超声换能器及制造其的方法
【技术领域】
[0001]与示例性实施方式一致的装置和方法涉及超声换能器及其制造方法，更具体而言，涉及电容式微机械超声换能器(CMUT)及制造其的方法。
【背景技术】
[0002]超声换能器将电信号转换成超声波信号，反之亦然。超声换能器的一示例可以是微机械超声换能器(MUT)。MUT可以是压电微机械超声换能器(PUMP)、CMUT和磁性微机械超声换能器(MMUT)。在这些换能器当中，CMUT在医学图像诊断设备和传感器领域引起注意。CMUT具有作为基本驱动单元的元件被二维地布置的结构。
【发明内容】
[0003]技术问题
[0004]当CMUT被驱动时，元件之间不期望的串扰，即干扰，可以在被驱动的元件的振动被传递到其它相邻元件时产生。
[0005]解决问题的方案
[0006]示例性实施方式可以解决至少以上问题和/或缺点以及以上没有描述的其它缺点。此外，不要求示例性实施方式克服以上描述的缺点，且示例性实施方式可以不克服以上描述的问题中的任何问题。
[0007]一个或更多个示例性实施方式提供CMUT以及制造CMUT的方法。
[0008]根据示例性实施方式的一方面，一种超声换能器包括:上衬底；支撑物，设置在上衬底上且包括空腔；膜(membrane)，设置在支撑物上且覆盖空腔；设置在上衬底上的第一电极层；第二电极层，电连接到上衬底的下表面且与第一电极层分离；以及沟槽，通过穿透上衬底和下绝缘层形成。
[0009]第一电极层可以设置来覆盖上衬底的表面和支撑物的表面。
[0010]超声换能器还可以包括通路孔和上电极，第一电极层可以设置来覆盖通路孔的内壁，上电极可以设置在膜上且电连接到第一电极层。超声换能器还可以包括桥膜，桥膜可以被连接到膜，所述膜可以包括硅，以及支撑物可以包括硅氧化物。
[0011]超声换能器还可以包括上绝缘层并且上和下绝缘层可以分别形成在上衬底的上表面和下表面上，以及下绝缘层可以被图案化使得第二电极层接触上衬底的下表面。
[0012]超声换能器还可以包括第一上焊盘和第二上焊盘，第一和第二上焊盘可以设置在焊盘衬底的上表面上且分别接合到第一电极层和第二电极层。
[0013]第一和第二电极层可以包含金(Au)和铜(Cu)的至少一种，第一和第二上焊盘可以包含Au、Cu和锡(Sn)的至少一种。
[0014]所述多个接合焊盘还可以包含设置在焊盘衬底的下表面上并且电连接到第一上焊盘和第二上焊盘的第一下焊盘和第二下焊盘。
[0015]根据示例性实施方式的另一方面，一种制造超声换能器的方法，所述方法包括:制备包括第一下衬底、第一绝缘层和膜的第一晶片，第一下衬底、第一绝缘层和膜以此次序顺序地层叠；在膜上形成支撑物；制备第二晶片，第二晶片包括上衬底和形成在上衬底的第一表面上的第二绝缘层；将第二绝缘层接合到支撑物以形成空腔；在上衬底上形成第一电极层；在上衬底的第二表面上形成第二电极层；穿过上衬底、第二绝缘层和支撑物形成下沟槽；去除第一下衬底和第一绝缘层；以及在上电极和膜中形成连接到下沟槽的上沟槽。
[0016]第一晶片可以是绝缘体上硅(SOI)晶片。支撑物可以通过在膜上形成第三绝缘层并且图案化第三绝缘层来形成。该方法还可以包括在第二绝缘层的所述接合之后加工上衬底以具有预定厚度。
[0017]第一和第二电极层的形成可以包括:在上衬底和第二绝缘层中形成通路孔；在通路孔的内壁、膜的通过通路孔暴露的部分、以及上衬底的第二表面上形成第四绝缘层；图案化第四绝缘层以部分地暴露上衬底的第二表面；以及在通路孔内第四绝缘层上形成第一电极层，并且在第四绝缘层和上衬底的暴露的第二表面的部分上形成第二电极层。
[0018]制造超声换能器的方法还可以包括在膜上形成上电极以接触第一电极层，上电极的形成可以包括:通过蚀刻通路孔上的膜和第四绝缘层，形成暴露第一电极层的上表面的凹槽；以及在凹槽的内壁和膜上形成上电极。
[0019]制造超声换能器的方法还可以包括将其上形成接合焊盘的焊盘衬底接合到第一和第二电极层，所述多个接合焊盘可以包含设置在焊盘衬底的上表面上且分别接合到第一电极层和第二电极层的第一上焊盘和第二上焊盘。第一和第二电极层可以通过共晶接合方法分别接合到第一和第二上焊盘。
[0020]根据示例性实施方式的另一方面，一种超声换能器包括:上衬底；支撑结构，设置在上衬底上，该支撑结构包括空腔；膜，设置在所述支撑上；桥膜，在空腔中被连接到膜，并且与支撑结构分离；设置在上衬底上的第一电极层；第二电极层，电连接到上衬底的下表面且与第一电极层分离；以及上电极，设置在膜和桥膜上以接触第一电极层。
[0021]根据示例性实施方式的另一方面，一种制造超声换能器的方法，该方法包括:制备包括第一下衬底、第一绝缘层和膜的第一晶片，第一下衬底、第一绝缘层和膜以此次序顺序地层叠；在膜上形成第一支撑物和桥支撑物；通过蚀刻桥支撑物内侧的膜来暴露第一绝缘层；制备第二晶片，第二晶片包括顺序地层叠的第二下衬底、第二绝缘层和第二上衬底；将第二上衬底接合到第一支撑物和桥支撑物；去除第二下衬底和第二绝缘层；通过在第二上衬底上形成第三支撑物并且图案化由第三支撑物暴露的第二上衬底来形成第二支撑物和桥膜；制备第三晶片，第三晶片包括上衬底和形成在上衬底的第一表面上的第三绝缘层，并且将第三绝缘层接合至第三支撑物；在上衬底中形成第一电极层；以及在上衬底的第二表面上形成第二电极层。
【附图说明】
[0022]通过参考附图描述某些示例性实施方式，上述和/或其它方面将变得更明显，在附图中:
[0023]图1是根据一示例性实施方式的CMUT的截面图；
[0024]图2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12是示出根据一示例性实施方式的制造CMUT的方法的图不;
[0025]图13是根据一示例性实施方式的CMUT的截面图；以及
[0026]图14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26 和 27 是示出根据一示例性实施方式的制造CMUT的方法的图示。
【具体实施方式】
[0027]以下参考附图更详细地描述某些示例性实施方式。
[0028]在以下的描述中，即使在不同的图中，相同的附图标记用于相同的元件。说明书中定义的诸如具体的构造和元件的事物被提供，以协助对示例性实施方式的全面理解。然而，示例性实施方式可以被实施，而没有那些特别限定的事物。而且，众所周知的功能或构造不被详细描述，因为它们会以不必要的细节使本申请模糊。
[0029]示例性实施方式可以以许多不同的形式实施，且不应被理解为受到限制。在图中，为了清晰，夸大了层和区域的厚度。还将理解，当一层被称为“在”另一层或衬底“上”时，它可以直接在所述另一层或衬底上，或者也可以存在居间层。例如，在以下描述的示例性实施方式中，形成每个层的材料是示例，因而其它材料也可以被使用。
[0030]图1是根据一示例性实施方式的CMUT的截面图。
[0031]参考图1，CMUT 98包括多个元件100，每个元件100包括至少一个空腔223。例如，多个元件100通过沟槽彼此分离以防止元件100之间的串扰。在图1中，为了便于描述，仅一个元件101和仅一个沟槽222被示出。此外，图1示例性地显示元件101包括一个空腔223 ;然而，元件101可以包括多个空腔。
[0032]CMUT 98的元件101包括上衬底241 (即导电衬底)、设置在上衬底241上的支撑物230和膜213、以及设置在上衬底241下面的焊盘衬底270。上衬底241可以用作下电极。例如，上衬底241可以是低电阻硅衬底；然而，示例性实施方式不限于此。上绝缘层242可以形成在上衬底241的第一表面158上。上绝缘层242可以包括例如硅氧化物；然而，示例性实施方式不限于此。
[0033]支撑物230设置在上绝缘层242上，空腔223形成在支撑物230中。支撑物230可以包括例如硅氧化物；然而，示例性实施方式不限于此。膜213设置在支撑物230上并且覆盖空腔223。膜213可以由例如硅形成；然而，示例性实施方式不限于此。通路孔220形成为穿透上衬底241、上绝缘层242和支撑物230。绝缘层例如硅氧化物可以设置在通路孔220的内壁上。
[0034]第一电极层261设置为覆盖通路孔220的内壁和上部。下绝缘层250可以形成在上衬底241的第二表面188上。下绝缘层250被图案化以暴露上衬底241的第二表面188的一部分，第二电极层262被形成来接触上衬底241的第二表面188的暴露的部分。第一和第二电极层261和262可以包括导电材料。例如，第一和第二电极层261和262可以包括金(Au)和铜(Cu)中的至少一种。这些材料是示例，第一和第二电极层261和262可以由各种材料形成。
[0035]上电极280设置在膜213的上表面190上，从而接触第一电极层261。在元件101的第一侧192，凹槽225形成在膜213中，紧邻通路孔220。上电极2