互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片中的超声换能器及相关装置和方法制造方法及图纸

描述了形成在互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片中的微加工超声换能器，以及制造这种装置的方法。可以通过牺牲释放来去除CMOS晶片的金属化层，以产生超声换能器的腔。剩余层可以形成超声换能器的膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片中的超声换能器及相关装置和方法相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年4月18日提交的代理人案号为B1348.70010US00的题为“ULTRASONICTRANSDUCERSINCOMPLEMENTARYMETALOXIDESEMICONDUCTOR(CMOS)WAFERSANDRELATEDAPPARATUSANDMETHODS”的美国临时专利申请序列第61/981,464号的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍

本文所描述的技术涉及微加工超声换能器以及相关装置和方法。相关技术电容式微加工超声换能器(CMUT)是已知的装置，其包括在微加工的腔上方的膜。膜可以用于将声信号转换成电信号，或者将电信号转换成声信号。因此，CMUT可以用作超声换能器。两种类型的工艺可以被用来制造CMUT。牺牲层工艺在衬底上在牺牲层上方形成CMUT的膜，然后去除牺牲层以在膜下方形成CMUT的腔。晶片接合工艺将两个晶片接合在一起以形成具有膜的腔。
技术实现思路
本技术的各方面提供了在互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片中的微加工超声换能器(例如，CMUT)，利用CMOS晶片的去除的金属化层作为用于一个或更多个微加工超声换能器的声腔。因此，超声换能器可以与CMOS晶片集成并且形成在晶片中，避免了为制造超声换能器而对于晶片接合的任何需要。因此，与使用晶片接合的情况相比，超声换能器与CMOS晶片的集成可以被简化并且变得更加稳健。此外，使用去除的CMOS金属化层作为超声换能器的腔可以有利于在CMOS晶片上的超声换能器下方形成集成电路(IC)，因此使CMOS晶片上形成集成的超声换能器和集成电路所需的空间减少或最小化。因此，根据一些实施方案，可以形成具有单片集成的超声换能器和CMOSIC的紧凑互补金属氧化物半导体(CMOS)超声换能器(CUT)。根据本技术的一方面，互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片包括半导体衬底和超声换能器。超声换能器包括：腔，其对应CMOS晶片的去除的第一金属化层；设置在腔与半导体衬底之间的电极；以及CMOS晶片的声学振动膜(acousticfilm)，其包括CMOS晶片的介电层和第二金属化层。腔可以设置在半导体衬底与声学振动膜之间。CMOS晶片还可以包括在半导体衬底上的集成电路，集成电路耦接至超声换能器并且被配置成控制超声换能器的运行。根据本技术的一个方面，装置包括在互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片中的超声换能器，其中，金属化层的去除部分限定了超声换能器的声腔的至少一部分。根据本技术的一个方面，互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片包括半导体衬底、第一金属化层和超声换能器。超声换能器包括形成在第一金属化层中的腔，设置在腔与半导体衬底之间的电极，以及CMOS晶片的声学振动膜，CMOS晶片的声学振动膜包括CMOS晶片的第二金属化层和介电层。腔可以设置在半导体衬底与声学振动膜之间。CMOS晶片还包括在半导体衬底上的集成电路，集成电路耦接至超声换能器并且被配置成控制超声换能器的运行。根据本技术的一方面，一种方法包括通过堆叠互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片的多个层来在CMOS晶片中形成超声换能器的声学振动膜，所述CMOS晶片的多个层包括CMOS晶片的至少一个介电层和第一金属化层。该方法还包括产生通往CMOS晶片的第二金属化层的至少一个进入孔，第二金属化层包括由第一导电衬层和第二导电衬层界定的内金属层，在一些实施方案中，第二金属化层包含金属。该方法还包括通过利用选择性蚀刻经由所述至少一个进入孔去除第一金属化层的内金属层的至少一部分来在CMOS晶片中形成腔，从而释放声学振动膜同时基本上保留第一导电衬层和第二导电衬层。该方法还包括用绝缘材料密封至少一个进入孔，以及将第一导电衬层和第二导电衬层耦接至CMOS晶片的集成电路。根据本申请的一个方面，一种方法包括通过去除CMOS晶片的金属化层的至少一部分来至少部分地限定互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片中的超声换能器的声腔。附图说明将参照以下附图对本申请的各个方面和实施方案进行描述。应当理解，附图不一定按比例绘制。在多个附图中出现的项在出现所述项的所有附图中由相同的附图标记表示。图1示出了根据本申请的非限制性实施方案的形成在CMOS晶片中并且与CMOSIC集成以形成CUT的电容式微加工超声换能器(CMUT)。图2是示出根据本申请的非限制性实施方案的在CMOS晶片中制造CMUT的工艺的流程图。图3A至3J示出了根据本申请的非限制性实施方案的与图2的工艺一致的用于在CMOS晶片中制造CMUT的制造工序。具体实施方式本技术的各方面源自申请人的如下理解：对于至少一些应用标准CMOS晶片的某些特征尺寸基本上与超声换能器的某些目标特征尺寸相对应，因而可以通过利用这样的对应关系来在CMOS晶片中制造超声换能器。也就是说，申请人已经认识到，CMOS晶片的至少一些金属化层具有与超声换能器的目标腔深度基本上匹配的厚度。申请人还认识到，CMOS晶片的覆在金属化层之上的层的厚度与超声换能器的目标膜厚度基本上匹配。因此，申请人已经认识到，可以通过利用合适尺寸的CMOS金属化层作为待释放以限定超声换能器的腔的牺牲层来在CMOS晶片中制造(并且因此与CMOS晶片集成)超声换能器。这种制造提供了实现超声换能器与CMOS晶片的高集成度的简单且稳健的方式。因此，本申请的各方面可以促进具有集成的超声换能器和电路的“芯片上超声系统”装置的形成。此外，申请人已经认识到，使用具有适当定位衬层的牺牲的CMOS金属化层可以进一步简化在CMOS晶片中超声换能器的制造。通过仅去除牺牲CMOS金属化层的内部金属，剩余的衬层可以用作用于超声换能器的电极，消除了为产生电极而对于进一步处理的任何需求。在这个意义上，超声换能器电极已经“内置(builtin)”于CMOS金属化层。因此，本技术的方面提供了在CMOS晶片中的微加工超声换能器(例如，CMUT)，利用CMOS晶片的去除的金属化层作为用于一个或更多个微加工超声换能器的声腔。金属化可以表示用于在CMOS晶片上路径信号(routingsignal)的信号线金属化，并且金属化层的不需要去除以形成超声换能器的声腔的部分可以保留在CMOS晶片上并且被配置为信号线。金属化层可以具有多层构造，包括内部金属和一个或更多个衬层。在一些实施方案中，内部金属可以被去除以形成声腔，而衬层可以被保留和配置为超声换能器的电极。根据本技术的一个方面，利用牺牲释放技术从CMOS晶片中去除CMOS金属化层，以产生形成在CMOS晶片中的超声换能器的声腔。以牺牲释放为目标的金属化可以具有基本上与声腔的目标深度相对应的厚度。在一些实施方案中，超声换能器可以在执行牺牲释放之前基本上完成，使得牺牲释放可以完成(或几乎完成)超声换能器的形成。集成电路可以任选地形成在CMOS晶片中的超声换能器下方，并且在一些实施方案中可以被配置为控制超声换能器的运行。以下进一步对上述方面和实施方案，以及另外的方面和实施方案进行描述。这些方面和/或实施方案可以被单独使用、所有一起使用或者以两个或更多个的任意组合来使用，因为本申请在此方面不受限。根据本技术的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片，包括：半导体衬底；超声换能器，其包括：腔，其对应所述CMOS晶片的被去除的第一金属化层；设置在所述腔与所述半导体衬底之间的电极；以及所述CMOS晶片的声学振动膜，其包括所述CMOS晶片的第二金属化层和介电层，所述腔设置在所述半导体衬底与所述声学振动膜之间；以及在所述半导体衬底上的集成电路，所述集成电路耦接至所述超声换能器并且被配置为控制所述超声换能器的运行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.18 US 61/981,4641.一种互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片，包括：半导体衬底；超声换能器，其包括：腔，其对应所述CMOS晶片的被去除的第一金属化层；设置在所述腔与所述半导体衬底之间的电极；以及所述CMOS晶片的声学振动膜，其包括所述CMOS晶片的第二金属化层和介电层，所述腔设置在所述半导体衬底与所述声学振动膜之间；以及在所述半导体衬底上的集成电路，所述集成电路耦接至所述超声换能器并且被配置为控制所述超声换能器的运行。2.根据权利要求1所述的CMOS晶片，其中，设置在所述腔与所述半导体衬底之间的所述电极是所述超声换能器的第一电极，其中，所述超声换能器还包括设置成与所述第一电极相对的第二电极。3.根据权利要求1所述的CMOS晶片，其中，设置在所述腔与所述半导体衬底之间的所述电极对应所述CMOS晶片的所述去除的第一金属化层的衬层。4.根据权利要求1所述的CMOS晶片，其中，设置在所述腔与所述半导体衬底之间的所述电极是所述超声换能器的底电极，其中，所述超声换能器还包括顶电极，所述腔设置在所述底电极与所述顶电极之间，其中，所述底电极和所述顶电极对应所述CMOS晶片的所述去除的第一金属化层的衬层。5.根据权利要求1所述的CMOS晶片，其中，所述CMOS晶片的所述声学振动膜包括一个或更多个导电通路。6.根据权利要求5所述的CMOS晶片，其中，设置在所述腔与所述半导体衬底之间的所述电极是所述超声换能器的第一电极，其中，所述超声换能器还包括设置成与所述第一电极相对的第二电极。7.根据权利要求6所述的CMOS晶片，其中，所述声学振动膜的所述一个或更多个导电通路中的至少之一电连接到所述第二电极。8.根据权利要求1所述的CMOS晶片，还包括穿过所述声学振动膜的至少一部分到达所述腔的至少一个填充的进入孔。9.根据权利要求1所述的CMOS晶片，包括包含所述超声换能器的多个超声换能器。10.根据权利要求1所述的CMOS晶片，其中，所述第二金属化层埋置在所述声学振动膜的所述介电层内。11.根据权利要求1所述的CMOS晶片，还包括被定位成不穿过所述声学振动膜的至少一个孔。12.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·M·罗思伯格，基思·G·菲费，内华达·J·桑切斯，苏珊·A·阿列，
申请(专利权)人：蝴蝶网络有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US