[发明专利]互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片中的超声换能器及相关装置和方法

说明书

描述了形成在互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片中的微加工超声换能器，以及制造这种装置的方法。可以通过牺牲释放来去除CMOS晶片的金属化层，以产生超声换能器的腔。剩余层可以形成超声换能器的膜。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年4月18日提交的代理人案号为B1348.70010US00的题为“ULTRASONIC TRANSDUCERS IN COMPLEMENTARY METAL OXIDESEMICONDUCTOR(CMOS) WAFERS AND RELATED APPARATUS AND METHODS”的美国临时专利申请序列第61/981,464号的权益，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

技术领域

本文所描述的技术涉及微加工超声换能器以及相关装置和方法。

相关技术

电容式微加工超声换能器(CMUT)是已知的装置，其包括在微加工的腔上方的膜。膜可以用于将声信号转换成电信号，或者将电信号转换成声信号。因此，CMUT可以用作超声换能器。

两种类型的工艺可以被用来制造CMUT。牺牲层工艺在衬底上在牺牲层上方形成CMUT的膜，然后去除牺牲层以在膜下方形成CMUT的腔。晶片接合工艺将两个晶片接合在一起以形成具有膜的腔。

发明内容

本技术的各方面提供了在互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片中的微加工超声换能器(例如，CMUT)，利用CMOS晶片的去除的金属化层作为用于一个或更多个微加工超声换能器的声腔。因此，超声换能器可以与CMOS晶片集成并且形成在晶片中，避免了为制造超声换能器而对于晶片接合的任何需要。因此，与使用晶片接合的情况相比，超声换能器与CMOS晶片的集成可以被简化并且变得更加稳健。此外，使用去除的 CMOS金属化层作为超声换能器的腔可以有利于在CMOS晶片上的超声换能器下方形成集成电路(IC)，因此使CMOS晶片上形成集成的超声换能器和集成电路所需的空间减少或最小化。因此，根据一些实施方案，可以形成具有单片集成的超声换能器和CMOS IC的紧凑互补金属氧化物半导体(CMOS)超声换能器(CUT)。

根据本技术的一方面，互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片包括半导体衬底和超声换能器。超声换能器包括：腔，其对应CMOS晶片的去除的第一金属化层；设置在腔与半导体衬底之间的电极；以及CMOS晶片的声学振动膜(acoustic film)，其包括CMOS晶片的介电层和第二金属化层。腔可以设置在半导体衬底与声学振动膜之间。CMOS晶片还可以包括在半导体衬底上的集成电路，集成电路耦接至超声换能器并且被配置成控制超声换能器的运行。

根据本技术的一个方面，装置包括在互补金属氧化物半导体(CMOS) 晶片中的超声换能器，其中，金属化层的去除部分限定了超声换能器的声腔的至少一部分。

根据本技术的一个方面，互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片包括半导体衬底、第一金属化层和超声换能器。超声换能器包括形成在第一金属化层中的腔，设置在腔与半导体衬底之间的电极，以及CMOS晶片的声学振动膜，CMOS晶片的声学振动膜包括CMOS晶片的第二金属化层和介电层。腔可以设置在半导体衬底与声学振动膜之间。CMOS晶片还包括在半导体衬底上的集成电路，集成电路耦接至超声换能器并且被配置成控制超声换能器的运行。