超声换能器阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种超声换能器阵列及其制备方法，其中的超声换能器阵列自下而上依次包括：半导体衬底、第一绝缘层、孤立的岛形半导体层、第二绝缘层和金属图案化层，金属图案化层包括图案化上电极、第一焊盘和第二焊盘；相邻的岛形半导体层由隔离槽分隔，每个岛形半导体层上表面形成有多个凹槽群，所有岛形半导体层上的凹槽群按行列排布；每个凹槽群中的多个凹槽按行列排布；第二绝缘层覆盖隔离槽和凹槽，以在岛形半导体层中形成密封空腔；图案化上电极与凹槽一一对应；每个岛形半导体层相同位置的凹槽群形成凹槽群组，凹槽群组中所有的图案化上电极按行列通过连线连接在一起，并与位于第二绝缘层边缘的第二焊盘电连接；第一焊盘穿过第二绝缘层与岛形半导体层边缘欧姆接触。过第二绝缘层与岛形半导体层边缘欧姆接触。过第二绝缘层与岛形半导体层边缘欧姆接触。

【技术实现步骤摘要】
超声换能器阵列及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电容式微机械超声传感器
，尤其涉及一种超声换能器阵列及其制备方法。

技术介绍

[0002]医学影像可以非常直观地显示人体内部组织、器官的不同形态信息，医生可以根据自己的知识和经验结合获得的影像，来判断组织或器官是否发生了病理变化，从而更好地诊断患者的病情。
[0003]超声成像技术由于具有安全方便、价格低廉、成像快速直观等优点，近年来得到了迅速发展。目前常用的超声成像装置是多个超声换能器单元沿水平和垂直方向上排列形成的二维平面阵列，使用时，无需移动即可完成空间位置的定位，从而实现三维成像。
[0004]其中的超声换能器单元包括上电极和下电极，通常情况下，超声换能器阵列中各个超声换能器单元的下电极形成一个整体，即各个超声换能器单元共用一个下电极，而每个超声换能器单元的上电极单独引线与外部控制电路连接，通过控制上电极单独控制每一个超声换能器单元。
[0005]采取此方式会造成阵列内部排列非常紧密，越靠近阵列中心的单元越难以引出信号线，引线过程也容易造成阵列结构的不均匀性，使得电容传感器阵列灵敏度低，抗干扰能力差，性能不够稳定，可能造成成像质量不佳，甚至无法成像。另外，阵列中单元数量越多，外部控制电路的通道数也增加的越多，不仅阵列与外部控制电路连接非常复杂，而且使得数据量出现山洪式爆发，信号的采样及数据传输速度慢，不利于信号的实时处理，导致获取的图像实时性差。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种超声换能器阵列及其制备方法，用以克服上述现有技术中存在的技术问题，以提高超声换能器阵列灵敏度和抗干扰性，同时降低了与外部控制电路连接的复杂度并提升了获取图像的实时性。
[0007]本专利技术提供的一种超声换能器阵列，自下而上依次包括：半导体衬底、第一绝缘层、孤立的岛形半导体层、第二绝缘层和金属图案化层，所述金属图案化层包括图案化上电极、第一焊盘和第二焊盘；相邻的所述岛形半导体层由隔离槽分隔，每个所述岛形半导体层上表面沿所述岛形半导体层延伸方向形成有多个凹槽群，所有所述岛形半导体层上的所述凹槽群按行列排布，形成阵列；每个所述凹槽群中的多个凹槽按行列排布，形成阵列；所述第二绝缘层覆盖所述隔离槽和所述凹槽，以在所述岛形半导体层中形成密封空腔；所述图案化上电极与所述凹槽一一对应；每个所述岛形半导体层相同位置的所述凹槽群形成凹槽群组，所述凹槽群组中所有的所述图案化上电极按行列通过连线连接在一起，并与位于所述第二绝缘层边缘的第二焊盘电连接；所述第一焊盘穿过所述第二绝缘层与所述岛形半导体层边缘欧姆接触。
[0008]可选地，所述半导体衬底为硅衬底，所述岛形半导体层为多晶硅层。
[0009]可选地，所述第二绝缘层由下至上依次包括第一氮化硅层、二氧化硅层和第二氮化硅层。
[0010]可选地，所述第一绝缘层为二氧化硅层。
[0011]本专利技术提供的一种超声换能器阵列的制备方法，包括：(1)在形成有第一绝缘层的半导体衬底的所述第一绝缘层上形成半导体层；(2)图形化所述半导体层形成隔离槽，以形成孤立的岛形半导体层，以及在所述岛形半导体层上表面沿所述岛形半导体层延伸方向形成凹槽群，所述凹槽群包括多个行列排布的凹槽；(3)在所述凹槽内填满牺牲材料；(4)在所述步骤(3)得到的结构表面沉积绝缘层，并在所述绝缘层中形成月牙孔，以暴露所述牺牲材料；(5)通过所述月牙孔，利用牺牲材料腐蚀液腐蚀所述牺牲材料，将所述凹槽内的牺牲材料腐蚀干净；(6)在所述步骤(5)得到的结构上形成绝缘层，以构成覆盖所述隔离槽和所述岛形半导体层的第二绝缘层；(7)在所述第二绝缘层上沉积金属层并图案化，形成图案化上电极、连接所述图案化上电极的连线、第一焊盘和第二焊盘。
[0012]可选地，所述半导体衬底为硅衬底，所述岛形半导体层为多晶硅层。
[0013]可选地，所述步骤(6)包括：在所述步骤(5)得到的结构上依次沉积二氧化硅层和氮化硅层；利用化学机械抛光将表面机械磨平；所述步骤(4)沉积的绝缘层为氮化硅层。
[0014]可选地，所述第一绝缘层为二氧化硅层。
[0015]本专利技术提供的超声换能器阵列及其制备方法中，岛形半导体层、第二绝缘层以及图案化上电极共同构成超声换能器单元，空腔上方的图案化上电极作为上极板、空腔下方的岛形半导体层作为下极板，在上极板和下极板之间施加电压，可以使该超声换能器单元处于工作状态。
[0016]岛形半导体层被隔离槽隔离，相互孤立，而每个岛形半导体层都隔着第二绝缘层与一个第一焊盘欧姆接触，如果岛形半导体层沿行方向延伸，那么相当于在行方向引出接线端，通过在一个第一焊盘施加电压，可以使相应的一行的超声换能器单元的下极板通电。
[0017]另外，由于在每个岛形半导体层相同位置的凹槽群形成凹槽群组，凹槽群组对应的所有图案化上电极按行列通过连线连接在一起，并与位于第二绝缘层边缘的第二焊盘电连接，这相当于在与岛形半导体层延伸方向相垂直的列方向上，引出接线端，通过在第二焊盘施加电压，可以使这一列的超声换能器单元的上极板通电，从而使通电的行列交叉位置的超声换能器单元上的上极板和下极板同时通电，满足偏置电压的要求，进而使得这个位置上的多个超声换能器处于工作状态，可以完成超声波收发的任务。
[0018]通过设置第一焊盘和第二焊盘，可以将行列排列的超声换能器单元在行方向和列方向引出接线端，通过行列选通的方法定位到由多个超声换能器单元组成的单元群，减少了超声换能器阵列内部的连线，便于制造，且提高了灵敏度和抗干扰性，同时降低了与外部控制电路连接的复杂度并提升了获取图像的实时性。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例提供的一种超声换能器阵列的局部剖面示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例提供的一种超声换能器阵列的顶面示意图；
[0022]图3为图2所示的超声换能器阵列去除图案化上电极和第二绝缘层后的顶面示意图；
[0023]图4a～4h为本专利技术实施例提供的一种超声换能器阵列的制备方法各步骤形成结构的剖面示意图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]为使本专利技术的技术方案更加清楚，以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。
[0026]本专利技术实施例提供了一种超声换能器阵列，如图1～图3所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声换能器阵列，其特征在于，自下而上依次包括：半导体衬底、第一绝缘层、孤立的岛形半导体层、第二绝缘层和金属图案化层，所述金属图案化层包括图案化上电极、第一焊盘和第二焊盘；相邻的所述岛形半导体层由隔离槽分隔，每个所述岛形半导体层上表面沿所述岛形半导体层延伸方向形成有多个凹槽群，所有所述岛形半导体层上的所述凹槽群按行列排布，形成阵列；每个所述凹槽群中的多个凹槽按行列排布，形成阵列；所述第二绝缘层覆盖所述隔离槽和所述凹槽，以在所述岛形半导体层中形成密封空腔；所述图案化上电极与所述凹槽一一对应；每个所述岛形半导体层相同位置的所述凹槽群形成凹槽群组，所述凹槽群组中所有的所述图案化上电极按行列通过连线连接在一起，并与位于所述第二绝缘层边缘的第二焊盘电连接；所述第一焊盘穿过所述第二绝缘层与所述岛形半导体层边缘欧姆接触。2.根据权利要求1所述的超声换能器阵列，其特征在于，所述半导体衬底为硅衬底，所述岛形半导体层为多晶硅层。3.根据权利要求1所述的超声换能器阵列，其特征在于，所述第二绝缘层由下至上依次包括第一氮化硅层、二氧化硅层和第二氮化硅层。4.根据权利要求1～3任一项所述的超声换能器阵列，其特征在于，所述第一绝缘层为二氧化硅层。5.一种超声换能器阵列的制备方法，其特征在于，包括：(1)在形成有第一绝缘层的半导体衬底的所述第一绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文栋，何常德，王红亮，张国军，杨玉华，王任鑫，崔建功，任勇峰，甄国涌，薛晨阳，焦新泉，党荣，
申请(专利权)人：太原市华纳方盛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：