本公開要求在2014年7月8日提交的題為“壓電超聲換能器及工藝(PIEZOELECTRIC ULTRASONIC TRANSDUCER AND PROCESS)”的美國臨時專利申請號62/022,140(代理人案號QUALP264PUS/145636P1)、題為“壓電超聲換能器及工藝(PIEZOELECTRIC ULTRASONIC TRANSDUCER AND PROCESS)”的美國實用專利申請14/569,256，以及在2013年12月12日提交的標題為“微機械超聲換能器和顯示器(MICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCERS AND DISPLAY)”的臨時專利申請號61/915,361，的優先權，以上申請通過引用并入本文。

技術領域

本公開涉及壓電換能器并且涉及用于制造壓電換能器的技術，并且更具體地說，涉及適合在用于生物識別感測、成像和觸控或手勢識別的電子傳感器陣列或交互式顯示器中使用的壓電超聲換能器。

背景技術：

薄膜壓電超聲換能器對于包含生物識別傳感器例如指紋傳感器、手勢檢測、麥克風和揚聲器、超聲波成像以及化學傳感器的眾多應用是有吸引力的理想候選者。所述換能器通常包含懸置在空腔上面的壓電堆疊。所述壓電堆疊可包含壓電材料層和在所述壓電層的每個側面上的經圖案化或未經圖案化電極層。

圖1為壓電超聲換能器的正視圖。如圖1所示，已知配置壓電超聲換能器100，使得其包含被安置在機械層130上面的壓電層堆疊110和例如可在絕緣體上硅(SOI)晶片中形成的空腔120。壓電層堆疊110包含壓電層115，其具有被分別安置在所述壓電層115下面和上面的相關聯下部電極112和上部電極114。所述空腔120可在半導體襯底160例如硅晶片(或在一些實施方案中，例如絕緣體上硅(SOI)晶片)中形成。所述機械層130可由所述SOI晶片的有源硅層形成。

本公開的部分涉及微機械超聲換能器，其方面已在2013年12月12日提交的并題為“微機械超聲換能器和顯示器(MICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCERS AND DISPLAY)”的美國臨時專利申請號61/915,361中，以及與本申請同時提交的代理人案號為QUALP228US/141202并題為“微機械超聲換能器和顯示器(MICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCERS AND DISPLAY)”的美國專利申請中描述，上述專利申請被轉讓給本發明的受讓人并且由此通過引用將其全部內容并入到本申請中以用于所有目的。

技術實現要素：

本公開的系統、方法及裝置各自具有若干創新方面，其中沒有單個方面單獨負責本文所揭示的合乎需要的屬性。

在本公開中描述的主題的一個創新方面涉及包含被安置在襯底上的多層堆疊的壓電微機械超聲換能器(PMUT)。所述多層堆疊包含被安置在所述襯底上面的錨定結構、被安置在所述錨定結構上面的壓電層堆疊和被安置成接近于所述壓電層堆疊的機械層。所述壓電層堆疊被安置在空腔上面。所述機械層密封所述空腔，并且連同所述壓電層堆疊受所述錨定結構支撐并在所述空腔上面形成膜片，所述膜片被配置成在所述PMUT接收或發射聲波或超聲波信號時，進行撓曲運動和振動中的一或兩者。在一些實例中，所述機械層的厚度可為使得所述多層堆疊的中性軸線相對于所述壓電層堆疊的中性軸線向所述機械層位移以允許平面外彎曲模式。在一些實例中，所述機械層可基本上比所述壓電層堆疊更厚。在一些實例中，所述中性軸線可穿過所述機械層。

在一些實例中，所述空腔可通過穿過至少一個釋放孔去除犧牲材料而形成，所述機械層可在去除所述犧牲材料之后形成，并且形成所述機械層可通過密封所述至少一個釋放孔而密封所述空腔。

在一些實例中，所述壓電層堆疊可包含壓電層、被安置在所述壓電層下面的下部電極以及被安置在所述壓電層上面的上部電極。

在一些實例中，所述機械層可包含所述機械層局部變薄的凹部。

在一些實例中，所述機械層可被安置在所述壓電堆疊的與所述襯底相對的側面上面。

在一些實例中，所述機械層可被安置在所述壓電堆疊的面向所述襯底的側面下面。

在一些實例中，所述PMUT可另外包含被安置在所述壓電層堆疊上面的聲耦合介質，其中，所述PMUT被配置成接收或發射通過所述耦合介質的超聲波信號。

根據一些實施方案，PMUT包含被安置在襯底上的多層堆疊。所述多層堆疊包含被安置在所述襯底上面的錨定結構、被安置在所述錨定結構上面的壓電層堆疊和被安置成接近于所述壓電層堆疊的機械層，所述機械層包含所述機械層局部變薄的凹部。所述壓電層堆疊被安置在空腔上面，并且所述機械層連同所述壓電層堆疊受所述錨定結構支撐并在所述空腔上面形成膜片，所述膜片被配置成當所述PMUT接收或發射超聲波信號時，進行撓曲運動和振動中的一或兩者。

在一些實例中，所述空腔可通過穿過至少一個釋放孔去除犧牲材料而形成，所述機械層可在去除所述犧牲材料之后形成，并且形成所述機械層可通過密封所述至少一個釋放孔而密封所述空腔。

根據一些實施方案，制成PMUT的方法包含在襯底上面形成錨定結構，所述錨定結構被安置成接近于犧牲材料的區，在所述錨定結構上面形成壓電層堆疊，去除所述犧牲材料以便形成在所述壓電層堆疊下面的空腔以及接近于所述壓電層堆疊安置機械層，其中，所述壓電層堆疊和所述機械層形成多層堆疊的一部分，所述機械層密封所述空腔，并且連同所述壓電層堆疊受所述錨定結構支撐并在所述空腔上面形成膜片，所述膜片被配置成當所述PMUT接收或發射超聲波信號時，進行撓曲運動和振動中的一或兩者。

在一些實例中，去除所述犧牲材料可形成在所述壓電層堆疊下面的空腔。

在一些實例中，去除所述犧牲材料可包含穿過至少一個釋放孔去除所述犧牲材料以及所述機械層密封所述至少一個釋放孔。

在一些實例中，所述錨定結構可被安置在下層中，所述下層平行于所述壓電堆疊層并且包含所述犧牲材料的區。

在一些實例中，所述機械層的厚度可為使得所述多層堆疊的中性軸線相對于所述壓電層堆疊的中性軸線位移并向所述機械層位移以允許平面外彎曲模式。在一些實例中，所述機械層基本上比所述壓電層堆疊更厚。在一些實例中，所述中性軸線可穿過所述機械層。

根據一些實施方案，設備包含PMUT傳感器陣列和聲耦合介質。至少一個PMUT包含被安置在襯底上面的多層堆疊。所述多層堆疊包含被安置在所述襯底上面的錨定結構、被安置在所述錨定結構和空腔上面的壓電層堆疊以及被安置成接近于所述壓電層堆疊的機械層，所述機械層密封所述空腔。所述聲耦合介質被安置在所述壓電層堆疊上面以及所述PMUT被配置成接收或發射通過所述耦合介質的超聲波信號。

附圖說明

本說明書中所描述的所述主題的一或多個實施方案的細節闡述于本公開和附圖中。通過審核本公開，其它特征、方面和優點將變得顯而易見。需要指出，本公開的附圖和其它圖示的相對尺寸可不按比例繪制。在本公開中所示出和描述的大小、厚度、布置、材料等僅借助于實例做出并且不應理解為限制。各個附圖中的相似附圖標號及名稱指示相似元件。

圖1是壓電超聲換能器的正視圖。

圖2A-2D示出根據本發明所公開的技術配置的PMUT堆疊的實施方案的實例。

圖3示出PMUT的實例實施方案。

圖4A和4B示出用于制造PMUT的工藝流程的實例。

圖5A示出具有機械層的PMUT的另一實施方案的橫截面說明性視圖。

圖5B示出具有機械層的PMUT堆疊的又一實施方案的橫截面說明性視圖。

圖5C示出具有頂部機械層和形成于所述襯底中的聲學端口的PMUT的橫截面說明性視圖。

圖6A示出根據一些實施方案的PMUT陣列的平面視圖。

圖6B-6E示出在各種構形中的PMUT陣列的說明性橫截面正視圖。

圖7A-7F示出用于PMUT的各種錨定結構構形的橫截面正視圖。

圖8A-8H示出PMUT和錨定結構的各種幾何構形的頂視圖。

圖9示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。

圖10A-10C示出用于將電子電路系統與如上所述的PMUT進行集成的工藝流程。

圖11A-11C示出PMUT超聲波傳感器陣列的各種構形的橫截面圖。

圖12示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。

圖13A和13B示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。

圖14A和14B示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。

圖15A和15B示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。

圖16A和16B示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。

圖17A和17B示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。

圖18示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。

具體實施方式

以下描述針對出于描述本公開的創新方面的目的的某些實施方案。然而，本領域的技術人員將容易認識到，可以許多不同方式應用本文中的教示。所描述實施方案可在包含超聲波傳感器的任何裝置、設備或系統中實現。更具體地說，在此考慮了所描述的實施方案可包含于例如(但不限于)以下各項的各種電子裝置中或與所述電子裝置相關聯：移動電話、具多媒體因特網功能的蜂窩式電話、移動電視接收器、無線裝置、智能電話、裝置、個人數據助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或便攜式計算機、上網本、筆記本計算機、智慧本、平板計算機、打印機、復印機、掃描器、傳真裝置、全球定位系統(GPS)接收器/導航器、相機、數字媒體播放器(例如MP3播放器)、攝錄影機、游戲控制臺、腕表、時鐘、計算器、電視監視器、平板顯示器、電子閱讀裝置(例如，電子閱讀器)、移動保健裝置、計算機監視器、自動顯示器(包含里程表及速度計顯示器等)、駕駛艙控制件和/或顯示器、攝像機視野顯示器(例如，車輛中的后視攝像頭的顯示器)、電子照片、電子廣告牌或標牌、投影儀、建筑結構、微波爐、冰箱、立體聲系統、盒式錄音機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音機、便攜式存儲器芯片、洗滌器、干燥器、洗滌器/干燥器、停車計時器、封裝(例如，在包含微機電系統(MEMS)應用的機電系統(EMS)應用以及非EMS應用中)、美學結構(例如，關于一件珠寶或服裝的圖像的顯示)以及各種EMS裝置。本文中的教示還可用于例如(但不限于)以下應用中：電子開關裝置、射頻濾波器、傳感器、加速計、陀螺儀、運動感測裝置、磁力計、用于消費型電子裝置的慣性組件、消費型電子產品的零件、變容器、液晶裝置、電泳裝置、驅動方案、制造工藝和電子測試裝備。因此，所述教示并不旨在限于僅在附圖中所描繪的實施方案，而是具有對本領域的技術人員而言將是顯而易見的廣泛適用性。

本公開的系統、方法和裝置各自具有若干創新方面，其中沒有單個方面單獨負責本文所公開的合乎需要的屬性。在本公開中描述的所述主題的一個創新方面可以在壓電機械超聲換能器(PMUT)中實施，所述PMUT被配置為多層堆疊，其包含被安置在空腔上面的壓電層堆疊和機械層。所述空腔可在所述多層堆疊的下層中形成，在所述空腔上面形成所述壓電層堆疊。機械層被安置成接近于所述壓電層堆疊。所述機械層可密封所述空腔，并且可連同所述壓電層堆疊受錨定結構支持并在所述空腔上面形成膜片。所述膜片可被配置成當所述PMUT接收或發射聲波或超聲波信號時，進行撓曲運動和振動中的一或多者。所述錨定結構可被安置在所述襯底上面的平行于所述壓電層堆疊的下層中并且包含一或多個區域的犧牲材料。所述犧牲材料可被犧牲地去除以在所述壓電層堆疊下面形成一或多個空腔。

在一些實施方案中，所述機械層的厚度使得所述多層堆疊的中性軸線相對于所述壓電層堆疊的中性軸線位移并向所述機械層位移，以允許平面外彎曲模式。因此，所述PMUT堆疊的中性軸線可為在與所述襯底相對的方向上從所述壓電層去除的距離。更具體地，所述中性軸線可在所述壓電層堆疊和所述空腔上面的平面中穿過所述機械層并且大致平行于所述壓電層堆疊。在一些實施方案中，所述PMUT堆疊的中性軸線可為在朝向所述襯底的方向上從所述壓電層去除的距離。更具體地，所述中性軸線可在所述壓電層堆疊下面的平面中穿過所述機械層并且大致平行于所述壓電層堆疊。

在本公開中描述的所述主題的一個創新方面可以在包含壓電微機械超聲換能器(PMUT)元件的一或二維陣列或超聲波指紋傳感器陣列的設備中實施，所述壓電微機械超聲換能器(PMUT)元件可以被放置在顯示器的背板下面、旁側、與其一起、在其上或在其上面。

在一些實施方案中，所述PMUT陣列可被配置成在對應于多個頻率范圍的模式中運行。例如，在一些實施方案中，所述PMUT陣列可被配置成在對應于低頻范圍(例如，50kHz至200kHz)的低頻模式中或在對應于高頻范圍(例如，1MHz至25MHz)的高頻模式中運行。當在所述高頻模式中運行時，設備能夠以相對較高的分辨率成像。因此，所述設備能夠從物體，例如被放在所述顯示器或傳感器陣列的表面上的手指檢測觸摸、指紋、觸筆和生物識別信息。此高頻模式可在本文中被稱作指紋傳感器模式、觸摸模式或觸筆模式。

當在低頻模式中運行時，所述設備能夠發出比當所述設備在所述高頻模式中運行時能夠相對更大程度穿透到空氣中的聲波。此些較低頻率聲波可穿過多種覆蓋層發射，所述多種覆蓋層包含蓋玻璃、觸控屏、顯示陣列、背光或被定位在超聲波發射器和顯示器或傳感器表面之間的其它層。在一些實施方案中，端口可穿過所述覆蓋層中的一或多個打開以優化從所述PMUT陣列到空氣中的聲耦合。所述較低頻率聲波可穿過在所述顯示器或傳感器表面上面的空氣發射、從接近所述表面的一或多個物體反射、穿過空氣發射并穿過所述覆蓋層回傳，并且由超聲波接收器檢測。因此，當在所述低頻模式中運行時，所述設備能夠在手勢檢測模式中運行，其中，可檢測接近所述顯示器的自由空間手勢。

另選地或除此以外，在一些實施方案中，所述PMUT陣列可被配置成在對應于在低頻范圍和高頻范圍之間的頻率范圍(例如，約200kHz至約1MHz)的中頻模式中運行。當在所述中頻模式中運行時，所述設備能夠提供觸摸傳感器功能，盡管某種程度上比高頻模式的分辨率更低。

所述PMUT陣列為可尋址的，以用于波陣面波束成形、波束轉向、接收面波束成形和/或返回信號的選擇性讀出。例如，傳感器像素的個別列、行、傳感器像素和/或組可單獨尋址。控制系統可控制發射器陣列以產生特定形狀的波陣面，例如平面、環形或圓柱形波陣面。所述控制系統可控制所述發射器陣列的量值和/或相位以在所期望的位置產生相長或相消干涉。例如，所述控制系統可控制所述發射器陣列的所述幅度和/或相位以在已檢測到觸摸或手勢的一或多個位置產生相長干涉。

在一些實施方案中，PMUT裝置可與薄膜晶體管(TFT)電路系統在同一襯底上共同制造，在一些實例中，所述襯底可為玻璃或塑料襯底。所述TFT襯底可包含行和列尋址電子器件、多路復用器、局部放大級和控制電路系統。在一些實施方案中，包含驅動器級和感測級的接口電路可被用于激勵PMUT裝置并且檢測來自同一裝置的響應。在其它實施方案中，第一PMUT裝置可充當聲波或超聲波發射器以及第二PMUT裝置可充當聲波或超聲波接收器。在一些構形中，不同的PMUT裝置能夠低頻和高頻運行(例如，用于手勢和用于指紋檢測)。在其它構形中，同一PMUT裝置可被用于低頻和高頻運行。在一些實施方案中，所述PMUT可使用硅晶片制成，所述硅晶片具有在所述硅晶片中制成的有源硅電路。所述有源硅電路可包含起所述PMUT或PMUT陣列的作用的電子器件。

圖2A-2D示出根據本發明所公開的技術配置的PMUT堆疊的實施方案的實例。在所示的實施方案中，PMUT 200A包含被安置在壓電層堆疊210上面的機械層230。所述壓電層堆疊210包含壓電層215，其具有被分別安置在所述壓電層115下面和上面的相關聯下部電極212和上部電極214。機械層230被安置在所述壓電堆疊的與所述襯底相對的側面上面。

所述機械層230被安置在所述壓電層堆疊210的與空腔220相對的側面上面，并且，連同所述壓電層堆疊210可形成在所述空腔220上面的鼓狀膜片。所述膜片可被配置成當所述PMUT接收或發射聲波或超聲波信號時，進行撓曲運動和/或振動。在圖2A所示的實施方案中，所述壓電層堆疊210在所述空腔220和所述機械層230之間，而在圖1所示的構形中，PMUT 100的機械層130在所述壓電層堆疊110和所述空腔120之間。在一些實施方案中，所述機械層230可基本上比所述壓電層堆疊更厚。

所述機械層230可由電絕緣材料制成并且可向微制造工藝的結束沉積，即在形成和圖案化所述壓電層堆疊210和所述壓電層堆疊210被安置在其上面的所述空腔220之后。所述機械層230可被配置成具有尺寸和機械特性，使得所述PMUT堆疊的中性軸線250為在所述壓電層堆疊210上面的距離。更具體地，所述中性軸線250被安置在包含所述壓電層堆疊210上面的所述機械層230的平面中。可觀察到，所述機械層230接近于所述壓電層堆疊210的與所述空腔220相對并且與所述襯底260相對的側面。在一些實施方案中，所述中性軸線250可在朝向所述機械層230的方向上距所述壓電層堆疊210的中性軸線一定距離穿過所述壓電層堆疊210，被安置在基本上平行于所述壓電層堆疊210的平面中。

對于包含壓電層的許多多層微觀結構裝置來說，所述多層堆疊的中性軸線距所述壓電層的中性軸線有一定距離是優選的。例如，本發明所公開的PMUT的所述機械層230致使所述多層堆疊的所述中性軸線250距所述壓電層210的中性軸線一定距離。所述距離可通過各種層的厚度和它們的彈性特性確定，所述彈性特性繼而可通過所述換能器的諧振頻率和品質因數要求確定。在一些實施方案中，所述中性軸線250可距所述壓電層210的中性軸線一定距離并朝向所述機械層230位移，但所述中性軸線250可仍然駐留在所述壓電層內或所述壓電堆疊內。例如，所述機械層230的厚度可為允許所述多層堆疊的平面外彎曲模式的厚度。在一些實施方案中，所述機械層230可被配置成允許所述多層堆疊主要以平面外模式，例如活塞模式或基本模式激勵。所述平面外模式可以致使所述多層堆疊的部分(可在本文中被稱作“釋放部分”)的位移接近所述空腔220，例如，在環形、正方形或矩形PMUT的中心。在一些實施方案中，所述中性軸線250的位移準許換能器在d₃₁或e₃₁模式中運行，其中，在轉換區域中的所述膜片的所述多層堆疊的所述中性軸線可從在所述堆疊中的有源壓電材料的中性軸線偏移。

如將在下文更詳細地描述，所述機械層230可被配置成提供密封空腔220的包封層。另外，所述機械層230可充當所述壓電層堆疊210的電極的鈍化層。通過明智選擇所述機械層230的材料屬性、厚度和內應力，可改進某些換能器參數。例如，諧振頻率、靜態和動態偏轉、聲壓輸出以及可從各種層中的殘余應力產生的膜片形狀(弓曲)可通過以適當方式配置所述機械層230來調整。

在一些實施方案中，所述機械層230可被配置成提供平面化以用于聲耦合層的附接、用于在換能器制造之后構建電路系統，和/或被配置成提供絕緣層以在所述機械層230的頂部上形成另外的路由層以用于關于所述壓電層堆疊210的電容性去耦。

在一些實施方案中，所述機械層230可包含減小所述PMUT堆疊的一部分的總厚度的凹部。所述凹部的大小和幾何形狀和凹部特征可被設計成用于影響換能器參數，例如諧振頻率、靜態和動態偏轉、聲壓輸出、機械品質因數(Q)和膜片形狀(弓曲)。圖2B示出PMUT結構的剖視圖，其具有在所述機械層230的上部中形成的凹部232，所述機械層在此處局部變薄。在如圖所示的實施方案中，所述凹部232在PMUT 200B的所述機械層230的中心區中形成。

可觀察到所述中性軸線250向下朝向接近于凹部232的空腔220移動。所述凹部232可包含基本上軸對稱的特征，例如部分地在圓形PMUT隔膜中接近隔膜中心形成的圓或環，或接近圓形隔膜的外圍形成的角溝槽或角溝槽的部分。在一些實施方案中，所述凹部232可包含在所述機械層230中接近正方形或矩形PMUT隔膜的中心形成的正方形或矩形特征。在一些實施方案中，凹部232可包含特征，例如接近正方形、矩形或圓形隔膜的外圍形成的窄矩形、局部溝槽或狹槽。在一些實施方案中，一系列放射狀狹槽可與中心或外圍凹部特征組合。在一些實施方案中，所述凹部或凹進特征可通過部分或基本上穿過所述機械層230、在下面的壓電層堆疊210上停止的蝕刻形成。在一些實施方案中，所述凹部232和/或其特征可例如基于蝕刻時間在所述機械層230中形成。在一些實施方案中，所述機械層230可包含兩個或兩個以上的沉積層，其中的一層可充當蝕刻終止層或障壁層以允許在制造期間確切限定所述凹部和凹進特征。

圖2C示出根據本發明所公開的技術配置的PMUT堆疊的實施方案的另一實例。在所示的實施方案中，PMUT 200C的所述機械層230被安置在所述空腔220上面和所述壓電層堆疊210下面。因此，所述機械層230被安置在所述壓電層堆疊210的面向所述空腔220和所述襯底260的側面下面。連同所述壓電層堆疊210，所述機械層230可在所述空腔220上面形成鼓狀膜片或隔膜，所述鼓狀膜片或隔膜被配置成當所述PMUT接收或發射聲波或超聲波信號時，進行撓曲運動和/或振動。在一些實施方案中，所述機械層230可基本上比所述壓電層堆疊更厚。

如將在下文更詳細地描述，所述機械層230可被配置成提供密封空腔220的包封層。通過明智選擇所述機械層230的材料屬性、厚度和內應力，可改進某些換能器參數。例如，諧振頻率、靜態和動態偏轉、聲壓輸出以及可從各種層中的殘余應力產生的膜片形狀(弓曲)可通過以適當方式配置所述機械層230來調整。

在一些實施方案中，所述機械層230可包含減小所述PMUT堆疊的一部分的總厚度的凹部。所述凹部的大小和幾何形狀和凹部特征可被設計成用于影響換能器參數，例如諧振頻率、靜態和動態偏轉、聲壓輸出、機械品質因數(Q)和膜片形狀(弓曲)。圖2D示出PMUT結構的剖視圖，其具有在所述機械層230的下部中形成的凹部232，所述機械層230在此處局部變薄。在如圖所示的實施方案中，所述凹部232在PMUT 200D的所述機械層230的中心區中形成。

所述凹部232可包含基本上軸對稱的特征，例如在接近所述隔膜中心的圓形PMUT隔膜中部分形成的圓或環，或接近圓形隔膜的外圍形成的角溝槽或角溝槽的部分。在一些實施方案中，所述凹部232可包含在接近正方形或矩形PMUT隔膜的中心的所述機械層230中形成的正方形或矩形特征。在一些實施方案中，凹部232可包含特征，例如接近正方形、矩形或圓形隔膜的外圍形成的窄矩形、局部溝槽或狹槽。在一些實施方案中，一系列放射狀狹槽可與中心或外圍凹部特征組合。在一些實施方案中，所述凹部或凹進特征可通過在所述機械層230和壓電層堆疊210的沉積之前部分穿過下面的犧牲層(未示出)的蝕刻形成。在一些實施方案中，所述凹部232和/或其特征可基于蝕刻時間通過部分蝕刻到所述下面的犧牲層中而形成。在一些實施方案中，所述犧牲層可包含兩個或兩個以上沉積層的堆疊，其中的一者可允許所述犧牲層的局部升高部分在所述機械層230和壓電層堆疊210的沉積之前形成，并且所述機械層230和壓電層堆疊210中的一者可充當蝕刻終止層或障壁層以允許在制造期間精確限定所述凹部和凹進特征。在一些實施方案中，所述機械層230的上表面可在形成所述壓電層堆疊210之前被平面化。例如，機械層230可通過化學機械拋光(CMP)(也被稱作化學機械平面化)被平面化。

本發明所公開的技術的更好理解可通過接著參考圖3獲得。圖3示出PMUT的實例實施方案。所示的PMUT 300包含被安置在空腔320i上面的壓電層堆疊310。如下文中更詳細描述的，所述空腔320i可通過穿過一或多個釋放孔320o去除在錨定結構370內形成的犧牲層而形成。所述錨定結構370可被沉積在襯底360上，如下文更詳細地描述。為了可擴展性，這些結構使用在IC、MEMS和LCD行業中共同的工藝制成是優選的。

在所示的實施方案中，所述壓電層堆疊310包含被安置在下部電極312和上部電極314之間的壓電層315。機械層330被安置在所述壓電層堆疊310的與空腔320i相對的側面上面，并且，可連同所述壓電層堆疊310在所述空腔320i上面形成鼓狀膜片或隔膜，所述鼓狀膜片或隔膜被配置成當所述PMUT接收或發射聲波或超聲波信號時，進行撓曲運動和/或振動。在一些實施方案中，所述機械層330可被配置以便提供所述中性軸線350被基本上安置在所述壓電層堆疊310的外面(上面)。有利的是，所述機械層330可充當密封一或多個釋放孔320o并將所述空腔320i與外部液體和氣體隔開，同時也為所述PMUT 300提供另外的結構支撐的包封層，如圖3的剖面B-B所示。

圖4A和4B示出用于制造PMUT的工藝流程的實例。在所示的實例中，在步驟S401，錨定結構470的第一層部分472被沉積到襯底360上。所述第一層部分472也可被稱作氧化物緩沖層。在一些實施方案中，所述氧化物緩沖層472可為厚度在約至約的范圍內的二氧化硅(SiO₂)層。例如，在實施方案中，所述氧化物緩沖層472的厚度約為所述襯底360可為玻璃襯底、硅晶片或其它合適的襯底材料。

在所示的實例中，在步驟S402，犧牲區425i和425o可通過首先將犧牲材料的犧牲層425沉積到所述氧化物緩沖層472上而形成，所述犧牲材料可包含非晶硅(a-Si)、多晶硅(多晶Si)或a-Si和多晶Si的組合。另選地，可使用其它犧牲層材料，例如鉬(Mo)、鎢(W)、聚乙烯碳酸鹽(PEC)、聚丙烯碳酸鹽(PPC)或聚降冰片烯(PNB)。步驟S402還可包含圖案化和蝕刻所述犧牲層425以形成所述犧牲區425i和425o。內犧牲區425i可被安置在對應于圖3的空腔320i的位置，而外犧牲區425o可被安置在對應于所述釋放孔320o的位置。犧牲層材料的一或多個釋放通道或釋放通孔(未示出)可連接所述外犧牲區425o和所述內犧牲區425i。在一些實施方案中，在所述PMUT中形成下面的空腔可能不需要使用PEC、PPC或PNB、釋放通道或釋放通孔，因為這些犧牲材料可被熱分解以產生氣態副產品，例如可穿過稍微可穿透的覆蓋層擴散的二氧化碳(CO2)、單原子或二原子氫或單原子或二原子氧。在一些實施方案中，所述犧牲層425具有在約至的范圍內的厚度。例如，在實施方案中，所述犧牲層425的厚度約為

在所示的實例中，在步驟S403，所述錨定結構470的錨定部分474被沉積到所述氧化物緩沖層472上，以便包含所述犧牲區425i和425o。在一些實施方案中，所述錨定部分474可為厚度在約至約的范圍內的SiO₂層。例如，在實施方案中，所述錨定部分474的厚度約為在沉積之后，所述錨定部分474任選地可進行化學機械平面化(CMP)以平面化所述沉積層的上部部分。另選地或除此以外，所述錨定部分474可通過化學、等離子體或其它材料去除方法變薄。

在所示的實例中，在步驟S404，壓電層堆疊410在錨定結構470上形成。更具體地，在一些實施方案中，一系列沉積工藝可被執行，其使得：氮化鋁(AlN)、二氧化硅(SiO₂)或其它合適的耐蝕刻層的第一層(或“障壁層”)411被沉積到所述錨定結構470和犧牲區425i和425o上；鉬(Mo)、鉑(Pt)或其它合適的導電材料的下部電極層412被沉積到所述障壁層411上；壓電層415，例如AlN、氧化鋅(ZnO)、鉛鋯酸鹽鈦酸鹽(PZT)或其它合適的壓電材料被沉積到所述下部電極層412上；以及Mo、Pt或其它合適的導電層的上部電極層414被沉積到所述壓電層415上。在一些實施方案中，所述障壁層411的厚度可在約至的范圍內。例如，在實施方案中，所述障壁層411的厚度約為在一些實施方案中，所述下部電極層412的厚度可在約至的范圍內。例如，在實施方案中，所述下部電極層412的厚度約為在一些實施方案中，所述壓電層415的厚度可在約至的范圍內。例如，在實施方案中，所述有源壓電層415的厚度約為在一些實施方案中，所述上部電極層414的厚度可在約至的范圍內。例如，在實施方案中，所述上部電極層414的厚度約為在一些實施方案中，所述第一層或障壁層411可充當后續下部電極和/或壓電層沉積的晶種層。

在步驟S404之后，一系列圖案化和形成操作可被執行，以便在所期望的幾何構形中選擇性暴露被包含在所述壓電層堆疊410中的各種層。在所示的實例中，在步驟S405，鉬的所述上部電極層414可進行圖案化和蝕刻以暴露所述壓電層415的所選區域。在步驟S406，AlN或其它壓電材料的所述壓電層415可進行圖案化和蝕刻以便暴露下部電極層412的所選區域。在步驟S407，鉬的所述下部電極層412可進行圖案化和蝕刻以便我們暴露障壁層411的所選區域。

在所示的實例中，在步驟S408，隔離層416可被沉積到所述上部電極層414和在前述步驟S404至S407的掩蔽和蝕刻操作期間所暴露的其它表面上。在一些實施方案中，所述隔離層416可例如為SiO₂并具有在約至的范圍內的厚度。例如，在實施方案中，所述隔離層416的厚度約為步驟S408還可包含圖案化和蝕刻所述隔離層416以便暴露上部電極層414、下部電極層412和外犧牲區425o的所選區域。在使用熱可分解犧牲材料，例如PEC、PPC或PNB的一些實施方案中，圖案化和蝕刻所述隔離層416不必暴露任何外犧牲區425o。

在所示的實例中，在步驟S409，金屬互連層418可被沉積到在前述步驟S408的掩蔽和蝕刻操作期間所暴露的表面上。所述互連層418可為例如鋁金屬并具有在約至的范圍內的厚度。例如，在實施方案中，所述互連層418的厚度約為步驟S409還可包含圖案化和蝕刻所述互連層418，以便暴露所述隔離層416和所述外犧牲區425o的所選區域。在使用熱可分解犧牲材料的實施方案中，圖案化和蝕刻所述互連層418不必暴露任何外犧牲區425o。

在所示的實例中，在步驟S410，在步驟S402被沉積以形成內犧牲區425i和外犧牲區425o的所述犧牲材料可被去除，由此形成釋放孔420o和空腔420i。從所述內犧牲區425i、所述外犧牲區425o以及在所述外犧牲區425o和內犧牲區425i之間的一或多個連接釋放通道去除所述犧牲材料可通過所述釋放孔420o發生。例如，所述a-Si/PolySi犧牲層425可通過將所述犧牲材料暴露于蝕刻劑，例如二氟代氙(XeF₂)來去除。通過提供釋放通道或耦合外犧牲區425o和內犧牲區425i的通孔，所述內犧牲區425i的基本上所有犧牲材料可通過所述一或多個釋放孔420o去除。在使用熱可分解犧牲材料的一些實施方案中，將所述襯底的溫度升高至分解溫度(例如，對于PEC約200C，以及對于PNB約425C)任選擇性去除所述犧牲材料，其中，在分解期間，氣態副產品通過所述覆蓋層擴散或通過任何暴露的釋放通道或通孔發散。

在所示的實例中，在步驟S411，機械層430可被沉積到在前述步驟409的掩蔽和蝕刻操作期間所暴露的表面上。所述機械層430可包含SiO₂、SiON、氮化硅(SiN)、其它電介質材料或電介質材料或層的組合。所述機械層430的厚度可在約至的范圍內。例如，在實施方案中，所述機械層430的厚度約為步驟S409還可包含圖案化和蝕刻所述機械層430以便實現所期望的配置。如圖4A-4B所示，所述機械層430可被配置成機械密封(包封)所述釋放孔420o。因此，在步驟S411的所述機械層430的沉積可提供在所述密封空腔420i和周圍環境之間的相當大程度的隔離。所述機械層430也可充當在所述上部電極層414和其它暴露層上面的鈍化層。在使用熱可分解犧牲材料的實施方案中，密封可能不需要所述機械層430的沉積或可以以其它方式包封所述下面的空腔420i。

圖5A示出具有機械層的PMUT的另一實施方案的橫截面說明性視圖。在所示的實施方案中，PMUT 500A通過在襯底560，例如硅晶片或玻璃襯底上形成錨定結構570而形成。包含下部電極層512、壓電層515和上部電極層514的壓電層堆疊510在所述錨定結構570上形成。使用例如犧牲蝕刻劑從所述襯底560去除所述壓電層堆疊510的一部分，以選擇性去除犧牲層(未示出)并在所述壓電層堆疊510和所述襯底560之間形成空腔520。在所述空腔區中的所述犧牲層的部分可通過延伸穿過所述PMUT 500A的所述壓電層堆疊510的中心部分的中心釋放孔522進入。另選地，如上所述的一或多個釋放孔和釋放通道可被用于去除犧牲材料以形成所述空腔520。機械層530可被放置在所述壓電層堆疊510上或以其它方式被安置在所述壓電層堆疊510上。所述機械層530可充當所述釋放孔522的密封層。所述機械層530連同所述壓電層堆疊510可在所述空腔520上面形成鼓狀膜片，所述鼓狀膜片被配置成當所述PMUT接收或發射聲波或超聲波信號時，進行撓曲運動和/或振動。中性軸線550穿過所述機械層530，所述機械層530被放置在與所述空腔520相對的側面上的所述壓電層堆疊510上面。在一些實施方案中，所述中性軸線550可被安置在基本上平行于所述壓電層堆疊510的平面中，在朝向所述機械層530的方向上距所述壓電層堆疊510的所述中性軸線的一定距離穿過所述壓電層堆疊510。

在一些實施方案中，所述機械層530可通過層壓、粘附來施加或以其它方式將所述機械層530粘合到所述壓電層堆疊510的暴露上表面。例如，所述機械層530可包含厚的可圖案化膜，例如SU8、聚酰亞胺、光敏硅酮介電膜，氣旋聚合物膜例如苯并環丁烯或BCB、干燥抗蝕劑膜或光敏材料。另選地，所述機械層530可包含塑料的層合層，例如聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)、聚乙烯萘二甲酸酯(PEN)、聚酰亞胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、硅酮、彈性材料或其它合適材料。所述機械層530可被層合或以其它方式與粘合劑或其它連接層粘合。粘合劑的實例包含硅樹脂、聚胺酯、熱塑物、彈性粘合劑、熱固性粘合劑、可UV固化粘合劑、熱固化粘合劑、熱熔粘合劑、酚醛樹脂、一組分和兩組分環氧化物、氰基丙烯酸酯、丙烯酸聚合物、丙烯酸酯、聚酰胺、接觸粘合劑和壓敏粘合劑(PSA)。所述機械層530可被沉積、涂布、層合、粘附或以其它方式直接或間接粘合到所述壓電層堆疊并且可具有大范圍的厚度，例如從小于2微米到超過500微米。

圖5B示出具有機械層的PMUT堆疊的又一實施方案的橫截面說明性視圖。在所示的實施方案中，PMUT 500B的所述機械層530包含上部機械層530b，其可被層合或以其它方式被附接到被放置在與所述空腔520和襯底560相對的側面上的壓電層堆疊510上面的沉積下部機械層530a。所述下部機械層530a可包含一或多個沉積層，如上所述。一或多個釋放孔522可在所述下部機械層530a中和所述下面的壓電層堆疊510中形成，以允許去除犧牲材料以形成所述空腔520。在所示的實施方案中，所述釋放孔522可在上部機械層530b附接到下部機械層530a的暴露上表面上之后即刻被密封。因此，所述上部機械層530b可充當所述釋放孔522的密封層。根據個別層的厚度和彈性模量，中性軸線550可穿過下部機械層530a或上部機械層530b中的任一者。在接近所述釋放孔522的區域中，所述中性軸線550的中心部分可被安置在比所述中性軸線的其余部分更遠離所述空腔520的位置。

圖5C示出具有頂部機械層和形成于所述襯底中的聲學端口的PMUT的橫截面說明性視圖。聲學端口580可在所述壓電層堆疊510下面的所述襯底560中形成。所述聲學端口580可被配置成提供在所述PMUT 500C和所述襯底560的背面之間的聲耦合。所述聲學端口580的橫截面尺寸可大體上等于、大于或小于在所述壓電層堆疊510和所述聲學端口580之間的空腔520的尺寸。所述空腔520可在形成所述聲學端口580之前或之后通過去除所述空腔區域中的犧牲材料而形成。機械層530可被安置在所述壓電層堆疊510上。所述多層堆疊的中性軸線550可在與所述空腔520和所述聲學端口580相對的方向上與所述壓電堆疊510隔開一定距離穿過所述機械層530。所述聲學端口580可允許超聲波或聲波從所述PMUT 500C發射至所述襯底560外部的區。類似地，所述聲學端口580允許所述PMUT 500C從所述襯底560外部的區接收超聲波或聲波。

圖5A-5C示出個別PMUT和PMUT堆疊的實施方案，然而，所述機械層530可超出個別PMUT堆疊延伸并覆蓋一或多個相鄰PMUT。圖6A示出根據一些實施方案的PMUT陣列的平面視圖。每個PMUT 600被配置成通過粘合機械層630在共同襯底660上，所述粘合機械層630在上方延伸并在所述PMUT陣列600A中的兩個或兩個以上PMUT 600之間延伸。機械層630的粘合部分可充當聲耦合層。在一種運行模式中，在所述陣列中的所述PMUT 600可被同時致動以從所述機械層630的上表面生成半平面波并發射所述半平面波。在一些實施方案中，所述機械層630在相鄰的PMUT之間是連續的。在一些實施方案中，所述機械層630可被圖案化、分割、切片、切開、切割或以其它方式形成以與PMUT 600的外圍對齊或選擇性暴露位于所述機械層630，例如金屬粘合墊下面的又一層的部分。盡管圖6A所示的實施方案包含圓形PMUT 600的陣列，但是其它形狀，例如正方形或矩形PMUT在本公開的預期內。例如，在一些實施方案中，可涵蓋六邊形的PMUT，由此，就每單位面積的像素數量而言，可獲得增大的堆積密度。所述PMUT 600的陣列可被配置為如圖6A所示的正方形或矩形陣列。在一些實施方案中，所述陣列可包含PMUT 600的錯開行或列，例如三角形或六邊形陣列。

圖6B-6E示出在各種構形中的PMUT陣列的說明性橫截面正視圖。PMUT陣列600B包含被安置在襯底660上的PMUT 600的陣列。上部機械層630可被層合、粘合或以其它方式附接到所述PMUT 600的陣列的上表面，例如通過粘合劑層632。每個PMUT 600的撓曲運動和/或振動可彎曲、撓曲、壓縮或擴展所述機械層630的部分。在一些實施方案中，在所述PMUT陣列600B中的PMUT 600的同步振動可發起向上并穿過所述機械層630的大致平面的超聲波。在一些實施方案中，隨著在PMUT 600下面的受控致動，所述機械層630可彎曲和撓曲以通過受控的波陣面發起聲波或超聲波，所述受控的波陣面可用于發射側波束成形應用。在一些實施方案中，穿過所述機械層630返回的超聲波可致使在PMUT 600下面的撓曲運動和/或振動并且所述撓曲運動和/或振動相應被檢測到。在一些實施方案中，所述機械層630可充當聲耦合介質。在一些實施方案中，所述機械層630可充當可機械包封或以其它方式密封PMUT 600內的空腔的包封層。所述機械層630可包含例如聚合物或塑料，例如聚碳酸酯(PC)、聚酰亞胺(PI)或聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)的層。所述粘合劑層632可包含環氧樹脂、UV固化材料、壓敏粘合劑(PSA)的薄層，或將所述機械層630耦合至所述PMUT陣列600B中的所述PMUT 600的其它合適的粘合材料。

圖6C示出PMUT陣列600C，其被配置成具有覆蓋被安置在襯底660上的機械層630和PMUT 600的陣列的蓋玻璃、包封壁、按鈕蓋或壓板690的一部分。粘合劑層632和634可將所述機械層630機械連接至所述PMUT 600和所述覆蓋壓板690。在一些實施方案中，所述機械層630可提供在所述PMUT 600的陣列和所述覆蓋壓板690之間的聲耦合以供在超聲波指紋傳感器、觸摸傳感器、超聲波觸摸板、觸筆檢測、生物識別感測器或其它超聲波裝置中使用。聲學阻抗匹配層692，例如聚合涂層可被沉積、絲網印刷、噴涂、粘附或以其它方式被安置在所述蓋玻璃或壓板690的外表面上。所述聲匹配層692可充當耐刮擦涂層。所述機械層630的另外描述在上面關于圖6B提供。

圖6D示出機械層630經由微柱636的陣列被耦合至PMUT 600的陣列的PMUT陣列600D。所述微柱636可提供在PMUT 600和所述覆蓋機械層630之間的機械和聲耦合。所述微柱636可充當聲波波導，從而允許由所述PMUT 600所生成的聲波或超聲波在相鄰PMUT 600之間的一些水平的聲隔離的情況下行進穿過所述波導。類似地，所述微柱636可充當可以將超聲波導引回到所述PMUT 600的聲波波導，所述PMUT 600可充當超聲波發射器或超聲波接收器中的任一者。在一些實施方案中，所述微柱636的橫截面可基本上為正方形、矩形或環形，與所述PMUT陣列600D中的每個PMUT 600的外圍基本上對準，其中，每個微柱636與相鄰微柱636間隔空隙。在一些實施方案中，所述微柱636可由光可圖案化聚合物，例如光阻或光可成像聚合物層壓體(例如，SU-8負性作用光阻層、光敏硅酮電介質膜或氣旋聚合物膜)形成。例如，相對厚的負或正光阻層可被施加到在所述襯底660上的PMUT 600的上表面、被干燥、通過合適的光掩模圖案化、被顯影和烘烤以形成所述微柱636。在一些實施方案中，也被稱作干燥抗蝕劑膜的干燥抗蝕劑光可圖案化膜可在對準和附接到所述PMUT 600的陣列之前被預圖案化。所述干燥抗蝕劑膜可具有在相對惰性的背層，例如醋酸、PC、PI或PET上的光敏材料層。在一些實施方案中，粘合促進劑或粘合劑層632可被放置在所述微柱636和所述下面的PMUT 600之間以提供機械和聲耦合。在一些實施方案中，用于所述干燥抗蝕劑膜的所述背層可被去除。另選地，用于所述干燥抗蝕劑膜的所述背層可被保留并充當機械層630。在一或多個PMUT 600上光刻地形成的所述聲波波導(例如，微柱636)可提供具有被安置在襯底上或被配置在PMUT陣列中的PMUT的緊密對準和幾何形狀限定能力的低成本分批工藝。在一些實施方案中，聚合物層壓體可被用作在附接蓋玻璃或壓板之前平面化所述PMUT構形時覆蓋與所述PMUT 600相關聯的多個釋放孔的圍罩。

圖6E示出具有微柱636的陣列和充當指紋傳感器陣列的壓板690的PMUT陣列600E。聲匹配層692可被安置在蓋玻璃或壓板690的外表面上。在襯底660上的所述PMUT陣列600E中的PMUT 600可生成超聲波664并發射所述超聲波664，所述超聲波664通過所述微柱636、通過任選機械層630傳播并傳播到所述壓板690中。所述超聲波664的一部分可從所述壓板690的外表面或聲匹配層692反射回來，其幅度部分取決于在所述壓板690或聲匹配層692和覆蓋物體，例如被置于與所述壓板690的所述外表面接觸的使用者的手指的指紋脊線和谷線之間的聲失配。反射波可通過所述聲匹配層692和壓板690、通過任選機械層630和微柱636行進回來，并且被下面的PMUT 600檢測。粘合劑層632和634可用來將所述PMUT陣列600E的各種層機械和聲學耦合在一起。

圖7A-7F示出PMUT 700的各種錨定結構構形的橫截面正視圖。圖7A示出被放置在襯底760和壓電層堆疊710之間的外圍錨定結構770，所述壓電層堆疊710具有在其上形成的機械層730。所述機械層730連同所述壓電層堆疊710可在空腔720上面形成鼓狀膜片或隔膜并且可被配置成當所述PMUT接收或發射聲波或超聲波信號時，進行撓曲運動和/或振動。在所示的實施方案中，機械中性軸線750穿過所述機械層730并在所述壓電層堆疊710和空腔720上面。在一些實施方案中，所述中性軸線750可相對于所述壓電層堆疊710的所述中性軸線位移，并向被放置在所述壓電層堆疊710上面的所述機械層730位移，以允許平面外彎曲模式。

圖7B示出被放置在所述壓電層堆疊710和所述襯底760之間的中心錨定結構770。圖7C示出具有中心釋放孔722的所述外圍錨定結構770的變型。圖7C所示的構形可替代地表示一對懸臂式的PMUT 700。在圖7A-7F中的雙垂直箭頭表示一種運行模式，例如平面外彎曲模式，其中，所述PMUT 700的釋放部分可被驅動以振蕩或以其它方式在由對應箭頭所指示的方向上偏轉。圖7D示出PMUT 700，其具有被放置在襯底760和所述壓電層堆疊710之間的外圍錨定結構770、具有被放置在所述壓電層堆疊710和所述空腔720之間的機械層730。所述多層堆疊的所述機械中性軸線750可相對于所述壓電層堆疊710的所述中性軸線在朝向下面的空腔720和襯底760的方向上位移，以允許一或多個平面外彎曲模式。圖7E示出PMUT 700，其具有被放置在所述壓電層堆疊710和所述襯底760之間的中心錨定結構770、具有被放置在所述壓電層堆疊710和所述空腔720之間的機械層730。類似于圖7D中的所述PMUT 700，所述多層堆疊的所述機械中性軸線750可從所述壓電層堆疊710的所述中性軸線朝向所述空腔720和所述襯底760位移。圖7F示出具有外圍錨定結構770的PMUT 700，所述外圍錨定結構770具有中心釋放孔722。另選地，圖7F所示的構形可表示一對懸臂式的PMUT 700。所述機械層730被放置在所述壓電層堆疊710和所述空腔720之間。所述多層堆疊的所述機械中性軸線750可從所述壓電層堆疊710的中心朝向所述下面的空腔720和襯底760位移。

圖8A-8H示出PMUT和錨定結構的各種幾何構形的頂視圖。具有環形機械層830和錨定結構870的圓形PMUT 800在圖8A中示出。具有環形機械層830和中心錨定結構870的圓形PMUT 800在圖8B中示出。圖8C和8D分別示出具有外圍錨定結構870和中心錨定結構870的正方形PMUT 800。圖8E和8F分別示出具有外圍錨定結構870和定中心的錨定結構870的長矩形PMUT 800。圖8G示出具有一對側面錨定結構870的矩形PMUT 800。圖8H示出具有側面錨定結構870a和870b的一對矩形PMUT 800，其也被稱作帶式PMUT或PMUT帶。在圖8A-8H中示出的所述PMUT 800是說明性的，其具有連接電極、襯墊、跡線、蝕刻孔以及為了清楚起見所省略的其它特征。在一些實施方案中，具體地，在具有中心或以其它方式定中心的錨定結構的實施方案中，所述錨定結構可被稱為錨定柱或簡稱為“柱”。在圖8A-8H中示出的所述PMUT可被配置成所述機械層的相當大部分被放置在所述壓電層堆疊上面，如圖2A所示，或所述機械層的相當大部分被放置在所述壓電層堆疊下面，如圖2C所示。

在本公開中描述的所述PMUT可大體被密封或未被密封。密封的PMUT具有從外部環境密封的相關聯空腔的至少一部分。在一些實施方案中，密封的PMUT可具有在所述空腔區內密封的真空。在一些實施方案中，所述密封PMUT可具有氣體，例如氬氣、氮氣或空氣，其在所述空腔區內的參考壓力低于、高于或大體上等于大氣壓。密封PMUT的聲學性能可超出未密封PMUT的聲學性能，因為所述PMUT結構的阻尼可比未密封PMUT的阻尼更高。在一些實施方案中，可利用未密封的PMUT。例如，具有中心錨定或柱結構的PMUT可未被密封或以其它方式被認為是開放式結構。未密封的PMUT可允許液體、氣體或其它粘性介質穿過所述空腔區。例如，具有相關聯聲學端口的PMUT可在所述PMUT的一個側面或兩個側面上未被密封以允許發射和接收聲波或超聲波。一或多個聲學端口，例如經蝕刻或以其它方式在所述PMUT下面在所述襯底中形成的孔可被包含在上述的PMUT和制造方法的各種實施方案內。在一些實施方案中，未被密封的PMUT或未被密封的PMUT陣列可用覆蓋層覆蓋，所述覆蓋層可充當頂部機械層或所述頂部機械層的補充物，例如在圖5B中示出的所述上部機械層530b。所述覆蓋層可在與所述一或多個PMUT相關聯的一或多個釋放孔上面延伸，并用例如粘合劑層附接到所述PMUT膜片以密封所述PMUT空腔并提供與環境氣體和液體的隔離。

圖9示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。方法900包含用于在襯底上面形成錨定結構的步驟910。所述襯底可包含玻璃襯底，例如玻璃板、面板、子面板或晶片。在一些實施方案中，所述襯底可為塑料或可為柔性的。所述襯底可包含TFT電路系統。另選地，所述襯底可包含半導體襯底，例如具有或沒有預制的集成電路系統的硅晶片。所述錨定結構可包含一或多層的沉積電介質材料，例如二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。所述錨定結構可包含硅化物，例如鎳硅化物。所述錨定結構可被安置成接近犧牲材料的區，所述犧牲材料被圖案化以便允許最終形成一或多個空腔、釋放孔、通孔和通道。所述犧牲材料可包含非晶硅(a-Si)、多晶硅(多晶Si)或a-Si和多晶Si的組合。平面化工序，例如CMP或化學薄化可被用于平面化所述錨定結構和所述犧牲層。

在步驟920中，壓電層堆疊在所述錨定結構上面形成。所述壓電層堆疊可包含壓電層，例如AlN、ZnO或PZT，其具有被電耦合到所述壓電層的一或多個電極層。所述壓電層堆疊可被圖案化和蝕刻以形成通孔或釋放孔和其它特征。在步驟930中，所述犧牲材料被去除。去除所述犧牲材料可通過釋放孔從空腔區去除所述犧牲層來實現。在一些實施方案中，去除所述犧牲材料可通過一或多個釋放通孔或孔以及可連接一或多個外部釋放孔和所述空腔區的一或多個釋放通道蝕刻所述犧牲層來實現。在步驟940中，機械層被安置在所述壓電層堆疊上面，使得所得組件的中性軸線位于朝向所述機械層并遠離所述襯底的一定距離，以便所述中性軸線穿過所述機械層以及并不穿過所述壓電層堆疊。在一些實施方案中，所述機械層可被安置在具有一定厚度的所述壓電層堆疊上面，使得所得多層堆疊的所述中性軸線相對于所述壓電層堆疊的所述中性軸線位移并朝向所述機械層位移以允許平面外彎曲模式。在一些實施方案中，所述機械層可包含沉積層、一或多層的組合、結合層或在沉積層或層集合上面的結合層。所述機械層可被圖案化以形成特征例如頂部凹部，所述機械層在此處局部變薄。如在步驟950中示出并根據所述實施方案，當所述機械層被安置在所述壓電層堆疊上面時，一或多個釋放孔可被密封。

圖10A-10C示出用于將電子電路系統與如上所述的PMUT進行集成的工藝流程。圖10A示出“TFT第一”工藝1000a，其中，TFT或其它集成電路系統在步驟1010中在襯底上/中形成，接著在所述襯底上可在所述電路系統頂部上或旁側形成一或多個PMUT，如在步驟1020中所示。該方法允許第一制造設施在襯底上形成有源電路系統，以及第二制造設施接收具有所述有源電路系統的所述襯底并在所述襯底上形成所述PMUT。圖10B示出“TFT最后”工藝1000b，其中，TFT或其它集成電路系統在形成所述PMUT之后在襯底上/中形成，如在步驟1040和1050中所示。平面化步驟以及厚的電介質層可用來提供可形成TFT電路的表面，如上所述。圖10C示出組合或共同制造工藝1000c，其中，PMUT和有源電路系統在襯底上形成，如在步驟1060和1070中所示。該方法可得益于利用形成有源電路系統和PMUT兩者的共同層，與PMUT第一或PMUT最后工藝相比，所述組合或共同制造工藝可以減少所需的掩蔽和沉積步驟的總數。例如，用于TFT或基于硅的晶體管的金屬互連層可供用于所述PMUT的所述上部或下部電極層。在另一實例中，在用于所述有源電路系統的金屬層之間的電介質層可被用于所述PMUT中的區或障壁層或在所述機械層中使用或用于密封。用于金屬或電介質層的蝕刻工序可被共同使用以在所述襯底上形成所述有源電路系統和所述PMUT的部分。在另一實例中，用于所述TFT或有源電路系統的鈍化層可被用于所述PMUT裝置的鈍化。在一些實施方案中，所述TFT或有源電路系統可包含行和列尋址電子器件、多路復用器、局部放大級或控制電路系統。在一些實施方案中，包含驅動器級和感測級的接口電路可被用于激勵PMUT裝置并檢測來自同一或另一PMUT裝置的響應。在一些實施方案中，所述有源硅電路可包含用于起所述PMUT或PMUT陣列的作用的電子器件。

圖11A-11C示出PMUT超聲波傳感器陣列的各種構形的橫截面圖。圖11A示出具有PMUT作為發射和接收元件的超聲波傳感器陣列1100A，其可用作例如超聲波指紋傳感器、超聲波觸摸墊或超聲波成像器。在PMUT傳感器陣列襯底1160上的PMUT傳感器元件1162可發出超聲波并檢測所述超聲波。如圖所示，超聲波1164可從PMUT傳感器元件1162發射。所述超聲波1164可穿過聲耦合介質1165和壓板1190a向物體1102，例如被放置在所述壓板1190a的外表面上的手指或觸筆行進。輸出超聲波1164的一部分可穿過所述壓板1190a發射并發射到所述物體1102中，同時第二部分從壓板1190a的表面朝向所述傳感器元件1162反射回來。反射波的幅度部分取決于所述物體1102的聲學特性。所述反射波可通過所述傳感器元件1162檢測到，可藉此獲取所述物體1102的圖像。例如，通過間距約為50微米(約500像素每英寸)的傳感器陣列，可檢測到指紋的脊線和谷線。可提供聲耦合介質1165，例如粘合劑、膠、順應層或其它聲耦合材料以改進被安置在所述傳感器陣列襯底1160上的所述PMUT傳感器元件1162的陣列和所述壓板1190a之間的耦合。所述聲耦合介質1165可幫助去往和來自所述傳感器元件1162的超聲波的傳送。所述壓板1190a可包含例如玻璃、塑料、藍寶石或其它壓板材料的層。聲阻抗匹配層(未示出)可被安置在所述壓板1190a的外表面上。

圖11B示出具有在傳感器和顯示器襯底1160上共同制造的PMUT傳感器元件1162和顯示像素1166的超聲波傳感器和顯示器陣列1100B。所述傳感器元件1162和顯示像素1166可被共置在單元陣列的每個單元中。在一些實施方案中，所述傳感器元件1162和所述顯示像素1166可在同一單元內并排制成。在一些實施方案中，所述傳感器元件1162的部分或全部可在所述顯示像素1166上面或下面制成。壓板1190b可被放置在所述傳感器元件1162和所述顯示像素1166上面并且可充當或包含防護透鏡或蓋玻璃。所述蓋玻璃可包含一或多層的材料，例如玻璃、塑料或藍寶石，并可包含用于電容式觸摸屏的供應件。聲阻抗匹配層(未示出)可被安置在所述壓板1190b的外表面上。超聲波1164可從一或多個傳感器元件1162發射和接收，以提供物體1102，例如被放在所述蓋玻璃1190b上的觸筆或手指的成像能力。所述蓋玻璃1190b基本上為透明的，以允許來自所述顯示像素1166的陣列的可見光可由使用者通過所述蓋玻璃1190b觀看。使用者任選擇觸摸所述蓋玻璃1190b的一部分，并且該觸摸可由所述超聲波傳感器陣列檢測。例如，當使用者觸摸所述蓋玻璃1190b的所述表面時，可獲取生物識別信息，例如指紋信息。可提供聲耦合介質1165，例如粘合劑、膠或其它聲耦合材料，以改進在所述傳感器陣列襯底1160和所述蓋玻璃之間的聲、光學和機械耦合。在一些實施方案中，所述耦合介質1165可為可充當液晶顯示器(LCD)的一部分的液晶材料。在LCD實施方案中，背光源(未示出)可被光學耦合至所述傳感器和顯示器襯底1160。在一些實施方案中，所述顯示像素1166可為具有發光顯示像素的非晶形發光二極管(AMOLED)顯示器的一部分。在一些實施方案中，所述超聲波傳感器和顯示器陣列1100B可被用于顯示目的和用于觸摸、觸筆或指紋檢測。

圖11C示出超聲波傳感器和顯示器陣列1100C，其具有被放置在顯示器陣列襯底1160b后面的傳感器陣列襯底1160a。聲耦合介質1165a可被用于將所述傳感器陣列襯底1160a聲耦合至所述顯示器陣列襯底1160b。光學和聲耦合介質1165b可被用于將所述傳感器陣列襯底1160a和所述顯示器陣列襯底1160b光學和聲學地耦合至防護透鏡或蓋玻璃1190c，其也可充當用于檢測指紋的壓板。聲阻抗匹配層(未示出)可被安置在所述壓板1190c的外表面上。從一或多個傳感器元件1162發射的超聲波1164可穿過所述顯示器陣列襯底1160b和蓋玻璃1190c行進、從所述蓋玻璃1190c的外表面反射并朝向所述傳感器陣列襯底1160a行進回來，所述反射超聲波可在所述傳感器陣列襯底1160a處被檢測到并獲取圖像信息。在一些實施方案中，所述超聲波傳感器和顯示器陣列1100C可被用于向使用者提供視覺信息并被用于使用者的觸摸、觸筆或指紋檢測。另選地，PMUT傳感器陣列可在所述顯示器陣列襯底1160b的背面上形成。另選地，具有PMUT傳感器陣列的所述傳感器陣列襯底1160a可被附接到所述顯示器陣列襯底1160b的所述背面，而所述傳感器陣列襯底1160a的所述背面被直接附接到所述顯示器陣列襯底1160b的所述背面，例如，通過粘合劑層或粘合材料(未示出)。

如上面結合圖4A和4B所述，根據本發明所公開的技術用于形成PMUT堆疊的工藝流程可包含一系列微制造工藝，其包含沉積、圖案化、蝕刻和CMP。除在圖4A和4B中示出的工藝流程之外，若干替代的工藝流程在本公開的預期內。

圖12示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。在所示的實例中，工藝1200并入有硅化物形成工藝，其可以平面化所述錨定結構的頂部和所述犧牲層的頂部。因此，可避免被包含在步驟S403(圖4A)中的CMP工序。所述硅化物可形成用于所述PMUT的所述錨定結構的至少一部分，并在去除所述犧牲材料期間充當耐蝕刻層以形成所述PMUT空腔。

工藝1200可通過步驟S401開始。如上文結合圖4A所描述，步驟S401可包含將錨定結構470的第一層部分472沉積到襯底360上。

在步驟S1202，犧牲區425i和425o(圖4A)通過首先將犧牲材料的犧牲層425沉積到所述氧化物緩沖層472上形成，所述犧牲材料可包含非晶硅(a-Si)、多晶硅(多晶Si)或a-Si和多晶Si的組合。另選地，可使用其它犧牲層材料，例如鉬(Mo)或鎢(W)。在一些實施方案中，所述犧牲層425的厚度在約至的范圍內。例如，在實施方案中，所述犧牲層425的厚度約為

在步驟S1203，鎳層1275可被沉積到所述犧牲層425上。所述鎳層1275的厚度可在約至的范圍內。例如，在實施方案中，所述鎳層1275的厚度約為步驟S1203還可包含圖案化和蝕刻所述鎳層1275以便在所選的區中暴露所述犧牲層425。

在步驟S1204，考慮硅化物形成工藝，由此，金屬層例如鎳可被沉積并被圖案化在多晶或非晶硅的所述犧牲層425頂部上。所述硅化物可通過將所述金屬與所述犧牲層425的硅相互作用而形成。例如，鎳硅化物可通過將所述圖案化鎳層1275與所述犧牲層425的所述硅相互作用而形成。硅化物在所述犧牲層425的部分1276中的形成可通過將所述金屬局部擴散到所述犧牲層中、消耗所述沉積金屬并且下至下面的緩沖層(例如，在硅襯底上的SiO2或SiN)或下至絕緣襯底(例如玻璃)形成所述硅化物來實現。金屬擴散到下面的犧牲層中可以例如通過在預定時間段內升高所述襯底和沉積層的工藝溫度至硅化物形成溫度來實現。另選地，快速熱退火(RTA)工藝可被用于快速升高所述溫度以允許金屬間擴散和硅化物形成。另選地，合適波長、能量和時間的聚焦激光的施加可被用于局部形成所述硅化物，這在使用其中激光可從襯底的上面或下面施加的透明襯底的情況下可能是特別有吸引力的。

工藝1200的后續步驟可與上文結合圖4A和4B所述的步驟S404至S411基本上一致。

圖13A和13B示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。工藝流程1300提供用于PMUT的三層金屬互連，其中，機械層大體上被放置在所述壓電層堆疊和所述下面的襯底之間。在第一步驟S1301中，提供襯底360，例如玻璃、塑料或半導體(例如，硅)襯底，在所述襯底上制造所述PMUT。第一層部分472，例如氧化物緩沖層可被沉積在所述襯底360上。犧牲材料的犧牲層425可被沉積在所述緩沖層上。所述犧牲層425可被圖案化和蝕刻以形成一或多個內犧牲區425i和外犧牲區425o(未示出)，其中，蝕刻劑在所述下面的緩沖層或襯底上停止。在步驟S1302中，所述錨定結構470的錨定部分474，例如二氧化硅層可被沉積到所述緩沖層和所述犧牲區425i上，接著通過使用CMP使其變薄以形成大體上平面的表面，同時保留在所述犧牲區425i上面的所述二氧化硅層的小部分474i。在步驟S1303中，可沉積多層堆疊，其包含機械層430、可充當晶種層的壓電堆疊410的第一層411、下部電極層412、壓電層415和上部電極層414。所述上部電極層可被圖案化和蝕刻以形成與所述壓電層415電接觸的上部電極414a和414b。在步驟S1304中，所述壓電層415可被圖案化和蝕刻，在所述下部電極層412上停止。在步驟S1305中，所述下部電極層412可連同所述位于下面的晶種層411被圖案化和蝕刻，在所述機械層430上停止。在步驟S1306中，電介質隔離層416可被沉積、圖案化和蝕刻以形成分別暴露所述上部電極層414和下部電極層412的部分的電氣通孔416a和416b。

工藝流程1300在圖13B中通過金屬互連層418在步驟S1307中的沉積、圖案化和蝕刻而繼續。所述金屬互連層418可通過電氣通孔416a和416b分別提供至上部電極層414的部分的電氣跡線和電觸點418a和至下部電極層412的部分的電觸點418b。

在步驟S1308中，一或多個凹部422可在所述機械層430中形成。例如，凹部422a可在所述PMUT膜片的外部形成以提供機械隔離或提高靈敏度。凹部422b可在PMUT膜片內部形成以提高靈敏度，例如，通過允許所述PMUT膜片以相對于平面PMUT膜片的更大機械幅度撓曲或振動。所述凹部422可包含基本上軸對稱的特征，例如在接近所述隔膜中心的圓形PMUT隔膜中部分形成的圓或環，或接近圓形隔膜的外圍形成的角溝槽或角溝槽的部分。在一些實施方案中，所述凹部422可包含在接近正方形或矩形PMUT隔膜的中心的所述機械層430中形成的正方形或矩形特征。在一些實施方案中，所述凹部422可包含接近正方形、矩形或圓形隔膜的外圍或在所述隔膜的外部形成的特征，例如窄矩形、局部溝槽或狹槽。在一些實施方案中，一系列放射狀狹槽可與中心或外圍凹部特征組合。在一些實施方案中，所述凹部或凹進特征可通過局部或大體上穿過所述機械層430蝕刻而形成。在一些實施方案中，所述凹部422和/或其特征可例如基于蝕刻時間在所述機械層430中形成。在一些實施方案中，所述機械層430可包含兩個或兩個以上的沉積層，其中的一層可充當蝕刻終止層或障壁層以允許在制造期間確切限定所述凹部422和凹進特征。凹部422的形成為任選的，并且相關聯的工藝工序可相應地省略。在步驟S1308中用于凹部422a和422b的虛線指示當它們被使用時的位置可在所述壓電層堆疊410的蝕刻部分下面形成，例如第一層411、下部電極層412、壓電層415、上部電極層414、電介質隔離層416和金屬互連層418已被去除的蝕刻部分。

在步驟S1309中，機械層430和其它層的部分可被圖案化和蝕刻以提供對犧牲區425i和425o的接近(未示出)，這允許在所述犧牲層425中選擇性去除暴露的犧牲材料，從而產生一或多個空腔420的形成。釋放孔、釋放通道和犧牲蝕刻工藝的更多細節可關于上面的圖4A-B來發現(為了清楚起見，未在這里示出)。具有熱可分解犧牲材料的實施方案可能不需要通過釋放孔和釋放通道對空腔420的直接接近，如上面關于圖4A-B所述。

在步驟S1310中，鈍化層432可被沉積在所述互連層418和所述下部電極層412以及上部電極層414的暴露部分上面。任選地，一或多個上部凹部432a可在所述鈍化層432中形成。例如，凹部432a可在所述PMUT膜片的外部形成以提供機械隔離或提高靈敏度。凹部432a可在PMUT膜片內部形成以提高靈敏度，例如，通過允許所述PMUT膜片以相對于平面PMUT膜片的更大機械幅度撓曲或振動。所述凹部432a可包含基本上軸對稱的特征，例如在接近所述隔膜中心的圓形PMUT隔膜中部分形成的圓或環，或接近圓形隔膜的外圍形成的角溝槽或角溝槽的部分。在一些實施方案中，所述凹部432a可包含在接近正方形或矩形PMUT隔膜的中心的所述鈍化層432中形成的正方形或矩形特征。在一些實施方案中，所述凹部432a可包含接近正方形、矩形或圓形隔膜的外圍或在所述隔膜的外部形成的特征，例如窄矩形、局部溝槽或狹槽。在一些實施方案中，一系列放射狀狹槽可與中心或外圍凹部特征組合。在一些實施方案中，所述凹部或凹進特征可通過局部或大體上穿過所述鈍化層432蝕刻而形成。在一些實施方案中，所述凹部432a和/或其特征可例如基于蝕刻時間在所述鈍化層432中形成。在一些實施方案中，所述鈍化層432可包含兩個或兩個以上的沉積層，其中的一者可充當蝕刻終止層或障壁層，以允許在制造期間精確限定所述凹部432a和其它凹進特征。凹部432a的形成為任選的，并且相關聯的工藝工序可相應地省略。在步驟S1311中，一或多個接觸襯墊開口或通孔434a和434b可穿過所述鈍化層432被圖案化和蝕刻以提供對下面的金屬特征例如粘合墊的接近。

圖14A和14B示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。工藝流程1400提供利用如上關于圖12的步驟S1202-S1204所述的基于硅化物的平面化方法的用于PMUT的三層金屬互連，其中，機械層被大體上放置在所述壓電層堆疊和所述下面的襯底之間。在步驟S1401中，提供襯底360，在所述襯底360上制造所述PMUT。第一層部分472，例如氧化物緩沖區或障壁層可被沉積在所述襯底360上。非晶形或多晶硅的犧牲層425可被沉積在所述緩沖層上，接著沉積金屬層，例如鎳層1275。所述鎳層425可被圖案化和蝕刻以暴露一或多個內犧牲區425i和外犧牲區425o(未示出)，其中，所述蝕刻劑在所述犧牲層425上停止。在步驟S1402中，所述鎳層1275和下面的犧牲層425可在高溫環境中反應以局部形成硅化物層1276，例如鎳硅化物。所述硅化物層1276的部分可形成所述錨定結構470的錨定部分474。在步驟S1403中，可沉積多層堆疊，所述多層堆疊包含薄障壁層476、機械層430、可充當晶種層的所述壓電堆疊410的第一層411、下部電極層412、壓電層415和上部電極層414。所述上部電極層414可被圖案化和蝕刻以形成與所述壓電層415電接觸的上部電極414a和414b。在步驟S1404中，所述壓電層415可被圖案化和蝕刻，在所述下部電極層412上停止。在步驟S1405中，所述下部電極層412可連同所述下面的晶種層411被圖案化和蝕刻，在所述機械層430上停止。在步驟S1406中，電介質隔離層416可被沉積、圖案化和蝕刻以形成分別暴露所述上部電極層414和下部電極層412的部分的電氣通孔416a和416b。

工藝流程1400在圖14B中通過金屬互連層418在步驟S1407中的沉積、圖案化和蝕刻而繼續。所述金屬互連層418可通過電氣通孔416a和416b分別提供至上部電極層414的部分的電氣跡線和電觸點418a和至下部電極層412的部分的電觸點418b。在步驟S1408中，一或多個凹部422任選地在機械層430中形成。在圖14B中用于凹部422a和422b的虛線指示當它們被使用時的位置可在不直接在所述壓電層堆疊410的非蝕刻部分下面的區中形成。在步驟S1409中，所述機械層430和其它層的部分可被圖案化和蝕刻(未示出)以提供對犧牲區425i和425o的接近。在所述犧牲層425中選擇性去除所暴露的犧牲材料產生一或多個空腔420的形成。釋放孔、釋放通道和所述犧牲蝕刻工藝的更多細節可關于上面的圖4A-B來發現。具有熱可分解犧牲材料的實施方案可能不需要通過釋放孔和釋放通道對空腔420的直接接近，如關于圖4A-B所述。在步驟S1410中，鈍化層432可被沉積在所述互連層418和所述下部電極層412以及上部電極層414的暴露部分上面。任選地，一或多個上部凹部432a可在所述鈍化層432中形成。在步驟S1411中，一或多個接觸襯墊開口或通孔434a和434b可穿過所述鈍化層432被圖案化和蝕刻，以提供對下面的金屬特征，例如在金屬互連層418中的粘合墊的接近。

圖15A和15B示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。工藝流程1500利用用于PMUT的兩層金屬互連，其中，機械層大體上被放置在所述壓電層堆疊和所述下面的襯底之間。在第一步驟S1501中，提供襯底360，在所述襯底上制造所述PMUT。第一層部分472，例如氧化物緩沖層可被沉積在所述襯底360上。犧牲材料的犧牲層425可被沉積在所述緩沖層上。所述犧牲層425可被圖案化和蝕刻以形成一或多個內犧牲區425i和外犧牲區425o(未示出)，其中，蝕刻劑在所述下面的緩沖層或襯底上停止。在步驟S1502a中，所述錨定結構470的錨定部分474可被沉積到所述緩沖層以及所述犧牲區上，接著使用CMP使其變薄以形成大體上平面的表面，同時保留在所述犧牲區上面的小部分474i，如在步驟S1502b中所示。在步驟S1504中，多層堆疊可被沉積，所述多層堆疊包含機械層430、可充當晶種層的所述壓電堆疊410的第一層411、下部電極層412和壓電層415。所述壓電層415可被圖案化和蝕刻，在所述下部電極層412上停止。在步驟S1505中，所述下部電極層412和所述下面的晶種層411可被圖案化和蝕刻，在所述機械層430上停止。在步驟S1506中，電介質隔離層416可被沉積、圖案化和蝕刻以形成分別暴露所述壓電層415和下部電極層412的部分的電氣通孔416a和416b。另選地，在所述上部電極層414和所述壓電層415的下面的部分之間的電耦合可通過所述電介質隔離層416電容性實現，從而允許激勵和檢測來自壓電層415的撓曲運動和振動的超聲波而無需直接電接觸，如下面關于步驟S1507所述。在此實施方案中，一或多個電氣通孔416a可被省略并且所述電介質隔離層416將不在所述通孔區(未示出)中被蝕刻。

工藝流程1500在圖15B中通過金屬互連層418在步驟S1507中的沉積、圖案化和蝕刻而繼續。所述金屬互連層418可通過電氣通孔416a和416b分別提供至壓電層415的部分的電氣跡線和電觸點418a和至下部電極層412的部分的電觸點418b。在關于步驟S1506所述的電容耦合實施方案中，所述金屬互連層418可與所述壓電層415介電隔離，并且一或多個電氣通孔416a被省略。在步驟S1508中，一或多個凹部422可在所述機械層430中形成。在步驟S1508中用于凹部422a和422b的虛線指示當它們被使用時的位置可在所述壓電層堆疊410的蝕刻部分下面形成。在步驟S1509中，機械層430和其它層的部分可被圖案化和蝕刻以提供對犧牲區425i的接近(未示出)，這允許在所述犧牲層425中選擇性去除所暴露的犧牲材料，從而產生一或多個空腔420的形成。在具有熱可分解犧牲材料的一些實施方案中，可能不需要通過釋放孔和釋放通道對空腔420的直接接近，如上面關于圖4A-B所述。在步驟S1510中，鈍化層432可被沉積在所述互連層418和所述下部電極層412以及上部電極層414的暴露部分上面。任選地，一或多個上部凹部432a可在所述鈍化層432中形成。在步驟S1511中，一或多個接觸襯墊開口或通孔434a和434b可穿過所述鈍化層432被圖案化和蝕刻，以提供對下面的金屬特征，例如在金屬互連層418中的粘合墊的接近。

圖16A和16B示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。工藝流程1600利用如上關于圖12的步驟S1202-S1204所述的基于硅化物的平面化方法的用于PMUT的兩層的金屬互連，其中，機械層被大體上放置在所述壓電層堆疊和所述下面的襯底之間。在步驟S1601中，提供襯底360，在所述襯底360上制造所述PMUT。第一層部分472，例如氧化物緩沖區或障壁層可被沉積在所述襯底360上。非晶形或多晶硅的犧牲層425可被沉積在所述緩沖層上，接著沉積金屬層，例如鎳層1275。所述鎳層425可被圖案化和蝕刻以暴露一或多個內犧牲區425i和外犧牲區425o(未示出)，其中，所述蝕刻劑在所述犧牲層425上停止。在步驟S1602a中，所述鎳層1275和下面的犧牲層425可在高溫環境中反應以局部形成硅化物層1276，例如鎳硅化物。所述硅化物層1276的部分可形成所述錨定結構470的錨定部分474。在步驟S1602b中，可沉積薄障壁層476。所述薄障壁層476的部分476i可駐留在所述犧牲區425i和425o上面。在步驟S1604中，可沉積多層堆疊，所述多層堆疊包含機械層430、可充當晶種層的所述壓電堆疊410的第一層411、下部電極層412和壓電層415。所述壓電層415可被圖案化和蝕刻，在所述下部電極層412上停止。在步驟S1605中，所述下部電極層412和所述下面的晶種層411可被圖案化和蝕刻，在所述機械層430上停止。在步驟S1606中，電介質隔離層416可被沉積、圖案化和蝕刻以形成分別暴露所述壓電層415和下部電極層412的部分的電氣通孔416a和416b。另選地，在所述上部電極層414和所述壓電層415的下面的部分之間的電耦合可通過所述電介質隔離層416電容性實現，從而允許激勵和檢測來自壓電層415的撓曲運動和振動的超聲波而無需直接電接觸，如下面關于步驟S1607所述。在此實施方案中，一或多個電氣通孔416a可被省略并且所述電介質隔離層416將不在所述通孔區(未示出)中被蝕刻。

工藝流程1600在圖16B中通過金屬互連層418在步驟S1607中的沉積、圖案化和蝕刻而繼續。所述金屬互連層418可通過電氣通孔416a和416b分別提供至壓電層415的部分的電氣跡線和電觸點418a和至下部電極層412的部分的電觸點418b。在關于步驟S1606所述的電容耦合實施方案中，所述金屬互連層418可與所述壓電層415介電隔離，并且一或多個電氣通孔416a被省略。在步驟S1608中，一或多個凹部422可在所述機械層430中形成。在步驟S1608中用于凹部422a和422b的虛線指示當它們被使用時的位置可在所述壓電層堆疊410的蝕刻部分下面形成。在步驟S1609中，機械層430和其它層的部分可被圖案化和蝕刻以提供對犧牲區425i的接近(未示出)，這允許在所述犧牲層425中選擇性去除所暴露的犧牲材料，從而產生一或多個空腔420的形成。在具有熱可分解犧牲材料的一些實施方案中，可能不需要通過釋放孔和釋放通道對空腔420的直接接近，如上面關于圖4A-B所述。在步驟S1610中，鈍化層432可被沉積在所述互連層418和所述下部電極層412以及上部電極層414的暴露部分上面。任選地，一或多個上部凹部432a可在所述鈍化層432中形成。在步驟S1611中，一或多個接觸襯墊開口或通孔434a和434b可穿過所述鈍化層432被圖案化和蝕刻，以提供對下面的金屬特征，例如在金屬互連層418中的粘合墊的接近。

圖17A和17B示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。工藝流程1700提供用于PMUT的三層金屬互連，其中，機械層大體上被放置在所述壓電層堆疊和所述下面的襯底之間，從而提供未被密封的PMUT，所述未被密封的PMUT隨后可用層合或粘合的上部機械層(未在這里示出，但是在上面關于圖6A-6E描述)密封。在第一步驟S1701中，提供襯底360，在所述襯底上制造所述PMUT。第一層部分472，例如氧化物緩沖層可被沉積在所述襯底360上。犧牲材料的犧牲層425可被沉積在所述緩沖層上。所述犧牲層425可被圖案化和蝕刻以形成一或多個內犧牲區425i，其中，蝕刻劑在所述下面的緩沖層或襯底上停止。在步驟S1702中，所述錨定結構470的錨定部分474，例如二氧化硅層可被沉積到所述緩沖層和所述犧牲區上，接著通過使用CMP使其變薄以形成大體上平面的表面，同時保留在所述犧牲區425i上面的所述二氧化硅層的小部分474i。在步驟S1703中，可沉積多層堆疊，所述多層堆疊包含機械層430、可充當晶種層的所述壓電堆疊410的第一層411、下部電極層412、壓電層415和上部電極層414。所述上部電極層可被圖案化和蝕刻以形成與所述壓電層415電接觸的上部電極414a。在步驟S1704中，所述壓電層415可被圖案化和蝕刻，在所述下部電極層412上停止。在步驟S1705中，所述下部電極層412可連同所述下面的晶種層411被圖案化和蝕刻，在所述機械層430上停止。在步驟S1706中，電介質隔離層416可被沉積、圖案化和蝕刻以形成分別暴露所述上部電極層414和下部電極層412的部分的電氣通孔416a和416b。

工藝流程1700在圖17B中通過金屬互連層418在步驟S1707中的沉積、圖案化和蝕刻而繼續。所述金屬互連層418可通過電氣通孔416a和416b分別提供至上部電極層414的部分的電氣跡線和電觸點418a和至下部電極層412的部分的電觸點418b。在步驟S1708中，可在機械層430中形成一或多個凹部422。在步驟S1708中用于凹部422a和422b的虛線指示當它們被使用時的位置可在所述壓電層堆疊410的蝕刻部分下面形成。在步驟S1709中，鈍化層432可被沉積在所述互連層418和所述下部電極層412以及上部電極層414的暴露部分上面。任選地，一或多個上部凹部432a可在所述鈍化層432中形成。在步驟S1710中，機械層430和其它層，例如電介質隔離層416的部分可被圖案化和蝕刻以提供對犧牲區425i的接近，這允許選擇性去除在所述犧牲層425中的暴露犧牲材料，從而產生一或多個空腔420的形成。而且，在步驟S1710中，一或多個接觸襯墊開口或通孔434a和434b可穿過所述鈍化層432被圖案化和蝕刻，以提供對下面的金屬特征例如結合墊的接近。在步驟S1711中，在犧牲區425i中的犧牲層425的暴露部分可被選擇性蝕刻，在所述錨定部分474的暴露表面、第一層部分472以及襯底360上停止，并且產生一或多個空腔420的形成。在一些實施方案中，上部機械層630(未示出)可被層合或以其它方式粘合于所述PMUT的所述上表面，例如關于圖6B所述。在一些實施方案中，上部機械層630可被耦合至微柱636的陣列(未示出)，例如關于圖6D所述。

圖18示出用于制造PMUT的工藝流程的另一實例。工藝流程1800提供用于PMUT的兩層金屬互連，其中，機械層大體上被放置在壓電層堆疊和下面的襯底之間，從而提供未被密封的PMUT，所述未被密封的PMUT隨后可用層合或粘合的上部機械層(未在這里示出，而是在上面關于圖6A-6E描述)密封。在第一步驟S1801中，提供襯底360，在所述襯底上制造PMUT。第一層部分472，例如氧化物緩沖層可被沉積在所述襯底360上。犧牲材料的犧牲層425可被沉積在所述緩沖層上。所述犧牲層425可被圖案化和蝕刻以形成一或多個內犧牲區425i，其中，蝕刻劑在下面的緩沖層或襯底上停止。而且，在步驟S1801中，所述錨定結構470的錨定部分474，例如二氧化硅層可被沉積到所述緩沖層和所述犧牲區上，接著通過使用CMP使其變薄以形成大體上平面的表面，同時保留在犧牲區425i上面的二氧化硅層的小部分474i。在步驟S1802中，可沉積多層堆疊，所述多層堆疊包含機械層430、可充當晶種層的壓電堆疊410的第一層411、下部電極層412、壓電層415和上部電極層414。上部電極層414可被圖案化和蝕刻以形成與所述壓電層415電接觸的上部電極414a。而且，在步驟S1802中，所述壓電層415可被蝕刻，在所述下部電極層412上停止。在步驟S1803中，所述下部電極層412可連同下面的晶種層411一起被圖案化和蝕刻，在所述機械層430上停止，以分別暴露所述上部電極層414的部分435a和下部電極層412的部分435b，以允許后續線接合或包含另外的互連層(未示出)。在步驟S1804中，機械層430和任何下面的層的部分可被圖案化和蝕刻以形成一或多個釋放孔430a并提供對犧牲區425i的接近。在步驟S1805中，在犧牲區425i中的犧牲層425的暴露部分可被選擇性蝕刻，從而導致形成一或多個空腔420。在一些實施方案中，上部機械層630(未示出)可被層合或以其它方式粘合于PMUT的上表面，如關于圖6B所述。在一些實施方案中，上部機械層630可被耦合至微柱636的陣列(未示出)，如關于圖6D所述。

因此，已公開具有被安置在壓電層堆疊上面或下面、提供對下面空腔的密封的機械層的PMUT以及用于制造此PMUT的技術。應了解，可考慮許多替代構形和制造技術。

如本文所使用，提及一列項目“中的至少一個”的短語是指那些項目的任何組合，包含單個成員。作為實例，“a、b或c中的至少一者”意在涵蓋：a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。

結合本文中揭示的實施方案描述的各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊、電路及算法過程可實現為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。硬件與軟件的互換性已大體在功能性方面加以描述，且在上文所描述的各種說明性組件、塊、模塊、電路及過程中加以說明。此類功能在硬件還是軟件中實現取決于特定應用及強加于整個系統的設計約束。

結合本文中所揭示的方面描述的用以實現各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊和電路的硬件和數據處理設備可通過以下各者來實現或執行：通用單芯片或多芯片處理器、數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯器件、分立門或晶體管邏輯、分立硬件組件，或經設計以執行本文中所描述的功能的任何組合。通用處理器可以是微處理器或任何常規處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器也可實現為計算裝置的組合，例如DSP與微處理器、多個微處理器、結合DSP核心的一或多個微處理器的組合，或任何其它此類配置。在一些實施方案中，特定過程及方法可由特定針對給定功能的電路執行。

在一或多個方面中，可以硬件、數字電子電路、計算機軟件、固件(包含本說明書中所揭示的結構及其結構等效物)或以其任何組合來實現所描述的功能。本說明書中所描述的主題的實施方案也可實現為一或多個計算機程序，即，計算機程序指令的一或多個模塊，所述計算機程序指令編碼于計算機存儲媒體上以供由數據處理設備執行或以控制數據處理設備的運行。

如果在軟件中實現，則所述功能可作為一或多個指令或編碼而存儲于計算機可讀媒體(例如，非暫時性媒體)上或經由所述計算機可讀媒體傳送。本文中所揭示的方法或算法的過程可以在可以駐留于計算機可讀媒體上的處理器可執行軟件模塊中實現。計算機可讀媒體包含計算機存儲媒體及通信媒體兩者，所述通信媒體包含可經啟用以將計算機程序從一處傳送到另一處的任何媒體。存儲媒體可以是可通過計算機訪問的任何可供使用的媒體。以實例說明而非限制，非暫時性媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用于以指令或數據結構形式存儲所要程序代碼且可由計算機存取的任何其它媒體。而且，可將任何連接適當地稱為計算機可讀媒體。如本文所使用的磁盤和光盤包含壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學光盤、數字多功能光盤(DVD)、軟盤和藍光光盤，其中磁盤通常是以磁性方式再現數據，而光盤是用激光以光學方式再現數據。上述各者的組合也應包含在計算機可讀媒體的范圍內。另外，方法或算法的運行可作為代碼及指令中的任一者或任何組合或集合而駐留在可并入到計算機程序產品中的機器可讀媒體及計算機可讀媒體上。

對于本領域的技術人員而言，本公開中所描述的實施方案的各種修改可為顯而易見的，并且在不脫離本公開的精神或范圍的情況下，本文中所定義的一般原理可適用于其它實施方案。因此，權力要求書并不旨在限于本文中所示的實施方案，而應符合與本公開、本文所揭示的原理及新穎特征相一致的最廣泛范圍。另外，本領域的技術人員將易于了解，術語“上部”和“下部”、“頂部”和“底部”、“前面”和“后面”以及“在上面”、“覆蓋”、“在…上”和“下伏”有時為了易于描述各圖而使用，并且指示與在適當取向頁面上的圖的取向對應的相對位置，且可能并不反映所實施裝置的正確取向。

在本說明書中在單獨實施方案的上下文中描述的某些特征也可以在單個實施方案中組合實現。相反地，在單個實施方案的上下文中描述的各種特征還可分開來在多個實施方案中實現或以任何合適的子組合來實現。此外，盡管上文可能將特征描述為以某些組合起作用且甚至最初按此主張，但在一些情況下，可將來自所主張的組合的一或多個特征從所述組合中刪除，且所主張的組合可針對子組合或子組合的變化。

相似地，雖然在附圖中按特定次序描繪操作，但此不應被理解為要求按所示的特定次序或按循序次序執行此類操作，或執行所有所說明的操作，以實現所要結果。另外，附圖可能以流程圖形式示意性地描繪一個以上實例過程。然而，可將未描繪的其它操作并入于經示意性說明的實例過程中。例如，可在所說明的操作中的任一者之前、之后、同時地或之間執行一或多個另外操作。在某些情況下，多任務處理及并行處理可能是有利的。此外，不應將上文所描述的實施方案中的各種系統組件的分離理解為所有實施方案中需要此分離，且應理解所描述程序組件及系統一般可一同整合在單個軟件產品中或封裝至多個軟件產品中。另外，其它實施方案在所附權利要求書的范圍內。在一些情況下，權利要求書中所敘述的動作可以不同次序來執行且仍實現所要結果。