悬浮式压电超音波感测器及其制作方法与流程

1.本技术涉及感测技术领域，尤其涉及一种悬浮式压电超音波感测器及其制造方法。


背景技术：

2.超音波感测器近年来已大幅地应用到指纹辨识、扫地机器人等各种产品上，应用面越来越广泛。随着某些产品的精细化，通常会搭配半导体晶圆级制程来制作。一般而言，现今的超音波感测器通常通过真空的腔体，用以清楚地分辨入射波、反射波，而达到清楚辨识的功效。
3.然而，在现有技术上，超音波感测器的真空腔体是封闭于超音波感测器的内部，当超音波感测器制作完成后，腔体体积固定，也伴随着固定了对应的发射波的谐振频率。然而，有时超音波感测器的谐振频率，无法达到所需要的发射角、声压，则需要重新设计。除了所费成本不赀外，现今例如应用于超音波感测器所需的尺寸较小，腔体空间也需缩减，整体设计更受到制程裕度的限制。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术所面临的问题，在此提供一种悬浮式压电超音波感测器及其制作方法。其中，该悬浮式压电超音波感测器包含半导体基板及压电超音波感测元件；半导体基板包含柱状设置区、周缘壁、及至少一个桥接部，柱状设置区与周缘壁之间为空腔，空腔围绕柱状设置区，桥接部连接柱状设置区及周缘壁；压电超音波感测元件设置于柱状设置区上。
5.在一些实施例中，半导体基板更包含至少一个贯孔，贯孔贯穿半导体基板，且与空腔连通。
6.更详细地，在一些实施例中，贯孔邻近于柱状设置区。
7.更详细地，在一些实施例中，半导体基板包含多个贯孔，贯孔贯穿半导体基板、分布于柱状设置区的周围，且贯孔与空腔连通。
8.在一些实施例中，半导体基板包含多个桥接部，各桥接部分别连接于柱状设置区及周缘壁。
9.更详细地，在一些实施例中，桥接部对称地位于柱状设置区的周围。
10.在一些实施例中，压电超音波感测元件的宽度小于柱状设置区。
11.在一些实施例中，半导体基板的厚度为200μm至700μm。
12.在一些实施例中，该桥接部的长度小于1000μm。
13.在此，还提供一种悬浮式压电超音波感测器的制作方法，该方法包含定义步骤、元件设置步骤、贯孔步骤、及空腔形成步骤；定义步骤是提供半导体基板，半导体基板上定义有柱状设置区；元件设置步骤是在柱状设置区形成压电超音波感测元件；贯孔步骤是在半导体基板上形成贯孔，贯孔贯穿半导体基板；空腔形成步骤是沿着贯孔，移除半导体基板上
邻近于柱状设置区的区域，使得半导体基板在柱状设置区的周围形成空腔，空腔外围是周缘壁，空腔与贯孔连通，且柱状设置区与周缘壁之间通过至少一个桥接部连接。
14.在一些实施例中，在贯孔步骤之前还包含基板减薄步骤，基板减薄步骤降低半导体基板的厚度。更详细地，在一些实施例中，半导体基板的厚度为200μm至700μm。
15.在一些实施例中，贯孔步骤形成多个贯孔，贯孔贯穿半导体基板、分布于柱状设置区的周围，且贯孔与空腔连通。
16.在一些实施例中，空腔形成步骤使半导体基板包含多个桥接部，各桥接部分别连接于柱状设置区及周缘壁。
17.更详细地，在一些实施例中，桥接部对称地位于柱状设置区的周围。
18.在一些实施例中，压电超音波感测元件的宽度小于柱状设置区。
19.在一些实施例中，桥接部的长度小于1000μm。
20.如同前述实施例所述，通过在完成压电超音波感测元件后，进一步在半导体基板上设置空腔，并通过保留的桥接部来连接设置压电超音波感测元件的柱状设置区及周缘壁，可通过此方式来调整所需的谐振频率，进而调整所需声压及发射角度，提供较大的制程裕度。
附图说明
21.图1是悬浮式压电超音波感测器第一实施例的俯视图。
22.图2是图1沿a-a线的剖视图。
23.图3是悬浮式压电超音波感测器第二实施例的俯视图。
24.图4是悬浮式压电超音波感测器第三实施例的俯视图。
25.图5是悬浮式压电超音波感测器制作方法的流程图。
26.附图标记说明：
27.1：悬浮式压电超音波感测器；
28.10：半导体基板；
29.11：柱状设置区；
30.13：周缘壁；
31.15：桥接部；
32.17：空腔；
33.19：贯孔；
34.20：压电超音波感测元件；
35.s1：悬浮式压电超音波感测器的制作方法；
36.s10：定义步骤；
37.s20：元件设置步骤；
38.s25：基板减薄步骤；
39.s30：贯孔步骤；
40.s40：空腔形成步骤。
具体实施方式
41.应当理解的是，元件被称为“连接”或“设置”于另一元件时，可以表示元件是直接位于另一元件上，或者可以也存中间元件，通过中间元件连接元件与另一元件。相反地，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到另一元件”时，可以理解的是，此时明确定义了不存在中间元件。
42.另外，术语“第一”、“第二”、“第三”这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开，而非表示其必然的先后顺序。此外，诸如“下”和“上”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其他元件的“下”侧的元件将被定向在其他元件的“上”侧。此仅表示相对的方位关系，而非绝对的方位关系。
43.图1是悬浮式压电超音波感测器第一实施例的俯视图。图2是图1沿a-a线的剖视图。如图1及图2所示，第一实施例的悬浮式压电超音波感测器1包含半导体基板10及压电超音波感测元件20。半导体基板10包含柱状设置区11、周缘壁13、及桥接部15，柱状设置区11与周缘壁13之间为空腔17，空腔17围绕柱状设置区11，桥接部15连接柱状设置区11及周缘壁13。压电超音波感测元件20设置于柱状设置区11上。
44.更具体地，柱状设置区11与周缘壁13之间的空腔17可以通过雷射或是蚀刻方式移除部分的半导体基板10来完成，使得柱状设置区11呈现在空腔17中的孤岛状，进而使得压电超音波感测元件20呈悬浮状。更详细地，压电超音波感测元件20的宽度小于柱状设置区11。在第一实施例中，仅有一个桥接部15来连接柱状设置区11与周缘壁13。如此，即便在压电超音波感测元件20其内部空腔完成，也可以通过调整桥接部15的长度，来调配所需的谐振频率。一般而言，桥接部15的长度小于1000μm，较佳为300μm至750μm。当桥接部15的长度减少、可以使得谐振频率增加，进而使得发射角增加。如此，提供了更宽广的制程裕度。进一步地，也为谐振频率，被判定为不良品的元件，可以通过二次加工来达成需求，从而提供了微调、修正的方案。
45.再次参考图2，半导体基板10还包含至少一个贯孔19，贯孔19贯穿半导体基板10，且与空腔17连通。更具体地，贯孔19可以由雷射钻孔技术来完成，邻近于柱状设置区11，提供之后移除部分半导体基板10，形成空腔17的路径。
46.更详细地，在一些实施例中，贯孔19的数量可以为多个，多个贯孔19分布于柱状设置区11的周围。
47.为了达到快速地贯孔19、减少雷射加工的热损伤，进一步地在贯孔19之前，还可以对于半导体基板10进行减薄，一般而言，减薄是通过蚀刻方式来完成，具有较低廉的成本、以及更快的效率。此外，半导体基板10的厚度，也直接影响了声压。半导体基板10的厚度降低，声压因而提升，因此，也可以通过控制减薄半导体基板10除了对形成贯孔19提供辅助外，也可以对所需效用进行调整。在此，半导体基板10的厚度为200μm至700μm，较佳为300μm至600μm。
48.图3是悬浮式压电超音波感测器第二实施例的俯视图。图4是悬浮式压电超音波感测器第三实施例的俯视图。如图3及图4所示，同时参考图1及图2，第二实施例与第三实施例的悬浮式压电超音波感测器1与第一实施例不同之处在于桥接部15的数量。第二实施例具
有两个桥接部15、第三实施例具有四个桥接部15。各桥接部15分别连接于柱状设置区11及周缘壁13。
49.更具体地，在第三实施例中，桥接部15对称地位于柱状设置区11的周围。在此仅为示例，桥接部15的数量、位置、排列可以依据实际需求来调整。更具体地，所有桥接部15总长度，与谐振频率及发射角成反比。所需的谐振频率及发射角，也可以通过调配桥接部15的数量及总长度来调整。
50.图5是悬浮式压电超音波感测器制作方法的流程图。如图5所示，同时参考图1至图4，悬浮式压电超音波感测器的制作方法s1包含定义步骤s10、元件设置步骤s20、贯孔步骤s30、及空腔形成步骤s40。定义步骤s10是提供半导体基板10，半导体基板10上定义有柱状设置区11。元件设置步骤s20是在柱状设置区11上形成压电超音波感测元件20。
51.贯孔步骤s30是在半导体基板10上形成贯孔19，贯孔19贯穿半导体基板10。空腔形成步骤s40是沿着贯孔19，移除半导体基板10上邻近于柱状设置区11的区域，使得半导体基板10在柱状设置区11的周围形成空腔17，空腔17外围是周缘壁13，空腔17与贯孔19连通，且柱状设置区11与周缘壁13之间通过保留未移除所形成的至少一个桥接部15连接。在此，空腔形成步骤s40可以通过雷射，或是蚀刻的方式进行移除半导体材料来完成。
52.再次参考图5，进一步地，在贯孔步骤s30之前还包含基板减薄步骤s25，基板减薄步骤s25降低半导体基板10的厚度，通过控制减薄半导体基板10除了对形成贯孔19提供辅助外，也可以对所需效用进行调整。
53.综上所述，通过在完成压电超音波感测元件20后，进一步在半导体基板10上设置空腔17，并通过保留的桥接部15来连接设置压电超音波感测元件20的柱状设置区11及周缘壁13，可通过此方式来调整所需的谐振频率，进而调整所需声压及发射角度，提供较大的制程裕度。
54.虽然本技术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技术，任何熟悉本领域的技术人员在不脱离本技术的发明构思所作的各种变化或替换，都应涵盖于本技术的保护范围内。因此本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。