一种薄膜体声波传感器及其制备方法技术

一种薄膜体声波传感器及其制备方法，涉及传感器技术领域，该方法包括：在第一衬底上刻蚀形成第一凹槽，并在第一凹槽内沉积牺牲层；在第一衬底上依次形成支撑层和底电极层，并图案化底电极层形成底电极图案；在底电极图案上依次形成压电层和顶电极层，并图案化顶电极层形成顶电极图案，底电极图案、压电层和顶电极图案在层叠方向上的交叠区域作为谐振区域；在顶电极图案上刻蚀形成释放孔，释放孔依次穿透压电层、底电极图案和支撑层至露出牺牲层；经由释放孔刻蚀牺牲层至露出第一凹槽形成空腔，空腔包括对应谐振区域在第一衬底上的正投影的交叠区域以及位于谐振区域在第一衬底上的正投影之外的非交叠区域。该方法能够提高体声波传感器的灵敏度。波传感器的灵敏度。波传感器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜体声波传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体而言，涉及一种薄膜体声波传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]体声波传感器可以在测量加速度、特殊气体感应、测定流量等方面进行应用。一般的体声波谐振器在受到外界刺激后改变材料特性以及声速，从而改变谐振频率，由此实现外界信号
‑
电信号的转变。
[0003]现有技术中的体声波传感器，存在空腔较小的问题，导致体声波传感器的灵敏度相对较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种薄膜体声波传感器及其制备方法，能够提高体声波传感器的灵敏度。
[0005]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0006]本专利技术实施例的一方面，提供一种薄膜体声波传感器的制备方法，包括：在第一衬底上刻蚀形成第一凹槽，并在所述第一凹槽内沉积牺牲层；在沉积有所述牺牲层的所述第一衬底上依次形成支撑层和底电极层，并图案化所述底电极层形成底电极图案；在所述底电极图案上依次形成压电层和顶电极层，并图案化所述顶电极层形成顶电极图案，其中，所述底电极图案、所述压电层和所述顶电极图案在层叠方向上的交叠区域作为谐振区域；在所述顶电极图案上刻蚀形成释放孔，所述释放孔依次穿透所述压电层、所述底电极图案和所述支撑层至露出所述牺牲层；经由所述释放孔刻蚀所述牺牲层至露出所述第一凹槽形成空腔，其中，所述空腔包括对应所述谐振区域在所述第一衬底上的正投影的交叠区域以及位于所述谐振区域在所述第一衬底上的正投影之外的非交叠区域。r/>[0007]作为一种可实施的方式，所述非交叠区域包括第一子非交叠区域和第二子非交叠区域，且所述第一子非交叠区域和所述第二子非交叠区域分别位于所述交叠区域的相对两侧。
[0008]作为一种可实施的方式，在所述第一凹槽内沉积的所述牺牲层的上表面与所述第一衬底的上表面平齐。
[0009]作为一种可实施的方式，所述在所述底电极图案上依次形成压电层和顶电极层以及在所述顶电极图案上刻蚀形成释放孔之间，所述方法还包括：在所述顶电极图案上形成导电条和电势块，其中，所述电势块通过所述导电条分别与所述底电极图案和所述顶电极图案电连接。
[0010]作为一种可实施的方式，所述在所述顶电极图案上形成导电条和电势块之后，所述方法还包括：在所述第一衬底的下表面设置第一键合层，形成器件晶圆；提供第二衬底并在所述第二衬底的上表面设置第二键合层，形成盖帽晶圆；将所述器件晶圆和所述盖帽晶
圆键合，其中，所述器件晶圆位于所述盖帽晶圆的上方。
[0011]作为一种可实施的方式，所述将所述器件晶圆和所述盖帽晶圆键合之后，所述方法还包括：在所述第二衬底的下表面刻蚀形成第二凹槽，所述空腔在所述第二衬底上的正投影位于所述第二凹槽在所述第二衬底上的正投影的投影范围内；在所述器件晶圆上刻蚀形成第一条形通槽，并在所述盖帽晶圆上对应所述第一条形通槽刻蚀形成第二条形通槽，其中，所述第一条形通槽包括三个，三个所述第一条形通槽相互垂直且首尾相连围成第一工作区域，所述第二凹槽在所述第二衬底上的正投影位于所述第一工作区域在所述第二衬底上的正投影的投影范围内。
[0012]作为一种可实施的方式，所述将所述器件晶圆和所述盖帽晶圆键合之后，所述方法还包括：在所述第二衬底的下表面刻蚀形成第三凹槽，所述空腔在所述第二衬底上的正投影位于所述第三凹槽在所述第二衬底上的正投影的投影范围内；在所述器件晶圆上刻蚀形成第三条形通槽，并在所述盖帽晶圆上对应所述第三条形通槽刻蚀形成第四条形通槽，其中，所述第三条形通槽包括三个，三个所述第三条形通槽相互垂直且首尾相连围成第二工作区域，所述第三凹槽在所述第二衬底上的正投影的边缘与所述第二工作区域在所述第二衬底上的正投影的边缘重合。
[0013]作为一种可实施的方式，所述在所述器件晶圆上刻蚀形成第三条形通槽，并在所述盖帽晶圆上对应所述第三条形通槽刻蚀形成第四条形通槽之后，所述方法还包括：在所述第二键合层的下表面旋涂形成敏感膜层。
[0014]作为一种可实施的方式，所述敏感膜层的材料为氧化石墨烯、掺钙二氧化锡或者氧化锌和二氧化锡的混合物。
[0015]本专利技术实施例的另一方面，提供一种薄膜体声波传感器，包括第一衬底以及依次设置于所述第一衬底上的支撑层、底电极层、压电层和顶电极层，其中，所述第一衬底上设置有第一凹槽，所述第一凹槽内沉积有牺牲层，所述底电极层和所述顶电极层分别通过图案化形成底电极图案和顶电极图案，所述底电极图案、所述压电层和所述顶电极图案在层叠方向上的交叠区域作为谐振区域，所述顶电极图案上设置有释放孔，所述释放孔依次穿透所述压电层、所述底电极图案和所述支撑层至露出所述牺牲层，经由所述释放孔刻蚀所述牺牲层至露出所述第一凹槽形成空腔，所述空腔包括对应所述谐振区域在所述第一衬底上的正投影的交叠区域以及位于所述谐振区域在所述第一衬底上的正投影之外的非交叠区域。
[0016]本专利技术实施例的有益效果包括：
[0017]该薄膜体声波传感器的制备方法，通过在第一衬底上刻蚀形成第一凹槽，并在第一凹槽内沉积牺牲层，再通过在沉积有牺牲层的第一衬底上依次形成支撑层和底电极层，并图案化底电极层形成底电极图案，再通过在底电极图案上依次形成压电层和顶电极层，并图案化顶电极层形成顶电极图案，其中，底电极图案、压电层和顶电极图案在层叠方向上的交叠区域作为谐振区域，再通过在顶电极图案上刻蚀形成释放孔，释放孔依次穿透压电层、底电极图案和支撑层至露出牺牲层，再经由释放孔刻蚀牺牲层至露出第一凹槽形成空腔，其中，空腔包括对应谐振区域在第一衬底上的正投影的交叠区域以及位于谐振区域在第一衬底上的正投影之外的非交叠区域。既能够通过空腔的非交叠区域增加空腔的实际面积，有利于在测定加速度时提高谐振器处的应力，以增大谐振器的应变，改变压电层的刚
度，从而提高谐振器的频率漂移量，进而提高薄膜体声波传感器的灵敏度，同时，还能够通过空腔的交叠区域的外缘(即第一凹槽的侧壁)为位于空腔上方的层级结构提供稳固的支撑作用，从而避免空腔上方的层级结构发生塌陷。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0019]图1为本专利技术一实施例提供的薄膜体声波传感器的制备状态图之一；
[0020]图2为本专利技术一实施例提供的薄膜体声波传感器的制备状态图之二；
[0021]图3为本专利技术一实施例提供的薄膜体声波传感器的制备状态图之三；
[0022]图4为本专利技术一实施例提供的薄膜体声波传感器的制备状态图之四；
[0023]图5为本专利技术一实施例提供的薄膜体声波传感器的制备状态图之五；
[0024]图6为本专利技术一实施例提供的薄膜体声波传感器的制备状态图之六；
[0025]图7为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：在第一衬底上刻蚀形成第一凹槽，并在所述第一凹槽内沉积牺牲层；在沉积有所述牺牲层的所述第一衬底上依次形成支撑层和底电极层，并图案化所述底电极层形成底电极图案；在所述底电极图案上依次形成压电层和顶电极层，并图案化所述顶电极层形成顶电极图案，其中，所述底电极图案、所述压电层和所述顶电极图案在层叠方向上的交叠区域作为谐振区域；在所述顶电极图案上刻蚀形成释放孔，所述释放孔依次穿透所述压电层、所述底电极图案和所述支撑层至露出所述牺牲层；经由所述释放孔刻蚀所述牺牲层至露出所述第一凹槽形成空腔，其中，所述空腔包括对应所述谐振区域在所述第一衬底上的正投影的交叠区域以及位于所述谐振区域在所述第一衬底上的正投影之外的非交叠区域。2.根据权利要求1所述的薄膜体声波传感器的制备方法，其特征在于，所述非交叠区域包括第一子非交叠区域和第二子非交叠区域，且所述第一子非交叠区域和所述第二子非交叠区域分别位于所述交叠区域的相对两侧。3.根据权利要求1所述的薄膜体声波传感器的制备方法，其特征在于，在所述第一凹槽内沉积的所述牺牲层的上表面与所述第一衬底的上表面平齐。4.根据权利要求1所述的薄膜体声波传感器的制备方法，其特征在于，所述在所述底电极图案上依次形成压电层和顶电极层以及在所述顶电极图案上刻蚀形成释放孔之间，所述方法还包括：在所述顶电极图案上形成导电条和电势块，其中，所述电势块通过所述导电条分别与所述底电极图案和所述顶电极图案电连接。5.根据权利要求4所述的薄膜体声波传感器的制备方法，其特征在于，所述在所述顶电极图案上形成导电条和电势块之后，所述方法还包括：在所述第一衬底的下表面设置第一键合层，形成器件晶圆；提供第二衬底并在所述第二衬底的上表面设置第二键合层，形成盖帽晶圆；将所述器件晶圆和所述盖帽晶圆键合，其中，所述器件晶圆位于所述盖帽晶圆的上方。6.根据权利要求5所述的薄膜体声波传感器的制备方法，其特征在于，所述将所述器件晶圆和所述盖帽晶圆键合之后，所述方法还包括：在所述第二衬底的下表面刻蚀形成第二凹槽，所述空腔在所述第二衬底上的正投影位于所述第二凹槽在所述第二衬底上的正...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷曦宇，刘炎，刘文娟，徐沁文，国世上，孙成亮，
申请(专利权)人：武汉敏声新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：