JP2017528940A

JP2017528940A - 圧電超音波トランスデューサおよびプロセス

Info

Publication number: JP2017528940A
Application number: JP2017500036A
Authority: JP
Inventors: ジョン・ブラッドリー・ラシター; ラヴィンドラ・ヴァマン・シェノイ; エフゲニー・ペトロヴィチ・グーセフ; ヒリシケシュ・パンチャワグ; デイヴィッド・ウィリアム・バーンズ; ナイ−クエイ・クオ; ジョナサン・チャールズ・グリフィス; スリャプラカシュ・ガンティ
Original assignee: クアルコム，インコーポレイテッド
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2035-06-08
Also published as: CA2950919A1; BR112017000134A2; WO2016007250A1; KR20170029497A; EP3166734A1; JP6599968B2; CN106660074A; CN106660074B

Abstract

圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）は、基板上に配置された多層スタックを含む。多層スタックは、基板上に配置されたアンカー構造と、アンカー構造上に配置された圧電層スタックと、圧電層スタックに近接して配置された機械層とを含み得る。圧電層スタックは、空洞上に配置され得る。機械層は、空洞を封止し得、圧電層スタックと一緒に、アンカー構造によって支持され、空洞上に膜を形成し、膜は、ＰＭＵＴが超音波信号を受信または送信するとき、撓み運動と振動の一方または両方を受けるように構成される。

Description

［関連出願の相互参照］
本開示は、参照により本明細書に組み込まれている、２０１４年７月８日に出願した、「ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＡＮＤＰＲＯＣＥＳＳ」と題する米国仮出願第６２／０２２１４０号（代理人整理番号第ＱＵＡＬＰ２６４ＰＵＳ／１４５６３６Ｐ１号）と、「ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＡＮＤＰＲＯＣＥＳＳ」と題する、米国特許出願第１４／５６９２５６号と、２０１３年１２月１２日に出願した、「ＭＩＣＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳＡＮＤＤＩＳＰＬＡＹ」と題する米国仮出願第６１／９１５３６１号の優先権を主張するものである。

本開示は、圧電トランスデューサ、および圧電トランスデューサを製造するための技法に関し、より詳細には、電子センサアレイにおける使用、または、生体情報感知、撮像、およびタッチ認識もしくはジェスチャ認識のための対話型ディスプレイにおける使用に適した圧電超音波トランスデューサに関する。

薄膜圧電超音波トランスデューサは、指紋センサ、ジェスチャ検出、マイクロフォンおよびスピーカ、超音波撮像、ならびに化学センサなどの、生体情報センサを含む多くの用途にとって魅力的な候補である。トランスデューサは、典型的には、空洞上に懸架された圧電スタックを含む。圧電スタックは、圧電材料の層と、圧電層の各側のパターン化されたまたはパターン化されていない電極の層とを含み得る。

図１は、圧電超音波トランスデューサの立面図である。図１に示すように、圧電超音波トランスデューサ１００が、たとえば、機械層１３０の上に配置された圧電層スタック１１０と、たとえば、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ内に形成され得る空洞１２０とを含むように、圧電超音波トランスデューサ１００を構成することが知られている。圧電層スタック１１０は、それぞれ、圧電層１１５の下および上に配置された関連する下部電極１１２および上部電極１１４を有する圧電層１１５を含む。空洞１２０は、シリコンウェハ、またはいくつかの実装形態ではシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハなどの、半導体基板１６０内に形成され得る。機械層１３０は、ＳＯＩウェハの活性シリコン層から形成され得る。

本開示の一部は、マイクロメカニカル超音波トランスデューサに関し、マイクロメカニカル超音波トランスデューサの態様は、本発明の譲受人に譲渡され、すべての目的のためにその全体が参照により本出願に組み込まれている、２０１３年１２月１２日に出願した、「ＭＩＣＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳＡＮＤＤＩＳＰＬＡＹ」と題する米国仮出願第６１／９１５３６１号と、本明細書と同時に出願した、「ＭＩＣＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳＡＮＤＤＩＳＰＬＡＹ」と題する米国特許出願、代理人整理番号第ＱＵＡＬＰ２２８ＵＳ／１４１２０２号とにおいて説明されている。

本開示のシステム、方法、およびデバイスは、各々、いくつかの革新的な態様を有し、そのうちの単独の１つが、本明細書に開示された所望の属性を単独で担うものではない。

本開示に記載の主題の１つの革新的な態様は、基板上に配置された多層スタックを含む圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ））に関する。多層スタックは、基板上に配置されたアンカー構造と、アンカー構造上に配置された圧電層スタックと、圧電層スタックに近接して配置された機械層とを含む。圧電層スタックは、空洞上に配置される。機械層は、空洞を封止し、圧電層スタックと一緒に、アンカー構造によって支持され、空洞上に膜を形成し、膜は、ＰＭＵＴが音響信号または超音波信号を受信または送信するとき、撓み運動と振動の一方または両方を受けるように構成される。いくつかの例では、機械層は、面外曲げモードを可能にするために、多層スタックの中立軸が圧電層スタックの中立軸に対して機械層に向かって変位するような厚さを有し得る。いくつかの例では、機械層は、実質的に、圧電層スタックよりも厚くてもよい。いくつかの例では、中立軸は、機械層を通過し得る。

いくつかの例では、空洞は、少なくとも１つの放出穴を通して犠牲材料を除去することによって形成され得、機械層は、犠牲材料を除去した後に形成され得、機械層を形成することは、少なくとも１つの放出穴を封止することによって空洞を封止し得る。

いくつかの例では、圧電層スタックは、圧電層と、圧電層の下に配置された下部電極と、圧電層の上に配置された上部電極とを含み得る。

いくつかの例では、機械層は、機械層が局所的に薄くされた凹部を含み得る。

いくつかの例では、機械層は、基板と反対側の圧電スタックの側の上に配置され得る。

いくつかの例では、機械層は、基板に面する圧電スタックの側の下に配置され得る。

いくつかの例では、ＰＭＵＴは、さらに、圧電層スタックの上に配置された音響結合媒体を含み得、ＰＭＵＴは、結合媒体を介して超音波信号を受信または送信するように構成される。

いくつかの実装形態によれば、ＰＭＵＴは、基板上に配置された多層スタックを含む。多層スタックは、基板上に配置されたアンカー構造と、アンカー構造上に配置された圧電層スタックと、圧電層スタックに近接して配置された機械層とを含み、機械層は、機械層が局所的に薄くされた凹部を含む。圧電層スタックは、空洞の上に配置され、機械層は、圧電層スタックと一緒にアンカー構造によって支持され、空洞上に膜を形成し、膜は、ＰＭＵＴが超音波信号を受信または送信するとき、撓み運動と振動の一方または両方を受けるように構成される。

いくつかの実装形態によれば、ＰＭＵＴを製作する方法は、基板上にアンカー構造を形成するステップであって、アンカー構造が犠牲材料の領域に近接して配置される、ステップと、アンカー構造上に圧電層スタックを形成するステップと、圧電層スタックの下に空洞を形成するように犠牲材料を除去するステップと、圧電層スタックに近接して機械層を配置するステップとを含み、圧電層スタックおよび機械層は、多層スタックの一部を形成し、機械層は、空洞を封止し、圧電層スタックと一緒にアンカー構造によって支持され、空洞の上に膜を形成し、膜は、ＰＭＵＴが超音波信号を受信または送信するとき、撓み運動と振動の一方または両方を受けるように構成される。

いくつかの例では、犠牲材料を除去するステップは、圧電層スタックの下に空洞を形成し得る。

いくつかの例では、犠牲材料を除去するステップは、少なくとも１つの放出穴を通して犠牲材料を除去するステップを含み得、機械層は、少なくとも１つの放出穴を封止する。

いくつかの例では、アンカー構造は、下部層内に配置され得、下部層は、圧電スタック層と平行であり、犠牲材料の領域を含む。

いくつかの例では、機械層は、面外曲げモードを可能にするために、多層スタックの中立軸が圧電層スタックの中立軸に対して、機械層に向かって変位するような厚さを有し得る。いくつかの例では、機械層は、実質的に、圧電層スタックよりも厚い。いくつかの例では、中立軸は、機械層を通過し得る。

いくつかの実装形態によれば、装置は、ＰＭＵＴセンサのアレイと、音響結合媒体とを含む。少なくとも１つのＰＭＵＴは、基板上に配置された多層スタックを含む。多層スタックは、基板上に配置されたアンカー構造と、アンカー構造および空洞の上に配置された圧電層スタックと、圧電層スタックに近接して配置された機械層とを含み、機械層は、空洞を封止する。音響結合媒体は、圧電層スタックの上に配置され、ＰＭＵＴは、結合媒体を介して超音波信号を受信または送信するように構成される。

本明細書で説明される主題の１つまたは複数の実施形態の細部が、本開示および添付図面で述べられる。他の特徴、態様、および利点は、本開示を検討することにより明らかになるであろう。本開示の図面および他の図の相対的な寸法は、一定の縮尺で描かれていない可能性のあることに留意されたい。本開示に図示され、記載された寸法、厚さ、配置、材料などは、単なる例として行われており、限定するものとして解釈されるべきではない。様々な図面における同様の参照番号および指定は、同様の要素を示す。

圧電超音波トランスデューサの立面図である。本開示の技法に従って構成されたＰＭＵＴスタックの実装形態の例を示す図である。本開示の技法に従って構成されたＰＭＵＴスタックの実装形態の例を示す図である。本開示の技法に従って構成されたＰＭＵＴスタックの実装形態の例を示す図である。本開示の技法に従って構成されたＰＭＵＴスタックの実装形態の例を示す図である。ＰＭＵＴの例示的な実装形態を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの一例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの一例を示す図である。機械層を有するＰＭＵＴの別の実装形態の断面説明図である。機械層を有するＰＭＵＴスタックのさらに別の実装形態の断面説明図である。基板上に形成された上部機械層および音響ポートを有するＰＭＵＴの断面説明図である。いくつかの実装形態によるＰＭＵＴのアレイの平面図である。様々な構成におけるＰＭＵＴアレイの例示的な断面立面図である。様々な構成におけるＰＭＵＴアレイの例示的な断面立面図である。様々な構成におけるＰＭＵＴアレイの例示的な断面立面図である。様々な構成におけるＰＭＵＴアレイの例示的な断面立面図である。ＰＭＵＴのための様々なアンカー構造構成の断面立面図である。ＰＭＵＴのための様々なアンカー構造構成の断面立面図である。ＰＭＵＴのための様々なアンカー構造構成の断面立面図である。ＰＭＵＴのための様々なアンカー構造構成の断面立面図である。ＰＭＵＴのための様々なアンカー構造構成の断面立面図である。ＰＭＵＴのための様々なアンカー構造構成の断面立面図である。ＰＭＵＴおよびアンカー構造の様々な幾何学的構成の上面図である。ＰＭＵＴおよびアンカー構造の様々な幾何学的構成の上面図である。ＰＭＵＴおよびアンカー構造の様々な幾何学的構成の上面図である。ＰＭＵＴおよびアンカー構造の様々な幾何学的構成の上面図である。ＰＭＵＴおよびアンカー構造の様々な幾何学的構成の上面図である。ＰＭＵＴおよびアンカー構造の様々な幾何学的構成の上面図である。ＰＭＵＴおよびアンカー構造の様々な幾何学的構成の上面図である。ＰＭＵＴおよびアンカー構造の様々な幾何学的構成の上面図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローのさらなる例を示す図である。電子回路を上記で説明したＰＭＵＴと統合するためのプロセスフローを示す図である。電子回路を上記で説明したＰＭＵＴと統合するためのプロセスフローを示す図である。電子回路を上記で説明したＰＭＵＴと統合するためのプロセスフローを示す図である。ＰＭＵＴ超音波センサアレイの様々な構成の断面図である。ＰＭＵＴ超音波センサアレイの様々な構成の断面図である。ＰＭＵＴ超音波センサアレイの様々な構成の断面図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す図である。

以下の説明は、本開示の革新的な態様を説明する目的のための特定の実装形態に向けられる。しかしながら、当業者は、本明細書の教示が多数の異なる方法において適用されることを容易に認識するであろう。説明される実施形態は、超音波センサを含む任意のデバイス、装置、またはシステムにおいて実施され得る。たとえば、説明される実施形態は、これだけに限らないが、モバイル電話、マルチメディアインターネット使用可能な携帯電話、モバイルテレビジョン受信機、ワイヤレスデバイス、スマートフォン、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ワイヤレス電子メール受信機、ハンドヘルドもしくは可搬型コンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマートブック、タブレット、プリンタ、複写機、スキャナ、ファクシミリデバイス、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機／ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレイヤ（ＭＰ３プレイヤなど）、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、時計、計算器、テレビジョンモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子的な読取りデバイス（たとえば、電子書籍リーダ）、モバイル健康デバイス、コンピュータモニタ、自動車ディスプレイ（走行距離計および速度計ディスプレイなどを含む）、コックピット制御部および／またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ（車両の後方視カメラのディスプレイなど）、電子写真、電子掲示板もしくは標示、プロジェクタ、アーキテクチャ構造、マイクロ波、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダもしくはプレイヤ、ＤＶＤプレイヤ、ＣＤプレイヤ、ＶＣＲ、ラジオ、可搬型記憶チップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機／乾燥機、パーキングメータ、パッケージング（微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）用途を含む電気機械システム（ＥＭＳ）用途、ならびに非ＥＭＳ用途など）、美的構造（宝石または衣服の１つに対する画像の表示など）、ならびに様々なＥＭＳデバイスなど、様々な電子デバイスに含まれる、または関連付けられ得ることが企図される。本明細書の教示はまた、これだけに限らないが、電子スイッチングデバイス、無線周波数フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、動き感知デバイス、磁気計、家庭用電子機器用の慣性構成要素、家庭用電子機器製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動方式、製造プロセス、および電子試験機器などの用途で使用することができる。したがって、これらの教示は、単に図に示されている実施形態に限定されることは意図されておらず、その代わりに、当業者には容易に明らかであるように、広範囲にわたる適用性を有している。

本開示のシステム、方法、およびデバイスは、各々、いくつかの革新的な態様を有し、そのうちの単独の１つが、本明細書に開示された所望の属性を単独で担当するものではない。本開示で説明される主題の１つの革新的な態様は、空洞上に配置された圧電層スタックと機械層とを含む多層スタックとして構成された圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）において実装される。空洞は、多層スタックの下部層内に形成され得、その上には、圧電層スタックが形成される。機械層は、圧電層スタックに近接して配置される。機械層は、空洞を封止し、圧電層スタックと一緒にアンカー構造によって支持され、空洞の上に膜を形成する。膜は、ＰＭＵＴが音響信号または超音波信号を受信または送信するとき、撓み運動と振動の一方または両方を受けるように構成され得る。アンカー構造は、下部層内に基板上で配置され得、下部層は、圧電スタック層と平行であり、犠牲材料の１つまたは複数の領域を含む。犠牲材料は、圧電層スタックの下に１つまたは複数の空洞を形成するために犠牲的に除去され得る。

いくつかの実装形態では、機械層は、面外曲げモードを可能にするために、多層スタックの中立軸が圧電層スタックの中立軸に対して、機械層に向かって変位するような厚さを有する。結果として、ＰＭＵＴスタックの中立軸は、基板と反対側の方向に圧電層から離れた距離であり得る。より具体的には、中立軸は、圧電層スタックおよび空洞の上にある、圧電層スタックとほぼ平行な平面内で、機械層を通過し得る。いくつかの実装形態では、ＰＭＵＴスタックの中立軸は、基板に向かう方向に圧電層から離れた距離であり得る。より具体的には、中立軸は、圧電層スタックの下にある、圧電層スタックとほぼ平行な平面内で、機械層を通過し得る。

本開示で説明される主題の１つの革新的な態様は、ディスプレイまたは超音波指紋センサアレイの背面の下に、そのそばに、それとともに、その上に、またはその上方に圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）要素の１次元アレイまたは２次元アレイを含む装置において実施され得る。

いくつかの実装形態では、ＰＭＵＴアレイは、複数の周波数範囲に対応するモードで動作するように構成可能であり得る。いくつかの実装形態では、たとえば、ＰＭＵＴアレイは、低周波数範囲（たとえば、５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ）に対応する低周波数モードで、または高周波数範囲（たとえば、１ＭＨｚ〜２５ＭＨｚ）に対応する高周波数モードで動作するように構成可能であり得る。高周波数モードで動作するとき、装置は、比較的より高い解像度で撮像することが可能であり得る。したがって、装置は、ディスプレイまたはセンサアレイの表面上に置かれた指などの物体から、タッチ、指紋、スタイラス、および生体情報を検出することが可能であり得る。そのような高周波数モードは、本明細書では、指紋センサモード、タッチモード、およびスタイラスモードと呼ばれることもある。

低周波数モードで動作するとき、装置は、装置が高周波数モードで動作しているときよりも、空気中への比較的大きい侵入が可能な音波を放射することが可能であり得る。そのような低周波数の音波は、カバーガラス、タッチスクリーン、ディスプレイアレイ、バックライト、または、超音波送信機とディスプレイもしくはセンサ表面との間に配置された他の層を含む、様々な上側層を介して送信され得る。いくつかの実装形態では、ポートは、ＰＭＵＴアレイから空気中への音響結合を最適化するために、上側層のうちの１つまたは複数を介して開かれ得る。低周波数音波は、ディスプレイまたはセンサ表面の上の空気中を送信され、表面の近くの１つまたは複数の物体から反射され、空気中を送信され、上側層を介して戻され、超音波受信機によって検出され得る。したがって、低周波数モードで動作するとき、装置は、ジェスチャ検出モードで動作することが可能であり得、ジェスチャ検出モードでは、ディスプレイの近くの自由空間ジェスチャが検出され得る。

代替的にまたは付加的に、いくつかの実装形態では、ＰＭＵＴアレイは、低周波数範囲と高周波数範囲との間の周波数範囲（たとえば、約２００ｋＨｚ〜約１ＭＨｚ）に対応する中周波数モードで動作する構成可能であり得る。中周波数モードで動作するとき、装置は、高周波数モードよりもいくぶん低い解像度を有するが、タッチセンサ機能を提供することが可能であり得る。

ＰＭＵＴアレイは、波面ビーム形成、ビーム操作、受信側ビーム形成、および／または戻ってきた信号の選択的読出しのためにアドレス可能であり得る。たとえば、個々の列、行、センサピクセル、および／またはセンサピクセルのグループは、個別にアドレス可能であり得る。制御システムは、平面状、円形、または円筒形の波面などの特定の形状の波面を生成するように送信機のアレイを制御し得る。制御システムは、所望の位置に強め合い干渉または弱め合い干渉を生成するように、送信機のアレイの振幅および／または位相を制御し得る。たとえば、制御システムは、タッチまたはジェスチャが検出された１つまたは複数の位置に強め合い干渉を生成するように、送信機のアレイの振幅および／または位相を制御し得る。

いくつかの実装形態では、ＰＭＵＴデバイスは、いくつかの例ではガラス基板またはプラスチック基板である同じ基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路で同時製造され（ｃｏ−ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ）得る。ＴＦＴ基板は、行および列アドレス指定電極と、マルチプレクサと、ローカル増幅段と、制御回路とを含み得る。いくつかの実装形態では、ドライバ段と感知段とを含むインターフェース回路は、ＰＭＵＴデバイスを励起し、同じデバイスからの応答を検出するために使用され得る。他の実装形態では、第１のＰＭＵＴデバイスは、音響送信機または超音波送信機として機能し得、第２のＰＭＵＴデバイスは、音響受信機または超音波受信機として機能し得る。いくつかの構成では、異なるＰＭＵＴデバイスは、（たとえば、ジェスチャ検出および指紋検出のための）低周波数動作および高周波数動作が可能であり得る。他の構成では、同じＰＭＵＴデバイスは、低周波数動作および高周波数動作のために使用され得る。いくつかの実装形態では、ＰＭＵＴは、シリコンウェハ内に製造された能動シリコン回路を有するシリコンウェハを使用して製造され得る。能動シリコン回路は、ＰＭＵＴまたはＰＭＵＴアレイを機能させるための電子装置を含み得る。

図２Ａ〜図２Ｄは、本開示の技法に従って構成されたＰＭＵＴスタックの実装形態の例を示す。図示の実装形態では、ＰＭＵＴ２００Ａは、圧電層スタック２１０の上に配置された機械層２３０を含む。圧電層スタック２１０は、それぞれ、圧電層１１５の下および上に配置された、関連する下部電極２１２と上部電極２１４とを有する圧電層２１５を含む。機械層２３０は、基板と反対側の圧電スタックの側に配置される。

機械層２３０は、空洞２２０と反対側の圧電層スタック２１０側の上方に配置され、圧電層スタック２１０と一緒に、空洞２２０の上方にドラム状の膜を形成し得る。膜は、ＰＭＵＴが音響信号または超音波信号を受信または送信するときに、撓み運動および／または振動を受けるように構成され得る。図２Ａに示す実装形態では、圧電層スタック２１０は、空洞２２０と機械層２３０との間にあるが、図１に示す構成では、ＰＭＵＴ１００の機械層１３０は、圧電層スタック１１０と空洞１２０との間にある。いくつかの実装形態では、機械層２３０は、圧電層スタックよりも実質的に厚くてもよい。

機械層２３０は、電気的に絶縁性の材料から製作され得、微細加工プロセスの終わりごろに、すなわち、圧電層スタック２１０および圧電層スタック２１０が上に配置される空洞２２０の形成およびパターン化後に堆積され得る。機械層２３０は、ＰＭＵＴスタックの中立軸２５０が圧電層スタック２１０の上方のある距離にあるような寸法および機械的特性を有するように構成され得る。より具体的には、中立軸２５０は、圧電層スタック２１０の上方の機械層２３０を含む平面内に配置される。機械層２３０は、空洞２２０および基板２６０と反対側の圧電層スタック２１０の側に近接していることがわかる。いくつかの実装形態では、中立軸２５０は、圧電層スタック２１０と実質的に平行な、機械層２３０に向かう方向に圧電層スタック２１０の中立軸から距離を開けて圧電層スタック２１０を通過する平面内に配置され得る。

圧電層を含む多くの多層微細構造デバイスについて、多層スタックの中立軸が圧電層の中立軸から離れていることが好ましい。たとえば、本開示のＰＭＵＴの機械層２３０は、多層スタックの中立軸２５０を圧電層２１０の中立軸から離れた距離にする。距離は、様々な層の厚さとそれらの弾性特性とによって決定され得、それらの弾性特性は、トランスデューサの共振周波数と性質係数要件とによって決定され得る。いくつかの実装形態では、中立軸２５０は、圧電層２１０の中立軸から離れた距離にあり得、機械層２３０に向かって変位され得るが、中立軸２５０は、圧電層内または圧電スタック内に依然として存在し得る。たとえば、機械層２３０は、多層スタックの面外曲げモードを可能にするような厚さを有し得る。いくつかの実装形態では、機械層２３０は、多層スタックが面外モード、たとえば、ピストンモードまたは基本モードにおいて主に励起されることを可能にするように構成され得る。面外モードは、たとえば、円形、正方形、または矩形のＰＭＵＴの中心において、空洞２２０に近接した多層スタックの部分（本明細書では、「解放部分」と呼ばれることもある）の変位を引き起こし得る。いくつかの実装形態では、中立軸２５０の変位は、ｄ_３１モードまたはｅ_３１モードにおけるトランスデューサ動作を許可し、これらのモードでは、変換領域における膜の多層スタックの中立軸は、スタック内の活性圧電材料の中立軸からオフセットされ得る。

以下でより詳細に説明するように、機械層２３０は、空洞２２０を封止するカプセル化層を提供するように構成され得る。加えて、機械層２３０は、圧電層スタック２１０の電極のためのパッシベーション層として機能し得る。機械層２３０の材料特性、厚さ、および内部応力の賢明な選択によって、特定のトランスデューサパラメータが改善され得る。たとえば、様々な層内の残留応力から結果として生じ得る、共振周波数、静的および動的な撓み、音響圧力出力、ならびに膜の形状（弓）は、機械層２３０を適切に構成することによって調整され得る。

いくつかの実装形態では、機械層２３０は、トランスデューサの製造後に電気回路を構築するための音響結合層の装着のための平坦化を提供するように、および／または、圧電層スタック２１０に対する容量デカップリングのための機械層２３０の上部に追加のルーティング層を作成するために絶縁層を設けるように構成され得る。

いくつかの実装形態では、機械層２３０は、ＰＭＵＴスタックの一部の総厚を減少させる凹部を含み得る。凹部および凹部特徴部のサイズおよび幾何学的形状は、共振周波数、静的および動的な撓み、音響圧力出力、機械的性質係数（Ｑ）、ならびに膜の形状（弓）などのトランスデューサのパラメータに影響を及ぼすように設計され得る。図２Ｂは、機械層２３０の上側部分内に形成された凹部２３２を有するＰＭＵＴ構造の断面図を示し、ここで、機械層は、局所的に薄くされる。図示の実装形態では、凹部２３２は、ＰＭＵＴ２００Ｂの機械層２３０の中央領域内に形成される。

中立軸２５０は、凹部２３２に近接する空洞２２０に向かって下方に移動することが観察され得る。凹部２３２は、ダイアフラムの中心近くの円形ＰＭＵＴダイアフラム内に部分的に形成された円もしくはリング、または、円形ダイアフラムの周辺部の近くに形成された角のあるトレンチまたは角のあるトレンチの一部などの、実質的に対照的な特徴部を含み得る。いくつかの実装形態では、凹部２３２は、正方形または矩形のＰＭＵＴダイアフラムの中心の近くで機械層２３０内に形成された正方形または矩形の特徴部を含み得る。いくつかの実装形態では、凹部２３２は、正方形、矩形、または円形のダイアフラムの周辺部近くに形成された狭い矩形、局所トレンチ、または、スロットなどの特徴部を含み得る。いくつかの実装形態では、一連の半径方向スロットは、中央のまたは周辺の凹部特徴部と組み合わされ得る。いくつかの実装形態では、凹部または凹部特徴部は、機械層２３０を介して部分的または実質的にエッチングし、下にある圧電層スタック２１０上で停止することによって形成され得る。いくつかの実装形態では、凹部２３２および／またはその特徴部は、たとえば、エッチング時間に基づいて、機械層２３０内に形成され得る。いくつかの実装形態では、機械層２３０は、２つ以上の堆積された層を含み得、堆積された層のうちの１つは、製造中に凹部および凹部特徴部の正確な画定を可能にするエッチング停止層またはバリア層として機能し得る。

図２Ｃは、本開示の技法に従って構成されたＰＭＵＴスタックの実装形態の別の例を示す。図示の実装形態では、ＰＭＵＴ２００Ｃの機械層２３０は、空洞２２０の上でかつ圧電層スタック２１０の下に配置される。したがって、機械層２３０は、空洞２２０および基板２６０に面する圧電層スタック２１０の側の下に配置される。圧電層スタック２１０と一緒に、機械層２３０は、空洞２２０の上方にドラム状の膜またはダイアフラムを形成し得、ドラム状の膜またはダイアフラムは、ＰＭＵＴが音響信号または超音波信号を受信または送信するときに、撓み運動および／または振動を受けるように構成される。いくつかの実装形態では、機械層２３０は、圧電層スタックよりも実質的に厚くてもよい。

以下でより詳細に説明するように、機械層２３０は、空洞２２０を封止するカプセル化層を提供するように構成され得る。機械層２３０の材料特性、厚さ、および内部応力の賢明な選択によって、特定のトランスデューサパラメータが改善され得る。たとえば、様々な層内の残留応力から結果として生じ得る、共振周波数、静的および動的な撓み、音響圧力出力、ならびに膜の形状（弓）は、機械層２３０を適切に構成することによって調整され得る。

いくつかの実装形態では、機械層２３０は、ＰＭＵＴスタックの一部の総厚を減少させる凹部を含み得る。凹部および凹部特徴部のサイズおよび幾何学的形状は、共振周波数、静的および動的な撓み、音響圧力出力、機械的性質係数（Ｑ）、ならびに膜の形状（弓）などのトランスデューサのパラメータに影響を及ぼすように設計され得る。図２Ｄは、機械層２３０の下側部分内に形成された凹部２３２を有するＰＭＵＴ構造の断面図を示し、ここで、機械層２３０は、局所的に薄くされる。図示の実装形態では、凹部２３２は、ＰＭＵＴ２００Ｄの機械層２３０の中央領域内に形成される。

凹部２３２は、ダイアフラムの中心近くの円形ＰＭＵＴダイアフラム内に部分的に形成された円もしくはリング、または、円形ダイアフラムの周辺部の近くに形成された角のあるトレンチまたは角のあるトレンチの一部などの、実質的に対照的な特徴部を含み得る。いくつかの実装形態では、凹部２３２は、正方形または矩形のＰＭＵＴダイアフラムの中心の近くで機械層２３０内に形成された正方形または矩形の特徴部を含み得る。いくつかの実装形態では、凹部２３２は、正方形、矩形、または円形のダイアフラムの周辺部近くに形成された狭い矩形、局所トレンチ、または、スロットなどの特徴部を含み得る。いくつかの実装形態では、一連の半径方向スロットは、中央のまたは周辺の凹部特徴部と組み合わされ得る。いくつかの実装形態では、凹部または凹部特徴部は、機械層２３０および圧電層スタック２１０の堆積の前に、下にある犠牲層（図示せず）を介して部分的にエッチングすることによって形成され得る。いくつかの実装形態では、凹部２３２および／またはその特徴部は、エッチング時間に基づいて、下にある犠牲層内に部分的にエッチングすることによって形成され得る。いくつかの実装形態では、犠牲層は、２つ以上の堆積された層のスタックを含み得、堆積された層のうちの１つは、犠牲層の局所的な隆起部が機械層２３０および圧電層スタック２１０の堆積の前に形成されることを可能にし得、堆積された層のうちの１つは、製造中に凹部および凹部特徴部の正確な画定を可能にするエッチング停止層またはバリア層として機能し得る。いくつかの実装形態では、機械層２３０の上面は、圧電層スタック２１０を形成する前に平坦化され得る。たとえば、機械層２３０は、化学機械平坦化とも呼ばれる化学機械研磨（ＣＭＰ）で平坦化され得る。

本開示の技法のよりよい理解は、次に図３を参照することによって得られ得る。図３は、ＰＭＵＴの例示的な実装形態を示す。図示のＰＭＵＴ３００は、空洞３２０ｉの上に配置された圧電層スタック３１０を含む。以下でより詳細に説明するように、空洞３２０ｉは、１つまたは複数の放出穴３２０ｏを介するアンカー構造３７０内に形成された犠牲層の除去によって形成され得る。アンカー構造３７０は、以下でより詳細に説明するように、基板３６０上に堆積され得る。スケーラビリティのために、これらの構造は、ＩＣ産業、ＭＥＭＳ産業、およびＬＣＤ産業で一般的なプロセスを使用して製作されることが好ましい。

図示の実装形態では、圧電層スタック３１０は、下部電極３１２と上部電極３１４との間に配置された圧電層３１５を含む。機械層３３０は、空洞３２０ｉと反対側の圧電層スタック３１０の上方に配置され、圧電層スタック３１０と一緒に、空洞３２０ｉの上方にドラム状の膜またはダイアフラムを形成し得、ドラム状の膜またはダイアフラムは、ＰＭＵＴが音響信号または超音波信号を受信または送信するときに、撓み運動および／または振動を受けるように構成される。いくつかの実装形態では、機械層３３０は、中立軸３５０が圧電層スタック３１０の実質的に外部（上方）に配置されるように構成され得る。有利には、機械層３３０は、ＰＭＵＴ３００のための追加の構造的支持も提供しながら、図３の断面Ｂ−Ｂに示すように、１つまたは複数の放出穴３２０ｏを封止し、外部の液体および気体から空洞３２０ｉを隔離するカプセル化層として機能し得る。

図４Ａおよび図４Ｂは、ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの一例を示す。図示の例では、ステップＳ４０１において、アンカー構造４７０の第１の層部分４７２が基板３６０上に堆積される。第１の層部分４７２は、酸化物バッファ層と呼ばれることもある。いくつかの実装形態では、酸化物バッファ層４７２は、約５００Å〜約３００００Åの範囲内の厚さを有する二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層であり得る。たとえば、一実装形態では、酸化物バッファ層４７２の厚さは、約５０００Åである。基板３６０は、ガラス基板、シリコンウェハ、または他の適切な基板材料であり得る。

図示の例では、ステップＳ４０２において、犠牲領域４２５ｉおよび４２５ｏが、犠牲材料の犠牲層４２５を酸化物バッファ層４７２上に最初に堆積させることによって形成され得、犠牲材料は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、またはａ−Ｓｉとｐｏｌｙ−Ｓｉの組合せを含み得る。代替的には、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ポリエチレンカーボネート（ＰＥＣ）、ポリプロピレンカーボネート（ＰＰＣ）、またはポリノルボルネン（ＰＮＢ）などの他の犠牲層材料が使用され得る。ステップＳ４０２はまた、犠牲領域４２５ｉおよび４２５ｏを形成するために犠牲層４２５をパターン化し、エッチングするステップを含み得る。内側犠牲領域４２５ｉは、図３の空洞３２０ｉに対応する入りに配置され得、外側犠牲領域４２５ｏは、放出穴３２０ｏに対応する位置に配置され得る。犠牲材料層（図示せず）の１つまたは複数の放出チャネルまたは放出ビアは、外側犠牲領域４２５ｏを内側犠牲領域４２５ｉに接続し得る。ＰＥＣ、ＰＰＣ、またはＰＮＢを使用するいくつかの実装形態では、これらの犠牲材料が、いくぶん透過性の上にある層を介して拡散し得る、二酸化炭素（ＣＯ_２）、単原子水素もしくは二原子水素、または単原子酸素もしくは二原子酸素のようなガス状副生成物を生成するように熱分解され得る場合、放出チャネルまたは放出ビアは、ＰＭＵＴ内の下にある空洞を形成するために必要とされないことがある。いくつかの実装形態では、犠牲層４２５は、約５００Å〜約２００００Åの範囲内の厚さを有する。たとえば、一実装形態では、犠牲層４２５の厚さは、約１００００Åである。

図示の例では、ステップＳ４０３において、アンカー構造４７０のアンカー部分４７４は、犠牲領域４２５ｉおよび４２５ｏを取り囲むように酸化物バッファ層４７２上に堆積される。いくつかの実装形態では、アンカー部分４７４は、約７５０Å〜２２０００Åの範囲内の厚さを有するＳｉＯ_２層であり得る。たとえば、一実装形態では、アンカー部分４７４の厚さは、約１２０００Åである。堆積に続いて、アンカー部分４７４は、オプションで、堆積された層の上部を平坦化するために化学機械平坦化（ＣＭＰ）を受け得る。代替的には、または加えて、アンカー部分４７４は、化学的方法、プラズマ方法、または他の材料除去方法で薄くされ得る。

図示の例では、ステップＳ４０４において、圧電層スタック４１０がアンカー構造４７０上に形成される。より具体的には、いくつかの実装形態では、一連の堆積プロセスは、結果として、アンカー構造４７０ならびに犠牲領域４２５ｉおよび４２５ｏ上に堆積された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、または他の適切なエッチング耐性層の第１の層（または「バリア層」）４１１と、バリア層４１１上に堆積されたモリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、または他の適切な導電性材料の下部電極層４１２と、下部電極層４１２上に堆積されたＡｌＮ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）、または他の適切な圧電材料などの圧電層４１５と、圧電層４１５上に堆積されたＭｏ、Ｐｔ、または他の適切な導電層の上部電極層４１４とをもたらす。いくつかの実装形態では、バリア層４１１は、約３００Å〜１０００Åの範囲内の厚さを有し得る。たとえば、一実装形態では、バリア層４１１の厚さは、約５００Åである。いくつかの実装形態では、下部電極層４１２は、約１０００Å〜３００００Åの範囲内の厚さを有し得る。たとえば、一実装形態では、下部電極層４１２の厚さは、約１０００Åである。いくつかの実装形態では、圧電層４１５は、約１０００Å〜３００００Åの範囲内の厚さを有し得る。たとえば、一実装形態では、活性圧電層４１５の厚さは、約１００００Åである。いくつかの実装形態では、上部電極層４１４は、約１０００Å〜３００００Åの範囲内の厚さを有し得る。たとえば、一実装形態では、上部電極層４１４の厚さは、約１０００Åである。第１の層またはバリア層４１１は、いくつかの実装形態では、後続の下部電極層および／または圧電層の堆積のためのシード層として機能し得る。

ステップＳ４０４に続いて、一連のパターン化動作および形成動作は、圧電層スタック４１０内に含まれる様々な層を所望の幾何学的構成で選択的に露出させるように実行され得る。図示の例では、ステップＳ４０５において、モリブデンの上部電極層４１４は、圧電層４１５の選択された領域を露出させるようにパターン化およびエッチングを受け得る。ステップＳ４０６において、ＡｌＮまたは他の圧電材料の圧電層４１５は、下部電極層４１２の選択された領域を露出させるようにパターン化およびエッチングを受け得る。ステップＳ４０７において、モリブデンの下部電極層４１２は、バリア層４１１の選択された領域を露出させるようにパターン化およびエッチングを受け得る。

図示の例では、ステップＳ４０８において、絶縁層４１６が、ステップＳ４０４〜Ｓ４０７の前のマスキング動作およびエッチング動作の間に露出された上部電極層４１４および他の表面上に堆積され得る。いくつかの実装形態では、絶縁層４１６は、たとえば、ＳｉＯ_２であり得、約３００Å〜５０００Åの範囲内の厚さを有し得る。たとえば、一実装形態では、絶縁層４１６の厚さは、約７５０Åである。ステップＳ４０８はまた、上部電極層４１４、下部電極層４１２、および外側犠牲領域４２５ｏの選択された領域を露出させるように絶縁層４１６をパターン化し、エッチングするステップを含み得る。ＰＥＣ、ＰＰＣ加えて、またはＰＮＢなどの熱分解可能な犠牲材料を使用するいくつかの実装形態では、絶縁層４１６をパターン化し、エッチングするステップは、任意の外側犠牲領域４２５ｏを露出させる必要はない。

図示の例では、ステップＳ４０９において、金属相互接続層４１８が、ステップＳ４０８の前のマスキング動作およびエッチング動作の間に露出された表面上に堆積され得る。相互接続層４１８は、たとえば、アルミニウムであり得、約１０００Å〜５００００Åの範囲内の厚さを有し得る。たとえば、一実装形態では、相互接続層４１８の厚さは、約１０００Åである。ステップＳ４０９はまた、絶縁層４１６および外側犠牲領域４２５ｏの選択された領域を露出させるように相互接続層４１８をパターン化し、エッチングするステップを含み得る。熱分解可能な犠牲材料を使用する実装形態では、相互接続層４１８をパターン化し、エッチングするステップは、任意の外側犠牲領域４２５ｏを露出させる必要はない。

図示の例では、ステップＳ４１０において、内側犠牲領域４２５ｉおよび外側犠牲領域４２５ｏを形成するためにステップＳ４０２において堆積された犠牲材料は、除去され得、それによって放出穴４２０ｏおよび空洞４２０ｉを形成する。内側犠牲領域４２５ｉ、外側犠牲領域４２５ｏ、および、外側犠牲領域４２５ｉと外側犠牲領域４２５ｏとの間の放出チャネルを接続する１つまたは複数の接続放出チャネルからの犠牲材料の除去は、放出穴４２０ｏを介して行われ得る。たとえば、ａ−Ｓｉ／ＰｏｌｙＳｉ犠牲層４２５は、犠牲材料をエッチング液、たとえば、二フッ化キセノン（ＸｅＦ_２）に曝すことによって除去され得る。外側犠牲領域４２５ｏを内側犠牲領域４２５ｉに結合する放出チャネルまたはビアを設けることによって、内側犠牲領域４２５ｉの犠牲材料の実質的にすべてが、１つまたは複数の放出穴４２０ｏを介して除去され得る。熱分解可能な犠牲材料を使用するいくつかの実装形態では、基板の温度を分解温度（たとえば、ＰＥＣについて約２００度、ＰＮＢについて約４２５度）まで上昇させることは、犠牲材料を選択的に除去し得、分解中、ガス状副生成物が、上にある層を介して拡散する、または任意の露出された放出チャネルもしくはビアを介して発散する。

図示の例では、ステップＳ４１１において、機械層４３０が、ステップ４０９の前のマスキング動作およびエッチング動作の間に露出された表面上に堆積され得る。機械層４３０は、ＳｉＯ^２、ＳｉＯＮ、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、他の誘電体材料、または誘電体材料もしくは層の組合せを含み得る。機械層４３０は、約１０００Å〜５００００Åの範囲内の厚さを有し得る。たとえば、一実装形態では、機械層４３０の厚さは、約２００００Åである。ステップＳ４０９はまた、所望のプロファイルを達成するように機械層４３０をパターン化し、エッチングするステップを含み得る。図４Ａ〜図４Ｂに示すように、機械層４３０は、放出穴４２０ｏを機械的に封止（カプセル化）するように構成され得る。結果として、ステップＳ４１１における機械層４３０の堆積は、カプセル化された空洞４２０ｉと周囲環境との間の実質な程度の隔離を提供し得る。機械層４３０はまた、上部電極層４１４および他の露出された層の上のパッシベーション層として機能し得る。熱分解可能な犠牲材料を使用する実装形態では、機械層４３０の堆積は、下にある空洞４２０ｉを封止または他の方法でカプセル化するために必要とされないことがある。

図５Ａは、機械層を有するＰＭＵＴの別の実装形態の断面説明図を示す。図示の実装形態では、ＰＭＵＴ５００Ａは、シリコンウェハまたはガラス基板などの基板５６０上にアンカー構造５７０を形成することによって形成される。下部電極層５１２と、圧電層５１５と、上部電極層５１４とを含む圧電層スタック５１０は、アンカー構造５７０上に形成される。圧電層スタック５１０の一部は、犠牲層（図示せず）を選択的に除去し、圧電層スタック５１０と基板５６０との間に空洞５２０を形成するために、たとえば、犠牲エッチング液を使用して基板５６０から除去され得る。空洞領域内の犠牲層の部分は、ＰＭＵＴ５００Ａの圧電層スタック５１０の中央部分を通って延びる中央放出穴５２２を介してアクセスされ得る。代替的には、上記で説明したような１つまたは複数の放出穴および放出チャネルは、空洞５２０を形成するために犠牲材料除去のために使用され得る。機械層５３０は、圧電層スタック５１０上に配置され得、または圧電層スタック５１０上に他の方法で堆積され得る。機械層５３０は、放出穴５２２のための封止層として機能し得る。機械層５３０は、圧電層スタック５１０と一緒に、ＰＭＵＴが音響信号または超音波信号を受信または送信するときに撓み運動および／または振動を受けるように構成された、空洞５２０の上方のドラム状の膜を形成し得る。中立軸５５０は、機械層５３０を通過し、空洞５２０の反対側において圧電層スタック５１０の上に配置される。いくつかの実装形態では、中立軸５５０は、圧電層スタック５１０に実質的に平行な、機械層５３０に向かう方向に圧電層スタック５１０の中立軸から距離を開けて圧電層スタック５１０を通過する平面内に配置され得る。

いくつかの実装形態では、機械層５３０は、圧電層スタック５１０の露出された上面に機械層５３０を積層する、粘着する、または他の方法で結合することによって付着され得る。たとえば、機械層５３０は、ＳＵ８、ポリイミド、感光性シリコーン誘電体フィルム、ベンゾシクロブテンもしくはＢＣＢなどのシクロテンポリマーフィルム、ドライレジストフィルム、または感光性材料などの、厚いパターン化可能フィルムを含み得る。代替的には、機械層５３０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シリコーン、エラストマ材料、または他の適切な材料などのプラスチックの積層層を含み得る。機械層５３０は、接着剤層または他の接続層で積層または他の方法で結合され得る。接着剤の例は、シリコーン、ポリウレタン、熱可塑性樹脂、エラストマ系接着剤、熱硬化型接着剤、ＵＶ硬化接着剤、熱硬化接着剤、ホットメルト接着剤、フェノール樹脂、１液型エポキシおよび２液型エポキシ、シアノアクリレート、アクリル、アクリレート、ポリアミド、コンタクト接着剤、および感圧接着剤（ＰＳＡ）を含む。機械層５３０は、圧電層スタックに直接または間接的に、堆積、被覆、積層、接着、または他の方法で結合され得、たとえば、２ミクロン未満から５００ミクロンを超えるまでの広い範囲の厚さを有し得る。

図５Ｂは、機械層を有するＰＭＵＴスタックのさらに別の実装形態の断面説明図を示す。図示の実装形態では、ＰＭＵＴ５００Ｂの機械層５３０は、空洞５２０および基板５６０の反対側で圧電層スタック５１０の上に配置された堆積された下部機械層５３０ａに積層または他の方法で取り付けられ得る上部機械層５３０ｂを含む。下部機械層５３０ａは、上記で説明したように、１つまたは複数の堆積された層を含み得る。１つまたは複数の放出穴５２２は、空洞５２０を形成するために犠牲材料の除去を可能にするために、下部機械層５３０ａ内および下にある圧電層スタック５１０内に形成され得る。図示の実装形態では、放出穴５２２は、下部機械層５３０ａの露出された上面上への上部機械層５３０ｂの取付けの際に封止され得る。結果として、上部機械層５３０ｂは、放出穴５２２のための封止層として機能し得る。中立軸５５０は、個々の層の厚さおよび弾性率に応じて、下部機械層５３０ａまたは上部機械層５３０ｂのいずれかを通過し得る。放出穴５２２の近くの領域では、中立軸５５０の中央部分は、中立軸の残りの部分よりも空洞５２０から遠い位置に配置され得る。

図５Ｃは、上部機械層と、基板内に形成された音響ポートとを有するＰＭＵＴの断面説明図を示す。音響ポート５８０は、圧電層スタック５１０の下の基板５６０内に形成され得る。音響ポート５８０は、ＰＭＵＴ５００Ｃと基板５６０の裏面との間の音響結合を提供するように構成され得る。音響ポート５８０の断面寸法は、圧電層スタック５１０と音響ポート５８０との間の空洞５２０の寸法と実質的に同じであってもよく、それよりも大きくてもよく、またはそれよりも小さくてもよい。空洞５２０は、空洞領域内の犠牲材料の除去によって、音響ポート５８０の形成の前または後に形成され得る。機械層５３０は、圧電層スタック５１０上に配置され得る。多層スタックの中立軸５５０は、機械層５３０を通過し得、空洞５２０および音響ポート５８０と反対の方向に圧電層スタック５１０からある距離だけ分離され得る。音響ポート５８０は、ＰＭＵＴ５００Ｃから基板５６０の外部の領域への超音波または音波の送信を可能にし得る。同様に、音響ポート５８０は、基板５６０の外部の領域からのＰＭＵＴ５００Ｃによる超音波または音波の受信を可能にする。

図５Ａ〜図５Ｃは、個々のＰＭＵＴおよびＰＭＵＴスタックの実装形態を示すが、機械層５３０は、個々のＰＭＵＴスタックを越えて延び得、１つまたは複数の隣接するＰＭＵＴを覆い得る。図６Ａは、いくつかの実装形態によるＰＭＵＴのアレイの平面図を示す。各ＰＭＵＴ６００は、ＰＭＵＴアレイ６００Ａ内の２つ以上のＰＭＵＴ６００の上およびそれらの間に延在する結合機械層６３０を有する共通基板６６０上に構成される。機械層６３０の結合部分は、音響結合層として機能し得る。１つの動作モードでは、アレイ内のＰＭＵＴ６００は、機械層６３０の上面から準平面波を生成し、送信するように同時に作動され得る。いくつかの実装形態では、機械層６３０は、隣接するＰＭＵＴ間で連続的である。いくつかの実装形態では、機械層６３０は、ＰＭＵＴ６００の周辺部と整列するように、または、金属ボンドパッドなどの機械層６３０の下にある１つまたは複数の層の部分を選択的に露出させるように、パターン化され、ダイシングされ、スライスされ、切断され、または他の方法で形成され得る。図６Ａに示す実装形態は、円形ＰＭＵＴ６００のアレイを含むが、正方形ＰＭＵＴまたは矩形ＰＭＵＴなどの他の形状は、本開示の企図の範囲内である。たとえば、いくつかの実装形態では、六角形ＰＭＵＴが企図され得、それによって、単面積あたりのピクセル数の点からパッキング密度の増加が得られ得る。ＰＭＵＴ６００のアレイは、図６Ａに示すように、正方形アレイまたは矩形アレイとして構成され得る。いくつかの実装形態では、アレイは、三角形アレイまたは六角形アレイなどの、ＰＭＵＴ６００の互い違いの行または列を含み得る。

図６Ｂ〜図６Ｅは、様々な構成におけるＰＭＵＴアレイの例示的な断面立面図を示す。ＰＭＵＴアレイ６００Ｂは、基板６６０上に配置されたＰＭＵＴ６００のアレイを含む。上部機械層６３０は、接着剤層６３２などで、ＰＭＵＴ６００のアレイの上面に積層され、結合され、または他の方法で取り付けられ得る。各ＰＭＵＴ６００の撓み運動および／または振動は、機械層６３０の部分を屈曲させ、曲げ、圧縮させ、または拡張させ得る。いくつかの実装形態では、ＰＭＵＴアレイ６００Ｂ内のＰＭＵＴ６００の同期振動は、実質的に平面状の超音波を上にかつ機械層６３０を介して発射し得る。いくつかの実装形態では、機械層６３０は、送信側ビーム整形用途に有用であり得る制御された波面を有する音波または超音波を発射するように、下にあるＰＭＵＴ６００の制御された作動で屈曲させ、曲げ得る。いくつかの実装形態では、機械層６３０を通って戻ってくる超音波は、下にあるＰＭＵＴ６００の撓み運動および／または振動を生じさせ得、それに応じて検出され得る。いくつかの実装形態では、機械層６３０は、音響結合媒体として機能し得る。いくつかの実装形態では、機械層６３０は、ＰＭＵＴ６００内の空洞を機械的にカプセル化し得る、または他の方法で封止し得るカプセル化層として機能し得る。機械層６３０は、たとえば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの、ポリマーまたはプラスチックの層を含み得る。接着剤層６３２は、エポキシ、ＵＶ硬化材料、感圧接着剤（ＰＳＡ）、または機械層６３０をＰＭＵＴアレイ６００Ｂ内のＰＭＵＴ６００に結合する他の適切な接着剤材料の薄い層を含む。

図６Ｃは、基板６６０上に配置された機械層６３０とＰＭＵＴ６００のアレイとを覆う、カバーガラス、筐体、囲壁、ボタンカバー、またはプラテン６９０の一部で構成されたＰＭＵＴアレイ６００Ｃを示す。接着剤層６３２および６３４は、機械層６３０をＰＭＵＴ６００および上にあるプラテン６９０に機械的に接続し得る。いくつかの実装形態では、機械層６３０は、超音波指紋センサ、タッチセンサ、超音波タッチパッド、スタイラス検出、生体情報センサ、または他の超音波デバイスで使用するためのＰＭＵＴ６００のアレイと上にあるプラテン６９０との間の音響結合を提供し得る。ポリマー被覆などの音響インピーダンス整合層６９２は、カバーガラスまたはプラテン６９０の外面上に堆積、スクリーニング、塗布、接着、または他の方法で配置され得る。音響整合層６９２は、耐擦傷性被覆として機能し得る。機械層６３０のさらなる説明は、上記の図６Ｂに関して提供される。

図６Ｄは、マイクロピラー６３６のアレイを介してＰＭＵＴ６００のアレイに結合された機械層６３０を有するＰＭＵＴアレイ６００Ｄを示す。マイクロピラー６３６は、ＰＭＵＴ６００と上にある機械層６３０との間の機械的結合および音響結合を提供する。マイクロピラー６３６は、ＰＭＵＴ６００によって生成された音波または超音波が隣接するＰＭＵＴ６００の間のいくらかのレベルの音響的分離を伴って導波路を通って進むことを可能にする音響導波路として機能し得る。同様に、マイクロピラー６３６は、超音波送信機または超音波受信機のいずれかとして機能し得るＰＭＵＴ６００に超音波を戻すように導くことができる音響導波路として機能し得る。いくつかの実装形態では、マイクロピラー６３６はＰＭＵＴアレイ６００Ｄ内の各ＰＭＵＴ６００の周辺部と実質的に整列する、実質的に正方形、矩形、または円形の断面であり得、各マイクロピラー６３６は、隣接するマイクロピラー６３６から間隙によって分離される。いくつかの実装形態では、マイクロピラー６３６は、フォトレジストまたはフォトイメージャブルポリマー積層体（たとえば、ＳＵ−８ネガティブ作用フォトレジスト、感光性シリコーン誘電体フィルム、またはシクロテンポリマーフィルムの層）などの光パターン化可能ポリマーから形成され得る。たとえば、マイクロピラー６３６を形成するために、ネガティブフォトレジストまたはポジティブフォトレジストの比較的厚い層が、基板６６０上のＰＭＵＴ６００の上面に塗布され、乾燥され、適切なフォトマスクでパターン化され、現像され、焼成され得る。いくつかの実装形態では、ドライレジストフィルムとしても知られるドライレジスト光パターン化可能フィルムが、ＰＭＵＴ６００のアレイと整列され、ＰＭＵＴ６００のアレイに取り付けられる前に、予めパターン化され得る。ドライレジストフィルムは、酢酸塩、ＰＣ、ＰＩ、またはＰＥＴなどの、比較的不活性な裏打ち層上に感光性材料の層を有し得る。いくつかの実装形態では、機械的結合および音響結合を提供するために、接着促進剤層または接着剤層６３２が、マイクロピラー６３６と下にあるＰＭＵＴ６００との間に配置され得る。いくつかの実装形態では、ドライレジストフィルムのための裏打ち層は、除去され得る。代替的には、ドライレジストフィルムのための裏打ち層は、保持され、機械層６３０として機能し得る。１つまたは複数のＰＭＵＴ６００上にフォトリソグラフィによって形成された音響導波路（たとえば、マイクロピラー６３６）は、基板上に配置された、またはＰＭＵＴアレイ内に構成されたＰＭＵＴのための緊密な整列および幾何学的画定能力を有する低コストのバッチプロセスを提供し得る。いくつかの実装形態では、カバーガラスまたはプラテンの取付け前にＰＭＵＴトポロジを平坦化しながら、ＰＭＵＴ６００に関連する複数の放出穴を覆うテントとして、ポリマー積層体が使用され得る。

図６Ｅは、指紋センサアレイとして機能する、マイクロピラー６３６のアレイとプラテン６９０とを有するＰＭＵＴアレイ６００Ｅを示す。音響整合層６９２は、カバーガラスまたはプラテン６９０の外面上に配置され得る。基板６６０上のＰＭＵＴアレイ６００Ｅ内のＰＭＵＴ６００は、超音波６６４を生成し、送信し得、超音波６６４は、マイクロピラー６３６を介し、オプションの機械層６３０を介し、プラテン６９０内に伝播する。超音波６６４の一部は、プラテン６９０または音響整合層６９２と、プラテン６９０の外面と接触して置かれたユーザの指の指紋の隆線および谷線などの、上にある物体との間の音響不整合に部分的に依存する振幅で、プラテン６９０の外面または音響整合層６９２の外面から反射し戻り得る。反射された波は、音響整合層６９２およびプラテン６９０を介し、オプションの機械層６３０およびマイクロピラー６３６を介して戻って進み、下にあるＰＭＵＴ６００によって検出され得る。接着剤層６３２および６３４は、ＰＭＵＴアレイ６００Ｅの様々な層を互いに機械的および音響的に結合するように機能し得る。

図７Ａ〜図７Ｆは、ＰＭＵＴ７００のための様々なアンカー構造構成の断面立面図を示す。図７Ａは、基板７６０と、機械層７３０が上に形成された圧電層スタック７１０との間に配置された周辺アンカー構造７７０を示す。機械層７３０は、圧電層スタック７１０と一緒に、空洞７２０の上方にドラム状の膜またはダイアフラムを形成し得、ＰＭＵＴが音響信号または超音波信号を受信または送信するときに撓み運動および／または振動を受けるように構成され得る。図示の実装形態では、機械的中立軸７５０は、機械層７３０を通過し、圧電層スタック７１０および空洞７２０の上を通る。いくつかの実装形態では、中立軸７５０は、面外曲げモードを可能にするために、圧電層スタック７１０の中立軸に対して、圧電層スタック７１０の上方に配置された機械層７３０に向かって変位され得る。

図７Ｂは、圧電層スタック７１０と基板７６０との間に配置された中央アンカー構造７７０を示す。図７Ｃは、中央放出穴７２２を有する周辺アンカー構造７７０の変形を示す。図７Ｃに示す構成は、代替的に１対の片持ち（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ）ＰＭＵＴ７００を表し得る。図７Ａ〜図７Ｆ中の垂直の両矢印は、ＰＭＵＴ７００の開放された部分が対応する矢印によって示される方向に振動または他の方法で変形するように駆動され得る、面外曲げモードなどの１つの動作モードを表す。図７Ｄは、機械層７３０が圧電層スタック７１０と空洞７２０との間に配置され、基板７６０と圧電層スタック７１０との間に配置された周辺アンカー構造７７０を有するＰＭＵＴ７００を示す。多層スタックの機械的中立軸７５０は、１つまたは複数の面外曲げモードを可能にするために、下にある空洞７２０および基板７６０に向かう方向に圧電層スタック７１０の中立軸に対して変位され得る。図７Ｅは、機械層７３０が圧電層スタック７１０と空洞７２０との間に配置され、圧電層スタック７１０と基板７６０との間に配置された中央アンカー構造７７０を有するＰＭＵＴ７００を示す。図７Ｄ中のＰＭＵＴ７００と同様に、多層スタックの機械的中立軸７５０は、圧電層スタック７１０の中立軸から空洞７２０および基板７６０に向かって変位され得る。図７Ｆは、中央放出穴７２２を有する周辺アンカー構造７７０を有するＰＭＵＴ７００を示す。代替的には、図７Ｆに示す構成は、１対の片持ちＰＭＵＴ７００を表し得る。機械層７３０は、圧電層スタック７１０と空洞７２０との間に配置される。多層スタックの機械的中立軸７５０は、圧電層スタック７１０の中心から下にある空洞７２０および基板７６０に向かって変位され得る。

図８Ａ〜図８Ｈは、ＰＭＵＴおよびアンカー構造の様々な幾何学的構成の上面図を示す。円形機械層８３０と周辺アンカー構造８７０とを有する円形ＰＭＵＴ８００が、図８Ａに示されている。円形機械層８３０と中央アンカー構造８７０とを有する円形ＰＭＵＴ８００が、図８Ｂに示されている。図８Ｃおよび図８Ｄは、それぞれ、周辺アンカー構造８７０および中央アンカー構造８７０を有する正方形ＰＭＵＴ８００を示す。図８Ｅおよび図８Ｆは、それぞれ、周辺アンカー構造８７０および中央アンカー構造８７０を有する長い矩形ＰＭＵＴ８００を示す。図８Ｇは、１対の側面アンカー構造８７０を有する矩形ＰＭＵＴ８００を示す。図８Ｈは、側面アンカー構造８７０ａおよび８７０ｂを有するリボンＰＭＵＴまたはＰＭＵＴストリップとも呼ばれる１対の矩形ＰＭＵＴ８００を示す。図８Ａ〜図８Ｈに示すＰＭＵＴ８００は、例示的であり、接続電極、パッド、トレース、エッチング穴、および他の特徴部は、明瞭化のために省略されている。いくつかの実装形態、特に、中央アンカー構造または他の方法で中央に置かれたアンカー構造を有する実装形態では、アンカー構造は、アンカーポスト、または単に「ポスト」と呼ばれ得る。図８Ａ〜図８Ｈに示すＰＭＵＴは、図２Ａに示すように、機械層の実質的な部分が圧電層スタックの上方に配置されて構成され得、または、図２Ｃに示すように、機械層の実質的な部分が圧電層スタックの下方に配置されて構成され得る。

本開示で説明されるＰＭＵＴは、全体的に、封止されても封止されなくてもよい。封止されたＰＭＵＴは、外部環境から封止された関連する空洞の少なくとも一部を有する。いくつかの実装形態では、封止されたＰＭＵＴは、空洞領域の内部に封止された真空を有し得る。いくつかの実装形態では、封止されたＰＭＵＴは、アルゴン、窒素、または空気などの気体を、大気圧よりも下、大気圧よりも上、または実質的に大気圧である空洞内の基準圧力で有し得る。封止されたＰＭＵＴの音響性能は、ＰＭＵＴ構造の減衰が封止されていないＰＭＵＴよりも高い可能性があるという点で、封止されていないＰＭＵＴの音響性能を超える可能性がある。いくつかの実装形態では、封止されていないＰＭＵＴは、利用され得る。たとえば、中央アンカーまたはポスト構造を有するＰＭＵＴは、封止されていなくてもよく、または、他の方法で開放構造であるようにみなされ得る。封止されていないＰＭＵＴは、液体、気体、または他の粘性媒体が空洞領域に入り込むことを可能にし得る。音響ポートに関連付けられたＰＭＵＴは、たとえば、音波または超音波の送信および受信を可能にするために、ＰＭＵＴの一方の側または両方の側で封止され得る。ＰＭＵＴの下の基板内にエッチングされた、または他の方法で形成された穴などの１つまたは複数の音響ポートは、上記で説明したＰＭＵＴおよび製造方法の様々な実装形態に含まれ得る。いくつかの実装形態では、封止されていないＰＭＵＴまたは封止されていないＰＭＵＴのアレイは、図５Ｂに示す上部機械層５３０ｂなどの上部機械層または上部機械層の補足物として機能し得るカバー層で覆われ得る。カバー層は、ＰＭＵＴ空洞を封止し、周囲の気体および液体からの分離を提供するために、ＰＭＵＴに関連する１つまたは複数の放出穴の上に延在し、たとえば、接着剤層でＰＭＵＴ膜に取り付けられ得る。

図９は、ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローのさらなる例を示す。方法９００は、基板の上方にアンカー構造を形成するためのステップ９１０を含む。基板は、ガラス板、パネル、サブパネル、またはウェハなどのガラス基板を含み得る。いくつかの実装形態では、基板は、プラスチックであり得、または可撓性であり得る。基板は、ＴＦＴ回路を含み得る。代替的には、基板は、予め製造された集積回路を有する、または有さない、シリコンウェハなどの半導体基板を含み得る。アンカー構造は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、または酸窒化ケイ素などの堆積された誘電体材料の１つまたは複数の層を含み得る。アンカー構造は、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを含み得る。アンカー構造は、１つまたは複数の空洞、放出穴、ビア、およびチャネルの最終的な形成を可能にするようにパターン化された犠牲材料の領域に近接して配置され得る。犠牲材料は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、またはａ−Ｓｉおよびｐｏｌｙ−Ｓｉの組合せを含み得る。アンカー構造および犠牲層を平坦化するために、ＣＭＰまたは化学的薄厚化（ｔｈｉｎｎｉｎｇ）などの平坦化シーケンスが使用され得る。

ステップ９２０では、圧電層スタックがアンカー構造の上に形成される。圧電層スタックは、ＡｌＮ、ＺｎＯ、またはＰＺＴなどの圧電層を含み得、１つまたは複数の電極層が圧電層電気的に結合される。圧電層スタックは、ビアまたは放出穴および他の特徴部を形成するために、パターン化され、エッチングされ得る。ステップ９３０では、犠牲材料が除去される。犠牲材料を除去することは、放出穴を介する空洞領域からの犠牲材料の除去によって達成され得る。いくつかの実装形態では、犠牲材料を除去することは、１つまたは複数の放出ビアまたは放出穴、ならびに１つまたは複数の外側放出穴を空洞領域と接続し得る１つまたは複数の放出チャネルを介する犠牲材料のエッチングによって達成され得る。ステップ９４０では、機械層は、中立軸が機械層を通過し、圧電層スタックを通過しないように、結果として得られる組立体の中立軸が機械層に向かい、かつ基板から離れた距離に配置されるように、圧電層スタックの上に配置される。いくつかの実装形態では、機械層は、結果として得られる多層スタックの中立軸が面外曲げモードを可能にするように圧電層スタックの中立軸に対して機械層に向かって変位するような厚さで圧電層スタックの上に配置され得る。いくつかの実装形態では、機械層は、堆積層、１つまたは複数の層の複合体、結合層、または堆積層もしくは層のセットの上の結合層を含み得る。機械層は、機械層が局所的に薄くされた上部の凹部などの特徴部を形成するようにパターン化され得る。ステップ９５０に示すように、実装形態に応じて、１つまたは複数の放出穴は、機械層が圧電層スタックの上に配置されたとき、封止され得る。

図１０Ａ〜図１０Ｃは、上記で説明したように、電子回路をＰＭＵＴと統合するためのプロセスフローを示す。図１０Ａは、「ＴＦＴが最初」プロセス１０００ａを示し、プロセス１０００ａでは、ＴＦＴまたは他の集積回路がステップ１０１０において基板上／内に形成され、ステップ１０２０に示すように、回路の上部または回路のそばにあり得る基板上の１つまたは複数のＰＭＵＴの形成が続く。この手法は、第１の製造設備が基板上に能動回路を形成することを可能にし、第２の製造設備が能動回路を有する基板を受け取り、基板上にＰＭＵＴを形成することを可能にする。図１０Ｂは、「ＴＦＴが最後」プロセス１０００ｂを示し、プロセス１０００ｂでは、ステップ１０４０および１０５０に示すように、ＰＭＵＴが形成された後、ＴＦＴまたは他の集積回路が基板上／内に形成される。平坦化ステップおよび厚い誘電体層は、上記で説明したように、上にＴＦＴ回路が形成され得る表面を提供するように機能し得る。図１０Ｃは、複合プロセスまたは同時製造プロセス１０００ｃを示し、プロセス１０００ｃでは、ステップ１０６０および１０７０に示すように、ＰＭＵＴおよび能動回路が基板上に形成される。この手法は、ＰＭＵＴが最初プロセスまたはＰＭＵＴが最後プロセスと比較して必要なマスキングステップおよび堆積プロセスの総数を低減し得る、能動回路とＰＭＵＴの両方の形成のための共通の層を利用することから利益を得ることができる。たとえば、ＴＦＴまたはシリコンベースのトランジスタのための金属相互接続層は、ＰＭＵＴのための上部電極層または下部電極層のために使用され得る。別の例では、能動回路のための金属層の間の誘電体層は、ＰＭＵＴ内のバッファ層もしくはバリア層のために、または機械層内で使用するために、または封止のために使用され得る。金属層または誘電体層のためのエッチングシーケンスは、基板上の能動回路の部分およびＰＭＵＴの部分を形成するために共通して使用され得る。別の例では、ＴＦＴまたは能動回路のためのパッシベーション層は、ＰＭＵＴデバイスのパッシベーションのために使用され得る。いくつかの実装形態では、ＴＦＴまたは能動回路は、行アドレス電極および列アドレス電極、マルチプレクサ、局所増幅段、または制御回路を含み得る。いくつかの実装形態では、ドライバ段と感知段とを含むインターフェース回路は、ＰＭＵＴデバイスを励起し、同じまたは別のＰＭＵＴデバイスからの応答を検出するために使用され得る。いくつかの実装形態では、能動シリコン回路は、ＰＭＵＴまたはＰＭＵＴアレイを機能させるための電子装置を含み得る。

図１１Ａ〜図１１Ｃは、ＰＭＵＴ超音波センサアレイの様々な構成の断面図を示す。図１１Ａは、たとえば、超音波指紋センサ、超音波タッチパッド、または超音波イメージャとして使用され得る送信要素および受信要素としてのＰＭＵＴを有する超音波センサアレイ１１００Ａを示す。ＰＭＵＴセンサアレイ基板１１６０上のＰＭＵＴセンサ要素１１６２は、超音波を放射および検出し得る。図示のように、超音波１１６４は、ＰＭＵＴセンサ要素１１６２から送信されていてもよい。超音波１１６４は、音響結合媒体１１６５およびプラテン１１９０ａを介して、プラテン１１９０ａの外面上に置かれた指またはスタイラスなどの物体１１０２に向かって進み得る。出て行く超音波１１６４の一部は、プラテン１１９０ａを介して物体１１０２内に伝達され得るが、第２の部分は、プラテン１１９０ａの表面からセンサ要素１１６２に向かって反射される。反射された波の振幅は、物体１１０２の音響特性に部分的に依存する。反射された波は、センサ要素１１６２によって検出され得、そこから物体１１０２の画像が取得され得る。たとえば、約５０ミクロン（１インチあたり約５００ピクセル）のピッチを有するセンサアレイでは、指紋の隆線および谷線が検出され得る。接着剤、ゲル、コンプライアント層、または他の音響結合材料などの音響結合媒体１１６５は、センサアレイ基板１１６０上に配置されたＰＭＵＴセンサ要素１１６２のアレイと、プラテン１１９０ａとの間の結合を改善するために設けられ得る。音響結合媒体１１６５は、センサ要素１１６２との間の超音波の伝達を助け得る。プラテン１１９０ａは、たとえば、ガラス、プラスチック、サファイア、または他のプラテン材料の層を含み得る。音響インピーダンス整合層（図示せず）が、プラテン１１９０ａの外面上に配置され得る。

図１１Ｂは、センサおよびディスプレイ基板１１６０上に同時に製造されるＰＭＵＴセンサ要素１１６２およびディスプレイピクセル１１６６を有する超音波センサおよびディスプレイアレイ１１００Ｂを示す。センサ要素１１６２およびディスプレイピクセル１１６６は、セルのアレイの各セル内に一緒に配置され得る。いくつかの実装形態では、センサ要素１１６２およびディスプレイピクセル１１６６は、同じセル内に並んで製造され得る。いくつかの実装形態では、センサ要素１１６２の一部またはすべては、ディスプレイピクセル１１６６の上方または下方に製造され得る。プラテン１１９０ｂは、センサ要素１１６２およびディスプレイピクセル１１６６の上に配置され得、カバーレンズもしくはカバーガラスとして機能し得、またはカバーレンズもしくはカバーガラスを含み得る。カバーガラスは、ガラス、プラスチック、またはサファイアなどの材料の１つまたは複数の層を含み得、容量性タッチスクリーンのための設備を含み得る。音響インピーダンス整合層（図示せず）は、プラテン１１９０ｂの外面上に配置され得る。超音波１１６４は、カバーガラス１１９０ｂ上に置かれたスタイラスまたは指などの物体１１０２のための撮像能力を提供するために、１つまたは複数のセンサ要素１１６２との間で送受信され得る。カバーガラス１１９０ｂは、ディスプレイピクセル１１６６のアレイからの光学光がカバーガラス１１９０ｂを介してユーザによって見られることを可能にするために、実質的に透明である。ユーザは、カバーガラス１１９０ｂの一部にタッチすることを選択することができ、そのタッチは、超音波センサアレイによって検出され得る。指紋情報などの生体情報は、たとえば、ユーザがカバーガラス１１９０ｂの表面にタッチすると取得され得る。接着剤、ゲル、または他の音響結合材料などの音響結合媒体１１６５は、センサアレイ基板１１６０とカバーガラスとの間の音響結合、光学的結合、および機械的結合を改善するために設けられ得る。いくつかの実装形態では、結合媒体１１６５は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の一部として機能し得る液晶材料であり得る。ＬＣＤの実装形態では、バックライト（図示せず）は、センサおよびディスプレイ基板１１６０に光学的に結合され得る。いくつかの実装形態では、ディスプレイピクセル１１６６は、発光ディスプレイピクセルを有するアモルファス発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイの一部であり得る。いくつかの実装形態では、超音波センサおよびディスプレイアレイ１１００Ｂは、表示目的のため、およびタッチ検出、スタイラス検出、または指紋検出のために使用され得る。

図１１Ｃは、ディスプレイアレイ基板１１６０ｂの背後に配置されたセンサアレイ基板１１６０ａを有する超音波センサおよびディスプレイアレイ１１００Ｃを示す。音響結合媒体１１６５ａは、センサアレイ基板１１６０ａをディスプレイアレイ基板１１６０ｂに音響的に結合するために使用され得る。光学結合および音響結合媒体１１６５ｂは、センサアレイ基板１１６０ａおよびディスプレイアレイ基板１１６０ｂを、指紋検出のためのプラテンとしても機能し得るカバーレンズまたはカバーガラス１１９０ｃに光学的および音響的に結合するために使用され得る。音響インピーダンス整合層（図示せず）は、プラテン１１９０ｃの外面上に配置され得る。１つまたは複数のセンサ要素１１６２から送信された超音波１１６４は、ディスプレイアレイ基板１１６０ｂおよびカバーガラス１１９０ｃを通って進み、カバーガラス１１９０ｃの外面から反射され、センサアレイ基板１１６０ａの方に戻り得、センサアレイ基板１１６０ａでは、反射された超音波センサが検出され得、画像情報が取得され得る。いくつかの実装形態では、超音波センサおよびディスプレイアレイ１１００Ｃは、視覚的情報をユーザに提供するため、および、ユーザからのタッチ、スタイラス、または指紋検出のために使用され得る。代替的には、ＰＭＵＴセンサアレイは、ディスプレイアレイ基板１１６０ｂの裏面上に形成され得る。代替的には、ＰＭＵＴセンサアレイを有するセンサアレイ基板１１６０ａは、ディスプレイアレイ基板１１６０ｂの裏面に取り付けられ得、センサアレイ基板１１６０ａの裏面は、たとえば、接着剤層または接着剤材料（図示せず）でディスプレイアレイ基板１１６０ｂの裏面に直接取り付けられる。

図４Ａおよび図４Ｂに関連して上記で説明したように、本開示の技法によるＰＭＵＴスタックを形成するためのプロセスフローは、堆積、パターン化、エッチング、およびＣＭＰを含む、一連の微細加工プロセスを含み得る。図４Ａおよび図４Ｂに示すプロセスフローに加えて、いくつかの代替プロセスフローが、本開示の企図の範囲内にある。

図１２は、ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す。図示の例では、プロセス１２００は、アンカー構造の上部と犠牲層の上部とを平坦化し得るシリサイド形成プロセスを組み込む。結果として、ステップＳ４０３（図４Ａ）内に含まれるＣＭＰシーケンスは、回避され得る。シリサイドは、ＰＭＵＴのためのアンカー構造の少なくとも一部を形成し得、ＰＭＵＴ空洞を形成するための犠牲材料の除去の間に耐エッチング層として機能し得る。

プロセス１２００は、ステップＳ４０１で開始し得る。ステップＳ４０１では、図４Ａに関連して上記で説明したように、基板３６０上にアンカー構造４７０の第１の層部分４７２を堆積させるステップを含み得る。

ステップＳ１２０２では、犠牲領域４２５ｉおよび４２５ｏ（図４Ａ）が、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、またはａ−Ｓｉおよびｐｏｌｙ−Ｓｉの組合せを含み得る犠牲材料の犠牲層４２５を、酸化物バッファ層４７２上に最初に堆積させることによって形成される。代替的には、モリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）などの他の犠牲層材料が使用され得る。いくつかの実装形態では、犠牲層４２５は、約５００Å〜２００００Åの範囲内の厚さを有する。たとえば、一実装形態では、犠牲層４２５の厚さは、約１００００Åである。

ステップＳ１２０３では、ニッケル層１２７５が、犠牲層４２５上に堆積され得る。ニッケル層１２７５は、約２５０Å〜１００００Åの範囲内の厚さを有し得る。たとえば、一実装形態では、ニッケル層１２７５の厚さは、約５０００Åである。ステップＳ１２０３はまた、選択された領域内の犠牲層４２５を露出させるように、ニッケル層１２７５をパターン化し、エッチングするステップを含み得る。

ステップＳ１２０４では、シリサイド形成プロセスが企図され、それによって、ニッケルなどの金属の層が、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンの犠牲層４２５の上部に堆積され、パターン化され得る。シリサイドは、金属を犠牲層４２５のシリコンと相互作用させることによって形成され得る。ニッケルシリサイドは、たとえば、パターン化されたニッケル層１２７５を犠牲層４２５のシリコンと相互作用させることによって形成され得る。犠牲層４２５の部分１２７６内のシリサイドの形成は、金属を犠牲層内に局所的に拡散させ、堆積された金属を消費し、下にあるバッファ層（シリコン基板上のＳｉＯ_２またはＳｉＮなど）まで、または絶縁基板（ガラスなど）までシリサイドを形成することによって達成され得る。下にある犠牲層内への金属拡散は、たとえば、基板および堆積層のプロセス温度を、所定の時間期間中、シリサイド形成温度に上昇させることによって達成され得る。代替的には、金属間拡散およびシリサイド形成を可能にするために温度を急速に上昇させるために、高速熱アニール（ＲＴＡ）プロセスが使用され得る。代替的には、適切な波長、エネルギー、および時間の集束レーザー光の適用は、シリサイドを局所的に形成するために使用され得、これは、レーザー光が基板の上方または下方のいずれかから適用される透明基板の使用により特に魅力的であり得る。

プロセス１２００の後続のステップは、図４Ａおよび図４Ｂに関連して上記で説明したステップＳ４０４〜Ｓ４１１と実質的に同一であり得る。

図１３Ａおよび図１３Ｂは、ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す。プロセスフロー１３００は、圧電層スタックと下にある基板との間に実質的に配置された機械層を有するＰＭＵＴのための金属相互接続の３つの層を提供する。第１のステップＳ１３０１では、上にＰＭＵＴを製造するためのガラス基板、プラスチック基板、または半導体（たとえば、シリコン）基板などの基板３６０が設けられる。酸化物バッファ層などの第１の層部分４７２が、基板３６０上に堆積され得る。犠牲材料の犠牲層４２５が、バッファ層上に堆積され得る。犠牲層４２５は、下にあるバッファ層または基板上で停止するエッチング液で、１つまたは複数の内側犠牲領域４２５ｉおよび外側犠牲領域４２５ｏ（図示せず）を形成するようにパターン化され、エッチングされ得る。ステップＳ１３０２では、二酸化ケイ素層などのアンカー構造４７０のアンカー部分４７４が、バッファ層および犠牲領域４２５ｉ上に堆積され得、次いで、犠牲層４２５ｉの上方に二酸化ケイ素層の小さい部分４７４ｉを維持しながら実質的に平坦な表面を形成するためにＣＭＰを使用して薄くされ得る。ステップＳ１３０３では、機械層４３０と、シード層として機能し得る圧電スタック４１０の第１の層４１１と、下部電極層４１２と、圧電層４１５と、上部電極層４１４とを含む多層スタックが堆積され得る。上部電極層は、圧電層４１５と電気的に接触する上部電極４１４ａおよび４１４ｂを形成するようにパターン化され、エッチングされ得る。ステップＳ１３０４では、圧電層４１５は、パターン化され、エッチングされ得、下部電極層４１２で停止する。ステップＳ１３０５では、下部電極層４１２は、下にあるシード層４１１と共にパターン化され、エッチングされ得、機械層４３０で停止する。ステップＳ１３０６では、上部電極層４１４の一部および下部電極層４１２の一部をそれぞれ露出させる電気ビア４１６ａおよび４１６ｂを形成するように、誘電体絶縁層４１６が堆積され、パターン化され、エッチングされ得る。

プロセスフロー１３００は、図１３Ｂにおいて、ステップＳ１３０７における金属相互接続層４１８の堆積、パターン化、およびエッチングで継続する。金属相互接続層４１８は、それぞれ、電気ビア４１６ａおよび４１６ｂを介する、上部電極層４１４の部分への電気トレースおよび電気接点４１８ａと、下部電極層４１２の部分への電気接点４１８ｂとを提供し得る。

ステップＳ１３０８では、１つまたは複数の凹部４２２が、機械層４３０内に形成され得る。たとえば、凹部４２２ａは、機械的分離を提供するため、または感度を増加させるために、ＰＭＵＴ膜の外部に形成され得る。凹部４２２ｂは、たとえば、ＰＭＵＴ膜が平坦なＰＭＵＴ膜と比較してより大きい機械的振幅で撓むまたは振動することを可能にすることによって感度を増加させるために、ＰＭＵＴ膜の内部に形成され得る。凹部４２２は、円形ＰＭＵＴダイアフラム内にダイアフラムの中心近くに部分的に形成された円またはリングなどの実質的に軸対称の特徴部、または、円形ダイアフラムの周辺部近くに形成された角のあるトレンチもしくは角のあるトレンチの一部を含み得る。いくつかの実装形態では、凹部４２２は、機械層４３０内に、正方形または矩形のＰＭＵＴダイアフラムの中心の近くに形成された正方形または矩形の特徴部を含み得る。いくつかの実装形態では、凹部４２２は、正方形、矩形、または円形のダイアフラムの周辺部近く、またはその外部に形成された狭い矩形などの特徴部、局所トレンチ、またはスロットを含み得る。いくつかの実装形態では、一連の半径方向スロットが、中央凹部特徴部または周辺凹部特徴部と組み合わされ得る。いくつかの実装形態では、凹部または凹部特徴部は、機械層４３０を部分的または実質的に貫通してエッチングすることによって形成され得る。いくつかの実装形態では、凹部４２２および／またはその特徴部は、たとえば、エッチング時間に基づいて機械層４３０内に形成され得る。いくつかの実装形態では、機械層４３０は、２つ以上の堆積層を含み得、２つ以上の堆積層のうちの１つは、製造中に凹部４２２および凹部特徴部の正確な画定を可能にするエッチング停止層またはバリア層として機能し得る。凹部４２２の形成は、オプションであり、関連するプロセスシーケンスは、適宜に省略され得る。凹部４２２ａおよび４２２ｂのためのステップＳ１３０８における破線は、それらの部分が、使用されるとき、第１の層４１１、下部電極層４１２、圧電層４１５、上部電極層４１４、誘電体絶縁層４１６、および金属相互接続層４１８が除去される場所などの、圧電層スタック４１０のエッチングされた部分の下に形成され得ることを示す。

ステップＳ１３０９では、機械層４３０の一部および他の層の一部は、犠牲領域４２５ｉおよび４２５ｏへのアクセス（図示せず）を提供するために、パターン化され、エッチングされ得、これは、犠牲層４２５内の露出された犠牲材料の選択的な除去を可能にし、結果として、１つまたは複数の空洞４２０の形成をもたらす。放出穴、放出チャネル、および犠牲エッチングプロセスのさらなる詳細は、上記の図４Ａ〜図４Ｂに関して見出され得る（明瞭化のため、ここには示さない）。熱分解可能な犠牲材料を用いる実装形態は、図４Ａ〜図４Ｂに関して上記で説明したような放出穴および放出チャネルを介する空洞４２０への直接アクセスを必要としない。

ステップＳ１３１０において、パッシベーション層４３２は、相互接続層４１８と、下部電極層４１２および上部電極層４１４の露出された部分との上に堆積され得る。オプションで、１つまたは複数の上部凹部４３２ａが、パッシベーション層４３２内に形成され得る。たとえば、凹部４３２ａは、機械的分離を提供するため、または感度を増加させるために、ＰＭＵＴ膜の外部に形成され得る。凹部４３２ａは、たとえば、ＰＭＵＴ膜が平坦なＰＭＵＴ膜と比較してより大きい機械的振幅で撓むまたは振動することを可能にすることによって感度を増加させるために、ＰＭＵＴ膜の内部に形成され得る。凹部４３２ａは、円形ＰＭＵＴダイアフラム内にダイアフラムの中心近くに部分的に形成された円またはリングなどの実質的に軸対称の特徴部、または、円形ダイアフラムの周辺部近くに形成された角のあるトレンチもしくは角のあるトレンチの一部を含み得る。いくつかの実装形態では、凹部４３２ａは、パッシベーション層４３２内に、正方形または矩形のＰＭＵＴダイアフラムの中心の近くに形成された正方形または矩形の特徴部を含み得る。いくつかの実装形態では、凹部４３２ａは、正方形、矩形、または円形のダイアフラムの周辺部近く、またはその外部に形成された狭い矩形などの特徴部、局所トレンチ、またはスロットを含み得る。いくつかの実装形態では、一連の半径方向スロットが、中央凹部特徴部または周辺凹部特徴部と組み合わされ得る。いくつかの実装形態では、凹部または凹部特徴部は、パッシベーション層４３２を部分的または実質的に貫通してエッチングすることによって形成され得る。いくつかの実装形態では、凹部４３２ａおよび／またはその特徴部は、たとえば、エッチング時間に基づいてパッシベーション層４３２内に形成され得る。いくつかの実装形態では、パッシベーション層４３２は、２つ以上の堆積層を含み得、２つ以上の堆積層のうちの１つは、製造中に凹部４３２ａおよび他の凹部特徴部の正確な画定を可能にするエッチング停止層またはバリア層として機能し得る。凹部４３２ａの形成は、オプションであり、関連するプロセスシーケンスは、適宜に省略され得る。ステップＳ１３１１では、ボンドパッドなどの下にある金属特徴部へのアクセスを提供するために、１つまたは複数のコンタクトパッド開口部またはビア４３４ａおよび４３４ｂが、パッシベーション層４３２を貫通してパターン化され、エッチングされ得る。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す。プロセスフロー１４００は、図１２のステップＳ１２０２〜Ｓ１２０４に関して上記で説明したようなシリサイドベースの平坦化方法を利用して、圧電層スタックと下にある基板との間に実質的に配置された機械層を有するＰＭＵＴのための金属相互接続の３つの層を提供する。第１のステップＳ１４０１では、上にＰＭＵＴを製造するための基板３６０が設けられる。酸化物バッファ層またはバリア層などの第１の層部分４７２が、基板３６０上に堆積され得る。アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンの犠牲層４２５が、バッファ層上に堆積され得、ニッケル層１２７５などの金属層の堆積が続く。ニッケル層４２５は、１つまたは複数の内側犠牲領域４２５ｉおよび外側犠牲領域４２５ｏ（図示せず）を露出させるようにパターン化され、エッチングされ得、エッチング液は、犠牲層４２５で停止する。ステップＳ１４０２では、ニッケル層１２７５および下にある犠牲層４２５は、ニッケルシリサイドなどのシリサイド層１２７６を局所的に形成するために、高温環境内で反応させられ得る。シリサイド層１２７６の部分は、アンカー構造４７０のアンカー部分４７４を形成し得る。ステップＳ１４０３では、薄いバリア層４７６と、機械層４３０と、シード層として機能し得る圧電スタック４１０の第１の層４１１と、下部電極層４１２と、圧電層４１５と、上部電極層４１４とを含む多層スタックが堆積され得る。上部電極層４１４は、圧電層４１５と電気的に接触する上部電極４１４ａおよび４１４ｂを形成するようにパターン化され、エッチングされ得る。ステップＳ１４０４では、圧電層４１５は、パターン化され、エッチングされ得、下部電極層４１２で停止する。ステップＳ１４０５では、下部電極層４１２は、下にあるシード層４１１と共にパターン化され、エッチングされ得、機械層４３０で停止する。ステップＳ１４０６では、上部電極層４１４の一部および下部電極層４１２の一部をそれぞれ露出させる電気ビア４１６ａおよび４１６ｂを形成するように、誘電体絶縁層４１６が堆積され、パターン化され、エッチングされ得る。

プロセスフロー１４００は、図１４Ｂにおいて、ステップＳ１４０７における金属相互接続層４１８の堆積、パターン化、およびエッチングで継続する。金属相互接続層４１８は、それぞれ、電気ビア４１６ａおよび４１６ｂを介する、上部電極層４１４の部分への電気トレースおよび電気接点４１８ａと、下部電極層４１２の部分への電気接点４１８ｂとを提供し得る。ステップＳ１４０８では、１つまたは複数の凹部４２２が、機械層４３０内にオプションで形成され得る。凹部４２２ａおよび４２２ｂのための図１４Ｂにおける破線は、それらの部分が、使用されるとき、圧電層スタック４１０のエッチングされていない部分の直下ではない領域内に形成され得ることを示す。ステップＳ１４０９では、機械層４３０の一部および他の層の一部は、犠牲領域４２５ｉおよび４２５ｏへのアクセスを提供するために、パターン化され、エッチングされ得る（図示せず）。犠牲層４２５内の露出された犠牲材料の選択的な除去は、結果として、１つまたは複数の空洞４２０の形成をもたらす。放出穴、放出チャネル、および犠牲エッチングプロセスの詳細は、上記の図４Ａ〜図４Ｂに関して見出され得る。熱分解可能な犠牲材料を用いる実装形態は、図４Ａ〜図４Ｂに関して上記で説明したような放出穴および放出チャネルを介する空洞４２０への直接アクセスを必要としなくてもよい。ステップＳ１４１０において、パッシベーション層４３２は、相互接続層４１８と、下部電極層４１２および上部電極層４１４の露出された部分との上に堆積され得る。オプションで、１つまたは複数の上部凹部４３２ａが、パッシベーション層４３２内に形成され得る。ステップＳ１４１１では、金属相互接続層４１８内のボンドパッドなどの下にある金属特徴部へのアクセスを提供するために、１つまたは複数のコンタクトパッド開口部またはビア４３４ａおよび４３４ｂが、パッシベーション層４３２を貫通してパターン化され、エッチングされ得る。

図１５Ａおよび図１５Ｂは、ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す。プロセスフロー１５００は、圧電層スタックと下にある基板との間に実質的に配置された機械層を有するＰＭＵＴのための金属相互接続の２つの層を利用する。第１のステップＳ１５０１では、上にＰＭＵＴを製造するための基板３６０が設けられる。酸化物バッファ層などの第１の層部分４７２が、基板３６０上に堆積され得る。犠牲材料の犠牲層４２５が、バッファ層上に堆積され得る。犠牲層４２５は、１つまたは複数の内側犠牲領域４２５ｉおよび外側犠牲領域４２５ｏ（図示せず）を形成するようにパターン化され、エッチングされ得、エッチング液は、下にあるバッファ層または基板で停止する。ステップＳ１５０２ａでは、アンカー構造４７０のアンカー部分４７４は、バッファ層および犠牲領域上に堆積され得、次いで、ステップＳ１５０２ｂに示すように、犠牲領域の上方に小さい部分４７４ｉを維持しながら実質的に平坦な表面を形成するためにＣＭＰを使用して薄くされ得る。ステップＳ１５０４では、機械層４３０と、シード層として機能し得る圧電スタック４１０の第１の層４１１と、下部電極層４１２と、圧電層４１５とを含む多層スタックが堆積され得る。圧電層スタック４１５は、パターン化され、エッチングされ得、下部電極層４１２上で停止する。ステップＳ１５０５では、下部電極層４１２および下にあるシード層４１１は、パターン化され、エッチングされ得、機械層４３０上で停止する。ステップＳ１５０６では、圧電層４１５の一部および下部電極層４１２の一部をそれぞれ露出させる電気ビア４１６ａおよび４１６ｂを形成するように、誘電体絶縁層４１６が堆積され、パターン化され、エッチングされ得る。代替的には、上部電極層４１４と圧電層４１５の下にある部分との間の電気的結合は、誘電体絶縁層４１６を介して容量的に達成され得、以下でステップＳ１５０７に関して説明したように、直接の電気的接触なしに、圧電層４１５の撓み運動および振動からの超音波の励起および検出を可能にする。この実装形態では、１つまたは複数の電気ビア４１６ａは、省略され得、誘電体絶縁層４１６は、ビア領域（図示せず）内でエッチングされない。

プロセスフロー１５００は、図１５Ｂにおいて、ステップＳ１５０７における金属相互接続層４１８の堆積、パターン化、およびエッチングで継続する。金属相互接続層４１８は、それぞれ、電気ビア４１６ａおよび４１６ｂを介する、圧電層４１５の部分への電気トレースおよび電気接点４１８ａと、下部電極層４１２の部分への電気接点４１８ｂとを提供し得る。ステップＳ１５０６に関して説明した容量結合実装形態では、金属相互接続層４１８は、圧電層４１５から誘電的に絶縁され得、１つまたは複数の電気ビア４１６ａは、省略され得る。ステップＳ１５０８では、１つまたは複数の凹部４２２が、機械層４３０内に形成され得る。凹部４２２ａおよび４２２ｂのためのステップＳ１５０８における破線は、それらの部分が、使用されるとき、圧電層スタック４１０のエッチングされた部分の下に形成され得ることを示す。ステップＳ１５０９では、機械層４３０の一部および他の層の一部は、犠牲領域４２５ｉへのアクセス（図示せず）を提供するために、パターン化され、エッチングされ得、これは、犠牲層４２５内の露出された犠牲材料の選択的な除去を可能にし、結果として、１つまたは複数の空洞４２０の形成をもたらす。熱分解可能な犠牲材料を用いる実装形態は、図４Ａ〜図４Ｂに関して上記で説明したように、放出穴および放出チャネルを介する空洞４２０への直接アクセスを必要としなくてもよい。ステップＳ１５１０において、パッシベーション層４３２は、相互接続層４１８と、下部電極層４１２および上部電極層４１４の露出された部分との上に堆積され得る。オプションで、１つまたは複数の上部凹部４３２ａが、パッシベーション層４３２内に形成され得る。ステップＳ１５１１では、金属相互接続層４１８内のボンドパッドなどの下にある金属特徴部へのアクセスを提供するために、１つまたは複数のコンタクトパッド開口部またはビア４３４ａおよび４３４ｂが、パッシベーション層４３２を貫通してパターン化され、エッチングされ得る。

図１６Ａおよび図１６Ｂは、ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す。プロセスフロー１６００は、図１２のステップＳ１２０２〜Ｓ１２０４に関して上記で説明したようなシリサイドベースの平坦化方法を利用して、圧電層スタックと下にある基板との間に実質的に配置された機械層を有するＰＭＵＴのための金属相互接続の２つの層を利用する。ステップＳ１６０１では、上にＰＭＵＴを製造するための基板３６０が設けられる。酸化物バッファ層またはバリア層などの第１の層部分４７２が、基板３６０上に堆積され得る。アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンの犠牲層４２５が、バッファ層上に堆積され得、ニッケル層１２７５などの金属層の堆積が続く。ニッケル層４２５は、１つまたは複数の内側犠牲領域４２５ｉおよび外側犠牲領域４２５ｏ（図示せず）を露出させるようにパターン化され、エッチングされ得、エッチング液は、犠牲層４２５で停止する。ステップＳ１６０２ａでは、ニッケル層１２７５および下にある犠牲層４２５は、ニッケルシリサイドなどのシリサイド層１２７６を局所的に形成するために、高温環境内で反応させられ得る。シリサイド層１２７６の部分は、アンカー構造４７０のアンカー部分４７４を形成し得る。ステップＳ１６０２ｂでは、薄いバリア層４７６が堆積され得る。薄いバリア層４７６の部分４７６ｉは、犠牲領域４２５ｉおよび４２５ｏの上に存在し得る。ステップＳ１６０４では、機械層４３０と、シード層として機能し得る圧電スタック４１０の第１の層４１１と、下部電極層４１２と、圧電層４１５とを含む多層スタックが堆積され得る。圧電層スタック４１５は、パターン化され、エッチングされ得、下部電極層４１２上で停止する。ステップＳ１６０５では、下部電極層４１２および下にあるシード層４１１は、パターン化され、エッチングされ得、機械層４３０上で停止する。ステップＳ１６０６では、圧電層４１５の一部および下部電極層４１２の一部をそれぞれ露出させる電気ビア４１６ａおよび４１６ｂを形成するように、誘電体絶縁層４１６が堆積され、パターン化され、エッチングされ得る。代替的には、上部電極層４１４と圧電層４１５の下にある部分との間の電気的結合は、誘電体絶縁層４１６を介して容量的に達成され得、以下でステップＳ１６０７に関して説明したように、直接の電気的接触なしに、圧電層４１５の撓み運動および振動からの超音波の励起および検出を可能にする。この実装形態では、１つまたは複数の電気ビア４１６ａは、省略され得、誘電体絶縁層４１６は、ビア領域（図示せず）内でエッチングされない。

プロセスフロー１６００は、図１６Ｂにおいて、ステップＳ１６０７における金属相互接続層４１８の堆積、パターン化、およびエッチングで継続する。金属相互接続層４１８は、それぞれ、電気ビア４１６ａおよび４１６ｂを介する、圧電層４１５の部分への電気トレースおよび電気接点４１８ａと、下部電極層４１２の部分への電気接点４１８ｂとを提供し得る。ステップＳ１６０６に関して説明した容量結合実装形態では、金属相互接続層４１８は、圧電層４１５から誘電的に絶縁され得、１つまたは複数の電気ビア４１６ａは、省略され得る。ステップＳ１６０８では、１つまたは複数の凹部４２２が、機械層４３０内に形成され得る。凹部４２２ａおよび４２２ｂのためのステップＳ１６０８における破線は、それらの部分が、使用されるとき、圧電層スタック４１０のエッチングされた部分の下に形成され得ることを示す。ステップＳ１６０９では、機械層４３０の一部および他の層の一部は、犠牲領域４２５ｉへのアクセス（図示せず）を提供するために、パターン化され、エッチングされ得、これは、犠牲層４２５内の露出された犠牲材料の選択的な除去を可能にし、結果として、１つまたは複数の空洞４２０の形成をもたらす。熱分解可能な犠牲材料を用いる実装形態は、図４Ａ〜図４Ｂに関して上記で説明したように、放出穴および放出チャネルを介する空洞４２０への直接アクセスを必要としなくてもよい。ステップＳ１６１０において、パッシベーション層４３２は、相互接続層４１８と、下部電極層４１２および上部電極層４１４の露出された部分との上に堆積され得る。オプションで、１つまたは複数の上部凹部４３２ａが、パッシベーション層４３２内に形成され得る。ステップＳ１６１１では、金属相互接続層４１８内のボンドパッドなどの下にある金属特徴部へのアクセスを提供するために、１つまたは複数のコンタクトパッド開口部またはビア４３４ａおよび４３４ｂが、パッシベーション層４３２を貫通してパターン化され、エッチングされ得る。

図１７Ａおよび図１７Ｂは、ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す。プロセスフロー１７００は、圧電層スタックと下にある基板との間に実質的に配置された機械層を有するＰＭＵＴのための金属相互接続の３つの層を設け、その後、積層または結合された上部機械層（ここには示さないが、図６Ａ〜図６Ｅに関して上記で説明されている）で封止され得る未封止ＰＭＵＴを提供する。第１のステップＳ１７０１では、上にＰＭＵＴを製造するための基板３６０が設けられる。酸化物バッファ層などの第１の層部分４７２が、基板３６０上に堆積され得る。犠牲材料の犠牲層４２５が、バッファ層上に堆積され得る。犠牲層４２５は、１つまたは複数の内側犠牲領域４２５ｉを形成するようにパターン化され、エッチングされ得、エッチング液は、下にあるバッファ層または基板で停止する。ステップＳ１７０２では、二酸化ケイ素層などのアンカー構造４７０のアンカー部分４７４は、バッファ層および犠牲領域上に堆積され得、次いで、犠牲領域４２５ｉの上方に二酸化ケイ素層の小さい部分４７４ｉを維持しながら実質的に平坦な表面を形成するためにＣＭＰを使用して薄くされ得る。ステップＳ１７０３では、機械層４３０と、シード層として機能し得る圧電スタック４１０の第１の層４１１と、下部電極層４１２と、圧電層４１５と、上部電極層４１４とを含む多層スタックが堆積され得る。上部電極層は、圧電層４１５と電気的に接触する上部電極４１４ａを形成するようにパターン化され、エッチングされ得る。ステップＳ１７０４では、圧電層４１５は、パターン化され、エッチングされ得、下部電極層４１２で停止する。ステップＳ１７０５では、下部電極層４１２は、下にあるシード層４１１と共にパターン化され、エッチングされ得、機械層４３０で停止する。ステップＳ１７０６では、上部電極層４１４の一部および下部電極層４１２の一部をそれぞれ露出させる電気ビア４１６ａおよび４１６ｂを形成するように、誘電体絶縁層４１６が堆積され、パターン化され、エッチングされ得る。

プロセスフロー１７００は、図１７Ｂにおいて、ステップＳ１７０７における金属相互接続層４１８の堆積、パターン化、およびエッチングで継続する。金属相互接続層４１８は、それぞれ、電気ビア４１６ａおよび４１６ｂを介する、上部電極層４１４の部分への電気トレースおよび電気接点４１８ａと、下部電極層４１２の部分への電気接点４１８ｂとを提供し得る。ステップＳ１７０８では、１つまたは複数の凹部４２２が、機械層４３０内に形成され得る。凹部４２２ａおよび４２２ｂのためのステップＳ１７０８における破線は、それらの部分が、使用されるとき、圧電層スタック４１０のエッチングされた部分の下に形成され得ることを示す。ステップＳ１７０９では、パッシベーション層４３２が、相互接続層４１８と、下部電極層４１２の露出された部分および上部電極層４１４の露出された部分との上に堆積され得る。オプションで、１つまたは複数の上部凹部４３２ａが、パッシベーション層４３２内に形成され得る。ステップＳ１７１０では、機械層４３０の一部、および誘電体絶縁層４１６などの他の層の一部は、犠牲領域４２５ｉへのアクセスを提供するために、パターン化され、エッチングされ得、これは、犠牲層４２５内の露出された犠牲材料の選択的な除去を可能にし、結果として、１つまたは複数の空洞４２０の形成をもたらす。また、ステップＳ１７１０では、ボンドパッドなどの下にある金属特徴部へのアクセスを提供するために、１つまたは複数のコンタクトパッド開口部またはビア４３４ａおよび４３４ｂが、パッシベーション層４３２を貫通してパターン化され、エッチングされ得る。ステップＳ１７１１では、犠牲領域４２５ｉ内の犠牲材料４２５の露出された部分が、選択的にエッチングされ、アンカー部分４７４の露出された表面上、第１の層部分４７２の露出さされた表面上、および基板３６０の露出された表面上で停止し、結果として１つまたは複数の空洞４２０の形成をもたらす。いくつかの実装形態では、上部機械層６３０（図示せず）が、図６Ｂに関して説明したように、ＰＭＵＴの上部表面に積層され得、または他の方法で結合され得る。いくつかの実装形態では、上部機械層６３０は、図６Ｄに関して説明したように、マイクロピラー６３６（図示せず）のアレイに結合され得る。

図１８は、ＰＭＵＴを製造するためのプロセスフローの別の例を示す。プロセスフロー１８００は、圧電層スタックと下にある基板との間に実質的に配置された機械層を有するＰＭＵＴのための金属相互接続の２つの層を設け、その後、積層または結合された上部機械層（ここには示さないが、図６Ａ〜図６Ｅに関して上記で説明されている）で封止され得る未封止ＰＭＵＴを提供する。第１のステップＳ１８０１では、上にＰＭＵＴを製造するための基板３６０が設けられる。酸化物バッファ層などの第１の層部分４７２が、基板３６０上に堆積され得る。犠牲材料の犠牲層４２５が、バッファ層上に堆積され得る。犠牲層４２５は、１つまたは複数の内側犠牲領域４２５ｉを形成するようにパターン化され、エッチングされ得、エッチング液は、下にあるバッファ層または基板で停止する。また、ステップＳ１８０１では、二酸化ケイ素層などのアンカー構造４７０のアンカー部分４７４は、バッファ層および犠牲領域上に堆積され得、次いで、犠牲領域４２５ｉの上方に二酸化ケイ素層の小さい部分４７４ｉを維持しながら実質的に平坦な表面を形成するためにＣＭＰを使用して薄くされ得る。ステップＳ１８０２では、機械層４３０と、シード層として機能し得る圧電スタック４１０の第１の層４１１と、下部電極層４１２と、圧電層４１５と、上部電極層４１４とを含む多層スタックが堆積され得る。上部電極層４１４は、圧電層４１５と電気的に接触する上部電極４１４ａを形成するようにパターン化され、エッチングされ得る。また、ステップＳ１８０２では、圧電層４１５は、エッチングされ得、下部電極層４１２で停止する。ステップＳ１８０３では、下部電極層４１２は、その後の追加の相互接続層（図示せず）のワイヤボンディングまたは包含を可能にするために、上部電極層４１４および下部電極層４１２の部分４３５ａおよび４３５ｂをそれぞれ露出させるために、下にあるシード層４１１と共にパターン化され、エッチングされ得、機械層４３０で停止する。ステップＳ１８０４では、機械層４３０の部分、および任意の下にある層の部分は、１つまたは複数の放出穴４３０ａを形成するためにパターン化され、エッチングされ得、犠牲領域４２５ｉへのアクセスを提供し得る。ステップＳ１８０５では、犠牲領域４２５ｉ内の犠牲層４２５の露出された部分が選択的にエッチングされ得、結果として、１つまたは複数の空洞４２０の形成をもたらす。いくつかの実装形態では、上部機械層６３０（図示せず）は、図６Ｂに関して説明したように、ＰＭＵＴの上面に積層され得、または他の方法で結合され得る。いくつかの実装形態では、上部機械層６３０は、図６Ｄに関して説明したように、マイクロピラー６３６（図示せず）のアレイに結合され得る。

したがって、圧電層スタックの上方または下方に配置され、下にある空洞のための封止を提供する機械層を有するＰＭＵＴ、およびそのようなＰＭＵＴを製造するための技法が開示されている。いくつかの代替の構成および製造技法が企図され得ることは理解されるであろう。

本明細書で使用される場合、項目のリスト「のうちの少なくとも１つ」を指す語句は、単一のメンバーを含む、それらの項目の任意の組合せを指す。一例として、「ａ、ｂまたはｃのうちの少なくとも１つ」は、ａ、ｂ、ｃ、ａ−ｂ、ａ−ｃ、ｂ−ｃ、およびａ−ｂ−ｃを包含することを意図している。

本明細書で開示された実装形態に関連して説明した様々な例示的なロジック、論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムプロセスは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアとソフトウェアの互換性について、概して機能に関して説明し、上記で説明した様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路およびプロセスにおいて例示した。そのような機能がハードウェアまたはソフトウェアのどちらで実装されるのかは、システム全体に課される特定の用途および設計制約に依存する。

本明細書で開示された態様に関連して説明した様々な例示的なロジック、論理ブロック、モジュール、および回路を実装するために使用されるハードウェアおよびデータ処理装置は、汎用シングルチッププロセッサもしくは汎用マルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別のゲートもしくはトランジスタ論理、個別のハードウェア構成要素、または、本明細書に記載の機能を実行するように構成されたそれらの任意の組合せで実装または実行され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサもしくは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰおよびマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと組み合わせた１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。いくつかの実装形態では、特定のプロセスおよび方法は、所与の機能に特有の回路によって実行することができる。

１つまたは複数の態様では、説明した機能は、本明細書で開示された構造またはそれらの構造的等価物を含む、ハードウェア、デジタル電子回路、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せにおいて実装され得る。本明細書で説明した主題の実装形態はまた、データ処理装置の動作によって実行するため、またはデータ処理装置の動作を制御するためにコンピュータ記憶媒体上に符号化された、１つまたは複数のコンピュータプログラムとして、すなわち、コンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュールとして実装され得る。

ソフトウェアにおいて実装される場合、機能は、非一時的媒体などのコンピュータ可読媒体上で１つまたは複数の命令またはコードとして記憶または伝送され得る。本明細書において開示された方法またはアルゴリズムのプロセスは、コンピュータ可読媒体上に存在する場合があるプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールにおいて実施することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータプログラムをある場所から別の場所に転送することを可能にし得る任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、非一時的媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、または、命令もしくはデータ構造の形式で、所望のプログラムコードを記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る任意の他の媒体が含まれ得る。また、任意の接続はコンピュータ可読媒体と適切に呼ぶことができる。本明細書において使用される、ディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）（ｄｉｓｃ）、レーザーディスク（登録商標）（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）（ｄｉｓｃ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）、およびブルーレイディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）は、データをレーザーで光学的に再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。加えて、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に組み込まれ得る機械可読媒体およびコンピュータ可読媒体上のコードおよび命令の１つまたは任意の組合せまたはセットとして存在し得る。

本開示で説明した実装形態に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかであり得、本明細書で定義された一般的な原理は、本開示の要旨または範囲から逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。したがって、特許請求の範囲は、本明細書で示されている実装形態に限定されることを意図するものではなく、本開示、本明細書で開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。加えて、当業者が容易に理解するように、「より上」および「より下」、「上部」および「底部」、「前」および「後」、ならびに、「覆う」、「重なる」、「上」、「下方」、および「下にある」という用語は、ときには図面の説明を容易にするために使用され、適切に向けられたページ上の図面の向きに対応する相対的な位置を示し、実装されたデバイスの適切な向きを反映しないことがある。

別々の実装形態の文脈で本明細書において説明される特定の特徴はまた、単一の実装形態において組み合わせて実装され得る。逆に、単一の実装形態の文脈で説明される様々な特徴も、複数の実装形態において別々に、または任意の適切な副組合せにおいて実装され得る。さらに、特徴は、上記では特定の組合せで作用するものとして説明されており、さらには最初にそのようなものとして特許請求される場合があるが、特許請求される組合せからの１つまたは複数の特徴は、場合によっては、組合せから削除することができ、特許請求される組合せは、副組合せまたは副組合せの変形形態を対象とする場合がある。

同様に、動作は、特定の順序で図面に示されているが、これは、そのような動作が、示された特定の順序で、もしくは順番に実行されること、またはすべての図示の動作が所望の結果を達成するために実行されることを必要とするものとして理解されるべきではない。さらに、図面は、フロー図の形態で１つまたは複数の例示的なプロセスを概略的に示すことがある。しかしながら、概略的に示されている例示的なプロセスには、図示されていない他の動作を組み込むことができる。たとえば、図示した動作のうちの任意の動作の前、後、任意の動作と同時に、またはこれらの動作の間に、１つまたは複数の追加の動作を実行することができる。特定の状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利である場合がある。さらに、上記で説明した実装形態における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実装形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、説明したプログラム構成要素およびシステムは、一般に、単一のソフトウェア製品内に共に統合され得、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることが理解されるべきである。さらに、他の実装形態も以下の特許請求の範囲内にある。いくつかの場合には、請求項において列挙された動作は、異なる順序で実行され得、以前として望ましい結果を達成し得る。

１００圧電超音波トランスデューサ
１１０圧電層スタック
１１２下部電極
１１４上部電極
１１５圧電層
１２０空洞
１３０機械層
１６０半導体基板
２００ＡＰＭＵＴ
２００ＢＰＭＵＴ
２００ＣＰＭＵＴ
２００ＤＰＭＵＴ
２１０圧電層スタック
２１２下部電極
２１４上部電極
２１５圧電層
２２０空洞
２３０機械層
２３２凹部
２５０中立軸
２６０基板
３００ＰＭＵＴ
３１０圧電層スタック
３１２下部電極
３１４上部電極
３１５圧電層
３２０ｉ空洞
３２０ｏ放出穴
３３０機械層
３５０中立軸
３６０基板
３７０アンカー構造
４１０圧電層スタック
４１１バリア層
４１２下部電極
４１４上部電極
４１４ａ上部電極
４１４ｂ上部電極
４１５圧電層
４１６絶縁層
４１６ａ電気ビア
４１６ｂ電気ビア
４１８相互接続層
４１８ａ電気トレースおよび電気接点
４１８ｂ電気接点
４２０空洞
４２０ｉ空洞
４２０ｏ放出穴
４２２ａ凹部
４２２ｂ凹部
４２５犠牲層
４２５ｉ内側犠牲領域
４２５ｏ外側犠牲領域
４３０機械層
４３０ａ放出穴
４３２パッシベーション層
４３２ａ上部凹部、凹部
４３４ａコンタクトパッド開口部またはビア
４３４ｂコンタクトパッド開口部またはビア
４３５ａ上部電極層の部分
４３５ｂ下部電極層４１２の部分
４７０アンカー構造
４７２第１の層部分、酸化物バッファ層
４７４アンカー部分
４７４ｉ小さい部分
４７６薄いバリア層
４７６ｉ薄いバリア層４７６の部分
５００ＡＰＭＵＴ
５００ＢＰＭＵＴ
５００ＣＰＭＵＴ
５１０圧電層スタック
５１２下部電極層
５１４上部電極層
５１５圧電層
５２０空洞
５２２中央放出穴
５３０機械層
５３０ａ下部機械層
５３０ｂ上部機械層
５５０中立軸
５６０基板
５７０アンカー構造
５８０音響ポート
６００ＰＭＵＴ
６００ＡＰＭＵＴアレイ
６００ＢＰＭＵＴアレイ
６００ＣＰＭＵＴアレイ
６００ＤＰＭＵＴアレイ
６００ＥＰＭＵＴアレイ
６３０結合機械層
６３２接着剤層
６３４接着剤層
６３６マイクロピラー
６６０共通基板
６９０プラテン
６９２音響インピーダンス整合層
７００ＰＭＵＴ
７１０圧電層スタック
７２０空洞
７２２中央放出穴
７３０機械層
７５０機械的中立軸
７６０基板
７７０アンカー構造
８００ＰＭＵＴ、円形ＰＭＵＴ、正方形ＰＭＵＴ、矩形ＰＭＵＴ
８３０円形機械層
８７０中央アンカー構造、周辺アンカー構造
８７０ａ側面アンカー構造
８７０ｂ側面アンカー構造
１１００Ａ超音波センサアレイ
１１００Ｂディスプレイアレイ
１１００Ｃ超音波センサおよびディスプレイアレイ
１１０２物体
１１６０ＰＭＵＴセンサアレイ基板
１１６０ａセンサアレイ基板
１１６０ｂディスプレイアレイ基板
１１６２ＰＭＵＴセンサ要素
１１６４超音波
１１６５音響結合媒体
１１６５ａ音響結合媒体
１１６５ｂ光学結合および音響結合媒体
１１６６ディスプレイピクセル
１１９０ａプラテン
１１９０ｂプラテン、カバーガラス
１１９０ｃカバーガラス
１２７５ニッケル層
１２７６犠牲層４２５の部分、シリサイド層
１３００プロセスフロー
１４００プロセスフロー
１５００プロセスフロー
１６００プロセスフロー
１７００プロセスフロー

Claims

基板上に配置された多層スタックを備える圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサであって、前記多層スタックが、
前記基板上に配置されたアンカー構造と、
前記アンカー構造上に配置された圧電層スタックと、
前記圧電層スタックに近接して配置された機械層と
を含み、
前記圧電層スタックが、空洞上に配置されていて、
前記機械層が、前記空洞を封止していて、前記圧電層スタックと一緒に、前記アンカー構造によって支持されていて、前記空洞上に膜を形成していて、前記膜が、前記圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサが超音波信号を受信または送信するとき、撓み運動と振動の一方または両方を受けるように構成された、圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記機械層は、面外曲げモードを可能にするために、前記多層スタックの中立軸が前記圧電層スタックの中立軸に対して前記機械層に向かって変位するような厚さを有する、請求項１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記機械層が、前記圧電層スタックよりも実質的に厚い、請求項２に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記中立軸が、前記機械層を通過する、請求項２に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記空洞が、少なくとも１つの放出穴を通して犠牲材料を除去することによって形成されていて、
前記機械層が、前記犠牲材料を除去した後に形成されていて、
前記機械層を形成することが、前記少なくとも１つの放出穴を封止することによって前記空洞を封止する、請求項１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記圧電層スタックが、圧電層と、前記圧電層の下に配置された下部電極と、前記圧電層の上に配置された上部電極とを含む、請求項１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記機械層が、前記機械層が局所的に薄くされた凹部を含む、請求項１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記機械層が、前記基板と反対側の前記圧電スタックの側の上に配置された、請求項１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記機械層が、前記基板に面する前記圧電スタックの側の下に配置された、請求項１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記圧電層スタックの上に配置された音響結合媒体をさらに備え、前記圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサが、前記結合媒体を介して超音波信号を受信または送信するように構成された、請求項１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
基板上に配置された多層スタックを備える圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサであって、前記多層スタックが、
前記基板上に配置されたアンカー構造と、
前記アンカー構造上に配置された圧電層スタックと、
前記圧電層スタックに近接して配置された機械層と
を含み、前記機械層が、前記機械層が局所的に薄くされた凹部を含み、
前記圧電層スタックが、空洞の上に配置されていて、
前記機械層が、前記圧電層スタックと一緒に前記アンカー構造によって支持されていて、前記空洞上に膜を形成していて、前記膜が、前記圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサが超音波信号を受信または送信するとき、撓み運動と振動の一方または両方を受けるように構成された、圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記空洞が、少なくとも１つの放出穴を通して犠牲材料を除去することによって形成されていて、
前記機械層が、前記犠牲材料を除去した後に形成されていて、
前記機械層を形成することが、前記少なくとも１つの放出穴を封止することによって前記空洞を封止する、請求項１１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記機械層が、前記基板と反対側の前記圧電スタックの側の上に配置された、請求項１１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記機械層が、前記基板に面する前記圧電スタックの側の下に配置された、請求項１１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
前記圧電層スタックの上に配置された音響結合媒体をさらに備え、前記圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサが、前記結合媒体を介して超音波信号を受信または送信するように構成された、請求項１１に記載の圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ。
圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサを製作する方法であって、
基板上にアンカー構造を形成するステップであって、前記アンカー構造が犠牲材料の領域に近接して配置される、ステップと、
前記アンカー構造上に圧電層スタックを形成するステップと、
前記圧電層スタックの下に空洞を形成するように前記犠牲材料を除去するステップと、
前記圧電層スタックに近接して機械層を配置するステップと
を備え、前記圧電層スタックおよび前記機械層が、多層スタックの一部を形成し、前記機械層、前記空洞を封止し、前記圧電層スタックと一緒に前記アンカー構造によって支持され、前記空洞の上に膜を形成し、前記膜が、前記圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサが超音波信号を受信または送信するとき、撓み運動と振動の一方または両方を受けるように構成される、方法。
前記犠牲材料を除去するステップが、少なくとも１つの放出穴を通して犠牲材料を除去するステップを含み、前記犠牲材料が、前記少なくとも１つの放出穴を封止する、請求項１６に記載の方法。
前記アンカー構造が、下部層内に配置され、前記下部層が、前記圧電層スタックと平行であり、前記犠牲材料の領域を含む、請求項１６に記載の方法。
前記機械層が、面外曲げモードを可能にするために、前記多層スタックの中立軸が前記圧電層スタックの中立軸に対して、前記機械層に向かって変位するような厚さを有する、請求項１６に記載の方法。
前記機械層が、前記圧電層スタックよりも実質的に厚い、請求項１９に記載の方法。
前記中立軸が、前記機械層を通過する、請求項１９の記載の方法。
圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサセンサのアレイと、
音響結合媒体と
を備える装置であって、
少なくとも１つの圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサが、基板上に配置された多層スタックを含み、
前記多層スタックが、前記基板上に配置されたアンカー構造と、前記アンカー構造および空洞の上に配置された圧電層スタックと、前記圧電層スタックに近接して配置された機械層とを含み、前記機械層が、前記空洞を封止していて、
前記音響結合媒体が、前記圧電層スタックの上に配置されていて、
前記圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサが、前記結合媒体を介して超音波信号を受信または送信するように構成された、装置。
前記機械層が、前記圧電層スタックと一緒に前記空洞上に膜を形成していて、前記膜が、前記圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサが超音波信号を受信または送信するとき、撓み運動と振動の一方または両方を受けるように構成された、請求項２２に記載の装置。
前記機械層は、面外曲げモードを可能にするために、前記多層スタックの中立軸が前記圧電層スタックの中立軸に対して前記機械層に向かって変位するような厚さを有する、請求項２２に記載の装置。
前記機械層が、前記圧電層スタックよりも実質的に厚い、請求項２４に記載の装置。
前記中立軸が、前記機械層を通過する、請求項２４に記載の装置。
前記空洞が、少なくとも１つの放出穴を通して犠牲材料を除去することによって形成され、
前記機械層が、前記犠牲材料を除去した後に形成され、
前記機械層が、前記少なくとも１つの放出穴を封止することによって前記空洞を封止する、請求項２２に記載の装置。
前記機械層が、前記機械層が局所的に薄くされた凹部を含む、請求項２２に記載の装置。
前記機械層が、前記基板と反対側の前記圧電スタックの側の上、または、前記基板に面する前記圧電スタックの側の下に配置された、請求項２２に記載の装置。