用的反应气体可以包括Ar、N2、O2和SF6中的一种或多种。本实施例中，反应气体为O2。
本实施例中，熔融键合工艺的步骤还包括：在等离子体活化处理后，对第一氧化层170和第二氧化层150的表面进行去离子水清洗处理；在去离子水预清洗处理后，采用N2吹干第一氧化层170和第二氧化层150，对第一氧化层170和第二氧化层150的表面进行干燥处理。通过去离子水清洗处理和干燥处理，提高第一氧化层170和第二氧化层150的表面质量，从而提高键合强度。
本实施例中，熔融键合工艺的步骤还包括：在干燥处理后，将第二氧化层150和第一氧化层170相对设置并贴合，对承载基底100和衬底160施加键合压力，进行预键合处理。在等离子体活化处理后，第一氧化层170和第二氧化层150的表面会形成未饱和成键的Si原子，预键合处理用于使第一氧化层170和第二氧化层150实现接触面的化学键连接。
本实施例中，熔融键合工艺的步骤包括：在预键合处理后，进行退火处理。退火处理用于使第一氧化层170和第二氧化层150的接触面发生脱水缩合反应，从而使第一氧化层170和第二氧化层150实现Si-O-Si的共价键结合。
需要说明的是，压电换能器200形成于承载基底100上，承载基底100能够为熔融键合工艺提供工艺平台，以便于熔融键合工艺的进行。
参考图10，在实现键合后，去除承载基底100(如图9所示)。
去除承载基底100，从而为后续电连接工艺提供工艺基础。
本实施例中，承载基底100为半导体晶圆，因此，利用减薄工艺去除承载基底100，减薄工艺可以包括但不限于化学机械研磨工艺。具体地，隔离层110作为减薄工艺的停止层，因此，在去除承载基底100后，第一电极120和压电层130表面形成有隔离层110。
参考图11，去除承载基底100(如图9所示)后，还包括：在隔离层110中形成多个露出第一电极120的第一导电孔111。
第一导电孔111用于为形成电连接第一电极120的第一导电插塞提供空间位置。本实施例中，采用干法刻蚀工艺刻蚀隔离层110，形成第一导电孔111。
继续参考图11，去除承载基底100(如图9所示)后，还包括：在第一电极120一侧的隔离层110和压电层130中形成多个露出第二电极140的第二导电孔132。
第二导电孔132用于为形成电连接第二电极140的第二导电插塞提供空间位置。本实施例中，采用干法刻蚀工艺依次刻蚀隔离层110和压电层130，形成第二导电孔132。
继续参考图11，去除承载基底100(如图9所示)后，还包括：在第二氧化层150和第一氧化层170中形成与第三导电孔131相贯通的第四导电孔152。
第四导电孔152与第三导电孔131相贯通，第三导电孔131和连接端165相对应，因此，第四导电孔152露出连接端165，第四导电孔152和第三导电孔131用于为后续形成电连接连接端165的第三导电插塞提供空间位置。
需要说明的是，去除承载基底100后，露出隔离层110，因此，在形成第四导电孔152之前，还包括：在隔离层110中形成第五导电孔112，第五导电孔112露出填充于第三导电孔131中的第二氧化层150。
本实施例中，采用干法刻蚀工艺依次刻蚀隔离层110、第二氧化层150和第一氧化层170，在隔离层110中形成第五导电孔112，在第二氧化层150和第一氧化层170中形成第四导电孔152。
本实施例中，通过依次刻蚀隔离层110、第二氧化层150和第一氧化层170的方式，分别形成第五导电孔112和第四导电孔152，降低了对光刻工艺的对准精度的要求，从而提高第五导电孔112和第四导电孔152的位置精准度和尺寸精准度。本实施例中，不对第一导电孔111、第二导电孔132、第五导电孔112和第四导电孔152的形成顺序做限定。作为一种示例，在形成第一导电孔111之后，形成第二导电孔132；在形成第二导电孔132后，依次形成第五导电孔112和第四导电孔152。
参考图12，形成互连结构(未标示)，用于电连接第一电极120、第二电极140或信号处理电路的相应连接端165。
互连结构用于使衬底160和压电换能器200(如图5所示)实现电连接，从而实现指纹识别模组的指纹识别功能，且便于进行后续的封装制程。而且，本实施例将压电换能器200和衬底160的集成工艺、以及两者的电连接工艺集成到同一工艺流程中，有利于提高指纹识别模组的制造工艺的稳定性，从而提高指纹识别模组的性能以及性能均一性，且有利于降低制造成本。
具体地，形成互连结构的方法包括：形成第一导电插塞172，所述第一导电插塞172底部露出第一电极120边缘；形成第二导电插塞171，所述第二导电插塞171底部露出第二电极140边缘；形成第三导电插塞173，所述第三导电插塞173底部露出连接端165。其中，第一电极120和第二电极140交错设置，形成第二导电插塞171时，无需对第一电极120进行刻蚀，降低了形成第二导电插塞171的工艺难度，因此，第一导电插塞172底部露出第一电极120边缘，第二导电插塞171底部露出第二电极140边缘。
本实施例中，如图11所示，在第一导电孔111中形成电连接第一电极120的第一导电插塞172，在第二导电孔132中形成电连接第二电极140的第二导电插塞171，在第五导电孔112、第三导电孔131和第四导电孔152中形成电连接连接端165的第三导电插塞173。具体地，通过沉积工艺在第一导电孔111、第二导电孔132、第五导电孔112、第三导电孔131和第四导电孔152中填充导电材料(图未示)，导电材料175还覆盖隔离层110；对位于隔离层110上的导电材料进行图形化处理，以分别形成第一导电插塞172、第二导电插塞171和第三导电插塞173。相应的，第一导电插塞172、第二导电插塞171和第三导电插塞173均凸出于隔离层110。本实施例中，导电材料包括Cu、Au、Ag和Al中的一种或多种，所述沉积工艺可以为电镀工艺。
本实施例中，采用包括涂布光刻胶、曝光和显影的光刻工艺，形成光刻胶掩膜，经由所述光刻胶掩膜对导电材料进行刻蚀，将导电材料图形化为所述第一导电插塞172、第二导电插塞171和第三导电插塞173。在刻蚀导电材料后，通过湿法去胶或者灰化工艺，去除光刻胶掩膜。本实施例中，利用导电插塞(contact，CT)的工艺形成互连结构，降低了电连接工艺的工艺复杂度，且便于进行后续的封装制程。
图13至图20是本发明指纹识别模组的制造方法另一实施例中各步骤对应的结构示意图。
本实施例与第一实施例的相同之处，在此不再赘述。本实施例与前述实施例的不同之处在于：如图14所示，在承载基底300上形成压电换能器400的步骤包括：形成覆盖承载基底300的整层导电层325，部分区域的导电层325用于作为第一电极320；相应的，如图18所示，去除承载基底300(如图15所示)后，还包括：图形化导电层325，形成多个第一电极320。
参考图13，提供衬底360，在衬底360上形成第一氧化层370。
衬底360中形成有信号处理电路，信号处理电路具有连接端365，且衬底360露出连接端365。对衬底360和第一氧化层370的具体描述，可参考前述实施例中衬底160和第一氧化层170的相应描述，在此不再赘述。
参考图14，提供承载基底300，形成覆盖承载基底300的整层导电层325，部分区域的导电层325用于作为第一电极320；形成覆盖第一电极320的压电层330；在压电层330上形成多个第二电极340，第二电极340、压电层330和第一电极320用于构成压电换能器400。
承载基底300为半导体晶圆。具体地，承载基底300为硅基底。
形成压电换能器400后，承载基底300上覆盖有整层的导电层325，仅第二电极340的数量为多个，这易于在后续键合工艺和光刻工艺中实现对准、提高对准精度，有利于提高指纹识别模组的性能。
本实施例中，通过沉积工艺形成所述导电层325，所述沉积工艺可以为离子溅射工艺，部分区域的所述导电层325用于作为第一电极320。对所述第一电极320的具体描述，可结合参考前述实施例中的相应描述，不再赘述。
本实施例中，通过沉积工艺形成所述压电层330，通过依次进行的沉积工艺和图形化工艺形成所述第二电极340。对所述压电层330、第二电极340及其形成步骤的具体描述，可结合参考前述实施例中的相应描述，不再赘述。
需要说明的是，在承载基底300上形成压电换能器400之前，还包括：在承载基底300上形成隔离层310。本实施例中，隔离层310的材料为氧化硅。
参考图15，在压电换能器400(如图14所示)上形成具有空腔351的第二氧化层350，空腔351至少露出第二电极340。
形成第二氧化层350的步骤包括：形成覆盖压电层330和第二电极340的氧化材料层(图未示)；图形化氧化材料层，在氧化材料层中形成露出第二电极340的空腔351，剩余氧化材料层作为第二氧化层350。对第二氧化层350、空腔351及其形成方法的描述，可参考前述实施例中的相应描述，在此不再赘述。
导电层325全面覆盖衬底300，压电层330全面覆盖导电层325，仅第二电极340为多个，也就是说，仅第二电极340和压电层330之间存在台阶，这有利于提高第二氧化层350的表面平整度，从而提高后续键合工艺的键合面的平整度。还需要说明的是，为了进一步提高第二氧化层350的表面平整度，在图形化氧化材料层之前，还包括：对氧化材料层表面进行平坦化处理。
参考图16，采用熔融键合工艺实现承载基底300(如图15所示)和衬底360的键合；完成键合后，去除承载基底300；去除承载基底300后，在隔离层310中形成多个露出第一电极320(如图14所示)的第一导电孔311。
对键合步骤的具体描述，可参考前述实施例中的相应描述，在此不再赘述。
本实施例中，以隔离层310作为停止层，对承载基底300进行减薄处理。
部分区域的导电层325作为第一电极320，后续步骤还包括图形化导电层325，保留第一电极320，第一导电孔311露出第一电极320，第一导电孔311用于为后续形成电连接第一电极320的第一导电插塞提供空间位置。本实施例中，采用干法刻蚀工艺刻蚀隔离层310，形成第一导电孔311。
参考图17，图形化导电层325(如图16所示)，形成多个第一电极320，且使所述多个第一导电孔311与第一电极320相对应。
具体地，第一电极320数量为多个，且分别与第二电极340相对设置。图形化导电层325后，第一电极320露出部分压电层330，从而为后续刻蚀压电层330做准备。需要说明的是，导电层325表面形成有隔离层310，因此，图形化导电层325的步骤还包括图形化隔离层310，使第一导电孔311与第一电极320一一对应；相应的，图形化导电层325后，仅保留第一电极320表面的隔离层310。本实施例中，采用干法刻蚀工艺依次对隔离层310和导电层325进行刻蚀，直至露出压电层330，以形成第一电极320。
参考图18，图形化导电层325(如图16所示)后，还包括：在压电层330中形成第二导电孔331和第三导电孔332，第二导电孔331露出第二电极340，第三导电孔332和连接端365相对应。
第二导电孔331用于为后续形成电连接第二电极340的第二导电插塞提供空间位置，第三导电孔332用于为后续形成电连接连接端365的第三导电插塞提供空间位置。第二导电孔331和第三导电孔332在同一步骤中形成，这有利于减少光罩，从而节省了制造成本。本实施例中，采用干法刻蚀工艺刻蚀压电层330，形成第二导电孔331和第三导电孔332。其中，刻蚀导电层325后，第一电极320露出压电层330，因此，形成第二导电孔331和第三导电孔332时，仅需刻蚀压电层330，刻蚀工艺简单。
参考图19，形成第二导电孔331和第三导电孔332后，在第二氧化层350和第一氧化层370中形成与第三导电孔332相贯通的第四导电孔352。
第四导电孔352露出连接端365，从而为后续形成电连接连接端365的第三导电插塞提供空间位置。本实施例中，采用干法刻蚀工艺依次刻蚀第二氧化层350和第一氧化层370，从而形成第四导电孔352。
参考图20，在第一导电孔311(如图19所示)中形成电连接第一电极320的第一导电插塞372，在第二导电孔331(如图19所示)中形成电连接第二电极340的第二导电插塞371，在第三导电孔332(如图19所示)和第四导电孔352(如图19所示)中形成电连接连接端365的第三导电插塞373。
具体地，通过沉积工艺在第一导电孔311、第二导电孔331、第三导电孔332和第四导电孔352中填充导电材料，导电材料还覆盖隔离层310；对隔离层310上的导电材料进行图形化处理，形成凸出于隔离层310的第一导电插塞372、凸出于压电层330的第二导电插塞371、以及凸出于压电层330的第三导电插塞373。对第一导电插塞372、第二导电插塞371、第三导电插塞373及其形成方法的具体描述，可参考前述实施例中的相应描述，在此不再赘述。
对本实施例所述制造方法的具体描述，可结合参考前述实施例的相应描述。
相应的，本发明实施例还提供一种指纹识别模组。图21是本发明指纹识别模组一实施例的结构示意图。
所述指纹识别模组包括：衬底760，衬底760中形成有信号处理电路，衬底760上形成有第一氧化层770；与衬底760相键合的压电换能器800，压电换能器800包括第一电极720、位于第一电极720上的压电层730、以及位于压电层730上的第二电极740，压电换能器800上形成有具有空腔751的第二氧化层750，空腔750至少露出第二电极740，且第二氧化层750与第一氧化层770通过熔融键合工艺相连接。
第二氧化层750和第一氧化层770通过熔融键合的方式相键合，一方面，在指纹识别模组的制造方法过程中，无需形成用于占据空腔的牺牲层，相应的，无需进行牺牲层释放的操作，这简化了工艺步骤，且避免出现因牺牲层去除不干净而在空腔中形成残留物的问题，另一方面，熔融键合工艺具有较高的键合强度，这提高了压电换能器800和衬底760的键合可靠性；而且，压电换能器800遮盖空腔751，使空腔751呈封闭状，从而有利于提高空腔751对声学性能的改善效果。综上，本实施例指纹识别模组的指纹识别性能较高。
压电换能器800和衬底760通过第二氧化层750和第一氧化层770相键合，在制造过程中，可以独立完成压电换能器800的制备，提高了形成压电换能器800的工艺灵活性，且避免形成压电换能器800的工艺对衬底760造成影响；此外，无需进行牺牲层的形成步骤以及牺牲层释放的步骤，避免了因牺牲层工艺而造成衬底760报废的问题。上述两个方面均有利于降低衬底760的报废率。
衬底760中形成有信号处理电路，衬底760用于在指纹识别模组的使用过程中，驱动压电换能器、以及处理压电换能器产生的检测信号。本实施例中，所述衬底760基于CMOS工艺形成，所述衬底760为晶圆级衬底。在其他实施例中，所述衬底也可以为芯片级衬底。所述衬底760中的信号处理电路具有连接端765。本实施例中，所述衬底760露出连接端765，所述连接端765为焊垫。
第一氧化层770和第二氧化层750均作为熔融键合工艺的键合层，第一氧化层770和第二氧化层750的接触面以共价键的方式实现连接，因此第一氧化层770和第二氧化层750之间具有较高的键合强度，从而提高了键合可靠性。本实施例中，第一氧化层770和第二氧化层750的材料均为氧化硅。氧化硅材料具有较高的工艺兼容性，有利于降低对指纹识别模组的性能影响；且第一氧化层770和第二氧化层750的接触面通过Si-O-Si的共价键实现结合，硅氧键的键能较大，因此能有效提高键合强度。在其他实施例中，第一氧化层还可以为氧化铪、氧化铝或氧化镧，第二氧化层还可以为氧化铪、氧化铝或氧化镧。
第二氧化层750中形成有空腔751，空腔751用于提高压电换能器800的声学性能。其中，第一氧化层770全面覆盖衬底760，第一氧化层中未设有与空腔751相对应的开口，因此在键合的过程中，无需将空腔751与开口进行对准，从而降低了键合工艺的工艺难度，这相应有利于提高压电换能器800和衬底760的键合可靠性。本实施例中，衬底760为晶圆级衬底，空腔751相应为多个。其中，根据压电换能器800的设计参数确定所述空腔751的形状和尺寸。
压电换能器800作为指纹识别模组中的识别单元。压电换能器800包括第一电极720、位于第一电极720上的压电层730、以及位于压电层730上的第二电极740。本实施例中，压电换能器800和空腔751的数量均为多个，第一电极720和第二电极740的数量相应均为多个，第二电极740与第一电极720相对设置，且第二电极740和空腔751一一对应。在其他实施例中，当衬底为芯片级衬底时，压电换能器的数量相应为一个。
第一电极720和第二电极740交错设置，以便于在第一电极720一侧的压电层730中形成电连接第二电极740的互连结构，且形成电连接第二电极740的互连结构时，无需对第一电极720进行刻蚀，降低了电连接工艺的工艺难度。第一电极720用于作为压电换能器800中的顶电极，第二电极740用于作为压电换能器800中的底电极。第一电极720和第二电极740的材料可以为金属、金属硅化物、金属氮化物、金属氧化物或导电碳等导电材料。本实施例中，第一电极720和第二电极740的材料均为Mo。
在指纹识别模组的使用过程中，利用压电层730的逆压电效应，产生超声波，从而实现超声波指纹识别。本实施例中，所述压电层730的材料为氮化铝。
本实施例中，指纹识别模组还包括：隔离层710，位于第一电极720表面。在指纹识别模组的制造过程中，压电换能器800形成于承载基底上，且承载基底通过进行减薄工艺的方式去除，隔离层710作为减薄工艺的停止层。本实施例中，隔离层710还位于压电层730的表面。在其他实施例中，隔离层也可以仅位于第一电极的表面。本实施例中，隔离层710的材料为氧化硅。
本实施例中，指纹识别模组还包括：互连结构(未标示)，电连接第一电极720、第二电极740或信号处理电路的相应连接端765，从而使衬底760和压电换能器800实现电连接，进而实现指纹识别模组的指纹识别功能。
具体地，互连结构包括：与第一电极720电连接的第一导电插塞782、与第二电极740电连接的第二导电插塞781、以及与连接端765电连接的第三导电插塞783。其中，通过第一导电插塞782、第二导电插塞781和第三导电插塞783，便于实现衬底760与第一电极720以及第二电极740的电连接。本实施例中，第一导电插塞782位于隔离层710中；第二导电插塞781位于压电层730中；第三导电插塞783贯穿压电层730、第二氧化层750和第一氧化层770。
本实施例中，隔离层710还位于互连结构露出的压电层730表面，因此，第二导电插塞781贯穿隔离层710和压电层730，第三导电插塞783贯穿隔离层710、压电层730、第二氧化层750和第一氧化层770。相应的，隔离层710还用于为互连结构的形成提供工艺平台，且实现互连结构的电隔离。
本实施例中，第一导电插塞782、第二导电插塞781和第三导电插塞783的材料为导电材料，导电材料包括Cu、Au、Ag和Al中的一种或多种。本实施例中，互连结构的类型为导电插塞，这降低了形成互连结构的工艺复杂度，也便于进行后续的封装制程。在其他实施例中，互连结构的类型还可以包括其他类型的结构，例如：再布线(RDL)结构。
本实施例所述指纹识别模组采用前述实施例所述的制造方法所制成，也可以采用其他制造方法所制成。对本实施例所述指纹识别模组的具体描述，可参考前述实施例中的相应描述，本实施例在此不再赘述。
相应的，本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括前述指纹识别模组。通过在电子设备中配置本实施例所述的指纹识别模组，以实现指纹识别。其中，所述电子设备还可以为个人计算机、智能手机、个人数字助理(PDA)、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***、汽车无钥进入电子***或汽车无钥启动电子***等。
由前述分析可知，在指纹识别模组的制造过程中，压电换能器的空腔中不会残留有牺牲层，压电换能器的声学性能得到提升，且衬底的质量也得到保障，因此，指纹识别模组的指纹识别性能(例如：指纹识别模组的指纹识别精准度)较高，从而提高了用户的使用感受度。对本实施例所述电子设备中的指纹识别模组的具体描述，可参考前述实施例中的相应描述，本实施例在此不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (20)

1.一种指纹识别模组的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底中形成有信号处理电路；
在所述衬底上形成第一氧化层；
提供承载基底；
在所述承载基底上形成压电换能器，所述压电换能器包括第一电极、位于所述第一电极上的压电层、以及位于所述压电层上的第二电极；
在所述压电换能器上形成具有空腔的第二氧化层，所述空腔至少露出所述第二电极；
通过所述第二氧化层和所述第一氧化层，采用熔融键合工艺实现所述承载基底和所述衬底的键合；
去除所述承载基底。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述压电换能器上形成具有空腔的第二氧化层的步骤包括：形成覆盖所述压电换能器的氧化材料层；
采用干法刻蚀工艺图形化所述氧化材料层，在所述氧化材料层中形成所述空腔，剩余的所述氧化材料层作为所述第二氧化层。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述衬底上形成第一氧化层后，在进行键合之前，还包括：对所述第一氧化层进行平坦化处理。
4.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，形成覆盖所述压电换能器的氧化材料层后，图形化所述氧化材料层之前，还包括：对所述氧化材料层进行平坦化处理。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述承载基底上形成压电换能器的步骤包括：在所述承载基底上形成多个第一电极；
形成覆盖所述承载基底和第一电极的压电层；
在所述压电层上形成多个第二电极，所述第二电极与所述第一电极相对设置。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述承载基底上形成压电换能器的步骤包括：形成覆盖所述承载基底的整层导电层；
形成覆盖所述导电层的压电层；
在所述压电层上形成多个第二电极；
在去除所述承载基底后，还包括：图形化所述导电层，形成多个所述第一电极，且分别与所述第二电极相对设置。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述承载基底上形成所述压电换能器之前，还包括：在所述承载基底上形成隔离层；
利用减薄工艺去除所述承载基底，且所述隔离层作为所述减薄工艺的停止层。
8.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述承载基底上形成压电换能器之前，还包括：在所述承载基底上形成隔离层；
去除所述承载基底后，还包括：
在所述隔离层中形成多个露出所述第一电极的第一导电孔；
在所述隔离层和所述压电层中形成多个露出所述第二电极的第二导电孔；
在所述第一导电孔和第二导电孔中填充导电材料，形成电连接所述第一电极的第一导电插塞、以及电连接所述第二电极的第二导电插塞。
9.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述承载基底上形成压电换能器之前，还包括：在所述承载基底上形成隔离层；
在去除所述承载基底后，图形化所述导电层之前，还包括：在所述隔离层中形成多个露出所述第一电极的第一导电孔；
图形化所述导电层的步骤还包括图形化所述隔离层，使所述多个第一导电孔与所述第一电极相对应；
图形化所述导电层后，还包括：在所述压电层中形成露出所述第二电极的第二导电孔；在所述第一导电孔和第二导电孔中填充导电材料，形成电连接所述第一电极的第一导电插塞、以及电连接所述第二电极的第二导电插塞。
10.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在进行键合之前，还包括：
在所述压电层中形成第三导电孔；
在进行键合的步骤中，使所述第三导电孔和所述信号处理电路的相应连接端相对应；
去除所述承载基底之后，还包括：在所述第二氧化层和第一氧化层中形成与所述第三导电孔相贯通的第四导电孔；在所述第三导电孔和第四导电孔中形成电连接所述信号处理电路的相应连接端的第三导电插塞。
11.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，图形化所述导电层后，还包括：在所述压电层中形成第三导电孔，所述第三导电孔和所述信号处理电路的相应连接端相对应；
在所述第二氧化层和第一氧化层中形成与所述第三导电孔相贯通的第四导电孔；
在所述第三导电孔和第四导电孔中形成电连接所述信号处理电路的相应连接端的第三导电插塞。
12.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一氧化层的工艺包括沉积工艺，形成所述第二氧化层的工艺包括沉积工艺，所述沉积工艺为原子层沉积工艺、低压化学气相沉积工艺、金属有机化学气相沉积、物理气相沉积工艺或激光脉冲沉积工艺。
13.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一氧化层的材料为氧化硅、氧化铪、氧化铝或氧化镧，所述第二氧化层的材料为氧化硅、氧化铪、氧化铝或氧化镧，且所述第一氧化层和第二氧化层的材料相同。
14.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述衬底为晶圆级衬底，所述压电换能器和所述空腔的数量均为多个；
或者，所述衬底为芯片级衬底。
15.一种指纹识别模组，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底中形成有信号处理电路，所述衬底上形成有第一氧化层；
与所述衬底相键合的压电换能器，所述压电换能器包括第一电极、位于所述第一电极上的压电层、以及位于所述压电层上的第二电极，所述压电换能器上形成有具有空腔的第二氧化层，所述空腔至少露出所述第二电极，且所述第二氧化层与所述第一氧化层通过熔融键合工艺相连接。
16.如权利要求15所述的指纹识别模组，其特征在于，所述指纹识别模组还包括：与所述第一电极电连接的第一导电插塞、与所述第二电极电连接的第二导电插塞、以及与所述连接端电连接的第三导电插塞。
17.如权利要求15所述的指纹识别模组，其特征在于，所述指纹识别模组还包括：隔离层，位于所述第一电极的表面。
18.如权利要求17所述的指纹识别模组，其特征在于，所述隔离层的材料为氧化硅。
19.如权利要求15所述的指纹识别模组，其特征在于，所述第一氧化层的材料为氧化硅、氧化铪、氧化铝或氧化镧，所述第二氧化层的材料为氧化硅、氧化铪、氧化铝或氧化镧，且所述第一氧化层和第二氧化层的材料相同。
20.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求15至19任一项权利要求所述的指纹识别模组。
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