高密度多极化薄膜压电装置及其制造方法制造方法及图纸

公开了具有改进的封装密度的多极化压电装置，以及用于制造此类具有改进的封装密度的多极化压电装置的方法。所述多极化压电装置包括：a)制造在基板上的顶部电极、压电层和底部电极；b)通过蚀刻所述压电层、所述顶部电极或两者而生成的过孔；以及c)放置在以下一个或多个之上的再分布层(RDL)：所述顶部电极、所述压电层、所述底部电极或一个或多个过孔。所述底部电极或一个或多个过孔。所述底部电极或一个或多个过孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高密度多极化薄膜压电装置及其制造方法
交叉引用
[0001]本申请要求2019年2月28日提交的名称为“High Density Multi
‑
Poled Thin Film Piezoelectric Devices and Methods of Making the Same”的美国临时申请号62/811,960的权益，前述申请出于所有目的通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0002]压电装置在其操作中利用压电材料。薄膜压电装置包括压电材料，该压电材料是薄膜，而不是块体材料。薄膜压电装置可以包括电容器、存储器单元、喷墨打印头、压电微机械超声换能器(pMUT)和陀螺仪。

技术实现思路

[0003]薄膜可以具有沿垂直方向基本上大于其厚度或深度的横向尺寸(例如，大10x或100x)。压电装置中的薄膜可以大约10μm厚或更薄。示例性薄膜压电装置可以包括电容器、存储器单元、喷墨打印头、pMUT和陀螺仪。传感器和致动器区域中可以存在众多其他应用，诸如微镜致动器、扬声器、麦克风、自动对焦驱动器、被动红外探测器等。
[0004]当低于其居里温度Tc时，压电材料可以变成铁电的。当是铁电的时，压电材料的晶胞可以在其晶胞中具有不对称性，使得带电的组成离子形成偶极子(例如，正电荷中心从负电荷中心移位)。偶极子可以形成域，其中所有偶极子都指向相同方向。在一些实施方式中，压电材料具有多个域，每个结构域的偶极矩与(一个或多个)相邻域成180度或90度。由压电材料的晶体边界分隔的域可以采用任何相对取向。在一些实施方式中，极化的过程使压电材料内的域，以及不同压电材料的偶极子基本上沿一个方向对齐。
[0005]在一些情况下，如果其具有多极方向(例如，两个方向)，则薄膜压电装置能够具有更好的性能。例如，使用双极膜增加用于膜的偏转的电荷，同时减少换能器所需的多个电极连接。生成更多电荷提高换能器的性能。利用弯曲梁/隔膜的致动器和传感器是这样的装置的示例，并且包括pMUT、喷墨打印头、陀螺仪、扬声器、麦克风、镜像致动器和自动聚焦驱动器。例如，对于具有双极膜的pMUT，驱动和/或感测方案可以比具有单极薄膜的装置更简单或更容易地实现。另外，需要更简单的方案(例如，用于偏置电压)以保持双极膜与单极膜相比是极化的。在一些实施方式中，为了使压电膜在操作期间保持极化，通常跨膜维持与偏振方向对齐的恒定偏置电压Vb。在操作期间使膜极化有助于保持在一个方向上对准的压电膜的偶极矩，从而能够良好地操作装置。可以使用时间依赖性操作电压，Vd(t)，使得Vb+Vd(t)始终与偏振方向对齐。在一些实施方式中，这确保了压电膜保持极化。
[0006]在一些实施方式中，本文的公开内容包括独立的多极化压电装置，其可以使用均在基板上制造的相同顶部电极、压电层、底部电极来生产。在一些实施方式中，本文的方法和装置有利地包括相比现有过孔具有改进的形貌的垂直互连通路(过孔)。在一些实施方式中，本文的方法和装置有利地包括比现有过孔相比允许更高的压电装置封装密度的过孔。在一些实施方式中，本文的方法和装置有利地包括在压电层处具有阶梯式轮廓的过孔。在
一些实施方式中，本文的方法有利地组合两种不同的蚀刻方法来蚀刻压电层，从而生成改进的过孔轮廓。在一些实施方式中，高封装密度多极化压电装置用于超声成像的pMUT中。在一些实施方式中，可以使用均在基板上制造的相同顶部电极、压电层、底部电极来生产包括本文的高封装密度多极化压电装置的pMUT。在一些实施方式中，包括本文的高封装密度多极化压电装置的pMUT包括与现有过孔相比具有改善的形貌的过孔。
[0007]在一方面，本文公开了一种从第一压电装置生产多极化压电装置的方法，所述方法包括：a)提供第一压电装置，所述第一压电装置包括：第一底部电极、第一压电层、第一顶部电极和第一基板；b)通过蚀刻所述第一底部电极、所述第一压电层或所述第一顶部电极中的一个或多个将所述第一压电装置分隔成多个压电装置，其中所述多个压电装置中的每一个包括底部电极、压电层和顶部电极；c)通过蚀刻所述第一压电层，所述第一顶部电极或两者来生成一个或多个垂直互连通路(过孔)；以及d)在所述第一压电装置、所述一个或多个过孔或两者之上沉积再分布层(RDL)。
[0008]在一些实施方式中，步骤b)包括：i)蚀刻所述第一顶部电极以生成多个顶部电极；ii)在i)之后，蚀刻所述第一压电层以生成多个压电层；以及iii)在ii)之后，蚀刻所述第一底部电极以生成所述多个压电装置的多个底部电极。在一些实施方式中，步骤i)、ii)或iii)包括使用以下中的一种或多种：干法蚀刻、各向异性蚀刻、湿法蚀刻，或各向同性蚀刻。
[0009]在一些实施方式中，步骤b)还包括在i)、ii)或iii)中的一个或多个中使用光致抗蚀剂进行图案化以用于蚀刻。在一些实施方式中，步骤b)还包括在ii)中使用光致抗蚀剂进行图案化以用于蚀刻。在一些实施方式中，步骤iii)没有去除ii)中的所述光致抗蚀剂。
[0010]在一些实施方式中，所述方法还包括：在步骤b)之后并在步骤c)之前，去除所述光致抗蚀剂。
[0011]在一些实施方式中，步骤d)包括使用以下中的一种或多种：化学气相沉积(CVD)材料、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)材料、溅射沉积材料、蒸镀材料、旋涂材料或电镀材料。在一些实施方式中，步骤d)包括：i)在所述第一压电装置之上沉积RDL介电层；以及ii)在所述RDL介电层之上沉积RDL导体层。在一些实施方式中，步骤d)还包括：在步骤i)之后并在步骤ii)之前，蚀刻和图案化所述RDL介电层；在步骤ii)之后，蚀刻和图案化所述RDL导体层，或两者。步骤d)的另一实施方式包括：在步骤i)之后并在步骤ii)之前，蚀刻和图案化所述RDL介电层；使用剥离工艺实现步骤ii)以沉积并图案化所述RDL导体层。步骤d)的进一步实施方式包括经由剥离执行步骤i)和ii)的过程。
[0012]步骤d)的又一实施方式使得在步骤i)之后经由剥离沉积和图案化所述RDL介电层；并在步骤ii)之前，图案化并蚀刻所述RDL导体层。
[0013]在一些实施方式中，步骤c)包括使用各向同性蚀刻或湿法蚀刻来蚀刻通过所述第一压电层。在一些实施方式中，步骤c)包括使用各向异性蚀刻或干法蚀刻来蚀刻通过所述第一压电层。在一些实施方式中，步骤c)包括：i)在所述第一压电装置之上沉积光致抗蚀剂；ii)将所述第一压电层蚀刻到预定深度；以及iii)从所述预定深度蚀刻通过所述第一压电层以沿垂直方向停止在所述第一底部电极的顶表面处；以及iv)从所述第一压电装置中去除所述光致抗蚀剂。在一些实施方式中，步骤ii)包括使用各向同性蚀刻或湿法蚀刻，而步骤iii)包括使用各向异性蚀刻或干法蚀刻。在一些实施方式中，步骤ii)包括使用各向异性蚀刻或干法蚀刻，而步骤iii)包括使用各向同性蚀刻或湿法蚀刻。在一些实施方式中，所
述第一压电层包括沿垂直方向的被配置成减轻所述过孔的形貌方面的问题的阶梯式轮廓。在一些实施方式中，所述预定深度小于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从第一压电装置生产多极化压电装置的方法，所述方法包括：a)提供第一压电装置，所述第一压电装置包括：第一底部电极、第一压电层、第一顶部电极和第一基板；b)通过蚀刻所述第一底部电极、所述第一压电层或所述第一顶部电极中的一个或多个将所述第一压电装置分隔成多个压电装置，其中所述多个压电装置中的每一个包括底部电极、压电层和顶部电极；c)通过蚀刻所述第一压电层，所述第一顶部电极或这两者来生成一个或多个垂直互连通路(过孔)；以及d)在所述第一压电装置、所述一个或多个过孔或这两者之上沉积再分布层(RDL)。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)包括：i)蚀刻所述第一顶部电极以生成多个顶部电极；ii)在步骤i)之后，蚀刻所述第一压电层以生成多个压电层；以及iii)在步骤ii)之后，蚀刻所述第一底部电极以生成所述多个压电装置的多个底部电极。3.根据权利要求2的方法，其中步骤i)、ii)或iii)中的一个或多个包括使用以下中的一种或多种：剥离、干法蚀刻、各向异性蚀刻、湿法蚀刻、各向同性蚀刻或电镀。4.根据权利要求2所述的方法，其中步骤b)还包括在步骤i)、ii)或iii)中的一个或多个中使用光致抗蚀剂进行图案化以用于蚀刻。5.根据权利要求2所述的方法，其中步骤b)还包括在步骤ii)中使用光致抗蚀剂进行图案化以用于蚀刻。6.根据权利要求5所述的方法，其中步骤iii)没有去除步骤ii)中的所述光致抗蚀剂。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：在步骤b)之后并在步骤c)之前，去除所述光致抗蚀剂。8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤d)包括使用以下中的一种或多种：化学气相沉积(CVD)材料、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)材料、溅射沉积材料、蒸镀材料、电镀材料或旋涂材料。9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤d)包括：i)在所述第一压电装置之上沉积RDL介电层；以及ii)在所述RDL介电层之上沉积RDL导体层。10.根据权利要求9所述的方法，其中步骤d)还包括：在步骤i)之后并在步骤ii)之前，蚀刻和图案化所述RDL介电层；在步骤ii)之后，蚀刻和图案化所述RDL导体层，或这两者。11.根据权利要求9所述的方法，其中步骤d)还包括：在步骤i)之后并在步骤ii)之前，蚀刻和图案化所述RDL介电层，其中使用剥离工艺实现步骤ii)以沉积并图案化所述RDL导体层。12.根据权利要求9所述的方法，其中步骤d)包括经由剥离执行步骤i)和ii)两者的过程。13.根据权利要求9所述的方法，其中步骤d)还包括：在步骤i)之后经由剥离沉积和图案化所述RDL介电层；并在步骤ii)之前，图案化并蚀刻所述RDL导体层。14.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)包括使用各向同性蚀刻或湿法蚀刻来蚀刻通过所述第一压电层。15.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)包括使用各向异性蚀刻或干法蚀刻来蚀刻通过所述第一压电层。
16.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)包括：i)在所述第一压电装置之上沉积光致抗蚀剂；ii)将所述第一压电层蚀刻到预定深度；iii)从所述预定深度蚀刻通过所述第一压电层，以沿垂直方向停止在所述第一底部电极的顶表面处；以及iv)从所述第一压电装置中去除所述光致抗蚀剂。17.根据权利要求16所述的方法，其中步骤ii)包括使用各向同性蚀刻或湿法蚀刻，而步骤iii)包括使用各向异性蚀刻或干法蚀刻。18.根据权利要求16所述的方法，其中步骤ii)包括使用各向异性蚀刻或干法蚀刻，而步骤iii)包括使用各向同性蚀刻或湿法蚀刻。19.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一压电层包括沿垂直方向的被配置成减轻所述过孔的形貌方面的问题的阶梯式轮廓。20.根据权利要求16所述的方法，所述预定深度小于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩，
申请(专利权)人：艾科索成像公司，
类型：发明
国别省市：