用于降低的電容性串音的具有金屬半導(dǎo)體接觸件的微機(jī)械超聲轉(zhuǎn)換器設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及微機(jī)械超聲轉(zhuǎn)換器(MUT)陣列，且更具體地關(guān)于在陣列的轉(zhuǎn)換器元件之間降低電容性串音。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲轉(zhuǎn)換器設(shè)備一般包括能夠響應(yīng)于時(shí)變驅(qū)動(dòng)電壓而振動(dòng)以在與轉(zhuǎn)換器元件的露出的外表面接觸的傳播介質(zhì)(例如，空氣、水或體組織)中生成高頻壓力波的膜。該高頻壓力波能夠傳播到其他介質(zhì)中。該同一個(gè)壓電膜還能夠從該傳播介質(zhì)接收反射壓力波并將接收到的壓力波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。該電信號(hào)能夠連同該驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)被處理以得到關(guān)于該傳播介質(zhì)中密度或彈性模量的變化的信息。
[0003]能夠使用各種微機(jī)械技術(shù)(例如，材料處置、平板圖案、光刻形成特征等)有利地制造超聲轉(zhuǎn)換器設(shè)備，低價(jià)且尺寸容忍度非常高。這樣，轉(zhuǎn)換器元件的大陣列被使用，該陣列中的個(gè)體轉(zhuǎn)換器元件經(jīng)由波束成形算法來(lái)驅(qū)動(dòng)。這種陣列設(shè)備被認(rèn)為是微機(jī)械超聲轉(zhuǎn)換器(MUT)陣列且可以使用例如電容性轉(zhuǎn)換器(cMUT)或壓電轉(zhuǎn)換器(pMUT)。
[0004]轉(zhuǎn)換器元件之間的串音能夠?qū)е翸UT陣列的性能明顯下降，由此應(yīng)當(dāng)最小化。串音的一個(gè)來(lái)源是電容性耦合。這種電容性耦合可以發(fā)生在該陣列內(nèi)獨(dú)立的轉(zhuǎn)換器信道的信號(hào)線之間。因此減少這種電容性耦合的MUT陣列架構(gòu)和結(jié)構(gòu)是有利的。
【附圖說(shuō)明】
[0005]在附圖的圖中通過(guò)示例而非限制的方式示出本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中:
[0006]圖1A示出了可以用于形成pMUT陣列的兩個(gè)相鄰pMUT元件的剖視圖；
[0007]圖1B示出了在使用圖1A示出的架構(gòu)的pMUT陣列中存在的組件的電氣模型；
[0008]圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式可以用于形成降低轉(zhuǎn)換器元件之間的電容性串音的陣列的兩個(gè)相鄰PMUT元件的剖視圖；
[0009]圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式使用圖2A中示出的架構(gòu)的pMUT陣列中存在的組件的電氣模型；
[0010]圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的硅化物接觸件實(shí)施方式可以用于形成降低轉(zhuǎn)換器元件之間的電容性串音的陣列的兩個(gè)相鄰PMUT元件的剖視圖；
[0011]圖3A、3B、3C、3D、3E和3F示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式降低元件之間的電容性串音的MUT陣列的平面圖；
[0012]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式用于制造降低轉(zhuǎn)換器元件之間電容性串音的MUT陣列的方法的流程圖；
[0013]圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式用于制造降低pMUT中轉(zhuǎn)換器元件之間的電容性串音的pMUT陣列的方法的流程圖；
[0014]圖4C是根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式用于制造降低pMUT中轉(zhuǎn)換器元件之間的電容性串音的pMUT陣列的方法的流程圖；
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用具有降低的電容性串音的pMUT陣列的超聲轉(zhuǎn)換器設(shè)備的功能框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在下面的描述中，提出了許多細(xì)節(jié)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解本發(fā)明可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下被實(shí)施。在一些示例中，公知方法和設(shè)備以框圖形式示出，而不是示出其細(xì)節(jié)，以避免使本發(fā)明主次不清。本說(shuō)明書(shū)中“實(shí)施方式”的引用意思是結(jié)合實(shí)施方式描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、功能或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式中。因此，本說(shuō)明書(shū)不同地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在實(shí)施方式中”或“在一個(gè)實(shí)施方式中”不必指本發(fā)明的同一個(gè)實(shí)施方式。此外，該特定特征、結(jié)構(gòu)、功能或特性可以以任何方式結(jié)合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中。例如，第一實(shí)施方式可以與第二實(shí)施方式結(jié)合，只要這兩個(gè)實(shí)施方式?jīng)]有具體注明是相互排斥的。
[0017]術(shù)語(yǔ)“耦合”在這里用于描述組件之間的功能或結(jié)構(gòu)關(guān)系?！榜詈稀笨梢杂糜诒砻鲀蓚€(gè)或更多個(gè)元件彼此直接或間接(它們之間具有其他中間元件或通過(guò)介質(zhì))機(jī)械、聲、光或電接觸，和/或兩個(gè)或更多個(gè)元件彼此合作或交互(例如，因果關(guān)系)。
[0018]這里使用的術(shù)語(yǔ)“在…上”、“在…下”、“之間”以及“在上面”指一個(gè)組件或材料層相關(guān)于其他組件或?qū)拥南鄬?duì)位置，其中這種物理關(guān)系對(duì)于在裝配環(huán)境中或在微機(jī)械疊層的材料層環(huán)境中的機(jī)械組件是值得關(guān)注的。在另一層(組件)上或之下設(shè)置的一個(gè)層(組件)可以直接與其它層(組件)接觸或可以有一個(gè)或多個(gè)中間層(組件)。此外，設(shè)置在兩個(gè)層(組件)之間的一個(gè)層(組件)可以直接與這兩個(gè)層(組件)接觸或可以具有一個(gè)或多個(gè)中間層(組件)。相比，在第二層(組件)“上”的第一層(組件)與第二層(組件)直接接觸。
[0019]這里描述的實(shí)施方式通過(guò)引入金屬半導(dǎo)體接觸件并將該接觸件互連到轉(zhuǎn)換器元件共同的參考電勢(shì)面(例如接地面)來(lái)抑制MUT陣列中轉(zhuǎn)換器元件之間的電容性串音。使用將襯底的半導(dǎo)體設(shè)備層通過(guò)足夠低電阻的路徑聯(lián)系到參考電勢(shì)面的金屬半導(dǎo)體接觸件，經(jīng)由襯底半導(dǎo)體的信號(hào)線之間的電容耦合能被抑制，明顯降低轉(zhuǎn)換器元件串音。
[0020]圖1A示出了可以用于形成pMUT陣列101的兩個(gè)相鄰壓電pMUT元件I1A和IlOB的剖視圖。pMUT元件IlOA和IlOB每一個(gè)表示轉(zhuǎn)換器陣列的兩個(gè)分開(kāi)信道(即，彼此獨(dú)立電可尋址)中的一個(gè)轉(zhuǎn)換器元件。在該示例中，該分開(kāi)的信道對(duì)應(yīng)于陣列的行，但是信道可以采用陣列內(nèi)的可替換形式(例如，轉(zhuǎn)換器的同心環(huán)等)。雖然示出的實(shí)施方式使用壓電轉(zhuǎn)換器元件，使用其他轉(zhuǎn)換器元件的實(shí)施方式，例如但不限于電容元件，也是可能的，但是為了簡(jiǎn)明這里省略詳細(xì)描述。
[0021]如圖1A中所示，pMUT元件I1A和11OB被設(shè)置在襯底區(qū)域上。通常，襯底可以是本領(lǐng)域中任意已知的能夠進(jìn)行微電子/微機(jī)械工藝，例如但不限于半導(dǎo)體晶圓。在圖1A中示出的示意性實(shí)施方式中，該襯底是絕緣層上半導(dǎo)體(SOI)襯底，包括設(shè)置在絕緣層150 (例如二氧化硅)上的半導(dǎo)體襯底層160 (例如，晶體硅、硅鍺、或鍺)，以及握柄襯底103 (例如，大體積晶體半導(dǎo)體，例如二氧化硅)。
[0022]在該半導(dǎo)體襯底層160中形成的跨越空隙(spanning void) 141A和141B分別是離散的壓電膜170A和170B。在示意性實(shí)施方式中，壓電膜170A和170B是鋯鈦酸鉛(PZT)，但是本領(lǐng)域已知的能夠用于常規(guī)微機(jī)械處理的任意壓電材料也可以被使用，例如但不限于聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物顆粒、BaTi03、單晶PMN-PT以及氮化鋁(AlN)。與壓電膜170A和170B的底面直接接觸設(shè)置的分別是底電極113A、113B。該底電極113A、113B是導(dǎo)電材料的薄膜層(例如，通過(guò)PVD、ALD、CVD等沉積)，其與壓電膜材料例如但不限于Au、Pt、N1、Ir、Sn 等、其合金(例如 AuSn> IrTiW、AuTiW、AuNi 等)、其氧化物(例如，IrO2> N12' PtO2'銦錫氧化物(ITO)等)，或兩個(gè)或更多個(gè)這樣的材料的復(fù)合疊層兼容(例如，熱穩(wěn)定，具有良好粘結(jié)、低應(yīng)力)?；ミB器112A、112B分別電連接到底電極113A、113B。該互連器112A、112B是能夠提供低電阻并適用于形成圖案的任意常規(guī)合成物的導(dǎo)電材料的薄膜層(例如通過(guò)PVD、ALD、CVD等沉積)，例如但不限于Au、Al、W、或Cu。
[0023]如圖1A中進(jìn)一步示出，底電極113A、113B被設(shè)置在薄膜電介質(zhì)層122上，例如二氧化硅，其能夠用作支撐，在制造期間的光刻阻止、電絕緣和/或擴(kuò)散阻擋層。第二薄膜電介質(zhì)層(例如二氧化硅)124還被設(shè)置在壓電膜170A、170B的部分上并設(shè)置在該膜