一种压电微机械结构、材料及其制备工艺的制作方法

本说明书一个或多个实施例涉及半导体工艺领域，尤其涉及一种压电微机械结构及其制备工艺。

背景技术：

1、声学相关压电微机械结构，作为执行器可以发射声波，如扬声器、蜂鸣器、超声波发射器，作为传感器可以接收声波，如麦克风、振动传感器、压力传感器，也可以作为换能器，既发射声波又接收声波。这些执行器、传感器、换能器广泛地应用在空气、液体和固体的声波产生和检测应用中。

2、但执行器和传感器的功能相对单一，而换能器虽然可以兼顾声波的发射和接收，但并不能同时满足发射和接收的最佳性能要求。因为发射声波时性能最佳的结构，对于接收声波来说并不是最佳结构。发射声波时需要振膜能够大位移的振动，而接收声波时需要对振膜的应力进行检测，但振膜位移最大的区域通常在振膜中心区域，振膜应力最大的区域通常在振膜边缘区域。

3、因此，传统的压电微机械换能器往往只能在振膜上设置一个较大的电极，以获得较好的发射性能和较为一般的接收性能。一些压电微机械换能器对声波的发射和接收性能进行了折中，振膜中心区域采用较大面积的电极作为激励区域，以提高振膜中心区域的振幅，而边缘采用面积较小的电极作为检测区域，检测振膜应力最大区域的应力。一些压电微机械换能器对振膜结构进行了改进，例如引入了诸如隔离槽、对电极进行分区、设置双层电极、设计异形的结构层图形等，以提高发射或接收性能。还有一些压电微机械换能器，在器件外围进行后道设计，例如设置质量块、设置音膜、设置共振腔等，以增强或弥补换能器某些方面的不足。

4、但这些技术方法都无法解决由于需要兼顾声波的发射和接收而带来的性能平衡问题，主要原因是这些压电微机械换能器的结构层上只有一层压电材料层，因此换能器的发射和接收功能在结构上都要对有限的振膜区域进行争夺，因此导致了无法同时最大化声波发射和接收的性能。此外，由于声波的发射和接收结构在同一层压电材料层上实现，这必然导致换能器的发射和接收会在电学信号层面和机械振动层面造成相互干扰。

5、综上所述，本申请现提出一种压电微机械结构及其制备工艺解决上述出现的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决背景技术中提出的问题，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种压电微机械结构及其制备工艺，使发射和接收集成于一个芯片上，且分别位于芯片的两面，减小了发射和接收信号的相互干扰。

2、基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种压电微机械结构，包括：芯片，所述芯片具有相对的正面及背面，所述正面具有第一腔体，所述背面具有第二腔体，所述芯片具有振膜，所述振膜位于第一腔体和第二腔体之间。

3、根据本发明实施例提出的压电微机械结构，其中正面和背面均开设一个腔体，可分别用于发射信号和接收信号，减小了发射信号和接收信号的相互干扰。

4、根据本发明实施例的压电微机械结构，所述振膜贯穿开设有通孔。

5、根据本发明实施例的压电微机械结构，所述振膜贯穿开设有细缝。

6、根据本发明实施例的一种材料，用于形成前文所述的压电微机械结构，包括：结构层，所述结构层具有相对的正面及背面；第一过渡层和第二过渡层，所述第一过渡层设置在结构层的正面，所述第二过渡层设置在结构层的背面；第一压电层和第二压电层，所述第一压电层具有相对的正面及背面，所述正面设置有第三金属层，所述背面设置有第一金属层，且第一金属层设置在第一过渡层远离结构层的表面，所述第二压电层具有相对的正面及背面，所述正面具有第二金属层，所述背面具有第四金属层，所述第二金属层设置在第二过渡层远离结构层的表面。

7、根据本发明实施例的一种材料，还包括：第一钝化层和第二钝化层，所述第一钝化层设置在第三金属层远离结构层的表面，所述第二钝化层设置在第四金属层远离结构层的表面。

8、根据本发明实施例的一种制备工艺，用于将前文所述的材料制备成前文所述的压电微机械结构，包括：切割一块大小合适的晶圆作为结构层，结构层具有相对的正面及背面；在结构层的正面生长第一过渡层，在结构层的背面生长第二过渡层；在第一过渡层的表面生长第一金属层，在第二过渡层的表面生长第二金属层；在第一金属层的表面生长第一压电层，在第二金属层的表面生长第二压电层；在第一压电层的表面生长第三金属层，在第二压电层的表面生长第四金属层；图形化第三金属层；图形化第四金属层，形成最终的振膜区域。

9、根据本发明实施例的制备工艺，还包括：在图形化第三金属层后，图形化第一压电层或图形化第一压电层和第一金属层；在图形化第四金属层后，图形化第二压电层或图形化第二压电层和第二金属层；形成最终的振膜区域后，在结构层的正面第一过渡层和/或背面第二过渡层的非振膜区域键合连接基底。

10、根据本发明实施例的制备工艺，还包括：在生长第三金属层后，生长第一钝化层，在图形化第三金属层之前，图形化第一钝化层；在生长第四金属层后，生长第二钝化层，在图形化第四金属层之前，图形化第二钝化层。

11、根据本发明实施例的制备工艺，还包括：在最终形成的振膜区域贯穿开设通孔。

12、根据本发明实施例的制备工艺，还包括：在最终形成的振膜区域贯穿开设细缝。

13、下面根据本发明的实施例及附图来详细描述本发明的有益效果。

技术特征：

1.一种压电微机械结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的压电微机械结构，其特征在于，所述振膜贯穿开设有通孔(4)。

3.根据权利要求1所述的压电微机械结构，其特征在于，所述振膜贯穿开设有细缝(5)。

4.一种材料，用于形成权利要求1-3中任意一项的压电微机械结构，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的材料，其特征在于，还包括：

6.一种制备工艺，用于将权利要求5中所述的材料制备成权利要求1-3中任意一项的压电微机械结构，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，还包括：

技术总结本发明提出压电微机械结构，包括：芯片，芯片具有振膜，振膜位于第一腔体和第二腔体之间。制备工艺，切割一块大小合适的晶圆作为结构层；在结构层的正面生长第一过渡层，在结构层的背面生长第二过渡层；在第一过渡层的表面生长第一金属层，在第二过渡层的表面生长第二金属层；在第一金属层的表面生长第一压电层，在第二金属层的表面生长第二压电层；在第一压电层的表面生长第三金属层，在第二压电层的表面生长第四金属层；图形化第三金属层；图形化第四金属层，形成最终的振膜区域。本发明声波的发射和接收有各自独立的结构，发射和接收都能在最优性能条件下工作，发射和接收设置在芯片的两面，极大减小了收发信号的相互干扰。技术研发人员：慈伟杰,储清清受保护的技术使用者：合肥领航微系统集成有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15