[发明专利]互补金属氧化物半导体(CMOS)超声换能器及其形成方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C§119(e)要求于2013年3月15日提交的代理人案号为B1348.70007US00并且题为“COMPLEMENTARY METAL OXIDE SEMICONDUCTOR(CMOS)ULTRASONIC TRANSDUCERS AND METHODS FOR FORMING THE SAME(互补金属氧化物半导体(CMOS)超声换能器及其形成方法)”的美国临时专利申请序列号61/794,744的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本文中描述的技术涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)换能器及其形成方法。

背景技术

电容式微加工超声换能器(CMUT)是在微加工的腔上方包括膜的已知的装置。膜可以用于将声音信号转换成电信号，或者反之亦然。因此，CMUT可以作为超声换能器工作。

两种类型的工艺可以被用来制造CMUT。牺牲层工艺在第一基板上的牺牲层之上形成CMUT的膜。牺牲层的去除留下了腔上方的膜。晶片键合(wafer bonding)工艺将两个晶片键合在一起以形成具有膜的腔。

发明内容

根据本技术的一方面，提供了一种设备，其包括超声换能器和耦接至该超声换能器的集成电路，该集成电路形成在CMOS晶片中。在至少一些实施方式中，这样的配置使得能够制造紧凑的、完全集成的超声装置。该超声换能器包括：形成在CMOS晶片中的腔；由除了单晶硅以外的材料形成的、覆在腔之上的膜；以及在膜与集成电路之间提供电连接的电接触部。在至少一些实施方式中，除了单晶硅以外的材料作为膜的使用因不涉及单晶材料而便于装置的制造。在至少一些实施方式中，相比于非单晶材料的使用，单晶材料的使用需要耗费更多的制造工作和时间。

根据本技术的一方面，提供了一种形成超声换能器的方法，该方法包括：在CMOS晶片中形成腔；以及将转移晶片键合至该CMOS晶片，转移晶片具有由不包括单晶硅的材料形成的正面。正面可以是转移晶片的被布置成接触CMOS晶片的面。在一些实施方式中，转移晶片可以包括一个或更多个承载层(handle layer)，并且正面可以与承载层(一个或多个)相对。在一些实施方式中，将转移晶片键合至CMOS晶片在低于450℃下进行，这便于在不损坏键合之前已经形成在CMOS晶片上的集成电路和/或金属层的情况下制造超声换能器。如前所述，相比于使用单晶材料，将除了单晶硅以外的材料用于转移晶片因需要耗费较少的工作和时间而会便于制造。

根据本技术的一方面，提供了一种设备，其包括：其中形成有集成电路(IC)的互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片；设置在CMOS晶片中的腔上方的膜，该膜与CMOS晶片集成并且具有靠近腔的第一侧和远离腔的第二侧；以及与膜的靠近腔的第一侧接触并且将膜电连接至IC的导电路径。在一些实施方式中，这样的配置是包括集成超声换能器和集成电路的装置的基础，或代表该装置。因此，通过允许装置的部件形成在单个CMOS晶片上可以制造紧凑的超声装置。

在至少一些实施方式中，准备与膜的靠近腔的第一侧接触并且将膜电连接至IC的导电路径通过消除对在膜的背对腔的一侧具有电接触部的需要而便于超声换能器和IC的集成。

在一些实施方式中，腔至少部分地通过由导电材料形成的导电侧壁限定，并且导电路径包括导电侧壁的至少一部分。在一些这样的实施方式中，通过利用限定腔的边界的侧壁来便于形成导电路径。在一些实施方式中，导电侧壁包括金属，并且膜的第一侧包括所述金属的层，该配置在至少一些实施方式中便于例如通过键合将膜与导电侧壁集成。在一些实施方式中，氮化钛(TiN)被用于导电侧壁和/或膜的第一侧上的层。在一些实施方式中，腔至少部分地通过非导电侧壁限定，并且导电路径包括在非导电侧壁中嵌入的通孔。这样的配置通过不使导电路径露出作为腔的边界而提供了有利的电绝缘特性。

在一些实施方式中，膜包括多晶硅，并且在一些实施方式中，膜包括非晶硅。这样的材料的使用可以通过避免单晶材料的使用而使制造轻松。如前所述，在至少一些实施方式中，相比于使用单晶材料的制造，这样的材料的使用需要较少的工作和时间。在一些实施方式中，膜包括简并掺杂硅(degeneratively doped silicon)，这在一些实施方式中有助于使膜导电。