具有止动结构的CMUT换能器及CMUT换能器形成方法技术

本公开涉及一种CMUT换能器(200)，包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有止动结构的CMUT换能器及CMUT换能器形成方法


[0001]本公开总体上涉及超声换能器的领域，并且更具体地，涉及电容式微机械超声换能器(也称为CMUT换能器)的领域。

技术介绍

[0002]常规地，CMUT换能器包括悬挂在空腔上方的柔性膜、位于空腔与膜相对的一侧的第一电极(称为下电极)和位于空腔与第一电极相对的一侧并刚性附接到柔性膜的第二电极(称为上电极)。当在换能器的下电极和上电极之间施加适当的激励电压时，柔性膜在下电极和上电极之间施加的静电力的作用下开始振动，并发射超声波。相反，当换能器接收到给定频率范围内的声波时，柔性膜振动，这导致在电极之间电容变化的影响下(当在下电极和上电极之间施加DC偏压时)，换能器的下电极和上电极之间出现交流电压。
[0003]CMUT换能器常规地耦合到电子控制电路，该电子控制电路被配置为在传输阶段期间，在换能器电极之间施加激励电压，以致使换能器传输超声波，并且在接收阶段期间，读取在接收到的超声波的作用下换能器的下电极和上电极之间生成的电压。
[0004]期望具有CMUT换能器结构和制造这种结构的方法，克服已知CMUT换能器结构和制造方法的全部或部分缺点。

技术实现思路

[0005]为了实现这一点，实施例提供了一种CMUT换能器，包括：
[0006]‑
导电或半导体衬底，其涂覆有一个或多个介电层的叠层；
[0007]‑
在所述叠层中形成的空腔；
[0008]‑
悬挂在空腔上方的导电或半导体膜；
[0009]‑
在空腔的底部处，与衬底的上表面接触的导电区域，所述导电区域在衬底的上表面的一部分上被中断；以及
[0010]‑
在空腔中，由介电材料制成的止动结构，其位于导电区域的中断区域上或上方。
[0011]根据实施例，止动结构的高度大于导电区域的高度，以防止在膜塌陷的情况下膜与导电区域之间的任何接触。
[0012]根据实施例，止动结构的高度小于空腔的高度，以允许膜朝空腔底部的竖直位移。
[0013]根据实施例，止动结构被固定到(affix)衬底的上表面。
[0014]根据实施例，止动结构被固定到膜的下表面。
[0015]根据实施例，导电区域通过其后表面在其整个表面上与衬底接触。
[0016]根据实施例，介电层在空腔的底部处涂覆衬底的上表面，导电区域在所述介电层的上表面上以及在穿过所述介电层并出现在衬底的上表面上的开口中延伸。
[0017]根据实施例，导电区域由掺杂的多晶硅制成。
[0018]根据实施例，衬底由硅制成。
[0019]根据实施例，膜由硅制成。
[0020]另一个实施例提供了一种制造上面定义的CMUT换能器的方法，包括以下步骤：
[0021]a)在衬底的上表面形成第一介电层；
[0022]b)将第一介电层向下蚀刻到衬底的上表面，以形成换能器的空腔的下部，同时将形成换能器的止动结构的第一介电层的一部分保持在空腔的中心部分中；
[0023]c)在空腔的底部处沉积其厚度小于第一介电层的厚度的导电层，以形成换能器的导电区域；
[0024]d)在布置在临时支撑件上的半导体层的表面上形成第二介电层；
[0025]e)将第二介电层向下蚀刻到半导体层的表面，以形成空腔的上部；
[0026]f)通过将第一介电层与衬底相对的表面接合到第二介电层与半导体层相对的表面上来装配临时支撑件和衬底；并且
[0027]e)移除临时支撑件，同时将形成换能器的膜的半导体层保持在空腔上方。
[0028]根据实施例，方法包括以下步骤：
[0029]a)在衬底的上表面上形成第一介电层；
[0030]b)将第一介电层向下蚀刻至衬底的上表面以形成空腔的下部；
[0031]c)在空腔的底部处沉积其厚度大于第一介电层的厚度的导电层，以形成换能器的导电区域；
[0032]d)在布置在临时支撑件上的半导体层的表面上形成第二介电层；
[0033]e)将第二介电层向下蚀刻到半导体层的表面以形成空腔的上部，同时将形成换能器的止动结构的第二介电层的一部分保持在空腔的中心部分中；
[0034]f)通过将第一介电层与衬底相对的表面接合到第二介电层与半导体层相对的表面上来装配临时支撑件和衬底；并且
[0035]e)移除临时支撑件，同时将形成了换能器的膜的半导体层保持在空腔上方。
[0036]另一个实施例提供了一种制造上面定义的CMUT换能器的方法，包括以下步骤：
[0037]a)形成在衬底的上表面的顶部上并与衬底的上表面接触的导电区域；
[0038]b)在布置在临时支撑件上的半导体层的表面上形成介电层；
[0039]c)蚀刻介电层的厚度的一部分以形成第一空腔；
[0040]d)将第一介电层向下蚀刻到衬底的上表面以形成第二空腔，同时将在步骤c)中部分蚀刻的第一介电层的一部分保持在第二空腔的中心部分中；
[0041]e)通过将介电层与半导体层相对的表面接合到衬底的上表面上来装配临时支撑件与衬底；并且
[0042]f)移除临时支撑件，同时将形成换能器的膜的半导体层保持在空腔上方。
[0043]另一个实施例提供了一种制造上面定义的CMUT换能器的方法，包括以下步骤：
[0044]a)在衬底的上表面上形成介电层；
[0045]b)蚀刻介电层的厚度的一部分以形成换能器的空腔；
[0046]c)在空腔的底部形成穿过介电层并出现在衬底上表面上的开口；
[0047]d)将导电区域沉积在空腔中在介电层的上表面的顶部上并与介电层的上表面接触、以及沉积在开口中；
[0048]e)在空腔中形成在介电层的上表面的顶部上并与介电层的上表面接触的止动结构，使得该结构的厚度大于导电区域的厚度且小于空腔的深度；
[0049]f)提供布置在临时支撑件上的半导体层；
[0050]g)通过将半导体层与临时支撑件相对的表面接合到介电层与衬底相对的表面上来装配临时支撑件和衬底；并且
[0051]h)移除临时支撑件，同时将形成换能器的膜的半导体层保持在空腔上方。
[0052]另一个实施例提供了一种制造上面定义的CMUT换能器的方法，包括以下步骤：
[0053]a)在衬底的上表面上形成介电层；
[0054]b)局部蚀刻介电层的厚度的一部分以形成换能器的空腔；
[0055]c)在空腔的底部处形成穿过介电层并出现在衬底的上表面上的开口；
[0056]d)将导电区域沉积在空腔中在介电层的上表面的顶部上并与介电层的上表面接触、以及沉积在开口中；
[0057]e)提供布置在临时支撑件上的半导体层；
[0058]f)在半导体层与临时支撑件相对的表面上形成止动结构，使得该止动结构的厚度大于导电区域的厚度且小于空腔的深度；
[0059]g)通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种CMUT换能器(200；300；400；500；600)，包括：
‑
导电或半导体衬底(201；301；401；501)，其涂覆有一个或多个介电层(203、213；303、313；403；503)的叠层；
‑
在所述叠层中形成的空腔(205、215；305、315；405、415；505)；
‑
悬挂在所述空腔上方的导电或半导体膜(221；321；421；521)；
‑
在所述空腔的底部处，与所述衬底的上表面接触的导电区域(209；309；409；509)，其中所述导电区域在所述衬底的上表面的一部分上被中断；以及
‑
在所述空腔中，由介电材料制成的止动结构(207；307；407；511；611)，其位于所述导电区域(209；309；409；509)的中断区域上或上方。2.根据权利要求1所述的换能器(200；300；400；500；600)，其中，所述止动结构(207；307；407；511；611)的高度大于所述导电区域(209；309；409；509)的高度，以防止在所述膜塌陷的情况下所述膜与所述导电区域之间的任何接触。3.根据权利要求1所述的换能器(200；300；400；500；600)，其中，所述止动结构(207；307；407；511；611)的高度小于所述空腔(205、215；305、315；405、415；505)的高度，以允许所述膜朝所述空腔的底部竖直位移。4.根据权利要求1至3中任一项所述的换能器(200；500)，其中，所述止动结构(207；511)被固定到所述衬底(201；501)的上表面。5.根据权利要求1至3中任一项所述的换能器(300；400；600)，其中，所述止动结构(307；407；611)被固定到所述膜(321；421；521)的下表面。6.根据权利要求1至5中任一项所述的换能器(200；300；400)，其中，所述导电区域(209；309；409)通过其后表面在其整个表面上与所述衬底(210；301；401)接触。7.根据权利要求1至5中任一项所述的换能器(500；600)，其中介电层(503)在所述空腔(505)的底部处涂覆所述衬底(501)的上表面，所述导电区域(509)在所述介电层(503)的上表面上以及在穿过所述介电层(503)并出现在所述衬底(501)的上表面上的开口(507)中延伸。8.根据权利要求1至7中任一项所述的换能器(200；300；400；500；600)，其中，所述导电区域(209；309；409；509)由掺杂的多晶硅制成。9.根据权利要求1至8中任一项所述的换能器(200；300；400；500；600)，其中，所述衬底(201；301；401；501)由硅制成。10.根据权利要求1至9中任一项所述的换能器(200；300；400；500；600)，其中，所述膜(221；321；421；521)由硅制成。11.制造根据权利要求1所述的CMUT换能器(200)的方法，包括以下步骤：a)在所述衬底(201)的上表面上形成第一介电层(203)；b)将所述第一介电层(203)向下蚀刻到所述衬底(201)的上表面，以形成所述换能器的空腔(205、215)的下部(205)，同时将形成了所述换能器的止动结构(207)的第一介电层(203)的一部分保持在所述空腔的中心部分中；c)在所述空腔的底部处沉积其厚度小于所述第一介电层(203)的厚度的导电层，以形成所述换能器的导电区域(209)；d)在被布置在临时支撑件(217、219)上的半导体层(221)的表面上形成第二介电层
(213)；e)将所述第二介电层(213)向下蚀刻到所述半导体层(221)的表面，以形成所述空腔(205、215)的上部(215)；f)通过将所述第一介电层(203)与所述衬底(201)相对的表面接合到所述第二介电层(213)与所述半导体层(221)相对的表面上，来装配所述临时支撑件(217、219)和所述衬底(201)；并且e)移除所述临时支撑件(217、219)，同时将形成了所述换能器(200)的膜的半导体层(221)保持在所述空腔(205、215)上方。12.制造根据权利要求1所述的CMUT换能器(300)的方法，包括以下步骤：a)在所述衬底(301)的上表面上形成第...

【专利技术属性】
技术研发人员：西里尔，
申请(专利权)人：维蒙股份公司，
类型：发明
国别省市：