超聲換能器及制造其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]與示例性實施方式一致的裝置和方法涉及超聲換能器及其制造方法，更具體而言，涉及電容式微機械超聲換能器(CMUT)及制造其的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲換能器將電信號轉(zhuǎn)換成超聲波信號，反之亦然。超聲換能器的一示例可以是微機械超聲換能器(MUT)。MUT可以是壓電微機械超聲換能器(PUMP)、CMUT和磁性微機械超聲換能器(MMUT)。在這些換能器當(dāng)中，CMUT在醫(yī)學(xué)圖像診斷設(shè)備和傳感器領(lǐng)域引起注意。CMUT具有作為基本驅(qū)動單元的元件被二維地布置的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題
[0004]當(dāng)CMUT被驅(qū)動時，元件之間不期望的串?dāng)_，即干擾，可以在被驅(qū)動的元件的振動被傳遞到其它相鄰元件時產(chǎn)生。
[0005]解決問題的方案
[0006]示例性實施方式可以解決至少以上問題和/或缺點以及以上沒有描述的其它缺點。此外，不要求示例性實施方式克服以上描述的缺點，且示例性實施方式可以不克服以上描述的問題中的任何問題。
[0007]一個或更多個示例性實施方式提供CMUT以及制造CMUT的方法。
[0008]根據(jù)示例性實施方式的一方面，一種超聲換能器包括:上襯底；支撐物，設(shè)置在上襯底上且包括空腔；膜(membrane)，設(shè)置在支撐物上且覆蓋空腔；設(shè)置在上襯底上的第一電極層；第二電極層，電連接到上襯底的下表面且與第一電極層分離；以及溝槽，通過穿透上襯底和下絕緣層形成。
[0009]第一電極層可以設(shè)置來覆蓋上襯底的表面和支撐物的表面。
[0010]超聲換能器還可以包括通路孔和上電極，第一電極層可以設(shè)置來覆蓋通路孔的內(nèi)壁，上電極可以設(shè)置在膜上且電連接到第一電極層。超聲換能器還可以包括橋膜，橋膜可以被連接到膜，所述膜可以包括硅，以及支撐物可以包括硅氧化物。
[0011]超聲換能器還可以包括上絕緣層并且上和下絕緣層可以分別形成在上襯底的上表面和下表面上，以及下絕緣層可以被圖案化使得第二電極層接觸上襯底的下表面。
[0012]超聲換能器還可以包括第一上焊盤和第二上焊盤，第一和第二上焊盤可以設(shè)置在焊盤襯底的上表面上且分別接合到第一電極層和第二電極層。
[0013]第一和第二電極層可以包含金(Au)和銅(Cu)的至少一種，第一和第二上焊盤可以包含Au、Cu和錫(Sn)的至少一種。
[0014]所述多個接合焊盤還可以包含設(shè)置在焊盤襯底的下表面上并且電連接到第一上焊盤和第二上焊盤的第一下焊盤和第二下焊盤。
[0015]根據(jù)示例性實施方式的另一方面，一種制造超聲換能器的方法，所述方法包括:制備包括第一下襯底、第一絕緣層和膜的第一晶片，第一下襯底、第一絕緣層和膜以此次序順序地層疊；在膜上形成支撐物；制備第二晶片，第二晶片包括上襯底和形成在上襯底的第一表面上的第二絕緣層；將第二絕緣層接合到支撐物以形成空腔；在上襯底上形成第一電極層；在上襯底的第二表面上形成第二電極層；穿過上襯底、第二絕緣層和支撐物形成下溝槽；去除第一下襯底和第一絕緣層；以及在上電極和膜中形成連接到下溝槽的上溝槽。
[0016]第一晶片可以是絕緣體上硅(SOI)晶片。支撐物可以通過在膜上形成第三絕緣層并且圖案化第三絕緣層來形成。該方法還可以包括在第二絕緣層的所述接合之后加工上襯底以具有預(yù)定厚度。
[0017]第一和第二電極層的形成可以包括:在上襯底和第二絕緣層中形成通路孔；在通路孔的內(nèi)壁、膜的通過通路孔暴露的部分、以及上襯底的第二表面上形成第四絕緣層；圖案化第四絕緣層以部分地暴露上襯底的第二表面；以及在通路孔內(nèi)第四絕緣層上形成第一電極層，并且在第四絕緣層和上襯底的暴露的第二表面的部分上形成第二電極層。
[0018]制造超聲換能器的方法還可以包括在膜上形成上電極以接觸第一電極層，上電極的形成可以包括:通過蝕刻通路孔上的膜和第四絕緣層，形成暴露第一電極層的上表面的凹槽；以及在凹槽的內(nèi)壁和膜上形成上電極。
[0019]制造超聲換能器的方法還可以包括將其上形成接合焊盤的焊盤襯底接合到第一和第二電極層，所述多個接合焊盤可以包含設(shè)置在焊盤襯底的上表面上且分別接合到第一電極層和第二電極層的第一上焊盤和第二上焊盤。第一和第二電極層可以通過共晶接合方法分別接合到第一和第二上焊盤。
[0020]根據(jù)示例性實施方式的另一方面，一種超聲換能器包括:上襯底；支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置在上襯底上，該支撐結(jié)構(gòu)包括空腔；膜，設(shè)置在所述支撐上；橋膜，在空腔中被連接到膜，并且與支撐結(jié)構(gòu)分離；設(shè)置在上襯底上的第一電極層；第二電極層，電連接到上襯底的下表面且與第一電極層分離；以及上電極，設(shè)置在膜和橋膜上以接觸第一電極層。
[0021]根據(jù)示例性實施方式的另一方面，一種制造超聲換能器的方法，該方法包括:制備包括第一下襯底、第一絕緣層和膜的第一晶片，第一下襯底、第一絕緣層和膜以此次序順序地層疊；在膜上形成第一支撐物和橋支撐物；通過蝕刻橋支撐物內(nèi)側(cè)的膜來暴露第一絕緣層；制備第二晶片，第二晶片包括順序地層疊的第二下襯底、第二絕緣層和第二上襯底；將第二上襯底接合到第一支撐物和橋支撐物；去除第二下襯底和第二絕緣層；通過在第二上襯底上形成第三支撐物并且圖案化由第三支撐物暴露的第二上襯底來形成第二支撐物和橋膜；制備第三晶片，第三晶片包括上襯底和形成在上襯底的第一表面上的第三絕緣層，并且將第三絕緣層接合至第三支撐物；在上襯底中形成第一電極層；以及在上襯底的第二表面上形成第二電極層。
【附圖說明】
[0022]通過參考附圖描述某些示例性實施方式，上述和/或其它方面將變得更明顯，在附圖中:
[0023]圖1是根據(jù)一示例性實施方式的CMUT的截面圖；
[0024]圖2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12是示出根據(jù)一示例性實施方式的制造CMUT的方法的圖不;
[0025]圖13是根據(jù)一示例性實施方式的CMUT的截面圖；以及
[0026]圖14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26 和 27 是示出根據(jù)一示例性實施方式的制造CMUT的方法的圖示。
【具體實施方式】
[0027]以下參考附圖更詳細地描述某些示例性實施方式。
[0028]在以下的描述中，即使在不同的圖中，相同的附圖標記用于相同的元件。說明書中定義的諸如具體的構(gòu)造和元件的事物被提供，以協(xié)助對示例性實施方式的全面理解。然而，示例性實施方式可以被實施，而沒有那些特別限定的事物。而且，眾所周知的功能或構(gòu)造不被詳細描述，因為它們會以不必要的細節(jié)使本申請模糊。
[0029]示例性實施方式可以以許多不同的形式實施，且不應(yīng)被理解為受到限制。在圖中，為了清晰，夸大了層和區(qū)域的厚度。還將理解，當(dāng)一層被稱為“在”另一層或襯底“上”時，它可以直接在所述另一層或襯底上，或者也可以存在居間層。例如，在以下描述的示例性實施方式中，形成每個層的材料是示例，因而其它材料也可以被使用。
[0030]圖1是根據(jù)一示例性實施方式的CMUT的截面圖。
[0031]參考圖1，CMUT 98包括多個元件100，每個元件100包括至少一個空腔223。例如，多個元件100通過溝槽彼此分離以防止元件100之間的串?dāng)_。在圖1中，為了便于描述，僅一個元件101和僅一個溝槽222被示出。此外，圖1示例性地顯示元件101包括一個空腔223 ;然而，元件101可以包括多個空腔。
[0032]CMUT 98的元件101包括上襯底241 (即導(dǎo)電襯底)、設(shè)置在上襯底241上的支撐物230和膜213、以及設(shè)置在上襯底241下面的焊盤襯底270。上襯底241可以用作下電極。例如，上襯底241可以是低電阻硅襯底；然而，示例性實施方式不限于此。上絕緣層242可以形成在上襯底241的第一表面158上。上絕緣層242可以包括例如硅氧化物；然而，示例性實施方式不限于此。
[0033]支撐物230設(shè)置在上絕緣層242上，空腔223形成在支撐物230中。支撐物230可以包括例如硅氧化物；然而，示例性實施方式不限于此。膜213設(shè)置在支撐物230上并且覆蓋空腔223。膜213可以由例如硅形成；然而，示例性實施方式不限于此。通路孔220形成為穿透上襯底241、上絕緣層242和支撐物230。絕緣層例如硅氧化物可以設(shè)置在通路孔220的內(nèi)壁上。
[0034]第一電極層261設(shè)置為覆蓋通路孔220的內(nèi)壁和上部。下絕緣層250可以形成在上襯底241的第二表面188上。下絕緣層250被圖案化以暴露上襯底241的第二表面188的一部分，第二電極層262被形成來接觸上襯底241的第二表面188的暴露的部分。第一和第二電極層261和262可以包括導(dǎo)電材料。例如，第一和第二電極層261和262可以包括金(Au)和銅(Cu)中的至少一種。這些材料是示例，第一和第二電極層261和262可以由各種材料形成。
[0035]上電極280設(shè)置在膜213的上表面190上，從而接觸第一電極層261。在元件101的第一側(cè)192，凹槽225形成在膜213中，緊鄰?fù)房?20。上電極2