CN103037984A - 机电换能器及其制造方法 - Google Patents

机电换能器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103037984A
CN103037984A CN2011800371006A CN201180037100A CN103037984A CN 103037984 A CN103037984 A CN 103037984A CN 2011800371006 A CN2011800371006 A CN 2011800371006A CN 201180037100 A CN201180037100 A CN 201180037100A CN 103037984 A CN103037984 A CN 103037984A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
groove
silicon
cutting apart
electromechanical transducer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800371006A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103037984B (zh
Inventor
虎岛和敏
秋山贵弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of CN103037984A publication Critical patent/CN103037984A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103037984B publication Critical patent/CN103037984B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0292Electrostatic transducers, e.g. electret-type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • B81B3/0021Transducers for transforming electrical into mechanical energy or vice versa

Abstract

本发明涉及机电换能器及其制造方法,其中,在形成分割沟槽或膜期间维持基板刚度以防止基板被损坏。所述机电换能器包括分别具有至少一个单元的多个元件。在第一基板上形成绝缘层,并且,在绝缘层中形成间隙(3)。第二基板与具有间隙的绝缘层接合。然后,分割沟槽在第一基板中形成并至少部分地被绝缘部件填充。然后,与绝缘层接合的第二基板的厚度减小以形成膜(10)。

Description

机电换能器及其制造方法
技术领域
本发明涉及诸如被用作例如超声换能器的电容微加工(micromachined)超声换能器阵列的机电换能器(electromechanicaltransducer),并且涉及机电换能器的制造方法。
背景技术
通过微加工技术制造的微机械部件可被应用于微米量级的制作,并且,已通过使用这些微机械部件实现了各种功能微器件。作为压电器件的替代,已研究了利用这样的技术的电容微加工超声换能器(CMUT)。在这样的CMUT中,通过利用振动膜的振动传送和接收超声波,并且,特别地,可以容易地在液体中获得优异的宽带特性。
已提出了具有通过例如接合而在硅基板上形成的单晶硅振动膜的电容微加工超声换能器阵列(参见PTL1)。在PTL1中描述的构造中,使用具有单晶硅振动膜的硅膜作为共用电极,并且,硅基板被分割。分割的硅基板被用作信号提取电极以构成电容微加工超声换能器阵列。此外,为了提高器件的刚度,在信号提取电极的周边设置框架结构。另外,在该构造的制造方法中,在第一绝缘体上硅(SOI)基板上形成氧化物膜和间隙,并且,第一SOI基板的活性层被分割以分离各电容微加工超声换能器元件。然后,第二SOI基板被接合,并且,操作(handle)层和埋入氧化物(BOX)层被去除以形成具有单晶硅振动膜的硅膜。此外,为了电连接第一SOI基板的活性层和操作层,蚀刻具有单晶硅振动膜的硅膜、氧化物膜、以及第一SOI基板的活性层和BOX层,并且形成导体的膜。然后,为了电气分离具有单晶硅振动膜的硅膜和导体,具有单晶硅振动膜的硅膜被分割,以制成电容微加工超声换能器阵列。
在其中如上面那样通过例如接合而在硅基板上形成单晶硅振动膜的电容微加工超声换能器阵列中,可以通过分割硅基板而将硅基板用作信号提取电极。在这种情况下,由于硅基板被分割,因此,换能器阵列的刚度降低,并且,会由于例如安装期间的热应力而导致损坏。此外,当在电容微加工超声换能器阵列的制造工艺中露出具有单晶硅振动膜的硅膜时,单晶硅振动膜会在诸如热施加或硅基板的后表面的处理的随后的工艺中被损坏。在这种情况下,电容微加工超声换能器阵列的制造成品率(production yield rate)趋于下降。
引文列表
专利文献
PTL1美国专利公布No.US2008/0048211
发明内容
鉴于上述的问题,本发明的包括分别具有至少一个单元的多个元件的机电换能器的制造方法包括以下的步骤:在第一基板上形成绝缘层并在绝缘层中形成间隙的步骤;使第二基板与具有所述间隙的绝缘层接合的步骤;减小第二基板的厚度的步骤;在绝缘层的具有所述间隙的一侧的相对侧在第一基板中形成分割沟槽以形成多个元件的步骤;以及用绝缘部件至少部分地填充第一基板的分割沟槽的步骤。在使第二基板与绝缘层接合的步骤之后,进行在第一基板中形成分割沟槽以形成多个元件的步骤和用绝缘部件至少部分地填充第一基板的分割沟槽的步骤。此外,在用绝缘部件至少部分地填充第一基板的分割沟槽的步骤之后,进行减小第二基板的厚度的步骤。一般地,第一基板和第二基板分别是第一硅基板和第二硅基板。
此外,鉴于上述的问题,本发明的机电换能器包括分别具有至少一个单元的多个元件。所述单元包含硅基板、单晶硅振动膜和用于以在硅基板的一个表面与振动膜之间形成间隙的方式保持振动膜的振动膜保持部分。所述单元的特征在于是通过上述的机电换能器的制造方法制成的。一般地,机电换能器被构成为电容微加工超声换能器阵列。
根据本发明,在接合第二基板之后,在第一基板中形成分割沟槽并用绝缘部件填充分割沟槽。因此,即使在第一基板中形成分割沟槽,也可维持基板刚度。另外,在用绝缘部件填充第一基板的分割沟槽之后,第二基板的厚度减小。通过这样做,由于可以在提高第一基板的刚度之后减小第二基板的厚度,因此,可以防止厚度减小步骤期间损坏基板。
附图说明
图1A~1F是示出本发明的机电换能器的制造方法的实施例和例子的截面图。
图2是示出本发明的机电换能器的实施例和例子的顶视图。
图3是示出与本发明的机电换能器有关的例子2的截面图。
图4是示出与本发明的机电换能器有关的例子3的截面图
图5A和图5B是示出与本发明的机电换能器有关的例子4的示图。
具体实施方式
本发明的特征如下。在所谓的联接型的机电换能器及其制造方法中,在接合稍后将被减小厚度的第二基板的步骤之后,进行在第一基板中形成用于在第一基板上形成的元件之间的分离和绝缘的分割沟槽的步骤和至少部分地用绝缘部件填充分割沟槽的步骤。然后,在至少部分地用绝缘部件填充分割沟槽的步骤之后,进行减小第二基板的厚度的步骤。基于该观点,本发明的机电换能器及其制造方法基本上具有在发明内容中描述的构造。本发明可适用于的机电换能器一般是联接型的CMUT,但是,本发明也可适用于具有磁膜的机电换能器,该机电换能器可被构成为诸如磁微加工超声换能器(MMUT)之类的联接型的。
以下将描述本发明的机电换能器及其制造方法的实施例和例子。将参照图2和图3描述作为本发明的实施例的电容微加工超声换能器阵列的构造和驱动原理。图2是实施例的电容微加工超声换能器阵列的顶视图,图3是沿图2中的线III-III切取的截面图。电容微加工超声换能器阵列包含分别具有至少一个单元102的多个元件101。在图2中,只绘出六个元件101,但是,元件的数量不被限制。类似地,每个元件101由十六个单元102组成,但是,单元的数量不被限制。单元的形状在本例子中为圆形,但是,可以为例如四边形或六边形。多个元件101通过分割沟槽103相互电气分离。
如图3所示,单元102由单晶硅振动膜21、间隙22、用于保持振动膜21的振动膜保持部分23和硅基板20构成。以在硅基板20的一个表面与振动膜21之间形成间隙22的方式,保持部分23保持振动膜21。与通过叠层形成的振动膜(例如,硅氮化物膜)相比,振动膜21几乎不具有残余应力,并且具有低的厚度变化和低的弹簧常数的变化。因此,元件的性能的变化和单元的性能的变化小。保持部分23可以是绝缘体,并且可由例如硅氧化物或硅氮化物形成。当保持部分23不是绝缘体时,为了在硅基板20与振动膜21之间绝缘,例如,需要在硅基板20上形成绝缘层。具有振动膜21的硅膜24被用作元件的共用电极,并因此可以是容易形成欧姆接触并具有0.1Ωcm或更小的电阻率的低电阻基板。术语“欧姆接触”指的是不管电流方向和电压电平如何,电阻值都是恒定的。为了改善振动膜21的导电特性,可以在具有振动膜21的硅膜24上形成薄铝膜。硅基板20可通过在其中形成分割沟槽25而被用作信号提取电极。因此,由于硅基板20被用作信号提取电极,所以它可以是具有0.1Ωcm或更小的电阻率的低电阻基板。在硅基板20的后表面上,为了容易地形成用作各元件的信号提取电极的硅基板20的欧姆接触,形成金属膜(未示出)。例如,形成钛/铂/金的叠层结构。分割沟槽25被绝缘部件填充。通过该构造,可以增加电容微加工超声换能器阵列的基板刚度。
现在将描述本发明的驱动原理。当电容微加工超声换能器阵列接收超声波时,通过电压施加装置(未示出)向具有单晶硅振动膜21的硅膜24施加DC电压。由于振动膜21因接收超声波而变形,因此,振动膜21与硅基板20之间的距离变化而导致电容的变化。电容的这种变化在由分割沟槽25分割的硅基板20的各部分中导致电流。该电流通过电流-电压转换器(未示出)被转换成电压,并由此可以接收超声波作为电压。另外,通过向具有单晶硅振动膜21的硅膜24施加DC电压和AC电压,振动膜21可通过静电力振动。这样,可以传送超声波。
将参照图1描述实施例的电容微加工超声换能器阵列的制造方法。首先,如图1A所示,在第一硅基板1上形成绝缘膜2。第一硅基板1可以是具有0.1Ωcm或更小的电阻率的低电阻基板。绝缘膜2由例如硅氧化物或硅氮化物制成,并且可通过例如化学气相沉积(CVD)或热氧化而被形成。然后,如图1B所示,形成间隙3。可通过例如干蚀刻或湿蚀刻而形成间隙3。间隙3构成电容微加工超声换能器阵列的电容器。然后,如图1C所示,在绝缘膜2上接合第二硅基板4。可例如用树脂或通过直接或熔融接合来接合第二硅基板4。直接接合是对于接合而使得接合界面活性化(activate)的方法。熔融接合是抛光硅基板或上面具有SiO2膜的硅基板被设置在绝缘膜2上并且对它们加热以通过分子间力而使它们接合的方法。通过在空气中使表面相互接触,源自Si-OH的OH基与另一OH基形成氢键。通过在这种状态下加热到几百摄氏度,从OH基消除H2O分子,Si原子通过氧原子相互接合。此外,通过加热到1000°C或更高的温度,氧扩散到硅晶片中,并且,形成Si原子之间的键,从而导致粘接力的增加。此外,第二硅基板4可以是SOI基板,该SOI基板是具有其中硅氧化物层(BOX层)6被设置在硅基板(操作层)7与表面硅层(活性层)5之间的结构的基板。由于SOI基板的活性层5具有低的厚度变化,因此,可以减少单晶硅振动膜的厚度的变化,并且,可以减少单晶硅振动膜的弹簧常数的变化。因此,可减少电容微加工超声换能器阵列的元件的性能的变化。
然后,如图1D所示,在绝缘膜2的具有间隙3的一侧的相对侧,在第一硅基板1中形成分割沟槽8。可通过蚀刻形成分割沟槽8。通过形成分割沟槽8,第一硅基板1被电气分割,并且可由此被用作多个电极。分割的硅基板的各部分可被用作电容微加工超声换能器阵列的各元件的信号提取电极。然后,如图1E所示,用绝缘部件9填充分割沟槽8。填充分割沟槽8的绝缘部件9不被限制,只要它是绝缘体即可,并且可以为例如硅氧化物或树脂。在通过热氧化或从正硅酸乙酯(tetraethoxysilane,TEOS)而形成的硅氧化物的情况下,由于工艺均匀性高,因此,可以容易地在分割沟槽8的侧壁上形成膜。另外,在从TEOS膜形成的硅氧化物的情况下,由于可以容易地形成厚的膜,因此,分割沟槽8的宽度可以是大的。通过这样做,元件之间的距离可以大,以减小元件之间的电容。因此,可以减少元件之间的串扰。只要可以确保基板的刚度,分割沟槽8可以不被绝缘部件9完全填充。
然后,如图1F所示,第二硅基板4的厚度减小以形成具有单晶硅振动膜10的硅膜5。为了使得形成单晶硅振动膜的硅膜的厚度为几微米或更小,通过例如蚀刻、研磨或化学机械抛光(CMP)来执行第二硅基板4的厚度的减小。如图1F所示,通过去除操作层7和BOX层6执行SOI基板的厚度的减小。可通过研磨、CMP或蚀刻来去除操作层7。可通过氧化物膜的蚀刻(干蚀刻或利用氟化氢等的湿蚀刻)来去除BOX层6。在利用例如氟化氢的湿蚀刻中,由于可以防止硅被蚀刻,因此,可有利地减少由于蚀刻导致的单晶硅振动膜10的厚度的变化。当用于形成单晶硅振动膜的第二基板不是SOI基板时,通过例如背面研磨(back grinding)或CMP,可将厚度减小到约2μm。与上面同样,可以制成包含具有单元的多个元件的电容微加工超声换能器阵列。所述单元中的每一个包含单晶硅振动膜10、间隙3、用于保持振动膜10的振动膜保持部分11和硅基板1。具有振动膜10的硅膜5被用作元件的共用电极。
在实施例的电容微加工超声换能器阵列的制造方法中,在接合第二基板之后,执行在第一基板中形成用于电气分离的分割沟槽的步骤和用绝缘部件填充分割沟槽的步骤。通过分割第一基板,基板刚度明显降低。因此,为了避免第一基板的损坏,需要用于保持第一基板的机构。但是,在实施例的方法中,即使第一基板被分割,也可维持基板刚度。另外,在用绝缘部件至少部分地填充第一基板的分割沟槽的步骤之后,进行减小第二基板的厚度的步骤(根据厚度减小的程度,第二基板将更像是膜)。通过这样做,由于可以在增加第一基板的刚度之后减小第二基板的厚度,因此,在减小厚度的步骤期间,可以防止损坏基板。
如果在减小第二基板的厚度的步骤之后进行处理第一基板的后表面的步骤或施加热的步骤,那么振动膜会受到损坏而导致制造成品率降低。但是,在实施例的方法中,不在通过减小第二基板的厚度而形成振动膜的步骤之后进行处理第一基板的后表面的步骤或施加热的步骤。因此,可以提高制造成品率。另外,可通过使用两个基板或一个基板和一个SOI基板来形成具有振动膜的电容微加工超声换能器。因此,与使用两个SOI基板的构造相比,可以减少昂贵的SOI基板的数量,从而导致成本降低。
通过实施例的方法制成的电容微加工超声换能器阵列可提高器件强度。因此,即使在实施例的电容微加工超声换能器阵列与PCB基板、IC等连接时向该阵列施加应力,也可防止该阵列被损坏。另外,当填充分割沟槽的绝缘部件9是由TEOS膜形成的硅氧化物时,由于可以容易地形成厚的膜,因此,即使分割沟槽具有大的宽度,所述沟槽也可被该部件填充。由于分割的硅基板被用作各元件的信号提取电极,因此,分割沟槽的小的宽度可导致寄生电容和串扰。因此,在由TEOS膜形成的硅氧化物中,具有10μm或更大的大宽度的分割沟槽可容易地被绝缘膜填充,并且,可以减少上述的问题。
此外,如图3所示,在基板中形成的分割沟槽可具有锥形形状。术语“锥形形状”意味着第一基板的上面形成间隙22的表面侧的分割沟槽25的宽度比第一基板的另一表面侧的分割沟槽25的宽度小。由于分割的基板被用作信号提取电极,因此,对于减少信号提取电极之间的寄生电容以减少串扰来说,分割沟槽的更宽的宽度更好。但是,由于具有大量的单元的元件被设置在各信号提取电极上,因此,分割沟槽的更宽的宽度导致元件之间的更大的距离。因此,如本例子中那样利用锥形形状可在不加宽元件之间的距离的情况下减小信号提取电极之间的寄生电容。这样,可以形成其中换能器以高的密度排列但串扰低的电容微加工超声换能器阵列(参见后面描述的例子2)。
作为替代方案,具有其中第一基板的内部的宽度比第一基板的两个表面侧的宽度宽的结构的分割沟槽可被绝缘部件填充。通过该构造,信号提取电极之间的寄生电容可减小,以减少串扰,并且,还可提高电容微加工超声换能器阵列的刚度(参见后面描述的例子3)。
此外,可以在分割沟槽中设置格状图案的绝缘部件。在该构造中,当形成分割沟槽时,以格状图案分割第一基板。然后,通过热氧化形成硅氧化物。在通过热氧化形成硅氧化物时,由于硅也被氧化,因此,可通过以格状图案分割硅基板并然后执行热氧化,在分割沟槽中形成格状图案的绝缘部件。通过该构造,即使分割沟槽不被绝缘部件完全填充,也可提高电容微加工超声换能器阵列的刚度(参见后面描述的例子4)。
以下参照更具体的例子来详细描述本发明。
例子1
将参照图1A~1F和图2描述例子1的电容微加工超声换能器阵列的制造方法。图1A~1F是示出本例子的方法的截面图,图2是本例子的电容微加工超声换能器阵列的顶视图。在本例子的方法中,首先,如图1A所示,在第一硅基板1上形成绝缘膜2。第一硅基板1的电阻率为0.01Ωcm。绝缘膜2是通过热氧化形成的硅氧化物,并且具有400nm的厚度。通过热氧化形成的硅氧化物的表面粗糙度(roughness)非常低,并且,即使在第一硅基板上形成硅氧化物,硅氧化物的粗糙度也不由于第一硅基板的表面粗糙度而增大,并且,该表面粗糙度Rms为0.2nm或更小。在通过直接接合或熔融接合进行的接合中,如果表面粗糙度大(例如,Rms为0.5nm或大),那么接合是困难的,并且,可能出现接合的失败。在通过热氧化形成的硅氧化物中,由于表面粗糙度不增加,因此,几乎不出现接合的失败,并且,可以提高制造成品率。
然后,如图1B所示,形成间隙3。可通过例如干蚀刻或湿蚀刻来形成间隙3。间隙的深度为200nm。间隙3构成电容微加工超声换能器阵列的电容器。然后,如图1C所示,通过熔融接合来接合第二硅基板4。使用SOI基板作为第二硅基板,并且,SOI基板与其活性层5接合。活性层5将被用作具有单晶硅振动膜的硅膜。活性层5具有1μm的厚度、±5%或更小的厚度变化、以及0.01Ωcm的电阻率。
然后,如图1D所示,通过硅深蚀刻而在第一硅基板1中形成分割沟槽8。分割沟槽8被构成为穿过第一硅基板1并具有10μm的宽度。通过分割沟槽8,第一硅基板1被电气分割并且可由此被用作多个电极。分割的硅基板的各部分可被用作电容微加工超声换能器阵列的各元件的信号提取电极。然后,如图1E所示,分割沟槽8被绝缘部件9填充。填充分割沟槽的绝缘部件9是由TEOS膜形成的硅氧化物。在由TEOS膜形成的硅氧化物的情况下,由于工艺均匀性高,因此,可以容易地在分割沟槽8的侧壁上形成膜。
然后,如图1F所示,第二硅基板4的厚度减小以形成具有单晶硅振动膜10的硅膜5。如图1F所示,通过去除操作层7和BOX层6来执行被用作第二硅基板的SOI基板的厚度的减小。可通过例如研磨、CMP或蚀刻来去除操作层7。通过利用氟化氢的湿蚀刻去除BOX层6。由于利用氟化氢的湿蚀刻可防止硅被蚀刻,因此,由于蚀刻导致的单晶硅振动膜10的厚度的变化可以是低的。
在本例子的电容微加工超声换能器阵列的制造方法中,在接合第二硅基板4之后,进行在第一硅基板1中形成用于电气分离的分割沟槽8的步骤和用由TEOS膜形成的硅氧化物9填充分割沟槽8的步骤。该过程的效果如上面描述的那样。此外,在用由TEOS膜形成的硅氧化物9填充第一硅基板1的分割沟槽8的步骤之后进行减小第二硅基板4的厚度的步骤。该过程的效果也如上面描述的那样。在本方法中,同样,不在减小第二硅基板4的厚度以形成具有单晶硅振动膜10的硅膜5的步骤之后进行处理第一硅基板的后表面的步骤或施加热的步骤。因此,可以进一步增加制造成品率。
例子2
将参照图3描述例子2的电容微加工超声换能器阵列及其制造方法。可通过几乎与例子1中的方法相同的方法制作例子2的电容微加工超声换能器阵列。图3是本例子的电容微加工超声换能器阵列的截面图,并且,其顶视图与图2所示的顶视图几乎相同。
本例子的电容微加工超声换能器阵列的单元102和元件101具有图3所示的结构。振动膜保持部分23是通过热氧化形成的硅氧化物。由于具有单晶硅振动膜21的硅膜24被用作元件的共用电极,因此,它被制作为容易地形成欧姆接触。硅膜24的电阻率为0.01Ωcm。硅基板20被用作信号提取电极,并具有0.01Ωcm的电阻率。填充分割沟槽25的绝缘部件25是环氧树脂。通过该构造,可以提高电容微加工超声换能器阵列的基板刚度。本例子的驱动原理如上面描述的那样。
在本例子中,如图3所示,在第一硅基板20中形成的分割沟槽25具有锥形形状。在该锥形形状中,第一硅基板20的上面形成间隙22的表面侧的分割沟槽25的宽度比第一硅基板20的另一表面侧的分割沟槽25的宽度小。如在本例子中那样,通过以锥形形状形成分割沟槽25,可以在不加宽元件之间的距离的情况下减小信号提取电极之间的寄生电容。这样,可以形成其中换能器以高的密度排列但噪声低的电容微加工超声换能器阵列。
例子3
将参照图4描述例子3的电容微加工超声换能器阵列及其制造方法。可通过几乎与例子1中的方法相同的方法制作例子3的电容微加工超声换能器阵列。例子3的电容微加工超声换能器阵列的构造大致与例子2的电容微加工超声换能器阵列的构造相同。如图4所示,单元包含单晶硅振动膜41、间隙42、用于保持振动膜41的振动膜保持部分43、以及硅基板40。具有振动膜41的硅膜44被用作元件的共用电极。
在本例子的电容微加工超声换能器阵列中,分割沟槽45具有其中第一硅基板40的内部的宽度比第一硅基板40的两个表面侧的宽度宽的结构并且分割沟槽45被绝缘部件46填充。在该构造中,其主面具有(100)的晶体取向的硅基板被用作第一硅基板40,并且,通过硅深蚀刻形成垂直的分割沟槽。随后,执行使用四甲基氢氧化铵(tetramethylammonium hydroxide,TMAH)的各向异性湿蚀刻,以形成分割沟槽。绝缘部件46是由TEOS膜形成的硅氧化物。
通过该构造,可以在不加宽元件之间的距离的情况下加宽信号提取电极之间的距离的一部分。因此,可以减少信号提取电极之间的寄生电容。这样,可以形成其中换能器以高的密度排列但噪声低的电容微加工超声换能器阵列。此外,分割沟槽45部分地被绝缘部件46填充,这样,由于信号提取电极之间的电容在空气中或在真空中更低,因此,可减少寄生电容。通过上述的构造,可以减少寄生电容,并且,可以提高电容微加工超声换能器阵列的刚度。
例子4
将参照图5A和图5B描述例子4的电容微加工超声换能器阵列及其制造方法。可通过几乎与例子1中的方法相同的方法制作例子4的电容微加工超声换能器阵列。例子4的电容微加工超声换能器阵列的构造大致与例子2的电容微加工超声换能器阵列的构造相同。如图5B所示,单元包含单晶硅振动膜66、间隙64、用于保持振动膜66的振动膜保持部分65、以及硅基板60。具有振动膜66的硅膜63被用作元件的共用电极。
在本例子的电容微加工超声换能器阵列中,在分割沟槽62中设置以格状图案形成的绝缘部件61。在该构造中,当形成分割沟槽62时,以格状图案分割第一硅基板60,并且,通过热氧化形成硅氧化物。在通过热氧化形成硅氧化物时,由于硅也被氧化,因此,以格状图案分割硅基板。因此,可通过利用热氧化将硅氧化而在分割沟槽中形成格状图案的绝缘部件。此外,分割沟槽可被绝缘部件填充。通过该构造,即使分割沟槽不被绝缘部件完全填充,也可提高电容微加工超声换能器阵列的刚度。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明,但应理解,本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。
本申请要求在2010年8月2日提交的日本专利申请No.2010-173659的权益,在此通过引用将其全部内容并入本文。

Claims (8)

1.一种机电换能器的制造方法,所述机电换能器包括各自具有至少一个单元的多个元件,该方法包括:
在第一基板上形成绝缘层并在绝缘层中形成间隙;
使第二基板与具有所述间隙的绝缘层接合;
减小第二基板的厚度;
在绝缘层的具有所述间隙的一侧的相对侧,在第一基板中形成分割沟槽以形成多个元件;以及
用绝缘部件至少部分地填充第一基板的分割沟槽,其中,
在使第二基板与绝缘层接合的步骤之后,进行所述在第一基板中形成分割沟槽以形成多个元件的步骤和所述用绝缘部件至少部分地填充第一基板的分割沟槽的步骤,以及
在所述用绝缘部件至少部分地填充第一基板的分割沟槽的步骤之后,进行所述减小第二基板的厚度的步骤。
2.根据权利要求1的方法,其中,第一基板和第二基板分别是第一硅基板和第二硅基板。
3.根据权利要求1或2的方法,其中,所述绝缘部件是由正硅酸乙酯形成的硅氧化物。
4.根据权利要求1~3中的任一项的方法,其中,第一基板的形成有间隙的表面侧的分割沟槽的宽度比第一基板的另一表面侧的分割沟槽的宽度小。
5.根据权利要求1~3中的任一项的方法,其中,第一基板的内部的分割沟槽的宽度比第一基板的两个表面侧的宽度宽。
6.根据权利要求1~5中的任一项的方法,其中,分割沟槽以格状图案被形成,并且,所述绝缘部件以格状图案被形成以便被设置在分割沟槽中。
7.一种机电换能器,包括:
多个元件,所述多个元件中的每一个具有至少一个单元,所述单元包含硅基板、单晶硅振动膜、以及用于以在硅基板的一个表面与振动膜之间形成间隙的方式保持振动膜的振动膜保持部分,
其中,所述机电换能器是通过根据权利要求1~6中的任一项的机电换能器的制造方法来制造的。
8.根据权利要求7的机电换能器,被构成为电容微加工超声换能器阵列。
CN201180037100.6A 2010-08-02 2011-07-26 机电换能器及其制造方法 Expired - Fee Related CN103037984B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-173659 2010-08-02
JP2010173659A JP5702966B2 (ja) 2010-08-02 2010-08-02 電気機械変換装置及びその作製方法
PCT/JP2011/067579 WO2012017978A2 (en) 2010-08-02 2011-07-26 Electromechanical transducer and method of producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103037984A true CN103037984A (zh) 2013-04-10
CN103037984B CN103037984B (zh) 2015-12-09

Family

ID=44583302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180037100.6A Expired - Fee Related CN103037984B (zh) 2010-08-02 2011-07-26 机电换能器及其制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20130126993A1 (zh)
EP (1) EP2603326A2 (zh)
JP (1) JP5702966B2 (zh)
CN (1) CN103037984B (zh)
WO (1) WO2012017978A2 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104415902A (zh) * 2013-08-26 2015-03-18 三星电子株式会社 超声换能器及其分割方法和分割器件的方法
CN104622512A (zh) * 2015-02-04 2015-05-20 天津大学 椭圆膜单元结构电容式微超声传感器环形阵列及电路系统
CN106413921A (zh) * 2014-03-12 2017-02-15 皇家飞利浦有限公司 超声换能器组件和用于制造超声换能器组件的方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5921079B2 (ja) * 2011-04-06 2016-05-24 キヤノン株式会社 電気機械変換装置及びその作製方法
US9533873B2 (en) 2013-02-05 2017-01-03 Butterfly Network, Inc. CMOS ultrasonic transducers and related apparatus and methods
CA2903479C (en) 2013-03-15 2023-10-10 Butterfly Network, Inc. Monolithic ultrasonic imaging devices, systems and methods
CN105307975B (zh) 2013-03-15 2017-04-26 蝴蝶网络有限公司 互补金属氧化物半导体(cmos)超声换能器及其形成方法
US9667889B2 (en) 2013-04-03 2017-05-30 Butterfly Network, Inc. Portable electronic devices with integrated imaging capabilities
CN103296013B (zh) * 2013-05-28 2017-08-08 上海华虹宏力半导体制造有限公司 射频器件的形成方法
US9592030B2 (en) 2013-07-23 2017-03-14 Butterfly Network, Inc. Interconnectable ultrasound transducer probes and related methods and apparatus
CN106659464B (zh) 2014-04-18 2020-03-20 蝴蝶网络有限公司 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
TWI643601B (zh) 2014-04-18 2018-12-11 美商蝴蝶網路公司 超音波成像壓縮方法和設備
US9229097B2 (en) 2014-04-18 2016-01-05 Butterfly Network, Inc. Architecture of single substrate ultrasonic imaging devices, related apparatuses, and methods
US9067779B1 (en) 2014-07-14 2015-06-30 Butterfly Network, Inc. Microfabricated ultrasonic transducers and related apparatus and methods
JP2016101417A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 キヤノン株式会社 静電容量型音響波トランスデューサ及びこれを備えた被検体情報取得装置
US9987661B2 (en) 2015-12-02 2018-06-05 Butterfly Network, Inc. Biasing of capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUTs) and related apparatus and methods
US10196261B2 (en) 2017-03-08 2019-02-05 Butterfly Network, Inc. Microfabricated ultrasonic transducers and related apparatus and methods
AU2018289454A1 (en) 2017-06-21 2019-12-05 Butterfly Network, Inc. Microfabricated ultrasonic transducer having individual cells with electrically isolated electrode sections

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6225651B1 (en) * 1997-06-25 2001-05-01 Commissariat A L'energie Atomique Structure with a micro-electronic component made of a semi-conductor material difficult to etch and with metallized holes
CN1299152A (zh) * 1999-12-09 2001-06-13 夏普公司 电声换能器及其制造方法和使用该器件的电声换能装置
US20050252298A1 (en) * 2004-05-17 2005-11-17 Kavlico Corporation Reliable piezo-resistive pressure sensor
CN1929699A (zh) * 2005-09-05 2007-03-14 株式会社日立制作所 电声变换元件
US20070264732A1 (en) * 2006-03-10 2007-11-15 Jingkuang Chen Three-Dimensional, Ultrasonic Transducer Arrays, Methods of Making Ultrasonic Transducer Arrays, and Devices Including Ultrasonic Transducer Arrays
EP2135685A1 (en) * 2008-06-19 2009-12-23 Hitachi Ltd. Ultrasonic transducers and methods of manufacturing the same

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7321181B2 (en) * 2004-04-07 2008-01-22 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Capacitive membrane ultrasonic transducers with reduced bulk wave generation and method
US7545075B2 (en) * 2004-06-04 2009-06-09 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Capacitive micromachined ultrasonic transducer array with through-substrate electrical connection and method of fabricating same
CN101589543B (zh) * 2005-05-18 2012-10-31 科隆科技公司 微机电换能器
CA2607918A1 (en) * 2005-05-18 2006-11-23 Kolo Technologies, Inc. Micro-electro-mechanical transducers
CA2608164A1 (en) * 2005-06-17 2006-12-21 Kolo Technologies, Inc. Micro-electro-mechanical transducer having an insulation extension
US20070180916A1 (en) * 2006-02-09 2007-08-09 General Electric Company Capacitive micromachined ultrasound transducer and methods of making the same
US7741686B2 (en) * 2006-07-20 2010-06-22 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Trench isolated capacitive micromachined ultrasonic transducer arrays with a supporting frame
US20090018387A1 (en) * 2007-07-10 2009-01-15 Veronikis Dionysios K Repair of Vaginal Prolapse
US7843022B2 (en) * 2007-10-18 2010-11-30 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University High-temperature electrostatic transducers and fabrication method
EP2218094A1 (en) * 2007-12-03 2010-08-18 Kolo Technologies, Inc. Through-wafer interconnections in electrostatic transducer and array
JP5376982B2 (ja) * 2008-06-30 2013-12-25 キヤノン株式会社 機械電気変換素子と機械電気変換装置および機械電気変換装置の作製方法
JP5390872B2 (ja) 2009-01-27 2014-01-15 トッパン・フォームズ株式会社 封筒
JP5436013B2 (ja) * 2009-04-10 2014-03-05 キヤノン株式会社 機械電気変化素子
JP5495918B2 (ja) * 2009-07-24 2014-05-21 キヤノン株式会社 電気機械変換装置、及び電気機械変換装置の作製方法
US8324006B1 (en) * 2009-10-28 2012-12-04 National Semiconductor Corporation Method of forming a capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT)
JP5404365B2 (ja) * 2009-12-16 2014-01-29 キヤノン株式会社 電気機械変換装置及びその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6225651B1 (en) * 1997-06-25 2001-05-01 Commissariat A L'energie Atomique Structure with a micro-electronic component made of a semi-conductor material difficult to etch and with metallized holes
CN1299152A (zh) * 1999-12-09 2001-06-13 夏普公司 电声换能器及其制造方法和使用该器件的电声换能装置
US20050252298A1 (en) * 2004-05-17 2005-11-17 Kavlico Corporation Reliable piezo-resistive pressure sensor
CN1929699A (zh) * 2005-09-05 2007-03-14 株式会社日立制作所 电声变换元件
US20070264732A1 (en) * 2006-03-10 2007-11-15 Jingkuang Chen Three-Dimensional, Ultrasonic Transducer Arrays, Methods of Making Ultrasonic Transducer Arrays, and Devices Including Ultrasonic Transducer Arrays
EP2135685A1 (en) * 2008-06-19 2009-12-23 Hitachi Ltd. Ultrasonic transducers and methods of manufacturing the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104415902A (zh) * 2013-08-26 2015-03-18 三星电子株式会社 超声换能器及其分割方法和分割器件的方法
CN104415902B (zh) * 2013-08-26 2019-05-31 三星电子株式会社 超声换能器及其分割方法和分割器件的方法
CN106413921A (zh) * 2014-03-12 2017-02-15 皇家飞利浦有限公司 超声换能器组件和用于制造超声换能器组件的方法
CN106413921B (zh) * 2014-03-12 2019-09-03 皇家飞利浦有限公司 超声换能器组件和用于制造超声换能器组件的方法
CN104622512A (zh) * 2015-02-04 2015-05-20 天津大学 椭圆膜单元结构电容式微超声传感器环形阵列及电路系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN103037984B (zh) 2015-12-09
JP2012034280A (ja) 2012-02-16
WO2012017978A3 (en) 2012-11-08
JP5702966B2 (ja) 2015-04-15
WO2012017978A2 (en) 2012-02-09
EP2603326A2 (en) 2013-06-19
US20130126993A1 (en) 2013-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103037984B (zh) 机电换能器及其制造方法
US8653613B2 (en) Electromechanical transducer and method of manufacturing the same
CN102744193B (zh) 电气机械变换器及其制造方法
EP2969914B1 (en) Complementary metal oxide semiconductor (cmos) ultrasonic transducers and methods for forming the same
US20200331750A1 (en) Methods of fabricating semiconductor structures including cavities filled with a sacrificial material
US8402831B2 (en) Monolithic integrated CMUTs fabricated by low-temperature wafer bonding
CN102728534A (zh) 机电换能器及其制造方法
KR101473709B1 (ko) 전기기계 변환장치의 제조 방법
JP2010238921A (ja) Memsセンサ
CN108217581A (zh) 一种mems压电传感器及其制作方法
JP5812625B2 (ja) 静電容量型電気機械変換装置の製造方法
CN101604069B (zh) 一种基于键合工艺的三层连续面型mems变形镜的制作工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20151209

Termination date: 20170726

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee