[發明專利]壓電微機械超聲波換能器及其制作方法

在審

• 申請號: 202010642684.0
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN113896165A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 庫瑪拉奇許;夏佳杰;錢優
• 申請（專利權）人: 世界先進積體電路股份有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;B06B1/06
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 方艷平

一種壓電微機械超聲波換能器，包括基底、阻擋結構及膜層，其中基底和阻擋結構包括相同的材料。基底包括穿透基底的空腔，阻擋結構會從基底的頂面突出且圍繞空腔的邊緣。膜層設置于空腔上且附著于阻擋結構。

技術領域

本發明涉及微機電系統(Micro Electro Mechanical System,MEMS)的技術領域，尤其涉及一種壓電微機械超聲波換能器(PMUT)及其制作方法。

背景技術

在過去的幾十年里，微機械超聲波換能器(Micro Machined UltrasonicTransducer,MUTs)受到了廣泛的研究，并成為各種消費電子產品的重要組成，例如是指紋傳感器、近距離(proximity)傳感器和手勢傳感器中的組成部件。一般來說，MUTs可以被分為兩大類，例如是電容式微機械超聲波換能器(CMUTs)和壓電式微機械超聲波換能器(PMUTs)。對于典型的壓電式微機械超聲波換能器而言，壓電式微機械超聲波換能器包括由彈性材料、電極和壓電材料所構成的膜層，此膜層會被設置在作為聲波諧振器的空腔上，以提升壓電式微機械超聲波換能器的聲學性能。在壓電式微機械超聲波換能器運作的過程中，經由膜層的振動而產生的超聲波會從壓電式微機械超聲波換能器而被傳遞至目標物，然后壓電式微機械超聲波換能器可以偵測超聲波撞擊目標物后而產生的反射聲波。

通常，壓電式微機械超聲波換能器會在膜層的彎曲共振頻率下運作，此彎曲共振頻率可通過選擇正確的材料、膜的尺寸和厚度來決定。因此，單個壓電式微機械超聲波換能器的共振頻率的良好匹配是正常運作的必要條件。然而，由于位于膜層下方的空腔通常是通過蝕刻基底的背面而形成，因而于基底正面形成空腔開口，以用于定義膜層的大小。此空腔開口尺寸在同一晶圓內的不同區域或是不同晶圓之間可能會產生相當大的變異，因而不可避免地導致了各壓電式微機械超聲波換能器的共振頻率的變異。

因此，需要提供一種改良的壓電式微機械超聲波換能器及其制作方法，使得壓電式微機械超聲波換能器中的膜層尺寸可以被精確控制。

發明內容

有鑒于此，為了提升壓電式微機械超聲波換能器的共振頻率的均勻性，有必要提出一種改良的壓電式微機械超聲波換能器及其制作方法。

根據本發明的一實施例，壓電式微機械超聲波換能器包括基底、阻擋結構和膜層，其中基底和阻擋結構由相同的材料組成。基底包括穿透基底的空腔，阻擋結構從基底的頂面突出并圍繞空腔的邊緣。膜層設置在空腔上并附著于阻擋結構。

根據本發明的另一實施例，公開了一種制作壓電式微機械超聲波換能器的方法，包括以下步驟。首先蝕刻基底，形成從基底突出的阻擋結構，然后在基底上形成犧牲層，其中阻擋結構會暴露于犧牲層。然后，在阻擋結構和犧牲層上形成膜層。然后形成穿透基底的空腔，以暴露出犧牲層的一部分。隨后，通過使用阻擋結構作為蝕刻停止結構，以去除暴露于空腔的犧牲層的一部分。

根據本發明的上述實施例，阻擋結構是一種突出于基底頂面的結構，通過控制阻擋結構的位置，可以調整膜層的尺寸。由于阻擋結構是通過蝕刻基底而形成的，因此阻擋結構除了可以緊密地附著于基底，而不會自基底剝離，亦可具有垂直的側壁。通過上述，可有效提升壓電式微機械超聲波換能器的可靠度和電氣性能。

附圖說明

為了使下文更容易被理解，在閱讀本發明時可同時參考附圖及其詳細文字說明。通過本文中的具體實施例并參考相對應的附圖，以詳細解說本發明的具體實施例，并用以闡述本發明的具體實施例的作用原理。此外，為了清楚起見，圖式中的各特征可能未按照實際的比例繪制，因此某些圖式中的部分特征的尺寸可能被刻意放大或縮小。

圖1是根據本發明的一實施例所繪示的壓電微機械超聲波換能器(PMUT)的俯視示意圖。

圖2是根據本發明的一實施例沿著圖1中的A-A'切線所繪示的剖面示意圖。

圖3是根據本發明的一實施例所繪示的在基底上形成阻擋結構后的示意圖。

圖4是根據本發明的一實施例所繪示的在基底上形成犧牲層后的剖面示意圖。