CN104620603B - 超声换能器及制造其的方法 - Google Patents
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Abstract
一种超声换能器包括：设置在上衬底和支撑物上的第一电极层；设置在上衬底的下表面上且与第一电极层分离的第二电极层；设置在膜的上表面上以接触第一电极层的上表面的上电极；穿过上电极、膜、支撑物和上衬底形成的沟槽；以及设置在上衬底下面且包括分别电连接到第一和第二电极层的接合焊盘的焊盘衬底。
Description
技术领域
与示例性实施方式一致的装置和方法涉及超声换能器及其制造方法，更具体而言，涉及电容式微机械超声换能器(CMUT)及制造其的方法。
背景技术
超声换能器将电信号转换成超声波信号，反之亦然。超声换能器的一示例可以是微机械超声换能器(MUT)。MUT可以是压电微机械超声换能器(PUMP)、CMUT和磁性微机械超声换能器(MMUT)。在这些换能器当中，CMUT在医学图像诊断设备和传感器领域引起注意。CMUT具有作为基本驱动单元的元件被二维地布置的结构。
发明内容
技术问题
当CMUT被驱动时，元件之间不期望的串扰，即干扰，可以在被驱动的元件的振动被传递到其它相邻元件时产生。
解决问题的方案
示例性实施方式可以解决至少以上问题和/或缺点以及以上没有描述的其它缺点。此外，不要求示例性实施方式克服以上描述的缺点，且示例性实施方式可以不克服以上描述的问题中的任何问题。
一个或更多个示例性实施方式提供CMUT以及制造CMUT的方法。
根据示例性实施方式的一方面，一种超声换能器包括：上衬底；支撑物，设置在上衬底上且包括空腔；膜(membrane)，设置在支撑物上且覆盖空腔；设置在上衬底上的第一电极层；第二电极层，电连接到上衬底的下表面且与第一电极层分离；以及沟槽，通过穿透上衬底和下绝缘层形成。
第一电极层可以设置来覆盖上衬底的表面和支撑物的表面。
超声换能器还可以包括通路孔和上电极，第一电极层可以设置来覆盖通路孔的内壁，上电极可以设置在膜上且电连接到第一电极层。超声换能器还可以包括桥膜，桥膜可以被连接到膜，所述膜可以包括硅，以及支撑物可以包括硅氧化物。
超声换能器还可以包括上绝缘层并且上和下绝缘层可以分别形成在上衬底的上表面和下表面上，以及下绝缘层可以被图案化使得第二电极层接触上衬底的下表面。
超声换能器还可以包括第一上焊盘和第二上焊盘，第一和第二上焊盘可以设置在焊盘衬底的上表面上且分别接合到第一电极层和第二电极层。
第一和第二电极层可以包含金(Au)和铜(Cu)的至少一种，第一和第二上焊盘可以包含Au、Cu和锡(Sn)的至少一种。
所述多个接合焊盘还可以包含设置在焊盘衬底的下表面上并且电连接到第一上焊盘和第二上焊盘的第一下焊盘和第二下焊盘。
根据示例性实施方式的另一方面，一种制造超声换能器的方法，所述方法包括：制备包括第一下衬底、第一绝缘层和膜的第一晶片，第一下衬底、第一绝缘层和膜以此次序顺序地层叠；在膜上形成支撑物；制备第二晶片，第二晶片包括上衬底和形成在上衬底的第一表面上的第二绝缘层；将第二绝缘层接合到支撑物以形成空腔；在上衬底上形成第一电极层；在上衬底的第二表面上形成第二电极层；穿过上衬底、第二绝缘层和支撑物形成下沟槽；去除第一下衬底和第一绝缘层；以及在上电极和膜中形成连接到下沟槽的上沟槽。
第一晶片可以是绝缘体上硅(SOI)晶片。支撑物可以通过在膜上形成第三绝缘层并且图案化第三绝缘层来形成。该方法还可以包括在第二绝缘层的所述接合之后加工上衬底以具有预定厚度。
第一和第二电极层的形成可以包括：在上衬底和第二绝缘层中形成通路孔；在通路孔的内壁、膜的通过通路孔暴露的部分、以及上衬底的第二表面上形成第四绝缘层；图案化第四绝缘层以部分地暴露上衬底的第二表面；以及在通路孔内第四绝缘层上形成第一电极层，并且在第四绝缘层和上衬底的暴露的第二表面的部分上形成第二电极层。
制造超声换能器的方法还可以包括在膜上形成上电极以接触第一电极层，上电极的形成可以包括：通过蚀刻通路孔上的膜和第四绝缘层，形成暴露第一电极层的上表面的凹槽；以及在凹槽的内壁和膜上形成上电极。
制造超声换能器的方法还可以包括将其上形成接合焊盘的焊盘衬底接合到第一和第二电极层，所述多个接合焊盘可以包含设置在焊盘衬底的上表面上且分别接合到第一电极层和第二电极层的第一上焊盘和第二上焊盘。第一和第二电极层可以通过共晶接合方法分别接合到第一和第二上焊盘。
根据示例性实施方式的另一方面，一种超声换能器包括：上衬底；支撑结构，设置在上衬底上，该支撑结构包括空腔；膜，设置在所述支撑上；桥膜，在空腔中被连接到膜，并且与支撑结构分离；设置在上衬底上的第一电极层；第二电极层，电连接到上衬底的下表面且与第一电极层分离；以及上电极，设置在膜和桥膜上以接触第一电极层。
根据示例性实施方式的另一方面，一种制造超声换能器的方法，该方法包括：制备包括第一下衬底、第一绝缘层和膜的第一晶片，第一下衬底、第一绝缘层和膜以此次序顺序地层叠；在膜上形成第一支撑物和桥支撑物；通过蚀刻桥支撑物内侧的膜来暴露第一绝缘层；制备第二晶片，第二晶片包括顺序地层叠的第二下衬底、第二绝缘层和第二上衬底；将第二上衬底接合到第一支撑物和桥支撑物；去除第二下衬底和第二绝缘层；通过在第二上衬底上形成第三支撑物并且图案化由第三支撑物暴露的第二上衬底来形成第二支撑物和桥膜；制备第三晶片，第三晶片包括上衬底和形成在上衬底的第一表面上的第三绝缘层，并且将第三绝缘层接合至第三支撑物；在上衬底中形成第一电极层；以及在上衬底的第二表面上形成第二电极层。
附图说明
通过参考附图描述某些示例性实施方式，上述和/或其它方面将变得更明显，在附图中：
图1是根据一示例性实施方式的CMUT的截面图；
图2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12是示出根据一示例性实施方式的制造CMUT的方法的图示；
图13是根据一示例性实施方式的CMUT的截面图；以及
图14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26和27是示出根据一示例性实施方式的制造CMUT的方法的图示。
具体实施方式
以下参考附图更详细地描述某些示例性实施方式。
在以下的描述中，即使在不同的图中，相同的附图标记用于相同的元件。说明书中定义的诸如具体的构造和元件的事物被提供，以协助对示例性实施方式的全面理解。然而，示例性实施方式可以被实施，而没有那些特别限定的事物。而且，众所周知的功能或构造不被详细描述，因为它们会以不必要的细节使本申请模糊。
示例性实施方式可以以许多不同的形式实施，且不应被理解为受到限制。在图中，为了清晰，夸大了层和区域的厚度。还将理解，当一层被称为“在”另一层或衬底“上”时，它可以直接在所述另一层或衬底上，或者也可以存在居间层。例如，在以下描述的示例性实施方式中，形成每个层的材料是示例，因而其它材料也可以被使用。
图1是根据一示例性实施方式的CMUT的截面图。
参考图1，CMUT 98包括多个元件100，每个元件100包括至少一个空腔223。例如，多个元件100通过沟槽彼此分离以防止元件100之间的串扰。在图1中，为了便于描述，仅一个元件101和仅一个沟槽222被示出。此外，图1示例性地显示元件101包括一个空腔223；然而，元件101可以包括多个空腔。
CMUT 98的元件101包括上衬底241(即导电衬底)、设置在上衬底241上的支撑物230和膜213、以及设置在上衬底241下面的焊盘衬底270。上衬底241可以用作下电极。例如，上衬底241可以是低电阻硅衬底；然而，示例性实施方式不限于此。上绝缘层242可以形成在上衬底241的第一表面158上。上绝缘层242可以包括例如硅氧化物；然而，示例性实施方式不限于此。
支撑物230设置在上绝缘层242上，空腔223形成在支撑物230中。支撑物230可以包括例如硅氧化物；然而，示例性实施方式不限于此。膜213设置在支撑物230上并且覆盖空腔223。膜213可以由例如硅形成；然而，示例性实施方式不限于此。通路孔220形成为穿透上衬底241、上绝缘层242和支撑物230。绝缘层例如硅氧化物可以设置在通路孔220的内壁上。
第一电极层261设置为覆盖通路孔220的内壁和上部。下绝缘层250可以形成在上衬底241的第二表面188上。下绝缘层250被图案化以暴露上衬底241的第二表面188的一部分，第二电极层262被形成来接触上衬底241的第二表面188的暴露的部分。第一和第二电极层261和262可以包括导电材料。例如，第一和第二电极层261和262可以包括金(Au)和铜(Cu)中的至少一种。这些材料是示例，第一和第二电极层261和262可以由各种材料形成。
上电极280设置在膜213的上表面190上，从而接触第一电极层261。在元件101的第一侧192，凹槽225形成在膜213中，紧邻通路孔220。上电极280沿着凹槽225的内壁和底部延伸以接触第一电极层261。例如，穿透上电极280、膜213、支撑物230、上绝缘层242、上衬底241和下绝缘层250的沟槽222形成在元件101的第二侧194，远离凹槽225和通路孔220。沟槽222防止元件101之间的串扰。
焊盘衬底270设置在上衬底241下面。焊盘衬底270可以是例如硅衬底；然而，示例性实施方式不限于此。电连接到第一和第二电极层261和262的多个接合焊盘形成在焊盘衬底270上。接合焊盘包括形成在焊盘衬底270的上表面196上且分别接合到第一和第二电极层261和262的第一上焊盘271和第二上焊盘272。第一和第二上焊盘271和272可以包括导电材料。例如，第一和第二上焊盘271和272可以包括Au、Cu和锡(Sn)中的至少一种。更详细地，第一和第二上焊盘271和272可以包括Au/Sn层。然而，示例性实施方式不限于此，第一和第二上焊盘271和272可以包括各种其它材料。
第一电极层261和第一上焊盘271、以及第二电极层262和第二上焊盘272可以分别通过共晶接合方法彼此接合。例如，如果第一电极层261由Au层形成并且第一上焊盘271由Au/Sn层形成，则当第一电极层261和第一上焊盘271通过共晶接合而彼此接合时，Au-Sn共晶合金可以形成在第一电极层261和第一上焊盘271之间的界面处。然而，除了共晶接合方法之外，第一电极层261和第一上焊盘271的接合以及第二电极层262和第二上焊盘272的接合可以使用其它接合方法来进行。
分别电连接到第一和第二上焊盘271和272的第一和第二下焊盘271'和272'可以形成在焊盘衬底270的下表面198上。第一导电填料275将第一上焊盘271和第一下焊盘271'彼此电连接，第二导电填料276将第二上焊盘272和第二下焊盘272'彼此电连接。第一和第二下焊盘271'和272'可以包括与第一和第二上焊盘271和272的导电材料相同的导电材料；然而，示例性实施方式不限于此。
图2至图12是示出根据一示例性实施方式的制造CMUT的方法的图示。
参考图2，准备第一晶片210。第一晶片210包括以所述次序顺序地层叠的第一下衬底211、第一绝缘层212和第一上衬底(即膜213)。第一晶片210可以是例如SOI晶片。接着，支撑物230形成在膜213上。支撑物230可以通过在膜213上形成包括例如氧化物材料的绝缘层并利用由光致抗蚀剂形成的蚀刻掩模蚀刻该绝缘层从而暴露膜213的第一表面224的一部分来形成。所述蚀刻可以通过感应耦合等离子体反应离子蚀刻(ICP-RIE)进行；然而，示例性实施方式不限于此。例如，用作蚀刻掩模的光致抗蚀剂以及由于蚀刻工艺产生的残余物首先通过氧气(O2)等离子体蚀刻方法去除，然后其次通过使用例如丙酮和/或硫酸的溶液去除。
参考图3，制备第二晶片240。第二晶片240包括上衬底241和形成在上衬底241的第一表面158上的上绝缘层242。上衬底241可以包括例如导电硅。包括低电阻硅衬底和硅氧化物层的低电阻晶片可以用作第二晶片240。接着，第二晶片240的上绝缘层242被接合到支撑物230，从而覆盖空腔223。在图3中，图2中显示的结构被翻转，第二晶片240被接合在支撑物230上。上绝缘层242和支撑物230可以通过硅直接接合(SDB)方法彼此接合。
参考图4，上衬底241可以例如通过研磨工艺或抛光工艺被加工以具有期望的厚度(例如约20m)。上衬底241可以被加工成更薄，以容易地形成如以下详述的将上电极280连接到形成在第二晶片240下面的焊盘衬底270的通路孔220。
参考图5，形成穿透上衬底241、上绝缘层242和支撑物230的通路孔220。通路孔220可以通过借助深RIE方法蚀刻上衬底241并且通过借助ICP蚀刻方法蚀刻上绝缘层242和支撑物230来形成。例如，第四绝缘层，即下绝缘层250形成在通路孔220的内壁218、膜213的通过通路孔220暴露的第一部分226和上衬底241的第二表面188上。下绝缘层250可以包括例如通过湿法蚀刻上衬底241的下表面至约1m的厚度而形成的氧化物材料。下绝缘层250被形成来使第一电极层261和第二电极层262彼此绝缘。
参考图6，形成在上衬底241的第二表面188上的下绝缘层250例如被湿法蚀刻从而部分地暴露上衬底241的第二表面188的一部分216。
参考图7，第一电极层261形成在通路孔220的内壁上，即形成在覆盖通路孔220的内壁218和膜213的第一部分226的下绝缘层250上。第二电极层262被形成来接触上衬底241的第二表面188的暴露的部分216。第一电极层261可以延伸至上衬底241的第二表面188上。第一和第二电极层261和262可以通过借助溅射工艺在下绝缘层250上沉积电极材料诸如Cr/Au并湿法蚀刻该电极材料来形成。第二电极层262可以与第一电极层261分隔开。
接着，如图8所示，形成下沟槽222'。下沟槽222'可以通过蚀刻下绝缘层250、上衬底241、第二绝缘层(即上绝缘层242)和支撑物230直到暴露膜213的第二部分228来形成。
参考图9，多个接合焊盘形成在焊盘衬底270上并且被接合到第一和第二电极层261和262。接合焊盘包括设置在焊盘衬底270的上表面196上且分别接合到第一和第二电极层261和262的第一上焊盘271和第二上焊盘272。
参考图10，去除第一下衬底211和第一绝缘层212。第一下衬底211可以通过例如研磨工艺或等离子体蚀刻工艺被去除，第一绝缘层212可以通过相对于硅显示出高蚀刻选择性的氧化物ICP干法蚀刻方法被去除。
参考图11，通过蚀刻在通路孔220上方的膜213和下绝缘层250形成凹槽225，从而暴露第一电极层261的上表面198。
参考图12，在形成凹槽225的周边的内壁(包括膜213的内壁和第一电极层261的上表面198)上形成上电极280。因此，上电极280可以接触第一电极层261的上表面198。上电极280可以通过沉积Al至约2000的厚度来形成。此外，上沟槽222″通过蚀刻上电极280和膜213来形成，以连接到下沟槽222'。因此，用于防止串扰的沟槽222穿过上电极280、膜213、支撑物230、上绝缘层242、上衬底241和下绝缘层250形成。
图13是根据一示例性实施方式的CMUT的截面图。
参考图13，CMUT 300包括多个元件301，每个元件301包括空腔423。例如，多个元件301通过用于防止元件301之间的串扰的沟槽彼此分离。在图13中，为了便于描述，仅一个元件302和仅一个沟槽422被示出。此外，图13示例性地显示元件302包括一个空腔423；然而，元件302可以包括多个空腔。
参考图13，CMUT 300的元件302包括上衬底441、设置在上衬底441上且包括空腔423的支撑结构、设置在支撑结构上的膜413、形成在空腔423中以连接到膜413的桥膜414、以及设置在上衬底441下面的焊盘衬底470。上衬底441可以用作下电极。例如，上衬底441可以是低电阻硅衬底；然而，示例性实施方式不限于此。上绝缘层442可以形成在上衬底441的第一表面303上。上绝缘层442可以包括例如硅氧化物；然而，示例性实施方式不限于此。
包括空腔423的支撑结构设置在上绝缘层442上。支撑结构可以包括顺序地层叠在上绝缘层442上的第三支撑物431、第二支撑物432和第一支撑物433。第一、第二和第三支撑物433、432和431可以包括例如硅氧化物；然而，示例性实施方式不限于此。膜413设置在支撑结构上以覆盖空腔423。膜413可以由例如硅形成；然而，示例性实施方式不限于此。桥膜414设置在空腔423中，并且与所述支撑物分离。桥膜414可以在处于与第二支撑物432的水平面相同的水平面的平面，远离第二支撑物432设置。例如，桥膜414可以被连接到膜413的桥支撑物424支撑。
通路孔420形成为穿透上衬底441、上绝缘层442和第三支撑物431。绝缘材料诸如硅氧化物可以设置在通路孔420的内壁上。
第一电极层461设置在通路孔420的内壁和上部上。下绝缘层450可以形成在上衬底441的第二表面304上。下绝缘层450被图案化以部分地暴露上衬底441的第二表面304，第二电极层462形成为接触上衬底441的暴露的第二表面304。第一和第二电极层461和462可以包括导电材料。例如，第一和第二电极层461和462可以包括Au和Cu中的至少一种。然而，示例性实施方式不限于以上示例，第一和第二电极层461和462可以包括各种其它材料。
上电极480分别设置在膜413和桥膜414的上表面305、306上以接触第一电极层461。暴露第一电极层461的上表面的凹槽425形成在通路孔420上方的膜413、第一支撑物433和第二支撑物432中。上电极480延伸至凹槽425的内壁上以接触第一电极层461。例如，穿透上电极480、膜413、第一、第二和第三支撑物433、432和431、上绝缘层442、上衬底441和下绝缘层450的沟槽422被形成为与通路孔420隔开。沟槽422防止元件301之间的串扰。
焊盘衬底470设置在上衬底441下面。焊盘衬底470可以是例如硅衬底；然而，示例性实施方式不限于此。电连接到第一和第二电极层461和462的多个接合焊盘形成在焊盘衬底470上。接合焊盘包括形成在焊盘衬底470的上表面上且分别接合到第一和第二电极层461和462的第一上焊盘471和第二上焊盘472。第一和第二上焊盘471和472可以包括导电材料。例如，第一和第二上焊盘471和472可以包括Au、Cu和锡(Sn)中的至少一种。更详细地，第一和第二上焊盘471和472可以包括Au/Sn层。然而，示例性实施方式不限于此，第一和第二上焊盘471和472可以包括各种其它材料。第一电极层461和第一上焊盘471、以及第二电极层462和第二上焊盘472可以以共晶接合方法彼此接合。例如，如果第一电极层461是Au层且第一上焊盘471是Au/Sn层，则当第一电极层461和第一上焊盘471通过共晶接合方法彼此接合时，Au-Sn共晶合金可以在第一电极层461和第一上焊盘471之间的界面处产生。然而，除了共晶接合方法之外，第一电极层461和第一上焊盘471的接合以及第二电极层462和第二上焊盘472的接合可以通过其它接合方法来进行。
分别电连接到第一和第二上焊盘471和472的第一下焊盘471'和第二下焊盘472'可以形成在焊盘衬底470的下表面308上。用于电连接第一上焊盘471和第一下焊盘471'的第一导电填料475形成在焊盘衬底470中，用于电连接第二上焊盘472和第二下焊盘472'的第二导电填料476形成在焊盘衬底470中。第一和第二下焊盘471'和472'可以包括与第一和第二上焊盘471和472的导电材料相同的导电材料；然而，示例性实施方式不限于此。
图14至27是示出根据一示例性实施方式的制造CMUT的方法的图示。
参考图14，制备第一晶片410。第一晶片410包括以所述次序顺序地层叠的第一下衬底411、第一绝缘层412和第一上衬底(即膜413)。第一晶片410可以是例如SOI晶片。例如，第一支撑物433和桥支撑物424形成在膜413上。第一支撑物433和桥支撑物424可以通过在膜413上形成包括例如氧化物材料的第四绝缘层并且蚀刻该第四绝缘层来形成。蚀刻工艺可以是例如ICP-RIE方法；然而，示例性实施方式不限于此。桥支撑物424设置在与第一支撑物433的平面相同的平面，且离开第一支撑物433，并且可以包括第一桥元件310和第二桥元件312。
参考图15，位于第一和第二桥元件310和312内侧的膜413被蚀刻以暴露第一绝缘层412。
参考图16，制备第二晶片480。第二晶片480包括顺序地层叠的第二下衬底481、第二绝缘层482和第二上衬底483，第二上衬底483被接合至第一支撑物433和桥支撑物424上。第二晶片480可以是例如SOI晶片。第二上衬底483与第一支撑物433和桥支撑物424之间的接合可以通过SDB方法来进行。
参考图17，去除第二下衬底481和第二绝缘层482。第二下衬底481可以通过例如研磨工艺或等离子体蚀刻工艺被去除，第二绝缘层482可以通过例如ICP干法蚀刻工艺被去除。
参考图18，在第二上衬底483上形成第三支撑物431。第三支撑物431可以通过在第二上衬底483上形成包括例如氧化物材料的第五绝缘层并且蚀刻该第五绝缘层来形成。
参考图19，通过第三支撑物431暴露的第二上衬底483被蚀刻以形成第二支撑物432和桥膜414。因而，桥膜414形成在与第二支撑物432的水平面相同的水平面，且离开第二支撑物432。桥膜414被连接到膜413的桥支撑物424支撑。第一、第二和第三支撑物433、432和431顺序地层叠在膜413上且形成空腔423。连接到膜413的桥膜414设置在空腔423中，并且与第一、第二和第三支撑物433、432和431分离。
参考图20，制备第三晶片440。第三晶片440包括上衬底441(即第三衬底)和形成在上衬底441的第一表面303上的上绝缘层442(即第三绝缘层)。上衬底441可以包括例如导电硅。第三晶片440可以是例如包括低电阻硅衬底和硅氧化物层的低电阻晶片。例如，第三晶片440的上绝缘层442被接合到第三支撑物431以覆盖空腔423。
在图20中，图19中显示的结构被翻转，第三支撑物431被接合到第三晶片440的上绝缘层442。上绝缘层442和第三支撑物431的接合可以通过例如SDB方法进行。
参考图21，上衬底441可以例如通过使用研磨和抛光工艺被加工以具有期望的厚度(例如约20um)。
参考图22，形成穿透上衬底441、上绝缘层442和第三支撑物431的通路孔420。通路孔420可以通过例如使用深RIE方法蚀刻上衬底441并且使用ICP蚀刻方法蚀刻上绝缘层442和第三支撑物431来形成。接着，在通路孔420的内壁、第二支撑物432的通过通路孔420暴露的部分314、以及上衬底441的第二表面304上形成下绝缘层450，即第六绝缘层。下绝缘层450被形成来使第一电极层461和第二电极层462彼此绝缘。
参考图23，形成在上衬底441的第二表面304上的下绝缘层450被蚀刻以部分地暴露上衬底441的第二表面304的一部分216。例如，第一电极层461形成在通路孔420的内壁上，第二电极层462形成为接触上衬底441的第二表面304的暴露的部分。第一电极层461可以延伸至上衬底441的第二表面304上。第一和第二电极层461和462可以通过在下绝缘层450上形成电极材料层诸如Cr/Au层并且蚀刻电极材料层来形成。第二电极层462与第一电极层461分隔开。
参考图24，形成下沟槽422'。下沟槽422'可以通过蚀刻下绝缘层450和上衬底441直到暴露上绝缘层442的一部分316来形成。
参考图25，形成在焊盘衬底470上的多个接合焊盘被分别接合到第一和第二电极层461和462。接合焊盘包括设置在焊盘衬底470的上表面318上且分别被接合到第一和第二电极层461和462的第一上焊盘471和第二上焊盘472。
参考图26，去除第一下衬底411和第一绝缘层412。第一下衬底411可以通过例如研磨和等离子体蚀刻工艺被去除，第一绝缘层412可以通过ICP干法蚀刻工艺被去除。
参考图27，暴露第一电极层461的上表面320的凹槽425通过蚀刻通路孔420上方的膜413、第一和第二支撑物433和432、以及下绝缘层450来形成。例如，上电极480形成在凹槽425的内壁、膜413、桥膜414、第一支撑物433、第二支撑物432、以及第一电极层461的上部320上。因此，上电极480可以被形成来接触第一电极层461的上表面320。此外，上沟槽422″通过蚀刻上电极480、膜413、第一、第二和第三支撑物433、432和431、以及上绝缘层442来形成以被连接到下沟槽422'。因此，用于防止串扰的沟槽422可以穿过上电极480、膜413、第一、第二和第三支撑物433、432和431、上绝缘层442、上衬底441、以及下绝缘层450形成。
如上所述，根据示例性实施方式，通过在CMUT中形成穿透导电衬底的沟槽可以防止元件之间串扰的产生，该CMUT具有包括所述元件的导电衬底被接合至焊盘衬底上的结构。
上述示例性实施方式和优点仅是示例性的，且将不被理解为限制性的。本教导能被容易地应用到其它类型的装置。对示例性实施方式的描述旨在是说明性的，不旨在限制权利要求的范围，对本领域的技术人员来说，许多替换、变型和变化将是显而易见的。
Claims (36)
1.一种超声换能器，包括：
上衬底；
下绝缘层，形成在所述上衬底的下表面上；
支撑物，设置在所述上衬底上且包括空腔；
通路孔，穿过所述上衬底和所述支撑物；
膜，设置在所述支撑物上且覆盖所述空腔；
第一电极层，设置在所述上衬底上以覆盖所述通路孔的内壁和上部；
第二电极层，电连接到所述上衬底的下表面且与所述第一电极层分离；
沟槽，通过穿透所述上衬底和所述下绝缘层形成；以及
上电极，设置在所述膜上且电连接到所述第一电极层；
其中所述第一电极层被设置为覆盖所述上衬底的表面和所述支撑物的表面。
2.根据权利要求1所述的超声换能器，还包括桥膜，
其中所述桥膜连接到所述膜，
其中所述膜包括硅，以及
其中所述支撑物包括硅氧化物。
3.根据权利要求1所述的超声换能器，还包括上绝缘层，其中所述上绝缘层和下绝缘层分别形成在所述上衬底的上表面和所述下表面上，以及
所述下绝缘层被图案化使得所述第二电极层接触所述上衬底的所述下表面的一部分。
4.根据权利要求1所述的超声换能器，还包括第一上焊盘和第二上焊盘，
其中所述第一上焊盘和第二上焊盘设置在所述上衬底的上表面上且分别被接合到所述第一电极层和所述第二电极层。
5.根据权利要求4所述的超声换能器，其中所述第一电极层和第二电极层包含金(Au)和铜(Cu)中的至少一种，以及
所述第一上焊盘和第二上焊盘包含Au、Cu和锡(Sn)中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的超声换能器，其中所述接合焊盘还包含设置在所述上衬底的下表面上并且电连接到所述第一上焊盘和所述第二上焊盘的第一下焊盘和第二下焊盘。
7.一种制造超声换能器的方法，所述方法包括：
制备包括第一下衬底、第一绝缘层和膜的第一晶片，所述第一下衬底、所述第一绝缘层和所述膜以此次序顺序地层叠；
在所述膜上形成支撑物；
制备第二晶片，所述第二晶片包括上衬底和形成在所述上衬底的第一表面上的第二绝缘层；
在所述上衬底和所述第二绝缘层中形成通路孔；
将所述第二绝缘层接合到所述支撑物以形成空腔；
在所述上衬底上形成第一电极层以覆盖所述通路孔的内壁和上部；
在所述上衬底的第二表面上形成第二电极层；
穿过所述上衬底、所述第二绝缘层和所述支撑物形成下沟槽；
去除所述第一下衬底和所述第一绝缘层；
在所述膜上形成上电极以电连接到所述第一电极层；以及
在所述上电极和所述膜中形成连接到所述下沟槽的上沟槽。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一晶片包括绝缘体上硅(SOI)晶片。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述支撑物通过在所述膜上形成第三绝缘层并且图案化所述第三绝缘层来形成。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述上衬底包括导电硅，以及
所述第二绝缘层包括硅氧化物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二绝缘层通过硅直接接合(SDB)方法被接合到所述支撑物。
12.根据权利要求7所述的方法，还包括在所述第二绝缘层的所述接合之后，加工所述上衬底以具有预定厚度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述形成所述第一电极层和第二电极层包括：
在所述通路孔的内壁、所述膜的被所述通路孔暴露的部分、以及所述上衬底的所述第二表面上形成第四绝缘层；
图案化所述第四绝缘层从而部分地暴露所述上衬底的所述第二表面；
在所述通路孔中所述第四绝缘层上形成所述第一电极层；以及
在所述第四绝缘层和所述上衬底的暴露的第二表面的一部分上形成所述第二电极层。
14.根据权利要求13所述的方法，
其中所述形成所述上电极包括：
通过蚀刻所述通路孔上方的所述膜和所述第四绝缘层，形成暴露所述第一电极层的上表面的凹槽；以及
在所述凹槽的内壁和所述膜上形成所述上电极。
15.根据权利要求7所述的方法，还包括
将其上形成接合焊盘的焊盘衬底接合到所述第一电极层和第二电极层，
其中所述接合焊盘包含设置在所述焊盘衬底的上表面上且分别接合到所述第一电极层和所述第二电极层的第一上焊盘和第二上焊盘。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一电极层和第二电极层通过共晶接合方法被分别接合到所述第一上焊盘和第二上焊盘。
17.一种超声换能器，包括：
上衬底；
支撑结构，设置在所述上衬底上且包括空腔；
膜，设置在所述支撑结构上；
桥膜，连接到所述膜并且与所述支撑结构分离；
设置在所述上衬底上的第一电极层；
第二电极层，电连接到所述上衬底的下表面且与所述第一电极层分离；以及
上电极，设置在所述膜和所述桥膜上以接触所述第一电极层。
18.根据权利要求17所述的超声换能器，其中通路孔穿透所述上衬底，以及
所述第一电极层覆盖所述通路孔的内壁和上部。
19.根据权利要求18所述的超声换能器，还包括沟槽，其中所述沟槽通过穿透所述上衬底和下绝缘层来形成。
20.根据权利要求17所述的超声换能器，其中所述支撑结构包括顺序地层叠在所述上衬底上的第三支撑物、第二支撑物和第一支撑物。
21.根据权利要求20所述的超声换能器，其中所述桥膜设置在与所述第二支撑物的水平面相同的水平面。
22.根据权利要求20所述的超声换能器，其中所述膜和所述桥膜经由桥支撑物彼此连接。
23.根据权利要求17所述的超声换能器，还包括上绝缘层和下绝缘层，
其中所述上绝缘层和下绝缘层分别设置在所述上衬底的上表面和所述下表面上，且其中所述下绝缘层被图案化使得所述第二电极层接触所述上衬底的所述下表面。
24.根据权利要求17所述的超声换能器，还包括第一上焊盘和第二上焊盘，
其中所述第一上焊盘和第二上焊盘设置在所述焊盘衬底的上表面上且分别接合到所述第一电极层和所述第二电极层。
25.一种制造超声换能器的方法，所述方法包括：
制备包括第一下衬底、第一绝缘层和膜的第一晶片，所述第一下衬底、所述第一绝缘层和所述膜以此次序顺序地层叠；
在所述膜上形成第一支撑物和桥支撑物；
通过蚀刻在所述桥支撑物内侧的所述膜来暴露所述第一绝缘层；
制备第二晶片，所述第二晶片包括顺序地层叠的第二下衬底、第二绝缘层和第二上衬底；
将所述第二上衬底接合到所述第一支撑物和所述桥支撑物；
去除所述第二下衬底和所述第二绝缘层；
通过在所述第二上衬底上形成第三支撑物并且图案化被所述第三支撑物暴露的所述第二上衬底来形成第二支撑物和桥膜；
制备第三晶片，所述第三晶片包括上衬底和形成在所述上衬底的第一表面上的第三绝缘层，并且将所述第三绝缘层接合至所述第三支撑物；
在所述上衬底中形成第一电极层；以及
在所述上衬底的第二表面上形成第二电极层。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一晶片和第二晶片包括绝缘体上硅(SOI)晶片。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一支撑物和所述桥支撑物通过在所述膜上形成第四绝缘层以及图案化所述第四绝缘层来形成。
28.根据权利要求25所述的方法，其中所述第二上衬底通过硅直接接合(SDB)方法被接合到所述第一支撑物和所述桥支撑物，以及
所述第三绝缘层通过所述硅直接接合方法被接合至所述第三支撑物上。
29.根据权利要求25所述的方法，其中所述桥膜与所述第二支撑物分离。
30.根据权利要求25所述的方法，其中所述上衬底包括导电硅，所述第三绝缘层包括硅氧化物。
31.根据权利要求25所述的方法，还包括
在所述第三绝缘层的所述接合之后，加工所述上衬底以具有预定厚度，
穿过所述上衬底形成下沟槽，
去除所述第一下衬底和所述第一绝缘层，以及
在所述上电极、所述膜、以及所述第一、第二和第三支撑物中形成连接到所述下沟槽的上沟槽。
32.根据权利要求25所述的方法，其中所述第三支撑物通过在所述第二上衬底上形成第五绝缘层并且图案化所述第五绝缘层来形成。
33.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一电极层和第二电极层的所述形成包括：
在所述上衬底、所述第三绝缘层和所述第三支撑物中形成通路孔；
在所述通路孔的内壁、被所述通路孔暴露的所述第二支撑物、以及所述上衬底的第二表面上形成第六绝缘层；
图案化所述第六绝缘层以部分地暴露所述上衬底的所述第二表面；以及
在形成于所述通路孔中的所述第六绝缘层上形成所述第一电极层；以及
在所述上衬底的所述第二表面上在所述第六绝缘层上形成所述第二电极层，使得所述第二电极层接触所述上衬底。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述上电极的所述形成包括：
通过蚀刻所述通路孔上方的所述膜、所述第一和第二支撑物、以及所述第六绝缘层来形成暴露所述第一电极层的上表面的凹槽；以及
在所述凹槽的内壁和所述膜上形成所述上电极。
35.根据权利要求25所述的方法，还包括
将其上形成接合焊盘的焊盘衬底接合到所述第一电极层和第二电极层，
其中所述接合焊盘包含设置在所述焊盘衬底的上表面上且分别接合到所述第一电极层和所述第二电极层的第一上焊盘和第二上焊盘。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述第一电极层和第二电极层通过共晶接合方法分别接合到所述第一上焊盘和第二上焊盘。
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