【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及基于壓電mems芯片制造超聲波傳感器的半導體工藝，尤其涉及一種基于壓電mems芯片的超聲波傳感器及制備方法。
技術介紹
1、超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其它能量信號(通常是電信號)的傳感器。超聲波是振動頻率高于20khz的機械波。它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。超聲波傳感器廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。
2、在現有技術中，在利用超聲的遠距測量、監控、遠傳信息等
，需要采用低頻超聲波傳感器，因此，低頻mems芯片器件也具有很大的市場，但傳統的壓電mems芯片由層疊設置的開設背腔的soi襯底和壓電層構成，soi襯底中的頂硅作為結構層承擔中性面的功能，硅的楊氏模量較高，工藝應力高，進而導致諧振頻率高，不利于低頻器件的生產設計和制造，在此基礎上，傳統的超聲波傳感器通過采用號筒提升自身的聲壓級，號筒用于限定聲波的視場，現實中大多采取在封裝結構上設置號筒或將號筒鍵合在器件上，前者會增加器件的尺寸，后者會導致芯片的一致性降低，同時增加工藝步驟，增加芯片受損的可能，降低良品率。
3、綜上所述，本申請現提出一種基于壓電mems芯片的超聲波傳感器及其制備方法解決上述出現的問題。
技術實現思路
1、針對上述存在的問題，本專利技術目的在于提出基于壓電mems芯片的
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案實現：一種基于壓電mems芯片的超聲波傳感器，包括襯底，所述襯底具有相對的正面及背面，所述襯底正面形成壓電層，所述襯底背面開設有貫穿至壓電層的背腔，在所述壓電層表面形成結構層，所述結構層的厚度大于壓電層中壓電薄膜的厚度，使中性面位于所述結構層橫向投影面積范圍內；
3、所述結構層內部開設槽形成用于確定聲波視場的號筒。
4、中性面位于結構層，代替傳統的頂硅，工藝應力低，可以有效降低諧振頻率，有利于低頻器件的生產設計和制造；號筒可按實際要求限定芯片聲波的視場。
5、作為本專利技術再進一步地方案，所述結構層的材料為氧化硅。
6、作為本專利技術再進一步地方案，所述結構層為氮化硅和氧化硅交替層疊設置的雙層結構或三層結構。
7、采用氧化硅/氮化硅作為結構層主層，氧化硅/氮化硅的楊氏模量低，工藝應力低，可以有效降低諧振頻率，有利于低頻器件的生產設計和制造。
8、作為本專利技術再進一步地方案，形成號筒的槽為圓柱體結構。
9、作為本專利技術再進一步地方案，形成號筒的槽為錐臺結構，形成號筒的槽沿靠近所述壓電層到遠離所述壓電層的方向直徑逐漸增大。
10、作為本專利技術再進一步地方案，形成號筒的槽為類錐臺結構，形成號筒的槽沿靠近所述壓電層到遠離所述壓電層的方向直徑逐漸增大。
11、作為本專利技術再進一步地方案，所述結構層作為質量塊，用于增加超聲波傳感器振膜的振動范圍。
12、號筒可以一體成型，提高設備的一致性，進一步縮小封裝體積，并可按實際要求限定芯片聲波的視場。
13、一種應用于上述壓電超聲換能器的制備方法，所述制備方法步驟為：
14、s1、準備襯底，襯底具有相對的正面及背面，在襯底的正面生長壓電層；
15、s2、刻蝕壓電層，使壓電層圖形化；
16、s3、在圖形化后的壓電層表面生長結構層；
17、s4、刻蝕結構層，使結構層圖形化；
18、其中，結構層內部因刻蝕形成用于確定聲波視場的號筒；
19、s5、貫穿刻蝕襯底，形成背腔；
20、其中，所述結構層的厚度大于壓電層中壓電薄膜的厚度，使中性面位于所述結構層橫向投影面積范圍內。
21、通過上述加工方法，中性面上移，工藝應力低，可以有效降低諧振頻率，同時通過彎折梁連接各分模塊，減少產生的諧振頻率，同時號筒可按實際要求限定芯片聲波的視場。
22、作為本專利技術再進一步地方案，所述步驟s3中在壓電層表面生長結構層時采用pecvd工藝生長。
23、作為本專利技術再進一步地方案，所述s5中開設背腔工藝為：
24、先采用干法工藝從襯底的背面刻蝕部分襯底，再采用濕法工藝刻蝕貫穿襯底背腔。
25、本專利技術的有益效果：
26、1、本專利技術壓電超聲換能器及其制備方法，采用氧化硅/氮化硅作為結構層，中性面提升到結構層，代替傳統的頂硅，氧化硅/氮化硅的楊氏模量低，工藝應力低，可以有效降低諧振頻率，有利于低頻器件的設計和制造。
27、2、本專利技術采用pecvd工藝沉積結構層，在刻蝕結構層形成圖形化的同時，結構層內部因刻蝕形成號筒，代替原有的鍵合工藝，使號筒一體成型，簡化工藝步驟，提升良品率，提高設備的一致性，進一步縮小封裝體積，并可按實際要求限定芯片聲波的視場。
28、3、本專利技術壓電超聲換能器的制備方法，相較于傳統的制備工藝，先生長壓電層，并圖形化后，在壓電層表面生長結構層，再對結構層進行圖形化，壓電層和結構層的圖形化步驟獨立，互不干涉，壓電層無需因結構層的圖形而產生不必要的鏤空，最大程度的保證了壓電層的完整度。
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1.一種基于壓電MEMS芯片的超聲波傳感器，包括襯底(1)，所述襯底(1)具有相對的正面及背面，所述襯底(1)正面形成壓電層(2)，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的基于壓電MEMS芯片的超聲波傳感器，其特征在于，所述結構層(3)的材料為氧化硅。
3.根據權利要求1所述的基于壓電MEMS芯片的超聲波傳感器，其特征在于，所述結構層(3)為氮化硅和氧化硅交替層疊設置的雙層結構或三層結構。
4.根據權利要求1所述的基于調節視場的一體化超聲波傳感器，其特征在于，形成號筒的槽為圓柱體結構。
5.根據權利要求1所述的基于壓電MEMS芯片的超聲波傳感器，其特征在于，形成號筒的槽為錐臺結構，形成號筒的槽沿靠近所述壓電層(2)到遠離所述壓電層(2)的方向直徑逐漸增大。
6.根據權利要求1所述的基于壓電MEMS芯片的超聲波傳感器，其特征在于，形成號筒的槽為類錐臺結構，形成號筒的槽沿靠近所述壓電層(2)到遠離所述壓電層(2)的方向直徑逐漸增大。
7.根據權利要求1所述的基于壓電MEMS芯片的超聲波傳感器，其特征在于，所述結構層
8.一種應用于權利要求1至7任一項所述壓電超聲換能器的制備方法，其特征在于，所述制備方法步驟為：
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中在壓電層(2)表面生長結構層(3)時采用PECVD工藝生長。
10.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述S5中開設背腔工藝為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于壓電mems芯片的超聲波傳感器，包括襯底(1)，所述襯底(1)具有相對的正面及背面，所述襯底(1)正面形成壓電層(2)，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的基于壓電mems芯片的超聲波傳感器，其特征在于，所述結構層(3)的材料為氧化硅。
3.根據權利要求1所述的基于壓電mems芯片的超聲波傳感器，其特征在于，所述結構層(3)為氮化硅和氧化硅交替層疊設置的雙層結構或三層結構。
4.根據權利要求1所述的基于調節視場的一體化超聲波傳感器，其特征在于，形成號筒的槽為圓柱體結構。
5.根據權利要求1所述的基于壓電mems芯片的超聲波傳感器，其特征在于，形成號筒的槽為錐臺結構，形成號筒的槽沿靠近所述壓電層(2)到遠離所述壓電層(2)...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張政虎，楊勝，滿陸祥，
申請(專利權)人：合肥領航微系統集成有限公司，
類型：發明
國別省市：
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