CN100438992C - 超声薄膜换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于微制作的薄膜超声换能器的结构，以及制造此结构的方法。在一个实施方案中，换能器包括具有压电材料的平坦部件，和设置在平坦部件上且耦合到压电材料的间隔开的电极，用来将电场施加到此层，以及连接到电极的吸声背衬部件。在另一实施方案中，换能器包括具有邻接半导体材料的压电材料的平坦部件，此半导体材料具有单片地形成在层中且耦合到压电材料的有源电路。在另一个实施方案中，换能器包括具有压电材料的平坦部件，以及具有单片形成的有源电路的半导体材料邻接层的吸声背衬部件，此有源电路被耦合到电极。
Description
技术领域
本发明通常涉及超声诊断系统，其采用超声换能器通过超声成像来提供有关身体内部的诊断信息，更具体地，本发明涉及用于这种系统中的超声薄膜换能器。
背景技术
超声诊断成像系统被广泛地用来进行超声成像和测量。例如，心脏科医生、放射科医生以及产科医生分别采用超声成像系统来检查心脏、各种腹部器官、或显现胎儿。通常，利用这些系统，借助于将超声换能器阵列置于病人的皮肤上，并激励位于阵列中的一个或多个元件将超声能量通过皮肤传输到病人体内，来获得成像信息。响应于超声能量向身体的传输，超声回声从身体的内部结构发出。返回的声学回声被阵列中的一个或多个元件转换成电信号，由将诊断系统耦合到换能器阵列的电缆传送到诊断系统。
软件和数字技术的最新进展已经使得能够开发灵活性和数据处理速率增强的超声成像系统。因此，诊断探针中的超声换能器元件的数目也不断地增多，使得能开发产生高横向分辨率的相对宽孔径的诊断探针。
通常用于超声诊断探针的声学换能器，一般包含单独的压电元件阵列，这些压电元件借助于执行大量精细的制造步骤而由结晶压电材料形成。例如，借助于将单块压电材料接合到声阻抗比较低且声衰减高的吸声背衬(acoustic backing)部件，已经制作了现有技术的声换能器阵列。然后，借助于将此材料切割或划片形成阵列的精细矩形元件而横向细分此材料。用各种金属化工艺将电接触焊盘淀积在单独的元件上，以便使导电体能够耦合到阵列的单独元件。通常，用包括焊接、点焊的各种电连接方法，或借助于将导体接合到接触焊盘，来将导电体耦合到接触焊盘。
虽然上述的制造步骤一般适合于形成具有直至几百个元件的声换能器阵列，但用上述技术不容易制作具有更小尺寸的元件组成的更大的阵列。因此，硅微电子器件制造中所用的各种方法已经被用来在半导体衬底上生产超声换能器元件，因为这些技术使得能够重复地制造具有复杂细节的小型结构。结果，可以容易地大量制造比使用上述方法可得到的小得多的换能器元件。
图1是根据现有技术的微制作(micro-formed)的薄膜超声换能器阵列1的局部剖面图。此阵列1包括位于硅衬底3的上表面12上的多个微制作薄膜元件2。元件2通常包括与和衬底3邻接的下表面7分开的上表面4。各个元件通过形成在衬底3中的多个电互连被耦合到随时间变化的电压源。为了清楚起见，未示出到达各个元件的电压源和电互连。当随时间变化的激发电压被施加到各个元件时，源于元件的电机械性质而在上表面4中产生振动偏移。因此，响应于所施加的随时间变化电压，就产生从上表面4向外辐射的声波5。元件的电机械性质同样使元件响应于声波6撞击在上表面4上产生的偏移。
上述现有技术阵列1的一个缺点是，元件2产生的一部分超声能量可能被向回投射到下方的衬底3中，而不是以声波5被向外辐射。因而引起元件2的辐射能量的部分损失。而且，当超声能量被耦合到下方衬底3中时，超声能量以声波8的形式传播进入衬底3中，声波8可能在衬底3的下表面11处被内部反射，从而形成向着衬底3上表面12方向的反射波9。多个反射波9然后可以在上表面12与下表面11之间的衬底3中传播。存在于各个反射波9中的一部分能量也可以通过表面11离开衬底3，从而形成多个泄漏波10。由于波9可以被阵列1中的其它元件2接收，故衬底3中声波9的传播还使超声能量能够在元件2之间被交叉耦合，从而产生元件2之间不希望有的“串扰”信号，以及其它不希望有的干扰效应。而且，波在衬底3中的内部反射可能对阵列1的接受角，即方向性有不利的影响。
各种现有技术器件包括了阻止波在衬底中传播的元件。例如，一种现有技术器件采用了在元件2之间向下延伸到衬底3中的多个沟槽，来中断波在衬底3中的传播。相似的现有技术器件采用了填充有声衰减材料的向下突出的沟槽，以便至少部分地吸收反射波9的能量。虽然这些现有技术器件降低了衬底中不希望有的横向波传播，但通常也限制了由于减少了可以独立变化的设计参数的数目带来的微制作元件2的固有优点。而且，额外的制造步骤明显地提高了微制作的换能器阵列的制造成本。
与图1所示现有技术阵列1相关的另一个缺点是，阵列1通常被暴露于各种物质，包括水、消毒剂、连接胶。由于元件2被微制作在衬底3上，故各种小的凹陷可能存在于阵列1上，而这些物质可以积聚在其中。例如，多个凹陷13可以形成在元件2之间，由于通常无法适当地清洗阵列1的小凹陷13，使污染物可能不断积累。此外，暴露于这些物质的表面可能容易受到由于这种暴露而导致的侵蚀或腐蚀。
现有技术阵列1的另一缺点是，阵列1缺乏硬覆盖表面来保护阵列1。因此，阵列1通常容易受物理冲击产生的损伤，因为阵列1承受的冲击可以损伤单独的元件2，以及包含电互连或其它器件的下方衬底3。
因此，在本领域中需要能够产生明显降低声波在下方衬底中的传播的微制作的超声阵列。此外，在本领域中需要抵抗来自各种物质的污染和损伤、且容易清洗的微制作的超声阵列。而且，本领域还需要能够抵抗来自通常遇到的物理冲击损伤的微制作超声阵列。
发明内容
本发明的目的是用于微制作的薄膜超声换能器阵列的改进结构，以及用来制造此改进结构的方法。在本发明的一个方面，微制作的薄膜换能器阵列包括具有一层压电材料的平坦部件和设置在平坦部件表面上且耦合到压电材料层的多个间隔的电极，以便将电场施加到此层，以及固定地连接到该多个电极的吸声背衬部件。在另一个方面，微制作的薄膜换能器阵列包括具有一层压电材料和邻接的半导体材料层的平坦部件，半导体材料层具有多个形成在半导体层中、且耦合到压电材料层的单片形成的有源电路，多个间隔的电极设置在平坦部件表面上且耦合到有源电路，以便将电场施加到压电层，以及固定地连接到多个电极的吸声背衬部件。在又一个方面，微制作的薄膜换能器阵列包括具有一层压电材料的平坦部件，设置在平坦部件表面上用来将电场施加到压电层的多个间隔的电极、以及具有邻接的半导体材料层的吸声背衬部件，此半导体材料层具有多个单片形成的有源电路，此有源电路耦合到电极，并被固定地连接到选定位置处的电极。
附图说明
图1是根据现有技术的微制作的薄膜换能器的局部剖面图。
图2是根据本发明一个实施方案的微制作的薄膜换能器的局部平面图。
图3是根据本发明一个实施方案的微制作的薄膜换能器的局部剖面图。
图4是根据本发明另一个实施方案的微制作的薄膜换能器的局部剖面图。
图4a是根据本发明另一个实施方案的微制作的薄膜换能器的局部剖面图。
图4b是根据本发明另一个实施方案的微制作的薄膜换能器的局部剖面图。
图5是根据本发明另一个实施方案的微制作的薄膜换能器的局部剖面图。
图6是根据本发明另一个实施方案的微制作的薄膜换能器的局部剖面图。
图7是根据本发明一个实施方案用来形成微制作的薄膜换能器的方法中一个步骤的局部剖面图。
图8是根据本发明一个实施方案用来形成微制作的薄膜换能器的方法中一个步骤的局部剖面图。
图9是根据本发明一个实施方案用来形成微制作的薄膜换能器的方法中一个步骤的局部剖面图。
图10是根据本发明一个实施方案用来形成微制作的薄膜换能器的方法中一个步骤的局部剖面图。
图11是根据本发明一个实施方案用来形成微制作的薄膜换能器的方法中一个步骤的局部剖面图。
图12是根据本发明一个实施方案用来形成微制作的薄膜换能器的方法中一个步骤的局部剖面图。
图13是根据本发明一个实施方案用来形成微制作的薄膜换能器的方法中一个步骤的局部剖面图。
图14是根据本发明一个实施方案用来形成微制作的薄膜换能器的方法中一个步骤的局部剖面图。
图15是根据本发明一个实施方案用来形成微制作的薄膜换能器的方法中一个步骤的局部剖面图。
图16是根据本发明一个实施方案用来形成微制作的薄膜换能器的方法中一个步骤的局部剖面图。
具体实施方式
本发明通常涉及超声诊断系统，这种超声诊断系统使用超声微制作的薄膜换能器通过超声成像来提供有关身体内部的诊断信息。在下文描述以及图2-16中给出了本发明一些实施方案的许多具体细节，以便提供对这些实施方案的透彻理解。但本技术领域熟练人员可以理解的是，本发明可以无需下列描述所述的一些细节而加以实施。而且，在下列描述中要理解的是，有关各个实施方案的附图没有给出任何具体或相对的物理尺度。而且要理解的是，如果提到有关各个实施方案的具体或相对尺度，则除非权利要求另有说明，都不认为是限制性的。
图2是根据本发明一个实施方案的微制作的薄膜换能器的局部平面图。换能器20包括具有上侧22和相对的下侧23的平坦部件21。此平坦部件21是包括至少一层压电材料(未示出)的层状结构。下面将更详细地讨论平坦部件21的结构。多个间隔的第一电极24和第二电极25被固定地附着到平坦部件21的下侧23，并进一步被电耦合到压电材料。虽然第一电极24和第二电极25被示为间隔大致相等的间距，但要理解的是，第一电极24和第二电极25的间距可以跨越平坦部件21的下侧23以变化的间距而定位。第一电极24和第二电极25被进一步耦合到能够将随时间变化的激发电压施加在第一电极24与第二电极25之间的超声系统26，致使产生随时间变化的电场29。包括在平坦部件21中的压电材料被接入电极，以便沿通常横贯第一电极24和第二电极25取向的横向方向呈现振动运动(k33模式)，致使压电材料响应于施加的激发电压而呈现沿电场29方向的随时间变化的横向应变。如下面将更详细地所述那样，由于第一电极24和第二电极25在位置上相对于下方结构被固定，故平坦部件21呈现出，在沿大致垂直于平坦部件21的表面22的方向延伸的电极24和25之间的薄膜部分27中的弯曲位移，从而使声波从表面22向外辐射。因此，在反射的声信号在薄膜部分27上留下印记时出现的薄膜部分27的位移，使压电材料沿平行于表面22的方向应变，从而产生随时间变化的信号，此信号可以被超声系统26处理。
仍然参照图2，平坦部件21还包括从下侧23至少部分地延伸到部件21中(典型地为完全穿过部件)的隔层28，以便将换能器20与阵列中其它临近的换能器去除电耦合和声耦合。
图3是薄膜换能器20沿图2所示剖面线3-3的局部剖面图。平坦部件21包括连续的上层260，上层260包含诸如氮化硅、氧化铝、氧化镁、或化学汽相淀积(CVD)的金刚石之类的硬的化学抗蚀剂材料。压电层280被置于临近上层260，并可以由任选地掺有La、Mn、Fe、Sb、Sr或Ni、或这些元素的任何组合的陶瓷钛酸铅(PT)或钛酸锆酸铅(PZT)组成。层280也可以由任选地掺有La、Mn、Fe、Sb、Sr或Ni、或这些元素的任何组合的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3组成。层280还可以由下列化合物中的任意组成：Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3；Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3；Pb(Zn1/3Nb2/3)1-x-y(Mn1/2Nb1/2)xTiyO3，其中，(0≤x≤1)，(0≤y≤1)，Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3；PbY1/2Nb1/2O3-PbTiO3；任选地掺有La、Mn、Fe、Sb、Sr或Ni、或这些元素的任何组合的PbZn1/3Nb2/3O3-PbTiO3，Sr3TaGa3Si2O14；K(Sr1-xBax)2Nb5O15，其中(0≤x≤1)；Na(Sr1-xBax)2Nb5O15，其中(0≤x≤1)；BaTiO3；(K1-xNax)NbO3，其中(0≤x≤1)；(Bi，Na，K，Pb，Ba)TiO3；(Bi，Na)TiO3；Bi7Ti4NbO21；(K1-xNax)NbO3-(Bi，Na，K，Pb，Ba)TiO3，其中(0≤x≤1)；a(BixNa1- x)TiO3-b(KNbO3-c)1/2(Bi2O3-Sc2O3)，其中(0≤x≤1)，且(a+b+c＝1)；(BaaSrbCac)TixZr1-xO3，其中(0≤x≤1)，且(a+b+c＝1)；(BaaSrbLac)Bi4Ti4O15，其中(a+b+c＝1)；Bi4Ti3O12；LiNbO3；La3Ga5.5Nb0.5O14；La3Ga5SiO14；La3Ga5.5Ta0.5O14；AlN；ZnO或可任选地掺有La、Mn、Fe、Sb、Sr、Ni或这些元素任何组合的钛酸锆酸铅(PZT)织构膜，可任选地掺有La、Mn、Fe、Sb、Sr、Ni或这些元素任何组合的铌酸铅镁-钛酸铅(PMN-PT)织构膜，可任选地掺有La、Mn、Fe、Sb、Sr、Ni或这些元素任何组合的铌酸铅锌-钛酸铅(PZN-PT)织构膜，单晶PMN-PT，单晶PZN-PT，聚氟乙烯聚合物(PVDF)或其它适当的替换压电材料。
仍然参照图3，薄的抗反应层262可以被插入在压电层280与上层260之间，以便在形成平坦部件21的过程中将压电层280与上层260化学上隔离。抗反应层262可以由TiO2、ZrO2、MgO、Al2O3、HfO2、ZrTiO4、LaAlO3、或这些化合物的任何组合组成，虽然也可以采用其它的化合物。仍然参照图3，籽晶层可以插入在压电层280与抗反应层262之间。籽晶层可以包含高度织构的MgO、AlN、LaAlO3、PbZrxTi1-xO3、Pt(111)或Pt(100)、Pt(111)/Ti、La1-xSrxCoO3。第一电极24和第二电极25由导电材料组成，此导电材料可以包括Ti或Ti1-xWx(0≤x≤1)合金界面层以及铝、掺有硅的铝、或掺有铜、金、铂的铝的导电层，虽然也可以采用其它的导电材料。第一电极24和第二电极25从压电层280向下延伸，以便连接多个淀积在吸声背衬部件200上的导电接触焊盘220。接触焊盘220可以由金、铂、铝、或其它导电材料组成，并可以包括相似的界面层。借助于将第一电极24和第二电极25压力接合或焊接到焊盘220，第一电极24和第二电极25被固定地接合到接触焊盘220，以便形成第一电极24与焊盘220之间以及第二电极25与焊盘220之间比较牢固的机械连接。或者，导电的或不导电的环氧树脂化合物或其它的粘合剂可以被用来将第一电极24和第二电极25接合到焊盘220。接触焊盘220被进一步电耦合到穿过吸声背衬部件200延伸的多个导电部件240，以便提供将各个第一电极24和第二电极25耦合到超声系统26(如图2所示)的连续导电路径。吸声背衬部件200可以由声衰减相对高和适当选择的低声阻抗的任意适当材料组成，其还为平坦部件21、第一电极24、以及第二电极25提供比较牢固的结构支持。适当材料的例子包括各种环氧树脂或分散有固体金属、陶瓷、或聚合物颗粒的环氧树脂基质。
图4是根据本发明另一实施方案的薄膜换能器30的局部剖面图。平坦部件21包括由硬的化学抗蚀材料组成的上层260，其可以包括与前述相同的任何材料，以及其它的替换材料。压电层280也可以类似地由上述材料组成。中间层32插入在上层260与压电层280之间，以便将层280与上层260间隔开。将上层260与压电层280分离，有利地提高了压电层280中弯曲应力的均匀性，从而改善了器件的耦合系数。中间层32通常是比上层260或压电层280更易于弯曲的层，且可以由例如二氧化硅或氮氧化硅组成，虽然也可以采用其它的材料。抗反应层262可以任选地淀积在邻接于层32的压电层280的表面上。抗反应层262可以由与前述相同的任何材料、以及其它替换材料组成。
图4a是根据本发明另一实施方案的薄膜换能器34的局部剖面图。平坦部件21包括由硬的化学抗蚀材料组成的上层260，其可以包括与前述相同的任何材料以及其它的替换材料。压电层280也可以类似地由上述材料以及其它的替换材料组成。薄膜换能器34还包括位于上层260与压电层280之间的阻挡层264。阻挡层264通常抑制在形成平坦部件21的过程中，压电层280与用于上层260的某些材料的化学相互作用。例如，在形成平坦部件21的过程中，可能出现不希望有的化合物，其中包含上层260的材料包括CVD金刚石等材料。因此，阻挡层264可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、或氮化铝、或这些化合物的组合组成。抗反应层262可以任选地插入在压电层280与阻挡层264之间，以便进一步抑制压电层280与阻挡层264之间的化学相互作用。抗反应层262可以由与前述相同的任何材料以及其它替换材料组成。
图4b是根据本发明另一实施方案的薄膜换能器36的局部剖面图。平坦部件21包括上层260，它可以包括与前述相同的任何材料和其它的替换材料，以及压电层280，它也可以类似地由上述材料以及其它的替换材料组成。如上面更充分地所述，中间层32可以被置于上层260与压电层280之间邻近压电层280的位置处，以便提高换能器36的声耦合系数。如前所述，抗反应层262可以任选地插入在中间层32与压电层280之间，以便进一步抑制压电层280与相邻层之间的化学相互作用。而且，换能器36还可以包括位于上层260与中间层32之间的阻挡层264，以便将上层262与中间层32化学隔离。图5是根据本发明另一实施方案的薄膜换能器40的局部剖面图。如前述实施方案那样，平坦部件21包括硬的化学抗蚀剂上层260。压电层280也可以由上述材料组成。中间层42被插入在上层260与压电层280之间，以便隔开层280与上层260。中间层42由延伸在压电层280与上层260之间的多个间隔元件44构成，以便将上层260与压电层280分离，以便提高换能器40的耦合系数。例如，间隔元件44可以由借助于将SiO2层淀积在上层260、随后去除一部分淀积层而形成柱状结构所形成的柱状结构组成。
本发明的上述各个实施方案使吸声背衬部件能够被置于阵列后面，从而有利地降低了通过换能器背表面的超声能量损失，因此使换能器能够产生更高的灵敏度。而且，由于背衬结构的存在，阵列中换能器之间的交叉耦合被降低了，从而能够形成较不易受到“串扰”和其它形式干扰影响的阵列。
上述实施方案还有其它的优点。例如，由于换能器位于由一般有弹性的材料组成的吸声背衬部件上，故换能器能够吸收物理冲击而不受损伤，这是由于前述实施方案不具有现有技术器件中存在的硬的易碎下方衬底。上述实施方案还提供了基本上覆盖换能器的非多孔化学上惰性且均匀的平坦部件，从而防止了诸如消毒剂或连接胶之类的污染物迁移到换能器的结构中。
图6是根据本发明另一实施方案的薄膜换能器50的局部剖面图。衬底52被置于吸声背衬部件200上，它包括单片形成在衬底52中的多个有源电路54，以及诸如电容器、电阻器、或电感器之类的无源功能元件。在半导体衬底52中或半导体衬底52上实现这些无源功能元件。这些无源功能元件也可以在单独的衬底上处理，其通过引线接合或倒装芯片安装到半导体衬底52上。具有无源功能元件的单独衬底可以是具有集成电容器、电感器、或电阻器以及互连的Si衬底或陶瓷衬底。此衬底还可以是具有诸如电容器、电感器、或电阻器的集成无源功能元件的叠层型衬底。衬底52还包括将第一电极24和第二电极25电耦合到有源和无源电路的多个接触焊盘220。有源和无源电路提供伸出到衬底52中的多个导电通孔56，进一步电耦合到多个导电部件240，从而在部件240与有源和无源电路之间形成互连。有源电路54可以包含控制换能器50工作的诸如场效应晶体管(FET)、或金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)的简单半导体器件，或者，电路54可以是至少执行超声系统26(如图2所示)的部分信号处理功能的更高度集成的电路。例如，有源和无源电路可以包括至少部分地执行阵列波束形成操作的电路。而且，有源和无源电路可以执行其它的功能，例如执行复用操作，或涉及换能器50的信号发射或接收的其它“前端”操作。
图7是根据本发明另一实施方案的薄膜换能器60的局部剖面图。平坦部件21包括上层260、压电层280、以及插入在上层260与压电层280之间的半导体衬底层62。衬底层62还包括单片地形成在衬底层62中的多个有源电路64。如在前述实施方案中那样，电路64可以包含FET或MOSFET，以便控制换能器60的工作，或者，电路64可以包括可以执行超声系统26(如图2所示)的至少一部分信号处理功能的更高度集成的有源和无源器件。有源电路64通过延伸穿过形成在衬底层62上的绝缘层65的通孔66而耦合到压电层280。有源电路64还通过延伸穿过绝缘层65的通孔68耦合到第一电极24和第二电极25。绝缘层65可以由诸如形成在半导体衬底层62表面上的二氧化硅层的适当的绝缘材料构成。
上述各个实施方案有利地使多个有源半导体电路能够被集成到换能器的结构中。这些电路可以执行各种预先的信号处理功能，从而减缓整个信号处理要求的至少一部分的超声系统。
图8-16是根据本发明一个实施方案的用来形成微制作的薄膜换能器的方法中各个步骤的局部剖面图。首先参照图8，上层260被淀积或形成在下方硅衬底72上，并可以由适当的刚性和低密度材料组成。例如，上层260可以由用低压化学汽相淀积(LPCVD)方法淀积在硅衬底72上的氮化硅膜组成。或者，上层260可以由用化学汽相淀积(CVD)方法淀积的金刚石材料组成。
现在参照图9，中间层32可以任选地被淀积在上层260上。在所公开的实施方案中，中间层32由二氧化硅或氮氧化硅组成，其可以用LPCVD工艺、或用本技术领域众所周知的其它工艺形成在上层260上。此外，抗反应层262可以用各种已知的工艺任选地形成在中间层32上。例如，当层262由二氧化钛组成时，借助于将二氧化钛溅射到层32上，可以淀积层262。或者，可以将钛溅射到层32上，并对其进行热氧化，以便形成抗反应层262。其它的材料和淀积工艺也可以用来形成层262。
现在来参照图10，压电层280被涂敷到中间层32和抗反应层262。在一个方面，层280可以由用溶胶-凝胶工艺淀积在层32上的PZT或者施主或掺杂受主的PZT组成。溶胶-凝胶工艺是生产掺杂或不掺杂的PZT、特别是薄层形式的众所周知的方法，且其优点在于高纯度的薄层PZT能够被制作成具有高的表面平滑度。诸如溅射或化学汽相淀积(CVD)之类的其它众所周知的方法，也可以被用来涂敷压电层280。压电层280也可以由有利地呈现近乎单晶结构的掺杂或不掺杂PZT的织构薄膜组成。而且，也可以采用织构化的掺杂或不掺杂铌酸铅镁-钛酸铅(PMN-PT)、或织构化的掺杂或不掺杂铌酸铅锌-钛酸铅(PZN-PT)，它们有利地呈现更高的耦合系数，并在中等电场强度下能够产生比用PZT可得到的大一个数量级的诱导应变。如本技术领域众所周知那样，在形成压电层28之后，可以将此层接入电极，以便建立所希望的k33极化性质。为了生长织构膜，可以用溶胶-凝胶工艺或溅射或化学汽相淀积(CVD)方法来淀积籽晶层。籽晶层可以包含高度织构化的MgO、AlN、LaAlO3、PbZrxTi1-xO3、Pt(111)或Pt(100)、Pt(111)/Ti、La1-xSrxCoO3。
现在参照图11，可以借助于涂敷光致抗蚀剂材料(未示出)并用光刻方法曝光光致抗蚀剂材料，在压电层280中形成分隔28。对曝光的光致抗蚀剂进行显影导致图形化结构(也未示出)，其使腐蚀剂能够腐蚀分隔28。可以用来腐蚀层280的腐蚀剂可以包括乙酸-硝酸溶液或乙酸-硝酸-氢氟酸溶液，虽然还存在着其它的替换。在腐蚀工艺之后，可以用众所周知的工艺从压电层280剥离光致抗蚀剂，以便产生图11所示的分隔28。或者，可以用其它的腐蚀溶液或方法来形成延伸到压电层280以外的分隔28。
图12示出了位于压电层280上的多个第一金属结构74，它们各具有插入在第一金属结构74与压电层280之间的界面层76。第一金属结构74由导电材料组成，其可以包括金、铝、或铂，虽然也可以采用其它适当的材料。界面层76也类似地由导电材料组成，可以包括铬、镍铬合金、钛、或Ti1-xWx(0≤x≤1)，其有助于将第一金属结构74接合到层280。可以利用金属层74和界面层76的淀积，将多个第一金属结构74和界面层76形成在压电层280的表面上。例如，可以采用蒸发、溅射、或CVD金属淀积方法。利用光致抗蚀剂的淀积、显影光致抗蚀剂以形成图形、以及随后用湿法腐蚀或干法腐蚀过程对金属进行腐蚀，来进行金属层的图形化。
或者，借助于对光致抗蚀剂层(未示出)进行图形化、并显影光致抗蚀剂以形成开口(也未示出)来将各种材料淀积到层280上，能够得到层74和76的图形化。可以用众所周知的方法来淀积层74和76。例如，可以采用真空淀积、溅射、或CVD。
现在参照图13，多个第二金属结构75淀积到第一金属结构74和界面层76上。第二金属结构75可以由导电材料组成，其可以包括金、铂、Ti/Au或Ti/Pt合金的，虽然可以采用其它的导电材料。可以用蒸发、溅射、或CVD方法来涂敷第二金属结构75。利用光致抗蚀剂的淀积、显影光致抗蚀剂以形成图形、以及随后用湿法腐蚀或干法腐蚀过程对金属进行腐蚀，来进行金属层的图形化。
现在参照图14和15，如图14所示，覆盖层77可以淀积在第二金属结构75上，以便形成多个第一电极24和第二电极25。覆盖层77可以由包括金、铂、Ti/Au合金或Ti/Pt合金的导电材料组成，虽然也可以采用其它的导电材料。如图15所示，得到的结构则可以被提供给吸声背衬部件200。然后，可以用各种众所周知的方法，将第一电极24和第二电极25电耦合和机械耦合到部件200上的接触焊盘220。例如，借助于将电极24和25焊接到焊盘220，第一电极24和第二电极25可以接合到接触焊盘220。或者，导电的或不导电的环氧树脂化合物或其它的粘合剂也可以被用来将第一电极24和第二电极25接合到焊盘220。也可以采用压力接合方法，由此将诸如铟的金属薄层置于各个电极24和25与接触焊盘220之间，随之施加机械力以形成电极24和25与焊盘220之间的机械和电接合。
如图16所示，在将第一电极24和第二电极25接合到焊盘220之后，可以去除衬底72。借助于背面研磨衬底72直至上层260的表面80被暴露，可以去除衬底72。背面研磨操作基本上去除了所有的衬底材料，致使留下平坦部件21以及多个第一电极24和第二电极25。也可以用其它的众所周知方法来去除衬底72。例如，借助于对材料进行腐蚀以暴露表面80，可以去除衬底72。或者，也可以采用背面研磨和腐蚀的组合。
上述实施方案公开了制造微制作薄膜换能器的方法的各个步骤。利用众所周知且比较廉价的半导体制造方法和设备，可以有利地实现所公开的各个步骤。而且，公开步骤中所示的结构可以由外部晶片制造厂家常规地生产，这可以使成本进一步降低。
本发明所示实施方案的上述描述不被认为是完全的或将本发明限制为所公开的准确形式。虽然前面为了说明的目的描述了本发明的各种具体的实施方案和例子，但本技术领域数量人员可以理解的是，可以在本发明的范围内进行各种等效的变型。而且，上述的各种实施方案可以被组合来提供进一步的实施方案。因此，本发明不受此公开的限制，本发明的范围完全由下列权利要求确定。
Claims (9)
1.一种微制作的超声薄膜换能器，包含：
其中形成有一层压电材料(280)的平坦部件(21)；
设置在平坦部件(21)表面上、且耦合到压电材料层(280)的多个间隔开的电极(24、25)，用来将电场(29)施加到此层以便弯曲平坦部件(21)的所选部分(27)；以及
固定地连接到多个电极(24、25)的吸声背衬部件(200)。
2.根据权利要求1的换能器，其中，平坦部件(21)还包含压电层(280)所支承的上层(260)。
3.根据权利要求2的换能器，其中，平坦部件(21)还包含插入在上层(260)与压电层(280)之间的中间层(32)。
4.根据权利要求2的换能器，其中，平坦部件(21)还包含插入在上层(260)与压电层(280)之间的抗反应层(262)。
5.根据权利要求1的换能器，其中，多个间隔开的电极(24、25)还包含平行且延伸跨过该平坦部件(21)表面的多个延长的电极。
6.根据权利要求1的换能器，其中，吸声背衬部件(200)还包含固定地连接到电极(24、25)的多个接触焊盘(220)。
7.根据权利要求6的换能器，其中，吸声背衬部件(200)还包含耦合到穿过吸声背衬部件(200)延伸的接触焊盘(220)的多个导电部件。
8.根据权利要求1的换能器，其中，平坦部件(21)还包含拥有多个有源电路(54)的薄硅层，所述多个有源电路(54)单片地形成于该薄硅层(52)中，每个有源电路耦合到电极和压电层(280)。
9.一种微制作的超声薄膜换能器(60)，包含：
具有一层压电材料(280)和邻接的半导体材料层(62)的平坦部件(21)，此半导体材料层(62)具有单片地形成在该半导体材料中、并耦合到压电材料层(280)的多个有源电路(64)；
设置在平坦部件(21)表面上、且耦合到有源电路(64)的多个间隔开的电极(24、25)，用来将电场施加到压电层(280)以便弯曲平坦部件(21)的所选部分；以及
固定地连接到多个电极的吸声背衬部件。
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