一种超声传感器结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超声传感器结构，设于上下键合在一起的第一衬底和第二衬底上，第一衬底正面上依次设有介质层、金属层和上电极，金属层与上电极之间通过第一空腔相隔离，金属层和介质层的叠层形成振动膜；第一衬底背面上设有底部连接介质层的第二空腔；第二衬底正面上设有下电极，下电极位于第二空腔中，并通过分设于第二衬底和第一衬底中的通孔连接上电极。本发明专利技术能够显著增大振动膜的振动幅度，进一步增强超声传感器的性能。本发明专利技术还公开了一种超声传感器结构制造方法。

【技术实现步骤摘要】
一种超声传感器结构及其制造方法
本专利技术涉及半导体集成电路和传感器
，特别是涉及一种超声传感器结构及其制造方法。
技术介绍
目前，已开发出许多MEMS超声传感器。传统电容式MEMS超声传感器的振动膜通常由金属和介质的复合膜构成，且是单电容结构，其振动幅度等相关性能受限于结构和工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种超声传感器结构及其制造方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种超声传感器结构，设于上下键合在一起的第一衬底和第二衬底上；其中所述第一衬底上包括：依次设于所述第一衬底正面上的介质层、金属层和上电极；所述金属层与所述上电极之间通过第一空腔相隔离，所述金属层与所述第一衬底之间通过所述介质层相隔离，由所述金属层和所述介质层的叠层形成振动膜；设于所述第一衬底背面上的第二空腔；所述第二空腔的底部连接所述介质层，且与所述振动膜位置对应；所述第二衬底上包括：设于所述第二衬底正面上的下电极；所述下电极位于所述第二空腔中，并通过分设于所述第二衬底和所述第一衬底中的通孔连接所述上电极。进一步地，所述上电极为多孔结构。进一步地，所述第二空腔为真空空腔，所述下电极同时作为气体吸附层。进一步地，所述通孔包括设于所述第一衬底中的第一通孔，以及设于所述第二衬底中的第二通孔和第三通孔，所述第二衬底的背面上设有焊盘，所述下电极通过所述第三通孔连接所述焊盘，所述焊盘通过相连的所述第二通孔和第一通孔连接所述上电极。本专利技术还提供一种超声传感器结构制造方法，包括以下步骤：提供一第一衬底，在所述第一衬底的正面上形成填充有金属的两个第一通孔；在所述第一衬底的正面上依次沉积介质层和金属层薄膜，并图形化所述金属层薄膜；沉积牺牲层并图形化，将所述金属层覆盖；沉积上电极薄膜并图形化，形成覆盖所述牺牲层且具有多孔结构的上电极，并使所述上电极的两端与两个所述第一通孔分别连接；对所述第一衬底的背面进行减薄，露出所述第一通孔；对所述第一衬底的背面进行刻蚀，停止在所述介质层上，在两个所述第一通孔之间形成与所述金属层位置对应的第二空腔；提供一第二衬底，在所述第二衬底上形成贯穿所述第二衬底且填充有金属的两个第二通孔和位于两个所述第二通孔之间的第三通孔；在所述第二衬底的正面上形成连接所述第三通孔的下电极，以及在所述第二衬底的背面上形成同时连接所述第二通孔和第三通孔的焊盘；对所述第二衬底的正面与所述第一衬底的背面进行真空键合，使所述第二通孔与所述第一通孔相连，并使所述下电极容于由所述第二空腔形成的真空空腔中；通过释放工艺，去除所述牺牲层，在所述介质层与所述上电极之间形成第一空腔，并形成位于所述第一空腔和第二空腔之间的由所述金属层和所述介质层的叠层组成的振动膜。本专利技术又提供一种超声传感器结构，设于上下键合在一起的第一衬底和第二衬底上；其中所述第一衬底上包括：依次设于所述第一衬底正面上的介质层、金属层和上电极；所述金属层与所述上电极之间通过第一空腔相隔离，所述金属层与所述第一衬底之间通过所述介质层相隔离，由所述金属层形成振动膜，所述振动膜悬设于所述介质层上；设于所述第一衬底背面上的第二空腔；所述第二空腔的底部连接所述介质层，且与所述振动膜位置对应；所述第二衬底上包括：设于所述第二衬底正面上的下电极；所述下电极位于所述第二空腔中，并通过分设于所述第二衬底和所述第一衬底中的通孔连接所述上电极。进一步地，所述上电极为多孔结构。进一步地，所述第二空腔为真空空腔，所述下电极同时作为气体吸附层。进一步地，所述通孔包括设于所述第一衬底中的第一通孔，以及设于所述第二衬底中的第二通孔和第三通孔，所述第二衬底的背面上设有焊盘，所述下电极通过所述第三通孔连接所述焊盘，所述焊盘通过相连的所述第二通孔和第一通孔连接所述上电极。本专利技术还提供一种超声传感器结构制造方法，包括以下步骤：提供一第一衬底，在所述第一衬底的正面上形成填充有金属的两个第一通孔；在所述第一衬底的正面上依次沉积介质层和第一牺牲层，并图形化所述第一牺牲层；沉积金属层薄膜并图形化，将所述第一牺牲层覆盖；沉积第二牺牲层并图形化，将所述金属层和第一牺牲层覆盖；沉积上电极薄膜并图形化，形成覆盖所述第二牺牲层且具有多孔结构的上电极，并使所述上电极的两端与两个所述第一通孔分别连接；对所述第一衬底的背面进行减薄，露出所述第一通孔；对所述第一衬底的背面进行刻蚀，停止在所述介质层上，在两个所述第一通孔之间形成与所述振动膜位置对应的第二空腔；提供一第二衬底，在所述第二衬底上形成贯穿所述第二衬底且填充有金属的两个第二通孔和位于两个所述第二通孔之间的第三通孔；在所述第二衬底的正面上形成连接所述第三通孔的下电极，以及在所述第二衬底的背面上形成同时连接所述第二通孔和第三通孔的焊盘；对所述第二衬底的正面与所述第一衬底的背面进行真空键合，使所述第二通孔与所述第一通孔相连，并使所述下电极容于由所述第二空腔形成的真空空腔中；通过释放工艺，去除所述第二牺牲层和第一牺牲层，在所述介质层与所述上电极之间形成第一空腔，并形成由悬设于所述介质层上的所述金属层所形成的振动膜。从上述技术方案可以看出，本专利技术通过在振动膜两侧分别形成空腔，能够显著增大振动膜的振动幅度；并且，可通过上电极、第一空腔和振动膜形成一个电容结构，通过下电极、第二空腔和振动膜形成另一个电容结构，两个电容之间通过通孔相连接，从而能够通过双电容结构来进一步增强超声传感器的性能。附图说明图1是本专利技术一较佳实施例一的一种超声传感器结构示意图。图2是本专利技术一较佳实施例二的一种超声传感器结构示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。在以下本专利技术的具体实施方式中，请参考图1，图1是本专利技术一较佳实施例一的一种超声传感器结构示意图。如图1所示，本专利技术的一种超声传感器结构，设置在通过键合而上下堆叠在一起的第一衬底3和第二衬底1上。第一衬底3和第二衬底1可以采用例如硅片衬底。请参考图1。第一衬底3上包括：设于第一衬底3正面上的介质层5，设于介质层5上的金属层6，和设于介质层5和金属层6上的上电极7。其中，介质层5与上电极7之间设有第一空腔8；金属层6与上电极7之间通过第一空腔8相隔离。金属层6与第一衬底3之间可通过介质层5相隔离；并且，由金属层6和介质层5的叠层一起形成超声传感器的振动膜。第一衬底3上还包括：设于第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声传感器结构，其特征在于，设于上下键合在一起的第一衬底和第二衬底上；其中/n所述第一衬底上包括：/n依次设于所述第一衬底正面上的介质层、金属层和上电极；所述金属层与所述上电极之间通过第一空腔相隔离，所述金属层与所述第一衬底之间通过所述介质层相隔离，由所述金属层和所述介质层的叠层形成振动膜；/n设于所述第一衬底背面上的第二空腔；所述第二空腔的底部连接所述介质层，且与所述振动膜位置对应；/n所述第二衬底上包括：/n设于所述第二衬底正面上的下电极；所述下电极位于所述第二空腔中，并通过分设于所述第二衬底和所述第一衬底中的通孔连接所述上电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声传感器结构，其特征在于，设于上下键合在一起的第一衬底和第二衬底上；其中
所述第一衬底上包括：
依次设于所述第一衬底正面上的介质层、金属层和上电极；所述金属层与所述上电极之间通过第一空腔相隔离，所述金属层与所述第一衬底之间通过所述介质层相隔离，由所述金属层和所述介质层的叠层形成振动膜；
设于所述第一衬底背面上的第二空腔；所述第二空腔的底部连接所述介质层，且与所述振动膜位置对应；
所述第二衬底上包括：
设于所述第二衬底正面上的下电极；所述下电极位于所述第二空腔中，并通过分设于所述第二衬底和所述第一衬底中的通孔连接所述上电极。


2.根据权利要求1所述的超声传感器结构，其特征在于，所述上电极为多孔结构。


3.根据权利要求1所述的超声传感器结构，其特征在于，所述第二空腔为真空空腔，所述下电极同时作为气体吸附层。


4.根据权利要求1所述的超声传感器结构，其特征在于，所述通孔包括设于所述第一衬底中的第一通孔，以及设于所述第二衬底中的第二通孔和第三通孔，所述第二衬底的背面上设有焊盘，所述下电极通过所述第三通孔连接所述焊盘，所述焊盘通过相连的所述第二通孔和第一通孔连接所述上电极。


5.一种超声传感器结构制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一第一衬底，在所述第一衬底的正面上形成填充有金属的两个第一通孔；
在所述第一衬底的正面上依次沉积介质层和金属层薄膜，并图形化所述金属层薄膜；
沉积牺牲层并图形化，将所述金属层覆盖；
沉积上电极薄膜并图形化，形成覆盖所述牺牲层且具有多孔结构的上电极，并使所述上电极的两端与两个所述第一通孔分别连接；
对所述第一衬底的背面进行减薄，露出所述第一通孔；
对所述第一衬底的背面进行刻蚀，停止在所述介质层上，在两个所述第一通孔之间形成与所述金属层位置对应的第二空腔；
提供一第二衬底，在所述第二衬底上形成贯穿所述第二衬底且填充有金属的两个第二通孔和位于两个所述第二通孔之间的第三通孔；
在所述第二衬底的正面上形成连接所述第三通孔的下电极，以及在所述第二衬底的背面上形成同时连接所述第二通孔和第三通孔的焊盘；
对所述第二衬底的正面与所述第一衬底的背面进行真空键合，使所述第二通孔与所述第一通孔相连，并使所述下电极容于由所述第二空腔形成的真空空腔中；
通过释放工艺，去除所述牺牲层，在所述介质层与所述上电极之间形成第一空腔，并形成位于所述第一空腔和第二空腔之间的由所述金属层和所述介质层的叠层组成的振动膜。


6.一种超声传感器结构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31