EP4157553B1 - Dispositif d'imagerie ultrasonore a adressage ligne-colonne - Google Patents

Dispositif d'imagerie ultrasonore a adressage ligne-colonne Download PDF

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EP4157553B1
EP4157553B1 EP21725780.7A EP21725780A EP4157553B1 EP 4157553 B1 EP4157553 B1 EP 4157553B1 EP 21725780 A EP21725780 A EP 21725780A EP 4157553 B1 EP4157553 B1 EP 4157553B1
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EP
European Patent Office
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transducer
transducers
column
electrodes
line
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EP21725780.7A
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EP4157553A1 (fr
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Audren BOULME
Edgard Jeanne
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Moduleus SAS
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Moduleus SAS
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0629—Square array
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0292—Electrostatic transducers, e.g. electret-type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/50—Application to a particular transducer type
    • B06B2201/55—Piezoelectric transducer

Definitions

  • the present description relates to the field of ultrasonic imaging, and more particularly targets a device comprising a matrix of ultrasonic transducers with line-column addressing.
  • An ultrasound imaging device conventionally comprises a plurality of ultrasound transducers, and an electronic control circuit connected to the transducers.
  • the electronic control circuit is configured to apply electrical excitation signals to the transducers, so as to cause the emission of ultrasonic waves by the transducers, in the direction of the body or object to be analyzed.
  • the ultrasonic waves emitted by the transducers are reflected by the body to be analyzed (by its internal and/or superficial structure), then return to the transducers which convert them again into electrical signals.
  • These electrical response signals are read by the electronic control circuit, and can be stored and analyzed to deduce information about the body studied.
  • the ultrasonic transducers can be arranged in a strip in the case of two-dimensional image acquisition devices, or in a matrix in the case of three-dimensional image acquisition devices.
  • the acquired image is representative of a section of the body studied in a plane defined by the alignment axis of the transducers of the strip on the one hand, and by the direction of emission transducers on the other hand.
  • the acquired image is representative of a volume defined by the two directions of alignment of the transducers of the matrix and by the direction of emission of the transducers.
  • Fully populated devices provide greater flexibility in shaping transmit and receive ultrasound beams.
  • the control electronics of the matrix are however complex, the number of required transmission/reception channels being equal to M*N in the case of a matrix of M lines by N columns.
  • the signal-to-noise ratio is generally relatively low since each transducer has a small surface area exposed to ultrasonic waves.
  • FIG. 1 is a top view schematically and partially illustrating an example of a matrix ultrasound imaging device with line-column addressing 100.
  • Each transducer 101 comprises a cavity 125 formed in a rigid support layer 127, and a flexible membrane 123 suspended above the cavity 125.
  • the layer 127 is for example a layer of silicon oxide.
  • the layer 127 is placed on the upper surface, for example substantially flat, of the assembly formed by the alternating strips 103 and 121.
  • the cavity 125 is located opposite the lower electrode E1 of the transducer.
  • each transducer 101 comprises a single cavity 125 facing its lower electrode E1.
  • the cavity 125 can be divided into a plurality of elementary cavities, for example arranged, in top view, in a matrix in rows and columns, separated laterally from each other by walls lateral formed by portions of layer 127.
  • a dielectric layer 129 covers the lower electrode E1 of the transducer, so as to prevent any electrical contact between the flexible membrane 123 and the electrode. lower E1 of the transducer.
  • a dielectric layer (not shown) can cover the lower face of the membrane 123. In this case, layer 129 can be omitted.
  • the upper electrode E2 of the transducer is arranged on and in contact with the upper face of the flexible membrane 123 of the transducer, directly above the cavity 125 and the lower electrode E1 of the transducer.
  • the upper electrode E2 of each transducer 101 can be formed by the membrane itself, in which case layer 105 can be omitted.
  • the device 100 can comprise a transmission circuit, a reception circuit, and a controllable switch for, in a first configuration, connecting the electrodes E1 of the transducers of the column to an output terminal of the column transmission circuit, and, in a second configuration, connect the electrodes E1 of the column transducers to an input terminal of the column reception circuit.
  • a limitation of the device of the figure 1 is linked to the fact that the capacitive coupling between the lower electrode strips 103 and the substrate 110 is much greater than the capacitive coupling between the upper electrode strips 105 and the substrate 110. This results in a difference in behavior between the lines L i and the columns C j of the device. More particularly, this results in a difference in reception sensitivity between the lines L i and the columns C j of the device.
  • the voltage generated on the upper electrode strip 105 of a line L i during a reading phase of the line L i is significantly greater than the voltage generated on the lower electrode strip 103 of a column C j during a reading phase of column C j . This can lead to unwanted artifacts in the acquired image.
  • FIG. 3 is a top view schematically and partially illustrating an example of an embodiment of a matrix ultrasound imaging device with line-column addressing 300.
  • FIGS. 4A and 4B are sectional views of the device 300 of the Figure 3 according to respectively plans AA and BB of the Figure 3 .
  • the device 300 has elements in common with the device 100 described previously. These common elements will not be detailed again below. In the remainder of the description, only the differences compared to the device 100 will be highlighted.
  • the device 300 comprises a plurality of ultrasonic transducers 101 arranged in a matrix along M lines L i and N columns C j .
  • each transducer 101 of the device 300 comprises a lower electrode E1 and an upper electrode E2.
  • the upper electrodes E2 are represented on the Figure 3 .
  • the device 300 differs from the device 100 mainly by the interconnection diagram of the lower electrodes E1 and upper electrodes E2 of the transducers 101 of the device.
  • any two neighboring transducers 101 ij and 101 i+1j in the column respectively have their lower electrode E1 and their upper electrode E2 connected to each other, or their upper electrode E2 and their lower electrode E1 connected to each other.
  • the upper electrodes E2 of the transducers 101 ij and 101 i+1j are, however, electrically isolated from each other.
  • the lower electrodes E1 of the transducers 101 ij and 101 i+1j are electrically isolated from each other.
  • connection elements 311 for example made of metal, vertically crossing the portions of the dielectric layer 127 laterally separating the cavities 125 of the transducers. More particularly, in the example of Figures 4A and 4B , each connection element 311 extends vertically from the lower face of the upper electrode E2 of a transducer 101 to the upper face of the lower electrode E1 of a neighboring transducer 101.
  • the dielectric regions 121 form, in top view, a continuous grid entirely surrounding each electrode E1 and laterally separating each electrode E1 from the electrodes E1 of neighboring transducers.
  • each electrode E2 is entirely surrounded and laterally separated from the electrodes E2 of neighboring transducers by a dielectric region (possibly air or vacuum).
  • each flexible membrane 123 is entirely surrounded and separated laterally from the membranes 123 of neighboring transducers by a dielectric region.
  • the flexible membranes 123 can be made of a dielectric material, for example silicon oxide.
  • the membranes of neighboring transducers can form a continuous layer.
  • the device 300 can comprise a transmission circuit, a reception circuit, and a controllable switch for, in a first configuration, connecting the line conductor 305 of the line L i to an output terminal of the transmission circuit of the line, and, in a second configuration, connect the line conductor 305 of the line L i to an input terminal of the reception circuit of the line.
  • the device 300 can comprise a transmission circuit, a reception circuit, and a controllable switch for, in a first configuration, connecting the column conductor 303 of the column C j to an output terminal of the column's transmission circuit, and, in a second configuration, connect the column conductor 303 of column C j to an input terminal of the column's reception circuit.
  • An advantage of the device 300 is that the capacitive coupling of the line conductors 305 with the substrate 110 and the capacitive coupling of the column conductors 303 with the substrate 110 are substantially identical. This makes it possible to symmetrize the behavior of the lines L i and the columns C j of the device.
  • the reception sensitivity is substantially identical in the rows and in the columns of the device, which makes it possible to improve the quality of the images acquired. This also makes it possible to have significantly the same electrical properties, and in particular substantially the same impedance, on the rows and columns.
  • FIGS. 5A and 5B are sectional views respectively according to planes AA and BB of the Figure 3 , illustrating a variant embodiment of the device 300.
  • each electrode E1 of the device differs from what has been described previously in relation to the Figures 3, 4A and 4B mainly in that, in this variant, under each electrode E1 of the device, a portion of metal layer 501 extends, for example made of the same metal as the upper electrodes E2 of the device.
  • Layer 501 is in contact, via its upper face, with the lower face of the electrodes E1.
  • layer 501 is in contact, via its lower face, with the upper face of dielectric layer 112.
  • each connection element 311 extends vertically from the lower face of the upper electrode.
  • E2 of a transducer 101 to the upper face of the metal layer portion 501 of a neighboring transducer 101.
  • An advantage of this alternative embodiment is that it allows, in the case where the lower electrodes E1 of the transducers are made of a semiconductor material, to increase the electrical conductivity of the conductive elements of row 305 and column 303 at the level of the lower electrodes E1 of transducers.
  • FIG. 6A illustrates a step of oxidation of part of the thickness of a semiconductor layer of an SOI type structure (from the English "Semiconductor On Insulator” - semiconductor on insulator).
  • the initial structure comprises a support substrate 10, for example made of a semiconductor material, for example silicon, a dielectric layer 12, for example silicon oxide, covering the upper face of the substrate 10, and a semiconductor layer 14, for example example a layer of monocrystalline silicon, covering the upper face of the dielectric layer 12.
  • the dielectric layer 12 and the upper semiconductor layer 14 each extend, for example, continuously and with a substantially constant thickness, over the entire upper surface of the substrate 10. In this example, the dielectric layer 12 is in contact, via its lower face, with the upper face of the substrate 10, and the semiconductor layer 14 is in contact, via its lower face, with the upper face of the dielectric layer 12 .
  • the oxidation of the upper part of layer 14 is carried out by a dry thermal oxidation process.
  • the initial thickness of the semiconductor layer 14 is for example between 50 nm and 3 ⁇ m.
  • the thickness of the insulating layer 14a after oxidation is for example between 10 and 500 nm, for example of the order of 50 nm.
  • the cavities 125 extend vertically from the upper face of the insulating layer 14a, towards the layer 14b. In the example shown, the cavities 125 are through, that is to say they open onto the upper face of the semiconductor layer 14b.
  • FIG. 6F illustrates a step of forming insulating trenches 121 filled with a dielectric material, for example silicon oxide, from the upper face of the thinned substrate 20.
  • Trenches 121 (in black on the figure 6F ) correspond to the dielectric regions 121 of the Figures 4A and 4B .
  • the trenches 121 pass entirely through the substrate 20, over its entire thickness, and open onto the upper face of the insulating layer 22.
  • the trenches 121 are for example formed by deep ionic reactive etching of the substrate 20, then filled with a dielectric material.
  • the portions of substrate 20 delimited by the trenches correspond to the electrodes E1 of the transducers.
  • FIG. 6G illustrates a step of oxidation of the upper face of a third semiconductor substrate 30, for example made of silicon.
  • a dielectric layer 32 for example made of silicon oxide
  • the oxidation can be carried out by a dry thermal oxidation process.
  • the thickness of the dielectric layer 32 formed during this step is for example between 100 nm and 10 ⁇ m, for example of the order of 2 ⁇ m, for example between 2 and 10 ⁇ m.
  • the layer 32 can be formed by depositing an insulating material, for example silicon oxide, on the upper face of the substrate 30.
  • the substrate 30 can be a substrate made of a dielectric material, for example glass, or a high resistivity semiconductor substrate, for example an undoped or lightly doped silicon substrate.
  • FIG. 6H illustrates a step of reporting the structure of the figure 6F on the structure of the figure 6G .
  • the structure of the figure 6F is returned relative to the orientation of the figure 6F , and transferred to the structure of the figure 6G so that the lower face of the electrodes E1 and the lower face of the dielectric regions 121 come into contact with the upper face of the dielectric layer 32.
  • the two structures are fixed to each other by direct bonding of the lower face of the electrodes E1 and dielectric regions 121 on the upper face of the dielectric layer 32.
  • FIG. 6I illustrates a subsequent step of removing the substrate 10 and the dielectric layer 12 from the starting structure.
  • the semiconductor layer 14b is kept above the cavities, to form the membranes 123 of the transducers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

    Domaine technique
  • La présente description concerne le domaine de l'imagerie ultrasonore, et vise plus particulièrement un dispositif comportant une matrice de transducteurs ultrasonores à adressage ligne-colonne.
    • Technique antérieure
  • Un dispositif d'imagerie ultrasonore comprend classiquement une pluralité de transducteurs ultrasonores, et un circuit électronique de commande connecté aux transducteurs. En fonctionnement, l'ensemble des transducteurs est disposé face à un corps dont on souhaite acquérir une image. Le circuit électronique de commande est configuré pour appliquer des signaux électriques d'excitation aux transducteurs, de façon à provoquer l'émission d'ondes ultrasonores par les transducteurs, en direction du corps ou objet à analyser. Les ondes ultrasonores émises par les transducteurs sont réfléchies par le corps à analyser (par sa structure interne et/ou superficielle), puis reviennent vers les transducteurs qui les convertissent à nouveau en signaux électriques. Ces signaux électriques de réponse sont lus par le circuit électronique de commande, et peuvent être mémorisés et analysés pour en déduire des informations sur le corps étudié.
  • Les transducteurs ultrasonores peuvent être disposés en barrette dans le cas de dispositifs d'acquisition d'images bidimensionnelles, ou en matrice dans le cas de dispositifs d'acquisition d'images tridimensionnelles. Dans le cas d'un dispositif d'acquisition d'images bidimensionnelles, l'image acquise est représentative d'une coupe du corps étudié dans un plan défini par l'axe d'alignement des transducteurs de la barrette d'une part, et par la direction d'émission des transducteurs d'autre part. Dans le cas d'un dispositif d'acquisition d'images tridimensionnelles, l'image acquise est représentative d'un volume défini par les deux directions d'alignement des transducteurs de la matrice et par la direction d'émission des transducteurs.
  • Parmi les dispositifs d'acquisition d'images tridimensionnelles, on peut distinguer les dispositifs dits entièrement peuplés ("fully populated" en langue anglaise), dans lesquels chaque transducteur de la matrice est adressable individuellement, et les dispositifs dits à adressage ligne-colonne ou RCA (de l'anglais "Row-Column Addressing"), dans lesquels les transducteurs de la matrice sont adressables par ligne et par colonne.
  • Les dispositifs entièrement peuplés offrent une plus grande flexibilité dans la mise en forme des faisceaux ultrasonores en émission et en réception. L'électronique de commande de la matrice est toutefois complexe, le nombre de canaux d'émission/réception requis étant égal à M*N dans le cas d'une matrice de M lignes par N colonnes. De plus, le rapport signal sur bruit est généralement relativement faible dans la mesure où chaque transducteur présente une faible surface d'exposition aux ondes ultrasonores.
  • Les dispositifs de type RCA utilisent des algorithmes de mise en forme des faisceaux ultrasonores différents. Les possibilités de mise en forme des faisceaux peuvent être réduites par rapport aux dispositifs entièrement peuplés. Toutefois, l'électronique de commande de la matrice est considérablement simplifiée, le nombre de canaux d'émission/réception requis étant réduit à M+N dans le cas d'une matrice de M lignes par N colonnes. De plus, le rapport signal sur bruit est amélioré du fait de l'interconnexion des transducteurs en ligne ou en colonne lors des phases d'émission et de réception. Un dispositif de l'état de l'art est divulgué dans le document WO 2017/076843 A1 . Ce document décrit un dispositif d'imagerie ultrasonore comportant une pluralité de transducteurs ultrasonores agencés selon des lignes et des colonnes. Dans chaque ligne, deux transducteurs voisins ont leurs électrodes inférieures connectées l'une à l'autre, et dans chaque colonne, deux transducteurs voisins ont leurs électrodes supérieures connectées l'une à l'autre.
  • On s'intéresse ici plus particulièrement aux dispositifs d'acquisition d'images tridimensionnelles à adressage ligne-colonne (RCA).
    • Résumé de l'invention
  • Un objet d'un mode de réalisation est de prévoir un dispositif d'acquisition d'images ultrasonores tridimensionnelles à adressage ligne-colonne, palliant tout ou partie des inconvénients des dispositifs connus.
  • Pour cela, un mode de réalisation prévoit un dispositif d'imagerie ultrasonore comportant une pluralité de transducteurs ultrasonores agencés selon des lignes et des colonnes, chaque transducteur comportant une électrode inférieure et une électrode supérieure, dans lequel :
    • dans chaque ligne, deux transducteurs voisins quelconques de la ligne ont respectivement leur électrode inférieure et leur électrode supérieure connectées l'une à l'autre, ou leur électrode supérieure et leur électrode inférieure connectées l'une à l'autre ; et
    • dans chaque colonne, deux transducteurs voisins quelconques de la colonne ont respectivement leur électrode inférieure et leur électrode supérieure connectées l'une à l'autre, ou leur électrode supérieure et leur électrode inférieure connectées l'une à l'autre.
  • Selon un mode de réalisation :
    • dans chaque ligne, deux transducteurs voisins quelconques de la ligne ont leurs électrodes inférieures respectives isolées électriquement l'une de l'autre et leurs électrodes supérieures respectives isolées électriquement l'une de l'autre ; et
    • dans chaque colonne, deux transducteurs voisins quelconques de la colonne ont leurs électrodes inférieures respectives isolées électriquement l'une de l'autre et leurs électrodes supérieures respectives isolées électriquement l'une de l'autre.
  • Selon un mode de réalisation, chaque transducteur ultrasonore est un transducteur CMUT comportant une membrane flexible suspendue au-dessus d'une cavité, l'électrode inférieure du transducteur étant disposée du côté de la cavité opposé à la membrane flexible, et l'électrode supérieure du transducteur étant disposée du côté de la membrane flexible opposé à la cavité.
  • Selon un mode de réalisation, les cavités des transducteurs sont formées dans une couche support rigide, et chaque transducteur a son électrode supérieure connectée électriquement à une électrode inférieure d'un transducteur voisin par l'intermédiaire d'un élément conducteur traversant la couche support rigide.
  • Selon un mode de réalisation, l'électrode inférieure de chaque transducteur est en un matériau semiconducteur dopé.
  • Selon un mode de réalisation, une portion de couche métallique s'étend sous l'électrode inférieure de chaque transducteur, en contact avec la face inférieure de l'électrode inférieure du transducteur.
  • Selon un mode de réalisation, dans chaque transducteur, la membrane flexible est en un matériau semiconducteur.
  • Selon un mode de réalisation, dans chaque transducteur, une couche diélectrique revêt la face supérieure de l'électrode inférieure du transducteur, au fond de la cavité.
  • Selon un mode de réalisation, chaque transducteur est un transducteur PMUT.
    • Brève description des dessins
  • Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
    • la figure 1 est une vue de dessus illustrant de façon schématique et partielle un exemple d'un dispositif d'imagerie ultrasonore matriciel à adressage ligne-colonne ;
    • la figure 2A est une vue en coupe selon le plan A-A de la figure 1, illustrant plus en détail un exemple de réalisation du dispositif de la figure 1 ;
    • la figure 2B est une vue en coupe correspondante selon le plan B-B de la figure 1 ;
    • la figure 3 est une vue de dessus illustrant de façon schématique et partielle un mode de réalisation d'un dispositif d'imagerie ultrasonore matriciel à adressage ligne-colonne ;
    • la figure 4A est une vue en coupe selon le plan A-A de la figure 3, illustrant plus en détail un exemple de réalisation du dispositif de la figure 3 ;
    • la figure 4B est une vue en coupe correspondante selon le plan B-B de la figure 3 ;
    • la figure 5A est une vue en coupe selon le plan B-B de la figure 3, illustrant plus en détail un autre exemple de réalisation du dispositif de la figure 3 ;
    • la figure 5B est une vue en coupe correspondante selon le plan B-B de la figure 3 ;
    • les figures 6A à 6K sont des vues en coupe illustrant des étapes d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un dispositif du type illustré par les figures 4A et 4B ; et
    • les figures 7A à 7C sont des vues en coupe illustrant des étapes d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un dispositif du type illustré par les figures 5A et 5B.
    Description des modes de réalisation
  • De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
  • Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les diverses applications que peuvent avoir les dispositifs d'imagerie décrits n'ont pas été détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les applications usuelles des dispositifs d'imagerie ultrasonore. En particulier, les propriétés (fréquences, formes, amplitudes, etc.) des signaux électriques d'excitation appliqués aux transducteurs ultrasonores n'ont pas été détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les signaux d'excitation usuellement utilisés dans les systèmes d'imagerie ultrasonore, qui peuvent être choisis en fonction de l'application considérée et en particulier de la nature du corps à analyser et du type d'information que l'on cherche à acquérir. De façon similaire, les divers traitements appliqués aux signaux électriques fournis par les transducteurs ultrasonores pour extraire des informations utiles sur le corps à analyser n'ont pas été détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les traitements usuellement mis en oeuvre dans les systèmes d'imagerie ultrasonore. De plus, les circuits de commande des transducteurs ultrasonores des dispositifs d'imagerie décrits n'ont pas été détaillés, les modes de réalisation étant compatibles avec tous ou la plupart des circuits connus de commande de transducteurs ultrasonores de dispositifs d'imagerie ultrasonore matriciels à adressage ligne-colonne. En outre, la réalisation des transducteurs ultrasonores des dispositifs d'imagerie décrits n'a pas été détaillée, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec toutes ou la plupart des structures connues de transducteurs ultrasonores.
  • Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
  • Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.
  • Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
  • La figure 1 est une vue de dessus illustrant de façon schématique et partielle un exemple d'un dispositif d'imagerie ultrasonore matriciel à adressage ligne-colonne 100.
  • Les figures 2A et 2B sont des vues en coupe du dispositif 100 de la figure 1 selon respectivement les plans A-A et B-B de la figure 1.
  • Le dispositif 100 comprend une pluralité de transducteurs ultrasonores 101 agencés en matrice selon M lignes Li et N colonnes Cj, avec M et N entiers supérieurs ou égaux à 2, i entier allant de 1 à M, et j entier allant de 1 à N.
  • Sur la figure 1, quatre lignes L1, L2, L3, L4 et quatre colonnes C1, C2, C3, C4 ont été représentées. En pratique, les nombres M de lignes et N de colonnes du dispositif 100 peuvent bien entendu être différents de 4.
  • Chaque transducteur 101 du dispositif 100 comprend une électrode inférieure E1 et une électrode supérieure E2 (figures 2A et 2B). Lorsqu'une tension d'excitation appropriée est appliquée entre ses électrodes E1 et E2, le transducteur émet une onde acoustique ultrasonore. Lorsque le transducteur reçoit une onde acoustique ultrasonore dans une certaine gamme de fréquences, il fournit entre ses électrodes E1 et E2 une tension représentative de l'onde reçue.
  • Dans cet exemple, les transducteurs 101 sont des transducteurs capacitifs à membrane, aussi appelés transducteurs CMUT (de l'anglais "Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer" - transducteur ultrasonore capacitif micro-usiné).
  • Dans chaque colonne Cj de la matrice de transducteurs, les transducteurs 101 de la colonne ont leurs électrodes inférieures E1 respectives connectées entre elles. Les électrodes inférieures E1 de transducteurs 101 de colonnes distinctes ne sont en revanche pas connectées entre elles. De plus, dans chaque ligne Li de la matrice de transducteurs, les transducteurs 101 de la ligne ont leurs électrodes supérieures E2 respectives connectées entre elles. Les électrodes supérieures E2 de transducteurs 101 de lignes distinctes ne sont en revanche pas connectées entre elles.
  • Dans chaque colonne Cj du dispositif 100, les électrodes inférieures E1 des transducteurs 101 de la colonne forment une bande conductrice ou semiconductrice continue 103, s'étendant sur sensiblement toute la longueur de la colonne. A titre de variante, chaque bande 103 d'électrodes E1 comprend un empilement vertical d'une bande semiconductrice et d'une bande conductrice s'étendant chacune sur sensiblement toute la longueur de la colonne. De plus, dans chaque ligne Li du dispositif 100, les électrodes supérieures E2 des transducteurs 101 de la ligne forment une bande conductrice ou semiconductrice continue 105, s'étendant sur sensiblement toute la longueur de la ligne. A titre de variante, chaque bande 105 d'électrodes E2 comprend un empilement vertical d'une bande semiconductrice et d'une bande conductrice s'étendant chacune sur sensiblement toute la longueur de la ligne. Par souci de simplification, seules les bandes d'électrodes inférieures 103 et supérieures 105 sont représentées sur la figure 1.
  • Dans l'exemple représenté, les bandes 103 formant les électrodes de colonne sont en un matériau semiconducteur dopé, par exemple en silicium dopé. De plus, dans cet exemple, les bandes 105 formant les électrodes de ligne sont en métal. A titre d'exemple, en vue de dessus, les bandes inférieures 103 sont parallèles entre elles, et les bandes supérieures 105 sont parallèles entre elles et perpendiculaires aux bandes 103.
  • Dans l'exemple de la figure 1, le dispositif 100 comprend un substrat de support 110, par exemple en un matériau semiconducteur, par exemple en silicium. La matrice de transducteurs ultrasonores 101 est disposée sur la face supérieure du substrat 110. Plus particulièrement, dans cet exemple, une couche diélectrique 112, par exemple une couche d'oxyde de silicium, fait interface entre le substrat 110 et la matrice de transducteurs ultrasonores 101. La couche diélectrique 112 s'étend par exemple de façon continue sur toute la surface supérieure du substrat de support 110. A titre d'exemple, la couche 112 est en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure du substrat 110, sur sensiblement toute la surface supérieure du substrat 110.
  • Les bandes d'électrodes inférieures 103 sont disposées sur la face supérieure de la couche diélectrique 112, par exemple en contact avec la face supérieure de la couche diélectrique 112. Les bandes 103 peuvent être séparées latéralement les unes des autres par des bandes diélectriques 121, par exemple en oxyde de silicium, s'étendant parallèlement aux bandes 103 et présentant une épaisseur sensiblement identique à celle des bandes 103.
  • Chaque transducteur 101 comporte une cavité 125 formée dans une couche support rigide 127, et une membrane flexible 123 suspendue au-dessus de la cavité 125. La couche 127 est par exemple une couche d'oxyde de silicium. La couche 127 est disposée sur la surface supérieure, par exemple sensiblement plane, de l'assemblage formé par les bandes alternées 103 et 121. Dans chaque transducteur 101, la cavité 125 est située en vis-à-vis de l'électrode inférieure E1 du transducteur.
  • Dans l'exemple représenté, chaque transducteur 101 comprend une unique cavité 125 en vis-à-vis de son électrode inférieure E1. A titre de variante, dans chaque transducteur 101, la cavité 125 peut être divisée en une pluralité de cavités élémentaires, par exemple disposées, en vue de dessus, en matrice selon des rangées et des colonnes, séparées latéralement les unes des autres par des parois latérales formées par des portions de la couche 127.
  • Dans l'exemple représenté, au fond de chaque cavité 125, une couche diélectrique 129, par exemple en oxyde de silicium, revêt l'électrode inférieure E1 du transducteur, de façon à empêcher tout contact électrique entre la membrane flexible 123 et l'électrode inférieure E1 du transducteur. A titre de variante, pour assurer cette fonction d'isolation électrique, une couche diélectrique (non représentée) peut revêtir la face inférieure de la membrane 123. Dans ce cas, la couche 129 peut être omise.
  • Dans chaque transducteur 101, la membrane flexible 123, revêtant la cavité 125 du transducteur, est par exemple en un matériau semiconducteur dopé ou non dopé, par exemple en silicium.
  • Dans chaque transducteur 101, l'électrode supérieure E2 du transducteur est disposée sur et en contact avec la face supérieure de la membrane flexible 123 du transducteur, à l'aplomb de la cavité 125 et de l'électrode inférieure E1 du transducteur. A titre de variante, dans le cas d'une membrane semiconductrice, l'électrode supérieure E2 de chaque transducteur 101 peut être formée par la membrane elle-même, auquel cas la couche 105 peut être omise.
  • A titre d'exemple, dans chaque ligne Li du dispositif 100, les membranes flexibles 123 des transducteurs 101 de la ligne forment une bande de membrane continue s'étendant sur sensiblement toute la longueur de la ligne, séparée latéralement des bandes de membrane des lignes voisines par une région diélectrique. Dans chaque ligne Li, la bande de membrane 123 de la ligne coïncide par exemple, en vue de dessus, avec la bande d'électrodes supérieures 105 de la ligne.
  • Pour chaque ligne Li de la matrice de transducteurs 101, le dispositif 100 peut comprendre un circuit d'émission, un circuit de réception, et un commutateur commandable pour, dans une première configuration, connecter les électrodes E2 des transducteurs de la ligne à une borne de sortie du circuit d'émission de la ligne, et, dans une deuxième configuration, connecter les électrodes E2 des transducteurs de la ligne à une borne d'entrée du circuit de réception de la ligne.
  • De plus, pour chaque colonne Cj de la matrice de transducteurs 101, le dispositif 100 peut comprendre un circuit d'émission, un circuit de réception, et un commutateur commandable pour, dans une première configuration, connecter les électrodes E1 des transducteurs de la colonne à une borne de sortie du circuit d'émission de la colonne, et, dans une deuxième configuration, connecter les électrodes E1 des transducteurs de la colonne à une borne d'entrée du circuit de réception de la colonne.
  • Par souci de simplification, les circuits d'émission et de réception et les commutateurs du dispositif 100 n'ont pas été représentés sur les figures. De plus, la réalisation de ces éléments n'a pas été détaillée, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les réalisations usuelles de circuits d'émission/réception de dispositifs d'imagerie ultrasonore matriciels à adressage ligne-colonne. A titre d'exemple, non limitatif, les circuits d'émission/réception peuvent être identiques ou similaires à ceux décrits dans la demande de brevet français N°19/06515 déposée par la demanderesse le 18 juin 2019 .
  • Une limitation du dispositif de la figure 1 est liée au fait que le couplage capacitif entre les bandes d'électrodes inférieures 103 et le substrat 110 est très supérieur au couplage capacitif entre les bandes d'électrodes supérieures 105 et le substrat 110. Il en résulte une différence de comportement entre les lignes Li et les colonnes Cj du dispositif. Plus particulièrement, il en résulte une différence de sensibilité en réception entre les lignes Li et les colonnes Cj du dispositif. On observe en particulier que, pour une même puissance acoustique reçue, la tension générée sur la bande d'électrode supérieure 105 d'une ligne Li lors d'une phase de lecture de la ligne Li est nettement supérieure à la tension générée sur la bande d'électrode inférieure 103 d'une colonne Cj lors d'une phase de lecture de la colonne Cj. Ceci peut conduire à des artefacts indésirables dans l'image acquise.
  • La figure 3 est une vue de dessus illustrant de façon schématique et partielle un exemple d'un mode de réalisation d'un dispositif d'imagerie ultrasonore matriciel à adressage ligne-colonne 300.
  • Les figures 4A et 4B sont des vues en coupe du dispositif 300 de la figure 3 selon respectivement les plans A-A et B-B de la figure 3.
  • Le dispositif 300 présente des éléments communs avec le dispositif 100 décrit précédemment. Ces éléments communs ne seront pas détaillés à nouveau ci-après. Dans la suite de la description, seules les différences par rapport au dispositif 100 seront mises en exergue.
  • De même que le dispositif 100, le dispositif 300 comprend une pluralité de transducteurs ultrasonores 101 agencés en matrice selon M lignes Li et N colonnes Cj.
  • Comme dans le dispositif 100, chaque transducteur 101 du dispositif 300 comprend une électrode inférieure E1 et une électrode supérieure E2. Par souci de simplification, seules les électrodes supérieures E2 sont représentées sur la figure 3.
  • Le dispositif 300 diffère du dispositif 100 principalement par le schéma d'interconnexion des électrodes inférieures E1 et supérieures E2 des transducteurs 101 du dispositif.
  • Dans le dispositif 300, dans chaque ligne Li de transducteurs 101, deux transducteurs voisins 101ij et 101ij+1 quelconques dans la ligne (101ij et 101ij+1 désignant ici respectivement le transducteur 101 de la ligne Li et de la colonne Cj de la matrice, et le transducteur 101 de la ligne Li et de la colonne Cj+1 de la matrice), ont respectivement leur électrode inférieure E1 et leur électrode supérieure E2 connectées l'une à l'autre, ou leur électrode supérieure E2 et leur électrode inférieure E1 connectées l'une à l'autre. Les électrodes supérieures E2 des transducteurs 101ij et 101ij+1 sont en revanche isolées électriquement l'une de l'autre. De même, les électrodes inférieures E1 des transducteurs 101ij et 101ij+1 sont isolées électriquement l'une de l'autre.
  • De façon similaire, dans chaque colonne Cj de transducteurs 101, deux transducteurs voisins 101ij et 101i+1j quelconques dans la colonne (101i+1j désignant ici le transducteur 101 de la ligne Li+1 et de la colonne Cj), ont respectivement leur électrode inférieure E1 et leur électrode supérieure E2 connectées l'une à l'autre, ou leur électrode supérieure E2 et leur électrode inférieure E1 connectées l'une à l'autre. Les électrodes supérieures E2 des transducteurs 101ij et 101i+1j sont en revanche isolées électriquement l'une de l'autre. De même, les électrodes inférieures E1 des transducteurs 101ij et 101i+1j sont isolées électriquement l'une de l'autre.
  • Ainsi, dans chaque colonne Cj du dispositif 300, un conducteur de colonne 303 commun à tous les transducteurs 101 de la colonne serpente verticalement entre les transducteurs de la colonne, passant en alternance par les électrodes inférieures E1 et supérieures E2 des transducteurs de la colonne. De même, dans chaque ligne Li du dispositif 300, un conducteur de ligne 305 commun à tous les transducteurs 101 de la ligne serpente verticalement entre les transducteurs de la ligne, passant en alternance par les électrodes inférieures E1 et supérieures E2 des transducteurs de la ligne.
  • Dans cet exemple, les connexions électriques entre les électrodes supérieures E2 et inférieures E1 de transducteurs voisins sont réalisées par des éléments de connexion 311, par exemple en métal, traversant verticalement les portions de la couche diélectrique 127 séparant latéralement les cavités 125 des transducteurs. Plus particulièrement, dans l'exemple des figures 4A et 4B, chaque élément de connexion 311 s'étend verticalement depuis la face inférieure de l'électrode supérieure E2 d'un transducteur 101 jusqu'à la face supérieure de l'électrode inférieure E1 d'un transducteur 101 voisin.
  • Dans le dispositif 300, les régions diélectriques 121 forment, en vue de dessus, une grille continue entourant entièrement chaque électrode E1 et séparant latéralement chaque électrode E1 des électrodes E1 des transducteurs voisins. De façon similaire, en vue de dessus, chaque électrode E2 est entièrement entourée et séparée latéralement des électrodes E2 des transducteurs voisins par une région diélectrique (éventuellement de l'air ou du vide).
  • A titre d'exemple, en vue de dessus, chaque membrane flexible 123 est entièrement entourée et séparée latéralement des membranes 123 des transducteurs voisins par une région diélectrique. A titre de variante, les membranes flexibles 123 peuvent être en un matériau diélectrique, par exemple de l'oxyde de silicium. Dans ce cas, les membranes de transducteurs voisins peuvent former une couche continue.
  • Le fonctionnement du dispositif 300 est sensiblement identique à celui du dispositif 100 décrit précédemment, en remplaçant les conducteurs de colonne 103 et les conducteurs de ligne 105 du dispositif 100, disposés respectivement du côté de la face inférieure et du côté de la face supérieure des transducteurs 101, par respectivement les conducteurs de colonne 303 et les conducteurs de ligne 305, serpentant chacun entre les transducteurs de la ligne ou de la colonne correspondante, en passant en alternance par les électrodes inférieures E1 et supérieures E2 des transducteurs de la ligne ou de la colonne.
  • Ainsi, pour chaque ligne Li de la matrice de transducteurs 101, le dispositif 300 peut comprendre un circuit d'émission, un circuit de réception, et un commutateur commandable pour, dans une première configuration, connecter le conducteur de ligne 305 de la ligne Li à une borne de sortie du circuit d'émission de la ligne, et, dans une deuxième configuration, connecter le conducteur de ligne 305 de la ligne Li à une borne d'entrée du circuit de réception de la ligne.
  • De plus, pour chaque colonne Cj de la matrice de transducteurs 101, le dispositif 300 peut comprendre un circuit d'émission, un circuit de réception, et un commutateur commandable pour, dans une première configuration, connecter le conducteur de colonne 303 de la colonne Cj à une borne de sortie du circuit d'émission de la colonne, et, dans une deuxième configuration, connecter le conducteur de colonne 303 de la colonne Cj à une borne d'entrée du circuit de réception de la colonne.
  • Un avantage du dispositif 300 est que le couplage capacitif des conducteurs de ligne 305 avec le substrat 110 et le couplage capacitif des conducteurs de colonne 303 avec le substrat 110 sont sensiblement identiques. Ceci permet de symétriser le comportement des lignes Li et des colonnes Cj du dispositif. En particulier, la sensibilité en réception est sensiblement identique dans les lignes et dans les colonnes du dispositif, ce qui permet d'améliorer la qualité des images acquises. Cela permet en outre d'avoir sensiblement les mêmes propriétés électriques, et notamment sensiblement la même impédance, sur les lignes et les colonnes.
  • Les figures 5A et 5B sont des vues en coupe respectivement selon les plans A-A et B-B de la figure 3, illustrant une variante de réalisation du dispositif 300.
  • La variante des figures 5A et 5B diffère de ce qui a été décrit précédemment en relation avec les figures 3, 4A et 4B principalement en ce que, dans cette variante, sous chaque électrode E1 du dispositif, s'étend une portion de couche métallique 501, par exemple en le même métal que les électrodes supérieures E2 du dispositif. La couche 501 est en contact, par sa face supérieure, avec la face inférieure des électrodes E1. A titre d'exemple, la couche 501 est en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure de la couche diélectrique 112. Dans cet exemple, chaque élément de connexion 311 s'étend verticalement depuis la face inférieure de l'électrode supérieure E2 d'un transducteur 101 jusqu'à la face supérieure de la portion de couche métallique 501 d'un transducteur 101 voisin.
  • Un avantage de cette variante de réalisation est qu'elle permet, dans le cas où les électrodes inférieures E1 des transducteurs sont en un matériau semiconducteur, d'augmenter la conductivité électrique des éléments conducteurs de ligne 305 et de colonne 303 au niveau des électrodes inférieures E1 des transducteurs.
  • Les figures 6A à 6K sont des vues en coupe illustrant des étapes d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un dispositif du type illustré par les figures 4A et 4B.
  • La figure 6A illustre une étape d'oxydation d'une partie de l'épaisseur d'une couche semiconductrice d'une structure de type SOI (de l'anglais "Semiconductor On Insulator" - semiconducteur sur isolant).
  • La structure de départ comprend un substrat de support 10, par exemple en un matériau semiconducteur, par exemple en silicium, une couche diélectrique 12, par exemple en oxyde de silicium, revêtant la face supérieure du substrat 10, et une couche semiconductrice 14, par exemple une couche de silicium monocristallin, revêtant la face supérieure de la couche diélectrique 12. La couche diélectrique 12 et la couche semiconductrice supérieure 14 s'étendent par exemple chacune de façon continue et avec une épaisseur sensiblement constante, sur toute la surface supérieure du substrat 10. Dans cet exemple, la couche diélectrique 12 est en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure du substrat 10, et la couche semiconductrice 14 est en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure de la couche diélectrique 12.
  • La figure 6A illustre plus particulièrement une étape d'oxydation d'une partie supérieure de la couche semiconductrice 14. Lors de cette étape, la partie supérieure de la couche 14 est transformée en une couche 14a d'un matériau diélectrique, par exemple de l'oxyde de silicium (dans le cas où la couche 14 de départ est en silicium). La nature de la partie inférieure 14b de la couche 14 reste inchangée.
  • A titre d'exemple, l'oxydation de la partie supérieure de la couche 14 est réalisée par un procédé d'oxydation thermique sèche. L'épaisseur initiale de la couche semiconductrice 14 est par exemple comprise entre 50 nm et 3 µm. L'épaisseur de la couche isolante 14a après oxydation est par exemple comprise entre 10 et 500 nm, par exemple de l'ordre de 50 nm.
  • La figure 6B illustre une étape de formation, dans la couche isolante 14a, de cavités localisées correspondant aux cavités 125 des transducteurs CMUT.
  • Les cavités 125 s'étendent verticalement depuis la face supérieure de la couche isolante 14a, en direction de la couche 14b. Dans l'exemple représenté, les cavités 125 sont traversantes, c'est-à-dire qu'elles débouchent sur la face supérieure de la couche semiconductrice 14b.
  • Les cavités 125 peuvent être formées par gravure, par exemple par gravure plasma. Un masque de gravure peut être utilisé pour définir la position des cavités 125.
  • La figure 6C illustre une étape d'oxydation de la face supérieure d'un deuxième substrat semiconducteur 20, par exemple en silicium. Lors de cette étape, une couche diélectrique 22, par exemple en oxyde de silicium, est formée du côté de la face supérieure du substrat 20. L'oxydation peut être réalisée par un procédé d'oxydation thermique sèche. L'épaisseur de la couche diélectrique 22 formée lors de cette étape est par exemple comprise entre 50 nm et 1 µm, par exemple de l'ordre de 100 nm.
  • La figure 6D illustre une étape de report de l'ensemble comprenant le substrat 20 et la couche diélectrique 22 sur la face supérieure de la structure obtenue à l'issue des étapes des figures 6A et 6B. Plus particulièrement, dans l'exemple représenté, le substrat 20 est retourné par rapport à l'orientation de la figure 6C, et reporté sur la structure de la figure 6B, de façon que la face inférieure de la couche 22 vienne en contact avec la face supérieure de la couche 14a. Les deux structures sont fixées l'une à l'autre par collage direct ou collage moléculaire de la face inférieure de la couche 22 avec la face supérieure de la couche 14a. La couche diélectrique 22 vient ainsi fermer les cavités 125 par leur face supérieure.
  • La figure 6E illustre une étape d'amincissement du substrat 20 par sa face opposée à la couche diélectrique 22, c'est-à-dire par sa face supérieure dans l'orientation de la figure 6E. L'amincissement est par exemple réalisé par meulage. L'épaisseur initiale du substrat 20 avant amincissement est par exemple de l'ordre de 700 µm. Après amincissement, l'épaisseur du substrat peut être comprise entre 300 nm et 100 µm.
  • La figure 6F illustre une étape de formation de tranchées isolantes 121 remplies d'un matériau diélectrique, par exemple de l'oxyde de silicium, à partir de la face supérieure du substrat 20 aminci. Les tranchées 121 (en noir sur la figure 6F) correspondent aux régions diélectriques 121 des figures 4A et 4B. Les tranchées 121 traversent entièrement le substrat 20, sur toute son épaisseur, et débouchent sur la face supérieure de la couche isolante 22. Les tranchées 121 sont par exemple formées par gravure réactive ionique profonde du substrat 20, puis remplies d'un matériau diélectrique. Les portions de substrat 20 délimitées par les tranchées correspondent aux électrodes E1 des transducteurs.
  • La figure 6G illustre une étape d'oxydation de la face supérieure d'un troisième substrat semiconducteur 30, par exemple en silicium. Lors de cette étape, une couche diélectrique 32, par exemple en oxyde de silicium, est formée du côté de la face supérieure du substrat 30. L'oxydation peut être réalisée par un procédé d'oxydation thermique sèche. L'épaisseur de la couche diélectrique 32 formée lors de cette étape est par exemple comprise entre 100 nm et 10 µm, par exemple de l'ordre de 2 µm, par exemple comprise entre 2 et 10 µm. A titre de variante, la couche 32 peut être formée par dépôt d'un matériau isolant, par exemple de l'oxyde de silicium, sur la face supérieure du substrat 30. Par ailleurs, à titre de variante, le substrat 30 peut être un substrat en un matériau diélectrique, par exemple du verre, ou un substrat semiconducteur à haute résistivité, par exemple un substrat en silicium non dopé ou faiblement dopé.
  • La figure 6H illustre une étape de report de la structure de la figure 6F sur la structure de la figure 6G. Dans l'exemple représenté, la structure de la figure 6F est retournée par rapport à l'orientation de la figure 6F, et reportée sur la structure de la figure 6G de façon que la face inférieure des électrodes E1 et la face inférieure des régions diélectriques 121 viennent en contact avec la face supérieure de la couche diélectrique 32. Les deux structures sont fixées l'une à l'autre par collage direct de la face inférieure des électrodes E1 et des régions diélectriques 121 sur la face supérieure de la couche diélectrique 32.
  • La figure 6I illustre une étape ultérieure de retrait du substrat 10 et de la couche diélectrique 12 de la structure de départ. Ainsi, seule la couche semiconductrice 14b est conservée au-dessus des cavités, pour former les membranes 123 des transducteurs.
  • La figure 6J illustre la structure obtenue à l'issue d'une ou plusieurs étapes ultérieures de structuration de la couche semiconductrice 14b et des couches diélectriques 14a et 22, pour d'une part délimiter les membranes flexibles 123 des transducteurs dans la couche semiconductrice 14b, et d'autre part former, dans les couches diélectriques 14a et 22, des ouvertures 41 d'accès à la face supérieure des électrodes E1 des transducteurs.
  • La figure 6K illustre une étape ultérieure de dépôt d'une couche métallique 43 sur toute la face supérieure de la structure de la figure 6I, puis de structuration de la couche métallique 43, par exemple par photolithographie et gravure, pour délimiter les électrodes supérieures E2 des transducteurs.
  • Dans cet exemple, les éléments de connexion 311 de la structure des figures 4A et 4B correspondent à des portions de la couche 43 revêtant les flancs des ouvertures 41 et venant en contact avec la face supérieure des électrodes E1 au fond des ouvertures 41. Le substrat 110 et la couche diélectrique 112 de la structure des figures 4A et 4B correspondent respectivement au substrat 30 et à la couche diélectrique 32. Les régions diélectriques 127 et 129 de la structure des figures 4A et 4B, formant les parois latérales et le fond des cavités 125, correspondent quant à elles aux couches 14a et 22.
  • Les figures 7A à 7C sont des vues en coupe illustrant des étapes d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un dispositif du type illustré par les figures 5A et 5B.
  • Les étapes initiales du procédé sont identiques à ce qui a été décrit précédemment en relation avec les figures 6A à 6G.
  • La figure 7A illustre la structure obtenue à l'issue des étapes supplémentaires successives suivantes, en partant de la structure de la figure 6F :
    • formation de vias conducteurs 51 isolés latéralement, traversant verticalement la couche semiconductrice 20 sur toute son épaisseur et débouchant sur la face supérieure de la couche diélectrique 22 ;
    • dépôt d'une couche métallique 53 sur la face supérieure de la structure, la couche métallique 53 étant en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure des électrodes E1 et avec la face supérieure des vias conducteurs 51 ; et
    • retrait localisé de la couche métallique 53, par exemple en vis-à-vis des régions diélectriques 121, de façon à isoler électriquement les électrodes E1 les unes des autres.
  • La figure 7B illustre la structure obtenue à l'issue des étapes supplémentaires successives suivantes, en partant de la structure de la figure 6G :
    • dépôt d'une couche métallique 61 sur la face supérieure de la structure, la couche métallique 61 étant en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure de la couche diélectrique 32 ; et
    • retrait localisé de la couche métallique 61 de façon à définir une pluralité de portions métalliques isolées les unes des autres, disposées selon un agencement identique ou similaire à celui des portions métalliques définies dans la couche métallique 53 dans la structure de la figure 7A.
  • La suite du procédé est similaire à ce qui a été décrit précédemment en relation avec les figures 6H à 6K.
  • La figure 7C illustre la structure obtenue à la fin du procédé. On notera que, dans cette variante, le collage de la structure de la figure 7A sur la structure de la figure 7B est un collage direct métal-métal entre la face de la couche métallique 53 opposée à la couche semiconductrice 20 (à savoir sa face inférieure dans l'orientation de la figure 7C) et la face de la couche métallique 61 opposée au substrat 30 (à savoir sa face supérieure dans l'orientation de la figure 7C).
  • L'empilement des portions des couches métalliques 61 et 53 en vis-à-vis des électrodes inférieures E1 correspond aux portions de couches métalliques 501 de la structure des figures 5A et 5B. Les vias conducteurs isolés 51 correspondent quant à eux aux éléments de connexion 311 de la structure des figures 5A et 5B.
  • Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples particuliers de matériaux et de dimensions mentionnés dans la présente description.
  • En outre, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples particuliers de structures de transducteurs CMUT décrits ci-dessus, ni aux exemples particuliers de procédé de fabrication de transducteurs CMUT décrits ci-dessus. On notera en particulier que la solution proposée peut être appliquée à des transducteurs CMUT réalisés par micro-usinage de surface.
  • On notera de plus que les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples représentés sur les figures dans lesquels les lignes et les colonnes de transducteurs du dispositif sont rectilignes, et dans lesquels les lignes sont orthogonales aux colonnes. A titre de variante, les lignes et/ou les colonnes de transducteurs du dispositif sont non rectilignes. De plus, les lignes, respectivement les colonnes de transducteurs, peuvent ne pas être parallèles entre elles. En outre, les lignes de transducteurs peuvent ne pas être orthogonales aux colonnes.
  • Plus généralement, les modes de réalisation décrits peuvent être adaptés à tout type de transducteur ultrasonore ayant une électrode inférieure et une électrode supérieure, et adapté à être commandé selon un adressage ligne-colonne, par exemple des transducteurs piézoélectriques, par exemple des transducteurs de type PMUT (de l'anglais "Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers" - transducteur ultrasonore piézoélectrique micro-usiné).

Claims (9)

  1. Dispositif d'imagerie ultrasonore (300) comportant une pluralité de transducteurs ultrasonores (101) agencés selon des lignes (Li) et des colonnes (Cj), chaque transducteur (101) comportant une électrode inférieure (E1) et une électrode supérieure (E2), dans lequel :
    - dans chaque ligne (Li), deux transducteurs (101) voisins quelconques de la ligne ont respectivement leur électrode inférieure (E1) et leur électrode supérieure (E2) connectées l'une à l'autre, ou leur électrode supérieure (E2) et leur électrode inférieure (E1) connectées l'une à l'autre ; et
    - dans chaque colonne (Cj), deux transducteurs (101) voisins quelconques de la colonne ont respectivement leur électrode inférieure (E1) et leur électrode supérieure (E2) connectées l'une à l'autre, ou leur électrode supérieure (E2) et leur électrode inférieure (E1) connectées l'une à l'autre.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel :
    - dans chaque ligne (Li), deux transducteurs (101) voisins quelconques de la ligne ont leurs électrodes inférieures (E1) respectives isolées électriquement l'une de l'autre et leurs électrodes supérieures (E2) respectives isolées électriquement l'une de l'autre ; et
    - dans chaque colonne (Cj), deux transducteurs (101) voisins quelconques de la colonne ont leurs électrodes inférieures (E1) respectives isolées électriquement l'une de l'autre et leurs électrodes supérieures (E2) respectives isolées électriquement l'une de l'autre.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque transducteur ultrasonore (101) est un transducteur CMUT comportant une membrane flexible (123) suspendue au-dessus d'une cavité (125), l'électrode inférieure (E1) du transducteur étant disposée du côté de la cavité (125) opposé à la membrane flexible (123), et l'électrode supérieure (E2) du transducteur étant disposée du côté de la membrane flexible (123) opposé à la cavité (125).
  4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les cavités (125) des transducteurs (101) sont formées dans une couche support rigide (127), et dans lequel chaque transducteur (101) a son électrode supérieure (E2) connectée électriquement à une électrode inférieure (E1) d'un transducteur (101) voisin par l'intermédiaire d'un élément conducteur (311) traversant la couche support rigide (127).
  5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l'électrode inférieure (E1) de chaque transducteur (101) est en un matériau semiconducteur dopé.
  6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel une portion de couche métallique (501) s'étend sous l'électrode inférieure (E1) de chaque transducteur (101), en contact avec la face inférieure de l'électrode inférieure (E1) du transducteur.
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel, dans chaque transducteur (101), la membrane flexible (123) est en un matériau semiconducteur.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel, dans chaque transducteur (101), une couche diélectrique (129) revêt la face supérieure de l'électrode inférieure (E1) du transducteur, au fond de la cavité (125).
  9. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque transducteur (101) est un transducteur PMUT.
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