一种用于制造一个或多个微加工的电容式超声传感器的表面微机械工艺，所述微加工的电容式超声传感器中的每一个包括一个或多个静电微单元，每一个所述微单元包括悬浮在导电衬底（１５、１７、１８）上方的导电弹性材料的膜（２７），其特征在于该方法包括以下步骤： Ａ．具有半成品（１０），该半成品（１０）包括具有由第一层弹性材料（９）覆盖的面的硅晶片（８）； Ｂ．在所述第一弹性材料层（９）上和所述硅晶片（８）的外部形成至少一个微单元的导电衬底（１５、１７、１８），使得它通过空腔（２１）来与所述第一弹性材料层（９）分隔；以及 Ｃ．与所述至少一个微单元对应，从与由所述第一弹性材料层（９）覆盖的面相对的面开始挖开所述硅晶片（８），以露出所述第一弹性材料层（９）的表面，由此，与所述至少一个微单元对应，所述第一弹性材料层（９）至少部分地集成到所述至少一个微单元的膜（２７）上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造微加工电容式超声传感器的表面微机械工艺本专利技术涉及用于制造微加工电容式超声传感器或称CMUT(电容式微加工超声 传感器)和相关的CMUT装置的表面微机械工艺，该工艺能以简单、可靠且便宜的 方式制造具有均匀且基本无孔的结构薄膜、以极高的频率且效率和灵敏度很高地工 作的CMUT，且其电触点位于CMUT的背部，相对于常规的工艺该工艺需要的光 刻掩模的数量减少。上世纪下半叶开发了许多能够从周围装置和人体获得信息的回波描记术系 统，它们基于超声频率下的弹性波的使用。目前，这些系统的性能极限由能够生成并检测超声波的装置决定。由于微电 子和数字信号处理的巨大的发展，频带和灵敏度以及这些系统的成本基本由一般称 为超声传感器(UT)的专用装置决定。大部分UT由压电陶瓷制成。当超声用于从固体材料获得信息时，使用单独的 压电陶瓷是足够的，因为其声阻抗与固体的声阻抗的数量级相同。另一方面，在大 部分应用中，需要在流体中生成并接收，因此压电陶瓷是不足的，因为在它和流体 以及人体的组织之间存在很大的阻抗失配。为了提高UT的性能，开发了两种技术匹配适当的声阻抗层以及复合陶瓷。 关于第一种技术，通过厚度等于波长的四分之一的一层或多层适当的材料将低的声阻抗耦合到陶瓷的高得多的阻抗上；关于第二种技术，试图通过形成由这种活性材料和具有较低的声阻抗的惰性材料(一般是环氧树脂)制成的复合物来降低压电陶 瓷的声阻抗。现在同时使用这两种技术，极大地增加了这些装置的复杂性因此增加 了成本并降低了可靠性。同样，现在的多元件压电传感器关于几何形状方面具有很大的限制，因为单个元件的尺寸必须是波长数量级(毫米的分数)，并且对于布线也 有很大限制，因为元件的数量很大，在阵列多元件传感器的情况下元件数量多达几千。为了解决这些问题，开发了静电效应，对于制造超声传感器这是对压电效应 的有效的可选方式。由一般在金属板(也称为后板或"背板")上展开的金属化薄膜6声传感器从1950年以后已被用于在空气中发射超声，而 用这种装置在水中发射的第一次尝试是在1972年。这些装置基于施加在膜上的静 电吸引力，在将交替的电压施加到膜与背板之间时膜因此而弯曲地振动；在接收期间，当膜被设置成由入射于其上的声波来振动中时，由膜移动引起的电容量调制用 于检测该波。这些装置的谐振频率由膜的拉应力、其侧面尺寸和厚度以及背板的表面粗糙 度控制。一般对于空气中的发射，当背板表面是通过车削或铣削机械加工获得的时，谐振频率的数量级是几百KHz。为了增加谐振频率并控制它的值，开发了采用适当掺杂以使其导电的硅背板 的传感器，该硅背板的表面呈现出通过微加工(即，通过掩模和化学蚀刻)获得的具 有截头棱锥形状的测微孔的精细结构。以这种类型的称为"体微加工超声传感器" 的传感器，得到了用于在水中发射的约lMHz的最大频率和约80^的带宽。然而， 这些装置的特性强烈地取决于施加到膜上的不易控制的拉力。最近开发了新一代的微加工硅电容式超声传感器，它们被称为"表面微加工 超声传感器"或者称为电容式微加工超声传感器(CMUT)。例如，X. Jin，I. Ladabaum， F. L. Degertekin， S. Calmes以及B. T. Khuri-Yakub在 "Fabrication and characterization of surface micromachined capacitive ultrasonic immersion transducers " 中J. Microelectromech. Syst，第8(1)巻，第100-114页，1998年9月;X. Jin， I. Ladabaum禾卩B. T. Khuri-Yakub在"The microfabrication of capacitive ultrasonic Transducers" Journal of Microelectromechanical Systems,第7巻第3册，第295-302 页，1998年9月；I. Ladabaum, X, Jin， H. T. Soh， A. Atalar和B. T. Khuri-Yakub 在"Surface micromachined capacitive ultrasonic transducers" IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Contr，第45巻，第678-690页，1998年5月；I. Ladabaum等人 的美国专利第US 5,870,351号；I. Ladabaum等人的美国专利第US 5,894,452号； 以及R. A.Noble， R. J. Bozeat， T. J. Robertson, D. R. Billson和D. A. Hutchins在 "Novel silicon nitride micromachined wide bandwidth ultrasonic transducers" IEEE Ultrasonics Symposium国际标准图书编号:0-7803-4095-7， 1998年中，均描述了 CMUT和通过硅微加工技术制造的相关的工艺。这些传感器由通过表面微加工获得的并联电连接以便同相驱动的静电微单元 的二维阵列形成。为了获得能够在l-15MHz范围内工作的传感器， 一般在很多用 于非破坏性测试和医学诊断的回波描记术应用中，每一个单元的微膜横向尺寸的数量级是10微米；此外，为了具有足够的灵敏度，制造多元件传感器的一般元件所 需的单元的数量约是几千。用于制造CMUT传感器的工艺基于硅微加工的使用。为了制造CMUT传感器的基础结构，即每一个都具有在固定电极(下电极)上展开的金属化膜的微单元的阵 列， 一般使用六次薄膜沉积和六个光刻步骤。装置生长在硅衬底的氧化表面上。微单元的下电极通过沉积在硅衬底的氧化层上的金属层的光刻蚀刻来获得。由此获得的电极通过一般用PECVD技术沉积的 一薄层氮化硅来保护。为了获得微单元结构，在氮化硅层上通过蒸镀来沉积牺牲层(例如，铬)。通过新的光刻步骤，牺牲层被蚀刻成形成一组圆形的岛，它将限定各单个微单元的膜下 的空腔。然后将氮化硅层沉积在衬底的整个表面上以便覆盖牺牲材料的圆形岛的表 面。该层将构成各单个微单元的膜。事实上，这些膜是通过穿过小孔起作用的牺牲层的湿法蚀刻来释放的，小孔 是通过利用反应离子的干法蚀刻或RIE(反应离子蚀刻)蚀刻穿过该膜(换言之穿过 覆盖牺牲材料的岛的氮化硅层)形成的。附图说明图1示出通过扫描电子显微镜或SEM获得的悬浮在空腔之上的氮化硅膜的一 截面的图像。应注意相对于厚度长度极长的空腔的典型的形状。该技术的关键步骤是穿过微膜形成排空牺牲材料的空腔所必需的孔的不可缺 少的闭合。这些孔的闭合即使在功能的观点上(声波的发射和接收)是不必要的，但 在实际应用中却是不可缺少的，用于防止空腔被液体和湿气填充而造成性能明显衰 退。为此，随后沉积使得孔闭合而不过度地穿入膜的有效部分下的厚度的氮化硅。 然后将沉积在膜上的氮化物层去除以免改变膜厚，膜厚是强烈影响装置性能的参 数。为了完成装置，沉积一层铝，它随后通过光刻来蚀刻，以形成微膜的上电极本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：焦苏埃·卡利亚诺，亚历山德罗·卡龙蒂，伊莲娜·西安希，维托里奥·富格李耶第，安东尼奥·米诺第，亚里山德罗·能希奥尼，马西莫·帕帕拉尔多，
申请(专利权)人：国家研究院，爱沙奥特股份公司，马西莫·帕帕拉尔多，焦苏埃·卡利亚诺，亚历山德罗·斯图尔特·萨沃亚，亚历山德罗·卡龙蒂，克里斯蒂纳·隆哥，菲利普·加塔，
类型：发明
国别省市：
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