一种电容式微加工超声换能器(CMUT)器件100，该器件包括至少一个CMUT单元101a，其包括具有顶部的第一衬底101，该顶部上包括图案化介电层，该图案化介电层包括厚介电区106和薄介电区107。隔膜层120b接合在该厚介电区上并且在薄介电区上方以在微机电系统(MEMS)腔114上方提供可移动隔膜。穿透衬底通孔(TSV)111包括介电衬垫，其从第一衬底的底部延伸到所述隔膜层的顶部表面。顶部金属层161包括TSV上方、可移动隔膜上方的第一部分，并且将TSV耦合到可移动隔膜。图案化的金属层167在第一衬底的底部表面上，包括与对TSV侧向的第一衬底的底部接触的第一图案化的层部分。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
所公开的实施方式涉及电容式微加工超声换能器（CMUT)器件及其制造方法。
技术介绍
CMUT器件在医疗应用中变得逐渐普及。例如，CMUT器件已经用于改进医疗超声成 像探测（probe)。此外，CMUT器件已经用于提供高强度聚焦超声以用于医疗疗法。传统的 CMUT器件通常被直接制造在硅衬底上（例如，在硅晶片上）。例如，传统的CMUT器件经常 使用微机电系统（MEMS)加工技术来制造，其中脱模层被蚀刻掉，留下自支撑（柔性）隔膜。 隔膜的顶部被金属化以提供顶（电极）板，并且隔膜接着被用作换能器来发送和接收超声 信号。 传统的CMUT器件利用接合焊盘来提供与器件中的每个CMUT元件的顶板的电接 触，诸如用于包括以CMUT阵列排列的多个CMUT元件的CMUT器件的多个接合焊盘。由于接 合线被提高在接合焊盘上方，因此接合焊盘被定位成远离CMUT阵列中的CMUT元件以有助 于封装。这种限制不仅由于需要相互连接的引导线路（routingline)而增大了CMUT器件 的管芯尺寸（diesize)，还使得封装工艺复杂化。管芯尺寸的增加和封装工艺的复杂化这两 者增加了封装的CMUT管芯的成本。
技术实现思路
公开的实施方式描述了传统的利用接合焊盘来连接到每个CMUT单元的顶板的 CMUT器件问题的解决方案，其被认为极大地约束了包括CMUT元件的二维（2D)CMUT阵列的 CMUT器件的设计并且增加了它的大小，并且还使它们的性能降低。将接合焊盘连接到传统 的大的2DCMUT阵列的每个CMUT元件涉及在CMUT管芯的顶部上广泛的使用金属互联迹线， 这从而增加了管芯尺寸并且降低了CMUT性能。对于包含大量CMUT元件的CMUT阵列来说 (例如，> 10x10阵列的CMUT元件），使用金属互联迹线来提供与每个元件的接触对于内部 元件而言通常变得过于复杂，并且需要替换的连接方案。一个这样的连接方案为使用穿透 衬底连接。 公开的实施方式包括具有穿透衬底通孔（TSV)的CMUT器件，该CMUT器件允许底 部器件（管芯）接触从而穿透管芯与CMUT单元或包括多个CMUT单元的CMUT元件的顶板 (顶部电极）进行连接，以有助于制造2DCMUT阵列。对于具有多个CMUT元件的CMUT器 件，顶部电极针对每个CMUT元件而被分隔，从而允许使用针对每个元件的单个TSV而对相 应元件进行单独寻址，并且对于器件上的所有CMUT元件通常存在电气共用（electrically common)底部电极（例如，Si衬底的固体片）。在其它实施方式中，CMUT器件可以具有用于 所有CMUT元件的电共用顶部电极和用于每个元件的单独底部电极，以允许相应元件的单 独寻址。【附图说明】 图1A是描绘根据示例性实施方式的作为具有单个CMUT单元的CMUT元件而被示 出的示例性CMUT器件的顶视图。 图1B是描绘沿着所示的切割线A-A'的图1A中所示的示例性CMUT器件/元件/ 单元的截面图。 图2A-图2H是示出根据示例性实施方式的针对用于形成CMUT器件的示例性方法 的工艺进展的截面图。 图3是描绘根据示例性实施方式的包括多个CMUT元件的示例性CMUT器件的顶视 图，每个CMUT元件包括图1A和图1B中所示的多个CMUT单元。【具体实施方式】 电容式微加工超声换能器（CMUT)传感器单元实体是CMUT传感器单元。多个CMUT 传感器单元可以被并联连接（例如，具有电共用的可移动隔膜120b)以形成CMUT元件。 CMUT元件可以具有任意数量（> 1)的CMUT单元。通常，元件中的CMUT单元越多，元件响 应于给定刺激（stimulus)而可以产生的超声输出压力越大。CMUT阵列（器件/管芯）可 以具有任意数量的CMUT元件。相应CMUT元件的电极中的一个（例如，顶部电极）可以与 其他CMUT元件的其他电极（例如，顶部电极）电隔离，以允许每个CMUT元件被独立地连接 以可单独寻址。如此处所描述的，使得CMUT元件中的每个CMUT单元的可移动隔膜120b电 共用允许通过单个TSV对CMUT元件中的所有单元进行寻址。 图1A示出根据示例性实施方式的被示出为具有单个CMUT单元100a的CMUT元件 的示例性CMUT器件100。切割线A-A'被提供为图1B所示的和以下描述的其它图2A-图 2H的截面图。CMUT单元100a包括穿透衬底通孔（TSV) 111和具有顶部102和底部103的 单晶材料（例如，在单晶硅衬底上的体单晶硅或硅外延层）的第一衬底101。 如图1B所示，顶部102包括在其上的图案化（patterned)介电层，该图案化介电 层包括厚介电区106和薄介电区107。TSV111伸出第一衬底101的整个厚度到隔膜层102 的顶表面。TSV111与第一衬底101和隔膜层120由介电衬垫（dielectricliner) 131电 隔离。尽管介电衬垫131被示出为沿着TSV111的整个长度，介电衬垫131被示出为包括 在厚介电区106的侧壁上，然而在热形成的介电衬垫131 (例如，氧化硅）的情况下，与沉积 介电衬垫131相反，介电衬垫131将不生长在厚介电区106的侧壁上，并且从而不在厚介 电区106的侧壁上。TSV111包括TSV填充材料113,在一个【具体实施方式】中诸如Cu。TSV 111还被示出为包括可选的突出TSV末端（tip) 111a，其从第一衬底101的底部103突出 (protrude)〇 被示出为绝缘体上硅（SOI)衬底115的第二衬底隔膜层120 (在图2A中描绘）被 接合到第一衬底101的厚介电区106并且在第一衬底101的薄介电区107的上方，以在所示 的MEMS腔114上方提供可移动隔膜120b。接合可以包括真空接合，诸如真空恪化（vacuum fusion)接合。图案化顶部金属层（例如，AlCu层）161在TSV111的顶部的上方并且在可 移动隔膜120b的顶部的上方，所述图案化的顶部金属层161包括将TSV111耦合到可移动 隔膜120b的金属层部分。介电钝化层168被示出为在CMUT单元100a的顶部的上方。 第一衬底101可以包括单晶硅，或在单晶硅上的外延硅。第一衬底101通常具有小 于或等于（彡）0. 1Q-cm的电阻率，并且可以是p型掺杂或n型掺杂。CMUT单元100a被示 出为包括在第一衬底101的底部103上的图案化金属层167,图案化金属层167在CMUT单 元ll〇a的底部103上提供第一电极接触以实现固定电极。如上所述，在包括多个CMUT元 件（每个CMUT元件包括多个CMUT单元100a)的CMUT器件的情况下，由图案化金属层167 提供的固定电极接触是用于CMUT器件上的所有CMUT元件的共用底部固定电极（例如，第 一衬底101的固体片，诸如Si片）。 TSV111提供到可移动隔膜120b的底部连接，其提供用于CMUT器件100的CMUT 单元l〇〇a的顶板。如上所述，对于具有多个CMUT元件的CMUT器件，顶部电极可以针对每 个CMUT元件而被分隔，这允许使用每个元件的相应TSV111而对相应元件进行单独寻址 (addressing)。因此CMUT器件100不需要顶部接触或本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电容式微加工超声换能器即CMUT器件，所述CMUT器件包括具有至少一个CMUT单元的至少一个CMUT元件，所述CMUT单元包括：第一衬底，所述第一基板包括顶部，所述顶侧包括在其上的图案化介电层，所述图案化介电层包括厚介电区和薄介电区；隔膜层，所述隔膜层被接合在所述厚介电区上并且在所述薄介电区上方，从而在微机电系统即MEMS腔上方提供可移动隔膜；包括导电TSV填充材料的穿透衬底通孔即TSV，所述TSV从所述第一衬底的底部延伸到其中包括介电衬垫的所述隔膜层的顶部表面；顶部金属层，所述顶部金属层包括在所述可移动隔膜上方、所述TSV上方的第一部分，并且所述顶部金属层将所述TSV耦合到所述可移动隔膜；以及在所述第一衬底的所述底部上的图案化金属层，所述图案化金属层包括接触所述TSV侧向的所述第一衬底的所述底部的第一图案化层部分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·B·约翰逊，I·O·伍感特，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。