CN113075726A

CN113075726A - 水听器及其制造方法

Info

Publication number: CN113075726A
Application number: CN202110506738.5A
Authority: CN
Inventors: 焦文龙; 曾怀望; 李鑫; 李嗣晗
Original assignee: United Microelectronics Center Co Ltd
Current assignee: United Microelectronics Center Co Ltd
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2041-05-10
Also published as: WO2022237301A1; CN113075726B

Abstract

本公开提供了一种水听器及其制造方法。该水听器包括：薄膜，被配置用于响应于动态声压和静态水压而产生物理形变；压电结构，被配置用于响应于物理形变而生成第一感测信号；以及压阻结构，被配置用于响应于物理形变而生成第二感测信号。

Description

水听器及其制造方法

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，特别是涉及一种水听器及其制造方法。

背景技术

基于压电技术的薄膜结构MEMS水听器具有灵敏度高、功耗低等特点。但是，受到压电效应检测原理的限制，薄膜结构类压电MEMS水听器仅能检测动态声压，对于使用环境下的静态水压则无法识别。

水听器使用环境下的静态水压会影响MEMS水听器薄膜结构的变形，进一步影响其检测灵敏度的准确性。另外，如果静态水压过大也会导致薄膜结构的损坏。

发明内容

提供一种缓解、减轻或者甚至消除上述问题中的一个或多个的机制将是有利的。

根据本公开的一些实施例，提供了一种水听器，包括：薄膜，被配置用于响应于动态声压和静态水压而产生物理形变；压电结构，被配置用于响应于所述物理形变而生成第一感测信号；以及压阻结构，被配置用于响应于所述物理形变而生成第二感测信号。

根据本公开的一些实施例，还提供了一种水听器的制造方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底的第一表面处形成压电结构和压阻结构；以及在所述半导体衬底的与所述第一表面相对的第二表面形成凹槽，从而使所述半导体衬底的至少一部分形成薄膜，所述凹槽关于所述薄膜与所述压阻结构和压电结构相对。

根据在下文中所描述的实施例，本公开的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。

附图说明

在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：

图1是根据本公开示例性实施例的水听器的剖面示意图；

图2A-图2D是根据本公开示例性实施例的水听器的平面结构示意图；

图3是根据本公开示例性实施例的水听器的制造方法的流程图；

图4是根据本公开示例性实施例的图3的方法中形成压电结构和压阻结构的示例过程的流程图；

图5A至图5F是根据本公开示例性实施例的图3的方法各个步骤中所形成的水听器的示例结构的剖面示意图；

图6是根据本公开示例性实施例的图3的方法中形成压电结构和压阻结构的示例过程的流程图；并且

图7A至图7G是根据本公开示例性实施例的图3的方法各个步骤中所形成的水听器的示例结构的剖面示意图。

具体实施方式

将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但是这些元件、部件、区、层和/或部分不应当由这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分相区分。因此，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可以被称为第二元件、部件、区、层或部分而不偏离本公开的教导。

诸如“在…下面”、“在…之下”、“较下”、“在…下方”、“在…之上”、“较上”等等之类的空间相对术语在本文中可以为了便于描述而用来描述如图中所图示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。将理解的是，这些空间相对术语意图涵盖除了图中描绘的取向之外在使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果翻转图中的器件，那么被描述为“在其他元件或特征之下”或“在其他元件或特征下面”或“在其他元件或特征下方”的元件将取向为“在其他元件或特征之上”。因此，示例性术语“在…之下”和“在…下方”可以涵盖在…之上和在…之下的取向两者。诸如“在…之前”或“在…前”和“在…之后”或“接着是”之类的术语可以类似地例如用来指示光穿过元件所依的次序。器件可以取向为其他方式(旋转90度或以其他取向)并且相应地解释本文中使用的空间相对描述符。另外，还将理解的是，当层被称为“在两个层之间”时，其可以是在该两个层之间的唯一的层，或者也可以存在一个或多个中间层。

本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不意图限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所述及特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意和全部组合，并且短语“A和B中的至少一个”是指仅A、仅B、或A和B两者。

将理解的是，当元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“连接到另一个元件或层”、“耦合到另一个元件或层”或“邻近另一个元件或层”时，其可以直接在另一个元件或层上、直接连接到另一个元件或层、直接耦合到另一个元件或层或者直接邻近另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接连接到另一个元件或层”、“直接耦合到另一个元件或层”、“直接邻近另一个元件或层”时，没有中间元件或层存在。然而，在任何情况下“在…上”或“直接在…上”都不应当被解释为要求一个层完全覆盖下面的层。

本文中参考本公开的理想化实施例的示意性图示(以及中间结构)描述本公开的实施例。正因为如此，应预期例如作为制造技术和/或公差的结果而对于图示形状的变化。因此，本公开的实施例不应当被解释为限于本文中图示的区的特定形状，而应包括例如由于制造导致的形状偏差。因此，图中图示的区本质上是示意性的，并且其形状不意图图示器件的区的实际形状并且不意图限制本公开的范围。

除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。将进一步理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的之类的术语应当被解释为具有与其在相关领域和/或本说明书上下文中的含义相一致的含义，并且将不在理想化或过于正式的意义上进行解释，除非本文中明确地如此定义。

如本文使用的，术语“衬底”可以表示经切割的晶圆的衬底，或者可以指示未经切割的晶圆的衬底。类似地，术语芯片和裸片可以互换使用，除非这种互换会引起冲突。应当理解，术语“薄膜”包括层，除非另有说明，否则不应当解释为指示垂直或水平厚度。需要说明的是，图中所示水听器的各材料层的厚度仅仅只是示意，并不代表实际厚度。

本公开的实施例提供一种水听器，该水听器可以检测MEMS水听器使用环境中的静态水压，预防压电MEMS水听器薄膜结构损坏的同时还能对水听器检测的动态压力的信号进行校准。

图1是根据本公开的一个示例性实施例的水听器100的剖面结构示意图。图2A-图2D是根据本公开的示例性实施例的水听器100的平面结构示意图。下面参看图1和图2A-图2D描述水听器100的结构。

水听器100包括薄膜110、压阻结构120和压电结构130。

薄膜110被配置用于响应于动态声压和静态水压而产生物理形变。动态声压是声音在水中传播由于水体震动对水听器100产生的压力，水听器100基于薄膜110响应于动态声压产生的物理形变检测声音信号。静态水压是水听器100所在的环境对水听器100产生的压力，例如，海水对于水听器100产生的压力，其与水听器100所在的深度有关。在一些实施例中，薄膜具有矩形或圆形形状。根据一些实施例，如图2所示，薄膜110具有圆形形状。

压电结构130被配置用于响应于薄膜110的物理形变而生成第一感测信号。压电结构130基于薄膜110的形变产生压电效应，将应变转换为电信号作为第一感测信号输出。其中，薄膜110的形变包括基于动态声压产生的瞬态形变和基于静态水压产生的持续形变，压电结构130基于薄膜110形变产生感应电荷并产生反映电荷变化的电信号，该电信号作为第一感测信号输出。由于基于薄膜110在静态水压下产生的持续形变而产生的感应电荷被包括压电材料自身电阻的电路泄放，使得最终由压电结构130输出的第一感测信号仅仅包含反映基于薄膜110在动态声压下产生的瞬态形变而产生的感应电荷的变化的电信号。因此，基于压电结构130输出的第一感测信号，可以获得薄膜110在动态声压下产生的瞬态形变产生的感应电荷的变化，进而获得动态声压下薄膜110的瞬态形变，实现水听器100对水声的动态声压的检测。

压电结构130位于薄膜110上的位置可以根据水声的动态声压作用在薄膜110上而产生的应力分布设置。根据一些实施例，压电结构130在薄膜110上覆盖的区域的形状包括圆形、环形或者两者的组合。如图2A所示，压电结构130在薄膜110上覆盖的区域形状为圆形。如图2B所示，压电结构130在薄膜110上覆盖的区域的形状为环形。如图2C所示，压电结构130在薄膜110上覆盖的区域的形状为环形和圆形的组合。

需要理解的是，上述压电结构130在薄膜110上覆盖的区域的形状仅仅是示例性的。本领域技术人员还可以根据动态水声作用在薄膜110上的应力分布，设置其他形状，在此不作限制。

在一些实施例中，如图2C和图2D所示，压电结构130在薄膜110上覆盖的区域包括位于薄膜110中部的第一区域130a和区别于该第一区域130a的第二区域130b，第一区域130a和第二区域130b间隔设置。将理解的是，图2C和图2D所示的设置只是示例性的，在其他实施例中，第一区域130a和第二区域130b可以具有其他形状。

发明人经过研究发现，当水声压力作用在薄膜上时，薄膜内产生的应力分布具有以下规律：在感测同一水声的动态压力时，薄膜上不同的区域可以存在方向相反的应力分布。因此，在该实施例中，将压电结构130在薄膜110上覆盖的区域设置为位于薄膜110中部的第一区域130a和第二区域130b，使分布在第一区域130a的压电结构130和分布在第二区域130b的压电结构130响应于薄膜110的物理形变而能够分别感测出对应于薄膜110上不同应力分布方向的不同符号(正负)的感测信号。通过对该不同符号的感测信号进行差分处理可以获得该第一感测信号。由于该第一感测信号由对同一水声的动态声压产生的薄膜110上不同分布方向的应力导致的感测信号差分处理而来，其信号幅度相较于未经过差分处理的感测信号更大，因而对动态声压更敏感。这使得基于该第一感测信号能够检测到施加到薄膜110上的更小的动态声压，同时也使检测到的动态声压更准确。

根据一些实施例，如图2C和图2D所示，第一区域130a的形状设置为圆形，第二区域130b的形状设置为环绕该第一区域130a的环形。对于水声压力在薄膜110的中部和中部以外的周围的区域产生方向相反的应力分布的情况，这种设置使压电结构130分布的范围足够大，使测量结果更加准确。

在一些实施例中，如图1所示，压电结构130包括在远离薄膜110的方向上依次堆叠的第一电极层131、压电层132和第二电极层133。根据一些实施例，第一电极层131和第二电极层132的材料包括：钼、铂和钛等，在此不作限制。根据一些实施例，第一电极层131和第二电极层133的厚度范围为100-1000nm。根据一些实施例，压电层132的材料包括：氮化铝、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂、氧化锌等，在此不作限制。在一些实施例中，压电层122的厚度范围为300nm-3μm。

压阻结构120位于薄膜110的不同于中心区域111的外围区域处，被配置用于响应于薄膜110的物理形变而生成第二感测信号。压阻结构120基于薄膜110的形变产生压阻效应，将应变转换为电信号作为第二感测信号输出。其中，薄膜110的形变包括基于动态声压产生的瞬态形变和基于静态水压产生的持续形变，压阻结构120基于薄膜110形变产生反映电阻值大小的电信号(例如，电流信号或者电压信号)。然而，由于施加到薄膜110上的静态水压远远大于动态声压(例如，静态水压的量值可以是动态声压的量值的高达数十数量级)，当压阻结构120响应于薄膜110基于动态声压和静态水压导致的形变产生电信号时，响应于动态声压导致的薄膜110的瞬态形变产生的电信号相较于响应于静态水压导致的薄膜110的持续形变产生的电信号可以被忽略，使得第二感测信号的主要成分是压阻结构120响应于静态水压导致的薄膜110的持续形变产生的电信号。因此，可以将压阻结构120输出的第二感测信号作为压阻结构120响应于静态水压导致的薄膜110的持续形变产生的电信号，检测施加到薄膜110上的静态水压。

根据本实施例的水听器100，通过压阻结构120输出的第二感测信号，检测水听器100所处的环境对水听器100的静态水压，可以实现对水听器100所在环境的静态水压的监测，避免水听器100因为环境静态水压过大而发生损坏，同时，基于压阻结构120输出的反映静态水压的第二感测信号，可以对压电结构130输出的反映动态声压变化的第一感测信号进行校准，从而提升水听器100检测动态声压的输出信号的灵敏度的准确度。

在一些实施例中，如图1所示，压电结构130位于压阻结构120之上。

在一些实施例中，如图2D所示，压阻结构120在薄膜110处分布的区域位于第二区域130b的外周边缘，并且与该第二区域130b间隔。这种设置使压电结构120在薄膜110上覆盖的区域尽可能大，使压电结构130能够更灵敏地感测动态声压。如前所述，图2D所示的设置只是示例性的，在其他实施例中，第一区域130a和第二区域130b可以具有其他形状。在这样的其他实施例中，压阻结构120在薄膜110处分布的区域可以随第二区域130b的形状变化而不同，但是位于第二区域130b的外周边缘处。

需要理解的是，上述实施例中，对压电结构130和压阻结构120在薄膜110上的分布位置的介绍仅仅是示例性的。本领域技术人员应当理解，压电结构130和压阻结构120可以呈任何分布形式以分布在薄膜110处，只要通过该分布能够使压电结构130响应于薄膜110的物理形变而生成代表动态声压的第一感测信号，使压阻结构120响应于薄膜110的物理形变而生成代表静态水压的第二感测信号即可。

在一些实施例中，如图1所示，压阻结构120包括至少一个压敏电阻120a。

根据一些实施例，如图2所示，至少一个压敏电阻120a包括均匀分布在薄膜110的外围区域处的四个压敏电阻120a。根据一些实施例，四个压敏电阻120a构成惠斯通电桥。

需要理解的是，至少一个压敏电阻还可以包括任意数量的压敏电阻，压敏电阻通过布置和连接构成的惠斯通电桥还可以包括全桥、半桥、单臂电桥的形式，在此不作限制。

在一些实施例中，压敏电阻120a位于薄膜110中。根据一些实施例，压敏电阻120a包括形成于薄膜110中的半导体掺杂区。在一些实施例中，采用离子注入工艺形成该半导体掺杂区。在另一些实施例中，采用扩散掺杂工艺形成该半导体掺杂区。

根据一些实施例，半导体掺杂区掺杂的元素是硼、磷或砷等，在此不作限制。根据一些实施例，半导体掺杂区的深度范围为0.1μm-5μm。根据一些实施例，半导体掺杂区掺杂的浓度范围为1×10¹⁵/cm³-1×10²⁰/cm³。

在另一些实施例中，至少一个压敏电阻120a位于薄膜110的表面上。

根据一些实施例，每个压敏电阻120a包括以下各项中的至少一种：掺杂金刚石薄膜、掺杂硅和掺杂碳化硅。根据一些实施例，掺杂金刚石薄膜、掺杂硅和掺杂碳化硅中掺杂的元素种类是硼、磷或砷等，在此不作限制。根据一些实施例，压敏电阻120a的厚度范围为0.1μm-5μm。根据一些实施例，掺杂多晶硅和掺杂碳化硅中掺杂的元素浓度范围为1×10¹⁵/cm³-1×10²⁰/cm³。

在一些实施例中，压阻结构120和压电结构130还分别包括位于其上的接触结构，比如，焊盘，引线等，在此不作限制。

根据本实施例的水听器100，通过将感受水声压力的薄膜110与压电结构130和压阻结构120集成，使压电结构130响应于水声动态压力输出的第一感测信号，压阻结构120输出基本上反映静态水压的第二感测信号，最终实现对水听器100的动态压力和静态水压的同时检测。通过检检测的静态水压，实现对水听器100所在环境的静态水压的监测，避免水听器100因为环境静态水压过大而发生损坏，同时，可以基于反映静态水压的第二感测信号，对压电结构响应于水声动态压力输出的第一感测信号进行校准，从而提升水听器100检测动态声压的输出信号的灵敏度的准确度。

本公开的实施例还提供一种水听器的制造方法，其采用主流MEMS工艺就可实现水听器的制造，且制造的水听器可以检测MEMS水听器使用环境中的静态水压，预防压电MEMS水听器薄膜结构损坏的同时还能对水听器检测的动态压力的信号进行校准。

图3是根据本公开的一个示例性实施例的水听器的制造方法300的流程图。

下面参照图3、图4和图5A至5F描述方法300的一种实现方式。

在步骤310中，提供半导体衬底。如图5A所示，半导体衬底510可以是任何类型的半导体衬底，包括绝缘体上半导体衬底等。在这样的实施例中，半导体衬底510可以由任何适当的材料(例如，硅、锗)制成。在本上下文中，参考图5A所示的取向，第一衬底510的上表面被称为第一表面，并且第一衬底510的下表面被称为与第一表面相对的第二表面。

在步骤320中，如图5D所示，在半导体衬底的第一表面处形成压电结构530和压阻结构520。根据一些实施例，压阻结构520包括位于半导体衬底510中的至少一个压敏电阻520a。参看图4，描述根据示例性实施例的方法300中形成压电结构和压阻结构(步骤320)的示例过程。在该实施例中，步骤320包括步骤410至430。

在步骤410中，如图5B所示，对半导体衬底510执行半导体掺杂工艺，以在半导体衬底510的第一表面处形成至少一个半导体掺杂区521作为上述至少一个压敏电阻520a。在一个实施例中，半导体掺杂工艺采用离子注入工艺。在另一些实施例中，半导体掺杂工艺采用扩散掺杂工艺。根据一些实施例，半导体掺杂区的掺杂元素可以是硼、磷或砷等，在此不作限制。根据一些实施例，半导体掺杂区的深度范围为0.1-5μm。根据一些实施例，半导体掺杂区的掺杂浓度范围为1×10¹⁵/cm³-1×10²⁰/cm³。

在步骤420中，如图5C所示，形成压电结构材料叠层531，压电结构材料叠层531覆盖半导体衬底510的第一表面。

在一些实施例中，压电结构材料叠层531包括第一材料层532、压电材料层533以及第二材料层534。根据一些实施例，第一材料层532和第二材料层534可以是钼、铂或钛等，在此不作限制。根据一些实施例，压电材料层533可以使氮化铝、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂或氧化锌等，在此不作限制。根据一些实施例，形成压电结构材料叠层531包括：在远离薄膜510的方向上依次形成第一电极材料层532、压电材料层533和第二电极材料层534。根据一些实施例，第一材料层532、压电材料层533以及第二材料层534的方法包括：化学气相沉积、物理气相沉积等，在此不作限制。

在一些实施例中，如图5C所示，在形成压电结构材料叠层531之前，还形成种子层535，使在步骤420中形成的压电结构材料叠层531形成在种子层535上。种子层535包括与压电材料层533相同的材料层，例如，包括氮化铝、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂或氧化锌等，在此不作限制。种子层535一方面作为压电材料叠层531与半导体衬底510之间的绝缘层，使半导体衬底510与压电材料叠层531绝缘；另一方面作为压电材料叠层531形成的基底层，使形成的压电材料叠层531具有更好的晶向。根据一些实施例，形成种子层535的方法包括化学气相沉积、物理气相沉积，在此不作限制。

在步骤430中，如图5D所示，图案化压电结构材料叠层531，以形成压电结构530并露出半导体掺杂区521。在一些实施例中，如图5D所示，图案化压电结构材料叠层531的方法包括：依次图案化第二电极材料层534、压电材料层533和第一电极材料层532，以形成第二电极层534a、压电层533a和第一电极层532a。图案化第二电极材料层534、图案化压电材料层533和图案化第一电极材料层532均包括但不限于以下步骤：形成图案化掩膜层的光刻工艺步骤，和以图案化掩膜层为掩膜的刻蚀工艺步骤，在此不作限制。

在步骤330中，如图5F所示，在半导体衬底510的与其第一表面相对的第二表面形成凹槽560，从而使半导体衬底510的至少一部分形成薄膜511，凹槽560关于薄膜570与压阻结构520和压电结构530相对。压电结构530位于薄膜511的中心区域处，并且压阻结构520位于薄膜511的不同于压电结构530所在的中心区域的外围区域处。根据一些实施例，形成凹槽560的方法包括但不限于采用刻蚀的方法从半导体衬底510的第二表面去除半导体衬底510的一部分，在此不做限制。

通过形成凹槽560，使半导体衬底510的一部分形成薄膜511，薄膜511用以作为水听器感应水声压力的感应元件，分别感受水声动态声压和静态水压。压电结构530形成在半导体衬底510的薄膜511上，压电结构530基于其自身的材料特性，在响应于薄膜511感应水声压力产生的形变而产生压电效应时，压电效应引起的电荷变化中基于静态水压的压电效应的电荷变化被包括自身电阻的电路泄放，使输出的第一感测信号为反映基于动态声压的压电效应的电荷变化的电信号，最终实现对动态声压的检测。

在本实施例中，在半导体衬底510中还形成半导体掺杂区521作为压阻结构520的压敏电阻520a，输出反映水声静态水压的第二感测信号，实现对水体静态水压的检测。采用主流MEMS工艺就可实现水听器的制造，且制造的水听器可以检测MEMS水听器使用环境中的静态水压，预防压电MEMS水听器薄膜结构损坏的同时还能对水听器检测的动态压力的信号进行校准。

在一些实施例中，方法300还包括：在半导体衬底510的与其第一表面相对的第二表面形成凹槽560之前，在至少一个压敏电阻520a、第一电极层532a和第二电极层534a上形成相应的焊盘550和引线(未示出)。如图5E所示，在半导体衬底510上形成的焊盘550分别与第一压敏电阻520a、第一电极层532a和第二电极层534a上接触，并通过介质层540，与半导体衬底510以上其他的区域隔离。

根据一些实施例，在至少一个压敏电阻520a、第一电极层532a和第二电极层534a上形成相应的焊盘550和引线的方法包括：形成图案化的介质层540，图案化的介质层540中形成有露出部分压敏电阻520a、第一电极层532a和第二电极层534a的凹槽；形成焊盘550和引线，焊盘550和引线填充图案化介质层540中的凹槽。

下面参照图3、图6和图7A至7F描述方法300的另一种实现方式。

在步骤310中，提供半导体衬底。如图7A所示，半导体衬底710可以是任何类型的半导体衬底，包括绝缘体上半导体衬底等。在这样的实施例中，半导体衬底710可以由任何适当的材料(例如，硅、锗)制成。在本上下文中，参考图7A所示的取向，第一衬底710的上表面被称为第一表面，并且第一衬底710的下表面被称为与第一表面相对的第二表面。

在步骤320中，如图7D所示，在半导体衬底710的第一表面处形成压电结构730和压阻结构720。根据一些实施例，压阻结构720包括位于半导体衬底710的第一表面的至少一个压敏电阻721。参看图6，描述根据示例性实施例的形成压电结构和压阻结构(步骤320)的示例过程。在该实施例中，步骤320包括步骤610至640。

在步骤610中，如图7B所示，形成压阻材料层721，压阻材料层721覆盖半导体衬底710的第一表面。在一些实施例中，形成压阻材料721的方法包括但不限于通过依次执行沉积工艺和掺杂工艺的方式形成，在此不作限制。根据一些实施例，压阻材料层721包括掺杂金刚石薄膜、掺杂硅或掺杂碳化硅等，在此不作限制。根据一些实施例，掺杂金刚石薄膜、掺杂硅和掺杂碳化硅中掺杂的元素可以在是硼、磷或砷等，在此不作限制。根据一些实施例，压阻材料层721厚度范围为0.1μm-5μm。根据一些实施例，掺杂多晶硅和掺杂碳化硅中掺杂的元素浓度范围为1×10¹⁵/cm³-1×10²⁰/cm³。

在一些实施例中，如图7B所示，在形成压阻材料层721之前还形成介电材料层722。介电材料层722将压阻材料层721与半导体衬底710隔离，以使压阻材料层721与半导体衬底710隔离，从而使压阻材料层721输出的第二输出信号更能准确表征压阻结构720的电阻率的变化。根据一些实施例，介电材料层722包括氧化硅或氮化硅等，在此不作限制。根据一些实施例，形成介电材料层722的方法包括但不限于以下方法组中的任意一种：化学气相沉积和物理气相沉积等，在此不作限制。

在步骤620中，如图7C所示，形成压电结构材料叠层731，压电结构材料叠层731覆盖压阻材料层721。在一些实施例中，压电结构材料叠层731包括第一材料层732、压电材料层733以及第二材料层734。根据一些实施例，第一材料层732和第二材料层734包括钼、铂或钛等，在此不作限制。根据一些实施例，压电材料层733包括氮化铝、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂或氧化锌等，在此不作限制。根据一些实施例，形成压电结构材料叠层731包括：在远离半导体衬底710的第一表面的方向上依次形成第一电极材料层732、压电材料层733和第二电极材料层734。根据一些实施例，形成第一电极材料层732、压电材料层733以及第二电极材料层734的方法包括化学气相沉积、物理气相沉积等，在此不作限制。

在一些实施例中，如图7C所示，在形成压电结构材料叠层731之前，还形成种子层735，使在步骤620中形成的压电结构材料叠层731形成在种子层735上。种子层735包括与压电材料层733相同的材料层，例如，包括以下各项中的至少一种：氮化铝、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂、氧化锌，在此不作限制。种子层735一方面作为压电材料叠层731与半导体衬底710之间的绝缘层，使半导体衬底710与压电材料叠层731绝缘；另一方面作为压电材料叠层731形成的基底层，使形成的压电材料叠层731具有更好的晶向。根据一些实施例，形成种子层735的方法包括但不限于以下方法中的至少一种：化学气相沉积、物理气相沉积，在此不作限制。

在步骤630中，如图7D所示，图案化压电结构材料叠层731，以形成压电结构730并部分地露出压阻材料层721。在一些实施例中，图案化压电结构材料叠层731的方法包括：依次图案化第二电极材料层734、压电材料层733和第一电极材料层732，以形成第二电极层734a、压电层733a和第一电极层732a。图案化第二电极材料层734、图案化压电材料层733和图案化第一电极材料层732均包括但不限于以下步骤：形成图案化掩膜层的光刻工艺步骤，和以图案化掩膜层为掩膜的刻蚀工艺步骤，在此不作限制。

在步骤640中，如图7D所示，图案化压阻材料层721，以形成压阻结构720。在一些实施例中，图案化压阻材料层721的方法包括但不限于以下步骤：形成图案化掩膜层的光刻工艺步骤，和以图案化掩膜层为掩膜的刻蚀工艺步骤，在此不作限制。

在步骤330中，如图7F所示，在半导体衬底710的与其第一表面相对的第二表面形成凹槽760，从而使半导体衬底710的至少一部分形成薄膜711，凹槽760关于薄膜770与压阻结构720和压电结构730相对。压电结构730位于薄膜711的中心区域处，并且压阻结构720位于薄膜711的不同于压电结构730所在的中心区域的外围区域处。根据一些实施例，形成凹槽760的方法包括但不限于采用刻蚀的方法从半导体衬底710的第二表面去除半导体衬底710的一部分，在此不做限制。

通过形成凹槽760，使半导体衬底710的一部分形成薄膜711，薄膜711用以作为水听器感应水声压力的感应元件，分别感受水声动态声压和静态水压。压电结构730形成在半导体衬底710的薄膜711上，压电结构730基于其自身的材料特性，在响应于薄膜711感应水声压力产生的形变而产生压电效应时，压电效应引起的电荷变化中基于静态水压的压电效应的电荷变化被包括自身电阻的电路泄放，使输出的第一感测信号的构成为反映基于动态声压的压电效应的电荷变化的电信号，最终实现对动态声压的检测。

在本实施例中，在半导体衬底710上通过形成压阻材料层721作为压阻结构720的压敏电阻720a，输出反映水声静态水压的第二感测信号，实现对水体静态水压的检测。采用主流MEMS工艺就可实现水听器的制造，且制造的水听器可以检测MEMS水听器使用环境中的静态水压，预防压电MEMS水听器薄膜结构损坏的同时还能对水听器检测的动态压力的信号进行校准。

在一些实施例中，方法300还包括：在半导体衬底710的与其第一表面相对的第二表面形成凹槽760之前，在至少一个压敏电阻720a、第一电极层732a和第二电极层734a上形成相应的焊盘750和引线。根据一些实施例，在半导体衬底710上形成焊盘750的方法包括：首先，如图7E所示，在半导体衬底710上形成介质层740，其中介质层740中形成有露出部分压敏电阻720a、部分第一导电层732a和部分第二导电层734a的凹槽741；接着，如图7F所示，在半导体衬底710上形成焊盘750，焊盘750填充凹槽741。

根据本公开的水听器的制造方法，其采用主流MEMS工艺就可实现水听器的制造，且制造的水听器可以检测MEMS水听器使用环境中的静态水压，预防压电MEMS水听器薄膜结构损坏的同时还能对水听器检测的动态压力的信号进行校准。

虽然在附图和和前面的描述中已经详细地说明和描述了本公开，但是这样的说明和描述应当被认为是说明性的和示意性的，而非限制性的；本公开不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附的权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的主题时，能够理解和实现对于所公开的实施例的变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除未列出的其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个，并且术语“多个”是指两个或两个以上。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的仅有事实并不表明这些措施的组合不能用来获益。

Claims

1.一种水听器，包括：

薄膜，被配置用于响应于动态声压和静态水压而产生物理形变；

压电结构，被配置用于响应于所述物理形变而生成第一感测信号；以及

压阻结构，被配置用于响应于所述物理形变而生成第二感测信号。

2.如权利要求1所述的水听器，其中，所述压阻结构包括至少一个压敏电阻。

3.如权利要求2所述的水听器，其中，所述至少一个压敏电阻包括均匀分布在所述薄膜的表面处的四个压敏电阻，所述四个压敏电阻构成惠斯通电桥。

4.如权利要求2所述的水听器，其中，所述至少一个压敏电阻位于所述薄膜中。

5.如权利要求4所述的水听器，其中，每个所述压敏电阻包括形成于所述薄膜中的半导体掺杂区。

6.如权利要求2所述的水听器，其中，所述至少一个压敏电阻位于所述薄膜的表面上。

7.如权利要求6所述的水听器，其中，每个所述压敏电阻的材料包括从以下各项构成的组中选择的至少一种：掺杂金刚石薄膜、掺杂硅和掺杂碳化硅。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的水听器，其中，所述压阻结构位于所述薄膜的边缘。

9.如权利要求1-7中任意一项所述的水听器，其中，所述薄膜具有从矩形和圆形所组成的组中选择的形状。

10.如权利要求1-7中任意一项所述的水听器，其中，所述压电结构在所述薄膜上覆盖的区域的形状包括从以下各项构成的组中选择的至少一种：圆形和环形。

11.如权利要求10所述的水听器，其中，所述压电结构在所述薄膜上覆盖的区域包括位于所述薄膜中部的第一区域和不同于所述第一区域的第二区域，所述第一区域与所述第二区域间隔。

12.如权利要求11所述的水听器，其中，所述第一区域具有圆形形状，所述第二区域具有环绕所述第一区域的环形形状。

13.如权利要求11所述的水听器，其中，所述压阻结构在所述薄膜处分布的区域位于所述第二区域的外周边缘，并且与所述第二区域间隔。

14.一种水听器的制造方法，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底的第一表面处形成压电结构和压阻结构；以及

在所述半导体衬底的与所述第一表面相对的第二表面形成凹槽，从而使所述半导体衬底的至少一部分形成薄膜，所述凹槽关于所述薄膜与所述压阻结构和压电结构相对。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述压阻结构包括位于所述半导体衬底中的至少一个压敏电阻，并且其中，在所述半导体衬底的第一表面处形成压阻结构和压电结构包括：

对所述半导体衬底执行半导体掺杂工艺，以在所述第一表面处形成至少一个半导体掺杂区作为所述至少一个压敏电阻；

形成压电结构材料叠层，所述压电结构材料叠层覆盖所述第一表面；以及

图案化所述压电结构材料叠层，以形成所述压电结构并露出所述至少一个半导体掺杂区。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述压阻结构包括位于所述第一表面上的至少一个压敏电阻，并且其中，所述在所述半导体衬底的第一表面处形成压阻结构和压电结构包括：

形成压阻材料层，所述压阻材料层覆盖所述第一表面；

形成压电结构材料叠层，所述压电结构材料叠层覆盖所述压阻材料层；

图案化所述压电结构材料叠层，以形成所述压电结构并部分地露出所述压阻材料层；以及

图案化所述压阻材料层，以形成所述至少一个压敏电阻。

17.如权利要求16所述的方法，其中，形成压阻材料层包括：

执行沉积工艺，以形成覆盖所述第一表面的第一材料层；以及

执行掺杂工艺，以使所述第一材料层掺杂形成所述压阻材料层。

18.如权利要求15或16所述的方法，其中，所述压电结构包括在远离所述薄膜的方向上依次堆叠的第一电极层、压电层和第二电极层，

其中，形成压电结构材料叠层包括：在远离所述第一表面的方向上依次形成第一电极材料层、压电材料层和第二电极材料层，并且

其中，图案化所述压电结构材料叠层包括：依次图案化所述第二电极材料层、所述压电材料层和所述第一电极材料层，以形成所述第二电极层、所述压电层和所述第一电极层。

19.如权利要求18所述的方法，还包括：

在所述形成压电结构材料叠层之前，形成种子层，其中，所述种子层包括所述压电材料层的材料，

其中，所述压电结构材料叠层形成在所述种子层上。

20.如权利要求14所述的方法，还包括：

在所述半导体衬底的与所述第一表面相对的第二表面形成凹槽之前，在所述至少一个压敏电阻、所述第一电极层和所述第二电极层上形成相应的焊盘和引线。