一种超声波传感器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种超声波传感器及其制造方法,其中超声波传感器的制造方法包括：提供第一衬底，在第一衬底上形成超声波元件，超声波元件包括振动部，振动部包括从下至上依次叠置的第一电极、压电膜和第二电极；形成接合层，接合层围成第一空腔，第一空腔暴露出超声波元件的振动部；在接合层上形成第二衬底，遮盖第一空腔；去除第一衬底；在振动部的外部区域、第二衬底相对的一侧形成通气孔，通气孔将第一空腔与大气相通；在振动部与第一空腔相对的一侧形成第三衬底，第三衬底设有贯穿第三衬底的开口，开口在第二衬底表面方向上的投影与振动部在第二衬底表面方向上的投影设有重叠的部分。在第二衬底表面方向上的投影设有重叠的部分。在第二衬底表面方向上的投影设有重叠的部分。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波传感器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种超声波传感器及其制 造方法。

技术介绍

[0002]超声波飞行时间(ToF)传感器通常被认为是适用于汽车、工业以及无 人机和机器人应用的最佳距离传感器。相比于光学传感器或红外传感器， 它具有诸多优势。它可提供最精确的距离测量，不受目标物体的尺寸或颜 色的影响，也不受环境噪音的干扰，并且可以在阳光直射的环境下使用。 这些优点以及坚固耐用、精确和可靠的特点让超声波传感器广泛应用于工 业及汽车应用。
[0003]超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号) 的传感器。其基本原理：利用微型超声波换能器(PMUT)发射超声波脉冲， 然后接收传感器视场中目标物体反射的回波，通过计算超声波飞行时间， 传感器可以确定某一物体相对于该器件的位置，同时触发编程行为。超声 波传感器能够提供精确、低延时的距离测量结果，测量速度高达每秒采样 100次，位置噪音小于1mm，还具有功耗低，视角广，目标物探测能力强等 优点。
[0004]超声波传感器的振动部一侧形成有空腔，另一侧用于接收或发射超声 波，在制作的过程中，通常将带有空腔的基板粘合在振动部的外周，空腔 始终是密封的空腔，振动部上下表面的压力不一致，使振动部受压变形或 破裂，影响超声波传感器的品质和成品率。
[0005]因此，如果改善超声波传感器的制造方法，提高超声波传感器的品质 和成品率是目前面临的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种超声波传感器及其制造方法，能够解决超 声波传感器的品质和成品率不高的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供一种超声波传感器的制造方法，包括：
[0008]提供第一衬底，在所述第一衬底上形成超声波元件，所述超声波元件 包括振动部，所述振动部包括从下至上依次叠置的第一电极、压电膜和第 二电极；
[0009]形成接合层，所述接合层围成第一空腔，所述第一空腔暴露出所述超 声波元件的振动部；
[0010]在所述接合层上形成第二衬底，遮盖所述第一空腔；
[0011]去除所述第一衬底；
[0012]在所述振动部的外部区域、第二衬底相对的一侧形成通气孔，所述通 气孔将所述第一空腔与大气相通；
[0013]在所述振动部与所述第一空腔相对的一侧形成第三衬底，所述第三衬 底设有贯穿所述第三衬底的开口，所述开口在所述第二衬底表面方向上的 投影与所述振动部在所述第二衬底表面方向上的投影设有重叠的部分。
[0014]本专利技术还提供了一种超声波传感器，包括：
[0015]第二衬底以及位于第二衬底上的的接合层，所述接合层中设有第一空 腔；
[0016]超声波元件，设置于所述接合层上方，遮盖所述第一空腔；
[0017]所述超声波元件包括振动部，所述振动部包括从下至上依次叠置的第 一电极、压电膜和第二电极；
[0018]第三衬底，设置于所述第二衬底相对的一侧，所述第三衬底中设有开 口，所述开口在所述第二衬底方向上的投影与所述振动部在所述第二衬底 方向上的投影设有重叠的部分；
[0019]通气孔，设置于所述第二衬底相对的一侧，所述通气孔的一端连通所 述第一空腔，另一端延伸至所述第三衬底靠近所述第一空腔的表面，或另 一端与大气相通。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术在超声波元件的上方形成带有第一空腔的接合层，在接合层上 形成第二衬底，以遮盖第一空腔，在振动部的外周形成连通第一空腔和外 界的通气孔，以使振动部的上下表面压力一致，防止振动部受大气压力变 形或破裂，提高了超声波传感器的结构强度，提高了成品率。
[0022]进一步地，第三衬底通过键合工艺键合在隔离层上，提高了结合强度。
[0023]进一步地，当接合层的材料为干膜时，可以通过贴膜工艺将干膜形成 在压电膜和第二电极上，提高了接触面的贴合度和粘结强度；
[0024]进一步地，第一空腔通过光刻接合层形成，相对于传统工艺在基板的 背面形成背腔，改善了工艺流程。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对 实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员 来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附 图。
[0026]图1示出了本专利技术实施例1的一种超声波传感器的制造方法的流程图。
[0027]图2至图13示出了本专利技术实施例1的超声波传感器的制造方法中不同 步骤对应的结构示意图。
[0028][0029]附图标记说明：
[0030]10-第一衬底；11-隔离层；12-匹配层；21-第一电极；210-第一电极引 出部；22-压电膜；23-第二电极；230-第二电极引出部；24-接合层；25
-ꢀ
第一空腔；30-第二衬底；211-第一电连接结构；231-第二电连接结构；30
-ꢀ
通气孔；40-第三衬底；41-开口。
具体实施方式
[0031]以下结合附图和具体实施例对本专利技术的超声波传感器及其制作方法作 进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本专利技术的优点和特征将更清楚， 然而，需说明的是，本专利技术技术方案的构思可按照多种不同的形式实施， 并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用 非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施
例的目的。
[0032]在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素 之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当 情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本专利技术实施 例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文 所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是 可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未 描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构 件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说 明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
[0033]实施例1
[0034]本专利技术实施例1提供了一种超声波传感器的制造方法，图1为本专利技术 一实施例的一种超声波传感器的制作方法的流程图。请参考图1，所述超声 波传感器的制造方法包括：
[0035]S01：提供第一衬底，在所述第一衬底上形成超声波元件，所述超声波 元件包括振动部，所述振动部包括从下至上依次叠置的第一电极、压电膜 和第二电极；
[0036]S02：形成接合层，所述接合层围成第一空腔，所述第一空腔暴露出所 述超声波元件的所述振动部；
[0037]S03：在所述接合层上形成第二衬底，遮盖所述第一空腔；去除所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波传感器的制造方法，其特征在于，包括：提供第一衬底，在所述第一衬底上形成超声波元件，所述超声波元件包括振动部，所述振动部包括从下至上依次叠置的第一电极、压电膜和第二电极；形成接合层，所述接合层围成第一空腔，所述第一空腔暴露出所述超声波元件的振动部；在所述接合层上形成第二衬底，遮盖所述第一空腔；去除所述第一衬底；在所述振动部的外部区域、第二衬底相对的一侧形成通气孔，所述通气孔将所述第一空腔与大气相通；在所述振动部与所述第一空腔相对的一侧形成第三衬底，所述第三衬底设有贯穿第三衬底的开口，所述开口在所述第二衬底表面方向上的投影与所述振动部在所述第二衬底表面方向上的投影设有重叠的部分。2.根据权利要求1所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，所述接合层的材料包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝或可光刻材料，所述可光刻材料包括干膜。3.根据权利要求2所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，所述接合层的材料为可光刻材料，形成所述第一空腔的方法包括：提供掩膜版，通过所述掩膜版对所述接合层进行曝光、显影，以在所述接合层中形成所述第一空腔。4.根据权利要求1所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，形成所述第三衬底的方法包括：形成所述通气孔后，提供所述第三衬底，将所述第三衬底键合在所述第二衬底的相对侧；图形化所述第三衬底，在所述第三衬底中形成所述开口。5.根据权利要求1所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，所述第三衬底通过键合层键合在所述第二衬底的相对侧。6.根据权利要求1所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，所述键合层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、硅酸乙酯或干膜。7.根据权利要求1所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，在垂直于第二衬底所在平面方向的纵向剖面上，在远离所述第二衬底的方向上，所述开口的纵向剖面上宽下窄。8.根据权利要求7所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，所述开口的纵向剖面的形状为喇叭形，所述开口的侧壁为倾斜的平面、弧面或者台阶形。9.根据权利要求1所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，所述第三衬底遮盖所述通气孔，密封所述第一空腔。10.根据权利要求1所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，形成所述超声波元件之前还包括：在所述第一衬底上形成匹配层，所述匹配层的材料包括二氧化硅、氮化硅、多晶硅或硅的一种或多种组合。11.根据权利要求1所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，形成所述通气孔的方法包括：去除所述第一衬底后，在所述第二衬底相对的一侧、所述振动部的外侧，利用刻蚀工艺或打孔工艺在所述第一空腔上方形成所述通气孔。12.根据权利要求1所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，所述超声波元件还
包括：第一电极引出部，连接于所述第一电极，延伸出所述第一空腔；第二电极引出部，连接于所述第二电极，延伸出所述第一空腔；形成所述超声波元件包括：在所述第一衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：石虎，刘孟彬，向阳辉，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：