CN104379268B - 晶片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种被细分并且可分离成多个管芯的晶片(100)。每个管芯(110)包括电容式微机械换能器单元(1)的阵列。每个单元包括：包括第一电极(11)的基底(10)、包括第二电极(14)的膜(13)以及在所述基底(10)与所述膜(13)之间的空腔(12)。所述管芯(110)的至少部分的每个单元(1)包括所述膜(13)上的补偿板(15)，每个补偿板(15)具有用于影响所述膜(13)的弓度(h)的配置。所述补偿板(13)的所述配置在所述晶片(100)上变化。本发明还涉及一种制造这样的晶片的方法和制造这样的管芯的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种被细分并且可分离成多个管芯的晶片，每个管芯包括电容式微机械换能器单元的阵列，具体为电容式微机械超声换能器(CMUT)单元或电容式微机械压力传感器单元的阵列。本发明还涉及一种制造这样的晶片的方法。本发明还涉及一种制造这样的管芯的方法，具体为制造用于形成超声换能器或压力传感器的管芯的方法。
背景技术
任何超声(成像)系统的核心是将电能转换成声能并且转换回来的超声换能器。传统上，这些超声换能器由被布置在线性(1D)换能器阵列中的压电晶体制成，并且以高达10MHz的频率工作。然而，朝向矩阵(2D)换能器阵列的趋势和朝向将超声(成像)功能集成到导管中和导线的小型化的驱使已经引起所谓电容式微机械超声换能器(CMUT)单元的发展。CMUT单元包括在单元膜下面的空腔。为了接收超声波，超声波引起单元膜移动或振动，并且能够检测电极之间的电容的变化。从而超声波被转变为对应的电信号。相反地，应用到电极的电信号引起单元膜移动或振动，并且从而发射超声波。
CMUT单元的膜一般由若干材料或层组成，例如被嵌入在氧化物或氮化硅中的金属电极。取决于应力的符号或方向，在这些层中的残余应力引起单元膜向上或向下弯曲。因此，单元膜具有特定量的并且在(向上或向下)方向上的弓度或弯曲度。该弓度或弯曲度引起单元的电属性和声属性中的移位。例如，其影响崩溃电压，并且假设偏置电压恒定，其也影响中心频率。已经做出努力来解决该问题。例如，Hyo-Seon Yoon等人在“Fabrication ofCMUT Cells with Gold Center Mass for Higher Output Pressure”(10thInternational Symposium on Therapeutic Ultrasound(ISTU2010)AIPConf.Proc.1359，第183-188页，2011年)一文中公开了通过对基本CMUT单元结构的修正来提高单个CMUT单元的输出压力的方式，即通过在顶部CMUT板的中心上添加黄金块。
US 2009/080292 A1建议通过提供多层电极来改进CMUT的电老化问题，所述多层电极包括多层导电或半导电的材料。在层之间的功函数和/或电阻率的差提供电老化的期望的规避或限制。
WO 2009/037655 A2公开了一种用于生产崩溃前CMUT的制造方法。所述方法包括定义通过CMUT结构的膜的孔，并且在膜和基底上应用偏置电压，以便使膜的区崩溃近似于孔。
此外，一般具有关于这样的超声换能器或CMUT设备的严格规范。其制造涉及相当复杂的过程。一般，首先制造大的晶片，然后将所述晶片分离成多个管芯，每个包括CMUT单元的阵列。在该方面，当试图满足针对超声换能器或CMUT设备的严格规范时，具体的挑战是制造中的产量损失。
发明内容
本发明的目的是提供具有改进和/或更廉价的制造具体为减少的产量损失的晶片。本发明的又一目的是提供具体为具有减少的产量损失的制造晶片的改进方法和制造管芯的改进方法。
在本发明的第一方面中，提出一种被细分并且可分离成多个管芯的晶片，每个管芯包括电容式微机械换能器单元的阵列，每个单元包括：包括第一电极的基底、包括第二电极的膜以及在所述基底与所述膜之间的空腔，其中，所述多个管芯中的至少部分管芯中的每个单元包括所述膜上的补偿板，每个补偿板具有用于影响所述膜的弓度的配置，其中，所述补偿板的所述配置在晶片上变化。
在本发明的又一方面，提出一种制造晶片的方法，所述方法包括：提供被细分并且可分离成多个管芯的晶片，每个管芯包括电容式微机械换能器单元的阵列，每个单元包括：包括第一电极的基底、包括第二电极的膜以及在所述基底与所述膜之间的空腔；以及提供在所述多个管芯中的至少部分管芯中的每个单元的膜上的补偿板，每个补偿板具有用于影响所述膜的弓度的配置，其中，在所述晶片上使所述补偿板的所述配置变化。
在本发明的又一方面，提出一种制造管芯的方法，所述管芯包括电容式微机械换能器单元的阵列，所述方法包括制造所述晶片的所述方法的步骤，并且还包括从所述晶片中分离所述管芯。
本发明的基本思想是在晶片上，具体为在晶片的直径上使补偿板的配置变化。每个补偿板具有用于影响(即，减少或增加)膜的弓度的配置。因此，每个补偿板给膜的弓度提供补偿或补偿作用。已经发现膜的弓度通常取决于在晶片上的特定位置，具体为膜或其对应管芯的位置。例如，一个或多个中心管芯具有与一个或多个边缘管芯相比不同的弓度。因为电特性和诸如声输出压力和中心频率的声特性取决于弓度，并且因此也是非均匀的，所以相当不想要膜弓度的该非均匀性。因为具有关于换能器，具体为CMUT设备的严格规范，所以非均匀性性转化为产量损失。本发明通过在晶片上，具体为在其直径上使补偿板的配置变化解决了该问题。用这种方式在晶片上使补偿的量和/或方向变化。用这种方式大幅减少在晶片上的膜弓度的变化。因此，具有针对在晶片上的膜弓度的变化的补偿或补偿作用。因此，减少在制造中的产量损失。应当理解，在本文中的术语直径具体涉及在其表面上(在正交于其厚度的平面中)的晶片的最大维度。术语补偿板的配置具体能够涉及补偿板的形状、尺寸和/或厚度。用这种方式，补偿板的形状、尺寸和/或厚度用于控制补偿。形状、尺寸和/或厚度确定补偿量并且也确定补偿的方向(或符号)(向上或向下)。
优选地，补偿板的配置在晶片上变化，使得单元的膜弓度大体均匀。换言之，将在晶片上的单元的膜弓度制作地大体均匀或相同。膜弓度不必需要为零，但需要在晶片上大体均匀。应当理解，目标是使单元的膜弓度完全均匀或相同。然而，在实际中仍然可以具有膜弓度的一些微小的或可忽略的变化。例如，在多个步骤中，优选在少数步骤(例如，两个或三个)中能够执行变化或补偿。因此，在实际中膜弓度的一些变化可以保持，然而，所述变化是微小的或可忽略的。在晶片上的补偿板的配置的变化提供膜弓度的变化的显著改进。
优选地，每个管芯的单元的补偿板的配置大体均匀。换言之，能够假定一个管芯之内的单元的膜弓度是(大体)均匀或相同的。归因于与晶片的总尺寸相比管芯的尺寸小，该假定是真的。在实际中，仍然可以具有在一个管芯之内的膜弓度的一些变化，然而，归因于与晶片的直径相比管芯的尺寸小，所述变化是微小的或可忽略的。换言之，在管芯之内的弓度的变化可以是非常小的或可忽略的。如果仍然具有在管芯之内的一些微小变化，则与在晶片上的变化相比这小得多。优选地，一个管芯之内的单元膜弓度是大体均匀的，并且不同管芯的弓度是大体均匀的。
在从属权利要求中定义本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的制造晶片的方法或制造管芯的方法具有与要求保护的晶片以及与在从属权利要求中定义的类似和/或相同的优选实施例。
在第一实施例中，补偿板的形状在晶片上变化。这提供使补偿板的配置变化的特别容易的方式。在该实施例中，补偿板的配置涉及补偿板的形状。例如，形状能够在圆形形状与环形形状之间变化，尤其对于圆形形状的单元或单元膜。圆形形状和环形形状的补偿板能够具有相反的补偿作用(例如，圆形形状能够使膜向下弯曲，并且环形形状的补偿板能够使膜向上弯曲)。
在第二实施例中，补偿板的尺寸在晶片上变化。这提供使补偿板的配置变化的特别容易的方式。在该实施例中，补偿板的配置涉及补偿板的尺寸。例如，在制造中，通过使用具有变化的尺寸和/或形状的光刻掩膜能够容易地使补偿板的尺寸变化。用这种方式，需要用于提供补偿板的仅仅一个额外的光刻步骤。
在该实施例的变型中，每个补偿板具有圆形形状，所述圆形形状具有板直径，并且其中，板直径在晶片上变化。该(连续)圆形形状或盘提供使补偿板的尺寸变化的特别容易和/或有效的方式，尤其对于圆形形状的单元或单元膜。当使板直径变化(即增加或减小)时，补偿作用被增加。
在该实施例的另一变型中，每个补偿板具有环形形状，所述环形形状具有内部板直径，并且其中，内部板直径在晶片上变化。该环形形状提供使补偿板的尺寸变化的另一特别容易和/或有效的方式，尤其对于圆形形状的单元或单元膜。当使内部板直径变化(即增加或减小)时，补偿作用被增加。
在第三实施例中，补偿板的厚度在晶片上变化。这提供使补偿板的配置变化的特别有效的方式。在该实施例中，补偿板的配置涉及补偿板的厚度。例如，在制造中，通过在多个管芯中的至少部分管芯中的每个单元上应用/沉积至少两个材料层能够使补偿板的厚度有效地变化。然后需要用于提供补偿板的多个额外的沉积步骤，而且能够实现的补偿作用非常好。因此，在多个步骤，具体地在多个(金属)沉积步骤中能够使厚度变化。当增加(金属)补偿板的厚度时，补偿作用被增加。
在该实施例的变型中，补偿板中的至少部分补偿板比其他补偿板包括更多的层。这提供使补偿板的厚度变化的特别有效和/或容易的方式。例如，在制造中，通过应用/沉积第一层并且应用/沉积至少第二层，使得补偿板中的至少部分补偿板比其他补偿板包括更多的层，从而能够使补偿板的厚度有效地变化。
在另一实施例中，补偿板的配置逐步从晶片的第一区域变化到晶片的第二区域。用这种方式，仅仅需要有限数目的变化或步骤来提供足够的补偿。具体地，第一区域和第二区域每个包括多个管芯。例如，补偿板的配置可以逐步从第一区域变化到第二区域以及从第二区域变化到第三区域。例如，三个或更少的区域可以足以提供足够的补偿。
在另一实施例中，补偿板由金属，具体为铝制成。金属使能够以特别容易的方式提供补偿板。具体地，铝提供具体地可预测的制造过程。尽管可以优选铝，但是也可以使用任何其他材料，只要其很好地控制补偿板的应力。
在又一实施例中，每个单元包括在补偿板上的保护涂层。这提供补偿板对其环境的保护，例如，对腐蚀的保护。该保护涂层或钝化层能够是薄的，例如200nm以下或100nm以下。例如，保护涂层能够由氮化硅(Si3N4)制成。
在另一实施例中，所述方法包括在提供补偿板之前确定每个管芯的单元的膜弓度的步骤。用这种方式，能够确定在晶片上的膜弓度的变化样式或分布。然后根据该变化样式或分布能够使补偿板的配置变化。具体地，当开始制造晶片时，对于第一晶片能够执行该确定步骤仅仅一次。然后对于后续晶片，能够假定膜弓度的变化是相同的。当然，在制造每个单个晶片之前，也可能执行该确定步骤。这将以更加耗时的制造为代价来提供更加准确的补偿。例如，确定步骤能够包括确定在晶片上的补偿量是否足够，以及如果确定在晶片上的补偿量不够，则调节补偿量。例如，通过诸如崩溃电压的测量的电测量能够执行晶片上的补偿量是否足够的确定。
在又一实施例中，提供补偿板的步骤包括使用具有变化的尺寸和/或形状的光刻掩膜。用这种方式在晶片上能够使补偿板的尺寸和/或形状变化。这提供使补偿板的配置变化的特别容易的方式。需要用于提供补偿板的仅仅一个额外的光刻步骤。换言之，经由光刻，具体地通过在光刻胶中的光刻掩膜的成像和摹制，应用补偿板的尺寸和/或形状。
在另一实施例中，提供补偿板的步骤包括应用第一层并且应用至少第二层，使得补偿板中的至少部分补偿板比其他补偿板包括更多的层。用这种方式在晶片上能够使补偿板的厚度变化。这提供使补偿板的配置变化的特别有效的方式。换言之，通过在多个管芯中的至少部分管芯中的每个单元上应用/沉积至少两个材料层能够使补偿板的厚度有效地变化。然后需要用于提供补偿板的多个额外的沉积步骤，而且能够实现的补偿作用非常好。补偿板的厚度是沉积参数。具体地以将单元的膜弓度制作地大体均匀的方式能够选择该沉积参数。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得到阐明。在下图中
图1示出了示例性电容式微机械换能器单元，具体为CMUT单元的示意图；
图2示出了关于CMUT单元的阵列的示例性三维顶视图；
图3示出了图2的CMUT单元的横截面剖面图；
图4示出了具有补偿板的示例性CMUT单元的示意性横截面；
图4a示出了针对四个不同厚度的补偿板，根据补偿板的半径的膜的弓度的示例性曲线图；
图5示出了具有CMUT单元的阵列的管芯的示意性横截面；
图6示出了没有补偿板的配置的变化的在晶片上的崩溃电压的示例性变化的示意图；
图7示出了被细分并且可分离成多个管芯的晶片的示意性横截面；
图8示出了根据第一实施例的晶片的示意性横截面；
图8a示出了在膜上的圆形形状的补偿板的示例性顶视图；
图8b示出了在膜上的环形形状的补偿板的示例性顶视图；
图9示出了根据第二实施例的晶片的示意性横截面；
图10示出了根据第三实施例的晶片的示意性横截面；
图11示出了根据第四实施例的晶片的示意性横截面；
图12示出了根据第五实施例的晶片的示意性横截面；
图13示出了根据第六实施例的晶片的示意性横截面；
图14示出了根据又一实施例的晶片的顶视图；
图15示出了无补偿的边缘管芯的CV曲线和中心管芯的CV曲线；以及
图16示出了具有补偿的边缘管芯的CV曲线和中心管芯的CV曲线。
具体实施方式
图1示出了示例性电容式微机械换能器单元1，具体为CMUT单元的示意图。单元1包括(例如由硅酮制成的)基底10，所述基底10包括第一电极11，也称为底电极。在图1中示出的该范例中，第一电极11被嵌入基底或基底基层10。然而，应当理解，所述第一电极也可以被应用在基底或基底基层的顶部。单元1还包括(例如由氮化硅制成的)膜13，所述膜13包括第二电极14，也称为顶电极。在图1中示出的该范例中，第二电极14被嵌入膜或膜基层13。然而，应当理解，所述第二电极也可以被应用在膜或膜基层的顶部。单元1还包括在基底10与膜13之间的空腔12。该空腔12以接近真空的低压被正常地保持，并且提供在基底10与膜13之间的空间。在这样的CMUT单元中，为了接收超声波，超声波引起单元膜13移动或振动，并且能够检测电极11、13之间的电容的变化。从而超声波被转变为对应的电信号。相反地，应用于电极11、13的电信号能够引起单元膜13移动或振动，并且从而发射超声波。
从技术的角度，原则上以任何传统方式能够制造崩溃前的电容式微机械换能器单元(具体为CMUT)，例如，其在WO 2010/032156A2中被详细描述，通过引用将其并入本文。
尽管已经说明了图1，并且将对说明书的余下部分进行了说明，就用于发射和/或接收超声波的CMUT单元而言，应当理解，电容式微机械换能器单元也能够用于另一目的，例如作为压力传感器。在压力传感器单元中，膜13经历引起膜13屈曲或弯曲的压力。膜13的位置的变化引起在第一电极11与第二电极14之间的距离的改变，从而改变在他们之间建立的电容。检测电容的该改变并且将其转换成压力测量改变。应当注意，图1的绘制仅仅是示例性的，并且单元1可以包括其他特征或层或层堆叠，这对于设备的处理和电操作是必要的。
图2示出了关于CMUT单元1，具体为参考图1说明的单元的阵列的示例性三维顶视图。CMUT单元1的阵列形成矩阵(2D)换能器阵列。在该范例中，每个CMUT单元1具有圆形形状，所述圆形形状具有单元1或其膜13的直径2rm。图3示出了图2的CMUT单元的横截面剖面图。如在图3中能够看到的，单元1的膜13具有弯曲度或弓度h。有时弓度h也被称为膜的挠度、位移或形变。弓度h一般具有特定的量并且在特定方向，其是向上或向下的。在图3的该范例中，弓度h具有约200nm的量和向上的方向。弓度h引起单元1的电属性和声属性的移位。弓度h影响崩溃电压(例如高达25％)，并且假定恒定的偏置电压，也影响(例如约1-2MHz)中心频率。
为了影响弓度，能够使用膜或膜基层13上(例如顶部上的)的补偿板15。图4示出了具有这样的补偿板15的示例性CMUT单元1(具体地如参考图1至图3说明的)的示意性横截面。图4中的箭头B图示了该具体CMUT单元1具有围绕单元或膜的中心(横)轴A(正交于膜的表面)的圆对称性。在图4中示出的CMUT单元的截面集中于膜13上。也示出了针对膜13的锚点13a。补偿板15被布置在膜或膜基层13上。应当理解，如参考图1说明的，当接收和/或发射超声波时，补偿板15也振动或移动。因此，能够假定补偿板15也是膜13的部分，具体地被布置在膜基层上。在图4中示出的范例中，补偿板15被布置在空腔12对面的膜或膜基层13的外表面上。
一般地，膜13中的应力可以引起膜弓度。在一个范例中，温度改变或热感应应力可以是膜弓度(或也称未挠度)的根本原因。其一般源于组成膜13的材料的设计和特性。第二(顶)电极14由不同于膜或膜基层自身的材料的导电材料制成。在温度改变的影响下，两种材料以不同速率膨胀或收缩，并且具有不同的膨胀特性。这创造在膜之内的热感应应力和动量。该热感应应力和动量可以触发膜的移动，从而激发电容改变。通过将补偿板15应用在膜13上，能够影响膜的弓度或挠度。
根据以下能够对膜13的弓度或挠度h进行建模：
h＝h顶+h底，
以及
其中
M＝S·((h2-0.5h3)2-(h1-0.5h3)2)
S＝(α1·E1-α2·E2)·ΔT
其中，
h是归因于应力(例如热感应应力)，在空腔的中心点，具体为中心(横)轴A处朝向基底的膜的挠度，
M是归因于应力(例如热感应应力)的膜的动量，
D是膜13的抗弯刚度，
rm是(如从空腔的中心点定义的)膜的半径，
rb-底是(如从空腔的中心点定义的)第二(顶)电极14的半径，
rb-顶是(如从空腔的中心点定义的)补偿板15的半径，
h1、h2以及h3分别是(如从形成空腔侧面的膜的内表面测量的)第二(顶)电极14的第一侧的距离、第二(顶)电极14的第二侧的距离以及膜13的厚度，
υ是泊松比，
S是膜中的热应力，
E是膜13的材料的杨氏模量，E1和E2分别涉及第二(顶)电极14和膜13，
ΔT是温度改变，并且
α是材料的膨胀系数，α1和α2分别涉及第二(顶)电极14和膜13。
应当理解，热感应应力仅是一个范例，但是可以具有引起膜中应力的其他或额外的原因。因此，在以上公式中，S一般可以或也被称为“应力值”。此外，应当理解，针对在图4中指示的具体膜构造导出针对膜弓度或挠度h的以上公式，这是简化的公式。因此，应当理解，这仅仅是突出主要作用中的一些的图示。
能够使补偿板15的尺寸(或直径d，其中，在图4中仅仅示出了半径d/2或rb-顶)和/或厚度变化以产生不同补偿作用。这将参考图4a更加详细地说明。图4a示出了针对四个不同厚度的补偿板，根据补偿板15的半径rb的膜13的弓度或挠度的示例性曲线图。对于图4a的曲线图，使用如参考图4说明的，在膜的中心的圆形形状的补偿板15。补偿板由铝制成。膜半径rm是30μm。第一曲线C1指示80nm的补偿板厚度(用圆圈指示)，第二曲线C2指示100nm的补偿板厚度(用菱形指示)，第三曲线C3指示120nm的补偿板厚度(用正方形指示)，并且第四曲线C4指示140nm的补偿板厚度(用三角形指示)。线C5指示为零的补偿板厚度，因此未呈现补偿板。现在可能选择补偿板的厚度和尺寸，使得实现特定弓度或挠度，例如零弓度或零挠度。对于24μm的补偿板半径rb的特定范例，如由图4a中的垂直虚线指示的，补偿板厚度应当约为100nm以便实现零弓度或零挠度。或反过来，对于100nm的补偿板厚度，补偿板半径rb应当约为24μm以便实现零弓度或零挠度。因此，一般对于给定形状的补偿板，补偿15板的尺寸和厚度用于影响膜13的弓度h。
图5示出了具有CMUT单元1，具体为如参考图1至图4说明的CMUT单元的阵列的管芯110的示意性横截面。CMUT单元1一个挨着一个地被布置在阵列中。每个单元膜13包括补偿板15。补偿板15能够例如由金属，具体为铝制成，所述铝提供具体可预测的制造过程。尽管可以优选铝，但是也可以使用任何其他材料，只要其很好地控制或补偿补偿板15的应力。此外，每个单元1可以任选地包括在补偿板15上的保护涂层。保护涂层或钝化层可以是薄的，例如200nm以下或100nm以下。例如，保护涂层能够由氮化硅(Si3N4)制成。例如在图5中示出的，将管芯110从晶片100中分离之后，然后管芯110可以用于形成换能器，具体为超声换能器或压力传感器。为此，可以提供去往可能相关联的ASIC的外部连接或去往外部环境的任何其他连接。例如，管芯110可以被放置在ASIC的顶部。
用于制造这样的换能器设备的晶片包括多个这样的管芯110，具体地如参考图5说明的。因此，晶片可被细分和可分离成多个管芯110。由于晶片一般包括大量的管芯110，因此与晶片的总尺寸或总直径相比，管芯110的尺寸非常小。例如，管芯的尺寸能够在晶片的总尺寸或总直径的约1/10至1/50之间。换言之，晶片能够例如具有至少10至50个之间的管芯。仅为了给出特定的非限制性范例，管芯的尺寸能够在仅仅5至10mm之间，而晶片的尺寸或直径能够例如在150至200mm。具体地，晶片尺寸能够是固定值，例如150mm(也称为6英寸)、200mm(也称为8英寸)或300mm(也称为12英寸)。应当理解，晶片也能够具有另一固定尺寸，例如100mm(也称为4英寸)。
已经发现单元膜13的弓度h通常取决于在晶片上的特定位置，具体为膜13或其对应的管芯的位置。与边缘管芯相比，中心管芯具有不同的弓度h。这将参考图6进一步说明。图6示出了没有补偿板的配置变化的在晶片100上的崩溃电压Vc的示例性变化的示意图。图6中的大圆圈表示晶片100的边或边缘101。晶片100具有直径D。直径D由晶片100的边或边缘101定义。尽管图6示出了圆形形状的晶片100，应当理解，术语直径不限于圆形的晶片形状，但一般也涉及在晶片表面上的晶片的最大维度(在正交于晶片厚度的平面中)。图6中的小圆圈中的每个表示晶片的管芯中的一个。利用每个小圆圈表示管芯，在图6中数目被关联。每个数目指示或表示对应管芯的崩溃电压Vc。在每个管芯之内，假定膜弓度是(大体)均匀的。由于崩溃电压Vc与弓度h有关，因此崩溃电压Vc是弓度h的指示。如在图6中能够看到的，在晶片100的中心中(其中具有中心管芯)，崩溃电压Vc约为96V，并且在靠近晶片100的边缘或边(其中具有边缘管芯)，崩溃电压Vc约为130V或140V。如图6示出的，膜弓度引起崩溃电压的变化，变化范围从在晶片中心的约95V增加到靠近晶片100的边缘102的约130V或140V。如在图6中能够看到的，弓度在晶片100上变化，并且朝向晶片100的边缘101增加。在图6中示出的放射样式是针对使用的(一个或多个)特定的沉积工具的特性。因此，应当理解，在图6中的样式是简单示例性的。可以假定在制造中从晶片到晶片重新产生变化或样式。
例如在图6中示出的，因为电特性和诸如声输出压力和中心频率的声特性取决于弓度h，并且因此也是非均匀的，所以相当不想要膜弓度的该非均匀性。为了解决该问题，在晶片100上，更具体地在晶片100的直径D上使补偿板的配置变化，以下将更加详细地对其进行说明。
图7示出了被细分并且可分离成多个管芯110的晶片100的示意性横截面。每个管芯110包括电容式微机械换能器单元1，具体为例如如参考图5说明的CMUT单元的阵列。应当理解，为了简化的目的，在图5及以下附图中针对每个管芯仅仅示出两个单元，并且每个管芯原则上能够包括任何适当数目的单元。例如如参考图1说明的，每个单元1包括：包括第一电极11的基底10(为了简化的目的在图7中未示出)、包括第二电极14的膜13(为了简化的目的在图7中未示出)以及在基底10与膜13之间的空腔12。多个管芯中的至少部分管芯中的每个单元1包括在膜13上的补偿板15(为了简化的目的在图7中未示出)。例如如参考图4或图5说明的，每个补偿板具有用于影响膜13的弓度h的配置。补偿板15的配置在晶片的直径D上变化。用这种方式在晶片上使补偿的量变化。补偿板15的配置在晶片的直径D上变化，使得单元1的膜弓度被制作地大体均匀。膜弓度不必需要为零，但在晶片上需要大体均匀。此外，假定每个管芯110的单元的补偿板15的配置大体均匀。归因于与晶片100的总尺寸D相比管芯110尺寸小，该假定是真的。
参考图4a，已经说明对于给定形状的补偿板，补偿板的尺寸和厚度能够用于影响膜的弓度h。如上所述，如参考图4a说明的，单元的膜的弓度不必需要被制作为零，但是通过使补偿板的配置变化，例如通过针对给定形状选择尺寸和厚度，膜弓度被制作为在晶片上大体均匀。更一般地，能够说能够使补偿板15的形状、尺寸和/或厚度变化，以产生不同的补偿作用。因此，补偿板15的形状、尺寸和/或厚度用于控制补偿。形状、尺寸和/或厚度确定补偿的量并且也确定补偿的方向(或符号)(向上或向下)。因此，补偿板的配置能够涉及补偿板的形状、尺寸和/或厚度，尤其涉及(针对给定形状的)补偿板的尺寸(或长度或直径)和/或厚度。例如，由于利用多种材料进行制造将是更加复杂的，因此能够使用针对补偿板的共同的材料。然而，补偿板的配置也可以涉及补偿板的材料。具体地，材料定义杨氏模量E、泊松比υ以及热膨胀系数α。如结合以上公式说明的，这些属性也影响应力或膜弓度。
现在，将说明制造这样的晶片100的对应方法。制造这样的管芯110的方法额外地包括将管芯110从晶片100中分离的(最终)步骤。例如在图6中示出的，制造这样的晶片的方法首先包括提供晶片100，具体为具有非均匀膜弓度的晶片的步骤，所述晶片100被细分并且可分离成多个管芯110。所述方法还包括在多个管芯110中的至少部分管芯中的每个单元1的膜13上提供补偿板15的步骤，每个补偿板15具有用于影响膜13的弓度h的配置，其中，在晶片100的直径D上使补偿板15的配置变化。任选地，所述方法可以包括在提供补偿板15之前确定每个管芯110的单元1的膜弓度h的步骤。用这种方式，能够确定在晶片上的膜弓度的变化样式或分布，并且然后根据该变化样式或分布能够使补偿板15的配置变化。当开始制造晶片时，对于第一晶片能够完成该确定步骤仅仅一次，然后对于后续的晶片100，当膜弓度变化时，能够假定所述确定步骤是相同的。当然，在制造每个单个晶片之前，也可能执行该确定步骤。这将以更加耗时的制造为代价来提供更加准确的补偿。例如，确定步骤能够包括确定在晶片上的补偿量是否足够，以及如果确定在晶片上的补偿量不够，则调节补偿量。例如，通过诸如崩溃电压的测量的电测量能够执行晶片上的补偿量是否足够的确定。这提供验证或核对在晶片上的补偿量是否足够或良好，并且如果需要改进则进行调节。
参考图8至图14，现在将说明补偿板的配置的变化的各种范例。尽管图8至图14中的每个示出了不同的实施例，应当理解，能够以任何适当的方式组合或互换不同实施例的特征。
图8示出了根据第一实施例的晶片100的示意性横截面。在图8的该第一实施例中，补偿板15的形状在晶片的直径D上变化。因此，在该实施例中的术语补偿板的配置涉及补偿板15的形状。在晶片的中心(区域R1)的管芯110的补偿板15具有不同于在晶片的边缘处(区域R2)的管芯110的补偿板15的形状。在图8中示出的该特定实施例中，中心管芯(区域R1)具有环形形状，并且边缘管芯具有(连续的)圆形形状，或也称盘形。因此，形状在圆形形状与环形形状之间变化。
图8a示出了在膜上的圆形形状的补偿板的示例性顶视图，并且图8b示出了在膜上的环形形状的补偿板的示例性顶视图。(连续的)圆形形状的补偿板被安置为居中地围绕膜的中心轴A。用这种方式能够减少膜的向上弓度。另外，环形形状的补偿板被安置于居中地围绕膜的中心轴A。用这种方式能够减少膜的向下弓度。因此，在这种情况下，补偿板的形状影响弓度的方向。
图9示出了根据第二实施例的晶片100的示意性横截面。在图9的该第二实施例中，补偿板15的尺寸d1、d2在晶片的直径D上变化。因此，在该实施例中的术语补偿板的配置涉及补偿板15的尺寸。在晶片中心(区域R1)的管芯110的补偿板15具有第一尺寸d1，并且在晶片边缘处(区域R2)的管芯110的补偿板15具有第二尺寸d2，其中，第一尺寸d1小于第二尺寸d2。因此，尺寸d1、d2在晶片100的直径D上变化。当从晶片中心(第一区域1)到晶片边缘(第二区域R2)增加补偿板15的尺寸时，膜弓度被减小。例如，如果图9中的每个补偿板15具有(连续的)圆形形状，则尺寸d1、d2对应于板直径。然而，应当理解，一般单元1能够具有任何其他适当的形状。例如，补偿板能够具有环形形状，将参考11更加详细地对其进行说明。在制造中，通过使用具有变化的尺寸和/或形状的光刻掩膜，具体为通过在光刻胶中的光刻掩膜的成像和摹制，能够容易地使补偿板15的尺寸变化。然后需要用于提供补偿板的仅仅一个额外的光刻步骤。例如，对于光刻能够使用步进器或者接触印片机。步进器是那时以高分辨率曝光一个管芯的众所周知的生产工具。步进器通常使用4x或5x的缩减量。接触印片机使用1x的缩减量，并且在一个曝光中曝光整个晶片。这将允许补偿量的更多变化。
图10示出了根据第三实施例的晶片的示意性横截面。在图10的该第三实施例中，补偿板15的厚度t1、t2在晶片100的直径D上变化。因此，在该实施例中的术语补偿板的配置涉及补偿板15的厚度。在晶片中心(区域R1)的管芯的补偿板15具有第一厚度t1，并且在晶片边缘处(区域R2)的管芯的补偿板具有第二厚度t2，其中，第一厚度t1小于第二厚度t2。在图10的实施例中，中心管芯的补偿板15仅仅具有单个层15a，而边缘管芯的补偿板15具有第一层15a和第二层15b。因此，在该实施例中，补偿板15的部分(这里是边缘管芯(区域R2)的补偿板)比其他补偿板15(在这种情况下为中心管芯(区域R1)的补偿板15)包括更多的层。尽管在图10中示出了与两个层相比的单个层，应当理解，能够使用任何其他适当数目的层，只要其具有厚度的变化。更厚的(例如金属)补偿板增加补偿作用。换言之，当增加厚度时，补偿作用被增加。在制造中，通过在多个管芯中的至少部分管芯(例如在图10中的区域R2中的边缘管芯)中的每个单元上应用/沉积(例如通过金属沉积)至少两个材料层能够有效地使补偿板15的厚度t1、t2变化。因此，能够沉积第一层15a和第二层15b，使得补偿板15中的部分补偿板(例如在图10中的区域R2中的边缘管芯的补偿板)比其他补偿板(例如在图10中的区域R1中的中心管芯的补偿板)包括更多的层。然后需要用于提供补偿板的多个额外的沉积步骤，而且能够实现的补偿作用非常好。因此补偿板15的厚度t是沉积参数。以将单元的膜弓度制作地大体均匀的方式能够选择该沉积参数。
图11示出了根据第四实施例的晶片的示意性横截面。在图11的该第四实施例中，每个补偿板15具有环形形状，所述环形形状具有内部板直径di1、di2。内部板直径di1、di2在晶片100的直径D上变化。在晶片中心(区域R1)的管芯的补偿板15具有第一内径di2，并且在晶片边缘处(区域R2)的管芯的补偿板具有第二内径di2，其中，第一内径di1大于第二内径di2。因此，当使内部板直径变化时，补偿作用被增加。
在图7至图11的实施例中的每个中，晶片100的所有管芯110包括补偿板15。然而，应当理解，也仅仅管芯110中的部分管芯可以包括补偿板，而其他管芯可以不包括任何补偿板。这例如在图12中被示出，所述图12示出了根据第五实施例的晶片100的示意性横截面。在图12的该实施例中，晶片100的管芯110中的部分管芯不包括补偿板15。在晶片中心(区域R1)的管芯没有补偿板，而在晶片边缘处(区域R2)的管芯具有补偿板15。另外在该实施例中，补偿板的配置在晶片的直径D上变化，即，从没有补偿板的配置到具有补偿板15的配置变化。
在图7至图12的实施例中的每个中，补偿板的配置从晶片100的第一区域R1到晶片100的第二区域R2逐步变化，其中，第一区域在晶片的中心，并且第二区域在晶片的边缘处。在图7至图12的实施例中的每个中，第一区域R1和第二区域R2每个包括多个管芯110。应当理解，每个区域R1、R2也能够包括仅仅一个管芯或任何适当数目的管芯。而且，应当理解，也能够提供多于两个区域，将参考图13对其进行说明。
图13示出了根据第六实施例的晶片100的示意性横截面。在图13的该实施例中，补偿板15的配置从第一区域R1到第二区域R2以及从第二区域R2到第三区域R3逐步变化。这里，第一区域R1在晶片的中心，第二区域R2在晶片的中间，并且第三区域R3在晶片的边缘处。三个或更少的区域可以足以提供足够的补偿。然而，一般，能够提供任何适当数目的区域。
对于图8至图13中的每个，假定膜弓度中的特定的变化样式。例如参考图6已经对此进行了说明，(例如通过测量崩溃电压确定的)膜弓度从晶片的中心到晶片的边缘几乎对称地增加。应当理解，这些范例仅出于图示的目的，并且能够从其中容易地扣除取决于特定的情况或应用的配置的任何适当的变化。具体地，当已知在晶片上的膜弓度的变化样式或分布时，然后能够以任何适当的方式根据该已知变化样式或分布来使补偿板的配置变化。
图14示出了根据又一实施例的晶片100的顶视图。具体地，图14示出了配置的非对称变化。在图14的该实施例中，补偿板15的配置在直径D上从第一区域R1到第二区域R2到第三区域R3到第四区域R4逐步变化。在这种情况下这些区域R1、R2、R3、R4不是圆对称的。
为了更好地理解，以下将给出特定的非限制性范例。区域R1中的补偿板能够是环形形状的，使得膜向上弯曲以减少向下弓度。在区域R2中能够不具有补偿板。区域R3中的补偿板能够是圆形形状的，使得膜向下弯曲以减少向上弓度。区域R4中的补偿板也能够是圆形形状的，但是具有至少两层以增加弓度量。应当理解，这只是任意的非限制性范例，并且补偿板的配置取决于(例如通过测量崩溃电压确定的)膜弓度中的给定变化样式。
现在将关于图15和图16说明膜弓度的变化的补偿作用。图15示出了无补偿的边缘管芯的CV曲线和中心管芯的CV曲线，并且图16示出了具有补偿的边缘管芯的CV曲线和中心管芯的CV曲线。对于图15的测量结果，在晶片上没有呈现补偿板。因此，这里使用无补偿或补偿之前的晶片。对于图16的测量结果，在晶片的中心未呈现补偿板，而在晶片的边缘处以200nm厚的铝盘的形式呈现了补偿板。例如如参考图4a说明的，这些铝盘具有最佳选择的尺寸或半径。在图15和图16中的每个中，用虚线指示边缘管芯的CV曲线(电容对电压的曲线)，并且用实线指示中心管芯的CV曲线。在图15和图16中的每个中，指示崩溃电压Vc和快速恢复电压Vs。用Vce指示边缘管芯的崩溃电压，并且用Vse指示边缘管芯的快速恢复电压。用Vcc指示中心管芯的崩溃电压，并且用Vsc指示中心管芯的快速恢复电压。在图15中，无膜弓度的变化的补偿，在中心管芯的崩溃电压Vcc与边缘管芯的崩溃电压Vce之间的差200约为25V。在图16中，具有膜弓度的变化的补偿，在中心管芯的崩溃电压Vcc与边缘管芯的崩溃电压Vce之间的差300几乎为零(0V)。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或范例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践所要求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施，但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。
在权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
Claims (15)
1.一种晶片(100)，其被细分并且能分离成多个管芯，每个管芯(110)包括电容式微机械换能器单元(1)的阵列，每个单元包括：包括第一电极(11)的基底(10)、包括第二电极(14)的膜(13)以及在所述基底(10)与所述膜(13)之间的空腔(12)，其中，所述多个管芯(110)中的至少部分管芯中的每个单元(1)包括所述膜(13)上的补偿板(15)，每个补偿板(15)具有用于影响所述膜(13)的弓度(h)的配置，其中，所述补偿板(15)的所述配置在所述晶片(100)上变化。
2.根据权利要求1所述的晶片，其中，所述补偿板(15)的所述配置在所述晶片上变化，使得所述单元(1)的所述膜弓度(h)大体均匀。
3.根据权利要求1所述的晶片，其中，所述补偿板(15)的形状在所述晶片上变化。
4.根据权利要求1所述的晶片，其中，在一个管芯(110)之内的所述单元(1)的所述补偿板(15)的所述配置大体均匀。
5.根据权利要求1所述的晶片，其中，所述补偿板(15)的尺寸在所述晶片上变化。
6.根据权利要求5所述的晶片，其中，每个补偿板(15)具有圆形形状，所述圆形形状具有板直径(d)，并且其中，所述板直径(d)在所述晶片上变化。
7.根据权利要求5所述的晶片，其中，每个补偿板(15)具有环形形状，所述环形形状具有内板直径(di)，并且其中，所述内板直径(di)在所述晶片上变化。
8.根据权利要求1所述的晶片，其中，所述补偿板(15)的厚度(t)在所述晶片上变化。
9.根据权利要求8所述的晶片，其中，所述补偿板(15)中的至少部分补偿板比其他补偿板包括更多层(15a、15b)。
10.根据权利要求1所述的晶片，其中，所述补偿板(15)的所述配置从所述晶片的第一区域(R1)到所述晶片的第二区域(R2)逐步变化。
11.一种制造晶片(100)的方法，所述方法包括：
-提供被细分并且能分离成多个管芯(110)的晶片，每个管芯包括电容式微机械换能器单元(1)的阵列，每个单元包括：包括第一电极(11)的基底(10)、包括第二电极(14)的膜(13)以及在所述基底(10)与所述膜(13)之间的空腔(12)，并且
-提供在所述多个管芯(110)中的至少部分管芯中的每个单元(1)的所述膜(13)上的补偿板(15)，每个补偿板(15)具有用于影响所述膜(13)的弓度(h)的配置，其中，所述补偿板(15)的所述配置在所述晶片(100)上变化。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括在提供所述补偿板(15)之前确定每个管芯(110)的所述单元(1)的所述膜弓度的步骤。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，提供所述补偿板(15)的所述步骤包括使用具有变化的尺寸和/或形状的光刻掩膜的摹制。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，提供所述补偿板(15)的所述步骤包括应用第一层(15a)并且应用至少第二层(15b)，使得所述补偿板(15)中的至少部分补偿板比其他补偿板包括更多的层。
15.一种制造包括电容式微机械换能器单元(1)的阵列的管芯(110)的方法，所述方法包括根据权利要求11所述的方法的步骤，并且还包括将所述管芯(110)从所述晶片(100)中分离。
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