[发明专利]压电微机械超声换能器、阵列芯片及制造方法

权利要求书

1.一种适合高密度集成的压电微机械超声换能器，其特征在于自下而上包括：硅衬底（161）、衬底材料（160）、氧化物层（132）、机械层（130）、下层金属层（112）、压电材料层（115）和上层金属层（114），所述机械层（130）通过具有所述氧化物层（132）的硅片与具有所述衬底材料（160）且所述衬底材料（160）布置有至少一空腔（120）的硅片进行键合后对具有所述氧化物层（132）的硅片进行硅片背面减薄形成；所述衬底材料（160）还布置有至少一第一层金属布线（201）、至少一第二层金属布线（202），所述至少一第一层金属布线（201）连接所述硅衬底（161）正面，所述至少一第二层金属布线（202）位于所述至少一第一层金属布线（201）上方，所述至少一第一层金属布线（201）通过至少一金属引线孔（212）与所述至少一第二层金属布线（202）垂直互连；所述硅衬底（161）布置有实现所述至少一第一层金属布线（201）与所述硅衬底（161）背面垂直互连的至少一硅正反面穿孔TSV（162）；所述超声换能器布置有实现所述上层金属层（114）与所述至少一第二层金属布线（202）垂直互连的至少一上层金属链接孔ZTM（163-1），或实现所述下层金属层（112）与所述至少一第二层金属布线（202）垂直互连的至少一下层金属链接孔ZBM（163-2）。

2.一种适合高密度集成的压电微机械超声换能器，其特征在于自下而上包括：硅衬底（161）、衬底材料（160）、氧化物层（132）、机械层（130）、下层金属层（112）、压电材料层（115）和上层金属层（114），所述机械层（130）通过具有所述氧化物层（132）的硅片与具有所述衬底材料（160）且所述衬底材料（160）布置有两个空腔（120）的硅片进行键合后对具有所述氧化物层（132）的硅片进行硅片背面减薄形成；所述衬底材料（160）还布置有两个第一层金属布线（201）、两个第二层金属布线（202），所述两个第一层金属布线（201）分别连接所述硅衬底（161）正面，所述两个第二层金属布线（202）位于所述两个第一层金属布线（201）上方，所述两个第一层金属布线（201）分别通过两个金属引线孔（212）与位于其上方的所述两个第二层金属布线（202）垂直互连；所述硅衬底（161）布置有分别实现所述两个第一层金属布线（201）与所述硅衬底（161）背面垂直互连的两个硅正反面穿孔TSV；所述超声换能器布置有实现所述上层金属层（114）与所述两个第二层金属布线（202）中其中一个第二层金属布线（202）垂直互连的上层金属链接孔ZTM（163-1），以及实现所述下层金属层（112）与所述两个第二层金属布线（202）中另一个第二层金属布线（202）垂直互连的下层金属链接孔ZBM（163-2）。

3.如权利要求1或2所述的适合高密度集成的压电微机械超声换能器，其特征在于所述机械层（130）采用与所述硅衬底（161）相同的材料。

4.一种压电微机械超声换能器阵列芯片，其特征在于包括多个权利要求1所述的适合高密度集成的压电微机械超声换能器，所述压电微机械超声换能器通过所述至少一上层金属链接孔ZTM（163-1）或所述至少一下层金属链接孔ZBM（163-2）将其上层金属层（114）或下层金属层（112）垂直连接到所述至少一第二层金属布线（202），继而通过所述至少一金属引线孔（212）垂直连接到所述至少一第一层金属布线（201），再通过所述至少一硅正反面穿孔TSV（162）引到硅芯片背面接到印刷电路板。

5.一种压电微机械超声换能器阵列芯片，其特征在于包括多个权利要求2所述的适合高密度集成的压电微机械超声换能器，所述压电微机械超声换能器分别通过所述上层金属链接孔ZTM（163-1）将所述上层金属层（114）垂直连接到所述其中一个第二层金属布线（202）、通过所述下层金属链接孔ZBM（163-2）将所述下层金属层（112）垂直连接到所述另一个第二层金属布线（202），继而分别通过所述两个金属引线孔（212）垂直连接到相应的第一层金属布线（201），再分别通过所述两个硅正反面穿孔TSV引到硅芯片背面接到印刷电路板。