[發(fā)明專利]壓電式微機(jī)械超聲換能器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110247160.6
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113351458A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F·韋爾切西;A·達(dá)內(nèi)伊;G·阿勒加托;G·加特瑞;R·卡姆佩德利
• 申請（專利權(quán)）人: 意法半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華

本公開的實(shí)施例涉及壓電式機(jī)械換能器。提供了一種用于制造包括位于膜元件處的壓電元件的PMUT器件的方法。方法包括接收絕緣體上硅基底，具有第一硅層、氧化物層和第二硅層。通過移除第一硅層的暴露側(cè)部分和氧化物層的對應(yīng)的部分來暴露第二硅層的第一表面的部分，并且限定包括第一硅層和氧化物層的剩余部分的中心部分。用于膜元件的錨定部分在第二硅層的第一表面的暴露部分處形成。壓電元件在中心部分的上方形成，并且膜元件通過選擇性地移除第二層并且從第一硅層的剩余部分下方移除氧化物的剩余部分來限定。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及微機(jī)電系統(tǒng)(下文稱為“MEMS”)的領(lǐng)域。特別地，本公開涉及一種壓電式微機(jī)械超聲換能器(下文稱為“PMUT”)。

背景技術(shù)

MEMS器件包括借助微機(jī)械技術(shù)(例如，光刻、沉積、蝕刻、沉積、生長)在相同半導(dǎo)體材料基底(例如硅)中集成小型化機(jī)械、電氣和/或電子部件。

微機(jī)械超聲換能器器件(下文稱為“MUT器件”)是一種適于發(fā)射/接收超聲波的MEMS器件。在已知的MUT器件之間，壓電MUT器件(以下稱為“PMUT器件”)是已知的。PMUT器件是一種MUT器件，其操作基于與薄壓電元件機(jī)械耦合的一個(gè)或多個(gè)薄膜元件的彎曲運(yùn)動。

當(dāng)PMUT器件作為發(fā)射器操作時(shí)，在對壓電元件施加AC電信號時(shí)，膜元件在壓電元件的作用下在平衡位置周圍彎曲和振蕩。因此，膜元件的振蕩會導(dǎo)致超聲波的生成。

當(dāng)PMUT器件作為接收器操作時(shí)，超聲波撞擊膜元件會導(dǎo)致膜在其平衡位置周圍振蕩。膜元件的振蕩作用在壓電元件上，壓電元件相應(yīng)地生成AC電信號。

在超聲波的生成和接收期間(即，在PMUT器件作為發(fā)射器操作的情況下以及PMUT器件作為接收器操作的情況下)，膜元件以對應(yīng)的共振頻率在其平衡位置周圍振蕩。

為了在其平衡位置周圍自由振蕩，(一個(gè)或多個(gè))膜元件相對于PMUT器件的半導(dǎo)體基底懸置(例如，懸臂式)。

為此目的，在PMUT器件的制造期間，已知形成錨定部分，該錨定部分適用于將PMUT器件的(一個(gè)或多個(gè))膜元件機(jī)械地連接到其半導(dǎo)體基底。

在設(shè)計(jì)階段，PMUT器件的共振頻率是基于諸如膜元件的大小和材料的參數(shù)確定的。給定具體的材料的情況下，(一個(gè)或多個(gè))膜元件的厚度是定義共振頻率的最重要參數(shù)之一。

美國專利No.6,913,941公開了一種用于創(chuàng)建MEMS結(jié)構(gòu)的方法。根據(jù)所述方法，提供了一種基底，具有布置在其上的犧牲層和布置在犧牲層之上的硅層。第一溝槽被創(chuàng)建，其延伸穿過二氧化硅層和犧牲層，并且第一溝槽將犧牲層分隔成由第一溝槽包圍的第一區(qū)域以及在第一溝槽外部的第二區(qū)域。將第一材料沉積到第一溝槽中，使得第一材料填充第一溝槽的深度至少等于犧牲層的厚度。在第一溝槽的外部形成第二溝槽，第二溝槽至少延伸穿過硅層并且暴露犧牲層的第二區(qū)域的至少部分。犧牲層的第二區(qū)域通過第二溝槽與適用于蝕刻犧牲層的化學(xué)蝕刻溶液接觸，蝕刻溶液對第一材料具有選擇性。

發(fā)明內(nèi)容

申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于制造MEMS器件(諸如PMUT器件)的已知解決方案不是特別有效。

根據(jù)已知解決方案制造的PMUT器件受到膜厚度控制精度降低的負(fù)面影響。使用已知的制造方法，不可以以足夠的精度控制膜的厚度，從而導(dǎo)致從相同半導(dǎo)體材料晶片獲得的PMUT器件之間的諧振頻率的不可忽略的擴(kuò)展。

如上所述，申請人設(shè)計(jì)了一種用于改善制造PMUT器件的工藝的解決方案。

本公開的一方面涉及一種用于制造PMUT器件的方法，該P(yáng)MUT器件包括位于膜元件處的壓電元件。該方法包括提供絕緣體上硅基底，絕緣體上硅基底包括第一硅層、氧化物層和第二硅層。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，第一硅層沿著第一方向在氧化物層上堆疊，并且氧化物層沿著所述第一方向在第二硅層上堆疊。