CN118083901A - 用于高频应用的mems换能器器件以及制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于高频应用的MEMS换能器器件以及制造方法。MEMS器件包括：信号处理组件；包括多个换能器器件的换能模块；增强结构，至少部分地围绕于每个换能器器件；针对每个换能器器件的一个或多个耦合支柱，一个或多个耦合支柱在增强结构上延伸并且被配置为将换能模块物理地耦合以及电耦合至信号处理组件，从而承载换能器器件的控制信号。每个导电耦合原件具有截面，所述截面的形状诸如最大化与相应的换能器器件周围的增强结构重叠的表面的形状。所述形状包括等于或大于3的尖点数的内摆线；三角形；四边形。

Description

用于高频应用的MEMS换能器器件以及制造方法

技术领域

本公开涉及微机电(MEMS)器件，特别是电声换能器器件，并且涉及所述微机电器件的制造方法。

背景技术

已知的是，大量的超声学传感器目前可用于发射和接收具有频率高于20kHz的声学。通常地，超声学传感器包括电声换能器和被用于驱动该换能器的电路制造，以及用于放大由相同的换能器在接收声学回波信号后生成的电信号。换能器因此在不同的时间段内表现为声学发射器和声学接收器。

参考激励声学信号和响应声学信号来指示相应的由换能器发射的声学信号(或波束)以及撞击在换能器上的声学信号(或波束)，例如随着激励声学信号被障碍物反射，的需求已知，例如在超声学领域，需要能够集中激励声学信号。为了控制激励声学信号到空间中的发射，已知的技术被提供用于具有发射球形声波的多个换能器，并且用于使用彼此合适地相移的驱动信号控制这些换能器，从而使由换能器生成的激励声学信号之和形成具有期望的空间分布的声学波束。

也就是说，为了提高性能，特别是回波放大方面，通常由根据矩阵布置的对应的MEMS器件形成的换能器需要被布置得尽可能靠近电路装置，并且特别是电路装置中负责放大由换能器生成的电信号的部分。然而，这一需求与通常使用的高数目(数以千计)的换能器相冲突。

在实践中，因为每个换能器被耦合至相应的专用集成电路(ASIC)，其中该专用集成电路形成驱动电路和与换能器相关联的接收器，通过控制由不同的信道(每个信道被理解为由换能器、对应的驱动电路和对应的接收器形成)引入的延迟以及在不同信道之间呈现的抖动，在换能器与其被连接的ASIC电路之间存在需要被处置的数以千计的连接。

也就是说，针对半导体的第一晶片和半导体的第二晶片，以在第一晶片内形成多个换能器并且在第二晶片上形成多个ASIC电路的制造过程目前已知。随后，第一晶片和第二晶片被耦合至彼此，使得换能器被耦合至对应的ASIC电路。然而，这个过程被表征为降低的灵活性，这是因为它为驱动电路和接收器电路二者提供了被采用的单一的制造技术。更进一步地，直到同一过程结束为止，这一制造过程不允许ASIC电路被测试。再一次地，这一制造过程要求在第一晶片和第二晶片内的电连接焊盘的节距相同。

专利文献EP3599217论述了以下内容，为了提高性能并且特别是在回波放大方面，建议的是将换能器(通常地由根据矩阵布置的对应的MEMS器件形成)被布置为尽可能靠近电路装置，并且特别是电路装置的具有放大由换能器生成的电信号的功能的部分。该专利文献的作者提供了在现有技术下制造部分地克服这种缺点的MEMS器件的方法。

然而，由于一些工艺限制，包括如最小腔-腔距离以及膜的最小厚度，已知的制造工艺不允许制造高于4MHz的宽频带PMUT。

发明内容

本公开旨在提供一种MEMS器件以一种制造MEMS器件的方法，以至少部分地克服现有技术的缺点。

本公开的MEMS器件可以被概括为包括：信号处理组件；换能模块，该换能模块包括多个换能器器件，这些换能器器件被相互地布置以形成彼此相邻并且由换能模块的表面区域彼此分离的布置图案；增强结构，该增强结构在换能模块的所述表面区域上，至少部分地围绕每个所述多个换能器器件的每个换能器器件；多个导电耦合元件，在增强结构上延伸并且被配置为将换能模块物理耦合以及电耦合至信号处理组件，每个导电耦合元件被与其他导电耦合元件物理分离并且电绝缘；以及多个第一导电轨道，每个第一导电轨道被电连接至换能器器件以及被电连接至相应的导电耦合元件，该第一导电轨道的特征在于所述导电耦合元件具有拥有相应的形状的截面，该形状例如使得在相应的换能器器件的周围与增强结构的重叠表面最大化的形状。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在仅以非限制性的方式描述优选的实施例，参照附图，其中：

图1A示意性地示出了用于电声换能的MEMS器件的截面，特别是PMUT；

图1B示意性地示出了图1A中MEMS器件的部件的透视图；

图2A-图2D根据相应的实施例示出了在图1A和图1B中MEMS器件的电耦合元件的截面；

图3和图4示出了在图1A以及图1B中的MEMS器件的电耦合元件和换能器的相互布置图案的相应的实施例；

图5A-图5K示出了制造图1A的MEMS器件的步骤；以及

图6示出了能够在图1A、图1B以及图5F-图5K的MEMS器件中实现的换能器。

具体实施方式

图1A示出了MEMS器件1的部分，特别是电声器件，甚至更特别的，在彼此正交的X、Y、Z轴线的三轴线系统中的超声换能器器件(PMUT)。图1A的视图是在XZ平面上的截面。

图1B示出了图1A中的MEMS器件1在三轴线系统XYZ中的细详细视图(为了表示的简洁性和更好的清晰性，一些元件没有被呈现)。

图1A-图1B之间共有的元素使用相同的附图标记标识。

结合参考图1A和图1B，电声器件1包括第一裸片和第二裸片2、4，分别具有形成于其中的第一集成电路和第二集成电路6、8，例如由已知的ASIC电路形成。第一集成电路和第二集成电路6、8中的每一者包括相应的致动器和检测信号的相应的发射电路和相应的接收电路。发射电路被配置为生成和发射器件1的致动器或换能器的控制信号(致动)；接收电路被配置为接收和处理由器件1的换能器换能得到的信号。在一些实施例中，发射电路和接收电路中的一者可以不存在。

在第一集成电路和第二集成电路6、8中的每一者中，对应的发射电路和接收电路被电连接至对应的多个金属“凸块”，分别以18和20表示，也被称作微凸块。再次指出的是，凸块18、20以本身已知的方式被电连接至对应的裸片2、4上的金属化，例如，通过相应的电连接焊盘。

电声器件1还包括涂层区域22，例如，该涂层通过环氧树脂形成并且将第一裸片和第二裸片2、4合并(incorporate)。

电声器件1还包括再分配结构26，该再分配结构16包括介电区域28，该介电区域28容纳多个导电路径30(定性地显示)。多个导电路径30包括一个或多个导电层和一个或多个导电通孔，它们限定多个导电路径30。再分配结构26由沿着Z轴线彼此相对的第一侧和第二侧26a、26b界定。导电路径30在第一侧与第二侧26a、26b之间延伸，并且在第一侧和第二侧26a、26b处可接近(accessible)。在侧26a、26b处存在导电焊盘31、33，使得多种导电路径30电连接到导电焊盘31、33。介电区域28由例如聚酰亚胺(或者，例如，聚酰胺或带有玻璃纤维的树脂)形成。导电路径30通常是金属材料的，例如铜的。

电声器件1还包括多个金属材料的支柱36(例如金、铜、锡或其他金属材料)。

电声器件1还包括换能模块或换能结构38，其有支柱36电耦合以及物理耦合至再分配结构26。

换能结构38包括结构主体41，该结构主体41具有第一表面41a和与第一表面41a相对的第二表面41a。结构主体41包括，如下文详细描述的，一个或多个半导体材料层与一个或多个绝缘材料层的交替。特别地，结构主体41具有在第二表面41b处的不可变形的厚部分42，所述厚部分42由多个凹槽52彼此分离。换句话说，结构主体41具有沿着Z轴线并且可变的厚度，包括在厚部分42处的第一值t₁以及在凹槽52处小于第一值t₁的第二值t₂(例如，t₂<t₁)。

凹槽52具有延伸部，该延伸部沿着Z轴线并且具有第三厚度t₃，该第三厚度t₃在范围5μm到400μm以内，或者等于该范围的最高值(400μm)或最低值(5μm)。换句话说，每个厚部分42沿着Z轴线的尺寸都具有第三厚度。第三厚度等于第一厚度t₁减去第二厚度t₂(即，t₃＝t₁-t₂)。

凹槽52具有深度d₁，该深度d₁从厚部分42的相应的端部表面43延伸至第二表面41b。

每个厚部分42沿着X轴线的延伸部的宽度在10-30μm范围内，例如等于20μm。在一些实施例中，宽度w₁可以等于该范围的最高或最低值。

支柱36在第一表面41a处延伸，该支柱36从结构主体41沿着Z轴线凸起。

具有厚度t₂的结构主体41的部分(即，在两个相邻的厚部分42之间被悬置在凹槽52上的部分)形成相应的膜40，同时所有的厚部分42形成框架，膜40固定到该框架。

膜40可以具有厚度t₂，t₂被包括在例如3μm到10μm之间，特别地等于大约4μm。

电声器件1还包括多个换能器56。在这种情况下，换能器56可以被操作以生成相应的膜40的偏转，或者被用于检测相应的膜的变形。通过示例性的方式而不失一般性地说明，只有生成膜的变形的操作将在下文中被考虑，并且换能器56将被称为致动器56。电声器件1因此包括用于每个膜40的致动器56。每个致动器56在相应的膜40上延伸并且与其接触。每个致动器56与相应的膜40成整体。绝缘层58，例如氧化硅，在表面41a上延伸，并且在每个致动器56下。绝缘层58用于加厚相应的膜40并且该厚度因此在值t₂的设计步骤中被考虑。换言之，相应的膜40包括绝缘层58和结构主体41的相应部件。

膜40和相应的致动器56作为一个整体形成换能器器件，该换能器器件被配置为将接收的电信号(控制信号)换能为机械位移，并且因此换能为声波。如上所述，根据电声器件1的使用条件，反向换能可能是额外的或者备选的。

更详细地说，每个致动器56包括堆叠60，包括相应的压电区域(例如，PZT)以及一对驱动电极，该驱动电极被配置为偏置压电区域以便生成压电区域的对应变形。

每个致动器56由增强结构113围绕(在相应的实施例中部分地或全部地围绕)，具有在其上延伸的支柱36。在一个实施例中，增强结构113由作为致动器56的相同的堆叠60形成，从而简化工艺步骤。然而，显而易见的是增强结构113可以是其他材料，例如半导体或者绝缘材料，或者包括此类材料的堆叠。增强结构113具有沿着Z轴线的厚度，该厚度在1μm与5μm之间。

每个致动器56通过相应的导电轨道81、83被电耦合至支柱36。因为在压电致动器的情况下通过本身已知的方式提供了两个致动电极(相对于PZT层的顶电极与底电极)，图1A示出了分别用于每个顶点电极以及底电极的导电轨道81、83。导电轨道81、83部分地在膜40上横向延伸至致动器56，直至到达并且向下连接相应的支柱36。

通过导电轨道81、83和支柱36，每个致动器56被电耦合至再分配结构25的导电路径30，并且因此被电耦合至第一裸片2和第二裸片4的对应的凸块18、20。以这种方式，每个致动器56被用于从裸片2、4接收电控制信号，该电控制信号导致被机械耦合至所述致动器56的膜40对应的形变，并因此生成声波；此外，膜40的形变，(例如)由于声学信号在其上的撞击，导致致动器56的对应的形变，该形变生成了电响应信号，该电响应信号被发送并且由裸片2、4的接收电路接收，该接收电路可以处理该电响应信号(并且随后可以将对应的输出信号提供至外部处理器)。

在一个实施例中，每个致动器56被连接至对应的裸片2、4的发射电路以及接收电路二者。

在另一个实施例中，裸片2、4的发射电路和接收电路可以管理多个换能器56。

另外，在每个裸片2、4中，接收电路的保护机制可以在发射步骤中被实现；另外，发射信号和接收信号可以通过两个不同的支柱36被传输至致动器56/从致动器56传输。

在本公开的一个实施例中，每个支柱36具有截面(在XY平面上)，该截面具有以下形状：

具有三个尖点的内摆线(图2A)，也被称作三角形(deltoid)；

具有四个尖点的内摆线(图2B)，也被称作星形(astroid)；

三角形(图2C)，特别是等边三角形或等腰三角形；以及

四边形或类菱形(图2D)，例如，具有两对连续全等边的四边形，或者具有四条边并且其中具有两对连续边的边长相同的多边形；这个多边形可以是凹多边形或凸多边形。

参考图2A和图2B，可以看出内摆线被限定为由圆周(例如被虚线圆所代表)的点生成，该点在另一个圆周的内部滚动。当支柱36在截面图中具有这种形状时，包括相关内摆线的圆周的直径尺寸D介于3μm到10μm之间。换言之，在这一情况中，支柱36在XY平面上具有最大尺寸，该尺寸介于上述直径值之间。

参考图2C，当支柱36具有三角形截面，该三角形的尺寸可以被以如下方式选择：它可以被刻(inscribable)在具有如图A和图B中所示直径的圆周上。通过另一个示例，在等边三角形的情况下，它的边长被设计为其值介于3μm到50μm之间；在等腰三角形的情况下，它的底边被设计为具有介于3μm到50μm之间的值，并且高被设计为具有介于3μm到100μm之间的值。

参考图2D，当支柱36具有四边形截面，该多边形的尺寸可以被以如下方式选择：它可以被刻(inscribable)在具有参考图2A和图2B中所示直径的圆周上。通过另一个示例，在支柱36有方形截面的情况下，方形截面的边长被设计为介于3μm到50μm之间；在截面具有有四条边且有两对连续边的边长相同的多边形的形状的情况下，这些边长都介于3μm到70μm之间。

每个支柱36因此都是实体，在其沿Z轴线的所有延伸部都具有统一的截面，并且其截面具有在设计步骤中从之前列举的形状(图2A-2D)中选择出的形状。

通常的，支柱36的功能是增加结构38的刚度，特别是结构主体41的刚度。因此，在支柱36与结构主体41(中间存在增强结构113)之间的重叠部分(在XY平面上的俯视图)的空间延伸越大，刚性增加的影响越大。通常来讲，因此，支柱36的形状可以被选择以使这些在支柱36与增强结构113之间围绕每个致动器56/膜40的重叠部分最大化。

在一个实施例中，每个致动器56仅与2个支柱36相关联(以承载两个顶电极和底电极的相应的偏置信号)。在这一情况下，支柱36的其中之一可以具有从上述(图2A-图2D)提到的形状中选择的形状，以及其他支柱36可以具有一般的多边形或曲线形状，与相应的致动器/膜40的外轮廓一致，以便使它拥有的通过增强结构113与结构主体41的重叠部分最大化。因为每个支柱36被配置为承载相应的致动器56的偏置信号(致动)，所以这两个支柱36被与彼此电绝缘。

在存在用于每个致动器56的多于两个支柱的情况下，如下文中示例所图示以及描述(图3以及图4)的，这些支柱中的一些在使用过程中不是电学激活的，例如，它们没有被电耦合至任何致动器56，但是具有增强结构主体41的拓展功能。

在一个实施例中，致动器56的驱动电极之一(例如底电极)被所有致动器56共用，例如，它延伸穿过整个结构主体41并具有结构连续性和电连续性，与所有致动器56的所有压电元件接触(以及与其他呈现的导电结构电绝缘)。在这种情况下，为这一共用电极提供单一偏置路径是可能的，该偏置路径包括单一支柱36，该支柱36被布置在结构主体41的任意区域(不必须靠近特定的致动器56)。或者，向上下文中偏置共用电极提供多个导电路径是可能的。

在不同的实例中，每个致动器56被提供有自己的顶电极和底电极，该顶电极和底电极不与其他致动器56共用。在这种情况下，至少两个相应的支柱36被提供给每个致动器56以将偏置信号承载至顶电极以及底电极。

图3所示，在俯视图(在XY平面上)里，具有相应的换能器56的通用的多个膜40被布置以形成一个在设计步骤中被规定的图案。在图3的实施例中，该图案是蜂窝图案，即，换能器56被沿着行布置，该行沿着X轴线延伸并且沿着Y轴线彼此平行；然而换能器56不沿着与Y轴线平行的列对齐。

在另外的实施例中，图4，这一图案是矩阵，在该矩阵中换能器56被布置以形成沿着X轴线的行和沿着Y轴线的列。每个换能器56(矩阵40)位于相应的行与相应的列的相交处。

尽管图3和图4中的支柱具有内摆线形状的截面，其中该截面有三个或相应的四个尖点的，但是该形状不应被理解为受限制的。其他形状是可能的(见图2A-图2D和前文描述)。换能器56被布置在彼此的附近(相邻)，以使用支柱36和增强结构113形成前述布置图案，根据所描述的多种可能的实施例，其中支柱36和增强结构113被布置在换能器56之间以分离各个膜40。

在一个实施例中，每个膜40和每个致动器56在俯视图(在XY平面上)内具有圆形的形状。每个膜40的直径介于10μm与200μm之间。每个致动器56的执行介于7μm与150μm之间。

为支柱36提出的形状拓扑允许夹持区域被增加，以及不被期望的弯曲模态被转移至操作带宽以外。

电声器件1可以被基于如下过程制造：

所描述的过程是指被提供有单一致动器的单一膜的制造方法。然而，清楚的是本教导应用于任何多个膜和相关换能器的制造。

图5A和5K是在XZ平面上的横向截面图，与图1A在相同的参考系中。

参考图5A，半导体材料诸如例如硅的晶片100被布置。晶片100具有前侧或表面100a，以及后侧或表面100b，沿着Z轴线相互相对于彼此。晶片100具有，例如，在前侧100a与后侧100b之间沿着Z轴线等于约400μm的厚度。

然后，图5B，在前侧100a上形成蚀刻停止层102的步骤被执行。蚀刻停止层102的材料是相对于晶片100的材料的可选择性蚀刻的(例如沉积或热生长氧化硅，或者TEOS)，并且具有介于大约0.3μm到大约0.7μm之间的厚度(例如，等于0.5μm)。

然后，图5C，晶片100的选择性部分(包括层102的部件以及晶片100的下层部件)使用已知的光刻技术被移除，因此形成围绕突起部分106的横向沟道104，其中凸起部件106在俯视图中具有等于这些被形成的膜40的形状和尺寸。沟道104结束或终止于晶片100内部。举例来说，沟道104在晶片100内部具有大约5μm的深度(沿着平行于Z轴线的方向)和大约等于5μm的宽度(沿着X轴线)。

然后，图5D，蚀刻停止层102在沟道104内被恢复或形成，例如通过热生长氧化硅(或者其他材料，根据参考图5B中已描述的)恢复或形成。

然后，图5E，在前侧100a上方形成结构层110，特别是在蚀刻停止层102的上方的步骤被执行。在一个实施例中，结构层110与晶片100是相同的材料，这里是硅。结构层110可以通过硅外延生长来形成。结构层110具有例如介于3μm到10μm之间的厚度；特别的，等于10μm。在一些实施例中，结构层110的厚度等于这一范围的上端(3μm)和下端(10μm)。然后，结构层110的厚度通过CMP(化学-机械-平面化)步骤减少，直至到达结构层110介于3μm与20μm之间的最终厚度，特别的，等于4μm。在一些实施例中，结构层110的厚度等于该范围的上端(3μm)或下端(20μm)。

然后，图5F，绝缘层或介电层112(下述将变为图1A和图1B的层58)，例如为氧化硅材料的，具有介于0.5μm与3μm之间的厚度，特别的等于1μm，被形成于结构层110上。

形成致动器56和增强结构的步骤最后被执行。

在一个实施例中(图6举例说明)，压电型的致动器56以及，在已知方法中，由堆叠60形成，其中堆叠60包括：导电材料的第一电极62，例如钛(Ti)或者铂(Pt)；压电材料层64，例如PZT(Pb，Zr，TiO₃)，在第一电极62上并且与之电连接；第二电极66，例如TiW(钛钨合金)，在压电层64上，并且与之电连接；以及介电层68，例如氧化硅和为保护电极62、电极66以及压电层64而通过CVD沉积的氮化硅。特别的，介电层68在压电材料层64上横向延伸并且与导电轨道81、83绝缘，其中导电轨道81、83电连接至相应的第一电极62与第二电极66(并且被用于承载膜的电致动信号并且/或者接收在接收步骤中的换能信号)。

如所说的，增强结构113横向于堆叠60延伸(在截面图中)并且(在俯视图中)至少部分地(在代表实施例中完全地)围绕致动器56和膜40。

在一个实施例中，增强结构113由与前文所述相同的堆叠60形成，以优化制造步骤。

然而，显然制造过程可以提供其他材料的增强结构，半导体以及绝缘材料的堆叠。

然后，图5G，绝缘层112被图形化以便移除在压电堆叠(致动器56)与具有相应的支柱36的增强结构113之间延伸的选择性部分。沟槽116被因此形成，该沟槽116延伸穿过绝缘层112并且贯穿相同的绝缘层12的整个厚度，直至到达下方的结构层110。图1A和图1B的层58因此被形成。

金属材料的导电轨道81、导电轨道83在这一步骤中通过显然已知的沉积和光刻步骤被形成。

然后，图5H，支柱36被形成在增强结构113以及相应的导电轨道81和导电轨道83的上方。形成支柱36的步骤包括沉积金属材料层，例如金，以及使用图形化的蚀刻掩模执行金属层的光刻和蚀刻步骤，从而限定为支柱36设计的截面(例如，前述并且被图示在图2A-2D中的截面之一)。

与图5G和图5H所代表以及已描述的不同，导电轨道81、导电轨道83可以横向于支柱36延伸，与支柱36横向电连接，并且不在支柱下方。在这一情况下，导电轨道81、导电轨道83可以在相对于图示的不同的制造步骤中被形成。

然后，图5I，晶片100在后侧100b处被减薄，直至到达约等于100μm的厚度。

随后，如图5J中所示，晶片100(如图5I所示)通过支柱36被物理耦合以及电耦合至ASIC组件120；ASIC组件120包括再分配结构26以及第一晶片2和第二晶片4，其中第一晶片2和第二晶片4通过凸块18、凸块20彼此耦合。ASIC组件120随后沿着Z轴线被重叠布置在晶片100上(特别是在前侧100a上方)。还应被注意的是ASIC组件120可以在被购买时就已经制造完成，并且以已知的焊接或结合技术耦合至支柱36。

在不损失任何一般性的情况下，ASIC组件120的制造可以由被称作FOWLP型(扇出式晶片级封装)处理技术发生。在这一方面，第一晶片2和第二晶片4可以通过已知的方法制造，从而适配被称作晶片级的制造技术，该制造技术确实允许从相同的半导体晶片(未示出)开始制造多个晶片，并且随后通过切割操作使这些裸片彼此相互分离(切单)。在可能的测试步骤之后，因此形成的晶片再次被机械地耦合，通过利用再分配结构26耦合，从而确实形成ASIC组件120。在实践中，ASIC组件120被固定于彼此的裸片的组件形成，在被如前述的切单之后，通过这种方法使这一组件具有初步近似于晶片(特别的，晶片100)的形状，在此意义上它可以叠加到晶片100上并且耦合至晶片100，如所描述的那样。换言之，ASIC组件120代表一种“再造晶片”。另外，ASIC组件120的裸片共享单一再分配结构26。

然后，图5K，晶片100在后侧100b处被蚀刻，从而完全地将晶片100的材料移除直至蚀刻停止层102。厚部分42和膜部分40被因此形成，通过凹槽52彼此分离。实体主体还包括，例如蚀刻停止层102，然而，显然蚀刻停止层102可以被湿法蚀刻移除，如果这是有用的或必要的。

切割(切单)步骤可以随后被执行，该方法没有被图示。特别地，刻线横向于支柱36延伸，亦即在不具有膜40或者致动器56或者支柱36的晶片100的区段，并且在晶片100与ASIC组件120之间的重叠区域(沿着Z轴线)外部。

本公开的制造过程的优点在前文描述中已经清楚了。

特别的，本公开的器件能够在使用过程中在不损害性能的情况下到达高振动频率(大约10MHz)。

最后，显而易见，在不偏离本公开的范围内，调整和改变可以在本文描述和图示的制造过程中被做出，如所附权利要求中限定的那样。

例如，每个电声器件可以包括来自被示出的电声器件的不同数量的裸片，在这一情况下制造过程对应地调整。发射电路和接收电路可以在不同的裸片中被形成；在这一情况下，发射电路和接收电路可以使用不同的技术被形成。

通常来说，致动器可以有与已被描述的不同的类型。例如，致动器可以实现静电致动机械而不是压电致动机械。简单来说，相对于对应的膜的致动器的布置可以是与前述所不同的。

另外，在凸块18、凸块20处其他导电连接元件可以被使用，诸如例如对应的支柱。更通常来讲，所有本文中所描述的导电连接元件都是纯粹的示例。

另外，每个支柱36可以是，通常来讲，具有大于或等于三的多个尖点数的内摆线(例如，5个)。

另外，针对彼此不相同的支柱36，每个支柱36的形状可以是不同的。

本公开的MEMS器件(1)可以被概括为包括：信号处理组件(120)；换能模块(38)，包括多个换能器器件(56)，多个换能器器件被相互地布置以形成彼此相邻的多个换能器器件(56)的布置图案，其中多个换能器器件(56)通过换能模块(38)的表面区域彼此分离；增强结构(113)，该增强结构(113)位于换能模块的所述表面区域，至少部分地围绕所述多个换能器器件(56)的每个换能器器件(56)；多个导电耦合元件(36)，在增强结构(113)上延伸并且被配置为将换能模块(38)物理耦合并且电耦合至信号处理组件(120)，每个相应的导电耦合元件(36)被与其他导电耦合元件(36)物理地分离并且电绝缘；以及多个第一导电轨道(81；83)，多个第一导电轨道中的每个第一导电轨道被电连接至换能器器件(56)并且被电连接至相应的导电耦合元件(36)，其特征在于所述导电耦合元件具有相应的截面，该相应的截面的形状例如关于相应的换能器器件(56)最大化与增强结构(113)的重叠表面。

所述导电耦合元件(36)可以具有截面，该截面的形状为：内摆线，具有大于或等于三的尖点数；三角形；四边形。

所述布置图案可以是矩阵型或蜂窝型。

当所述布置图案是矩阵型，矩阵可以包括行和列，每个换能器器件(56)被布置在所述矩阵的相应的行和相应的列的相交处，以及其中每个换能器器件(56)都由四个导电耦合元件(36)围绕；以及当所述布置图案是蜂窝型，每个换能器器件(56)可以由六个导电耦合元件(36)围绕。

每个换能器器件(56)可以包括相应的膜(40)以及与所述相应的膜(40)成整体的相应的换能器元件，并且其中每个换能器元件可以使用信号处理组件(120)被电控制以引起对应的膜(40)的形变。

每个换能器元件(56)可以包括多层，或者堆叠(60)，包括：导电材料的底电极(62)；压电层(64)，在底电极上并且与底电极电连接；顶电极(66)，在压电层上并且与压电层电连接，其中相应的第一导电轨道(81)在所述多个第一导电轨道之间，该导电轨道与顶电极(66)电连接并且与相应的导电耦合元件(36)电连接。

所述底电极(62)可以是在所述多个换能器元件(56)之间被共用的电极，还包括相对于所述多个第一导电轨道(81；83)的第二导电轨道，第二导电轨道被耦合至所述底电极(62)以及被耦合至相对于所述多个导电耦合元件(36)的额外导电耦合元件(36)。

所述多层(60)可以额外包括在顶电极(66)上的绝缘层(68)，并且其中增强结构(113)可以包括所述多层(60)。

器件还可以包括多个第二导电轨道(83；81)，每个所述第二导电轨道被电耦合至相应的底电极(62)并且被电耦合至相应的导电耦合元件(36)。

增强结构(113)可以完全地围绕每个换能器器件(56)，并且其中每个导电耦合元件(36)可以完全地围绕相应的换能器器件(56)。

导电耦合元件(36)的数目可以等于二，并且其中，对每个换能器器件(56)，两个导电耦合元件(36)的中的一个导电耦合元件可以具有截面，该截面的形状为：内摆线，该内摆线拥有大于或等于三的尖点数；三角形；四边形，并且其中两个导电耦合元件(36)中的另一者具有截面，该截面例如在对应的换能器器件(56)周围最大化增强结构(113)的重叠表面，其中增强结构不受导电耦合元件(36)的所述中的所述导电耦合元件的限制。

导电耦合元件(36)可以具有沿着Z轴线方向延伸并被拉长的形状，所述截面被呈现在正交于所述轴线(Z)的平面(XY)上。

增强结构(113)可以是具有介于1μm与50μm之间的厚度的多层。

信号处理组件(120)可以包括再分配结构(26)，该再分配结构(26)被提供有彼此相对的第一侧(26a)和第二侧(26b)，并且被提供有再分配导电路径(30)，该再分配导电路径(30)在第一侧与第二侧之间延伸，并且其中再分配结构(26)可以通过第二侧(26b)面向换能模块，并且在第二侧被提供连接焊盘(33)，该连接焊盘(33)被电耦合在相应的导电路径(30)和相应的导电耦合元件(36)之间。

信号处理组件(120)可以还包括：控制模块(2,4,22)；所述再分配结构，该再分配结构在第一侧被提供另外的连接焊盘(31)，该连接焊盘被电耦合至相应的导电路径(30)；以及控制模块(2,4,22)，被面向再分配结构(26)的第一侧(26a)地布置，并且被电耦合至所述另外的连接焊盘(31)。

导电耦合元件(36)、连接焊盘(33)、再分配导电路径(30)以及另外的连接焊盘(31)可以形成多个导电路径，该多个导电路径被配置为在控制模块(2,4,22)与换能模块(38)之间传输电信号。

所述MEMS器件(1)可以是超声换能器器件，或者PMUT。

制造本公开的MEMS器件的方法可以被概括为包括以下步骤：形成换能模块(38)，包括形成多个换能器器件(56)，该多个换能器模块根据换能器器件的布置图案相邻于彼此并且被换能56模块(38)的表面区域彼此分离地布置；形成增强结构(113)，该增强结构(113)在换能模块的所述表面区域处，至少部分地围绕所述多个换能器器件(56)的每个换能器器件(56)；在增强结构(113)上形成多个导电耦合元件(36)，每个导电耦合元件(36)被配置为将换能模块(38)物理地耦合以及电耦合至信号处理组件(120)并且被物理分离以及被电绝缘于另一导电耦合元件(36)；形成多个第一导电轨道(81；83)，多个第一导电轨道中的每一者被电连接至换能器器件(56)以及被电连接至相应的导电耦合元件(36)；以及将信号处理组件(120)耦合至所述多个导电耦合元件(36)，其特征在于所述导电耦合元件(36)具有截面，该截面的形状例如是在相应的换能器器件(56)周围最大化增强结构(113)的重叠表面的形状。

形成每个换能器器件(56)可以包括形成相应的膜(40)以及相应的换能器元件，该换能器元件相对于所述相应的膜(40)成整体，并且其中形成每个相应的膜可以包括：在半导体主体(100)中形成蚀刻停止层(102)；在蚀刻停止层上形成结构层(110)；在结构层上形成绝缘层(112)；在绝缘层上形成所述相应的换能器元件(56)以及所述第一连接焊盘，该第一连接焊盘与所述相应的换能器元件(56)相关联；移除绝缘层的选择性组件，其中绝缘层在换能器元件(56)与第一连接焊盘之间延伸；以及完全地移除半导体主体从而暴露蚀刻停止层(102)。

方法还可以包括为每个膜(40)形成支撑件(42)的步骤，包括以下步骤：在半导体主体内形成相应的沟槽(104)，所述沟槽在外部界定相应的膜(40)的形状，并且具有闭合的圆形或者多边形形状；在半导体主体上以及在所述沟槽(104)内形成蚀刻停止层(102)；以及在蚀刻停止层(102)上形成结构层(110)，该蚀刻停止层在半导体主体和所述沟槽内延伸。

上文描述的多种实施例可以被结合以提供更多的实施例。实施例的方面可以被调整，如果使用多种专利、应用和公开的概念以提供其他的实施例是必要的。

这些和其他改变可以在本实施例被根据上述详细描述中做出。通常来说，在下述的权利要求中，所使用的术语属于不应该被解释为将权利要求限制于在说明书和权利要求书中所公开的具体实施例，而是应该被解释为包括所有的可能实施例以及此权利要求所享有的全部等同范围。因此，权利要求不受本公开内容的限制。

Claims (20)

1.一种MEMS器件，包括：

信号处理组件；

换能模块，包括多个换能器器件，所述多个换能器器件被相互地布置以形成彼此相邻的换能器器件的布置图案，并且所述多个换能器器件通过所述换能模块的表面区域彼此分离；

增强结构，在所述换能模块的所述表面区域处，所述增强结构至少部分地围绕所述多个换能器器件中的每个相应的换能器器件；

多个导电耦合元件，在所述增强结构上延伸，所述多个导电耦合元件将所述换能模块物理地耦合至所述信号处理组件并且电耦合至所述信号处理组件，所述多个导电耦合元件中的每个相应的导电耦合元件被彼此物理地分离、并且彼此电绝缘；以及

多个第一导电轨道，所述多个第一导电轨道中的每个相应的导电轨道被电连接至所述多个换能器器件中的至少一个对应的换能器器件，以及被电连接至所述多个导电耦合元件中的至少一个对应的导电耦合元件，

其中所述多个导电耦合元件具有使与所述增强结构的重叠最大化的形状的相应的截面。

2.根据权利要求1所述的器件，其中所述多个导电耦合元件中的一个或多个相应的导电耦合元件具有以下形状中的至少一者的截面：具有大于或等于3的尖点数目的内摆线形状、三角形形状或四边形形状。

3.根据权利要求1所述的器件，其中所述布置图案是矩阵型，所述矩阵型包括行与列，并且所述多个换能器器件中的每个相应的换能器器件被布置在所述行与所述列的相应的行与相应的列的相交处，并且所述多个换能器器件中的每个相应的换能器器件由四个导电耦合元件围绕。

4.根据权利要求1所述的器件，其中所述布置图案是蜂窝型，并且所述多个换能器器件中的每个相应的换能器器件由六个导电耦合元件围绕。

5.根据权利要求1所述的器件，其中所述多个换能器器件中的每个相应的换能器器件包括：相应的膜和与所述相应的膜成整体的相应的换能器元件，以及

其中每个相应的换能器元件能够由所述信号处理组件电控制，以引起所述多个换能器器件的所述膜中的对应的膜的变形。

6.根据权利要求5所述的器件，其中所述多个换能器器件的所述换能器元件的每个相应的换能器元件包括多层，所述多层包括：

导电材料的底电极；

压电层，在所述底电极上并且与所述底电极电连接；以及

顶电极，在所述压电层上并且与所述压电层电连接；

其中所述多个第一导电轨道中的相应的第一导电轨道与所述顶电极电连接，并且与所述多个导电耦合元件中的相应的导电耦合元件电连接。

7.根据权利要求6所述的器件，还包括进一步相对于所述多个第一导电轨道的第二导电轨道，所述第二导电轨道被耦合至所述底电极并且被耦合至所述多个导电耦合元件中的另一相应的导电耦合元件，并且其中所述底电极在所述多个换能器元件之间被共用。

8.根据权利要求6所述的器件，其中：

所述多层还包括在所述顶电极上的绝缘层；以及

所述增强结构包括所述多层。

9.根据权利要求6所述的器件，还包括多个第二导电轨道，所述多个第二导电轨道中的每个相应的第二导电轨道被电耦合至相应的底电极并且被电耦合至相应的导电耦合元件。

10.根据权利要求1所述的器件，其中所述增强结构完全围绕所述多个换能器器件中的每个相应的换能器器件延伸，并且其中所述多个导电耦合元件中的每个相应的导电耦合元件完全围绕所述多个换能器器件中的对应的换能器器件延伸。

11.根据权利要求1所述的器件，其中所述导电耦合元件的数目等于二，并且

其中，针对每个换能器器件，两个所述导电耦合元件中的一个导电耦合元件具有以下形状的截面：具有大于或等于3的尖点数目的内摆线，以及

其中两个所述导电耦合元件中的另一个导电耦合元件具有诸如使与所述增强结构的重叠最大化的截面。

12.根据权利要求1所述的器件，其中：

所述信号处理组件包括具有第一侧的再分配结构，与所述第一侧相对的第二侧，在所述第一侧与所述第二侧之间延伸的再分配导电路径，

所述再分配结构的所述第二侧面向所述换能模块，并且耦合至所述再分配结构的连接焊盘被电耦合在所述再分配导电路径中的相应的再分配导电路径与所述多个导电耦合元件的相应的导电耦合元件之间。

13.根据权利要求12所述的器件，其中所述信号处理组件还包括控制模块，

所述再分配结构在所述第一侧处具有另外的连接焊盘，并且所述另外的连接焊盘被电耦合至所述再分配导电路径中的相应的再分配导电路径，以及

所述控制模块被布置以面向所述再分配结构的所述第一侧，并且所述控制模块被电耦合至所述另外的连接焊盘。

14.根据权利要求13所述的器件，其中所述导电耦合元件、所述连接焊盘、所述再分配导电路径、以及所述另外的连接焊盘形成多个导电路径，所述多个导电路径被配置为承载在所述控制模块与所述换能模块之间的电信号。

15.根据权利要求1所述的器件，其中所述MEMS器件是超声换能器器件，或者PMUT。

16.一种制造MEMS器件的方法，包括：

形成换能模块，包括形成多个换能器器件，所述多个换能器器件根据换能器器件的布置图案被彼此相邻地相互布置，并且所述多个换能器器件通过所述换能模块的表面区域彼此分离；

在所述换能模块的所述表面区域处形成增强结构，以至少部分地围绕所述多个换能器器件中的每个换能器器件；

在所述增强结构上形成多个导电耦合元件，所述多个导电耦合元件的每个导电耦合元件将所述换能模块物理地耦合至所述信号处理组件、并且电耦合至所述信号处理组件，并且所述多个导电耦合元件中的每个导电耦合元件被物理地彼此分离、并且彼此电绝缘；

形成多个第一导电轨道，所述多个导电轨道中的每个第一导电轨道被电连接至所述多个换能器器件中的相应的换能器器件，并且被电连接至所述多个导电耦合元件中的相应的导电耦合元件；以及

将信号处理组件耦合至所述多个导电耦合元件，

其中所述多个导电耦合元件中的每个相应的导电耦合元件具有诸如使所述增强结构与所述多个换能器器件中的至少一个对应的换能器器件的重叠最大化的形状。

17.根据权利要求16所述的方法，其中形成所述多个换能器器件中的每个相应的换能器器件包括：形成相应的膜以及与所述相应的膜成整体的相应的换能器元件，

并且其中形成每个相应的膜包括：

在半导体主体内形成蚀刻停止层；

在所述蚀刻停止层上形成结构层；

在所述结构层上形成绝缘层；

在所述绝缘层上形成所述相应的换能器元件以及与所述相应的换能器元件相关联的第一连接焊盘，所述第一连接焊盘被布置为横向于所述相应的换能器元件；

移除在所述换能器元件与所述第一连接焊盘之间延伸的所述绝缘层的选择性部分；以及

完全移除所述半导体主体，从而暴露所述蚀刻停止层。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括为每个膜形成支撑件，包括：

在所述半导体主体内形成相应的沟槽，所述沟槽外部地界定所述相应的膜的形状并且具有封闭圆形或多角形的形状；

在所述半导体主体上和所述沟槽中形成所述蚀刻停止层；以及

在所述蚀刻停止层上形成所述结构层，所述蚀刻停止层在所述半导体主体上以及在所述沟槽内延伸。

19.一种器件，包括：

结构主体，包括：

半导体层，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

所述半导体层的膜，具有第一厚度；

绝缘层，在所述第一表面上并且与所述膜重叠；

所述半导体层的厚部分，所述厚部分具有比所述第一厚度大的第二厚度，所述厚部分从所述厚部分向外横向间隔开；

致动器，在所述绝缘层上并且与所述膜重叠，所述致动器包括在所述绝缘层上的第一侧，与所述第一侧相对并且与所述绝缘层间隔开的第二侧，在所述第一侧处的第一电极，以及在所述第二侧处的第二电极；

增强结构，在围绕换能器器件延伸，所述增强结构在所述绝缘层上；

第一导电轨道，沿着所述半导体层的所述第一表面、所述绝缘层、所述增强结构以及所述致动器延伸，所述第一导电轨道被耦合至所述第一电极；

第二导电轨道，沿着所述半导体层的所述第一表面、所述绝缘层、所述增强结构以及所述致动器延伸，所述第二导电轨道被耦合至所述第二电极；以及

第一导电耦合元件，被耦合至所述增强结构上的所述第一导电轨道的部分，所述第一导电耦合元件具有从以下至少一项中选择的形状：具有大于或等于3的尖点数目的内摆线形状、三角形形状、或者四边形形状；以及

第二导电耦合元件，所述第二导电耦合元件耦合至所述增强结构上的所述第二导电轨道的部件，所述第二导电耦合元件具有从以下至少一项中选择的形状：具有大于或等于3的尖点数目的内摆线形状、三角形形状、或者四边形形状。

20.根据权利要求19所述的器件，其中所述第一导电耦合元件以及所述第二导电耦合元件是相同的。