CN101578686B

CN101578686B - 微机电装置的制造方法

Info

Publication number: CN101578686B
Application number: CN2006800226444A
Authority: CN
Inventors: 黄勇力
Original assignee: Kolo Technologies Inc
Current assignee: Kolo Medical, Ltd.
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-05-18
Also published as: CN101573861B; WO2006123298A2; CN101223633A; CA2607885A1; EP1883956A4; EP1883956A2; JP2008541473A; CN101589543B; WO2006123298A3; US20120112324A1; CN101578686A; US9224648B2; US8105941B2; US20080203556A1; CN101589543A; CN101573861A

Abstract

公开了一种用于制造微机电装置(诸如cMUT)的方法。该方法利用晶片接合技术或牺牲技术将衬底、中间弹性层和顶板结合起来。空腔在衬底的顶部或中间弹性层的底部形成。连接器在中间弹性层的顶部或顶板层的底部上形成。在接合三层之后连接器在顶板层和中间弹性层之间限定换能空间。连接器在水平方向上离开侧壁以限定锚固在侧壁处的悬臂。悬臂和空腔允许连接器的垂直位移，连接器以类似于活塞的运动移动顶部晶片，以改变换能空间。可在同一衬底上形成多个装置。

Description

微机电装置的制造方法

本申请要求以下美国临时申请的优先权：2005年5月18日提交的第60/682,619号；2005年6月17日提交的第60/692,038号；2005年8月3日提交的第60/705,606号；2006年4月4日提交的第60/744242号，这些专利申请的内容通过引用整体结合于此。

本申请还通过引用结合了以下申请的全部内容：

由共同的申请人在与本申请相同的日期提交的名为THROUGH-WAFERINTERCONNECTION(代理机构案号03004.01)的国际申请(PCT)；

由共同的申请人在与本申请相同的日期提交的名为MICRO-ELECTRO-MECHANICAL TRANSDUCERS(代理机构案号03004.03)的国际申请(PCT)；

由共同的申请人在与本申请相同的日期提交的名为MICRO-ELECTRO-MECHANICAL TRANSDUCERS(代理机构案号03004.04)的国际申请(PCT)。

技术领域

本申请涉及微电子制造，尤其涉及诸如具有用于能量转换的可移动机械部件的微加工超声换能器(MUT)之类的微机电装置的制造方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)是通过微制造技术在共用衬底(一般是硅衬底)上的机械元件、传感器、执行器和电子装置的集成。MEMS希望将基于硅的微电子与微加工技术结合起来，使实现在一个芯片上的完整系统成为可能。利用发展良好且高效的半导体制造技术制造微传感器和微执行器的前景是关于MEMS的有力的主题。

MEMS装置一般具有集成在一起的两个主要组件。第一组件是利用通常的集成电路(IC)工艺(例如，CMOS、双极或BICOMS工艺)制造的电子器件，而第二组件是利用兼容的微加工工艺制造的微机械部件。微加工指的是利用选择性加手段(沉积、接合、注入等)和减手段(化学蚀刻、等离子体蚀刻、激光烧蚀、离子铣削)制造显微结构的制造工艺。当与图案化手段结合时，可用的加手段和减手段使微加工成为形成令人兴奋的新的微器件的强大的方法。

MEMS装置的一个例子是微加工超声换能器(MUT)。超声换能器执行一系列的能量转换以实现其换能器的功能。在其接收模式中，在放置了换能器的介质中传播的超声波的声能被转换成换能器中的可移动部件(通常是振动膜)的机械能。然后可移动部件的运动被转换成可检测的电磁(通常是电)信号。在其发射器模式中，发生反向的能量转换过程。

已经开发了用于发射和接收超声波的各种类型的超声换能器。超声换能器可在各种介质中工作，包括液体、固体和气体。这些换能器通常用于诊断和治疗的医学成像、生物化学成像、材料的非破坏性检测、声纳、通信、贴近式传感器、气流测量、现场过程监视、声学显微镜、水下传感和成像以及许多其它方面。除分立的超声换能器外，还开发了包含多个换能器的超声换能器阵列。例如，开发了用于成像应用的二维阵列超声换能器。

与广泛使用的压电(PZT)超声换能器相比，MUT在装置制造方法、带宽和工作温度方面具有优势。例如，制造常规的PZT换能器阵列包括切割和连接各个的压电元件。该工艺充满了困难和高花费，更不用说由这些元件造成的对发射/接收电子装置的大的输入阻抗失配问题。在比较中，在制造MUT中使用的微加工技术更加胜任制造这种阵列。在性能方面，MUT证明了可与PZT换能器的动态性能相比较的动态性能。由于这些原因，MUT正在成为压电(PZT)超声换能器的引人注目的替换对象。

在几种类型的MUT中，广泛使用电容式微加工超声换能器(cMUT)，它采用静电换能器。还采用利用压电换能器(pMUT)和磁换能器(mMUT)的其它MUT。

图1示出了具有多个单元的现有技术cMUT的基本结构的横截面图。示出了四个单元。cMUT构造在衬底10上，并具有平行板电容器，该平行板电容器由刚性底电极12和位于柔性膜16上或其中并用于在相邻介质中发射或接收声波的顶电极14组成。每一个单元中的柔性膜16由绝缘壁或柱18支承。实际上，cMUT由很多并联连接的单元形成。将DC偏压施加在电极12和14之间，以使膜16偏转到用于cMUT工作的最优位置，通常以使灵敏度和带宽最大化为目标。在发射期间，将AC信号施加到换能器。顶电极和底电极之间的交替的静电力激励膜16，以便将声能传递到cMUT周围的介质(未示出)中。在接收期间，发射过来的声波振动膜16，因此改变了两电极之间的电容。电子电路检测该电容变化。或者可利用压电换能器(pMUT)和磁换能器(mMUT)激励膜并检测膜的位移。

已经开发了用于制造图1所示的cMUT的制造方法。在美国专利第6,632,178号和6,958,255号中公开了示例性方法。

在现有技术的结构和方法的cMUT中存在缺点。这些缺点中的很多涉及这样的事实，即cMUT元件由很多单独的单元形成，并且cMUT膜在其边缘上夹紧或固定。以下列出了缺点的例子。

(1)由于夹紧边缘，膜的平均位移小。结果装置的发射和接收性能都差。

(2)由夹紧区域(例如边缘)和壁或柱占用的表面面积不活动，因此降低了装置的填充因数和总效率。

(3)锚固区域引入寄生电容，这降低了装置的灵敏度。

(4)cMUT元件的表面内的锚固图案可导致超声波干涉，这限制了装置带宽。

(5)膜的不一致的位移可扰乱超声波图案。例如，不一致的位移可影响从换能器表面发射的超声束图案并还导致通过换能器表面的声交叉耦合。

(6)由于工艺偏差同一cMUT元件中的各个单元的谐振频率可能互不相同。这导致工作期间同一cMUT元件中不同单元之间膜运动的相位差。结果，cMUT元件的平均位移的和将显著劣化。该问题劣化了装置的性能，尤其是在cMUT在高品质因数(Q-因数)条件下工作时，例如在空气中。

(7)声能可通过支承壁耦合到换能器衬底并导致诸如cMUT元件之间的声交叉耦合之类的不希望的效果。通过引入具有期望声音特性的材料降低穿过衬底的交叉耦合的工作需要占用元件之间额外的空间。

以上的问题也存在于现有技术的pMUT和mMUT中因为它们具有与如图1所示cMUT相似的结构。

在美国专利第7,030,536号中公开了用于制造具有构造在衬底上的柔性的(compliant)支承结构以支承膜的cMUT装置的另一种制造方法。与图1中所示的常规的cMUT结构相比，美国专利第7,030,536号中公开的结构利用柔性支承结构来代替常规的绝缘壁18，用于固定膜16的周边端。因为相对复杂的柔性支承结构代替了图1中的简单且窄的绝缘壁18以成为支承周边，所以制造由根据该设计的这些周边支承结构占据的不活动的区域存在更高的挑战。该专利还建议在柔性支承结构上制造补充电极以减小由柔性支承结构占据的不活动的面积。然而，没有迹象表明这一设计可解决以上发现的问题，甚至根本不管它是否起作用。

一般而言，上述的MUT属于具有用于能量转换的可移动机械部件的一种类型的MEMS装置。这一可移动部件的制造及其与MEMS制造的其它方面的集成提出了挑战。由于这些诸如MUT之类的MEMS装置的重要性，期望在性能、功能性和可制造性方面改进技术。

发明内容

本申请公开了一种用于各种应用的具有可移动机械部件以转换能量的微机电装置的制造方法。该方法形成具有衬底晶片、中间弹性层和顶板层的多层结构。在衬底晶片的顶部或中间弹性层的底部形成空腔。在中间弹性层的顶部或顶板层的底部上形成连接器。将衬底晶片、中间弹性层和顶板以该顺序接合起来。在接合这些层之后，连接器从中间弹性层直立以在顶板层和中间弹性层之间限定换能空间。连接器在水平方向上离开空腔的侧壁足够的长度以限定锚固在侧壁处的悬臂。悬臂和空腔允许连接器的垂直位移，连接器以类似于活塞的运动移动顶部晶片，以改变换能空间。

在一个实施例中，中间弹性层锚固在空腔的两个相对侧壁处以覆盖空腔。中间弹性层上的连接器位于空气上，并离开两个相对侧壁以形成可视为头对头双悬臂的桥。在更有效的构造中，由中间弹性层形成区域或平面弹簧(二维“悬臂”)，而不是类似于梁的一位悬臂。

该方法利用晶片接合技术、表面微加工牺牲层技术来实现与半导体制造工艺的多功能且高水平的集成。可利用该方法制造具有用于转换能量的可移动机械部件的宽范围的微机电装置。这些装置包括但不限于诸如电容式微加工超声换能器(cMUT)、压电微加工超声换能器(pMUT)和磁微加工超声换能器(mMUT)之类的微加工超声换能器(MUT)。这些方法尤其适用于制造独特的“嵌入式弹簧”设计的微机电装置，独特的“嵌入式弹簧”设计是由共同申请人在同一日期提交的本文确认的几篇专利申请的主题。

根据本发明的制造方法的第一实施例，利用以下步骤制造微机电装置：(1)提供衬底晶片、中间弹性层和顶板层；(2)在衬底晶片的前侧面上或中间弹性层的底侧面上形成至少一个空腔，其中每一个空腔具有至少一个含有顶面的侧壁；(3)在中间弹性层的顶侧面或顶板层的底侧面上形成至少一个期望高度的连接器；(4)在顶板层上形成或实现换能构件；以及(5)接合衬底晶片、中间弹性层和顶板层使得所述顶板层的底侧面面向中间弹性层的顶侧面而中间弹性层的底侧面面向衬底的前侧面。

在接合后，连接器从中间弹性层直立以在顶板层和侧壁的顶面之间限定换能空间，并且连接器在水平方向上离开空腔的侧壁足够的长度，以限定锚固在侧壁处并具有在连接器处的施力端的悬臂。悬臂和空腔允许连接器的垂直位移，以便以类似于活塞的运动基本垂直地移动顶板层，以改变换能空间并激活换能构件。

形成空腔或连接器的步骤可利用各种技术来完成，诸如通过根据期望的图案直接去除或添加材料、通过引入随后去除牺牲层或这两种技术的结合。

接合衬底晶片、中间弹性层和顶板的步骤可以各种组合和顺序来完成，只要最后的结构具有底部的衬底晶片、中间的中间弹性层和顶部的顶板即可。例如，将中间弹性层首先放置在衬底晶片的顶部以覆盖第一空腔；然后在中间弹性层与衬底晶片接合后在中间弹性层的顶侧面上形成连接器；以及在具有形成于其上的连接器的中间弹性层与衬底晶片接合后将顶板层放置在连接器上。或者，首先在顶板的底侧面上形成连接器，然后将中间弹性层放置在连接器上，最后将顶板和中间弹性层放置在衬底晶片的顶部以覆盖第一空腔。

可在微机电装置中形成换能构件以通过顶板的垂直移动或换能空间的改变来实现能量转换。在微加工超声换能器的情况下，超声换能构件可在顶板、中间弹性层和衬底晶片的至少一个上形成。例如，对于电容式微加工超声换能器(cMUT)，在顶板之中或之上构造顶电极，并在中间弹性层或衬底晶片之中或之上构造底电极。在一个具体的实施例中，衬底晶片是导电的并用作内置底电极。

一般而言，中间弹性层期望的是弹性薄膜而顶板比中间弹性层刚硬得多。

层接合、形成空腔和形成连接器的具体的步骤可利用各种技术及其很多组合来完成。例如，利用绝缘体上的硅(SOI)的晶片接合技术可用于接合将各层接合在一起，并在与蚀刻和微加工技术结合使用时还用于将薄层从一个晶片转移到另一个。也可在诸方法中结合其它技术使用牺牲层技术。

该方法一般用于在同一晶片上形成多个装置元件。每一个装置元件自身可具有多个连接器和悬臂。根据本发明的一个方面，利用同一晶片形成多个悬臂和多个连接器。该连接器设置在晶片上的不同位置。可用各种分布图案实现特殊或优化的效果。

根据这些方法的一个方面，至少穿过顶板形成分隔沟槽以将多个微机电元件互相分隔。每一个元件具有至少一个悬臂，更佳的是具有至少一个桥形双悬臂或平面弹簧。

这些方法的其它方面涉及多个微机电元件的互连、元件之间的沟槽密封以及元件的电接口焊盘上的寄生电容的减小。在一个示例性实施例中，每一个元件电连接到元件间的连接锚。连接锚期望的是分隔的并且不受悬臂和顶板的运动影响。在一个实施例中，多个元件排列成具有其间最小间隔的阵列，每一个元件电连接到位于由至少两个相邻元件共用的拐角或边缘的元件间的连接锚。各种互连方案可用于不同的元件寻址目的。可在接合衬底晶片、中间弹性层和顶板之前或之后利用密封材料进行元件之间的密封。

根据本发明的一个方面，衬底晶片是导电晶片，该方法还包括在将衬底晶片接合到顶板之前进行的以下的步骤，以通过增加互连焊盘下的绝缘体的厚度来减小互连焊盘的寄生电容：(1)在衬底晶片上形成绝缘空腔，其中图案化空腔具有期望的总厚度并位于适于形成用于所制造的微机电装置的附近的微机电元件的互连焊盘的位置；(2)用介电材料填充绝缘空腔以形成厚度与图案化空腔的总厚度相同的嵌入式绝缘体；以及(3)在嵌入式绝缘体的顶部形成电互连焊盘。

根据本发明的另一个方面，在将衬底晶片接合到顶板之前进行的以下的步骤，以通过增加互连焊盘下的绝缘体的厚度来减小互连焊盘的寄生电容：(1)在衬底晶片上形成图案化空腔，其中图案化空腔具有插入了衬底的未去除的本体材料的实线的窄通道，并且图案化空腔具有期望的总厚度并位于适于形成用于所制造的微机电装置的附近的微机电元件的互连焊盘的位置；(2)将图案化空腔中的未去除的本体材料的实线氧化以形成厚度与图案化空腔的总厚度相同的嵌入式绝缘体；以及(3)在嵌入式绝缘体的顶部形成电互连焊盘。

可类似地将以上方法应用到顶板而不是衬底晶片，根据该减小互连焊盘的寄生电容的替换的方法，图案化空腔形成于顶板上，以便以类似于在衬底晶片上形成厚的嵌入式绝缘体的方式在顶板中形成厚的嵌入式绝缘体。

根据第二种实施例的制造方法，利用以下步骤制造微机电装置：(1)提供具有前侧面和背侧面的衬底晶片；(2)在衬底晶片的前侧面上沉积第一牺牲层；(3)图案化第一牺牲层以形成第一临时空腔；(4)在第一牺牲层上沉积第一薄膜材料以填充第一临时空腔并进一步形成覆盖第一牺牲层的顶面的膜层，其中膜层具有用于通向下面的第一牺牲层的至少一个孔；(5)在膜层的顶部沉积第二牺牲层；(6)图案化第二牺牲层以形成第二临时空腔；(7)沉积第二薄膜材料以至少填充第二临时空腔；(8)去除第一牺牲层和第二牺牲层以在衬底晶片的顶部形成第一空腔并在膜层的顶部形成第二空腔；以及(9)将顶板放置在膜层上。

以上的工艺得到了类似于通过方法的第一实施例形成的结构。该结构具有锚固在侧壁上的悬臂，以允许膜层上的连接器的垂直位移，膜层等价于方法的第一实施例的中间弹性层。该结构还在顶板和侧壁的顶面之间具有换能空间，由此连接器的垂直位移以类似于活塞的运动基本垂直地移动顶板，从而改变换能空间。还可结合根据本发明的制造方法的第二实施例来应用方法的其它方面，诸如形成多空腔、多连接器、多悬臂、多元件、沟槽分隔、沟槽密封和减小寄生电容的。

从以下参考附图详细描述的几个实施例将更清楚上述和其它的特征和优点。

附图描述

图1示出具有多个单元的现有技术cMUT的基本结构的横截面图。

图2A是示出一个完整的cMUT元件和相邻的cMUT元件一些部分的横截面图。

图2B是完整的cMUT元件的所选的cMUT部分的放大图。

图3.1-3.9示出利用晶片接合技术的制造方法的例子。

图4.1-4.9示出利用晶片接合技术的制造方法的第二例子。

图5.1-5.9示出利用晶片接合技术的制造方法的第三例子。

图6.1-6.12示出利用牺牲技术的制造方法的例子。

图7.1-7.11示出将晶片接合技术和牺牲技术结合的示例性制造方法。

图8.1-8.3示出利用晶片接合技术分隔cMUT元件的底电极的工艺步骤。

图9.1-9.2示出将薄导电层用作底电极的分隔cMUT元件的底电极的工艺步骤。

图10A和10B示出换能元件和连接深蚀之间的电连接的例子。

图11A和11B示出换能元件之间的互连的例子。

图12.1-12.4示出用于在制造微机电装置的主要制造工艺后用于制造连接或互连的工艺的例子。

图13.1-13.12示出在正常的装置制造工艺中结合沟槽密封工艺的制造方法的例子。

图14.1-14.6示出在正常的装置工艺后结合沟槽密封工艺的制造方法的例子。

图15.1-15.4示出具有包括在附图中的通孔的相同的工艺。

图16.1-16.4示出利用具有期望性质的材料密封沟槽的另一种方法。

图17.1-17.4示出利用晶片接合技术将期望的膜从处理晶片转移到cMUT的方法。

图18.1-18.2示出在cMUT元件之间沟槽中具有柱的cMUT结构及密封这一沟槽的工艺。

图19.1-19.6示出通过在图案化空腔中形成厚的绝缘体来减小互连焊盘的寄生电容的方法的例子。

图20.1-20.4示出通过在图案化空腔中形成厚的绝缘体来减小互连焊盘的寄生电容的方法的另一个例子。

图21示出以自对准悬臂为特征的cMUT结构的横截面图。

图22.1-22.16包括图22.14A-22.14D和图22.5a-22.5b示出用于制造具有自对准特征部的cMUT结构的晶片接合工艺。

图23.1-23.7示出用于制造具有自对准特征部的cMUT结构的表面微加工工艺。

详细描述

将结合附图详细描述本发明的诸如电容式微加工超声换能器(cMUT)之类的微机电装置的制造方法，在所有附图中类似的部件用类似的标号或字母来标记。本发明的制造方法特别适用于制造本文中确认的由共同申请人在相同的日期提交的几篇其他专利申请中公开的新颖的MUT设计。

下面参考特定的实施例描述本发明。在很多情况下，由本文中确认的几篇其它专利申请中公开的新颖的MUT结构用于说明本发明的方法。然而，应该意识到本发明的方法不限于制造几篇专利申请中公开的类型的MUT。本发明的方法可用于制造具有用于转换能量的可移动机械部件的各种微机电装置。本领域的技术人员将清楚，可在不背离本发明的较宽的范围的情况下进行各种修改并且可采用其它实施方式。因此，对特定实施例的这些或其它改变应由本发明覆盖。本领域的技术人员将意识到可单独或联合地使用结合实施例公开的各种特征。

为了说明本发明的方法，首先示出本文确认的几篇专利申请中公开的新颖的cMUT结构的基本设计。

注意，在本说明书中在广义上使用术语“换能器”和“换能构件”，不仅包括进行执行和感觉功能的装置还包括进行执行功能或感觉功能的装置。还应注意，在本说明书中在广义上使用术语“悬臂”以描述具有锚固端、弹性部分的结构，该弹性部分从锚固端延伸至施力端(exerting end)以激活或移动该弹性部分。因此悬臂不一定指字面上的一维梁形悬臂，还包括具有诸如桥或横梁之类的沿不同方向延伸的多梁的类似的结构，最确切地还包括区域或平面弹簧(二维“悬臂”)，其中锚固端是作为其区域或部分的闭合周界的延伸线，弹性部分是延伸区域而施力端可以是单个点、小的区域或延伸的线(闭合端、开口端或分段)。此外，词“圆形的”和“环形的”仅在最广泛的意义下表示形状具有圈的形式、接近圈的弯曲的形状或一般类似于环状的布置，而不表示特定的圆形或任何其它形状，也不表示圈或环是完全完整的或不断开的。

图2A是cMUT结构的横截面图，示出完整的cMUT元件200和每侧一个的相邻的cMUT元件200A和200B的部分。cMUT结构构造在衬底晶片201上，并也具有中间弹性层220和顶板240。衬底晶片201、中间弹性层220和顶板层240以下面的方式从底部排列到顶部：顶板层240的底侧面面向中间弹性层220的顶侧面且中间弹性层220的底侧面面向衬底晶片201的前侧面。cMUT元件200、200A和200B由穿过顶板240和中间弹性层220形成的分隔沟槽215分隔。

顶板240通过多个板弹簧连接器230、230a和230b连接到中间弹性层220。在某些实施例中，多个连接器230分布在装置元件区上。可根据应用的需要设计连接器的分布。众多的分布配置对于本发明都是可能的。

图2B是所选择的cMUT部分210的放大图，它是完整的cMUT元件200的一部分。所选择的cMUT部分210是完整的cMUT元件200(和其它cMUT元件200A和200B)的基本单元。所选的cMUT部分210的结构提供了理解完整的cMUT元件200的基础。

如图2B所示，所选择的cMUT部分210包括以从顶部至底部穿过该结构的想象的垂直线(未示出)为中心的两个半部分。cMUT元件的基本结构构造在衬底201上，衬底具有支承特征部(在下文中称为“侧壁锚”)203，它具有在两个相对的侧上的两个侧壁，分别作为空腔202和202a的边界。支承特征部(侧壁锚)203可以是作为形成空腔202和202a的结果形成的衬底201的集成部分，但也可以是附加到分离衬底上的附加的结构。衬底201可以由诸如硅和多晶硅之类的非导电材料或导电材料制成。在侧壁锚203是分隔结构的构造中，侧壁锚203的导电率可与衬底201的导电率相同或不同。例如，衬底201可由非导电材料制成而侧壁锚203是诸如金属、硅或多晶硅之类的导电材料。

cMUT结构部分210还具有这些部件：中间弹性层220，它较佳的是弹性膜；位于中间弹性层220上的底电极225；位于中间弹性层220顶部的连接器230和230a；位于连接器230上的绝缘层235；通过介于其间的绝缘层235连接到连接器230和230a的顶板240；及顶电极250。

取决于如何从cMUT元件200或从cMUT元件200的何处取得cMUT部分210，第二空腔202a可属于不同的和分隔的空腔，或仅仅是与空腔202相同的圆形或延伸空腔的另一部分。类似地，取决于如何从cMUT元件200或从cMUT元件200的何处取得cMUT部分210，第二连接器230a可以是不同的或分隔的连接器的一部分，或仅仅是与连接器230相同的圆形或延伸连接器的另一部分。

顶板240的底侧面面向中间弹性层220的顶侧面，而中间弹性层220的底侧面面向衬底晶片的前侧面，从而连接器230从中间弹性层220直立以在顶板240下限定换能空间260。换能空间260一般限定在顶板层240和侧壁锚203的顶面之间，但在图2B所示的构造中可用的换能空间260的实际高度由绝缘层235的厚度、底电极225的厚度以及中间弹性层220的厚度减小。应注意在某些实施例中可将顶板层240和侧壁锚203的顶面之间的整个高度用于换能空间260。

连接器230和230a位于中间弹性层220上并且各自具有基本相同的连接器高度。连接器230和230a各自在水平方向上离开侧壁锚203的各侧壁足够的长度。这限定了各自锚固在侧壁锚203的各侧面上、具有背对背的双悬臂构造的两个悬臂。这些悬臂可通过各自的连接器(230或230a)在放置连接器(230或230a)的施力端(例如，左侧悬臂上的222)处激发。悬臂和各自的空腔202和202a实现连接器230和230a的垂直位移，这使顶板240以类似于活塞的运动基本垂直地运动，由此改变了换能空间260。当cMUT结构210的两个半部分以相同的相位运动时，进一步保证了垂直的类似于活塞的运动。

在所示的具体的例子中，侧壁锚203的顶面由中间弹性层220覆盖，弹性层进而由底电极225覆盖。此外，顶板240和连接器230不直接相互连接，而由其间的绝缘层235介于其间。因此顶板240和侧壁锚203的顶表面之间的换能空间260由中间弹性层220、底电极225和绝缘层235部分地占据。应注意，覆盖侧壁锚203的顶面的中间弹性层220、底电极225和绝缘层235的部分是可选的。在任何情况下，为了实现预期的能量转换，如果结构中包括额外的层，则换能空间260不应完全由这些额外的层占据。

图2C是不同选择的cMUT部分211的放大图，它是完整的cMUT元件200的另一部分。与图2B中所示的所选择的cMUT部分210相比，所选的cMUT部分211从偏移的位置取得。所选择的cMUT部分211构造在衬底201上，它具有以两个相反侧面上的两个支承特征部(下文中称为“侧壁锚203和203a”)作为边界的空腔202。cMUT结构部分211还具有这些组件：中间弹性层220、位于中间弹性层220上的底电极225、位于中间弹性层220顶上的连接器230、位于连接器230上的绝缘层235、通过介入的绝缘层235连接到连接器230的顶板240和顶电极250。

连接器230(也在图2中示出)位于中间弹性层上，并在水平方向上离开两个侧壁锚203和侧壁锚203m的侧壁。侧壁锚203和侧壁锚203m之间的中间弹性层220限定了在侧壁锚203和侧壁锚203m处锚固的双悬臂。双悬臂在位置222处头对头地连接，在位置222处放置连接器230以形成桥。

顶板240位于连接器230上，连接器230将顶板240与中间弹性层220分隔以在顶板下限定换能空间260。双悬臂和空腔202实现连接器230的垂直位移，这基本垂直地移动顶板240，因此改变换能空间并激活用于能量转换的换能器的换能构件。

新颖的cMUT结构基本去除了将cMUT元件分为单元并需要在每一个cMUT单元的周界支承并夹紧膜的单元绝缘壁的常规的概念。图1所示的常规的cMUT设计-包括美国专利第7,030,536号中公开的具有柔性绝缘壁的cMUT设计，那些设计都需要在每一个cMUT单元的周界处的单元绝缘壁(例如，图1中的单元绝缘壁18或美国专利第7,030,536号中公开的柔性单元绝缘壁)以限定cMUT单元并支承膜的周界。在由绝缘壁限定的周界内，底电极直接沉积在衬底上(图1)或沉积在与单元绝缘壁分隔的单个底座的顶部(美国专利第7,030,536号)(即，柔性支承结构)。

以图2A-2C所示的cMUT设计，cMUT元件不再需要分为单元因此不需要绝缘壁来限定单元周界。顶板层240和顶电极250由弹性结构(所示实施例中的多个悬臂)通过基于需要自由布置和分布的多个连接器来支承，因此将顶板240的整个负载有效分布在多个弹簧(悬臂)上。这解决了现有技术设计中固有的单元受限制的问题。中间弹性层220和底电极225由也可基于需要分布在整个衬底晶片201上的多个侧壁锚203支承，而不限于外围区域。

以此设计，可形成具有很大的活动区域的cMUT元件。cMUT元件的工作频率不仅可由用于顶板240的材料的选择来调节而且可由多个悬臂的构造-包括各个悬臂的弹性强度和cMUT元件的区域中悬臂分布密度情况-来调节。活动面积可显著大于关于常规的cMUT结构可能达到的活动面积。衬底晶片201上形成的整个顶板240可以是可移动的，而没有任何夹紧或固定的区域。如果期望的话，多个cMUT元件可通过形成穿过顶板240的分隔沟槽215来形成。在某些构造中，抑制沟槽也可切穿中间弹性层220。然而，原则上，具有很大的活动面积的整个cMUT结构可用作单个cMUT元件。

此外，以图2A和图2B中的cMUT结构设计，可将顶板240分隔成相同或不同尺寸和形状的多个较小的顶板。每一个较小的顶板可作为单个cMUT元件来寻址，或者可将多个较小的顶板结合起来并作为单个cMUT元件来寻址。

此外，与常规cMUT中在其边缘(或柱)处夹紧的柔性膜不同，可将图2A和图2B中示出的顶板240设计成柔性或刚性的。以刚性顶板，可包括任何数量的分隔的较小的顶板240的cMUT的整个表面可移动。

正如在本文确认的几篇其它专利申请中详细公开的，侧壁203及其对应的连接器230可自由分布在衬底晶片201上。相应地形成的悬臂可以是相同尺寸和相同的弹性强度或各种不同的期望的尺寸和弹性强度。悬臂也可均匀地或根据期望的图案分布在衬底晶片201上以达到某些特殊的效果。图2A和2B所示的cMUT结构的独特的设计具有解决现有技术cMUT设计遇到的很多问题的可能性。

正如下文所述，以上的新颖的cMUT结构可利用本发明的方法来制造。

制造工艺取决于每一层的材料选择。例如，硅、玻璃、石英或蓝宝石可用作衬底。可选择硅、多晶硅、氮化硅、氧化物、LTO、SiC、金刚石、聚对二甲苯、PMMA、PDMS、聚合物、金属或其它工艺兼容材料作为用于中间弹性层和顶板的材料。氧化物和氮化硅、SiC、PDMS或聚对二甲苯可用作介电材料。以用于选择的各种材料，可选择不同的薄膜沉积和晶片接合技术(例如，硅熔融接合、阳极接合、共晶接合、热压和玻璃料接合)用于制造本发明的cMUT。

下面说明用于制造上述cMUT的制造工艺的例子。步骤的变体、组合及顺序的变化是可能的，而不背离本发明的精神。即使对于给定的例子，也有选择不同的材料和处理方法来实现每一步骤的自由。

I.用于制造微机电装置的基本元件的制造方法

根据本发明的一个方面，按照本发明用于制造微机电装置的方法可包括以下步骤：

(1)在衬底晶片的前侧面上形成至少一个空腔，其中每一个空腔具有含有顶面的至少一个侧壁；

(2)在中间弹性层的顶侧面或顶板层的底侧面上形成至少一个期望高度的连接器；以及

(3)接合衬底晶片、中间弹性层和顶板使得顶板的底侧面面向中间弹性层的顶侧面而中间弹性层的底侧面面向衬底的前侧面。

接合后，可获得诸如图2A和2B所示的诸如电容式微加工超声换能器(cMUT)之类的微机电结构。由此制造的结构具有用于转换能量的可移动机械部件，即由悬臂垂直移动的顶板。

应意识到，以上的步骤可按任何顺序发生并且它们物理上互相兼容以实现最后的结构。此外，接合衬底晶片、中间弹性层和顶板的步骤不意味着这三层必需在一个步骤中同时接合。它也不意味着这三层在没有任何介入的材料的情况下互相直接接触地接合在一起，还不表示这三层必需恰好以该特定的顺序接合。接合的任何组合和顺序都在本文的描述的含义内，只要在最后的结构中，顶板的底侧面面向中间弹性层的顶侧面，且中间弹性层的底侧面面向衬底晶片的前侧面，使得所述的期望的结构是可能的。

正如以下将要说明的，形成空腔和连接器的步骤可利用各种技术来实现，诸如根据期望的图案直接去除或添加材料，通过引入并随后去除牺牲层，或这两种技术的组合。

此外，应意识到以下描述的很多步骤是可选的，包括但不限于在说明书中明确指定为可选的哪些步骤。

(1)利用晶片接合技术的制造：

图3.1-3.9示出利用晶片接合技术的制造方法的例子。以下描述制造方法的步骤。在例子中，可将中间弹性层称为膜层。

工艺以用作衬底晶片301的导电硅晶片开始。导电衬底晶片301可适用于用作换能器的底电极。

在步骤1中(图3.1)，利用硅化物衬底图案化和蚀刻技术来在衬底晶片301上形成空腔302。每一个空腔由至少一个侧壁303限定。空腔302和侧壁303限定膜层的图案(在本说明书中一般可将其称为中间弹性层)。

在步骤2中(图3.2)，绝缘体上的硅(SOI)晶片380与衬底晶片301接合。SOI晶片380包括厚的支承层382和和携带将成为膜层的薄层320的氧化物层384。厚的支承层382向薄层320提供支承用于在工艺期间的处理。如果接合在真空室中进行，则在该步骤中空腔是真空密封的。

在步骤3中(图3.3)，将接合的晶片在高温下退火，然后通过蚀刻去除支承层382和氧化物层384，以在侧壁303和空腔302的顶侧留下膜层320。如果需要的话，可在该步骤中在选择的膜区中进行硅掺杂。

在步骤4中(图3.4)，利用热氧化生长和图案化在膜层320的顶部形成连接器330。较佳的是，取代单独地形成分立的连接器330，所有的连接器330在一个步骤中通过形成图案化热氧化物层来形成。氧化物层限定了连接器330的高度，连接器330进而部分限定了膜层320上的换能空间的尺寸。应注意，图3.4和该组中的其它的图是横截面图。连接器330在表面的俯视图中可以是任何形状。连接器330可以是单独的纽扣状物，但也可以是长的线段，或连续的类似于环的形状。

在步骤5中(图3.5)，将另一个SOI晶片385在真空下接合在连接器330上并高温退火。SOI晶片385具有支承层386和携带将成为顶板层340的层的氧化物层387。SOI晶片385还可携带可选的薄的绝缘层335。可选的薄绝缘层335可生长在某层的顶部的SOI晶片385上，该层在SOI晶片385接合到膜层320上之前作为顶板层340的前身。或者，可选的薄绝缘层335可在最初的晶片(未示出)上生长然后接合到膜层335上。

在步骤6中(图3.6)，通过蚀刻去除支承层386和氧化物层387以形成顶板层340。或者，在步骤5中使用最初的晶片以携带薄绝缘层335，则将最初的晶片研磨并抛光至期望的厚度以形成顶板层340。

在可选的步骤中(图3.6A)，将顶板层340蚀刻至所示的期望的形状或结构。此外，如果需要的话可在该步骤中可用期望的材料以期望的密度掺杂顶板层340。可进行硅和氧化物蚀刻以蚀刻穿过顶板层340和绝缘层335的通孔以从顶部到达底电极(通孔未示出)。或者，达到底电极的互连可利用由共同申请人在同一日期提交的本文确认的几篇专利申请中公开的穿过晶片的互连技术来形成。

在步骤7中(图3.7)，沉积并图案化金属层以形成顶电极355。

在可选的步骤中(图3.7A)，将顶板层340图案化以形成孔342，以使顶板层340成为空心结构。如果需要的话，空心结构(顶板层340)中的孔342可用具有期望性质的材料再次填充或密封。

在步骤8中(图3.8)，穿过顶板层340形成分隔沟槽345以分隔cMUT元件。

在步骤9中(图3.9)，如果需要的话形成无源层346。

图4.1-4.9示出利用晶片接合技术的制造方法的另一个例子。该工艺以用作衬底晶片401的导电硅衬底开始。可采用导电衬底晶片401用作换能器的底电极。

在准备步骤中(图4.1A)，在衬底晶片401上形成凹槽404以在将形成的膜层和运动制动器之间限定间隙。运动制动器将设置用于cMUT表面板的位移的上限。

在步骤1中(图4.1B)，利用硅蚀刻图案化衬底晶片401以形成由侧壁403限定的空腔402。还在空腔402中形成比侧壁403短的柱405。

在步骤2至步骤8中(图4.2-4.8)，进行几乎与图3.2-3.8所述的工艺流程相同的工艺流程以制造具有运动制动器405的cMUT结构。

在图4.2-4.8中所示的工艺流程还说明了对图3.2-3.8所示的工艺流程的几个变化。在步骤5和步骤6中(图4.5-4.6)，示出SOI晶片485不具有顶板层440上的氧化层，结果顶板层440位于连接器430上而没有类似于图3.5-3.6中的335的介入的氧化物层。

短于侧壁403的柱405是以上工艺的附加特征。柱405形成于空腔402中以用作运动制动器。应意识到，柱405也可利用本文所述的其它制造工艺来形成。此外，尽管柱405可利用单独的工艺来形成，但它们较佳地通过适当设计的图案化与形成空腔402和侧壁403的同时形成。各种化学或机械方法可用于该构造。

此外，如图4.8中完成的cMUT结构所示，连接器430中的每一个都在对应的柱405的正上方形成。该特殊的构造对于用作运动制动器的柱405具有优化的效果，因为连接器430所在的位置最有可能作出最大垂直位移。

除硅熔融接合外，其它的晶片接合技术(例如，阳极接合、共晶接合、热压和玻璃料接合)可用于在本发明中以类似的方式构造诸如cMUT之类的微机电结构。不同的材料和适当的接合技术可用于构造每一层。例如，在利用共晶接合或阳极接合的工艺中，玻璃或蓝宝石以及硅可用作衬底材料。取代利用SOI晶片中的硅层来形成膜层和板层，可在载体晶片(例如，硅晶片、玻璃晶片或蓝宝石晶片)上生长或沉积具有期望性质的薄膜层或多薄膜层(例如，氮化硅、LTO、金刚石、SiC、聚酰亚胺、PMMA、PDMS和聚合物)。可将具有期望的一个或多个薄膜层的载体晶片接合到具有期望的结构的其它的晶片上以形成微机电结构的膜层和顶板。因为上述的工艺一般需要较低的工艺温度，所以它们有益于稍后不期望高温的工艺步骤(例如，换能器和集成电路的集成)。

图5.1-5.9示出利用晶片接合技术的制造方法的另一个例子。该方法是图3.1-3.9和图4.1-4.8的方法的稍有变化的方法。例如，在该方法的实施例中，连接器形成于顶板的底侧面上，膜层位于连接器上，然后将顶板和膜层放置在衬底晶片的顶部以覆盖形成于衬底晶片上的空腔。以下参考图5.1-5.9示出该方法的步骤。

在步骤1中(图5.1)，该工艺以SOI晶片580开始。SOI晶片580具有将在后面的工艺步骤中成为cMUT的顶板层540的期望的硅层。氧化物层531生长在硅顶板层540上。或者，该工艺也可以最初的晶片(未示出)开始，将其研磨并抛光至与后面的步骤中的cMUT顶板层相同的期望的厚度。

在步骤2中(图5.2)，将氧化物层531图案化以形成板-膜连接器530。可选地，生长另一薄氧化物层535作为绝缘层，并且也可按照需要将其图案化。

在步骤3中(图5.3)，将SOI晶片580与另一SOI晶片590接合，SOI晶片590具有支承层592和薄氧化物层594并携带期望的膜层520。

在步骤4中(图5.4)，去除SOI晶片590的厚支承层592和薄氧化物层594以留下通过连接器530与顶板层540接合的膜层520。

在步骤5中(图5.5A-E)，可采用各种选择的工艺。图5.5A中示出了第一选择，其中将具有由侧壁503A限定的空腔502A的最初晶片501A通过膜层520和连接器530接合到SOI晶片580。这完成了基本的cMUT结构，该结构类似于利用本文所述的其它方法制造的结构。

步骤5的第二选择在图5.5B中示出。硅熔融接合用于接合具有形成于其中的穿过晶片的互连506和图案化空腔502B的衬底晶片501B。根据该选择所得的cMUT结构类似于图5.5A中的结构，但具有构造在内部的穿过晶片的互连506，穿过晶片的互连506可提供如由共同申请人在同一日期提交的本文确认的几篇专利申请中详细描述的一些另外的优点。

步骤5的第三选择在图5.5C(C_1和C_2)中示出。如图5.5C_1所示，在膜层520上沉积并图案化适当的金属层511(或其它的粘附层)。在图5.5C_2中，将具有穿过晶片的互连506及由图案化侧壁503C限定的图案化空腔502C的衬底晶片501C通过金属层511接合到cMUT结构的上部。金属层511的图案可较佳地匹配侧壁503C的图案。

步骤5的第四选择在图5.5D中示出，其中cMUT结构的上部接合到具有由金属材料形成的图案化侧壁503D的晶片501D上。还可将金属材料图案化以覆盖用作cMUT结构的电极512的部分的区域。例如，电极512可用作如由共同申请人提交的本文中确认的几篇专利申请中公开的具有两个层叠的电容器的cMUT结构中的第三电极。具有诸如侧壁503D和底电极512之类的图案化特征的金属材料层可以是具有期望的电路的PCB板上的结构。在该设计中，衬底晶片501D自身可以不导电并由诸如玻璃、蓝宝石或具有绝缘层的硅之类的材料制成。

步骤5的第五选择在图5.5E中示出，其中cMUT结构的上部接合到具有集成电路(IC)513的衬底晶片501E上，以实现cMUT换能器之间的集成。

在以上的步骤5后，可按照与图3.6-3.9中的步骤6至步骤9相同的步骤完成制造。

或者，在该工艺中，分隔装置元件的深沟槽可在这些顶层接合到衬底晶片501之前从底部至顶部穿过膜层520和顶板层540来形成，而不是在顶层接合到衬底晶片501之后从顶部至底部形成。这将在后面的关于用于密封沟槽的技术的部分中进一步描述。

(2)利用牺牲技术的制造

取代通过从晶片直接去除材料形成空腔，衬底晶片上的空腔和中间弹性层上的空腔(限定换能空间)中的任一个或两者可利用牺牲技术来形成。连接器也可利用牺牲技术通过填充形成于随后被去除的牺牲层上的临时空腔来形成。

利用牺牲技术制造微机电装置的示例性方法包括以下步骤：

(1)提供具有前侧面和背侧面的衬底晶片；

(2)在衬底晶片的前侧面上沉积第一牺牲层；

(3)图案化第一牺牲层以形成第一临时空腔；

(4)在第一牺牲层上沉积第一薄膜材料以填充第一临时空腔并进一步形成覆盖第一牺牲层的顶面的膜层，可选地，膜层具有用于通向下面的第一牺牲层的至少一个孔；

(5)在膜层的顶部沉积第二牺牲层；

(6)图案化第二牺牲层以形成第二临时空腔；

(7)沉积第二薄膜材料以至少填充第二临时空腔；

(8)去除第一牺牲层和第二牺牲层以在衬底晶片的顶部形成第一空腔并在膜层的顶部形成第二空腔；以及

(9)将顶板设置在膜层上以从顶板和侧壁的顶面之间的第二空腔限定换能空间。

在所得的结构中，第一空腔由具有顶面的至少一个侧壁限定。侧壁由沉积在第一临时空腔中的第一薄膜材料制成。第二空腔由膜层顶部上的至少一个连接器限定。连接器由沉积在第二临时空腔中的第二薄膜材料制成。类似于利用本文所述其它方法制造的微机电结构，在此处制造的所得的结构中，连接器从膜层直立并在水平方向上离开第一空腔的侧壁足够的距离以限定锚固在侧壁上的悬臂，以允许连接器的垂直位移，由此连接器的垂直位移以类似于活塞的运动基本垂直地移动顶板，从而改变换能空间。

图6.1-6.12示出利用牺牲技术的制造方法的例子。该工艺基于表面微加工。以下示出该方法的步骤。

在步骤1中(图6.1)，工艺以导电硅晶片601开始。沉积并图案化第一牺牲层661(例如，氧化物、SOG、金属、聚酰亚胺、聚合物或光刻胶层)。第一牺牲层661的图案将部分限定将形成的膜层的形状。在选择的区域662，将牺牲层661减薄至期望的厚度以在后面的步骤中用作牺牲蚀刻和密封通道。

在步骤2中(图6.2)，沉积第一薄膜材料(例如，氮化硅、多晶硅、氧化物、硅、聚酰亚胺和聚合物)以形成膜层620。薄膜材料还填充了空隙621以成为在后面的步骤中限定悬臂的侧壁603。

在步骤3中(图6.3)，可选地，通过蚀刻在膜层622上形成多个蚀刻孔622，以连接膜层620下的第一牺牲层661和将形成于膜层620上的第二牺牲层。

在步骤4中(图6.4)，在膜层620的顶部沉积第二牺牲层611。

在步骤5中(图6.5)，将第二牺牲层611图案化以具有开口613，来限定将在下一步骤中形成的膜-板连接器。膜层620上的图案化的第二牺牲层611在去除后还限定了换能空间。应意识到，步骤4和步骤5可像一个步骤那样同时进行，尤其是在第一牺牲层661和第二牺牲层611是相同材料或不同材料但具有兼容的去除特性时。

在步骤6中(图6.6)，沉积第二薄膜材料(例如，氮化硅或氧化物)以填充开口613以形成连接器630。薄膜沉积还选择地形成了绝缘层635。

在步骤7中(图6.7)，穿过绝缘层635和在步骤2中沉积的薄膜材料蚀刻通孔641，以进入在步骤1(图6.1)的第一牺牲图案化中形成的牺牲蚀刻烛煤662。或者，可在所选的位置穿过绝缘层635蚀刻通孔以直接进入牺牲层661。

在步骤8中(图6.8)，通过蚀刻去除第一牺牲层661和第二牺牲层611。

在步骤9中(图6.9)，在去除牺牲层661和611后，进行另一个薄膜沉积以密封通孔641。在该步骤中，可进行另外的蚀刻以将绝缘层635减薄至适当的厚度，可将顶电极(将在下一步中沉积)令人满意地布置在那里。

在步骤10中(图6.10)，在期望的位置沉积金属层以形成顶电极625。在该步骤中，如果需要的话，可蚀刻另外的通孔以接入底电极。

在步骤11中(图6.11)，在顶电极625的顶部沉积期望厚度的另一种薄膜材料(例如，氮化硅、LTO、金刚石、聚酰亚胺、聚合物、PDMS或PMMA)以形成顶板层640。

在步骤12中(图6.12)，在cMUT元件之间形成深沟以分隔元件。这也打开了进入换能器的引线接合焊盘(未示出)的通道。

应意识到，在以上的工艺中，除在连接器630的顶部形成绝缘层635外或取代在连接器630的顶部形成绝缘层635，可在膜层620的顶部形成绝缘层。这两个绝缘层是可选的。

还应意识到，在以上的工艺中，取代形成蚀刻通道641，可使用多孔膜来提供用于蚀刻牺牲层的蚀刻通道。例如，在步骤6中(图6.6)，取代沉积绝缘层635，可沉积多孔膜来填充开口613以形成连接器630。可通过穿过多孔膜的微孔的蚀刻去除牺牲层661。在牺牲层蚀刻后，可进行薄膜沉积以密封微孔。

(3)利用晶片接合技术和牺牲层技术的结合的制造

也可结合上述方法的两种类型的实施例。例如，衬底上的空腔的形成可利用牺牲技术来完成，而连接器的形成和其它步骤可利用热氧化生长和晶片接合技术来完成。相反，后者可利用牺牲技术来完成，而前者利用直接的材料去除和晶片接合技术。

图7.1-7.11示出了结合了晶片接合技术和牺牲技术的示例性制造方法。该工艺以导电硅晶片开始，可将该导电硅晶片实现为换能器的底电极。

在步骤1中(图7.1)，用硅蚀刻图案化衬底晶片701，以形成空腔702和侧壁703，它们一起限定了膜图案和用于将形成的悬臂的锚。

在步骤2中(图7.2)，将图案化衬底晶片701与具有厚的支承层782、绝缘层784和期望的膜层720的SOI晶片780接合。这可在真空下进行。在晶片接合过程中，SOI晶片780的膜层720面向图案化硅衬底晶片701。如果接合在真空室中进行，则空腔是真空密封的。将接合的晶片在高温下退火。

在步骤3中(图7.3)，去除厚的支承层782和绝缘层784两者以留下膜层720。如果期望的话，可在选择的区域中高掺杂膜层720。

在步骤4中(图7.4)，将牺牲层711沉积在膜层720上，并将其图案化以限定开口713，开口713将限定待形成的连接器。图案化牺牲层711还限定了将在膜层720和连接器上形成的换能空间。

在步骤5中(图7.5)，沉积薄膜材料(例如，氮化硅或氧化物)以填充开口713。开口713中填充的材料将成为连接器730。所沉积的薄膜材料还可形成绝缘层735。

在步骤6中(图7.6)，可蚀刻通孔714以进入牺牲层711。

在步骤7中(图7.7)，然后去除牺牲层711。

在步骤8中(图7.8)，在蚀刻牺牲层711后，进行薄膜沉积以密封通孔741。可进行深蚀以将绝缘层735减薄至期望的厚度，可将顶电极适当地布置在那里。

在步骤9中(图7.9)，在期望的位置沉积金属层以形成顶电极725。在该步骤中，如果需要的话，可蚀刻通孔以进入底电极(通孔未示出)。

在步骤10中(图7.10)，在顶电极725的顶上沉积期望厚度的另一种薄膜材料(例如，氮化硅、LTO、金刚石、聚酰亚胺、聚合物、PDMS或PMMA)以形成顶板层740。

在步骤11中(图7.11)，在cMUT元件之间形成沟槽745以分隔元件。这也打开了进入换能器的引线接合焊盘(未示出)的通道。

在该工艺中，如果选择其它的衬底和膜材料则可采用其它的晶片接合方法(例如，共晶接合、阳极接合)。

对于具有多个元件的cMUT，如果需要的话可采用额外的工艺步骤来制成用于不同元件的分隔的底电极。

图8.1-8.3示出利用晶片接合技术来分隔cMUT元件的底电极的工艺步骤。这些步骤在上述的其它步骤之前进行以准备衬底晶片。如图8.1所示，在最初晶片801b上生长绝缘层801a。如图8.2所示，将另一个最初晶片801c接合到经氧化的最初晶片801b上。然后将接合的晶片研磨并抛光至期望的厚度。如图8.3所示，在导电硅层801c上蚀刻沟槽809以将硅电分隔成将作为cMUT元件的底电极的图案化区域。提供经接合和处理的晶片作为衬底晶片801。然后以结合的衬底晶片801为开始进行如本文所述的装置制造步骤以制造cMUT结构。

图9.1-9.2示出将薄导电层用为底电极的分隔cMUT元件的底电极的工艺步骤。这些步骤可在上述的其它步骤前进行以准备衬底晶片。在图9.1中，首先将绝缘层901a沉积在硅晶片901b上。在图9.2中，将具有期望的厚度的薄导电层901c沉积在绝缘层901a上。然后将导电层901c图案化以按元件的需要形成底电极，来形成衬底晶片901。然后以衬底晶片901为开始进行如本文所述的装置制造步骤以制造cMUT结构。

以上的工艺也可与由共同申请人在同一日期提交的本文确认的几篇其它专利申请中公开的穿过晶片的互连技术结合。

尽管利用cMUT结构示出了上述的制造方法，但该方法可用于制造具有用于转换能量的可移动机械部件的各种微机电装置。不管采用方法的哪一个实施例，所得的装置结构的特征在于顶板在连接器位置的垂直位移移动。换能构件可在微机电装置中形成或实现。例如，可将导电层引入到顶板中以用作cMUT结构中的顶电极，或者导电顶板由于其固有的导电性可实现为顶电极。可采用基于不同的能量转换方案的各种换能构件，但根据本发明的换能构件一般通过顶板的垂直移动在或顶板和中间弹性层(在cMUT结构的背景中示出的膜层)之间限定的换能空间的变化来实现能量转换。

对于cMUT结构，必需具有顶电极和底电极。前者可在顶板之中或之上形成或实现，而后者可在中间弹性层或衬底晶片之中或之上形成。对于诸如pMUT和mMUT之类的不需要形成电容器的一对电极的其它类型的微机电装置，适当的换能构件可位于可移动的顶板或可移动的中间弹性层之中或之上。

II.连接和互连的设计和制造

诸如换能器之类的微机电装置需要电连接以执行其功能。例如，换能器的可移动表面(诸如，本文所示的顶板)可能需要电连接到固定的焊盘(例如，引线接合焊盘)以与外部接口。在某些换能器设计中cMUT中的元件之间的顶电极可能需要电互连在一起，尤其是对于2D阵列。对于连接结构有很多可能的设计，但连接到可移动部件的连接一般应柔软(或柔性)并足够导电，使得它们对装置性能具有最小的影响。

以下描述了根据本发明的换能器连接设计的几个例子。

在第一类型的构造中，在用于制造装置(例如，cMUT)的同一工艺步骤中以适当的掩模设计形成连接或互连。

图10A和10B示出换能器元件和连接锚之间的连接的例子。图10A是换能器元件1010和锚固的连接焊盘1015之间的连接1000的俯视图。图10B是图10A所示的同一结构的横截面图。如图所示，接近换能器元件1010的区域可用于构造用作接口的锚固的连接焊盘1015。锚固的连接焊盘1015由下面的支承锚1021支承并连接到下面的支承锚1021(图10B)。锚固的连接焊盘1015和支承锚较佳地被分隔并且不受换能元件的悬臂和可移动顶板层1040的运动的影响。

换能元件1010和锚固的连接焊盘1015均构造在相同的衬底晶片1001上，并与同一多层制造工艺兼容，尽管对两部分的图案化不同以具有不同的内部结构。在所示的例子中，在换能元件1010和锚固的连接焊盘1015之间的连接1000通过图案化导电层1055形成于顶板1040上。为了使连接1000柔软并有弹性，将连接1000的导电路径做得很薄或以锯齿形缠绕。不仅在晶片表面尺寸上(如图10A的俯视图所示)还在晶片深度尺寸上(如图10B中的横截面视图所示)形成薄的连接1000的导电路径。例如，连接1000仅包括顶层(导电层1055和顶板层1040)的一部分而包括衬底1001的一部分。

图11A和11B示出换能元件之间的互连的例子。图11A是通过锚固的连接焊盘1112、1114、1116和1118互连的四个换能元件1102、1104、1106和1108的俯视图。图11B是同一结构的横截面图。尽管图10A所示的基本的元件锚固连接可用于其中的互连，但图11A和11B中的设计具有不同的排列以实现更紧凑的尺寸和较好的互连效率。如图所示，锚固的连接焊盘1112、1114、1116和1118位于由四个分别的换能元件1102、1104、1106和1108共用的共用拐角处。每一个换能器元件通过各自的细连接线1222、1224、1226或1228连接到各自的锚固连接焊盘，这些连接线较佳地在表面尺寸(水平)和晶片深度(垂直)尺寸上很细。取决于锚固的连接焊盘1112、1114、1116和1118怎样彼此电连接，可单独或共同寻址四个换能器元件1102、1104、1106和1108。另外的锚固连接焊盘1113、1115、1117和1119也包括在所选的拐角处，并可用于将所示的各换能器元件进一步连接到未示出的其它换能器元件。

以上的连接和互连方案的一个优点是不需要引入额外的工艺步骤来制作连接和互连结构。可作为用于制作换能器元件自身的制造工艺的一部分来制造所有的连接和互连结构。然而，如果期望的话，可引入额外的工艺步骤以减薄在连接或互连图案所处区域的顶板层1140以连接结构更加柔性。

在第二类型的构造中，在完成cMUT工艺后形成连接或互连。图12.1-12.4示出在用于制作诸如本文所述的cMUT结构之类的微机电装置的主要制造工艺后制造连接和互连的例子。

工艺以基本上完成的示例性cMUT结构1200开始。在步骤1中(图12.1)，在cMUT结构1200的顶部上沉积牺牲材料1290(例如，光刻胶、聚酰亚胺、聚合物、PDMS和聚对二甲苯)以填充cMUT元件之间的沟槽或cMUT元件和锚固的连接焊盘之间的沟槽。在步骤2中(图12.2)，深蚀牺牲材料1290以暴露cMUT的顶电极1255。在步骤3中(图12.3)，沉积并图案化金属层1256以形成期望的连接或互连。在步骤4中(图12.4)，选择地去除牺牲材料1290。

或者，具有期望性质(诸如声学、机械或电)的材料可用于填充沟槽并保持在沟槽中。填充的材料不被去除并成为最后的换能器结构的补充部分以基于其性质提供期望的效果。

III.用于密封装置元件之间的沟槽的技术

在某些应用中需要密封cMUT元件之间的沟槽。例如，密封结构可有助于防止介质或湿气泄漏入沟槽。可将密封结构设计成使元件之间的耦合最小化。密封结构还可提供元件之间的电连接。可在装置制造期间或之后密封沟槽。

图13.1-13.12示出在正常的装置制造过程中结合沟槽密封的制造方法的例子。在以下步骤中描述该工艺。

步骤1至步骤4(图13.1-13.4)与图5.1-5.4中描述的步骤1至4相同。简言之，在步骤1中(图13.1)，工艺以SOI晶片1380开始。SOI晶片1380具有将在后面的工艺步骤中成为cMUT的顶板层的期望的硅层1340。氧化物层1331生长在硅层1340上。在步骤2中(图13.2)，将氧化物层1331图案化以形成板-膜连接器1330。选择地，生长另一薄氧化物层1335作为绝缘层，并且如果需要的话，也可将其图案化。在步骤3中(图13.3)，将SOI晶片1380与另一SOI晶片1390接合，SOI晶片1390具有支承层1392和携带期望的膜层1320的薄氧化物层1394。在步骤4中(图13.4)，去除SOI晶片1390的厚支承层1392和薄氧化物层1394以留下以连接器1330与顶板层1340接合的膜层1320。如果需要的话，可在膜层1320的选择的区域中进行硅掺杂。

在步骤5中(图13.5)，穿过膜层1320、绝缘层1335和顶板层1340形成沟槽1345以分隔cMUT元件。用于形成沟槽1345的蚀刻在SOI晶片1380的氧化物层1381处停止。

在步骤6中(图13.6)，可选地将膜层1320图案化以限定用于接触膜层1320和衬底晶片1301的接触位置1321。

在步骤7中(图13.7)，将具有图案化空腔1302和侧壁1303的硅衬底晶片1301在接触位置1321接合到膜层1320。在该步骤中可用各种接合技术来接合其它类型的衬底晶片。

在步骤8中(图13.8)，深蚀SOI晶片1380至氧化物层1381以形成包括顶板层1340和氧化物层1381的顶板晶片。如果需要的话可将顶板晶片图案化。在此阶段，沟槽1345可由氧化物层1381来密封。

在步骤9中(图13.9)，将氧化物层1381图案化，以为在下一步骤中将顶板层1340与顶电极接触作准备。如果需要的话，可通过适当的蚀刻工艺来减薄剩余的氧化物层1381。

在步骤10中(图13.10)，将金属层沉积在顶板层1340和图案化氧化物层1381上以形成顶电极1355。

图14.1-14.16示出在正常的装置制造工艺后结合沟槽密封工艺的制造方法的例子。该工艺采用牺牲蚀刻技术。在以下的步骤中描述了该工艺。

在步骤1中(图14.1)，提供完成的cMUT晶片1400。沟槽1445分隔两个cMUT元件。

在步骤2中(图14.2)，将牺牲层1490(例如，光刻胶、聚酰亚胺、聚合物、PDMS、LTO、TEOS或SOG)涂在完成的cMUT晶片1400的顶部。牺牲层1490可填充或部分填充沟槽1445。

在步骤3中(图14.3)，利用平板印刷均匀地或选择地减薄牺牲层1490直到顶电极1455的至少一部分暴露。牺牲材料1491留在沟槽1445中。如果需要非均匀减薄则可采用掩模。

在步骤4中(图14.4)，将具有期望的性质的另一金属层1492沉积在顶电极1455和留在沟槽1445中的牺牲材料1491上。如果需要每一个cMUT元件的顶电极1455单独寻址，则可使用介电材料(例如，聚酰亚胺、聚合物、PDMS、LTO、氮化硅、Teflon或Pyrelene)代替金属层1492。可将金属层1492图案化成期望的形状。也可在用于牺牲层蚀刻的金属层1492上形成通孔(图14.1-14.6中未示出，但图15.1-15.4中示出)。

在步骤5中(图14.5)，利用牺牲层蚀刻来去除剩余的牺牲材料1491。

在步骤6中(图14.6)，涂或滴下另一介电层1493(例如，聚酰亚胺、聚合物、LTO、氮化硅、Teflon、Pyrelene、SOG、PDMS、光刻胶、环氧树脂或蜡)以密封金属层1492上的通孔。如果需要的话，可将介电层1493图案化成期望的形状，或从cMUT的顶面去除介电层1493。

图15.1-15.4示出与上面相同的工艺，但示出具有包含在图中的通孔1595的装置结构的较大的部分。为了易于在后面的工艺步骤中密封，通孔1595可位于换能器元件的活动区域的外部。

图15.1示出cMUT结构1500，它与示出整个装置结构的较大的部分的图14.1-14.6中的cMUT换能器相同。

图15.2示出在工艺的步骤4(图14.4)中的cMUT换能器1500的状态。用剩余的牺牲材料1591填充沟槽1545。沉积具有期望性质(金属或其它介电膜)的层1592，以覆盖沟槽1545。图15.2还示出通过图案化形成的通孔1595以进入牺牲材料1591。

图15.3示出在通过牺牲层蚀刻去除牺牲材料1591后的状态。

图15.4示出通孔1595已用适当的材料1593密封。

可采用沟槽密封方法的其它变体。图16.1-16.4示出用具有期望性质的材料密封沟槽的另一种方法。

在步骤1中(图16.1)，将具有期望性质的材料(例如，聚酰亚胺、聚合物、PMMA、PDMS、SOG或环氧树脂)的层1690旋涂或喷涂在顶电极1635上以覆盖沟槽1645。例如，可期望对于硅表面干燥并具有高粘性的材料。也可利用薄的聚酰亚胺带(例如，各种Kapton带)、Teflon带或Parafilm(蜡)贴在cMUT的顶面上以覆盖沟槽1645来完成该步骤。

在步骤2中(图16.2)，利用适当的蚀刻方法(例如，O2等离子蚀刻)将层1690减薄至期望的厚度。也可将层1690图案化成期望的形状，例如留下暴露的顶电极。剩余的图案化层1691继续覆盖沟槽1645。

在步骤3中(图16.3)，将金属层1692沉积在剩余的图案化层1691和暴露的顶电极1655上。可将金属层1692进一步图案化。

在步骤4中(图16.4)，如果需要的话，涂上并图案化另一个介电层1693(例如，聚酰亚胺、聚合物、PMMA、PDMS、SOG、环氧树脂、LTO、氮化硅、Teflon或Pyrelene)。

应意识到，除以上使用的沉积、涂、喷涂方法外，还可利用晶片接合技术来转移期望材料的膜。

图17.1-17.4示出利用晶片接合技术来将期望的膜从处理晶片转移到cMUT的方法。在步骤1中(图17.1)，将期望的膜1791(例如，金属膜、聚酰亚胺、聚合物、LTO、氮化硅、Teflon、Pyrelene、SOG、光刻胶或环氧树脂)涂在适当的处理晶片1709(例如，硅或玻璃)上。在步骤2中(图16.2)，用适当的接合技术(例如，共晶接合、热压接合、阳极接合或诸如环氧树脂之类的粘合层)来将携带期望的膜1791的处理晶片1709接合或粘合在cMUT 1700上。在步骤3中(图16.3)，去除处理晶片1709，将膜1791留在cMUT 1700上。如果需要的话，还可将膜1791图案化至期望的形状。在步骤4中(图16.4)，如果需要的话，可沉积并图案化另一个膜。

可将另外的特征部引入沟槽区以进一步改进性能或实现某些特殊的效果。图18.1-18.2示出具有构造在cMUT元件之间的沟槽中的柱的cMUT结构。该图还示出密封这一沟槽的过程。

图18.1示出具有构造在分隔两相邻cMUT元件的沟槽1845中的柱1846的cMUT结构1800的横截面。添加柱1846以减小cMUT元件之间的交叉耦合。将柱1846锚固在衬底晶片1801上。可将沟槽1845内的柱1846的性质设计成最大限度减小cMUT元件之间的交叉耦合。可在cMUT工艺中制造柱1846而不需要任何额外的制造步骤。

图18.2示出密封沟槽1845的层1892。层1892还可覆盖顶电极1855和柱1846。可采用上述密封cMUT元件之间的沟槽的相同的方法来密封沟槽1845。

应意识到，可通过在包括某一层的每一个制造步骤适当设计的图案化在制造cMUT装置的同时制造柱1846。例如，可在形成侧壁1803的同一步骤中制造柱锚1847。为此，可用各种化学或机械方法。

IV.减小电接口焊盘上的寄生电容

诸如所述的cMUT之类的微机电装置可能需要通过接合引线或探针互连到外部。为此，可能需要电接口焊盘(例如，引线接合焊盘或探针焊盘)。接口焊盘通常引入某些不期望的寄生参数(例如，寄生电容或电感)。为了改进换能器性能，需要将寄生参数最小化。

一种减小寄生电容的方法是增加绝缘层(例如，诸如氧化物或氮化硅之类的介电层)的厚度。通常绝缘层的厚度受到由适当的工艺生长或沉积的介电层的厚度的限制。

根据本发明的一个方面，公开了通过增加互连焊盘下的绝缘体的厚度来减小互连焊盘的寄生电容的方法。该方法使得衬底上的绝缘层的厚度由蚀刻深度而不是膜沉积的厚度限定，因此可制造绝缘体厚度显著大于利用膜沉积技术可能获得的厚度。

该方法的一个实施例包括在将衬底晶片接合到顶板之前进行的以下的步骤：

(1)在衬底晶片上形成绝缘空腔，其中图案化空腔具有期望的总厚度并位于适于形成用于拟被制造的微机电装置的附近的微机电元件的互连焊盘的位置。

(2)用介电材料填充绝缘空腔以形成厚度与图案化空腔的总厚度相同的嵌入式绝缘体；以及

(3)在嵌入式绝缘体的顶部形成电互连焊盘。

该方法的另一个实施例采用不同的工艺来实现类似的效果。具体地，取代如上所述形成平(无特征)的绝缘空腔，在衬底晶片上形成图案化空腔。在一个实施例中，图案化空腔具有插入了衬底的未去除的本体材料的实线的窄通道。图案化空腔具有期望的总厚度并位于适于形成用于拟被制造的微机电装置的附近的微机电元件的互连焊盘的位置。在形成图案化空腔后，将图案化空腔中的未去除的本体材料的实线氧化以形成厚度与图案化空腔的总厚度相同的嵌入式绝缘体。然后在嵌入式绝缘体的顶部形成电互连焊盘。

在本发明的另一个方面中，可利用以上的方法将嵌入式绝缘体形成于装置结构的顶板中，而不是衬底晶片中。

图19.1-19.6示出通过在图案化空腔中形成厚的绝缘体来减小互连焊盘的寄生电容的方法的例子。可在cMUT制造前完成期望位置处的厚的绝缘层。该方法具有以下描述的步骤。

在步骤1中(图19.1)，在衬底晶片1901的期望的位置处蚀刻图案化空腔1971。在所示的例子中，图案化空腔1971具有插入了未去除的衬底晶片材料1973的细线的空通道1972。

可在形成厚度的绝缘体之后在同一衬底晶片1901上形成cMUT结构。图案化空腔1971具有期望的总厚度并位于适于形成用于拟被制造的微机电装置的附近的微机电元件的互连焊盘的位置。

在步骤2中(图19.2)，图案化空腔或被氧化或用期望的材料(例如，玻璃料、或SOG)填充以形成厚的绝缘体1974。

在步骤3中(图19.3)，如果需要的话平坦化表面。

在步骤4中(图19.4)，形成由侧壁1903限定的空腔1902。这些将用于诸如cMUT结构之类的微机电装置的构造。该装置制造可利用任何方法，包括本文所述的方法。

在步骤5中(图19.5)，形成或引入膜层1920到空腔1902和侧壁1903上。

在步骤6中(图19.6)，完成用于该装置(所示cMUT)的制造工艺以作出该装置。图19.6示出在衬底晶片1901上制造的与厚绝缘体1974相邻的cMUT元件1905。还可在装置制造过程中增加厚的绝缘体1974自身以成为完整的连接锚1906，连接锚1906可用于通过连接1907连接到cMUT元件1905，图10A和10B中示出了连接1907的一个例子。

图20.1-20.4示出通过在图案化空腔中形成厚的绝缘体来减小互连焊盘的寄生电容的方法的另一个例子。与图19.1-1.6所示的例子不同，在该例子中，可在cMUT制造后在期望的位置完成厚绝缘层。该方法具有下述的步骤。

在步骤1中(图20.1)，提供基本上完成的cMUT结构2000。如图20.1所示，cMUT制造工艺已经完成到在顶板层2040上形成表面层的步骤。

在步骤2中(图20.2)，在顶板层2040上形成图案化空腔2071。图案化空腔207125具有插入了顶板层2040的未去除本体材料2073的实线的窄通道2072，而图案化空腔2071具有期望的总厚度并位于适于形成用于连接附近的微机电元件(例如，cMUT 2005)的互连焊盘的位置。如果需要的话，可向衬底晶片2001内蚀刻图案化空腔2071。

在步骤3中(图20.3)，氧化图案化空腔2071或用期望的材料(例如，玻璃料或SOG)填充图案化空腔2071以形成厚的绝缘体2074。

在步骤4中(图20.4)，将金属层沉积在cMUT元件2005的顶部以形成顶电极2055。沉积并图案化相同的金属层以在厚绝缘体2074的顶部形成接触层2056。

图19.1-19.6和图20.1-20.4中示出的示例性厚绝缘体构造用于具有嵌入式悬臂的cMUT。然而，形成厚绝缘层或厚绝缘体的这些方法可与需要锚固连接的任何其它微机电装置的制造工艺一起应用。

如以上的例子所示，本发明的用于减小寄生电容的方法的独特的方面是在衬底晶片或顶板上的绝缘层的厚度由蚀刻深度而不是膜沉积厚度限定，因此克服了由膜厚度施加的固有的限制。

V.制造具有附加特征部的微机电装置的制造方法

构想了在微机电装置的基本元件上的附加特征部，并可利用下述方法来制造。

图21示出了特征是自对准悬臂的cMUT结构的横截面图。为了更清楚起见，图21省略了包含在各个分别的层和绝缘层中的诸如顶电极和底电极之类的某些可选部件。(正如本文所讨论的，尽管cMUT结构需要一对电极以形成电容器，但这些电极不必嵌入在各个分别的层中。)

图21的cMUT结构2111类似于图2C所示的cMUT部分211。cMUT结构2111构造在衬底2101上，并具有中间弹性层2120和顶板2140。空腔2102限定在衬底2101和中间弹性层2120之间。空腔2102以两个相对侧面上的两个侧壁锚2103和2103m为边界。连接器2130直立于中间弹性层2120的顶上，并连接到顶板2140。连接器2130在水平方向上离开两个侧壁锚2103和侧壁锚2103m的侧壁。侧壁锚2103和侧壁锚2103m之间的中间弹性层2120限定了在侧壁锚2103和侧壁锚2103m处锚固的双悬臂。双悬臂在放置连接器2130的位置处头对头地连接，以形成桥。顶板2140位于连接器2130上，连接器2130将顶板2140与中间弹性层2120分隔以在顶板2140下限定换能空间。双悬臂和空腔2102实现连接器2130的垂直位移，这基本垂直地移动顶板2140，因此改变换能空间并激活用于能量转换的换能器的换能构件。

在图2A-2C所示的cMUT结构中，采用具有基本均匀厚度的中间弹性层220，结果所形成的悬臂的梁的长度由对应的板-弹簧连接器230的位置220相对于各自的侧壁锚203或203m的边缘位置来确定。梁长度和对应的悬臂弹性强度的精确控制通过中间弹性层上的板-弹簧连接器的位置相对于各自的侧壁锚的位置的精确控制来实现。因为在板-弹簧连接器的制造方法的某些实施例中，在不同的平板印刷步骤中限定侧壁锚和空腔，实现这种精确控制可能有困难。这些不同的步骤中的任何对准差错可使悬臂长度离开其预期值。

与图2A-2C所示的cMUT结构不同，cMUT结构2111的特征是自对准悬臂。为了实现这一点，采用厚的中间弹性层2120。悬臂长度L_a和L_b由弹性膜层2120的各自的较薄的部分2124a和2124b限定。在所示的例子中，两较薄的部分2124a和2124b被由弹性膜层2120形成的桥中间的较厚的部分2122分隔。在本文所示的桥构造中，较厚的部分2122用作悬臂分割器。在其它构造中，较厚的部分2122可以是仅在一侧形成悬臂的末端的悬臂终端。两个锚固的较厚的部分2122a和2122b分别在两个侧壁锚2103和2103m的顶部，在某些实施例中，两个锚固的较厚的部分2122a和2122b形成两个侧壁锚2103和2103m的至少一部分，甚至形成整个侧壁锚2103和2103m。

板-弹簧连接器2130位于较厚的部分2122上。在该构造中，悬臂长度L_a由在较厚的部分2122的边缘2106和较厚的部分2122a的边缘2104之间的距离限定。类似地限定悬臂长度L_b。因此可由平板印刷掩模预定悬臂长度L_a和L_b。连接器2130相对于中间弹性层2120(确切地说是较厚的部分2122)的任何未对准或中间弹性层2120(确切地说是其较厚的部分2122a和2122b)相对于侧壁锚2103或2103m的未对准将对悬臂长度及相应的悬臂的弹性强度具有最小的影响。在cMUT结构2111中的悬臂长度L_a和L_b及相应的悬臂的弹性强度因此几乎不或不依赖于各个制造步骤中的差异。

在图21所示的横截面图的背景下给出了以上的描述。应意识到，在三维视图中，悬臂可以不是类似于梁的结构，而是如本文限定的区域或平面悬臂。例如，较薄的部件2124a和2124b可各自是延伸的带形或环形(轮环)形状。

图22.1-22.16包括图22.14A-22.14D和图22.5a-22.5b示出用于制造具有自对准特征部的cMUT结构的晶片接合工艺。该工艺还可加入诸如沟槽密封之类的其它特征。以下描述工艺的步骤。

在步骤1中(图22.1)，工艺以携带将成为最终的cMUT结构的顶板层2240的硅层2240的SOI晶片2280开始。在顶板2240的底部上生长氧化物层2281和氮化物层2282。或者，该步骤可以最初的晶片开始，可将最初的晶片研磨并抛光至在后面的步骤中用于顶板层的期望的厚度。

在步骤2中(图22.2)，根据cMUT设计图案化氧化物层2281和氮化物层2282以暴露顶板层2240的某些区域。

在步骤3中(图22.3)，将顶板层2240的暴露区域氧化至期望的厚度。

在步骤4中(图22.4)，去除氮化物层和氧化物层，以在顶板层2240的底表面上形成凹槽2241。

在步骤5中(图22.5)，在顶板层2240的凹槽2241上形成图案化特征部2231。这些图案化特征部2231将成为最后的cMUT结构中的板-弹簧连接器2230的一部分。形成这一图案化特征部2231的一种方式是生长氧化物层。在此步骤中，可选择地执行各种附加步骤。在描述主要的步骤之后参考图22.5a-22.5b描述这些附加的步骤。

在步骤6中(图22.6)，在顶板层2240的凹槽2241上生长另一氧化物层2232。该可选的氧化物层2232可支承图案化特征部2231的根部并有助于使它们牢固地作为最后的cMUT结构的板-弹簧连接器2230的一部分。

在步骤7中(图22.7)，将携带硅层2221的另一SOI晶片2285结合到板-弹簧连接器2230。硅层22221将成为最后的cMUT结构中的中间弹性层2220以形成嵌入式弹簧(悬臂)。为了这个目的，硅层2221应具有适当的厚度。

在步骤8中(图22.8)，深蚀SOI晶片2285以去除载体层和氧化物层，以留下将成为中间弹性层2220的硅层2221。如果需要的话，可在该步骤中在硅层2221的选择的区域中进行硅掺杂。

在步骤9中(图22.9)，在硅层2221上形成并图案化氧化物层2286和氮化物层2287，使得能够到达硅层2221的选择的区域2288。

在步骤10中(图22.10)，将硅层2221的可到达区域2288氧化至期望的厚度。

在步骤11中(图22.11)，在选择的位置处去除氧化物层和氮化物层，在硅层2221的区域2213的顶部上留下其余的氧化物和氮化物。区域2213将成为最后的cMUT结构中的侧壁锚2203。硅层2221的其它未覆盖的区域现在被暴露用于下一步骤。

在步骤12中(图22.12)，将硅层2221的暴露的区域氧化至期望的厚度。

在步骤13中(图22.13)，去除区域2213上的氧化物和氮化物层和在步骤12中形成的新氧化层，以形成具有将成为侧壁锚2203和悬臂分割器2222的较厚的部分特征部的中间弹性层2220。在该步骤(步骤13)后，有几种可用的选择。以下参考图22.14A描述第一选择，而一些其它的选择在后面参考图22.14B、22.14C和22.14C来描述。

在步骤14中(图22.14)，结合具有期望的厚度的最初的晶片2201。该层成为用于最后的cMUT结构的衬底2201。此步骤后，完成制造的过程类似于本说明书中描述的某些其它示例性制造方法中的最后步骤。以下简要地描述一个例子。

在步骤15中(图22.15)，深蚀顶部SOI晶片2280以去除载体层和氧化物层以形成顶板2240。

在步骤16中(图22.16)，如果需要的话，沉积并图案化金属层2250以形成互连。在各cMUT元件之间形成沟槽2215以分隔各个cMUT元件。

几种其它的选择可用于以上的步骤14。在步骤14的第二选择中(图22.14B)，取代接合最初的晶片，将具有形成于其中的穿过晶片的互连2260的经处理的晶片2291熔融接合到中间弹性层2220。经处理的晶片2291和中间弹性层2220限定空腔图案，该空腔图案对应于形成悬臂的区域的形状。还可用其它的晶片接合技术(例如，共晶接合、热压接合和阳极接合)来完成该步骤。

在步骤14的第三选择中(图22.14C)，将具有期望的金属图案或具有期望的电路的PCB板的晶片2292接合到中间弹性层2220。晶片2292可由诸如玻璃、蓝宝石或硅之类的材料制成。

在步骤14的第四选择中(图22.14D)，将具有构造于其中的集成电路2294(IC)的硅晶片2293接合到中间弹性层2220。

在以上的步骤5中，可选择地进行几种附加步骤。参考图22.5a-22.5b描述这些附加步骤。在图22.5a中，穿过顶板2240形成沟槽2216以在顶板2240上分隔cMUT元件区。可执行该步骤代替上述的步骤16。在图22.5b中，如果需要的话，在沟槽2216中形成并处理薄膜材料2217。在这些额外的步骤之后，工艺继续进行到上述的步骤6。

图23.1-23.7示出用于制造具有自对准特征部的cMUT结构的表面微加工工艺。该工艺还可加入诸如沟槽密封之类的其它特征部。以下描述该工艺的步骤。

在步骤1中(图23.1)，工艺以衬底晶片2301开始。在衬底晶片2301上沉积并图案化牺牲层2371。

在步骤2中(图23.2)，在牺牲层2371上形成适当材料的层2329。层2329的材料还填充了牺牲层2371的图案。层2329将成为最后的cMUT结构的中间弹性层2320。

在步骤3中(图23.3)，利用表面微加工技术将层2329图案化以形成具有特征部的中间弹性层，特征部中的某些将成悬臂分割器2322。

在步骤4中(图23.4)，将另一牺牲层2372沉积在中间弹性层2320上。

在步骤5中(图23.5)，将顶板层2340设置在牺牲层2372上。

在步骤6中(图23.6)，去除牺牲层2371和2372以形成空腔2302和2360。空腔2302在衬底2301的顶部以为cMUT结构中的悬臂提供位移空间。空腔2360在中间弹性层的顶部以用作cMUT结构的换能空间。如果需要的话可在该步骤中密封空腔。

在步骤7中(图23.7)，如果期望的话可在顶板2340上沉积并图案化金属层2350。可形成沟槽以在该步骤中分隔cMUT元件。

用于以上图22.1-22.16和图23.1-23.7中所示的制造方法的每一步骤中的材料选择和工艺方法选择类似于本文中结合其它的微机电结构的制造方法所描述的材料选择和工艺方法选择。此外，尽管在上述的工艺中cMUT用于说明的目的，但该方法不限于此。微机电结构也可仅利用每一工艺的一部分来制造，或利用图22.1-22.16和图23.1-23.7中所示的工艺的不同的步骤顺序来制造。此外，取代利用SOI晶片，具有嵌入式弹簧的的微机电结构的中间弹性层可由具有高掺杂层的硅层或具有PN结层的硅层来制作。可随后利用选择的硅蚀刻来形成中间弹性层上的悬臂区域。

结合附图和示例性实施例详细描述了微机电装置的制造方法。本发明的方法提供了一种用于制造具有用于转换能量的可移动机械部件的各种微机电装置的具有潜在优点的制造方法，该方法尤其适合于制造电容式微加工超声换能器(cMUT)，但也可用于制造具有用于转换能量的可移动的机械部件的其它的微机电装置。

具体地，根据本发明的制造方法可用于制造和封装在名为“MICRO-ELECTRO-MECHANICAL TRANSDUCERS”代理机构案号为03004.03以及名为“MICRO-ELECTRO-MECHANICAL TRANSDUCERS”代理机构案号为03004.04的国际专利申请(PCT)中公开的新颖MUT，这些专利申请都由共同的申请人在同一日期提交，这些专利申请通过引用整体结合与此。

在以上的说明中，参考其特定的实施例描述了本发明公开的内容，但本领域的技术人员将意识到本发明公开的内容不限于此。上述发明内容中的各个特征和方面可单独或结合地使用。此外，本发明内容可在除本文描述以外的很多种环境和应用中使用，而不背离说明书的较宽的精神和范围。我们要求专利保护落入所附权利要求的范围和精神内的各种修改和变化。因此，应将说明书和附图视为说明性的而不是限制性的。应意识到如本文所使用的术语“包括”、“包含”和“具有”明确地确定为开放式技术术语。

Claims

1.一种用于制造具有用于转换能量的可移动机械部件的微机电装置的方法，所述方法包括以下步骤：

提供衬底晶片、中间弹性层和顶板层；

在衬底晶片的前侧面上或所述中间弹性层的底侧面上形成至少一个空腔，其中每一个空腔具有至少一个侧壁；

在中间弹性层的顶侧面或顶板层的底侧面上形成至少一个期望高度的连接器；

在所述顶板层上形成或实现换能构件；以及

接合所述衬底晶片、所述中间弹性层和所述顶板层，使得所述顶板层的底侧面面向所述中间弹性层的顶侧面而所述中间弹性层的底侧面面向所述衬底晶片的前侧面，由此所述连接器从所述中间弹性层直立以在所述顶板层和所述中间弹性层之间限定换能空间，并且所述连接器在水平方向上离开所述侧壁足够的长度以限定锚固在所述侧壁处并具有在所述连接器处的施力端的悬臂，其中所述悬臂和所述空腔允许所述连接器的垂直位移，以便以类似于活塞的运动基本垂直地移动顶板层，以改变换能空间并激活换能构件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空腔由至少两个侧壁来限定，而所述连接器位于所述两个侧壁之间，并在水平方向上离开所述两个侧壁中的每一个足够的长度以限定具有头对头连接的两个侧壁的桥。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成至少一个空腔的所述步骤包括：

在所述衬底晶片的前侧面上形成第一空腔和第二空腔，其中所述第一空腔和所述第二空腔在所述侧壁的相对的侧面上以共用所述侧壁；

而形成至少一个连接器的所述步骤包括：

形成相同期望高度的第一连接器和第二连接器，其中所述第一连接器和所述第二连接器位于所述侧壁的相对侧面上，并且每一个连接器都在水平方向离开侧壁足够的长度以限定在侧壁处背对背连接的两悬臂。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

接合所述衬底晶片、所述中间弹性层和所述顶板层的所述步骤包括将所述中间弹性层设置在所述衬底晶片的顶部以覆盖所述第一空腔；

形成连接器的所述步骤包括在所述中间弹性层与所述衬底晶片接合后在所述中间弹性层的顶侧面上形成所述连接器；以及

接合所述衬底晶片、所述中间弹性层和所述顶板层的所述步骤还包括在具有形成于其上的所述连接器的所述中间弹性层与所述衬底晶片接合后将顶板层设置在所述连接器上。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成连接器的所述步骤包括在所述顶板层的底侧面上形成所述连接器，而接合所述衬底晶片、所述中间弹性层和所述顶板层的所述步骤包括：

将所述中间弹性层设置在所述连接器上；以及

将所述顶板层和所述中间弹性层设置在衬底晶片的顶部以覆盖所述第一空腔。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成或实现所述换能构件的所述步骤包括在所述顶板层上沉积金属层。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微机电装置是电容式微加工超声换能器，在所述顶板层上形成或实现所述换能构件的所述步骤包括在所述顶板层上形成或实现顶电极，并且所述方法还包括：

在所述中间弹性层或所述衬底晶片之中或之上形成或实现底电极。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，形成或实现所述顶电极的所述步骤通过将导电材料用于所述顶板层来完成。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，形成或实现所述底电极的所述步骤通过将导电材料用于所述衬底晶片来完成。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间弹性层是弹性薄膜而所述顶板层比所述中间弹性层刚硬得多。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接合所述衬底晶片、所述中间弹性层和所述顶板层的所述步骤还包括以下步骤：

将具有携带一薄层的支承层的SOI晶片接合到所述衬底晶片的前侧面；以及

通过化学或机械方法去除所述支承层，在所述衬底晶片的顶部留下所述薄层作为所述中间弹性层。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连接器在所述顶板层的底侧面上形成，并且接合所述衬底晶片、所述中间弹性层和所述顶板层的所述步骤还包括以下步骤：

将具有携带一薄层的支承层的SOI晶片接合到具有形成于其中的所述连接器的所述顶板层的底侧面；以及

通过化学或机械方法去除所述支承层，在所述顶板层的底侧面上留下所述薄层作为中间弹性层。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接合所述衬底晶片、所述中间弹性层和所述顶板层的所述步骤包括以下步骤：

将具有支承层和所述顶板层的SOI晶片与所述中间弹性层和所述衬底晶片进行接合；以及

通过化学或机械方法去除所述支承层，留下仍与所述中间弹性层和所述衬底晶片接合的所述顶板层。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

在将所述SOI晶片与所述中间弹性层和所述衬底晶片进行接合之前，在所述顶板层的底侧面上形成绝缘层，其中在去除所述支承层后所述顶板层和所述绝缘层两者都保持与所述中间弹性层和所述衬底晶片接合。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接合所述衬底晶片、所述中间弹性层和所述顶板层的所述步骤还包括以下步骤：

将最初晶片与所述中间弹性层和所述衬底晶片进行接合；以及

利用化学或机械方法减薄所述最初晶片，留下具有期望厚度的最初层作为所述顶板层。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在将所述顶板层与所述中间弹性层和所述衬底晶片接合后，将所述顶板层图案化成期望的形状或构造。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，图案化所述顶板层的所述步骤包括在所述顶板层中形成多个孔以在所述顶板层中形成期望的空心水平。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述衬底晶片上形成至少一个空腔的所述步骤包括在所述衬底晶片上形成多个空腔，而形成至少一个连接器的所述步骤包括形成多个连接器，其中所述连接器设置在所述中间弹性层上的不同位置处。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在将所述衬底晶片与所述中间弹性层和所述顶板层接合前的以下步骤：

在所述衬底晶片的顶部引入绝缘层；

在所述绝缘层上引入导电层；以及

图案化所述导电层以形成互相电绝缘的多个部分，每一个所述部分都对应于单独的微机电元件，每一个元件具有至少一个悬臂。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括形成至少穿过所述顶板的分隔沟槽以将多个微机电元件互相分隔，每一个所述元件具有至少一个悬臂。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，每一个所述元件都电连接到连接锚。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述连接锚是分隔的并且不受所述悬臂和所述顶板层的运动影响。

23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述多个元件排列成具有其间最小间隔的阵列，每一个所述元件电连接到位于由至少两个相邻元件共用的拐角或边缘的元件间的连接锚。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在形成分隔沟槽之前，引入在所述顶板层的顶部的导电层，其中随后形成的所述分隔沟槽穿过所述导电层到达所述空腔；

利用填充材料填充空腔；以及

在所述沟槽上沉积金属层，以电连接所述沟槽的两侧面上的两元件。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述填充材料是可随后去除的牺牲材料。

26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述填充材料是具有期望性质的材料并保留在所述空腔中。

27.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括在分隔沟槽上引入覆盖层以密封所述分隔沟槽。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，还包括将金属层沉积在所述覆盖层上以互连相邻的元件，使得可结合地寻址所述互连的相邻元件。

29.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括附加步骤：

从所述顶板层的顶部形成牺牲材料以填充分隔沟槽；

在所述顶板层的顶部沉积第一密封层以密封所述分隔沟槽，所述密封层具有进入所述牺牲材料的通孔；

去除所述牺牲材料；以及

沉积第二密封层以闭合所述通孔。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述第一密封层是金属层以互连相邻的元件，使得可结合地寻址所述互连的相邻元件。

31.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在接合所述衬底晶片、所述中间弹性层和所述顶板层之后执行所述附加步骤。

32.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

在所述衬底晶片上形成至少一个空腔的所述步骤包括在所述衬底晶片上形成多个空腔；

形成至少一个连接器的所述步骤包括在所述顶板层的底侧面上形成多个连接器，当所述顶板层接合到所述中间弹性层时所述连接器设置在所述中间弹性层上的不同位置；以及

接合所述衬底晶片、所述中间弹性层和所述顶板层的所述步骤包括以下步骤：

将第一SOI晶片接合到所述顶板层的底侧面，其中所述第一SOI晶片具有支承所述中间弹性层的第一支承层；

去除在所述第一SOI晶片中的所述支承层，但留下与所述顶板层接合的所述中间弹性层；以及

将具有所形成的空腔的所述衬底晶片接合到在所述顶板层相对的侧面上的所述中间弹性层。

33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在接合所述衬底晶片之前，形成穿过所述中间弹性层和所述顶板的至少一部分的分隔沟槽以将多个微机电元件互相分隔，每一个元件具有至少一个连接器以形成一个悬臂。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，提供所述顶板层作为具有第二支承层、绝缘体层和顶板层的第二SOI晶片的一部分，所述方法还包括以下步骤：

在将所述第一SOI晶片接合到由所述第二SOI晶片携带的所述顶板层的底侧面后，去除第二SOI晶片中的第二支承层；以及

在形成分隔沟槽后，部分去除所述绝缘层并在所述分隔沟槽的末端上留下所述绝缘体层的一部分以从所述末端密封所述沟槽。

35.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底晶片是导电晶片，所述方法还包括以下的步骤，以通过增加在互连焊盘下的绝缘体的厚度来减小所述互连焊盘的寄生电容，所述步骤在将所述衬底晶片接合到所述顶板层之前进行：

在衬底晶片上形成绝缘空腔，所述绝缘空腔具有期望的总厚度并位于适于形成用于拟被制造的微机电装置的附近的微机电元件的互连焊盘的位置；

用介电材料填充所述绝缘空腔以形成厚度与所述绝缘空腔的总厚度相同的嵌入式绝缘体；以及

在所述嵌入式绝缘体的顶部形成电互连焊盘。

36.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底晶片是导电晶片，所述方法还包括在将所述衬底晶片接合到所述顶板层之前进行的以下的步骤，以通过增加互连焊盘下的绝缘体的厚度来减小所述互连焊盘的寄生电容：

在所述衬底晶片上形成图案化空腔，所述图案化空腔包括插入了所述衬底的未去除的本体材料的实线的窄通道，并且所述图案化空腔具有期望的总厚度并位于适于形成用于拟被制造的微机电装置的附近的微机电元件的互连焊盘的位置；

将所述图案化空腔中的未去除的本体材料的实线氧化以形成厚度与所述图案化空腔的总厚度相同的嵌入式绝缘体；以及

在所述嵌入式绝缘体的顶部形成电互连焊盘。

37.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底晶片是导电晶片，所述方法还包括以下的步骤，以通过增加在互连焊盘下的绝缘体的厚度来减小所述互连焊盘的寄生电容，所述步骤在将所述衬底晶片接合到所述顶板层之后执行：

在所述顶板层上形成图案化空腔，所述图案化空腔包括插入了所述顶板层的未去除的本体材料的实线的窄通道，并且所述图案化空腔具有期望的总厚度并位于适于形成用于拟被制造的微机电装置的附近的微机电元件的互连焊盘的位置；

在所述嵌入式绝缘体的顶部形成电互连焊盘。

38.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述空腔中形成柱，其中所述柱比所述侧壁短，并在将所述中间弹性层布置在所述空腔上之后离开所述中间弹性层期望的距离。

39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，利用化学或机械方法同时形成所述空腔、所述侧壁和所述柱。

40.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述连接器在所述柱的正上方的位置处形成。

41.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述衬底晶片的前侧面上形成第一空腔的步骤包括通过从所述衬底晶片去除本体材料来形成第一空腔。

42.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述衬底晶片的前侧面上形成至少一个空腔的步骤包括以下步骤：

在所述衬底晶片的前侧面上沉积第一牺牲层；

图案化所述第一牺牲层以形成第一临时空腔；

在所述第一牺牲层上沉积薄膜材料以填充所述第一临时空腔；

去除所述第一牺牲层以形成所述第一空腔。

43.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成至少一个空腔的所述步骤包括在所述中间弹性层的底侧面上形成至少一个空腔。

44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述中间弹性层是硅层，所述至少一个空腔和所述至少一个侧壁均由所述中间弹性层形成。

45.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所述中间弹性层上形成图案使得所述中间弹性层包括第一厚度的第一区、第二厚度的第二区以及第三厚度的第三区，所述第二区在所述第一区和所述第三区之间，所述第二厚度小于所述第一厚度或所述第三厚度，其中当与所述衬底和所述顶板层接合时，所述第一区形成所述侧壁的至少一部分，所述第二区和所述第三区在空腔上，而所述连接器在所述第三区中。

46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，在所述中间弹性层上形成图案的所述步骤包括：

在所述中间弹性层上形成图案化氧化物或氮化物层，所述氧化物或氮化物层覆盖所述中间弹性层的所述第一区和第三区但使所述第二区保持未覆盖；

氧化所述中间弹性层的所述第二区以形成第一氧化层；

去除所述第三区上的氧化物和氮化物层和所述第二区中的所述第一氧化层；

氧化所述中间弹性层的所述第二区和所述第三区以形成第二氧化层；以及

去除所述第一区上的氧化物或氮化物层和所述第二区和所述第三区中的所述第二氧化层。

47.一种用于制造电容式微加工超声换能器的微机电装置的方法，所述电容式微加工超声换能器具有用于转换能量可移动机械部件，所述方法包括以下步骤：

提供具有前侧面和背侧面的衬底晶片；

在所述衬底晶片的前侧面上沉积第一牺牲层；

图案化所述第一牺牲层以形成第一临时空腔；

在所述第一牺牲层上沉积第一薄膜材料以填充所述第一临时空腔并进一步形成覆盖所述第一牺牲层的顶面的膜层；

去除所述第一牺牲层以在所述衬底晶片的顶部形成第一空腔，其中所述第一空腔由至少一个具有顶面的侧壁限定，所述侧壁由沉积在所述第一临时空腔中的第一薄膜材料制成；

在所述膜层的顶侧面上或顶板层的底侧面上形成期望高度的至少一个连接器；以及

将所述顶板层设置在所述连接器上以在所述顶板层和所述膜层之间限定换能空间，其中，所述连接器从所述膜层直立并在水平方向上离开所述第一空腔的侧壁足够的长度以限定锚固在所述侧壁上的悬臂，以允许所述连接器的垂直位移，并由此所述连接器的垂直位移以类似于活塞的运动基本垂直地移动顶板，从而改变换能空间。

48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，形成至少一个连接器的所述步骤包括以下步骤：

在所述膜层的顶部沉积第二牺牲层；

图案化所述第二牺牲层以形成第二临时空腔；

沉积第二薄膜材料以至少填充所述第二临时空腔；

去除所述第二牺牲层以在所述膜层的顶部形成第二空腔，其中，所述第二空腔由所述膜层顶部上的至少一个连接器限定，所述连接器由沉积在所述第二临时空腔中的所述第二薄膜材料制成。

49.如权利要求48所述的方法，其特征在于，同时进行去除所述第一牺牲层的所述步骤和去除所述第二牺牲层的所述步骤。

50.如权利要求48所述的方法，其特征在于，在所述第二牺牲层上沉积第二薄膜材料的所述步骤包括在所述第二牺牲层的顶部沉积绝缘层。

51.如权利要求48所述的方法，其特征在于，沉积第二薄膜材料的所述步骤还包括在所述第二牺牲层上沉积第二薄膜层，所述第二薄膜层具有用于进入下面的所述第二牺牲层的至少一个孔。

52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，沉积所述第二薄膜的所述步骤还包括沉积多孔薄膜。

53.如权利要求51所述的方法，其特征在于，通过在沉积所述第二薄膜后蚀刻所述第二薄膜来形成所述至少一个孔。

54.如权利要求51所述的方法，其特征在于，所述第二薄膜层是绝缘层。

55.如权利要求51所述的方法，其特征在于，还包括在所述第二薄膜层的顶部上沉积薄膜金属层的所述步骤。

56.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述微机电装置是微加工超声换能器，还包括以下步骤：

在所述顶板层、所述膜层和所述衬底晶片中的至少一个上形成超声换能构件，其中所述换能构件通过所述顶板的垂直移动或所述换能空间的改变来实现能量转换。

57.如权利要求47所述的方法，其特征在于，形成所述超声换能构件的步骤包括以下步骤：

在所述顶板层之中或之上形成或实现顶电极；以及

在所述衬底晶片之中或之上形成或实现底电极。

58.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述膜层具有用于进入所述下面的第一牺牲层的至少一个孔。

59.如权利要求58所述的方法，其特征在于，所述膜层中的至少一个孔通过在沉积所述膜层后蚀刻所述膜层来形成。

60.如权利要求47所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所述膜层的顶部沉积绝缘层。

61.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述衬底晶片是导电晶片。

62.如权利要求47所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述沉积的第一薄膜材料上形成第一厚度的第一区、第二厚度的第二区以及第三厚度的第三区，所述第二区在所述第一区和所述第三区之间，所述第二厚度小于所述第一厚度或所述第三厚度，所述第一区在所述第一临时空腔上，所述第二区和所述第三区在所述第一牺牲层上。