Cmut裝置制造方法、cmut裝置和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種制造電容式微加工超聲換能器(CMUT)裝置的方法，所述電容式微 加工超聲換能器裝置包括在基底上的第一電極W及被嵌入在電絕緣膜中的第二電極，所述 第一電極和所述膜由通過去除在所述第一電極與所述膜之間的犧牲材料形成的腔而分離 開。
[0002] 本發(fā)明還設(shè)及一種CMUT裝置，其包括在基底上的第一電極W及被嵌入在電絕緣膜 中的第二電極，所述第一電極和所述膜由腔而分離開。
[0003] 本發(fā)明也設(shè)及一種包括運樣的CMUT裝置的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004] 電容式微加工超聲換能器(CMUT)裝置正迅速作為在諸如成像設(shè)備的感測設(shè)備范 圍中的傳感器的默認(rèn)選擇。運是因為CMUT裝置能夠提供卓越的帶寬和聲阻抗特性，運使得 它們優(yōu)選于例如壓電換能器。
[000引CMUT膜的振動能夠通過施加壓力（例如，使用超聲）來觸發(fā)，或者能夠W電子方式 來誘發(fā)。常常通過借助諸如專用集成電路(ASIC)的集成電路(IC)與CMUT裝置的電連接便于 裝置的發(fā)射和接收模式兩者。在接收模式中，膜位置的變化引起電容的變化，運能夠W電子 方式進(jìn)行記錄。在發(fā)射模式中，施加電信號引起膜的振動。
[0006] CMUT裝置通常利用所施加的偏置電壓來操作。CMUT能夠W所謂的塌陷模式來操 作，其中，所施加的偏置電壓被增加到塌陷電壓W上，W約束膜并將膜的部分限制為抵靠基 底。CMUT裝置的操作頻率由膜的材料和諸如硬度的物理屬性W及腔的尺寸來表征。CMUT裝 置的偏置電壓和施加也影響操作模式。CMUT裝置通常被用在用于超聲成像應(yīng)用的設(shè)備中W 及用在其中CMUT裝置被用于檢測液體或氣體壓力的其他應(yīng)用中。壓力引起膜的變形，所述 變形被電子地感測為電容的變化。然后，能夠?qū)С鰤毫ψx數(shù)。
[0007] 滿足設(shè)計規(guī)格的CMUT裝置的制造是不簡單的事情。為了獲得具有成本效益的裝 置，例如期望W現(xiàn)有的制造技術(shù)來制造 CMUT裝置。CMOS是運樣的技術(shù)中的非限制性范例。例 如，US 8309428B2公開了一種運樣的裝置的CMOS制造方法。
[0008] 然而，已經(jīng)證實難W從W運樣技術(shù)制造的晶片中獲得可接受的CMUT裝置的高產(chǎn) 量。本申請發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相比于晶片，相當(dāng)多的所制造的CMUT裝置遭受膜翅曲，其使得 所述裝置是無功能的。例如，如果根據(jù)例如US 2013/0069480A1的教導(dǎo)制造該裝置，會發(fā)生 運一問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明尋求提供一種CMUT裝置的制造方法，其改善制造過程的產(chǎn)量。
[0010] 本發(fā)明還尋求提供一種通過該制造過程可獲得的晶片。
[0011] 本發(fā)明也尋求提供一種通過該制造過程可獲得的CMUT裝置。
[0012] 本發(fā)明也尋求提供一種包括運樣的CMUT裝置的設(shè)備。
[001引根據(jù)一方面，提供了一種制造電容式微加工超聲換能器(CMUT)裝置的方法，所述 CMUT裝置包括在基底上的第一電極和被嵌入在電絕緣膜中的第二電極，所述第一電極和所 述膜由通過移除在所述第一電極與所述膜之間的犧牲材料形成的腔而分離開，所述方法包 括形成所述第二電極上的膜部分W及從所述膜部分朝向沿所述犧牲材料側(cè)面的所述基底 延伸的另一膜部分，其中，在形成所述腔之前，所述膜部分和所述另一膜部分的各自的厚度 超過所述犧牲材料的厚度。
[0014]本申請的發(fā)明人已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)，由運樣的制造過程導(dǎo)致的大量無功能的 CMUT裝置和/或在設(shè)計容差之外操作的CMUT裝置是由運樣的事實引起的：在現(xiàn)有的制造過 程中，在釋放腔之后，例如，在由諸如也被用于形成膜的電絕緣(電介質(zhì))材料的適當(dāng)?shù)拿芊?材料來密封通向所述腔的通路時，最終確定膜。例如在US 2013/0069480A1中公開了運樣的 過程。盡管運樣的過程因為腔的密封和膜的完成能夠通過單個沉積步驟實現(xiàn)而具有吸引 力，但本申請的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，當(dāng)密封腔同時膜相對較薄時，運導(dǎo)致相對大量CMUT裝置 在所完成的晶片上具有變形的膜。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致該情況的原因是，運樣的密封步驟通常是 在例如40(TC左右的高溫下執(zhí)行的，其中，第二電極和膜介電材料的熱膨脹系數(shù)的差異能夠 引起膜的過度壓力，使得膜發(fā)生翅曲或彎曲。通過在形成腔之前確保在第二電極上的膜的 厚度超過犧牲材料的厚度，能夠顯著地改善該產(chǎn)量。
[001引應(yīng)當(dāng)注意，US 8309428B2公開了一種CMUT裝置的CMOS制造過程，其中，在移除犧牲 材料之前，在上部電極上形成保護(hù)層。然而，該保護(hù)層用于防止電極被污染，并且該記載完 全沒有提及關(guān)于該保護(hù)層的厚度W及其在腔形成期間保護(hù)膜變形的效果。
[0016] 在實施例中，另一膜部分的厚度超過所述膜部分的厚度。運進(jìn)一步改善在腔形成 步驟期間膜的魯棒性，其進(jìn)一步改善制造過程的產(chǎn)量。
[0017] 所述膜部分的厚度可W至少五倍或者甚至十倍于犧牲材料的厚度，運是因為，W 運些厚度，在腔的形成期間實現(xiàn)了期望的膜的魯棒性。針對至少十倍于犧牲材料的厚度的 膜部分的厚度對于較大的腔是優(yōu)選的，例如，CMUT裝置具有至少100微米的腔直徑。
[0018] 在實施例中，移除犧牲層部分的步驟包括創(chuàng)建通向犧牲層部分的通路，并且其中， 所述方法還包括在形成所述腔之后密封所述通路，所述密封的步驟包括在所述膜部分和所 述另一膜部分上形成密封部分。運進(jìn)一步增加膜的厚度W及最終裝置的魯棒性。例如，運對 于具有微米級的膜直徑、例如具有50微米或更大的膜直徑的CMUT裝置是特別有利的。
[0019] 在備選實施例中，所述方法還包括在所述密封的步驟之前在所述膜部分上形成蝕 刻停止層，蝕刻來自所述膜部分的密封部分，所述蝕刻的步驟終止于所述蝕刻停止層;并且 在所述蝕刻的步驟之后移除蝕刻停止層。
[0020] 蝕刻停止層可W被尺寸設(shè)計(dimensioned)為使得在完成蝕刻的步驟之后，在所 述另一膜部分上保留密封部分的環(huán)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，運樣的環(huán)進(jìn)一步增強(qiáng)膜，而不顯著影響其柔 初性。
[0021] 在實施例中，至少部分地通過W下步驟形成所述膜:在犧牲材料上形成第一介電 材料層;在第一介電材料上形成第二電極；W及在第二電極上形成膜部分，其中，所述膜部 分是第二介電材料層。介電材料可W是氮化娃或者任何其他適當(dāng)?shù)慕殡姴牧稀?br>[0022] 可W提供晶片，所述晶片包括通過根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法獲得的多個CMUT裝 置。運樣的晶片受益于運樣的事實，即：從晶片重新獲得可接受的CMUT裝置的更高的產(chǎn)量。
[0023] 根據(jù)另一方面，提供了一種電容式微加工超聲換能器(CMUT)裝置，其包括在基底 上的第一電極W及被嵌入在電絕緣膜中的第二電極，所述第一電極和所述膜由腔而分離 開，其中，所述膜包括所述第二電極上的單層膜部分W及從所述單層膜部分朝向沿所述腔 側(cè)面的基底延伸的另一膜部分，其中，所述單層膜部分和所述另一膜部分中的每個具有超 過所述腔的高度的厚度，所述厚度至少五倍于并且優(yōu)選十倍于所述腔的高度。運樣的裝置 受益于具有成本效益，運是由于其能夠W高產(chǎn)量制造，而與此同時，顯示出卓越的帶寬和聲 阻抗特性。
[0024] 在實施例中，所述另一膜部分的厚度超過了所述單層膜部分的厚度。運進(jìn)一步改 善了 CMUT裝置的魯棒性。
[0025] 在實施例中，CMUT裝置還包括在所述另一膜部分上的電絕緣材料的環(huán)，其中，所述 單層膜部分至少部分地暴露于所述環(huán)內(nèi)部。運增加了膜的強(qiáng)度，而不會顯著影響其動態(tài)屬 性。
[0026] 在實施例中，CMUT裝置還包括從所述腔延伸的密封材料的突起。在運一實施例中， 所述突起密封所述腔，而不增加第二電極上的膜的總體厚度。
[0027] CMUT裝置可W通過根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法來獲得。
[0028] 根據(jù)另一方面，提供了一種包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的CMUT裝置的設(shè)備。運樣的 設(shè)備可W例如是超聲成像裝置或壓力感測裝置。
【附圖說明】
[0029] 參考附圖，并通過非限制性范例來更為詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例，在附圖中：
[0030] 圖1示意性描繪了現(xiàn)有CMUT裝置；
[0031] 圖2示意性描繪了圖1的現(xiàn)有CMUT裝置的膜的不想要的變形；
[0032] 圖3在壓力敏感性繪圖中示出了圖1的現(xiàn)有CMUT裝置的壓力敏感性；
[0033] 圖4示意性描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于制造CMUT裝置的各種處理步驟；
[0034] 圖5示意性描繪了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用于制造CMUT裝置的關(guān)鍵處理步 驟；
[0035] 圖6示意性描繪了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的用于制造CMUT裝置的關(guān)鍵處理步 驟；
[0036] 圖7在壓力敏感性繪圖中示出了圖1的現(xiàn)有CMUT裝置的壓力敏感性W及根據(jù)本發(fā) 明的實施例的CMUT裝置的壓力敏感性；
[0037] 圖8示出了現(xiàn)有晶片的部分的光學(xué)顯微鏡圖像(頂部窗格)和根據(jù)本發(fā)明的實施例 制造的晶片的部分的光學(xué)顯微鏡圖像(底部窗格）；
[0038] 圖9示出了CMUT裝置的典型電容壓力曲線；
[0039] 圖10示出了根據(jù)其晶片位置的現(xiàn)有CMUT裝置的塌陷電壓特性的繪圖；
[0040] 圖11示出了根據(jù)其晶片位置的根據(jù)本發(fā)明的實施例的CMUT裝置的塌陷電壓特性 的繪圖；W及
[0041] 圖12示出了根據(jù)其晶片位置的根據(jù)本發(fā)明的實施例的CMUT裝置的聲學(xué)性能的繪 圖。
【具體實施方式】
[0042] 應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅僅是示意性的，并且不是按比例繪制的。還應(yīng)當(dāng)理解，相同的參 考標(biāo)記在附圖中被用于指示相同或相似的部分。
[0043] 圖1示意性描繪了 CMUT裝置的典型結(jié)構(gòu)。CMUT裝置包括基底10,在腔30內(nèi)部，第一 電極（出于清晰的目的而未示出）被形成在基底10上。由膜20界定腔