[發明專利]一種低成本高一致性MEMS壓電換能器的制作方法

在審

• 申請號: 201910162351.5
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN110040681A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 王煥煥;徐金國;費躍
• 申請（專利權）人: 常州元晶電子科技有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B7/02
• 代理公司: 常州市華信天成專利代理事務所(普通合伙) 32294
• 代理人: 錢鎖方

本發明涉及超聲換能器技術領域，具體涉及一種低成本高一致性MEMS壓電換能器的制作方法，包括以下步驟：1)準備適合的普通硅片；2)沉積下電極；3)生長壓電材料薄膜；4)沉積上電極；5)光刻并刻蝕下電極圖形；6)PECVD法沉積鈍化層；7)光刻并刻蝕鈍化層，露出電極引線PAD；8)雙面光刻硅晶圓；9)濕法腐蝕普通硅片，釋放空腔結構，形成MEMS壓電超聲換能器結構，大幅度降低生產成本，提高晶圓加工的一致性。

技術領域

本發明涉及超聲換能器技術領域，具體涉及一種低成本高一致性MEMS壓電換能器的制作方法。

背景技術

超聲波具有方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠等特點。可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石等。在醫學、軍事、工業、農業上有很多的應用。在超聲系統中，實現聲電轉換的器件即為換能器(Ultrasonic Transducer,UT)，其性能好壞關系到系統性能，是系統中的關鍵性器件。

超聲換能器的微型化在超聲醫療成像及超聲檢測中，要求超聲系統能夠以更小的器件來獲得更高的頻率。在這種需求的影響下，超聲系統開始向微型化、集成化、高頻化發展。應用MEMS技術制備微型的超聲器件逐漸受到人們的關注。相比于傳統的壓電陶瓷型換能器，MEMS硅微超聲換能器(Micromachined Ultrasonic Transducer,MUT)主要有以下優勢：1.可獲得比傳統器件更高的頻率，在超聲成像系統中，頻率與分辨率密切相關，高頻可以產生更高分辨率的圖像，因而PMUT比傳統的陶瓷壓電換能器更易成像，2.相比于傳統的加工方式，MEMS工藝精度高，傳統的壓電換能器采用切割的方式，其精度較低，利用MEMS技術，器件的尺寸可控制在微米量級，有利于保持器件的一致性，3.利用MEMS工藝制備的MUT更易陣列化，單元一致性較好，因而在超聲相控陣及超聲成像中優勢明顯，4.MUT與后續的IC工藝有更好的兼容性。

通常MEMS壓電超聲換能器的制作方法如圖1所示，需要進行如下工藝步驟：1.準備合適的SOI晶圓；2.沉積下電極；3.光刻并刻蝕下電極圖形；4.生長壓電材料薄膜；5.光刻并刻蝕壓電薄膜圖形；6.沉積上電極；7.光刻并刻蝕上電極圖形；8.沉積一層很薄的鈍化層，保護壓電器件表面；9.光刻并刻蝕鈍化層，露出電極引線PAD；10.雙面光刻硅晶圓；11.背面深刻蝕硅材料，釋放空腔結構，形成MEMS壓電超聲換能器結構。這種MEMS壓電超聲換能器制作工藝，需要用到SOI晶圓、鈍化層沉積以及深硅刻蝕，這些加工工藝的成本很高。例如，一片SOI晶圓的價格是普通硅片價格的10～20倍；鈍化層沉積因其設備的昂貴，其加工成本也會較高；深硅刻蝕由于是長時間的單片刻蝕工藝，其加工成本會占到正片晶圓的1/3～1/4。如此，經過這些高成本工藝加工制造的MEMS壓電超聲換能器通常會變得非常昂貴，難以被市場所接受。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述缺陷，提供一種低成本高一致性MEMS壓電換能器的制作方法，大幅度降低生產成本，提高晶圓加工的一致性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

一種低成本高一致性MEMS壓電換能器的制作方法，包括以下步驟：

1)準備適合的普通硅片；

2)在普通硅片的上表面沉積下電極；

3)在下電極表面生長壓電材料薄膜；

4)在壓電材料薄膜表面沉積上電極；

5)光刻并刻蝕下電極圖形；

6)采用PECVD法沉積鈍化層，保護壓電器件表面同時作為彈性層調制器件頻率；

7)光刻并刻蝕鈍化層，露出電極引線PAD；

8)雙面光刻硅晶圓；

9)濕法腐蝕普通硅片，釋放空腔結構，形成MEMS壓電超聲換能器結構。