JP2024513615A - Ｍｕｔアレイにおいてクロストークを減少するための溝 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超音波映像中の不要なアーティファクトを緩和するためにＭＵＴ間のクロストークを減少する溝を備えたマイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）アレイ、ならびにこれを操作する方法が記載される。【選択図】図８Ｂ
Description
相互参照
本出願の主題は、２０２０年９月１１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０２０／０５０３７４の主題に関連しており、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願の主題は、２０２０年９月１１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０２０／０５０３７４の主題に関連しており、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）は、医療用イメージング、空気結合イメージング、距離モニタリング、指紋モニタリング、非破壊的欠陥モニタリング、診断を含むが、これらに限定されない多くの分野で大きな可能性を提示する。これらの用途の多くでは、連携して動作する１つより多くのＭＵＴがある。これらの用途の多くでは、複数のＭＵＴが同時に動作する。例えば、ハイエンドの医療用超音波イメージングの場合、１０２４、２０４８、または４０９６のＭＵＴを備えたシステムを見つけるのが妥当である。
ＭＵＴは、適切に動作するように、取り付けられている音響媒体にエネルギーを伝達するように設計されている。図１ＡのＭＵＴアレイの一般化された例をご覧頂きたい。この場合、ＭＴＵは、空洞（１２０ａ）、（１２０ｂ）、および（１２０ｃ）によって基板（１００）の中または上に形成される可動ダイアフラム（１０１ａ）、（１０１ｂ）、（１０１ｃ）によって表される。ダイアフラム（１０１ａ）、（１０１ｂ）、（１０１ｃ）は、界面（１１０）で半無限音響媒体（２００）に音響的に結合される。音響媒体（２００）は、任意の物質または複数の物質であり得る；一般的な媒体は、空気、水、繊維、電解ゲル、金属、身体へのマッチング層として使用されるシリコーンゴムなどを含む。
動作中、ダイアフラム（１０１ａ）～（１０１ｃ）は、主にｚ方向に運動するように励起される。励起は、通常、圧電効果（圧電ＭＵＴ（ｐＭＵＴ）の場合）または容量性効果（容量性ＭＵＴ（ｃＭＵＴ）の場合）によって生じる。両方の場合において、ダイアフラムの運動は、音響媒体（２００）に伝達する圧力波を生成する。しかしながら、ダイアフラムの
運動は、音響媒体（２００）の外側の望ましくない波をさらに生じさせる。最も一般的な望ましくない波は、基板（１００）内および基板（１００）中を通って伝わる弾性圧縮波、および基板（１００）と音響媒体（２００）との間の界面（１１０）、ならびに基板（１００）に取り付けられる他の界面に沿って伝わる界面波である。
運動は、音響媒体（２００）の外側の望ましくない波をさらに生じさせる。最も一般的な望ましくない波は、基板（１００）内および基板（１００）中を通って伝わる弾性圧縮波、および基板（１００）と音響媒体（２００）との間の界面（１１０）、ならびに基板（１００）に取り付けられる他の界面に沿って伝わる界面波である。
音響媒体（２００）の外部で放射されるエネルギーはすべて、望ましくない。電力を浪費するだけでなく、ＭＵＴの機能に干渉する可能性がある。例えば、医療用イメージングでは、弾性圧縮波が他の表面で跳ね返り、音響媒体（２００）からの反射エネルギーから形成された医学的に関連する画像上に静止像などのアーティファクトを引き起こす。別の例として、界面（１１０）に沿って伝わる界面波は、医療用イメージングにおいてクロストークを生じさせ、スポット照明効果および望ましくないゴースト像を生じさせる。
ＭＵＴアレイ（２１０）の一般化された例は、図１Ｂに示される。ＭＵＴアレイ（２１０）は、基板（１００）および複数のＭＵＴ（１０１）を含む。複数のＭＵＴ（１０１）は、基板の表面に固定される。各ＭＵＴは、図１Ａに示されるように可動ダイアフラムを含む。いくつかの実施形態では、各ＭＵＴ（１０１）はｐＭＵＴである。いくつかの実施形態では、各ＭＵＴ（１０１）はｃＭＵＴである。ＭＵＴ（１０１）は、直交する方向に配置された２次元アレイ（２１０）配置され得る。すなわち、ＭＵＴ（１０１）は、Ｎ列およびＭ行のＭＵＴ（１０１）を有する２次元ＭｘＮアレイ（２１０）に形成される。列数（Ｎ）および行数（Ｍ）は同じであってもよく、異なっていてもよい。いくつかの例では、アレイ（２１０）は、例えば、画像化される物体のより広い角度を提供するために湾曲され得る。いくつかの例では、アレイは、図１Ｂに表示される標準的な正方形のパッキングではなく、六角形のパッキングなどの異なるパッキングを提供してもよい。いくつかの例では、アレイは、例えば、参照により全内容が本明細書に組み込まれる米国特許第１０，６５６，００７号に記載されているように、非対称であり得る。
本開示は、ＭＵＴアレイにおける圧縮波および界面波およびそれらが生成するクロストークの問題に対処するための新しい解決策を提供する。図２は、水音響媒体（（２００）に結合されたシリコン基板（１００）から形成されたＭＵＴアレイにおけるこのクロストークの例を提供する。対角線のリップル（２２０）は、進行する圧力波を表す。２本の一点鎖線（２３０）は、水音響媒体の音速（約１，４８０ｍ／ｓ）を表す。これらの線（２３０）の下のリップルおよび高振幅データ（２４０）は、典型的に良好な音響データを表す。２本の一点鎖線（２３０）の上のデータ（２５０）は、様々な形態のクロストークを表す。
図２のデータの空間的および時間的フーリエ変換を行うと、図３のｆ－ｋプロットが得られる。図３では、一点鎖線（３００）で囲まれたクロストーク音響エネルギーが、約２，０００～６，０００ｍ／ｓに分布していることが分かる。シリコンにおける縦波音速は約８，８００ｍ／ｓである一方、レイリー波とせん断波の界面波速は５，０００～５，５００ｍ／ｓである。これは、クロストークエネルギーが界面波およびバルク波の組み合わせに起因し得ることを示唆する。
ファントムをイメージングするために、図２および図３に示される出力を生成するために使用されるようなＭＵＴアレイを使用することは、図４のような結果を生成する。２つのアーティファクトがはっきり見える：（１）画像の中央部分が縁よりも明るい「スポットライト」効果（４２０）、および（２）高反射ターゲットの「ゴースト」像（４３０）は、画像の縁に見られる。
そのようなクロストークエネルギーのアーティファクトは望ましくない。本明細書では、圧縮波および界面波を破壊し、ＭＵＴ間のクロストークを大幅に減少するための一般的な手法を開示する。
一態様では、本明細書では、基板および複数のＭＵＴを含むＭＵＴアレイが示される。複数のＭＵＴは基板の表面に固定される。各ＭＵＴは、可動ダイアフラムを含む。基板は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴの１つ以上のＭＵＴのダイアフラムの外周の周りにある溝を含む。いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴはｐＭＵＴである。いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴはｃＭＵＴである。
いくつかの実施形態では、溝は、基板の表面から基板の厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ。いくつかの実施形態では、溝は、基板の厚さ全体に及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝は、基板の表面の下から基板の厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝は、基板の反対表面（１１０）から基板を通ってその厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝は、１μｍ～４０μｍの一定の幅を有する。いくつかの実施形態では、溝は、１μｍ～４０μｍの可変幅を有する。
いくつかの実施形態では、溝は、ダイアフラムの外周から１μｍ～４０μｍの一定の距離を有する。いくつかの実施形態では、溝は、ダイアフラムの外周から１μｍ～４０μｍの可変距離を有する。
いくつかの実施形態では、溝は、ダイアフラムの外周の少なくとも５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％に及ぶ。いくつかの実施形態では、溝は、ダイアフラムの外周全体に及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴのＭＵＴの少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％のダイアフラムの外周に及ぶ。いくつかの実施形態では、溝は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴの各ＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝は、音響減衰材料で少なくとも部分的に満たされる。
いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴは、複数の列および複数の行に配置される。いくつかの実施形態では、溝は、ＭＵＴの行に沿って伸びている。いくつかの実施形態では、ＭＵＴの各行は、それに沿って伸びる溝を有する。いくつかの実施形態では、溝は、ＭＵＴの列に沿って伸びている。いくつかの実施形態では、ＭＵＴの各列は、それに沿って伸びる溝を有する。いくつかの実施形態では、ＭＵＴの各行は、それに沿って伸びる第１の溝を有し、およびＭＵＴの各列は、それに沿って伸びる第２の溝を有する。
いくつかの実施形態では、溝は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴの１つのＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ。
いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、少なくとも部分的に溝に囲まれる。
いくつかの実施形態では、ＭＵＴアレイは、少なくとも部分的に複数のＭＵＴの１つ以上のＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ少なくとも第２の溝をさらに含む。いくつかの実施形態では、第２の溝は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴの１つのＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ。いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、少なくとも部分的に第１の溝および第２の溝に囲まれる。
いくつかの実施形態では、溝は、隣接する一対のＭＵＴ間に配置される。
いくつかの実施形態では、基板は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴの１つ以上のＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ複数の溝を含む。いくつかの実施形態では、基板は、複数のＭＵＴの１つにつき１つの溝を含む。いくつかの実施形態では、基板は、複数のＭＵＴの隣接する一対のＭＵＴにつき１つの溝を含む。いくつかの実施形態では、基板は、複数のＭＵＴの１つにつき１より少ない溝を含む。いくつかの実施形態では、基板は、複数のＭＵＴの隣接する一対のＭＵＴにつき１より少ない溝を含む。いくつかの実施形態では、基板は、複数のＭＵＴの１つにつき１を超える溝を含む。いくつかの実施形態では、基板は、複数のＭＵＴの隣接する一対のＭＵＴにつき１を超える溝を含む。
いくつかの形態では、ＭＵＴアレイは医療用イメージングのために構成されている。
別の態様では、本明細書には、ＭＵＴアレイを製造する方法が開示される。
引用による組み込み
本明細書で明記されるすべての公開物、特許、および特許出願は、個々の公開物、特許、または特許出願がそれぞれ参照により組み込まれるべく特別かつ個別に示されるかのような同じ程度で、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書で明記されるすべての公開物、特許、および特許出願は、個々の公開物、特許、または特許出願がそれぞれ参照により組み込まれるべく特別かつ個別に示されるかのような同じ程度で、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明の特定事項の特徴および利点のよりよい理解は、例示となる実施形態を示す以下の詳細な説明と添付図面を参照することで得られるであろう。
図１Ａは、実施形態に係る、音響媒体（２００）に取り付けられた、一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）の断面を示す概略図である。
図１Ｂは、実施形態に係る、ＭＵＴアレイ（２１０）の上面図を示す。
図１Ｃは、実施形態に係る、イメージング装置（１０５）のブロック図である。
図１Ｄは、実施形態に係る、ＭＵＴの上面図を示す。
図１Ｅは、実施形態に係る、図１Ｄの方向４－４に沿って得られたＭＵＴの断面図を示す。
図２は、実施形態に係る、１２８個の要素を有するＭＵＴアレイの方位角方向に、約２２ｍｍにわたる運動の振幅を示すグラフである。中央の２つのＭＵＴが始動され、他の１２６のＭＵＴの応答が監視されら。灰色のレベルは、正（白に向かって）または負（黒に向かって）のダイアフラムのたわみを示す。クロストークのリップルを視覚化できるように、２つの発射された要素がプロットから除去された。一点鎖線（２３０）は、約１，４８０ｍ／ｓの速度の波によって画定されるイメージングコーンを表す。
図３は、実施形態に係る、空間領域および周波数領域でのデータを表す、図２からのデータの空間および時間でのフーリエ変換（ｆ－ｋプロットとも呼ばれる）を示すグラフである。振幅は、フーリエデータの最大振幅に対してｄＢでプロットされ、白のデータはより高い振幅の黒青のデータを有する。２～４ＭＨｚおよび０．５～１．５μ秒の間で囲まれたデータ（３００）は、望ましくないクロストークである。
図４は、実施形態に係る、図２および図３と同様のＭＵＴアレイで撮影された超音波画像である。「スポットライト」効果は２つの矢印（４２０）で強調表示され、「ゴースト」アーティファクトは円（４３０）で囲まれている。
図５Ａは、実施形態に係る、ダイアフラム側クロストーク溝（１０３）を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）のレイアウトを示す例示的な概略図である。
図５Ｂは、実施形態に係る、ダイアフラム側クロストーク溝（１０３）を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）の断面図を示す例示的な概略図である。
図６Ａは、実施形態に係る、埋め込まれたクロストーク溝（１０４）を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）のレイアウトを示す例示的な概略図である。
図６Ｂは、実施形態に係る、埋め込まれたクロストーク溝（１０４）を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）の断面図を示す例示的な概略図である。
図７Ａは、実施形態に係る、空洞側クロストーク溝（１０５）を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）のレイアウトを示す例示的な概略図である。
図７Ｂは、実施形態に係る、空洞側クロストーク溝（１０５）を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）の断面図を示す例示的な概略図である。
図８Ａは、実施形態に係る、ダイアフラム側（１０３）および空洞側（１０５）の両方のクロストーク溝を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）のレイアウトを示す例示的な概略図である。
図８Ｂは、実施形態に係る、ダイアフラム側（１０３）および空洞側（１０５）の両方のクロストーク溝を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）の断面図を示す例示的な概略図である。
図９Ａは、実施形態に係る、ダイアフラム側クロストーク溝（１０３）を備えた埋め込まれた空洞を備えた容量性ＭＵＴの断面図である。
図９Ｂは、実施形態に係る、埋め込まれたクロストーク溝（１０４）を備えた埋め込まれた空洞を備えた容量性ＭＵＴの断面図である。
図９Ｃは、実施形態に係る、空洞側クロストーク溝（１０５）を備えた埋め込まれた空洞を備えた容量性ＭＵＴの断面図である。
図９Ｄは、実施形態に係る、空洞側（１０５）およびダイアフラム側（１０３）の両方のクロストーク溝を備えた埋め込まれた空洞を備えた容量性ＭＵＴの断面図である。
図１０は、実施形態に係る、複数の基板の厚さの溝の深さに対するクロストーク溝（１０３）のシミュレートされた減衰を示すグラフである。ｙ軸は、始動された要素に隣接する要素の最大速度を、始動された要素の最大速度（ｄＢ）で割ったものである。
図１１Ａは、実施形態に係る、クロストーク溝（１５０μｍのシリコン基板に７５μｍの深さ）がない場合のＭＵＴアレイのｆ－ｋと画像の比較を示す。
図１１Ｂは、実施形態に係る、クロストーク溝（１５０μｍのシリコン基板に７５μｍの深さ）がある場合のＭＵＴアレイのｆ－ｋと画像の比較を示す。
図１２Ａは、実施形態に係る、様々なスタンドオフおよび幅での、５０μｍの深さの空洞側の溝に対する３．５０ＭＬ、３ｄＢシフトでの方位角応答を示す。
図１２Ｂは、実施形態に係る、様々なスタンドオフおよび幅での、２５μｍの深さの空洞側の溝に対する３．５０ＭＬ、３ｄＢシフトでの方位角応答を示す。
本明細書には、特定の実施形態では、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）アレイが記載されている。
一態様では、本明細書では、基板および複数のＭＵＴを含むＭＵＴアレイが開示される。複数のＭＵＴは基板の表面に固定される。各ＭＵＴは、可動ダイアフラムを含む。基板は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴの１つ以上のＭＵＴのダイアフラムの周囲にある溝を含む。いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴはｐＭＵＴである。いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴはｃＭＵＴである。
いくつかの実施形態では、溝は、基板の表面から、基板の厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ。いくつかの実施形態では、溝は、基板の厚さ全体に及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝は、基板の反対表面から、基板の厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝は、基板の表面の下から、基板の厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝は、１μｍ～４０μｍの一定の幅を有する。いくつかの実施形態では、溝は、１μｍ～４０μｍの可変幅を有する。
いくつかの実施形態では、溝は、ダイアフラムの外周から１μｍ～４０μｍの一定の距離を有する。いくつかの実施形態では、溝は、ダイアフラムの外周から１μｍ～４０μｍの可変距離を有する。
いくつかの実施形態では、溝は、ダイアフラムの外周の少なくとも５０％、７０％、または９０％に及ぶ。いくつかの実施形態では、溝は、ダイアフラムの外周全体に及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴのＭＵＴの少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％のダイアフラムの外周に及ぶ。いくつかの実施形態では、溝は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴの各ＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝は、音響減衰材料で少なくとも部分的に満たされる。
いくつかの形態では、ＭＵＴアレイは医療用イメージングのために構成されている。
本明細書には、特定の実施形態では、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）アレイを製造する方法が記載されている。特定の定義
別段の定義がない限り、本明細書で使用される専門用語のすべては、本発明の技術分野の当業者によって一般に理解されているのと同一の意味である。本明細書および添付の請求項で使用されるように、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上明確に指示されない限り、複数の言及も含む。「または」への任意の言及は、別段の定めがない限り、「および／または」を包含することを意図している。
ＭＵＴ
本開示は、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）、または容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）の技術のいずれかを含むマイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）技術を利用するイメージング装置の文脈で利用されてもよい。
本開示は、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）、または容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）の技術のいずれかを含むマイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）技術を利用するイメージング装置の文脈で利用されてもよい。
図１Ｃは、選択的に変更可能なチャネル（１０６）、（１０８）を有し、コントローラ（１０９）によって制御され、本明細書に記載される原理に従ってコンピューティング装置（１１０）上で実行されるイメージング計算を有するイメージング装置（１０５）のブロック図である。イメージング装置（１０５）は、ヒトまたは動物の身体の内部組織、骨、血流、または器官の画像を生成するために使用され得る。従って、イメージング装置（１０５）は、信号を身体に送信し、画像化されている身体部分からの反射信号を受信する。そのようなイメージング装置は、ｐＭＵＴ、またはｃＭＵＴのいずれかを含む場合があり、これらは、光音響効果または超音波効果に基づいてもよいトランシーバまたはイメージャと呼ばれてもよい。イメージング装置（１０５）は、他の物体を画像化するためにも使用され得る。例えば、イメージング装置（１０５）は、医療用イメージング；パイプ、スピーカー、マイクアレイの流量測定；砕石術；治療のための局所組織加熱；高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）手術に使用され得る。
ヒトの患者での使用に加えて、イメージング装置（１０５）は、動物の内臓の画像を取得することにも使用され得る。さらに、内臓のイメージングに加えて、イメージング装置（１０５）は、ドップラーモードイメージングのように動脈および静脈内の血流の方向および速度を決定するためにも使用され得、組織剛性を測定するためにも使用され得る。
イメージング装置（１０５）は、異なるタイプのイメージングを実行するために使用され得る。例えば、イメージング装置（１０５）は、Ａ－スキャンとしても知られる１次元イメージング、Ｂスキャンとしても知られる２次元イメージング、Ｃスキャンとしても知られる３次元イメージング、およびドップラーイメージングを実行するために使用され得る。イメージング装置（１０５）は、異なるイメージングモードに切り替えられ、プログラム制御下で電子的に構成され得る。
そのようなイメージングを促進するために、イメージング装置（１０５）は、ｐＭＵＴまたはｃＭＵＴトランスデューサ（２１０）のアレイを含み、各トランスデューサ（２１０）は、トランスデューサ要素（すなわち、ＭＵＴ）（１０１）のアレイを含む。ＭＵＴ（１０１）は、１）身体または他の塊を通過する圧力波を生成し、２）画像化される身体または他の塊内の物体から反射波を受信するように動作する。いくつかの例では、イメージング装置（１０５）は、超音波波形を同時に送信および受信するように構成され得る。例えば、特定のＭＵＴ（１０１）は、画像化されている標的物体に向かって圧力波を送信し、他のＭＵＴ（１０１）は、標的物体から反射された圧力波を受信し、受信された波に応答して電荷を発生させる。
図１Ｄは、例示的なＭＵＴ（４００）（この例では、ｐＭＵＴ）の上面図を示す。図１Ｅは、本開示の実施形態に係る、図１Ｄで線４－４に沿って取られたＭＵＴ（４００）の断面図を示す。ＭＵＴ（４００）は、本明細書に記載されるＭＵＴ（１０１）と実質的に同様であってもよい。描かれている通り、ＭＵＴは、基板（４０２）から吊り下げられ、空洞（４０４）上に配置された膜層（４０６）、膜層（または、短縮して、膜）（４０６）上に配置された下部電極（Ｏ）（４０８）、下部電極（Ｏ）（４０８）上に配置された圧電層（４１０）、および圧電層（４１０）上に配置された上部電極（Ｘ）（４１２）を備えていてもよい。
ＭＵＴまたはｐＭＵＴのいずれのＭＵＴも、様々な半導体ウェーハ製造操作を活用して、基板上に効率的に形成され得る。半導体ウェーハは、６インチ、８インチ、および１２インチのサイズで提供されてもよく、数百のトランスデューサアレイを収容することができる。これらの半導体ウェーハは、様々な処理ステップが実行されるシリコン基板として始まる。このような動作の例は、絶縁酸化膜としても知られるＳｉＯ２層の形成である。他の電子機器への接続を可能にするために、相互接続およびボンドパッドとして機能する金属層の追加など、他の様々なステップが実行される。機械動作のさらなる別の例は、基板内の空洞（例えば、図１Ｅの空洞（４０４））のエッチングである。
本開示によれば、クロストークを大幅に減少するために、ウェーハ製造プロセス中に、各ＭＵＴ（１０１）を大まかに取り囲む溝（１０３）が基板（１００）内に形成される。この例は、図５Ａおよび図５Ｂで描かれる。図５Ａは、ダイアフラム側クロストーク溝（１０３）を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）を示す例示的な概略図を示す。
図５Ｂは、線Ａ－Ａ’に沿って取られた、図５ＡのＭＵＴアレイの断面図を示す。ＭＵＴアレイは、１つ以上の溝（１０３）が追加された図１Ａ―１Ｃに示されるアレイと実質的に同様であってもよい。ＭＵＴアレイ（２１０）は、基板（１００）および複数のＭＵＴ（１０１ａ）～（１０１ｃ）を含む。複数のＭＵＴ（１０１ａ）～（１０１ｃ）は基板（１００）の表面に固定される。各ＭＵＴ（１０１ａ）～（１０１ｃ）は、可動ダイアフラムを含む。基板（１００）は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴのダイアフラム（１０１ａ）～（１０１ｃ）の外周にある溝（１０３）を含む。溝（１０３）は、基板（１００）とクロストーク溝（１０３）内にあるあらゆる材料との間にインピーダンス不整合を導入する。このインピーダンス不整合は、減衰、反射、および散乱によってクロストーク波を乱す。
図５Ｂは、線Ａ－Ａ’に沿って取られた、図５ＡのＭＵＴアレイの断面図を示す。ＭＵＴアレイは、１つ以上の溝（１０３）が追加された図１Ａ―１Ｃに示されるアレイと実質的に同様であってもよい。ＭＵＴアレイ（２１０）は、基板（１００）および複数のＭＵＴ（１０１ａ）～（１０１ｃ）を含む。複数のＭＵＴ（１０１ａ）～（１０１ｃ）は基板（１００）の表面に固定される。各ＭＵＴ（１０１ａ）～（１０１ｃ）は、可動ダイアフラムを含む。基板（１００）は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴのダイアフラム（１０１ａ）～（１０１ｃ）の外周にある溝（１０３）を含む。溝（１０３）は、基板（１００）とクロストーク溝（１０３）内にあるあらゆる材料との間にインピーダンス不整合を導入する。このインピーダンス不整合は、減衰、反射、および散乱によってクロストーク波を乱す。
クロストーク溝（１０３）の位置は、溝によって提供される減衰の量に影響を与えるであろう。図３からの速度データは、界面（１１０）での界面波がクロストークエネルギーの一部を占めていることを示唆する。レイリー波などの界面波は、典型的に、進行波の波長によって特徴付けられる界面のある距離内の界面領域と材料に影響を与える。この場合、基板（１００）の表面に取り付けられ、界面（１１０）と交差する溝（１０３）は、図６Ａおよび図６Ｂに示されるような、界面（１１０）の近くにない埋め込まれたクロストーク溝（１０４）と比較して最適である。
図７Ａおよび図７Ｂは、空洞側クロストーク溝（１０５）を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）の（ａ）レイアウトおよび（ｂ）断面図を示す例示的な概略図である。いくつかの実施形態では、基板（１００）は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴの空洞（１２０ａ）～（１２０ｃ）の周囲にある空洞側の溝（１０５）を含む。溝（１０５）は、基板（１００）とクロストーク溝（１０５）内にあるあらゆる材料との間にインピーダンス不整合を導入する。このインピーダンス不整合は、減衰、反射、および散乱によってクロストーク波を乱す。空洞側の溝（１０５）は、弾性波の経路長を増加させることによってクロストーク速度を減少するのに有効である。
図８Ａおよび図８Ｂは、ダイアフラム側（１０３）および空洞側（１０５）の両方のクロストーク溝を備えた一般化されたＭＵＴアレイ（１０１ａ）～（１０１ｃ）の（ａ）レイアウトおよび（ｂ）断面図を示す例示的な概略図である。いくつかの実施形態では、基板（１００）は、ダイアフラム側の溝（１０３）および空洞側の溝（１０５）の両方を含む。少なくともいくつかの例では、ダイアフラム側の溝（１０３）と空洞側の溝（１０５）の組み合わせは、いずれかの溝のタイプ１つのみの場合よりも（例えば、クロストーク効果の速度を低下させるおよび／または振幅を低下させることによって）クロストーク効果を減少し得る。
いくつかの実施形態では、基板（１００）は、ダイアフラム側の溝（１０３）、埋め込まれた溝（１０４）および空洞側の溝（１０５）を含む。
図９Ａ～図９Ｄは、（ａ）ダイアフラム側クロストークト溝（１０３）、（ｂ）埋め込まれたクロストークト溝（１０４）、（ｃ）空洞側クロストークト溝（１０５）、および（ｄ）空洞側（１０５）およびダイアフラム側（１０３）の両方のクロストークト溝を備えた埋め込まれた空洞を備えた容量性ＭＵＴの断面図である。ＭＵＴアレイ（２１０）は、基板（１００）および複数のＭＵＴ（１０１ａ）～（１０１ｃ）を含む。複数のＭＵＴ（１０１ａ）～（１０１ｃ）は基板（１００）の表面に固定される。各ＭＵＴ（１０１ａ）～（１０１ｃ）は、埋め込まれた空洞（１３０ａ）、（１３０ｂ）および（１３０ｃ）によって、基板（１００）内に、またはその基板上に形成された可動ダイアフラムを含む。基板（１００）は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴのダイアフラム（１０１ａ）～（１０１ｃ）の外周にある溝（１０３）、（１０４）および／または（１０５）を含む。溝（１０３）、（１０４）および／または（１０５）は、基板（１００）とクロストーク溝（１０３）、（１０４）および／または（１０５）内にあるあらゆる材料との間にインピーダンス不整合を導入する。このインピーダンス不整合は、減衰、反射、および散乱によってクロストーク波を乱す。
いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）または（１０５）は、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）、プラズマエッチング、ウェットエッチング、またはここでの教示に基づいて当業者に明らかである他のエッチング技術を介して形成される。
いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）または（１０５）は、ダイアフラムまたは空洞の外周から１μｍ～４０μｍ（例えば、１０μｍ～４０μｍ）の一定の距離を有する。代替的に、またはそれに組み合わせて、いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）または（１０５）は、ダイアフラムまたは空洞の外周から１μｍ～４０μｍ（例えば、１０μｍ～４０μｍ）の可変距離を有する。ダイアフラムまたは空洞の外周からの溝（１０３）、（１０４）または（１０５）の距離は、必要に応じてできるだけ近く（例えば、原子的に近く）または遠くにすることができる。
いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）または（１０５）は、ダイアフラムまたは空洞の外周の少なくとも５０％、７０％、または９０％に及ぶ。いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）または（１０５）は、ダイアフラムまたは空洞の外周全体に及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）または（１０５）は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴのＭＵＴの少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％のダイアフラムまたは空洞の外周に及ぶ。いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）または（１０５）は、少なくとも部分的に複数のＭＵＴの各ＭＵＴのダイアフラムまたは空洞の外周に及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、少なくとも部分的にＭＵＴの第１の側面上のダイアフラムまたは空洞の外周に及ぶ。随意に、第２の溝（１０３）、（１０４）または（１０５）は、少なくとも部分的にＭＵＴの第２の側面上のダイアフラムまたは空洞の外周に及ぶ。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、その両方の側面上に溝（１０３）、（１０４）または（１０５）を有する。いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）または（１０５）は、ダイアフラムまたは空洞の外周のまわりで対称的に配置される。いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、ダイアフラムまたは空洞の外周のまわりで非対称的に配置される。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、その１つの側面上に溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）を有する。
図１０で示されるように、クロストーク溝（１０３）、（１０４）または（１０５）の深さは、減衰に影響を与えるであろう。図１０は、複数の基板の厚さ（７５μｍまたは１５０μｍ）に応じて、クロストーク溝（１０３）のシミュレートされた減衰対溝の深さ（０～５５μｍの範囲）を示すグラフである。ｙ軸は、始動された要素に隣接する要素の最大速度を、始動された要素の最大速度（ｄＢ）で割ったものである。この場合、シミュレーションは、より深いクロストーク溝（１０３）が浅い溝よりも有効であることを示す。これは、界面波と縦波の両方が垂直方向の空間範囲を有するためである。より大きな深さの溝は、溝によって妨害されるクロストーク波のより大きな割合をもたらす。
いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）または（１０５）は、基板の表面（ダイアフラム側または空洞側）から、基板の厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ。いくつかの実施形態では、溝は、基板の全体の厚さ（例えば、１００％）に及ぶ。いくつかの実施形態では、溝は、基板の表面（ダイアフラム側または空洞側）から、基板の厚さの約１％まで及ぶ。
いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、基板の表面（ダイアフラム側または空洞側）の下から、基板の厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ。
最後に、溝の側面の幅は、特に溝が高減衰材料で満たされている場合、クロストーク溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）の減衰特性にも影響を与える。より大きな側面の寸法および／またはより多くの溝の数は、より良いクロストーク減衰を生成する。最も一般的なＭＵＴアレイでは、クロストーク溝（１０３）および（１０４）の側面の幅は、ＭＵＴの充填密度によって制限される。
いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、１μｍ～４０μｍの一定の距離を有する。いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、１μｍ～１００μｍの一定の距離を有する。いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、５μｍ～１０μｍの一定の距離を有する。溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）の幅は、必要に応じて薄く（例えば、原子的に薄い）または大きくすることができる。
いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、１μｍ～４０μｍの可変距離を有する。いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、１μｍ～１００μｍの可変距離を有する。いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、５μｍ～１０μｍの可変距離を有する。溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）の幅は、必要に応じて薄く（例えば、原子的に薄い）または大きくすることができる。
いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、音響減衰材料で少なくとも部分的に満たされる。代替的に、またはそれに組み合わせて、いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、音響減衰材料で少なくとも部分的に満たされる。
いくつかの実施形態では、１つのＭＵＴにつき１つの溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）がある。いくつかの実施形態では、隣接する一対のＭＵＴにつき、１つの溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）がある。いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）は、１つの連続した溝としてＭＵＴ間で交差し、延びることができる。いくつかの実施形態では、一対のＭＵＴにつき、１より少ない溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）がある。いくつかの実施形態では、１つのＭＵＴにつき、１より多い溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）がある。
いくつかの実施形態では、１つのＭＵＴにつき、１より多い溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）がある。例えば、各ＭＵＴは、ＭＵＴの第１の側面に第１の近位溝を有し、ＭＵＴの第２の側面に第２の近位溝を有し、その結果、隣接するＭＵＴの各対は、それらの間に少なくとも２つの溝を有する。第１のＭＵＴの第１の側面の近位溝および第２のＭＵＴの第２の側面の近位溝は、第１のＭＵＴと第２のＭＵＴとの間の基板に配置され得る。いくつかの実施形態では、中央溝が近位溝の間に配置され得、隣接する第１のＭＵＴと第２のＭＵＴの間に合計で少なくとも３つの溝が配置され得る。いくつかの実施形態では、近位溝および中央溝は、基板の同じ表面（ダイアフラム側または空洞側）の中で形成される。いくつかの実施形態では、近位溝および中央溝は基板の異なる表面の中で形成される。例えば、図８Ｂおよび図９Ｄに示されるように、近位溝（１０３）はダイアフラム側に形成され得、中央溝（１０５）は空洞側に形成され得る。少なくともいくつかの例では、ダイアフラム側近位溝（１０３）および空洞側中央溝（１０５）の組み合わせは、クロストーク効果を（例えば、クロストーク効果の速度を低下させるおよび／または振幅を低下させることによって）いずれかの溝タイプのみよりも、減少することができる。
いくつかの実施形態では、ＭＵＴアレイの溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）はすべて、同じ寸法を有する。いくつかの実施形態では、溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）の１つ以上は、異なる寸法を有する。例えば、図８Ｂおよび図９Ｄに示される中央溝（１０５）は、近位溝（１０３）よりも幅が広くてもよい。
いくつかの実施形態では、１つのＭＵＴにつき、ＭＵＴの少なくとも８０％を囲む１つの溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）がある。代替的に、またはそれに組み合わせて、ＭＵＴの各行の下に１つの溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）がある。代替的に、またはそれに組み合わせて、ＭＵＴの各列の下に１つの溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）がある。代替的に、またはそれに組み合わせて、ＭＵＴの各行の下に１つの溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）があり、およびＭＵＴの各列の下に１つの溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）がある。代替的に、またはそれに組み合わせて、各ＭＵＴのまわりに複数の溝（１０３）、（１０４）、または（１０５）がある。
このような溝の有効性は、１５０μｍの基板を備えたシリコンＭＵＴアレイで実証されている。図１１Ａは、クロストーク溝のないＭＵＴアレイ（１０１ａ）－（１０１ｃ）のｆ－ｋおよび画像を示す。図１１Ｂは、（１５０μｍのシリコン基板中に７５μｍ深さの）クロストーク溝（１０３）を備えたＭＵＴアレイ（１０１ａ）－（１０１ｃ）のｆ－ｋおよび画像を示す。図１１Ａおよび１１Ｂが示すように、クロストーク溝（１０３）は、クロストークエネルギーを効果的に減少し、クロストークに関連する「スポットライト」（４２０）およびゴースティング（４３０）のアーティファクトを除去する。
溝を備えたｐＭＵＴを製造する方法
次に、図５Ａから図８Ｂに示されるｐＭＵＴなどの、溝を備えたｐＭＵＴの例示的な製造方法が記載される。
（ａ）第１に、基板（例えば、基板（４０２）または（１００））、典型的には単結晶シリコンが提供される。
（ｂ）必要に応じて、埋め込まれたクロストーク溝（１０４）を、「ハンドル」ウェーハを生成するために基板にパターン化し、エッチングし得る。別のシリコン「装置」ウェーハは、熱酸化され、次に「ハンドル」に融着され、その間に埋め込まれた溝（１０４）を形成することができる（例えば、図６Ａおよび６Ｂに示されるように）。「装置」ウェーハは、所望のダイアフラム厚さまで研削および研磨され得る。
（ｃ）その後、絶縁層は基板上に蒸着され得る。絶縁層は、典型的に厚さが約０．１μｍ～３μｍの何らかの形のＳｉＯ２である。それは、通常、熱酸化、ＰＥＣＶＤ堆積、またはその他の技術によって堆積される。
（ｄ）その後、第１の金属層（４０８）（Ｍ１または金属１とも呼ばれる）は堆積され得る。典型的には、これは、基板に付着し、圧電素子の拡散を防ぎ、構造化された堆積／成長において圧電素子を補助し、導電性である膜の組み合わせである。ＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ３）は、拡散バリアと伝導のためにＰｔの上に、（ＳｉＯ２へＰｔの）接着層としてＴｉの上に、構造化されたフィルムの成長に使用されてもよい。通常、これらの層は薄く、２００ｎｍ未満であり、一部のフィルムが１０～４０ｎｍである。圧力、製造、およびコストの問題により、通常、このスタックは１μｍ未満に制限される。導体（Ｐｔ）は典型的に、構造化層（ＳＲＯ）および接着層（Ｔｉ）よりも厚い。ＳＲＯではない、他の一般的な構造化層は、（Ｌａ０．５Ｓｒ０．５）ＣｏＯ３、（Ｌａ０．５Ｓｒ０．５）ＭｎＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＲｕＯ２、ＩｒＯ２、ＢａＰｂＯ３などを含む。Ｐｔは、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、ＷおよびＮｉＣｒなどの他の導体材料と交換され得る。これらの他の材料には通常、拡散バリアの不良、脆性、接着不良などの欠点があり、Ｐｔが最も一般的に使用される導体である。接着層Ｔｉは、ＴｉＷ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｒなどの任意の一般的な接着層に置き換えることができる。
（ｅ）その後、圧電材料（４１０）は堆積され得る。適切な圧電材料のいくつかの一般的な例は、ＰＺＴ、ＫＮＮ、ＰＺＴ－Ｎ、ＰＭＮ－Ｐｔ、ＡｌＮ、Ｓｃ－ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰＶＤＦ、およびＬｉＮｉＯ３を含む。圧電層の厚さは、１００ｎｍ～５μｍ、または場合によってはそれ以上の間で変動し得る。
（ｆ）その後、第２の金属層（４１２）（Ｍ２または金属２とも呼ばれる）は堆積され得る。この第２の金属層（４１２）は、第１の金属層（４０８）と同様であり得、同様の目的を果たし得る。Ｍ２の場合、Ｍ１と同じスタックだが、逆に使用され得る：構造用のＳＲＯの上で拡散を防ぐために、Ｐｔの上に接着のためのＴｉがある。
（ｇ）その後、第２の金属層またはＭ２（４１２）は、圧電層上で停止して、パターン化およびエッチングされ得る。エッチングは、本明細書での多くの方法で、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、イオンミル、ウェット化学エッチング、等方性ガスエッチングなどを介して行うことができる。パターン化およびエッチング後、Ｍ２をパターン化するために使用されるフォトレジスターは、ウェットおよび／またはドライエッチングを介して剥離され得る。本明細書に記載されるｃＭＵＴおよびｐＭＵＴを製造するための多くの実施形態では、任意の数のエッチング方法を使用することができ、およびフォトレジストは、典型的に、ほとんどのパターンおよびエッチングステップの後に剥離される。
（ｈ）その後、圧電層は、同様に、第１の金属層またはＭ１（４０８）で停止して、パターン化およびエッチングされ得る。典型的には、ウェット、ＲＩＥ、および／またはイオンミルエッチングが使用される。
（ｉ）その後、第１の金属層またはＭ２（４０８）は、同様に、誘電性絶縁層上で停止して、同様にパターン化およびエッチングされ得る。
（ｊ）必要に応じて、次のいずれかまたは両方が追加され得る：
（１）Ｈ２バリア。圧電層中へのＨ２拡散は、その寿命を制限し得る。これを防ぐために、Ｈ２バリアが使用され得る。これを達成するために、４０ｎｍのＡＬＤ（原子層堆積）酸化アルミニウム（Ａｌ２０３）が使用され得る。他の適切な材料は、ＳｉＣ、ダイヤモンド様カーボンなどを含んでもよい。
（２）再配線層（ＲＤＬ）。この層は、Ｍ１とＭ２と他の接続（例えば、ワイヤーボンド、バンプボンドなど）との間の接続を提供し得る。ＲＤＬは、最初に酸化物などの誘電体を追加し、誘電体においてビアをエッチングし、導体（典型的にはＡｌ）を堆積し、最後に導体をパターン化することによって形成され得る。さらに、物理的な引っかき傷、偶発的な短絡、および／または湿気の侵入を防ぐために、不動態化層（通常は酸化物＋窒化物）を追加する場合がある。
（１）Ｈ２バリア。圧電層中へのＨ２拡散は、その寿命を制限し得る。これを防ぐために、Ｈ２バリアが使用され得る。これを達成するために、４０ｎｍのＡＬＤ（原子層堆積）酸化アルミニウム（Ａｌ２０３）が使用され得る。他の適切な材料は、ＳｉＣ、ダイヤモンド様カーボンなどを含んでもよい。
（２）再配線層（ＲＤＬ）。この層は、Ｍ１とＭ２と他の接続（例えば、ワイヤーボンド、バンプボンドなど）との間の接続を提供し得る。ＲＤＬは、最初に酸化物などの誘電体を追加し、誘電体においてビアをエッチングし、導体（典型的にはＡｌ）を堆積し、最後に導体をパターン化することによって形成され得る。さらに、物理的な引っかき傷、偶発的な短絡、および／または湿気の侵入を防ぐために、不動態化層（通常は酸化物＋窒化物）を追加する場合がある。
（ｋ）ダイアフラム側の溝（１０３）は、（例えば、図５Ａ、図５Ｂ、図８Ａおよび図８Ｂで示されたように）パターン化されエッチングされてもよい。誘電体層は、ＲＩＥまたはウェットエッチングによってエッチングされてもよい。基板（１００）は、典型的にはシリコンであり、典型的にはＤＲＩＥ（深掘り反応性イオンエッチング）を介してエッチングされ得る。
（ｌ）多くの場合、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板が使用される。この場合、ダイアフラム（１０１）の真下に、埋め込まれた絶縁体層または埋め込まれた酸化膜（ＢＯＸ）層が存在する。その後、ダイアフラムは、「装置」層（ＢＯＸの上の層）とＢＯＸ層の下の「ハンドル」層で構成される。装置層中の空洞はＢＯＸで停止し、ハンドル層からエッチングされ得る。この場合、溝エッチングは、２つの追加工程を含む場合がある：（１）装置層がＤＲＩＥを介してエッチングされた後、ＢＯＸを（通常はドライＲＩＥエッチングを介して、または場合によってはウェットエッチングを介して）エッチングする工程、および（２）ＤＲＩＥを介してハンドル層を所望の深さまでエッチングする工程。ほとんどのＳＯＩウェーハはシリコンであり、すなわち、装置層とハンドル層は典型的に単結晶シリコンである。この場合、絶縁体ＢＯＸは典型的に、熱的に成長した二酸化ケイ素であり、「埋め込まれた酸化膜」と呼ばれ、これが「ＢＯＸ」という用語の由来である。典型的に、酸化膜ＢＯＸとともに単結晶シリコンハンドルと装置層とを備えたシリコンＳＯＩウェーハを使用し得る。装置層は５μｍであり得るが、典型的に、１００ｎｍ～１００μｍで変動し、一方、ハンドル層の厚さは、典型的に、１００μｍ～１０００μｍで変動する。ＢＯＸは、典型的に１００ｎｍ～５μｍであるが、多くの場合１μｍが使用され得る。
（ｍ）必要に応じて、ウェーハまたはハンドルの裏側が研削によって薄くされ、随意にこの時点で研磨され得る。多くの実施形態では、ハンドル層は５００μｍ～３００のμｍの厚さまで薄くされる。一般的な厚さは典型的には５０μｍ～１０００μｍで変動する。
（ｎ）空洞側の溝（１０５）は、（例えば、図７Ａ～図８Ｂで示されるように）パターン化されエッチングされてもよい。基板（１００）の裏側は、典型的に、ＤＲＩＥ（深掘り反応性イオンエッチング）を介してエッチングされ得る。
（ｏ）空洞は、ウェーハまたはハンドルの裏側にパターン化され得、および空洞はエッチングされ得る。典型的に、ウェーハ／ハンドルはシリコンから構成され、エッチングはＤＲＩＥで遂行される。エッチングのタイミングを合わせることができる。空洞は、空洞側の溝（１０５）と同時にエッチングされてもよい。エッチングは、ＢＯＸ上で選択的に停止されてもよい。空洞は、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＨＮＡおよびＲＩＥなどの他の技術によってエッチングされ得る。ウェーハは、フォトレジストが剥離された後に完成したと見なされ得る。
本明細書の教示に基づき当技術分野の当業者は、他のプロセスを使用して同様の最終結果を達成することができることを理解するであろう。
溝を備えたｃＭＵＴの製造方法
次に、図９Ａ～図９Ｄに示されるｃＭＵＴなどの、溝を備えたｃＭＵＴの例示的な製造方法が記載される。
（ａ）第１に、基板（例えば、基板（４０２）または（１００））、典型的に単結晶シリコンが提供される。
（ｂ）その後、基板は熱酸化されてもよい。
（ｃ）空洞（１３０ａ）、（１３０ｂ）、（１３０ｃ）は、「ハンドル」ウェーハを生成するために酸化膜にパターン化され、エッチングされ得る。これは典型的に、酸化膜のプラズマエッチングまたはウェットエッチング（例えば、ＨＦ）によって遂行される。
（ｄ）必要に応じて、埋め込まれたクロストーク溝（１０４）は、「ハンドル」ウェーハの酸化膜にパターン化され、エッチングされ得る。これは典型的に、酸化膜のプラズマエッチングまたはウェットエッチング（例えば、ＨＦ）によって遂行される。
（ｅ）その後、シリコン「装置」ウェーハは、パターン化された酸化膜「ハンドル」ウェーハに融着されてもよい。必要に応じて、「装置」ウェーハは、「ハンドル」ウェーハと「装置」ウェーハの融着が埋め込まれた溝（１０４）を（例えば、図９Ｂに示されるように）形成するように、「ハンドル」ウェーハの埋め込まれた溝（１０４）に対応するために、融着の前にパターン化および（例えば、ＤＲＩＥを介して）エッチングされ得る。
（ｆ）「装置」ウェーハは、所望のダイアフラム厚さまで研削および研磨され得る。
（ｇ）ダイアフラム側の溝（１０３）は、研削され研磨されたウェーハのダイアフラム側に（例えば、図９Ａおよび図９Ｄに示されるように）パターン化およびエッチングされ得る。
（ｈ）空洞側の溝（１０５）は、研削され研磨されたウェーハの空洞側に（例えば、図９Ｃおよび図９Ｄに示されるように）パターン化およびエッチングされ得る。
本明細書の教示に基づき当技術分野の当業者は、他のプロセスを使用して同様の最終結果を達成することができることを理解するであろう。
以下の実施例は、本明細書に記載されるソフトウェアアプリケーション、システムおよび方法の実施形態を表すものであり、いかなる形でも制限することを意図していない。
実施例１―空洞側溝の方位角応答
テストｐＭＵＴウェーハを、空洞からの溝の可変深さ（７５μｍの厚さのｐＭＵＴで２５μｍ、３７．５μｍ、および５０μｍ）およびスタンドオフ距離（１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、および２５μｍ）、溝の幅（５μｍおよび１０μｍ）を備えて製造した。様々な周波数でｐＭＵＴの方位角応答を測定した。図１２Ａおよび図１２Ｂは、様々なスタンドオフおよび幅で、３．５０ＭＨｚ、深さ５０μｍおよび２５μｍそれぞれの空洞側溝の３ｄＢシフトでの方位角応答を示す。命名規則「ＸＸ－ＹＹＷ」は、ＸＸ＝スタンドオフ距離、ＹＹ＝幅のようなものである。したがって、２０－０５Ｗは、空洞から２０μｍおよび５μｍの幅の溝である。図１２Ａで示されるように、深さ５０μｍの空洞側の溝のスポットライト角度は、溝のスタンドオフ距離が長くなるにつれてさらに押し出されるように見える。図１２Ｂで示されるように、深さ２５μｍの空洞側の溝のスポットライト角度は、溝のスタンドオフ距離と線形相関がないが、一般的な傾向として、スタンドオフ距離を大きくするとスポットライト角度が狭くなる。クロストークディップは３．５ＭＨｚで発生し、具体的に２０－１０Ｗ（２０μｍのスタンドオフ、１０μｍの幅）で、深さ２５μｍ、約＋／－２８度で発生した。
テストｐＭＵＴウェーハを、空洞からの溝の可変深さ（７５μｍの厚さのｐＭＵＴで２５μｍ、３７．５μｍ、および５０μｍ）およびスタンドオフ距離（１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、および２５μｍ）、溝の幅（５μｍおよび１０μｍ）を備えて製造した。様々な周波数でｐＭＵＴの方位角応答を測定した。図１２Ａおよび図１２Ｂは、様々なスタンドオフおよび幅で、３．５０ＭＨｚ、深さ５０μｍおよび２５μｍそれぞれの空洞側溝の３ｄＢシフトでの方位角応答を示す。命名規則「ＸＸ－ＹＹＷ」は、ＸＸ＝スタンドオフ距離、ＹＹ＝幅のようなものである。したがって、２０－０５Ｗは、空洞から２０μｍおよび５μｍの幅の溝である。図１２Ａで示されるように、深さ５０μｍの空洞側の溝のスポットライト角度は、溝のスタンドオフ距離が長くなるにつれてさらに押し出されるように見える。図１２Ｂで示されるように、深さ２５μｍの空洞側の溝のスポットライト角度は、溝のスタンドオフ距離と線形相関がないが、一般的な傾向として、スタンドオフ距離を大きくするとスポットライト角度が狭くなる。クロストークディップは３．５ＭＨｚで発生し、具体的に２０－１０Ｗ（２０μｍのスタンドオフ、１０μｍの幅）で、深さ２５μｍ、約＋／－２８度で発生した。
本発明の好ましい実施形態が本明細書中で示され、記載されてきたが、このような実施形態はほんの一例として提供されているに過ぎないことが当業者に明らかであろう。当業者であれば、多くの変更、変化、および置換が、本発明から逸脱することなく思いつくだろう。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代替案が、本発明の実施に際して利用され得ることを理解されたい。
Claims (34)
- マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）アレイであって、
基板および複数のＭＵＴを含み、
前記複数のＭＵＴは、前記基板の表面に固定され、各ＭＵＴは可動ダイアフラムを含み、
前記基板は、少なくとも部分的に前記複数のＭＵＴの１つ以上のＭＵＴのダイアフラムの外周の周りにある溝を含む、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）アレイ。 - 前記複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、ｐＭＵＴである、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、ｃＭＵＴである、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、基板の表面から、基板の厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、基板の厚さ全体に及ぶ、請求項４に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、基板の反対表面から、基板の厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、基板の表面の下から、基板の厚さの少なくとも１０％、少なくとも５０％、または少なくとも９０％まで及ぶ、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、１μｍ～４０μｍの一定の幅を有する、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、１μｍ～４０μｍの可変幅を有する、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、ダイアフラムの外周から１μｍ～４０μｍの一定の距離を有する、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、ダイアフラムの外周から１μｍ～４０μｍの可変距離を有する、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、ダイアフラムの外周のなくとも５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％に及ぶ、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、ダイアフラムの外周全体に及ぶ、請求項１２に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、少なくとも部分的に前記複数のＭＵＴのＭＵＴの少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％のダイアフラムの外周に及ぶ、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、少なくとも部分的に前記複数のＭＵＴの各ＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ、請求項１４に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、音響減衰材料で少なくとも部分的に満たされる、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記複数のＭＵＴは、複数の列および複数の行に配置される、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、ＭＵＴの行に沿って伸びている、請求項１７に記載のＭＵＴアレイ。
- ＭＵＴの各行は、それに沿って伸びる溝を有する、請求項１７に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝はＭＵＴの列に沿って伸びている、請求項１７に記載のＭＵＴアレイ。
- ＭＵＴの各列は、それに沿って伸びる溝を有する、請求項１７に記載のＭＵＴアレイ。
- ＭＵＴの各行は、それに沿って伸びる第１の溝を有し、ＭＵＴの各列は、それに沿って伸びる第２の溝を有する、請求項１７に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、少なくとも部分的に前記複数のＭＵＴの１つのＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、少なくとも部分的に溝に囲まれる、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 少なくとも部分的に前記複数のＭＵＴの１つ以上のＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ少なくとも１つの第２の溝をさらに含む、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記第２の溝は、少なくとも部分的に前記複数のＭＵＴの１つのＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ、請求項２５に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、少なくとも部分的に第１の溝および第２の溝に囲まれる、請求項２５に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記溝は、隣接する一対のＭＵＴ間に配置される、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記基板は、少なくとも部分的に前記複数のＭＵＴの１つ以上のＭＵＴのダイアフラムの外周に及ぶ複数の溝を含む、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記基板は、複数のＭＵＴのうち１つにつき１つの溝を含む、請求項２９に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記基板は、複数のＭＵＴのうち隣接する一対のＭＵＴにつき１つの溝を含む、請求項２９に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記基板は、複数のＭＵＴのうち１つにつき１より少ない溝を含む、請求項２９に記載のＭＵＴアレイ。
- 前記基板は、複数のＭＵＴのうち隣接する一対のＭＵＴにつき１より少ない溝を含む、請求項２９に記載のＭＵＴアレイ。
- 医療用イメージングのために構成された、請求項１に記載のＭＵＴアレイ。
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