【技术实现步骤摘要】
本专利技术的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种支撑层为单晶薄膜层的pmut结构及其制造方法、一种pmut结构阵列、一种具有该pmut结构或者pmut结构阵列的电子设备。
技术介绍
1、压电微机械超声换能器piezoelectric micromachined ultrasonictransducer，pmut是利用压电材料的正逆压电效应使压电薄膜振动，从而发射或者接收超声波信号的mems器件。当pmut既可以做执行器(发射声波)，又可以做传感器(接收声波)。基于mems标准工艺的pmut批量化生产和晶圆级封装使其成本极大的降低，非常适合大规模商业应用。pmut在超声测距、超声成像、超声无损检测、超声指纹识别、超声驱动器等方面都有较好的应用前景。
2、超声测距是pmut的重要应用之一，主要利用飞行时间(time of flight，tof)，即检测超声波从发射到接收所间隔的时间，来判断距离。基于此原理，pmut超声测距在汽车倒车雷达、水下声纳探测、扫地机器人、超声烟雾报警器等场景都会用到。另外，pmut超声指纹传感器，主要基于飞行时间(time of flight，tof)，能够检测到手指真皮层的指纹，可以识别树脂做的假指纹，也可以使那些因为机械磨损造成表皮指纹损伤的人可以顺利读取指纹，是pmut另一个重要应用，在信息安全等领域具有十分重要的作用。此外，无损探伤是pmut在工业领域的一个典型应用，超声通过检测飞行时间和返回信号的强度，探测物体损伤，在电网、轨道和化工等领域有着非常广泛且迫切的需求。pmut阵列全聚焦成像
3、现有pmut与cmos(complementary metal-oxide-semiconductor，互补金属氧化物半导体)的集成主要是通过如下两种方案实现的：
4、方案1.以cmos晶圆为基片，对其进行各种薄膜沉积和刻蚀流程加工，然而pmut制造流程包含多种薄膜(比如压电薄膜、电极薄膜等)在不同温度下的沉积以及相应薄膜在不同气氛、液体环境的刻蚀，这就需要该加工工艺流程不对cmos电路造成破坏。目前已知压电材料中，仅有aln基压电材料等少数几种压电薄膜的mems制造流程与cmos兼容，故而这种方案主要用于相应压电材料基集成化超声换能器的开发。然而压电薄膜的压电特性是pmut性能的至关重要的决定部分，比如多晶锆钛酸铅(pzt)、linbo3等具有非常优异压电特性的压电材料，其加工工艺较aln苛刻，与cmos兼容性较差，故而基于上述工艺流程的cmos集成化pmut的开发受限较多，很难实现。
5、方案2.分别加工pmut晶圆和cmos晶圆，设定pmut晶圆的设置压电薄膜的一侧以及cmos晶圆的设置晶体管的一侧为相应晶圆的正面，将pmut晶圆的正面和cmos正面键合，构建cmos集成化pmut。与上述方案1相比，该方案对压电材料的局限性较小，然而，pmut机械振动单元的有效振动是高效地发射和接受超声波的关键，这需要振动单元下方含有空腔结构，提供空间供振动单元有效振动，这需要cmos上含有相应空腔。然而空腔尺寸是决定pmut超声频率的核心要素，空腔尺寸的变化将导致pmut超声频率的变化。在pmut和cmos两片晶圆键合时，不可避免的存在对准偏差，导致振动单元区域与本身设计之间存在随机偏差，造成所开发的cmos集成化pmut的频率波动。值得指出的是，应用于超声成像领域的pmut振元的直径都非常小，通常在几十微米甚至更小，即使1微米的对准偏差也将造成很大的不利影响。
6、因此现有技术中存在开发出如下的cmos与pmut集成方案的需求：对压电材料本身普适性强，和/或cmos单元与pmut单元的集成过程不对空腔尺寸产生影响。
7、此外，现有pmut与cmos的集成主要是以cmos晶圆为基片，对其进行多种薄膜沉积(包括但不局限于支撑层、电极层、压电层等)和刻蚀加工流程，实现在cmos晶圆上集成pmut。通常cmos上集成的pmut单元呈弯曲振动模式，即振动单元在垂直于薄膜厚度方向上弯曲振动，向外发射超声波。为实现有效的pmut单元弯曲振动，首先面向pmut振动单元的cmos一侧(即cmos的正面)需含有空腔，同时pmut压电薄膜两侧的薄膜整体厚度不一致，其中一侧较另一侧厚，使整个振动单元的质量中心不在压电薄膜的中心，避免振膜呈现厚度伸缩模式的振动。
8、pmut单元的结构通常包含支撑层、压电薄膜层以及压电薄膜两侧的顶、底电极层，支撑层薄膜是实现pmut弯曲振动的部分，与多晶材料相比，单晶薄膜(例如硅单晶)具有非常优异的机械强度，尤其是其长期机械稳定性(单晶材料不存在晶界，不会出现位错引起的机械性能变化)，单晶薄膜作为pmut的支撑层能显著提高pmut的性能。然而，受限于多种工艺因素(比如cmos晶圆的可承受的薄膜沉积温度较低，同时在cmos的正面空腔化pmut振动区域处，牺牲层材料与其周围的材料的材质不一致等)，在cmos晶圆上很难实现单晶支撑层薄膜的沉积，影响pmut本身的振动性能和长期振动一致性。因此需要开发一种支撑层薄膜呈单晶的pmut与传统cmos晶圆的集成方案。
技术实现思路
1、为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本专利技术。
2、本专利技术的实施例涉及一种pmut结构，包括：
3、晶体管单元，包括晶体管；和
4、pmut单元，包括pmut及支撑层，pmut包括第一电极层、第二电极层与压电层，
5、其中：
6、所述pmut结构还包括用于pmut的空腔；
7、支撑层为单晶薄膜层，支撑层的一侧面对晶体管单元的表面；且
8、pmut单元的面对晶体管单元的一侧与晶体管单元的一侧的表面接合且限定所述空腔的一侧的至少一部分。
9、本专利技术的实施例还涉及一种pmut结构的制造方法，所述pmut结构包括用于pmut的空腔，所述方法包括步骤：
10、提供晶体管单元，包括晶体管；和
11、设置与晶体管单元接合的pmut单元，pmut单元包括pmut以及支撑层，pmut包括第一电极层、第二电极层与压电层，
12、其中：
13、支撑层为单晶薄膜层；
14、pmut单元的面对晶体管单元的一侧与晶体管单元的一侧的表面接合且限定所述空腔的一侧的至少一部分。
15、本专利技术的实施例也涉及一种pmut结构阵列，包括多个上述的pmut结构，或者多个上述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种PMUT结构，包括：
2.根据权利要求1所述的PMUT结构，其中：
3.根据权利要求2所述的PMUT结构，还包括：
4.根据权利要求2所述的PMUT结构，其中：
5.根据权利要求2所述的PMUT结构，其中：
6.根据权利要求2所述的PMUT结构，其中：
7.根据权利要求6所述的PMUT结构，其中：
8.根据权利要求6所述的PMUT结构，其中：
9.根据权利要求1所述的PMUT结构，其中：
10.根据权利要求1所述的PMUT结构，其中：
11.根据权利要求1所述的PMUT结构，其中：
12.根据权利要求1所述的PMUT结构，其中：
13.根据权利要求1-12中任一项所述的PMUT结构，其中：
14.一种PMUT结构的制造方法，所述PMUT结构包括用于PMUT的空腔，所述方法包括步骤：
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
17.根据权利要求
18.根据权利要求15所述的方法，其中，设置与晶体管单元接合的PMUT单元的步骤包括：
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
20.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，其中：
21.根据权利要求15所述的方法，其中：
22.根据权利要求15所述的方法，还包括步骤：
23.根据权利要求15所述的方法，其中：
24.根据权利要求15所述的方法，其中：
25.根据权利要求15所述的方法，其中：
26.根据权利要求14所述的方法，设置与晶体管单元接合的PMUT单元的步骤包括：
27.根据权利要求16或18或26所述的方法，其中：
28.根据权利要求14所述的方法，其中：
29.根据权利要求14所述的方法，其中：
30.根据权利要求14-29中任一项所述的方法，其中：
31.一种PMUT结构阵列，包括多个根据权利要求1-13中任一项所述的PMUT结构，或者多个根据权利要求14-30中任一项所述的制造方法制造的PMUT结构。
32.一种电子设备，包括包括根据权利要求1-13中任一项所述的PMUT结构，或者根据权利要求14-30中任一项所述的制造方法制造的PMUT结构，或者根据权利要求31所述的PMUT结构阵列。
33.根据权利要求32所述的电子设备，其中：
...【技术特征摘要】
1.一种pmut结构，包括：
2.根据权利要求1所述的pmut结构，其中：
3.根据权利要求2所述的pmut结构，还包括：
4.根据权利要求2所述的pmut结构，其中：
5.根据权利要求2所述的pmut结构，其中：
6.根据权利要求2所述的pmut结构，其中：
7.根据权利要求6所述的pmut结构，其中：
8.根据权利要求6所述的pmut结构，其中：
9.根据权利要求1所述的pmut结构，其中：
10.根据权利要求1所述的pmut结构，其中：
11.根据权利要求1所述的pmut结构，其中：
12.根据权利要求1所述的pmut结构，其中：
13.根据权利要求1-12中任一项所述的pmut结构，其中：
14.一种pmut结构的制造方法，所述pmut结构包括用于pmut的空腔，所述方法包括步骤：
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
17.根据权利要求16所述的方法，其中：
18.根据权利要求15所述的方法，其中，设置与晶体管单元接合的pmut单元的步骤包括：
19.根据...
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