压电微机械超声波换能器及其制作方法技术

一种压电微机械超声波换能器，包括基板、膜层和牺牲层。基板具有穿透基板的空腔。膜设置在空腔上，并包括第一压电层、底部电极、顶部电极和第二压电层。第一压电层设置在空腔上且包括锚定部，其中第一压电层的锚定部直接接触基板。顶部电极和底部电极设置在第一压电层上。第二压电层设置在底部电极和顶部电极之间。牺牲层设置在基板和第一压电层之间，并且牺牲层的垂直投影不重叠于设置在空腔正上方的膜层的部分的垂直投影。的膜层的部分的垂直投影。的膜层的部分的垂直投影。

【技术实现步骤摘要】
压电微机械超声波换能器及其制作方法


[0001]本专利技术关于一种微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)的
，特别是关于一种压电微机械超声波换能器(PMUT)及其制作方法。

技术介绍

[0002]在过去的几十年里，微机械超声波换能器(Micro Machined Transducer,MUTs)受到了广泛的研究，并成为各种消费电子产品的重要组成，例如是指纹传感器、邻近(proximity)传感器和手势传感器中的组成部件。一般来说，MUTs可以被分为两大类，例如是电容式微机械超声波换能器(CMUTs)和压电式微机械超声波换能器(PMUTs)。对于典型的压电式微机械超声波换能器而言，压电式微机械超声波换能器包括由弹性材料、电极和压电材料所构成的膜层，此膜层会被设置在作为声波谐振器的空腔上，以提升压电式微机械超声波换能器的声学性能。在压电式微机械超声波换能器运作的过程中，经由膜层的振动而产生的超声波会从压电式微机械超声波换能器而被传递至目标物，然后压电式微机械超声波换能器可以侦测超声波撞击目标物后而产生的反射声波。
[0003]通常，压电式微机械超声波换能器会在膜层的弯曲共振频率下运作，此弯曲共振频率可透过选择正确的材料、膜的尺寸和厚度来决定。因此，单个压电式微机械超声波换能器的共振频率的良好匹配是正常运作的必要条件。对于习知的PMUT，为了调控膜层的弯曲共振频率，设置在空腔上的膜层通常会包括具有所需弹性的弹性层，且此弹性层会被设置于膜层的底部，而膜层的电极和压电层则通常会被设置在弹性层上。然而，由于膜层中的压电层的质量好坏对于其下方层(例如弹性层)的表面纹理非常敏感，因此在弹性层的材料以及其制程存在着诸多的限制。因此，即便可以将膜层制作为包括弹性层的结构，但仍难以自由地调控PMUT的共振频率。
[0004]因此，需要提供一种改进的PMUT及其制作方法，以解决习知PMUT中所面临的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种改良的PMUT及其制作方法，其能够任意地调控PMUT的膜层的弹性。
[0006]根据本专利技术的一实施例，一种PMUT包括基板、膜层和牺牲层。基板具有穿透基板的空腔。膜层设置在空腔上方并且包括第一压电层、底部电极、顶部电极及第二压电层。第一压电层设置在空腔上方并且包括锚定部，其中第一压电层的锚定部与基板直接接触。底部电极设置在第一压电层上方。顶部电极设置在底部电极上方。第二压电层设置在底部电极和顶部电极之间。牺牲层设置在基板和第一压电层之间，其中牺牲层的垂直投影不重叠于设置在空腔正上方的膜层的部分垂直投影。
[0007]根据本专利技术的另一实施例，揭露了一种制作PMUT的方法，包括以下步骤。首先，提供基板，并且在基板上形成牺牲层，其中牺牲层包括暴露基板的至少一孔洞。然后，在至少一孔洞中和牺牲层上形成压电层。之后，形成穿透基板的空腔，以暴露出牺牲层的部分。之
后，使用压电层作为蚀刻停止结构，以去除牺牲层从空腔暴露出的部分。
[0008]根据本专利技术的实施例，弹性层不会被设置在基板和膜层之间，而是会被设置在膜层的上部。因此，膜层中的压电层的结晶度不再会受到弹性层的影响，因而得以自由地调控PMUT中膜层的弹性。
【附图说明】
[0009]为了使下文更容易被理解，在阅读本专利技术时可同时参考图式及其详细文字说明。透过本文中的具体实施例并参考相对应的图式，俾以详细解说本专利技术的具体实施例，并用以阐述本专利技术的具体实施例的作用原理。此外，为了清楚起见，图式中的各特征可能未按照实际的比例绘制，因此某些图式中的部分特征的尺寸可能被刻意放大或缩小。图1是根据本专利技术的一实施例所绘示的压电微机械超声波换能器(PMUT)的俯视示意图。图2是根据本专利技术的一实施例沿着图1的切线A-A
’
所绘示的剖面示意图。图3是根据本专利技术的一实施例所绘示的在基板上形成牺牲层后的剖面示意图。图4是在基板上形成膜层之后的剖面示意图。图5是在膜层上形成弹性层之后的剖面示意图。图6是根据本专利技术的一实施例所绘示的在形成穿透基板的空腔之后的剖面示意图。图7是根据本专利技术的一实施例所绘示的制作PMUT的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0010]本专利技术提供了数个不同的实施例，可用于实现本专利技术的不同特征。为简化说明起见，本专利技术也同时描述了特定构件与设置的范例。提供这些实施例的目的仅在于示意，而非予以任何限制。举例而言，下文中针对「第一特征形成在第二特征上或上方」的叙述，其可以是指「第一特征与第二特征直接接触」，也可以是指「第一特征与第二特征间另存在有其他特征」，致使第一特征与第二特征并不直接接触。此外，本专利技术中的各种实施例可能使用重复的参考符号和/或文字注记。使用这些重复的参考符号与注记是为了使叙述更简洁和明确，而非用以指示不同的实施例及/或配置之间的关联性。
[0011]另外，针对本专利技术中所提及的空间相关的叙述词汇，例如：「在...之下」，「低」，「下」，「上方」，「之上」，「下」，「顶」，「底」和类似词汇时，为便于叙述，其用法均在于描述图式中一个组件或特征与另一个(或多个)组件或特征的相对关系。除了图式中所显示的摆向外，这些空间相关词汇也用来描述半导体装置在使用中以及操作时的可能摆向。随着半导体装置的摆向的不同(旋转90度或其它方位)，用以描述其摆向的空间相关叙述亦应透过类似的方式予以解释。
[0012]虽然本专利技术使用第一、第二、第三等等用词，以叙述种种组件、部件、区域、层、及/或区块(section)，但应了解此等组件、部件、区域、层、及/或区块不应被此等用词所限制。此等用词仅是用以区分某一组件、部件、区域、层、及/或区块与另一个组件、部件、区域、层、及/或区块，其本身并不意含及代表该组件有任何之前的序数，也不代表某一组件与另一组件的排列顺序、或是制造方法上的顺序。因此，在不背离本专利技术之具体实施例的范畴下，下列所讨论的第一组件、部件、区域、层、或区块亦可以第二组件、部件、区域、层、或区块之词
称之。
[0013]本专利技术中所提及的「约」或「实质上」之用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内，或3％之内，或2％之内，或1％之内，或0.5％之内。应注意的是，说明书中所提供的数值范围、数量、数值及百分比为大约的数量，亦即在没有特定说明「约」或「实质上」的情况下，仍可隐含「约」或「实质上」的含义。
[0014]下文中所描述的步骤/流程中的特定步骤或是方块层次为例示。根据设计上的偏好，下文中所描述的步骤/流程中的特定步骤或是方块层次可以被重新排列。进一步而言，部分方块可以被整并或是删除。又，下文的方法权利要求以简单顺序列出上述不同方块的对应组件，且此方法权利要求不应被限定为必须按照上述的特定步骤或是方块层次。
[0015]虽然下文藉由具体实施例以描述本专利技术的专利技术，然而本专利技术的专利技术原理由本案的深申请专利范围所界定，因此亦可被应用至未被具体描述于说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电微机械超声波换能器，包括：一基板，包括穿透该基板的一空腔；一膜层，设置在该空腔上，该膜层包括：一第一压电层，设置在该空腔上，该第一压电层包括一锚定部，其中该第一压电层的该锚定部直接接触该基板；一底部电极，设置在该第一压电层上；一顶部电极，设置在该底部电极上；以及一第二压电层，设置在该底部电极和该顶部电极之间；以及一牺牲层，设置在该基板和该第一压电层之间，其中该牺牲层的垂直投影不重叠设置在该空腔正上方的该膜层的部分垂直投影。2.如权利要求1所述的压电微机械超声波换能器，其中该空腔的一开口邻近该膜层。3.如权利要求1所述的压电微机械超声波换能器，其中，直接接触该基板的该第一压电层的该锚定部是沿着该空腔的一开口而设置，该锚定部包括环形、多边形或弧形结构。4.如权利要求1所述的压电微机械超声波换能器，进一步包括一界面，该界面位于该牺牲层的一端和该第一压电层之间，其中该界面和该基板的顶面之间的角度为10
°-
40
°
。5.如权利要求1所述的压电微机械超声波换能器，其中当使用气体氢氟酸作为蚀刻剂时，该牺牲层对该第一压电层的蚀刻选择比大于10。6.如权利要求5所述的压电微机械超声波换能器，其中该第一压电层的材料与该第二压电层的材料相同。7.如权利要求6所述的压电微机械超声波换能器，其中该第一压电层直接接触该底部电极。8.如权利要求5所述的压电微机械超声波换能器，进一步包括一弹性层，该弹性层设置在该膜层上。9.如权利要求8所述的压电微机械超声波换能器，还包括至少一接触垫，该至少一接触垫设置在该牺牲层上且分离于该弹性层。10.如权利要求8所述的压电微机械超声波换能器，还包括一钝化层，该钝化层设置在该膜层...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱优，拉奇许，
申请(专利权)人：世界先进积体电路股份有限公司，
类型：发明
国别省市：