[发明专利]具有穿透基板通孔(TSV)的电容式微加工超声换能器(CMUT)器件

说明书

技术领域

所公开的实施方式涉及电容式微加工超声换能器(CMUT)器件及其制造方法。

背景技术

CMUT器件在医疗应用中变得逐渐普及。例如，CMUT器件已经用于改进医疗超声成像探测(probe)。此外，CMUT器件已经用于提供高强度聚焦超声以用于医疗疗法。传统的CMUT器件通常被直接制造在硅衬底上(例如，在硅晶片上)。例如，传统的CMUT器件经常使用微机电系统(MEMS)加工技术来制造，其中脱模层被蚀刻掉，留下自支撑(柔性)隔膜。隔膜的顶部被金属化以提供顶(电极)板，并且隔膜接着被用作换能器来发送和接收超声信号。

传统的CMUT器件利用接合焊盘来提供与器件中的每个CMUT元件的顶板的电接触，诸如用于包括以CMUT阵列排列的多个CMUT元件的CMUT器件的多个接合焊盘。由于接合线被提高在接合焊盘上方，因此接合焊盘被定位成远离CMUT阵列中的CMUT元件以有助于封装。这种限制不仅由于需要相互连接的引导线路(routing line)而增大了CMUT器件的管芯尺寸(diesize)，还使得封装工艺复杂化。管芯尺寸的增加和封装工艺的复杂化这两者增加了封装的CMUT管芯的成本。

发明内容

公开的实施方式描述了传统的利用接合焊盘来连接到每个CMUT单元的顶板的CMUT器件问题的解决方案，其被认为极大地约束了包括CMUT元件的二维(2D)CMUT阵列的CMUT器件的设计并且增加了它的大小，并且还使它们的性能降低。将接合焊盘连接到传统的大的2D CMUT阵列的每个CMUT元件涉及在CMUT管芯的顶部上广泛的使用金属互联迹线，这从而增加了管芯尺寸并且降低了CMUT性能。对于包含大量CMUT元件的CMUT阵列来说(例如，＞10x10阵列的CMUT元件)，使用金属互联迹线来提供与每个元件的接触对于内部元件而言通常变得过于复杂，并且需要替换的连接方案。一个这样的连接方案为使用穿透衬底连接。

公开的实施方式包括具有穿透衬底通孔(TSV)的CMUT器件，该CMUT器件允许底部器件(管芯)接触从而穿透管芯与CMUT单元或包括多个CMUT单元的CMUT元件的顶板(顶部电极)进行连接，以有助于制造2D CMUT阵列。对于具有多个CMUT元件的CMUT器件，顶部电极针对每个CMUT元件而被分隔，从而允许使用针对每个元件的单个TSV而对相应元件进行单独寻址，并且对于器件上的所有CMUT元件通常存在电气共用(electrically common)底部电极(例如，Si衬底的固体片)。在其它实施方式中，CMUT器件可以具有用于所有CMUT元件的电共用顶部电极和用于每个元件的单独底部电极，以允许相应元件的单独寻址。

附图说明

图1A是描绘根据示例性实施方式的作为具有单个CMUT单元的CMUT元件而被示出的示例性CMUT器件的顶视图。

图1B是描绘沿着所示的切割线A-A′的图1A中所示的示例性CMUT器件/元件/单元的截面图。

图2A-图2H是示出根据示例性实施方式的针对用于形成CMUT器件的示例性方法的工艺进展的截面图。

图3是描绘根据示例性实施方式的包括多个CMUT元件的示例性CMUT器件的顶视图，每个CMUT元件包括图1A和图1B中所示的多个CMUT单元。

具体实施方式

电容式微加工超声换能器(CMUT)传感器单元实体是CMUT传感器单元。多个CMUT传感器单元可以被并联连接(例如，具有电共用的可移动隔膜120b)以形成CMUT元件。CMUT元件可以具有任意数量(＞1)的CMUT单元。通常，元件中的CMUT单元越多，元件响应于给定刺激(stimulus)而可以产生的超声输出压力越大。CMUT阵列(器件/管芯)可以具有任意数量的CMUT元件。相应CMUT元件的电极中的一个(例如，顶部电极)可以与其他CMUT元件的其他电极(例如，顶部电极)电隔离，以允许每个CMUT元件被独立地连接以可单独寻址。如此处所描述的，使得CMUT元件中的每个CMUT单元的可移动隔膜120b电共用允许通过单个TSV对CMUT元件中的所有单元进行寻址。

图1A示出根据示例性实施方式的被示出为具有单个CMUT单元100a的CMUT元件的示例性CMUT器件100。切割线A-A′被提供为图1B所示的和以下描述的其它图2A-图2H的截面图。CMUT单元100a包括穿透衬底通孔(TSV)111和具有顶部102和底部103的单晶材料(例如，在单晶硅衬底上的体单晶硅或硅外延层)的第一衬底101。