首页 / 专利分类库 / 微观结构技术 / 具有减薄部的PMUT结构、其制造方法及包含其的电子设备

具有减薄部的PMUT结构、其制造方法及包含其的电子设备

申请号 CN202211370497.7 申请日 2022-11-03 公开(公告)号 CN118023099A 公开(公告)日 2024-05-14
申请人 广州乐仪投资有限公司; 发明人 庞慰; 牛鹏飞; 张孟伦;
摘要 本 发明 涉及具有减薄部的PMUT结构、其制造方法及包含其的 电子 设备。该PMUT结构包括:基底,基底设置有空腔;PMUT,包括第一 电极 层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;至少一个空隙部,空隙部沿PMUT厚度方向贯穿至少压电层且与空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,空隙部的靠近空腔的开口端与空腔相通;和阻挡层,其中:阻挡层 覆盖 空隙部的远离空腔的开口端面。本发明还涉及一种PMUT结构的制造方法以及一种电子设备。
权利要求

1.一种PMUT结构,包括:
基底,基底设置有空腔;
PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
至少一个空隙,所述空隙沿PMUT厚度方向贯穿至少所述压电层且与所述空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,所述空隙的靠近所述空腔的开口端与所述空腔相通;和阻挡层,
其中:
所述阻挡层覆盖所述空隙的远离所述空腔的开口端面。
2.根据权利要求1所述的PMUT结构,其中:
所述空隙的内侧壁与所述空腔的侧壁在垂直于PMUT厚度方向的最小距离大于或者等于1.0μm,再进一步的,1.5μm,更进一步的,2μm。
3.根据权利要求1所述的PMUT结构,其中:
所述第一电极层和所述阻挡层位于所述压电层的同一侧,且所述阻挡层包括与所述第一电极层同层设置的第一部分,以及高于所述第一电极层而覆盖所述空隙的远离所述空腔的开口端面的第二部分,所述第一部分覆盖所述空隙的一部分侧面;或者所述第一电极层和所述阻挡层位于所述压电层的同一侧,且对于所述空隙,所述阻挡层仅覆盖所述空隙的远离所述空腔的开口端面。
4.根据权利要求1所述的PMUT结构,还包括:
沉积结构,覆盖所述阻挡层的远离所述空隙的一侧。
5.根据权利要求4所述的PMUT结构,其中:
所述沉积结构包括支撑层和保护层,所述支撑层在PMUT结构的厚度方向上设置在所述阻挡层与所述保护层之间。
6.根据权利要求5所述的PMUT结构,其中:
所述阻挡层与所述支撑层的材料相同。
7.根据权利要求5所述的PMUT结构,其中:
所述阻挡层与所述支撑层的材料不同。
8.根据权利要求4所述的PMUT结构,其中:
所述沉积结构仅包括支撑层,所述支撑层覆盖所述阻挡层远离所述空隙的一侧。
9.根据权利要求4所述的PMUT结构,其中:
所述沉积结构包括保护层,保护层覆盖所述阻挡层远离所述空隙的一侧;
所述PMUT和所述基底之间设置有支撑层,所述空隙还贯穿所述支撑层。
10.根据权利要求1所述的PMUT结构,还包括:
与所述空腔连通从而与所述空隙连通的释放通道,所述释放通道的出口位于所述PMUT的外侧。
11.根据权利要求10所述的PMUT结构,其中:
所述释放通道内设置有沉积材料。
12.根据权利要求1所述的PMUT结构,其中:
所述至少一个空隙包括至少两个空隙,所述至少两个空隙中相邻两个空隙被所述PMUT的层结构隔开。
13.根据权利要求1所述的MPUT结构,其中:
所述阻挡层的与所述空隙相对或对应的位置包括凹陷。
14.根据权利要求13所述的PMUT结构,其中:
所述凹陷的最大凹陷值小于所述压电层的厚度的五分之一,进一步的,十分之一。
15.根据权利要求1所述的PMUT结构,其中:
所述空隙部的至少一部分填充有填充材料层,所述填充材料层的材料不同于所述第一空隙部周围的材料。
16.根据权利要求1‑15中任一项所述的PMUT结构,其中:
所述至少一个空腔包括至少两个空腔,所述至少两个空腔中的每个空腔对应一个所述PMUT,相邻两个空腔对应的两个PMUT的压电层彼此连接;或者
所述至少一个空腔包括至少两个空腔,所述至少两个空腔中的每个空腔对应一个所述PMUT,相邻两个空腔对应的两个PMUT的层结构彼此间隔开。
17.根据权利要求16所述的PMUT结构,其中:
相邻两个空腔对应的两个PMUT的层结构彼此间隔开,相邻两个空腔对应的两个PMUT之间设置有间隔沟槽,所述间隔沟槽还沿所述PMUT的厚度方向从PMUT结构的上侧延伸至所述基底中。
18.根据权利要求17所述的PMUT结构,其中:
所述间隔沟槽包括多个同心圆间隔沟槽或者一个圆环形间隔沟槽,所述同心圆间隔沟槽和圆环形间隔沟槽为完整环形或者间断的环形。
19.一种PMUT结构,包括:
基底,基底设置有空腔;
PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
支撑层,设置在所述PMUT的上侧;和
至少一个减薄部,所述减薄部包括沿所述PMUT的周边布置在所述PMUT的上侧的部分,所述减薄部用于减少PMUT结构的PMUT之外的膜层对PMUT振动的约束,
其中:
所述减薄部包括贯穿所述支撑层或者移除部分所述支撑层而形成的气隙,或者所述减薄部包括减薄支撑层后形成的减薄层。
20.根据权利要求19所述的PMUT结构,还包括:
阻挡层,所述PMUT设置在阻挡层的下侧,所述支撑层设置在所述阻挡层的上侧。
21.根据权利要求19所述的PMUT结构,其中:
所述气隙包括多个同心圆沟槽或者一个圆环形沟槽,所述同心圆沟槽和圆环形沟槽为完整环形或者间断的环形。
22.根据权利要求19所述的PMUT结构,其中:
所述PMUT结构还包括与所述至少一个空腔对应的至少一个空隙部,所述空隙部设置在阻挡层的下侧、沿PMUT厚度方向至少贯穿所述压电层且与对应的空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,所述空隙部的靠近对应的所述空腔的开口与对应的所述空腔相通。
23.根据权利要求22所述的PMUT结构,其中:
所述空隙部的至少一部分填充有填充材料层,所述填充材料层的材料不同于所述空隙部周围的材料。
24.根据权利要求22所述的PMUT结构,其中:
所述空隙部的内侧壁与所述空腔的侧壁在垂直于PMUT厚度方向的最小距离大于或者等于1.0μm,再进一步的,1.5μm,更进一步的,2μm。
25.根据权利要求19所述的PMUT结构,其中:
所述减薄部还包括设置在PMUT结构的一个或多个膜层中的空隙层,设置在多个膜层中的空隙层在PMUT结构的厚度方向上相邻或者间隔开,进一步的,所述空隙层的至少一部分填充有填充材料层,所述填充材料层的材料不同于所述空隙层周围的材料。
26.根据权利要求1‑25中任一项所述的PMUT结构,其中:
所述空腔的形状包括圆形、椭圆形、长方形或者正方形。
27.一种PMUT结构的制造方法,包括:
提供基底,其中,所述基底包括空腔,所述空腔内填充空腔用牺牲材料;
在所述基底上形成第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
形成至少一个空隙部,所述空隙部沿PMUT结构的厚度方向贯穿至少所述压电层且与所述空腔在PMUT结构的厚度方向至少部分重叠,所述空隙部的靠近所述空腔的开口与所述空腔相通;
在所述空隙部中填充空隙部用牺牲材料;
设置阻挡层,所述阻挡层至少覆盖所述空隙部的远离所述空腔的开口处的空隙部用牺牲材料;
释放所述空隙部用牺牲材料以及所述空腔用牺牲材料。
28.根据权利要求27所述的方法,其中;
所述阻挡层的材料具有不被所述空隙部用牺牲材料的去除或释放过程所影响的性质。
29.根据权利要求28所述的方法,其中:
所述空隙部用牺牲材料包括或者磷掺二氧化硅,所述阻挡层的材料包括氮化硅。
30.根据权利要求27所述的方法,其中:
形成至少一个空隙部的步骤中,所述空隙部贯穿第一电极层、压电层和第二电极层;
所述第一电极层和所述阻挡层位于所述压电层的同一侧,所述方法还包括图形化所述第一电极层;
在图形化所述第一电极层后设置所述阻挡层,所述阻挡层包括与所述第一电极层同层设置的第一部分,以及高于所述第一电极层而覆盖所述空隙部的远离所述空腔的开口端面的第二部分,所述第一部分覆盖所述空隙部的一部分侧面。
31.根据权利要求27所述的方法,其中:
形成至少一个空隙部的步骤中,所述空隙部贯穿第一电极层、压电层和第二电极层;
对于所述空隙部,所述阻挡层仅覆盖所述空隙部的远离所述空腔的开口端面。
32.根据权利要求27所述的方法,还包括:
在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧形成沉积结构。
33.根据权利要求32所述的方法,其中,在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧形成沉积结构的步骤包括:
在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧沉积保护层。
34.根据权利要求33所述的方法,其中,在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧形成沉积结构的步骤包括:
在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧沉积支撑层,以及在所述支撑层上沉积保护层。
35.根据权利要求34所述的方法,其中:
所述阻挡层与所述支撑层的材料相同,且阻挡层的材料具有不被所述牺牲材料的去除过程所影响的性质;
在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧沉积支撑层的步骤先于去除所述牺牲材料的步骤,或者在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧沉积支撑层的步骤后于去除所述牺牲材料的步骤。
36.根据权利要求34所述的方法,其中:
所述阻挡层与所述支撑层的材料不同,所述阻挡层的材料具有不被所述牺牲材料的去除过程所影响的性质,所述支撑层的材料具有与所述牺牲材料相同或者类似的性质;
去除所述牺牲材料的步骤先于在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧沉积支撑层的步骤。
37.一种PMUT结构,包括:
基底,基底设置有空腔;
PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
至少一个空隙部,所述空隙部沿PMUT厚度方向贯穿至少所述压电层且与所述空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,所述空隙部的靠近所述空腔的开口与所述空腔相通,其中:
所述空隙部的内侧壁与所述空腔的侧壁在垂直于PMUT厚度方向的最小距离大于或者等于1.0μm,再进一步的,1.5μm,更进一步的,2μm,且所述空隙部为完全空隙部。
38.一种电子设备,包括根据权利要求1‑26以及37中任一项所述的PMUT结构,或者根据权利要求27‑36中任一项所述的制造方法制造的PMUT结构。
39.根据权利要求38所述的电子设备,其中:
所述电子设备包括如下中的至少一种:超声成像仪、超声测距仪、超声指纹传感器、无损探伤仪、流量计、觉反馈设备、烟雾报警器。

说明书全文

具有减薄部的PMUT结构、其制造方法及包含其的电子设备

技术领域

[0001] 本发明实施例涉及半导体领域,尤其涉及一种具有空隙部的PMUT结构、其制造方法及包含其的电子设备。

背景技术

[0002] 压电微机械超声换能器(Piezoelectric Micromachined  Ultrasonic Transducer,PMUT)是利用压电材料的正逆压电效应使压电薄膜振动,从而发射或者接收声波信号的MEMS(Micro‑Electro‑Mechanical System,微机电系统)器件。PMUT既可以做执行器发射声波,又可以做传感器接收声波,并且基于MEMS标准工艺的批量化生产和晶圆级封装使PMUT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、超声流量检测、超声学反馈等方面都有较好的应用前景,比如在超声成像仪、超声雷达、声呐探测、扫地机器人、超声烟雾报警器、超声流量计等具体产品和场景中都会用到。上述应用都涉及PMUT的超声信号发射及超声信号接收,因此PMUT的发射和接收性能是其关键指标,决定了产品的优劣。
[0003] 图1A是一种已知的PMUT结构。如图1A所示,该PMUT结构包括基底100、第二电极层200、压电层300、第一电极层400以及支撑层600。第二电极层200、压电层300和第一电极层
400构成PMUT900。基底100的上表面设置有空腔101。空腔101上方的PMUT工作时呈弯曲振动,进而发射和接收超声波。可以看到,图1A中的PMUT被空腔101边界的基底完全支撑或约束。同等条件下,PMUT发射声压的大小、接收声压的灵敏度都与PMUT面积相关,PMUT面积越大,发射的声压越大,并且接收声压的灵敏度越高。对于图1A中的PMUT结构,由于PMUT被基底100完全支撑或约束,PMUT的有效面积约为空腔101的横截面积的三分之一。
[0004] 图1B是另一种已知的PMUT结构,该结构引入了空隙部301。空隙部301可以将PMUT从基底100释放,使中心的PMUT与基底100间隔一定的距离,从而减弱了基底100对PMUT的支撑或约束,提高了PMUT的有效面积,提升了PMUT的性能。在图1A中,中心的PMUT到空腔101之间的距离(以下称其为边缘空隙部宽度)为a。边缘空隙部宽度a越大,基底100对中心的PMUT的约束越弱,PMUT的有效面积越大,PMUT的声学性能越好。
[0005] 然而图1B中的PMUT结构会面临以下问题。参见图1B和图1C,对于该PMUT结构,需要在空隙部301上方设置保护结构(例如支撑层600和/或保护层700等)以防止空隙部301受到后续制程或者外部环境的影响。保护结构通常采用沉积的方式形成。在边缘空隙部宽度a较小(例如小于0.5μm)时,参见图1B,可以在PMUT及空隙部301上方直接沉积形成保护结构(即支撑层600)。但是较小的边缘空隙部宽度a会限制PMUT结构的声学性能的提升。在边缘空隙部宽度a较大(例如超过1.0μm)时,参见图1C,在沉积保护结构(即支撑层600和保护层700)时,沉积物质(以600和700表示)会通过空隙部301进入空腔101,并且残留在空腔101和空隙部301中,使空腔101尺寸减小并且空隙部301堵塞,这会给PMUT的中心谐振频率带来难以预知的影响,同时也会使空隙部301释放支撑或约束的能力减弱,进而导致PMUT的性能降低。
[0006] 现实中存在减少基底或PMUT结构的除PMUT之外的结构对PMUT的约束,以提高PMUT的声学性能的需求。

发明内容

[0007] 为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面,提出本发明。
[0008] 根据本发明的实施例的一个方面,提出了一种PMUT结构,包括:
[0009] 基底,基底设置有空腔;
[0010] PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
[0011] 至少一个空隙部,所述空隙部沿PMUT厚度方向贯穿至少所述压电层且与所述空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,所述空隙部的靠近所述空腔的开口端与所述空腔相通;和[0012] 阻挡层,
[0013] 其中:
[0014] 所述阻挡层覆盖所述空隙部的远离所述空腔的开口端面。
[0015] 根据本发明的实施例的又一个方面,提出了一种PMUT结构,包括:
[0016] 基底,基底设置有空腔;
[0017] PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
[0018] 支撑层,设置在所述PMUT的上侧;和
[0019] 至少一个减薄部,所述减薄部包括沿所述PMUT的周边布置在所述PMUT的上侧的部分,所述减薄部用于减少PMUT结构的PMUT之外的膜层对PMUT振动的约束,
[0020] 其中:
[0021] 所述减薄部包括贯穿所述支撑层或者移除部分所述支撑层而形成的气隙,或者所述减薄部包括减薄支撑层后形成的减薄层。
[0022] 根据本发明的实施例的另一个方面,提出了一种PMUT结构的制造方法,包括:
[0023] 提供基底,其中,所述基底包括空腔,所述空腔内填充空腔用牺牲材料;
[0024] 在所述基底上形成第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
[0025] 形成至少一个空隙部,所述空隙部沿PMUT结构的厚度方向贯穿至少所述压电层且与所述空腔在PMUT结构的厚度方向至少部分重叠,所述空隙部的靠近所述空腔的开口与所述空腔相通;
[0026] 在所述空隙部中填充空隙部用牺牲材料;
[0027] 设置阻挡层,所述阻挡层至少覆盖所述空隙部的远离所述空腔的开口处的空隙部用牺牲材料;
[0028] 释放所述空隙部用牺牲材料以及所述空腔用牺牲材料。
[0029] 根据本发明的实施例的还一个方面,提出了一种PMUT结构,包括:
[0030] 基底,基底设置有空腔;
[0031] PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
[0032] 至少一个空隙部,所述空隙部沿PMUT厚度方向贯穿至少所述压电层且与所述空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,所述空隙部的靠近所述空腔的开口与所述空腔相通,[0033] 其中:
[0034] 所述空隙部的内侧壁与所述空腔的侧壁在垂直于PMUT厚度方向的最小距离大于或者等于1.0μm,再进一步的,1.5μm,更进一步的,2μm,且所述空隙部为完全空隙部。
[0035] 本发明的实施例也涉及一种电子设备,包括上述的PMUT结构或者根据上述方法制造的PMUT结构。附图说明
[0036] 以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点,图中相同的附图标记始终表示相同的部件,其中:
[0037] 图1A为一种已知的PMUT结构的截面示意图;
[0038] 图1B为另一种已知的PMUT结构的截面示意图;
[0039] 图1C为图1B中的PMUT结构在制造过程中的截面示意图;
[0040] 图2为根据本发明的一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图;
[0041] 图3为图2中PMUT结构的俯视示意图,其中虚线代表空隙部,实线代表空腔和通道,图2中的PMUT结构对应于图3中的A‑A'截面;
[0042] 图4为图2和图3中PMUT结构的另一截面示意图,其对应于图3中B‑B'截面;
[0043] 图5为根据本发明的一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图,其中通道内设置有沉积材料;
[0044] 图6A为图1A中PMUT结构的位移‑频率曲线;
[0045] 图6B为图1B中PMUT结构的位移‑频率曲线;
[0046] 图6C为图2中PMUT结构(间隙为2μm)的位移‑频率曲线;
[0047] 图6D为图2中PMUT结构(间隙为5μm)的位移‑频率曲线;
[0048] 图7为根据本发明的一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图,其中支撑层位于基底和PMUT之间;
[0049] 图8A为根据本发明的一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图,其中阻挡层上与空隙部相对的位置具有凹陷;
[0050] 图8B为图8A中PMUT结构在制造过程中的截面示意图;
[0051] 图9和图10为根据本发明的不同示例性实施例的PMUT结构的俯视示意图,其示出了空腔的形状;
[0052] 图11‑图18为根据本发明的一个示例性实施例的示例性示出制备PMUT结构的工艺流程的一系列截面示意图;
[0053] 图19为根据本发明的另一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图;
[0054] 图20‑图24为根据本发明的不同示例性实施例的PMUT结构的俯视示意图,其中包括至少两个阵列单元。

具体实施方式

[0055] 下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中,相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释,而不应当理解为对本发明的一种限制。发明的一部分实施例,而并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0056] 本发明中的附图标记说明如下:
[0057] 100:基底,例如参见图2,可选材料为单晶、氮化镓、砷化镓、蓝宝石石英化硅、金刚石等;
[0058] 101:空腔,例如参见图2,其设置在基底的一侧表面,并且为PMUT的弯曲振动提供空间,其形状例如是圆形、椭圆形、长方形、正方形等;
[0059] 102:间隔沟槽,参见图21,间隔沟槽102还沿PMUT的厚度方向延伸至基底100中。
[0060] 110A和110B:牺牲材料或牺牲材料层,牺牲材料110A用于形成空腔101,而牺牲材料110B则用于填充后面提及的空隙部301,例如参见图8B,牺牲材料110B在制程中起到临时填充或者临时支撑的作用,并且在最终的PMUT结构中被去除,牺牲材料110A和110B的可选材料为化硅、磷掺二氧化硅等,牺牲材料110A和牺牲材料110B可以是相同的牺牲材料,也可以是不同的牺牲材料;
[0061] 200:第二电极层(图中对应于底电极),例如参见图2,材料可选钼、钌、金、、镁、钨、、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等,其与第一电极层的材料可以相同也可以不同;
[0062] 300:压电层,例如参见图2,可选材料为多晶氮化铝(AlN)、多晶氧化锌、多晶锆钛酸铅(PZT)、多晶铌酸锂(LiNbO3)、多晶钽酸锂(LiTaO3)、多晶铌酸(KNbO3)等材料,或者单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等,上述的单晶或多晶材料还可以包括一定原子比的稀土元素掺杂材料,如钪掺杂氮化铝(AlScN);
[0063] 301:空隙部,例如参见图2,其沿PMUT(见下文描述)厚度方向贯穿至少压电层,并且与空腔101在PMUT厚度方向存在重叠,且空隙部的靠近空腔的开口端与空腔相通,其用于减弱或者消除基底对PMUT的支撑或者约束;
[0064] 310:填充材料层,如图13所示,填充材料层310用于填充第一空隙部301;
[0065] 400:第一电极层(图中对应于顶电极),例如参见图2,材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜,钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等,其与第二电极层的材料可以相同也可以不同;
[0066] 500:阻挡层,例如参见图2,其覆盖空隙部的远离空腔的开口端面,可选材料为氮化硅、氮化铝、硅等;
[0067] 600:支撑层,例如参见图2,其用于使PMUT的中性层偏离压电层的中轴,以实现PMUT的弯曲振动,其可设置在PMUT的上方或下方,可选材料为氮化硅、二氧化硅、硅等,也可以不设置支撑层;
[0068] 601:第二空隙部或者边缘间隙,其是PMUT的边缘空隙部,例如参见图22;
[0069] 602:减薄层,其设置在PMUT的边缘,例如参见图23,其通过沿PMUT(见下文描述)厚度方向减薄或者移除支撑层600的上侧获得;
[0070] 603:释放通道,例如参见图3和图4(图3和图4中的601修改为603),其用于释放牺牲材料;
[0071] 700:保护层,例如参见图5,其用于保护PMUT,可选材料为二氧化硅、氮化硅等,也可以不设置保护层。
[0072] 900:PMUT,包括上文描述的第一电极层、压电层和第二电极层,并且第一电极层和第二电极层分别位于压电层的两侧,其用于发射或者接收声波。
[0073] 在PMUT结构中引入边缘空隙部或者空隙部301时,如果边缘空隙部宽度(参见图1B中的距离a)较大,会导致空隙部和空腔在沉积步骤中被沉积材料填充,给PMUT结构的声学性能带来不利影响,而如果边缘空隙部宽度较小,又会导致基底对PMUT的支撑或约束得不到充分释放,限制PMUT结构的声学性能的提升。本发明的主要思路是借助牺牲材料和释放通道在PMUT和空隙部上方设置阻挡层,在阻挡层的基础上形成沉积结构,能够使边缘空隙部宽度较大,充分释放基底对PMUT的约束,同时避免空腔和空隙部被沉积材料填充,从而有效提升PMUT结构的声学性能。
[0074] 参见附图,本发明提供一种PMUT结构,包括:基底,基底设置有空腔;PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;至少一个空隙部,空隙部沿PMUT厚度方向贯穿至少压电层且与空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,空隙部的靠近空腔的开口端与空腔相通;和阻挡层,其中阻挡层覆盖空隙部的远离空腔的开口端面。
[0075] 本发明实施例中的沉积结构,是指以沉积方式形成在阻挡层的远离空隙部的一侧的结构,例如是支撑层,又例如是保护层,又例如是支撑层和保护层。
[0076] 图2为根据本发明的一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图。图3为图2中PMUT结构的俯视示意图,图2中的PMUT结构对应于图3中的A‑A'截面。图4为图2和图3中PMUT结构的另一截面示意图,其对应于图3中B‑B'截面。
[0077] 如图2所示,基底100的上表面设置有空腔101。PMUT900设置在基底100的上方。PMUT内部自下而上依次为第二电极层(或者称其为下电极层)200、压电层300和第一电极层(或者称其为上电极层)400。PMUT的边缘设置有沿PMUT的厚度方向(例如竖直方向)将PMUT贯穿的空隙部301。空隙部301将PMUT分为中心PMUT和边缘PMUT。空隙部301和空腔101在PMUT的厚度方向存在重叠,如图2所示的截面中,图2中宽度为a的区域对应于重叠区域。
PMUT的上方设置有阻挡层500。阻挡层500从上方将空隙部301覆盖。阻挡层的上方设置有支撑层600(即沉积结构)
[0078] 在可选的实施例中,虽然没有示出,中心PMUT外侧的部分可以不包括第一电极层和第二电极层而仅包括压电层,此时空隙部301仅在PMUT厚度方向贯穿压电层。
[0079] 在图2中,空隙部301的内侧壁与空腔101的侧壁在垂直于PMUT厚度方向(例如平方向)的最小距离(以下称其为边缘空隙部宽度)为a。在支撑层600的沉积过程中,阻挡层500能够阻挡沉积材料进入空隙部301和空腔101。无论边缘空隙部宽度a的大小为何种数值,空隙部301和空腔101都不会被沉积材料填充,PMUT结构的声学性能不会受到影响。
[0080] 容易理解,边缘空隙部宽度a的数值越大,中心PMUT到空腔101或者基底100的距离越远,基底101对中心PMUT的约束越弱,PMUT的有效面积越大,PMUT的声学性能(例如发射声波时的声压、接收声波时的灵敏度)越好。在一个示例中,图2中PMUT结构的边缘空隙部宽度a可以大于或者等于1.0μm,再进一步的,1.5μm,更进一步的,2μm,其能实现图1B中PMUT结构所不能达到的声学性能。
[0081] 在图2中,阻挡层500包括与第一电极层400同层设置的第一部分,高于第一电极层400而覆盖空隙部301的远离空腔101的开口端面的第二部分,以及高于第一电极层400且覆盖第一电极层400的第三部分,其中第一部分覆盖空隙部301的一部分侧面。
[0082] 在可选的实施例中,虽然没有示出,对于空隙部而言,阻挡层可以仅覆盖空隙部的远离空腔的开口端面。
[0083] 在图3中,虚线代表空隙部301,实线代表空腔101和通道601。需要指出的是,在图3的俯视图中,空隙部301、空腔101以及部分的通道601都是不可见的。图3中的虚线和实线仅用于区分不同的结构,并不代表对应结构的可见性。
[0084] 参见图3,PMUT结构包括多个(例如四个)空隙部301,多个空隙部301中相邻两个空隙部被PMUT的层结构隔开。
[0085] 在图3中,空腔101为圆形,每个空隙部301均包括位于圆形内的一部分,该部分即对应于空腔101和空隙部301在PMUT厚度方向的重叠部分。空隙部301的形状与空腔101的形状相对应。
[0086] 参见图3和图4,基底100的上方一侧还设置有释放通道603。释放通道603包括彼此连通的水平部分和竖直部分。释放通道603的水平部分与空腔101连通。释放通道603的竖直部分的上端是与外部连通的出口。如图4所示,释放通道603的出口位于PMUT的外侧,并且没有被PMUT遮挡。释放通道603用于在PMUT结构的制造过程中,释放牺牲材料。
[0087] 图5为根据本发明的一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图,图5所示截面的位置与图4所示的截面的位置相似,其在图4中PMUT结构的基础上,进一步在支撑层600上方设置了保护层700。支撑层600的下侧与阻挡层500的上侧接合,支撑层600的上侧与保护层700的下侧接合。保护层700可以通过沉积方式形成。在保护层700的沉积过程中,沉积材料(仍以700表示)还进入并且填充在通道601内,从而将通道601封闭,使得空隙部301和空腔
101与外部环境(例如液体环境)隔绝,减少了外部环境对PMUT结构的影响。此外,由于释放通道603在横向具有一定的长度,沉积材料不会横向穿过释放通道603而进入空隙部301和空腔101,能够避免PMUT结构的声学性能受到影响。
[0088] 本实施例中的PMUT结构,可以借助牺牲材料形成。参见图2和图18,在PMUT结构的制造过程中,可以在空隙部301中设置牺牲材料110B和空腔101中设置牺牲材料110A。牺牲材料110B可以起到临时填充或者临时支撑的作用。可以在牺牲材料110B的基础上,形成阻挡层500和支撑层600,再通过通道601(参见图3和图4)将牺牲材料110A和牺牲材料110B释放或者去除,得到例如图2所示的PMUT结构。
[0089] 在一个示例中,牺牲材料110A和牺牲材料110B例如是二氧化硅或者磷掺二氧化硅,可以借助氢氟酸(HF)这样的释放剂经由释放通道603将其释放。
[0090] 在一些实施方式中,阻挡层500的材料具有不被牺牲材料110B的去除过程所影响的性质。例如,在牺牲材料110B为二氧化硅或者磷掺二氧化硅的情况下,阻挡层500的材料可以是氮化硅。
[0091] 对于图5中的PMUT结构,阻挡层500的材料与支撑层600的材料可以相同,该相同的材料需要具有不被牺牲材料110B的去除过程所影响的性质,例如牺牲材料为二氧化硅或者磷掺二氧化硅,阻挡层500和支撑层600的材料为氮化硅。阻挡层500的材料与支撑层600的材料也可以不同,其中,阻挡层500的材料需要具有不被牺牲材料110B的去除过程所影响的性质,支撑层600的材料可以具有与牺牲材料110B相同或者类似的性质,例如牺牲材料110B为二氧化硅或者磷掺二氧化硅,阻挡层500的材料为氮化硅,支撑层600的材料为二氧化硅,此时支撑层600的沉积过程需要在牺牲材料释放完成后进行。
[0092] 图6A为图1中PMUT结构的位移‑频率曲线,其对应于在水环境中谐振频率6.7MHz、激励电压为1V的情况。可以看到,图1A中PMUT结构的中心谐振位移约为0.7nm。
[0093] 图6B为图1B中PMUT结构的位移‑频率曲线,空隙部宽度为0.5um,其对应于在水环境中谐振频率6.7MHz、激励电压为1V的情况,可以看到,图1B中PMUT结构的中心谐振位移约为0.9nm。
[0094] 图6C为图2中PMUT结构的位移‑频率曲线,空隙部宽度为2um,其同样对应于水环境中谐振频率为6.7MHz、激励电压为1V的情况。可以看到,图2中PMUT结构的中心谐振位移为1.0nm。
[0095] 图6D为图2中PMUT结构的位移‑频率曲线,空隙部宽度为5um,其同样对应于水环境中谐振频率为6.7MHz、激励电压为1V的情况。可以看到,图2中PMUT结构的中心谐振位移为1.2nm。
[0096] 可以看出,本发明实施例中的PMUT结构,其中心谐振位移相比于已知两种PMUT结构的中心谐振位移显著增加,对于图2中间隙为2μm的情形,较图1A所示结构增加超过43%,较图1B增加10%;对于图2中间隙为5μm的情形,较图1A所示结构增加超过70%,较图1B增加20%.因而本发明的图2所示的实施例中的PMUT结构具有更好的声学性能。
[0097] 本发明的其他示例性实施例中的PMUT结构也具有类似于图2所示的PMUT结构的技术效果,即中心谐振位移相比于已知两种PMUT结构的中心谐振位移显著增加,从而具有更好的声学性能。
[0098] 图7为根据本发明的另一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图。在图2所示的PMUT结构中,支撑层600位于PMUT900的上方,具体位于阻挡层500的上方。而在图7所示的PMUT结构中,支撑层600位于PMUT的下方,具体位于基底100和PMUT900之间。此时,空隙部301除了贯穿PMUT900外,还贯穿支撑层600。
[0099] 图8A为根据本发明的一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图。在图2中,阻挡层500的各个部分都是平整的。而在图8A中,阻挡层500上与空隙部301相对或者对应的位置具有凹陷。
[0100] 上述凹陷例如是由制程原因导致的。图8B为图8A中PMUT结构在制造过程中的截面示意图。如图8A和图8B所示,当在空隙部内填充牺牲材料110B时,因材料特性或者加工手段等缘故,空隙部内牺牲材料110B的表面并不是与压电层300的上表面平齐的平整面,而是在空隙部301处略微向下弯曲。相应地,如图8A所示,阻挡层500的上表面与空隙部301相对的位置也具有向下的凹陷。
[0101] 在一个示例中,凹陷的最大凹陷值b小于压电层300的厚度的五分之一。在一个进一步的示例中,凹陷的最大凹陷值b小于压电层300的厚度的十分之一。如能够理解的,上述凹陷的凹陷程度较低,基本不对PMUT结构的声学性能造成影响。
[0102] 图9和图10为根据本发明的不同示例性实施例的PMUT结构的俯视示意图。在图2中,空腔101为圆形。在图9中,空腔101为椭圆形。在图10中,空腔101为长方形。如能够理解的,空腔101还可以是其他形状,例如正方形,均在本发明的保护范围内。
[0103] 图11‑图18为根据本发明的一个示例性实施例的示例性示出制备PMUT结构的工艺流程的一系列截面示意图。如图11‑图18所示,该工艺流程包括以下步骤:
[0104] 第一步,提供基底,其中,基底包括空腔。如图11所示,提供表面平整的基底100。如图12所示,在基底100的上表面例如通过刻蚀的方式形成空腔101。如图13所示,在空腔101(参见图12)内填充牺牲材料110A,牺牲材料110A的上表面与基底100的上表面齐平。
[0105] 第二步,在图12所示的基底上形第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层。如图14所示,例如通过沉积等方式,在基底上自下而上依次设置第二电极层200、压电层300和第一电极层100。
[0106] 第三步,形成至少一个空隙部,空隙部沿PMUT结构的厚度方向贯穿至少压电层且与空腔在PMUT结构的厚度方向至少部分重叠,空隙部的靠近空腔的开口与空腔相通。如图15所示,例如通过刻蚀等方式,在PMUT的边缘形成空隙部301。空隙部301贯穿第一电极层、压电层和第二电极层。
[0107] 第四步,在空隙部中填充空隙部用牺牲材料。如图16所示,在空隙部中填充牺牲材料110B。
[0108] 第五步,设置阻挡层,阻挡层至少覆盖空隙部的远离空腔的开口处的空隙部用牺牲材料。如图17所示,例如通过刻蚀等方式,结构化或图形化第一电极层400,以及例如通过沉积等方式,在PMUT形成阻挡层500。
[0109] 第六步,在阻挡层的远离空隙部的一侧形成沉积结构。如图18所示,例如通过沉积等方式,在阻挡层500的上方形成支撑层600。
[0110] 第七步,去除牺牲材料的步骤。可以通过释放通道603,以释放剂释放牺牲材料110A和110B,从而获得如图2所示的PMUT结构。在一个示例中,阻挡层与支撑层的材料相同,且该材料具有不被牺牲材料的去除过程所影响的性质,在阻挡层的远离空隙部的一侧形成沉积结构的步骤可以先于去除牺牲材料的步骤,也可以在去除牺牲材料后再设置支撑层。
在另一个示例中,阻挡层与支撑层的材料不同,阻挡层的材料具有不被牺牲材料的去除过程所影响的性质,支撑层的材料具有与牺牲材料相同或者类似的性质;去除牺牲材料的步骤先于在阻挡层的远离空隙部的一侧形成沉积结构的步骤。
[0111] 需要指出的是,在图16和图17所示的步骤中,先设置牺牲材料110B,再对第一电极层400进行结构化,因此牺牲材料110B的上表面与结构化后的第一电极层400的上表面平齐,在此基础上形成结构化层500后,阻挡层500的与空隙部相对的部分会高于第一电极层400。
[0112] 在可选的实施例中,如前面提及的,对于空隙部而言,阻挡层可以仅覆盖空隙部的远离空腔的开口端面。
[0113] 在可选的实施例中,可以进一步在支撑层上形成保护层。
[0114] 本发明实施例还提供一种PMUT结构,包括:基底,基底设置有空腔;PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;至少一个空隙部,空隙部沿PMUT厚度方向贯穿至少压电层且与空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,空隙部的靠近空腔的开口与空腔相通,其中,空隙部的内侧壁与空腔的侧壁在垂直于PMUT厚度方向的最小距离大于或者等于1.0μm,再进一步的,1.5μm,更进一步的,2μm,且空隙部为完全空隙部。
[0115] 本发明实施例中的完全空隙部,是指空隙部内为真空,或者空隙部内仅存在空气或者其他气体而不存在其他形式的填充物。
[0116] 在图2‑图18所示的实施例中,所述空隙部为完全空隙部。但是本发明不限于此。图19为根据本发明的另一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图。图19与例如图7所示结构的不同在于,在图19中,空隙部301中填充有与PMUT的膜层的材料不同的填充材料。具体的,可以设置有刚度密度或其他特性不同于振膜边缘间隙四周材料的材料310,该结构可以改变PMUT器件的谐振频率、发射性能、减少声波横向消耗。值得注意的是,第一空隙部301填充的材料刚度可以低于第一空隙部301四周的材料,也可以高于第一空隙部301四周的材料。第一空隙部301可以全部填充特性不同的材料,也可以部分填充材料,部分不填充材料(例如只刻蚀底电极与支撑层600(后续提及),可以只填充支撑层的间隙而不填充底电极的间隙)。
[0117] 虽然没有示出,在另外的实施例中,第一空隙部301可以只贯穿某一膜层(例如只刻蚀压电层),或者只贯穿某几个膜层(例如只刻蚀底电极与压电层),也可以贯穿PMUT结构的整个膜结构。当只贯穿某几个膜层时,被刻蚀的膜层可以相邻(如底电极与压电层),也可以是不相邻(如底电极与支撑层)。
[0118] 图20‑图24为根据本发明的不同示例性实施例的PMUT结构的俯视示意图,其中包括至少两个阵列单元。
[0119] 图20中示例性示出了多个PMUT组成阵列的截面示意图。
[0120] 图21为根据本发明的一个示例性实施例的PMUT结构的截面示意图,其与图20中PMUT结构的区别包括,图20中相邻两个空腔101对应的两个PMUT的压电层300彼此连接,而图21中相邻两个空腔101对应的两个PMUT的层结构彼此间隔开。
[0121] 可选的,如图21所示,相邻两个空腔101对应的两个PMUT之间设置有间隔沟槽102,间隔沟槽102还沿PMUT的厚度方向延伸至基底100中。间隔沟槽102,或者说两个PMUT之间的间隔,能够减少声波横向消耗,提高PMUT结构的超声性能。
[0122] 参见图22,第二空隙部601沿PMUT900的厚度方向贯穿支撑层600而止于阻挡层500。第二空隙部601可以减小PMUT振膜所受的夹持约束,提高PMUT的有效振动面积和振幅,提高发射性能,较少声波横向传播与损耗。阻挡层500上方的第二空隙部601可以是相邻的多个同心圆环沟槽,也可以只是一个圆环形沟槽。同心圆环沟槽可以是完整的圆环,也可以是中间具有间断部分的非完整圆环。
[0123] 参见图23,减薄层602通过沿PMUT900的厚度方向减薄或者移除支撑层600的上侧获得。具体的,将PMUT的支撑层600边缘之外的支撑层材料部分或全部刻蚀,使得振膜有效振动部分之外的支撑层厚度降低。该结构可以降低振膜的边缘刚度,从而可以提升振膜有效振动面积和振幅,有助于提升PMUT的超声发射性能。支撑层600的减薄区域即减薄层602可以只是PMUT薄膜结构振动区域之外的区域,也可以是包含振膜振动区域外边缘部分的区域,即包含了空腔101外边缘正上方的部分以及空腔正上方振动部分之外所有区域。
[0124] 图20所示的结构也可以与图22所示的结构相组合,图24给出了这样的示例。如图24所示,在阻挡层500的上方的第二空隙部601与下方的第一空隙部301同时设置。图24所示的结构可以更加有效地调整谐振频率,更有效地减少声波横向的传播与损耗。阻挡层500上侧的第二空隙部601可以是相邻的多个同心圆环沟槽,也可以只是一个圆环形沟槽,此外,同心圆环沟槽可以是完整的圆环,也可以是中间具有间断部分的非完整圆环。
[0125] 本发明实施例还提供一种电子设备,包括如上文描述的PMUT结构,或者根据如上文描述的工艺流程制造的PMUT结构。
[0126] 在可选的实施例中,上述电子设备包括如下中的至少一种:超声成像仪、超声测距仪、超声指纹传感器、无损探伤仪、流量计、力觉反馈设备、烟雾报警器。
[0127] 基于以上,本发明提出了如下技术方案:
[0128] 1、一种PMUT结构,包括:
[0129] 基底,基底设置有空腔;
[0130] PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
[0131] 至少一个空隙,所述空隙沿PMUT厚度方向贯穿至少所述压电层且与所述空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,所述空隙的靠近所述空腔的开口端与所述空腔相通;和[0132] 阻挡层,
[0133] 其中:
[0134] 所述阻挡层覆盖所述空隙的远离所述空腔的开口端面。
[0135] 2、根据1所述的PMUT结构,其中:
[0136] 所述空隙的内侧壁与所述空腔的侧壁在垂直于PMUT厚度方向的最小距离大于或者等于1.0μm,再进一步的,1.5μm,更进一步的,2μm。
[0137] 3、根据1所述的PMUT结构,其中:
[0138] 所述第一电极层和所述阻挡层位于所述压电层的同一侧,且所述阻挡层包括与所述第一电极层同层设置的第一部分,以及高于所述第一电极层而覆盖所述空隙的远离所述空腔的开口端面的第二部分,所述第一部分覆盖所述空隙的一部分侧面;或者[0139] 所述第一电极层和所述阻挡层位于所述压电层的同一侧,且对于所述空隙,所述阻挡层仅覆盖所述空隙的远离所述空腔的开口端面。
[0140] 4、根据1所述的PMUT结构,还包括:
[0141] 沉积结构,覆盖所述阻挡层的远离所述空隙的一侧。
[0142] 5、根据4所述的PMUT结构,其中:
[0143] 所述沉积结构包括支撑层和保护层,所述支撑层在PMUT结构的厚度方向上设置在所述阻挡层与所述保护层之间。
[0144] 6、根据5所述的PMUT结构,其中:
[0145] 所述阻挡层与所述支撑层的材料相同。
[0146] 7、根据5所述的PMUT结构,其中:
[0147] 所述阻挡层与所述支撑层的材料不同。
[0148] 8、根据4所述的PMUT结构,其中:
[0149] 所述沉积结构仅包括支撑层,所述支撑层覆盖所述阻挡层远离所述空隙的一侧。
[0150] 9、根据4所述的PMUT结构,其中:
[0151] 所述沉积结构包括保护层,保护层覆盖所述阻挡层远离所述空隙的一侧;
[0152] 所述PMUT和所述基底之间设置有支撑层,所述空隙还贯穿所述支撑层。
[0153] 10、根据1所述的PMUT结构,还包括:
[0154] 与所述空腔连通从而与所述空隙连通的释放通道,所述释放通道的出口位于所述PMUT的外侧。
[0155] 11、根据10所述的PMUT结构,其中:
[0156] 所述释放通道内设置有沉积材料。
[0157] 12、根据1所述的PMUT结构,其中:
[0158] 所述至少一个空隙包括至少两个空隙,所述至少两个空隙中相邻两个空隙被所述PMUT的层结构隔开。
[0159] 13、根据1所述的MPUT结构,其中:
[0160] 所述阻挡层的与所述空隙相对或对应的位置包括凹陷。
[0161] 14、根据13所述的PMUT结构,其中:
[0162] 所述凹陷的最大凹陷值小于所述压电层的厚度的五分之一,进一步的,十分之一。
[0163] 15、根据1所述的PMUT结构,其中:
[0164] 所述空隙部的至少一部分填充有填充材料层,所述填充材料层的材料不同于所述第一空隙部周围的材料。
[0165] 16、根据1‑15中任一项所述的PMUT结构,其中:
[0166] 所述至少一个空腔包括至少两个空腔,所述至少两个空腔中的每个空腔对应一个所述PMUT,相邻两个空腔对应的两个PMUT的压电层彼此连接;或者
[0167] 所述至少一个空腔包括至少两个空腔,所述至少两个空腔中的每个空腔对应一个所述PMUT,相邻两个空腔对应的两个PMUT的层结构彼此间隔开。
[0168] 17、根据16所述的PMUT结构,其中:
[0169] 相邻两个空腔对应的两个PMUT的层结构彼此间隔开,相邻两个空腔对应的两个PMUT之间设置有间隔沟槽,所述间隔沟槽还沿所述PMUT的厚度方向从PMUT结构的上侧延伸至所述基底中。
[0170] 18、根据17所述的PMUT结构,其中:
[0171] 所述间隔沟槽包括多个同心圆间隔沟槽或者一个圆环形间隔沟槽,所述同心圆间隔沟槽和圆环形间隔沟槽为完整环形或者间断的环形。
[0172] 19、一种PMUT结构,包括:
[0173] 基底,基底设置有空腔;
[0174] PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
[0175] 支撑层,设置在所述PMUT的上侧;和
[0176] 至少一个减薄部,所述减薄部包括沿所述PMUT的周边布置在所述PMUT的上侧的部分,所述减薄部用于减少PMUT结构的PMUT之外的膜层对PMUT振动的约束,
[0177] 其中:
[0178] 所述减薄部包括贯穿所述支撑层或者移除部分所述支撑层而形成的气隙,或者所述减薄部包括减薄支撑层后形成的减薄层。
[0179] 20、根据19所述的PMUT结构,还包括:
[0180] 阻挡层,所述PMUT设置在阻挡层的下侧,所述支撑层设置在所述阻挡层的上侧。
[0181] 21、根据19所述的PMUT结构,其中:
[0182] 所述气隙包括多个同心圆沟槽或者一个圆环形沟槽,所述同心圆沟槽和圆环形沟槽为完整环形或者间断的环形。
[0183] 22、根据19所述的PMUT结构,其中:
[0184] 所述PMUT结构还包括与所述至少一个空腔对应的至少一个空隙部,所述空隙部设置在阻挡层的下侧、沿PMUT厚度方向至少贯穿所述压电层且与对应的空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,所述空隙部的靠近对应的所述空腔的开口与对应的所述空腔相通。
[0185] 23、根据22所述的PMUT结构,其中:
[0186] 所述空隙部的至少一部分填充有填充材料层,所述填充材料层的材料不同于所述空隙部周围的材料。
[0187] 24、根据22所述的PMUT结构,其中:
[0188] 所述空隙部的内侧壁与所述空腔的侧壁在垂直于PMUT厚度方向的最小距离大于或者等于1.0μm,再进一步的,1.5μm,更进一步的,2μm。
[0189] 25、根据19所述的PMUT结构,其中:
[0190] 所述减薄部还包括设置在PMUT结构的一个或多个膜层中的空隙层,设置在多个膜层中的空隙层在PMUT结构的厚度方向上相邻或者间隔开,进一步的,所述空隙层的至少一部分填充有填充材料层,所述填充材料层的材料不同于所述空隙层周围的材料。
[0191] 26、根据1‑25中任一项所述的PMUT结构,其中:
[0192] 所述空腔的形状包括圆形、椭圆形、长方形或者正方形。
[0193] 27、一种PMUT结构的制造方法,包括:
[0194] 提供基底,其中,所述基底包括空腔,所述空腔内填充空腔用牺牲材料;
[0195] 在所述基底上形成第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
[0196] 形成至少一个空隙部,所述空隙部沿PMUT结构的厚度方向贯穿至少所述压电层且与所述空腔在PMUT结构的厚度方向至少部分重叠,所述空隙部的靠近所述空腔的开口与所述空腔相通;
[0197] 在所述空隙部中填充空隙部用牺牲材料;
[0198] 设置阻挡层,所述阻挡层至少覆盖所述空隙部的远离所述空腔的开口处的空隙部用牺牲材料;
[0199] 释放所述空隙部用牺牲材料以及所述空腔用牺牲材料。
[0200] 28、根据27所述的方法,其中;
[0201] 所述阻挡层的材料具有不被所述空隙部用牺牲材料的去除或释放过程所影响的性质。
[0202] 29、根据28所述的方法,其中:
[0203] 所述空隙部用牺牲材料包括二氧化硅或者磷掺二氧化硅,所述阻挡层的材料包括氮化硅。
[0204] 30、根据27所述的方法,其中:
[0205] 形成至少一个空隙部的步骤中,所述空隙部贯穿第一电极层、压电层和第二电极层;
[0206] 所述第一电极层和所述阻挡层位于所述压电层的同一侧,所述方法还包括图形化所述第一电极层;
[0207] 在图形化所述第一电极层后设置所述阻挡层,所述阻挡层包括与所述第一电极层同层设置的第一部分,以及高于所述第一电极层而覆盖所述空隙部的远离所述空腔的开口端面的第二部分,所述第一部分覆盖所述空隙部的一部分侧面。
[0208] 31、根据27所述的方法,其中:
[0209] 形成至少一个空隙部的步骤中,所述空隙部贯穿第一电极层、压电层和第二电极层;
[0210] 对于所述空隙部,所述阻挡层仅覆盖所述空隙部的远离所述空腔的开口端面。
[0211] 32、根据27所述的方法,还包括:
[0212] 在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧形成沉积结构。
[0213] 33、根据32所述的方法,其中,在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧形成沉积结构的步骤包括:
[0214] 在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧沉积保护层。
[0215] 34、根据33所述的方法,其中,在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧形成沉积结构的步骤包括:
[0216] 在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧沉积支撑层,以及在所述支撑层上沉积保护层。
[0217] 35、根据34所述的方法,其中:
[0218] 所述阻挡层与所述支撑层的材料相同,且阻挡层的材料具有不被所述牺牲材料的去除过程所影响的性质;
[0219] 在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧沉积支撑层的步骤先于去除所述牺牲材料的步骤,或者在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧沉积支撑层的步骤后于去除所述牺牲材料的步骤。
[0220] 36、根据34所述的方法,其中:
[0221] 所述阻挡层与所述支撑层的材料不同,所述阻挡层的材料具有不被所述牺牲材料的去除过程所影响的性质,所述支撑层的材料具有与所述牺牲材料相同或者类似的性质;
[0222] 去除所述牺牲材料的步骤先于在所述阻挡层的远离所述空隙部的一侧沉积支撑层的步骤。
[0223] 37、一种PMUT结构,包括:
[0224] 基底,基底设置有空腔;
[0225] PMUT,包括第一电极层、压电层和第二电极层,压电层的一侧和另一侧分别设置第一电极层和第二电极层;
[0226] 至少一个空隙部,所述空隙部沿PMUT厚度方向贯穿至少所述压电层且与所述空腔在PMUT厚度方向至少部分重叠,所述空隙部的靠近所述空腔的开口与所述空腔相通,[0227] 其中:
[0228] 所述空隙部的内侧壁与所述空腔的侧壁在垂直于PMUT厚度方向的最小距离大于或者等于1.0μm,再进一步的,1.5μm,更进一步的,2μm,且所述空隙部为完全空隙部。
[0229] 38、一种电子设备,包括根据1‑26以及37中任一项所述的PMUT结构,或者根据27‑36中任一项所述的制造方法制造的PMUT结构。
[0230] 39、根据38所述的电子设备,其中:
[0231] 所述电子设备包括如下中的至少一种:超声成像仪、超声测距仪、超声指纹传感器、无损探伤仪、流量计、力觉反馈设备、烟雾报警器。
[0232] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
QQ群二维码
意见反馈