PMUT结合MEMS压力传感器的超声换能器单元、阵列及制造方法技术

本发明专利技术公开一种PMUT结合MEMS压力传感器的超声换能器单元、阵列及制造方法，把MEMS压力传感器与PMUT超声换能器单片集成，将MEMS压力传感器的输出信号叠加进PMUT的输出信号，提升整体响应，增强超声探头的灵敏度。本发明专利技术同时公开所述PMUT结合MEMS压力传感器的超声换能器单元的制造方法，采用有源晶圆键合及减薄技术，将CMOS晶圆与MEMS压力传感器晶圆堆叠，进而制造PMUT

【技术实现步骤摘要】
PMUT结合MEMS压力传感器的超声换能器单元、阵列及制造方法


[0001]本专利技术涉及MEMS
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on
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CMOS高密度单片集成的半导体传感器
，具体涉及三维PMUT架构与MEMS压力传感器集成的新结构及加工技术。

技术介绍

[0002]近年来，随着超声产品与应用的快速发展，压电微结构超声换能器PMUT(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers)已得到广泛应用。但无论是基于PZT压电材料，还是氮化铝压电材料的超声换能器，作为接收器使用时，PMUT信号响应都偏低，不够理想。在现有PMUT单元架构下，通过膜厚及结构版图优化，灵敏度可以获得一定程度的改善，但提升幅度还有待提高。
[0003]另一方面，传统的MEMS硅基压电电阻传感器(Piezo
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Resistive Sensor)经过优化后，压力灵敏度可以超过现有的PZT或者氮化铝超声换能器。如果能将MEMS压力传感器与PMUT单元结合起来，将MEMS压力传感器的输出信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PMUT结合MEMS压力传感器的超声换能器单元，其特征在于由第一晶圆与第二晶圆键合形成，所述第一晶圆的硅衬底层（100）中预制有所述PMUT所需CMOS电路及CMOS电路金属互连层（101），所述第二晶圆的硅衬底层（300）中预制有MEMS压电电阻桥式互连电路；所述第一晶圆或所述第二晶圆的衬底材料层中所述MEMS压电电阻桥式互连电路布局中心正下方布置有空腔体（120），所述PMUT和所述MEMS压力传感器共用所述空腔体（120）；所述第二晶圆的硅衬底层（300）背面减薄形成单晶硅薄层，所述单晶硅薄层既作为MEMS压电电阻的硅衬底，也作为PMUT的机械层；所述第一晶圆的衬底材料层中布置有第一金属布线层（102），所述第二晶圆的衬底材料层中布置有MEMS压力传感器金属互连层（301）；所述第二晶圆的硅衬底层（300）背面布置有所述PMUT的下层金属层（112）、压电材料层（115）和上层金属层（114）；所述第一晶圆和第二晶圆通过所述上层金属层（114）、所述下层金属层（112）、所述第一金属布线层（102）、所述MEMS压力传感器金属互连层（301）、所述CMOS电路金属互连层（101）之间的垂直互连实现电学连接，包括将所述MEMS压力传感器的输出信号叠加进所述PMUT的输出信号。2.如权利要求1所述的PMUT结合MEMS压力传感器的超声换能器单元，其特征在于实现所述垂直互连的结构包括氧化硅穿孔、金属连接孔、金属引线孔。3.如权利要求1所述的PMUT结合MEMS压力传感器的超声换能器单元，其特征在于所述MEMS压力传感器金属互连层（301）与所述第一金属布线层（102）通过氧化硅穿孔垂直互连，所述第一金属布线层（102）与所述CMOS电路金属互连层（101）通过金属引线孔（121）垂直互连。4.如权利要求1所述的PMUT结合MEMS压力传感器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晖，尹峰，
申请(专利权)人：浙江仙声科技有限公司，
类型：发明
国别省市：