MEMS电容式超声波传感器及其制备方法技术

一种MEMS电容式超声波传感器及其制备方法，该MEMS电容式超声波传感器，包括：一玻璃衬底，该玻璃衬底的中间为下凹的空腔，在该空腔的两侧上分别开有凹槽；一下电极，其制作在玻璃衬底下凹的空腔底部；一顶层硅，其制作在玻璃衬底上，且覆盖在空腔上，该顶层硅13为振动膜；一上电极，其制作在顶层硅的下表面，且位于空腔的上方，与下电极对应；一保护层，其制作在玻璃衬底两侧的凹槽内，且覆盖顶层硅和玻璃衬底，该凹槽内的保护层内还开有一窗口；其中该上引出电极和下引出电极分别与上电极和下电极连接。本发明专利技术可减小寄生电容和提高传感器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器领域中的电容式超声传感器，具体是一种MEMS电容式超声波传感器及其制备方法。
技术介绍
超声传感器在医疗成像、工业以及国防等方面都有广泛的应用。近年来，一种电容式超声传感器逐渐成为超声换能器的主要研究方向之一。与压电式超声换能器相比，电容式超声传感器具有灵敏度高、带宽大、机械阻抗低等优势，并且采用大规模集成电路的制作方法，易于与电子电路集成，制造成本低，因此具有更加广泛的应用范围。常见的CMUT结构，在工作时衬底或振膜用作一体化电极，存在寄生电容较多、基底高阻抗以及隔绝层充电现象等因素，不能充分发挥CMUT的诸多优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种MEMS电容式超声波传感器的制备方法，其可减小寄生电容和提高传感器的灵敏度。本专利技术提供一种MEMS电容式超声波传感器，包括:—玻璃衬底，该玻璃衬底的中间为下凹的空腔，在该空腔的两侧上分别开有凹槽；—下电极，其制作在玻璃衬底下凹的空腔底部；—顶层硅，其制作在玻璃衬底上，且覆盖在空腔上，该顶层硅13为振动膜；—上电极，其制作在顶层硅的下表面，且位于空腔的上方，与下电极对应；—保护层，其制作在玻璃衬底两侧的凹槽内，且覆盖顶层硅和玻璃衬底，该凹槽内的保护层内还开有一窗口；其中该上引出电极和下引出电极分别与上电极和下电极连接。本专利技术还提供一种MEMS电容式超声波传感器的制备方法，包括如下步骤:步骤1:取一玻璃衬底；步骤2:在玻璃衬底10上的中间向下刻蚀，形成空腔；步骤3:在空腔内的底部制作下电极；步骤4:取一SOI片，在其上中间制作上电极；步骤5:将制作有上电极的SOI片扣置在玻璃衬底的空腔上；步骤6:将SOI片的埋氧层和底硅去除，只保留SOI片的顶层硅，该顶层硅为振动膜；步骤7:在顶层硅上空腔的两侧开有凹槽；步骤8:在顶层硅上和两侧的凹槽内制作保护层；步骤9:在凹槽内的保护层内制作窗口；步骤10:在窗口内分别制作下引出电极和上引出电极，该上引出电极和下引出电极分别与上电极和下电极连接。从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果:1.本专利技术中电容式超声传感器的结构中，采用图形化上下电极，上电极位于振动膜下方，下电极位于空腔底部，减小了寄生电容，提高了器件的灵敏度，增加了器件的可靠性；2.本专利技术利用键合技术制备电容式超声传感器，具有可靠性高、工艺步骤少、制作周期短等优点。【附图说明】为了进一步说明本专利技术的内容和特点，以下结合附图及实施例对本专利技术做一详细描述，其中:图1为本专利技术的结构不意图；图2为本专利技术SOI片的结构示意图。【具体实施方式】请参阅图1及图2所示，本专利技术提供一种MEMS电容式超声波传感器，包括:—玻璃衬底10，该玻璃衬底10的中间为下凹的空腔10’，在该空腔10’的两侧上分别开有凹槽10a、10b，所述凹槽1a的深度与空腔10’的深度相同，该凹槽1b的深度与上电极12的下表面相同；一下电极11，其制作在玻璃衬底10下凹的空腔10’底部； 一顶层硅13，其制作在玻璃衬底10上，且覆盖在空腔10，上，该顶层硅13为振动膜，该振动膜的厚度为0.5-10μπι;—上电极12，其制作在顶层硅13的下表面，且位于空腔10’的上方，与下电极11对应；一保护层14，其制作在玻璃衬底10两侧的凹槽10a、10b内，且覆盖顶层硅13和玻璃衬底10，该凹槽10a、1b内的保护层14内还开有一窗口 14a、14b，所述窗口 14a、14b的深度与凹槽I Oa、I Ob的深度相同，该保护层14的材料为氮化硅；其中该上引出电极16和下引出电极15分别与上电极12和下电极11连接。请再参阅图1与图2所示，本专利技术还提供一种MEMS电容式超声波传感器的制备方法，包括如下步骤:步骤1:取一玻璃衬底10;步骤2:在玻璃衬底10上的中间向下刻蚀，形成空腔10’；步骤3:在空腔10’内的底部制作下电极11;步骤4:取一SOI片，在其上中间制作上电极12;步骤5:将制作有上电极12的SOI片扣置在玻璃衬底10的空腔10’上；步骤6:将SOI片的埋氧层和底硅去除，只保留SOI片的顶层硅13，该顶层硅13为振动膜，该振动膜的厚度为0.5-10μπι;步骤7:在顶层硅13上空腔10’的两侧开有凹槽10a、10b，该凹槽1a的深度与空腔10’的深度相同，该凹槽1b的深度与上电极12的下表面相同；步骤8:在顶层娃13上和两侧的凹槽10a、1b内制作保护层14，该保护层14的材料为氮化硅；步骤9:在凹槽10a、1b内的保护层14内制作窗口 14a、14b，所述窗口 14a、14b的深度与凹槽10a、1b的深度相同；步骤10:在窗口 14a、14b内分别制作下引出电极15和上引出电极16，该上引出电极16和下引出电极15分别与上电极12和下电极11连接。本专利技术中电容式超声传感器采用玻璃衬底10，在衬底上刻蚀圆柱形空腔10’，在空腔底部沉积金属作为下电极11，以SOI的顶层硅13作为振膜，在顶层硅13下方沉积金属作为上电极12，之后将SOI与玻璃衬底10键合成为一个整体，腐蚀掉埋氧层和底硅之后沉积保护层14，之后刻蚀出电极引出孔，分别引出上下电极。以下对本专利技术作进一步描述:本专利技术为一种电容式超声传感器，包括:玻璃衬底10;通过对玻璃衬底进行光刻、腐蚀或刻蚀，形成空腔10’，构成二维空腔阵列结构;在空腔底部沉积金属作为下电极11;在二维空腔阵列结当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS电容式超声波传感器，包括：一玻璃衬底，该玻璃衬底的中间为下凹的空腔，在该空腔的两侧上分别开有凹槽；一下电极，其制作在玻璃衬底下凹的空腔底部；一顶层硅，其制作在玻璃衬底上，且覆盖在空腔上，该顶层硅13为振动膜；一上电极，其制作在顶层硅的下表面，且位于空腔的上方，与下电极对应；一保护层，其制作在玻璃衬底两侧的凹槽内，且覆盖顶层硅和玻璃衬底，该凹槽内的保护层内还开有一窗口；其中该上引出电极和下引出电极分别与上电极和下电极连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王小青，宁瑾，俞育德，魏清泉，刘文文，刘元杰，蒋莉娟，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11