一种减少超声换能器声串扰的深槽隔离方法及超声换能器技术

本发明专利技术涉及阻断干扰领域，公开了一种减少超声换能器声串扰的深槽隔离方法及超声换能器，超声换能器包括CMOS单元，其上设有至少一个PMUT单元，所有PMUT单元共用PMUT衬底，PMUT单元设有空腔，深槽隔离方法包括步骤：当PMUT单元的尺寸和面积、及空腔的面积均小于其相应的预设值时，先围绕空腔、自机械层向PMUT衬底内刻蚀深槽；再在深槽隔离出的区域内的机械层上淀积压电叠层；反之，先在机械层上淀积压电叠层；再围绕空腔、自压电叠层表面向机械层表面刻蚀接触孔，并自接触孔内的机械层表面向PMUT衬底内刻蚀至少一个深槽。本发明专利技术通过在PMUT单元之间设置深槽阻碍超声波横向传播，可有效减少超声换能器的声串扰。有效减少超声换能器的声串扰。有效减少超声换能器的声串扰。

【技术实现步骤摘要】
一种减少超声换能器声串扰的深槽隔离方法及超声换能器


[0001]本专利技术涉及阻断干扰
，具体为一种减少超声换能器声串扰的深槽隔离方法及超声换能器。

技术介绍

[0002]医学超声扫描的发展需要越来越高的图像分辨率，体内超声检查则要求超声探头不断小型化，超声探头小型化，高密度化会遇到很多挑战，换能器单元彼此的声串扰就是其中之一，声串扰定义为由于相邻元件的声学振动而在受测元件（本身没有激励）上产生的电压，或声学振幅，超声换能器阵列，有许多压电微机械超声换能器（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer，PMUT）单元排成行与列，组成阵列，即PMUT单元会有多个邻近单元，当相邻的单元有激励信号时，PMUT薄膜在Z方向上下形变，产生振动，在固体弹性材料中，Z方向的振动，也会沿着垂直于Z方向的水平面上的X，Y方向传播，也即，一个PMUT单元振动，相邻的单元受振动的干挠，也会出现较低幅度的振动，影响正常的使用,其会产生相互干扰。
[0003]普通互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）高压或图像传感器工艺中所用的深槽（Deep Trench）都以较好的电学，或光学隔离为目的，声学隔离的要求则很不一样，降低声串扰的深槽的工艺制程主要是截断机械波传播的通道，降低耦合，增加阻尼。
[0004]在由电容式微机械超声换能器（Capacitive micromechanical ultrasonic transducer， CMUT）和CMOS构成的三维架构（具体可通过把CMUT做在CMOS 芯片上方形成）上制造降低声串扰的深槽，其工艺相对简单，直接，一般是在减合，减薄后，第二晶圆背面就是硅衬底及氧化硅薄层，可直接执行深槽相关的工艺步骤，同时，不管空腔与单元面积的相对大小，均较容易做深槽的布局（layout），以及光刻，腐蚀，深槽填充，化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）等后续工艺，如果能够满足特定声串扰的规格要求，甚至只要在硅衬底上进行较浅的深槽腐蚀即可，不需要腐蚀穿透整个硅机械层，上述由CMUT和CMOS构成的三维架构也更容易采用双深槽隔离，进一步提升隔离效果。
[0005]对于由PMUT和CMOS构成的三维架构（具体可通过把PMUT做在CMOS 芯片上方形成），制作深槽的复杂性相对较高，其主要原因是硅机械层上方有压电材料及其上层及底层金属等材料，压电材料加上其上/下层金属的厚度一般会达到1.5
‑
3.5微米（μm），透过这层材料，要形成高深宽比（Aspect Ratio）的深槽，工艺相对比较难，在此同时，PZT（锆钛酸铅，Pb(ZrTi)O3）压电材料，光刻腐蚀形成很小尺寸的图形也不容易，这就进一步增加了深槽工艺的难度，因此提出一种减少超声换能器声串扰的深槽隔离方法及超声换能器。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种减少超声换能器声串扰的深槽隔离方法及超声换能器，其中该深槽隔离方法解决了目前对于较薄材料做深槽隔离方法工艺相对较
难的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种减少超声换能器声串扰的深槽隔离方法，所述超声换能器包括CMOS单元，所述CMOS单元上设有至少一个PMUT单元，所有PMUT单元共用包括PMUT衬底，所述PMUT衬底内设有至少一个空腔，覆盖所述空腔、所述PMUT衬底上依次设有机械层和压电叠层，所述深槽隔离方法包括以下步骤：S1、获取所述PMUT单元的尺寸和面积、以及所述空腔的面积；S2、当所述PMUT单元的尺寸小于预设尺寸、所述PMUT单元的面积小于第一预设面积、以及所述空腔的面积小于第二预设面积时，进行深槽先设流程：先围绕所述空腔、自所述机械层向所述PMUT衬底内刻蚀，形成深槽；然后经淀积，在所述深槽隔离出的区域内的所述机械层上形成所述压电叠层；S3、当所述PMUT单元的尺寸大于或等于预设尺寸、所述PMUT单元的面积大于或等于第一预设面积、以及所述空腔的面积大于或等于第二预设面积时，进行深槽后设流程：先在所述机械层上淀积，形成所述压电叠层；然后围绕所述空腔，自所述压电叠层表面向所述机械层表面刻蚀，形成接触孔，并自所述接触孔内的所述机械层表面向所述PMUT衬底内刻蚀，形成至少一个深槽。
[0008]作为本专利技术再进一步的方案，所述压电叠层包括下金属层、压电层和上金属层；所述步骤S2中，所述深槽先设流程具体包括以下步骤：S201、提供PMUT衬底，自所述PMUT衬底表面向所述PMUT衬底内凹设有至少一个所述空腔，经熔融键合，覆盖所述空腔、在所述PMUT衬底上形成一机械层，经减薄、使所述机械层达到预设厚度；S202、经淀积，在所述机械层上形成掩膜氧化层；S203、掩膜下，围绕所述空腔、自所述掩膜氧化层向所述PMUT衬底内依次进行光刻和腐蚀，形成所述深槽；S204、去除所述掩膜氧化层后、淀积阻尼材料，使所述深槽内充满阻尼材料、并在所述PMUT衬底的一表面上形成阻尼层；S205、经抛光处理，去除所述阻尼层；S206、经淀积，在所述机械层上依次形成下金属层、压电层和上金属层；S207、掩膜下，自所述上金属层表面向所述机械层表面刻蚀，在所述深槽上形成接触孔；所述步骤S3中，所述深槽后设流程具体包括以下步骤：S301、提供PMUT衬底，自所述PMUT衬底表面向所述PMUT衬底内凹设有至少一个所述空腔，经熔融键合，覆盖所述空腔、在所述PMUT衬底上形成一机械层，经减薄、使所述机械层达到预设厚度；S302、经淀积，在所述机械层上依次形成下金属层、压电层和上金属层；S303、掩膜下，自所述上金属层表面向所述机械层表面刻蚀，形成接触孔；S304、经淀积，覆盖所述机械层和所述压电叠层，形成一掩膜氧化层；S305、掩膜下，围绕所述空腔、自所述接触孔内的所述掩膜氧化层表面向所述PMUT衬底内依次进行光刻和腐蚀，形成所述至少一个深槽；
S306、去除所述掩膜氧化层后、涂敷或淀积阻尼材料，覆盖所述深槽的底部和侧壁、所述机械层以及所述压电叠层，形成阻尼层；S307、经抛光处理、去除多余的阻尼层，保留所述深槽内的阻尼层。
[0009]进一步的，所述预设厚度为2
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5μm。
[0010]在前述方案的基础上，所述步骤S207和所述步骤S307之后均包括步骤：S408、在所述PMUT衬底背面形成一金属互连层；S409、在所述PMUT衬底内沿第一方向形成金属布线层，并自所述金属布线层垂直所述第一方向形成金属引线孔，使所述金属布线层与所述金属互连层连接，所述第一方向为所述PMUT衬底的长度方向；S410、贯穿所述压电层、所述下金属层和所述机械层并延伸至所述金属布线层表面，形成上金属层连接孔和下金属层连接孔；S411、经淀积，覆盖所述压电叠层、所述机械层和所述接触孔的底部和侧壁，形成一钝化层。
[0011]进一步的，所述阻尼材料为多孔氧化物或多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减少超声换能器声串扰的深槽隔离方法，所述超声换能器包括CMOS单元，所述CMOS单元上设有至少一个PMUT单元，所有PMUT单元共用PMUT衬底，所述PMUT衬底内设有至少一个空腔，覆盖所述空腔、所述PMUT衬底上依次设有机械层和压电叠层，其特征在于，所述深槽隔离方法包括以下步骤：S1、获取所述PMUT单元的尺寸和面积、以及所述空腔的面积；S2、当所述PMUT单元的尺寸小于预设尺寸、所述PMUT单元的面积小于第一预设面积、以及所述空腔的面积小于第二预设面积时，进行深槽先设流程：先围绕所述空腔、自所述机械层向所述PMUT衬底内刻蚀，形成深槽；然后经淀积，在所述深槽隔离出的区域内的所述机械层上形成所述压电叠层；S3、当所述PMUT单元的尺寸大于或等于预设尺寸、所述PMUT单元的面积大于或等于第一预设面积、以及所述空腔的面积大于或等于第二预设面积时，进行深槽后设流程：先在所述机械层上淀积，形成所述压电叠层；然后围绕所述空腔，自所述压电叠层表面向所述机械层表面刻蚀，形成接触孔，并自所述接触孔内的所述机械层表面向所述PMUT衬底内刻蚀，形成至少一个深槽。2.如权利要求1所述的一种减少超声换能器声串扰的深槽隔离方法，其特征在于，所述压电叠层包括下金属层、压电层和上金属层；所述步骤S2中，所述深槽先设流程具体包括以下步骤：S201、提供PMUT衬底，自所述PMUT衬底表面向所述PMUT衬底内凹设有至少一个所述空腔，经熔融键合，覆盖所述空腔、在所述PMUT衬底上形成一机械层，经减薄、使所述机械层达到预设厚度；S202、经淀积，在所述机械层上形成掩膜氧化层；S203、掩膜下，围绕所述空腔、自所述掩膜氧化层向所述PMUT衬底内依次进行光刻和腐蚀，形成所述深槽；S204、去除所述掩膜氧化层后、淀积阻尼材料，使所述深槽内充满阻尼材料、并在所述PMUT衬底的一表面上形成阻尼层；S205、经抛光处理，去除所述阻尼层；S206、经淀积，在所述机械层上依次形成下金属层、压电层和上金属层；S207、掩膜下，自所述上金属层表面向所述机械层表面刻蚀，在所述深槽上形成接触孔；所述步骤S3中，所述深槽后设流程具体包括以下步骤：S301、提供PMUT衬底，自所述PMUT衬底表面向所述PMUT衬底内凹设有至少一个所述空腔，经熔融键合，覆盖所述空腔、在所述PMUT衬底上形成一机械层，经减薄、使所述机械层达到预设厚度；S302、经淀积，在所述机械层上依次形成下金属层、压电层和上金属层；S303、掩膜下，自所述上金属层表面向所述机械层表面刻蚀，形成接触孔；S304、经淀积，覆盖所述机械层和所述压电叠层，形成一掩膜氧化层；S305、掩膜下，围绕所述空腔、自所述接触孔内的所述掩膜氧化层表面向所述PMUT衬底内依次进行光刻和腐蚀，形成所述至少一个深槽；S306、去除所述掩膜氧化层后...

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