压电微机械换能器、压电微机械换能器阵列及其制作方法

本公开实施例涉及一种压电微机械换能器、压电微机械换能器阵列及其制作方法。

背景技术：

1、超声波凭借其非侵入性、高穿透性和高探测精度等优势被广泛应用于工业无损检测、医学影像和消费电子等领域。压电微机械超声换能器（pmut）作为一种新的超声换能器形式，具有加工精度高、cmos兼容性好、灵敏度高、驱动电压小等优势，在未来的超声成像场景中有很大的应用潜力。

技术实现思路

1、本公开实施例提供一种压电微机械换能器、压电微机械换能器阵列以及它们的制作方法。该压电微机械换能器的制作方法通过先在衬底上形成器件空腔，使得该器件空腔的形状、尺寸和深度具有较高的一致性，从而可使得该压电微机械换能器的谐振频率、振幅响应、电容值以及声学性能差异极小。另一方面，通过先形成器件空腔，然后再去除牺牲层的方式，该制作方法可以降低残余应力，从而还可提高产品良率。

2、本公开至少一个实施例提供一种压电微机械换能器的制作方法，其包括：在衬底上形成器件空腔；在所述器件空腔中形成牺牲层，所述牺牲层的表面与所述衬底的表面齐平；在所述衬底和所述牺牲层上形成压电结构，所述压电结构包括层叠设置的第一电极、压电层和第二电极，所述压电结构在所述衬底上的正投影与所述器件空腔在所述衬底上的正投影交叠；形成释放孔，所述释放孔贯穿所述压电结构并与所述牺牲层接触；以及通过所述释放孔对所述牺牲层进行刻蚀，以去除至少部分所述牺牲层。

3、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，所述释放孔在所述衬底上的正投影位于所述器件空腔在所述衬底上的正投影的范围之内。

4、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，所述释放孔至少贯穿所述压电结构中的所述压电层和所述第一电极。

5、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，还包括：在所述压电结构的边缘形成第一隔离沟槽，所述第一隔离沟槽在所述衬底上的正投影位于所述器件空腔在所述衬底上的正投影之外。

6、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，所述第一隔离沟槽至少贯穿所述压电结构中的所述压电层。

7、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，还包括：从所述衬底远离所述压电结构的一侧形成第二隔离沟槽，所述第二隔离沟槽在所述衬底上的正投影位于所述器件空腔在所述衬底上的正投影之外。

8、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，在所述衬底和所述牺牲层上形成压电结构之前，所述制作方法还包括：在所述衬底和所述牺牲层上形成种子层。

9、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，在所述衬底和所述牺牲层上形成压电结构之后，所述制作方法还包括：在所述压电结构远离所述衬底的一侧形成钝化层，以保护所述压电结构，其中，所述释放孔还贯穿所述钝化层。

10、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，在所述衬底和所述牺牲层上形成所述压电结构包括：形成与所述第一电极同层设置的第一电极焊盘；形成与所述第二电极同层设置的第二电极焊盘。

11、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，还包括：对所述钝化层和所述压电层进行图案化，以形成第一窗口和第二窗口，其中，所述第一窗口暴露所述第一电极焊盘，所述第二窗口暴露所述第二电极焊盘。

12、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，还包括：通过所述第一窗口和所述第二窗口分别在所述第一电极焊盘和所述第二电极焊盘上形成第一辅助电极和第二辅助电极，其中，所述第一辅助电极的导电率大于所述第一电极焊盘的导电率，所述第二辅助电极的导电率大于所述第二电极焊盘的导电率。

13、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，还包括：在所述压电结构上形成声学匹配层，被配置为对所述压电结构产生的超声波进行声阻抗匹配。

14、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，其中，在所述器件空腔中形成牺牲层包括：在所述衬底形成有所述器件空腔的一侧形成牺牲材料层，所述牺牲材料层填充所述器件空腔，所述牺牲材料层的厚度大于所述器件空腔的深度；以及采用平坦化工艺对所述牺牲材料层进行平坦化，并暴露所述衬底，位于所述器件空腔中的所述牺牲材料层填满所述器件空腔，以形成所述牺牲层。

15、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器的制作方法中，所述平坦化工艺包括化学机械抛光工艺或回刻工艺。

16、本公开至少一个实施例还提供一种压电微机械换能器阵列的制作方法，其包括：形成阵列设置的多个压电微机械换能器，各所述的压电微机械换能器采用上述任一项所述的压电微机械换能器的制作方法制作。

17、本公开至少一个实施例还提供一种压电微机械换能器，其包括：衬底，包括器件空腔；压电结构，位于所述衬底上并且覆盖所述器件空腔，所述压电结构包括层叠设置的第一电极、压电层和第二电极；以及释放孔，贯穿所述压电结构，并与所述器件空腔连通。

18、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器中，还包括：牺牲残留层，位于所述器件空腔之内，并位于所述压电结构靠近所述衬底的一侧。

19、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器中，所述释放孔在所述衬底上的正投影位于所述器件空腔在所述衬底上的正投影的范围之内。

20、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器中，还包括：第一隔离沟槽，位于所述压电结构的边缘，所述第一隔离沟槽在所述衬底上的正投影位于所述器件空腔在所述衬底上的正投影之外。

21、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器中，所述第一隔离沟槽至少贯穿所述压电结构中的所述压电层。

22、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器中，还包括：第二隔离沟槽，位于所述衬底远离所述压电结构的一侧，所述第二隔离沟槽在所述衬底上的正投影位于所述器件空腔在所述衬底上的正投影之外。

23、例如，在本公开一实施例提供的压电微机械换能器中，还包括：种子层，位于所述衬底和所述压电结构之间。

24、本公开至少一个实施例还提供一种压电微机械换能器阵列，包括阵列设置的多个压电微机械换能器，其中，所述多个压电微机械换能器包括根据上述任一项所述的压电微机械换能器。

1.一种压电微机械换能器的制作方法，包括：

2.根据权利要求1所述的压电微机械换能器的制作方法，其中，所述释放孔在所述衬底上的正投影位于所述器件空腔在所述衬底上的正投影的范围之内。

3.根据权利要求1所述的压电微机械换能器的制作方法，其中，所述释放孔至少贯穿所述压电结构中的所述压电层和所述第一电极。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的压电微机械换能器的制作方法，还包括：

5.根据权利要求4所述的压电微机械换能器的制作方法，其中，所述第一隔离沟槽至少贯穿所述压电结构中的所述压电层。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的压电微机械换能器的制作方法，还包括：

7.根据权利要求1-3中任一项所述的压电微机械换能器的制作方法，在所述衬底和所述牺牲层上形成压电结构之前，所述制作方法还包括：

8.根据权利要求1-3中任一项所述的压电微机械换能器的制作方法，在所述衬底和所述牺牲层上形成压电结构之后，所述制作方法还包括：

9.根据权利要求8所述的压电微机械换能器的制作方法，其中，在所述衬底和所述牺牲层上形成所述压电结构包括：

10.根据权利要求9所述的压电微机械换能器的制作方法，还包括：

11.根据权利要求10所述的压电微机械换能器的制作方法，还包括：

12.根据权利要求1-4中任一项所述的压电微机械换能器的制作方法，还包括：

13.根据权利要求1-4中任一项所述的压电微机械换能器的制作方法，其中，在所述器件空腔中形成牺牲层包括：

14.根据权利要求13所述的压电微机械换能器的制作方法，其中，所述平坦化工艺包括化学机械抛光工艺或回刻工艺。

15.一种压电微机械换能器阵列的制作方法，包括：

16.一种压电微机械换能器，包括：

17.根据权利要求16所述的压电微机械换能器，还包括：

18.根据权利要求16所述的压电微机械换能器，其中，所述释放孔在所述衬底上的正投影位于所述器件空腔在所述衬底上的正投影的范围之内。

19.根据权利要求16-18中任一项所述的压电微机械换能器，还包括：

20.根据权利要求19所述的压电微机械换能器，其中，所述第一隔离沟槽至少贯穿所述压电结构中的所述压电层。

21.根据权利要求16-18中任一项所述的压电微机械换能器，还包括：

22.根据权利要求16-18中任一项所述的压电微机械换能器，还包括：

23.一种压电微机械换能器阵列，包括阵列设置的多个压电微机械换能器，其中，所述多个压电微机械换能器包括根据权利要求16-22中任一项所述的压电微机械换能器。