KR101573518B1 - Ultrasonic transducer and fabricating method thereof - Google Patents

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    • H04R2217/03—Parametric transducers where sound is generated or captured by the acoustic demodulation of amplitude modulated ultrasonic waves

Abstract

개시된 초음파 트랜스듀서는 제1기판 및 실리콘 박막 중 적어도 하나의 일면에 복수 개의 지지부를 갖고 복수 개의 지지부 사이에 캐비티(cavity)를 포함하며, 개시된 초음파 트랜스듀서의 제조 방법은 제1기판 및 제2기판 중 적어도 하나의 일면에 복수 개의 지지부와 캐비티를 형성하고, 제2기판에 하나 이상의 연결부에 의해 지지되어 제2기판으로부터 이격되도록 박막을 형성한다.The disclosed ultrasonic transducer has a plurality of supports on one surface of at least one of a first substrate and a silicon thin film and includes a cavity between the plurality of supports. The manufacturing method of the disclosed ultrasonic transducer includes a first substrate and a second substrate A plurality of support portions and a cavity are formed on at least one surface of the first substrate, and a thin film is formed on the second substrate to be spaced apart from the second substrate by being supported by at least one connection portion.

Description

초음파 트랜스듀서 및 그 제조 방법{Ultrasonic transducer and fabricating method thereof}[0001] Ultrasonic transducer and fabricating method [

초음파 트랜스듀서와 그 제조 방법에 관한 것이다.To an ultrasonic transducer and a manufacturing method thereof.

초소형 용량형 초음파 트랜스듀서(capacitive micromachined ultrasonic transducer, cMUT)는 실리콘 웨이퍼 위에 미세 가공된 수백 또는 수천 개에 달하는 진동막의 변위차를 이용하여 초음파를 송수신하는 탐촉자이다. cMUT는 일반 반도체 공정에 이용되는 실리콘 웨이퍼 위에 수천 Å의 공기층 내지 진공을 사이에 두고, 두께 수천 Å의 박막을 구비하여 제조된다. 상기 실리콘 웨이퍼와 박막은 공기층을 사이에 두고 커패시터를 형성한다. 이렇게 제조된 커패시터에 교류 전류를 흘리면 박막은 진동하게 되고, 이로부터 초음파가 발생하게 된다. 이 경우 상기 박막에 의해 물이나 오일 등의 접촉 매질 없이도 초음파의 송수신이 가능하다.A capacitive micromachined ultrasonic transducer (cMUT) is a transducer that transmits and receives ultrasonic waves using displacement deviations of hundreds or thousands of micromachined diaphragms on silicon wafers. The cMUT is fabricated with a thin film of several thousand Å thick, with an air layer or vacuum of several thousands of angstroms on the silicon wafer used in general semiconductor processing. The silicon wafer and the thin film form a capacitor with an air layer interposed therebetween. When an alternating current is passed through the capacitor thus manufactured, the thin film is vibrated, and ultrasonic waves are generated therefrom. In this case, ultrasonic waves can be transmitted and received by the thin film without a contact medium such as water or oil.

이러한 초음파 트랜스듀서는 박막의 두께가 얇아 제조가 어렵고, 박막 재료에 제한을 받는다. 따라서, 초음파 트랜스듀서 개발에 있어서 박막의 재료와 제조 방법에 대한 연구가 필요하다.Such ultrasonic transducers are difficult to manufacture due to the thin thickness of the ultrasonic transducer, and are limited by the thin film material. Therefore, it is necessary to study thin film materials and manufacturing methods in the development of ultrasonic transducers.

본 발명의 실시예는 경제적인 재료를 사용한 박막을 구비한 초음파 트랜스듀서를 제공한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예는 용이하고 빠르게 초음파 트랜스듀서를 제조할 수 있는 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention provides an ultrasonic transducer having a thin film using an economical material. Further, another embodiment of the present invention provides a method for easily and quickly manufacturing an ultrasonic transducer.

본 발명의 일 실시예에 따르면,According to an embodiment of the present invention,

제1기판;A first substrate;

표면 결정 방향이 (111)인 단결정 실리콘 박막;A single crystal silicon thin film having a surface crystal orientation of (111);

상기 제1기판 및 상기 박막 중 적어도 하나의 일면에 구비된 복수 개의 지지부;A plurality of supports provided on one surface of at least one of the first substrate and the thin film;

상기 복수 개의 지지부 사이에 구비된 캐비티(cavity); 및A cavity provided between the plurality of supports; And

상기 캐비티에 구비된 제1전극;을 포함하는 초음파 트랜스듀서를 제공한다.And a first electrode provided in the cavity.

본 발명의 다른 실시예에 따르면,According to another embodiment of the present invention,

제1기판 및 제2기판 중 적어도 하나의 일면에 복수 개의 지지부와 캐비티를 형성하는 단계;Forming a plurality of supports and a cavity on one surface of at least one of the first substrate and the second substrate;

상기 제2기판에 하나 이상의 연결부에 의해 지지되어 상기 제2기판으로부터 이격되도록 박막을 형성하는 단계;Forming a thin film on the second substrate by being supported by one or more connecting portions to be spaced apart from the second substrate;

상기 박막을 상기 제1기판에 접합하는 단계; 및Bonding the thin film to the first substrate; And

상기 박막을 제외한 나머지 제2기판을 제거하는 단계;를 포함하는 초음파 트 랜스듀서의 제조 방법을 제공한다.And removing the second substrate except for the thin film. The present invention also provides a method of manufacturing an ultrasonic transducer.

경제적인 실리콘 웨이퍼로 초음파 트랜스듀서의 박막을 제조하여, 초음파 트랜스듀서 제조 비용을 절감할 수 있다. 실리콘 웨이퍼는 그 크기를 키우기 용이하므로 칩당 생산 비용이 낮아지게 된다. The manufacturing cost of the ultrasonic transducer can be reduced by manufacturing an ultrasonic transducer thin film with an economical silicon wafer. Silicon wafers are easy to grow in size, resulting in lower production costs per chip.

본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 및 그 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the ultrasonic transducer will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서는 제1기판(10) 및 박막(30) 중 적어도 하나의 일면에 복수 개의 지지부(20)를 구비하고, 복수 개의 지지부(20) 사이에 캐비티(cavity)(15)를 구비한다. 도 1을 참조하면, 하나 이상의 캐비티(15)와 지지부(20)를 갖는 제1기판(10)과, 제1기판(10)의 지지부(20) 위에 구비된 박막(30)을 포함한다. 제1기판(10)으로는 글래스 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼 등이 사용될 수 있다. 캐비티(15)의 바닥면(15a)에 제1전극(25)이 구비될 수 있다. 제1기판(10)의 양 가장자리에 전기적 연결단(electrical interconnection part)(27)이 구비될 수 있다. 제1전극(25) 및 전기적 연결단(27)으로는 금속 등의 도체성 물질이 사용될 수 있다. 도체성 물질로는 예를 들어 금, 알루미늄 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. MRI 같이 금속 물질이 제한되는 사용 환경에서 사용하기 위해서 금속을 도체성 물질로 이용하는 대신 고농도로 도핑된 전도성 실리콘과 같은 반도체 물질을 이용할 수 있다. 제1전극(25) 및 전기적 연결단(27)의 두께는 설명을 위하여 과장되게 도시된 것이며, 실제로는 제1기판(10)에 비하여 상당히 얇다. 지지부(20)는 박막(30)을 지탱하여 박막(30)이 제1전극(25)으로부터 일정한 간극을 유지할 수 있도록 한다.An ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention includes a plurality of supports 20 on one surface of at least one of a first substrate 10 and a thin film 30 and a plurality of supports 20, (15). Referring to FIG. 1, a first substrate 10 having at least one cavity 15 and a support 20, and a thin film 30 provided on the support 20 of the first substrate 10. As the first substrate 10, a glass wafer, a silicon wafer, or the like can be used. The first electrode 25 may be provided on the bottom surface 15a of the cavity 15. [ An electrical interconnection part 27 may be provided on both edges of the first substrate 10. As the first electrode 25 and the electrical connection terminal 27, a conductive material such as a metal may be used. As the conductive material, for example, gold, aluminum, or the like may be used, but the present invention is not limited thereto. Instead of using the metal as a conductive material for use in a use environment where metal materials are limited, such as MRI, a semiconductor material such as a highly doped conductive silicon may be used. The thickness of the first electrode 25 and the electrical connection end 27 is exaggeratedly shown for explanatory purposes and is actually much thinner than the first substrate 10. The supporting portion 20 supports the thin film 30 so that the thin film 30 can maintain a constant gap from the first electrode 25. [

박막(30)으로는 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 또한, 박막(30)으로 (111) 단결정 실리콘 웨이퍼 등의 단결정 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 박막(30)으로 (111) 단결정 실리콘 웨이퍼가 사용되면, 웨이퍼 크기를 크게 제조할 수 있어서 칩당 생산비용을 줄일 수 있으며, 에노딕 접합(anodic bonding), 공융 접합(eutectic bonding), 메탈 접합(metal bonding), 글래스 프릿 접합(glass frit bonding) 등 용이한 접합 방법들이 사용될 수 있다. 박막(30)으로 사용되는 실리콘 웨이퍼로 고농도로 불순물이 도핑된 저항이 낮은 실리콘 웨이퍼가 사용되면, 박막(30)이 전극으로 겸용될 수 있다. 이 경우 제1전극(25)과 마주보는 전극이 별도로 구비될 필요가 없다. 박막(30)은 전기적 연결단(27)으로부터 전류를 인가받을 수 있다. 제1전극(25)과 박막(30)이 커패시터를 형성한다. As the thin film 30, a silicon wafer can be used. As the thin film 30, a single crystal silicon wafer such as a (111) single crystal silicon wafer can be used. When a (111) single crystal silicon wafer is used as the thin film 30, the wafer size can be made large, thereby reducing the production cost per chip, and anodic bonding, eutectic bonding, metal bonding bonding, and glass frit bonding can be used. If a silicon wafer having a low resistance and doped with impurities at a high concentration with a silicon wafer used as the thin film 30 is used, the thin film 30 can also be used as an electrode. In this case, the first electrode 25 and the opposing electrode need not be separately provided. The thin film 30 can receive a current from the electrical connection terminal 27. [ The first electrode 25 and the thin film 30 form a capacitor.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다. 도 2를 참조하면, 하나 이상의 캐비티(15)는 예를 들어, 제1기판(10)의 가로 방향(도면의 x 방향)으로 나란하게 배열될 수 있다. 제1기판(10)은 캐비티(15)의 바닥면(15a)에 제1전극(25)을 구비할 수 있다. 제1기판(10)은 양 가장자리에 전기적 연결단(27)을 구비할 수 있다. 제1전극(25)의 배열 방향에 교차하도록 적어도 하나의 박막(30)이 배열될 수 있다. 박막(30) 위에 음향 임피던스 매칭층(acoustic impedance matching layer)(50)이 더 구비될 수 있다. 제1전극(25)과 박막(30)이 교차하는 영역을 커패시터 셀(capacitor cell)(29)로 정의할 수 있다. 본 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서는 이해를 돕기 위하여 커패시터 셀(29)이 3 x 3 어레이 형태로 배열되어 있으나, n x m 어레이(n, m은 1 이상의 자연수) 형태로 배열될 수 있다. 초음파 트랜스듀서의 동작 원리는 다음과 같다. 박막(30)으로 고농도로 불순물이 도핑된 저항이 낮은 실리콘 웨이퍼가 사용되면, 제1기판(10) 위에서 제1전극(25)과 박막(30)이 커패시터를 형성한다. 제1전극(25)과 박막(30) 사이에 직류 전압이 인가되면, 정전기력에 의해 박막(30)의 변위가 유발되어 박막(30)이 제1전극(25)쪽으로 당겨지게 되는데 이 정전기력과 박막(30)의 내부 응력에 의한 항력이 같아지는 위치에서 변위가 정지하게 된다. 이 상태에서 인가된 직류 전압보다 작은 교류 전압을 인가하면 박막(30)이 진동하게 되어 초음파를 발생하게 된다. 반대로 직류 전압이 인가되어 박막(30)의 변위가 유발된 상태에서 외부에서 초음파가 가해지면, 초음파의 음압에 따라 박막(30)의 변위가 바뀐다. 박막(30)의 변위에 따라 각 커패시터 셀(29)의 정전용량이 변하게 되는데 이러한 정전 용량 변화를 검출함으로써 초음파를 수신할 수 있다. 커패시터 셀(29)은 각각 독립적으로 또는 일체로서 초음파를 발생하게 하거나, 초음파를 수신할 수 있다. 한편, 미설명 부호 32는 기판 제거 도움부를 나타내며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.2 is a schematic plan view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention. Referring to Fig. 2, one or more cavities 15 may be arranged in a lateral direction (x direction in the figure) of the first substrate 10, for example. The first substrate 10 may include a first electrode 25 on a bottom surface 15a of the cavity 15. [ The first substrate 10 may have electrical connection ends 27 at both edges thereof. At least one thin film 30 may be arranged to cross the arrangement direction of the first electrodes 25. The acoustic impedance matching layer 50 may be further provided on the thin film 30. [ A region where the first electrode 25 and the thin film 30 intersect can be defined as a capacitor cell 29. For the sake of understanding, the capacitor cells 29 are arranged in the form of a 3 x 3 array. However, the ultrasonic transducers according to the present embodiment may be arranged in an n x m array (n and m are natural numbers of 1 or more). The operation principle of the ultrasonic transducer is as follows. The first electrode 25 and the thin film 30 form a capacitor on the first substrate 10 when a silicon wafer having a low resistance and doped with a high concentration of impurities into the thin film 30 is used. When the direct current voltage is applied between the first electrode 25 and the thin film 30, the thin film 30 is displaced by the electrostatic force to pull the thin film 30 toward the first electrode 25, The displacement is stopped at a position where the drag force due to the internal stress of the rotor 30 becomes equal. In this state, when an AC voltage smaller than the applied DC voltage is applied, the thin film 30 vibrates to generate ultrasonic waves. On the contrary, when the ultrasonic wave is applied from the outside in the state where the direct current voltage is applied and the displacement of the thin film 30 is induced, the displacement of the thin film 30 changes according to the sound pressure of the ultrasonic wave. The capacitances of the capacitor cells 29 are changed according to the displacement of the thin film 30. Ultrasonic waves can be received by detecting the capacitance change. The capacitor cells 29 may independently or integrally generate ultrasonic waves or receive ultrasonic waves. On the other hand, the unexplained reference numeral 32 denotes a substrate removal assistance unit, which will be described later.

도 3을 참조하면, 복수 개의 지지부(20)와 복수 개의 지지부(20) 사이의 캐비티(15)는 박막(230)에 구비될 수 있다. 제1기판(10)의 상부에 제1전극(25)이 구비될 수 있다. 제1기판(10)의 양 가장자리에 전기적 연결단(27)이 구비될 수 있다. 도 1에서의 부재 번호와 같은 부재 번호를 갖는 부재는 상기 일 실시예의 부재와 동일한 구조 및 동일한 기능을 갖는 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 초음파 트랜스듀서의 전기적 연결(electrical interconnection) 방법으로써 제1기판(10)에 via(21)를 뚫어 패드(pad)(29)를 낼 수 있다. 제1기판이 글래스 등과 같은 부도체일 경우에, 제1기판에 관통 via(21)를 형성한 후 도체(28)를 채워 넣고 상부 및 하부의 도체 패터닝을 수행한다. Via에 전도성 물질을 채워 넣기 위해 스퍼터링 방법으로 씨드층(seed layer)을 via 내부에 형성시킨 후 도금 기법을 통하여 전도성 물질을 채워 넣을 수 있다. 또한, 실리콘을 증착 및 불순물을 도핑 기법을 이용하여 전도성 있는 via를 형성시킬 수 있다. 제1기판이 실리콘 같은 재질인 경우, 제1기판 각 면에 형성되는 도체 패턴과 제1기판 사이에 절연층이 필요하다. 또한, via에 형성된 전도성 물질과 제1기판 사이에도 절연층이 필요하다. 상기 via(21)는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에도 구비될 수 있다.Referring to FIG. 3, the cavity 15 between the plurality of supports 20 and the plurality of supports 20 may be provided in the thin film 230. A first electrode 25 may be provided on the first substrate 10. An electrical connection end 27 may be provided on both edges of the first substrate 10. The member having the same number as the member number in FIG. 1 has the same structure and the same function as the member in the above embodiment, and a detailed description thereof will be omitted here. The pads 29 may be formed by drilling a via 21 in the first substrate 10 by an electrical interconnection method of the ultrasonic transducer. In the case where the first substrate is a nonconductor such as glass or the like, the through holes 21 are formed in the first substrate, the conductor 28 is filled, and the upper and lower conductors are patterned. In order to fill the conductive material into the via, a seed layer may be formed in the via by a sputtering method and then the conductive material may be filled through the plating method. Silicon can also be deposited and a conductive via can be formed using an impurity doping technique. When the first substrate is made of a material such as silicon, an insulating layer is required between the first substrate and the conductor pattern formed on each surface of the first substrate. An insulating layer is also required between the first substrate and the conductive material formed in the via. The via 21 may also be included in the embodiment shown in FIGS.

본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 초음파 트랜스듀서는 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 캐비티(15)와 지지부(20)를 갖는 제1기판(10)과, 제1기판(10)의 지지부(20) 위에 구비된 박막(30)을 포함하며, 박막(30) 상부 또는 하부에 제2전극(40)을 더 포함할 수 있다. 제2전극(40)으로는 금속 등의 도체성 물질이 사용될 수 있다. 도체성 물질로는 예를 들어 금, 알루미늄 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 초음파 트랜스듀서와 비교할 때, 박막(30) 상부에 제2전극(40)이 더 구비되어 있으며, 전기적 연결단(27)이 생략되어 있다. 도 1에서의 부재 번호와 같은 부재 번호를 갖는 부재는 상기 일 실시예의 부재와 동일한 구조 및 동일한 기능을 갖는 것으로 여기서는 그 상세한 설 명을 생략한다. 박막(30) 상부 또는 하부에 제2전극(40)이 더 구비되면 제1전극(25)과 제2전극(40)이 커패시터를 형성한다. 본 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 동작 원리는 앞서 설명한 바와 같다. 도 3에 도시된 실시예에도 제2전극(40)이 박막(230) 상부에 더 구비될 수 있다.As shown in FIG. 4, the ultrasonic transducer according to the modification of the embodiment of the present invention includes a first substrate 10 having one or more cavities 15 and a supporting portion 20, A thin film 30 provided on the support 20 and a second electrode 40 on the top or bottom of the thin film 30. As the second electrode 40, a conductive material such as a metal may be used. As the conductive material, for example, gold, aluminum, or the like may be used, but the present invention is not limited thereto. Compared to the ultrasonic transducer shown in FIG. 1, the second electrode 40 is further provided on the thin film 30, and the electrical connection terminal 27 is omitted. The member having the same number as the member number in FIG. 1 has the same structure and the same function as the member in the above embodiment, and detailed description thereof will be omitted here. The first electrode 25 and the second electrode 40 form a capacitor when the second electrode 40 is further provided on the top or bottom of the thin film 30. [ The operation principle of the ultrasonic transducer according to the present embodiment is as described above. In the embodiment shown in FIG. 3, the second electrode 40 may be further provided on the thin film 230.

도 5는 본 발명의 일 실시예의 초음파 트랜스듀서의 또 다른 변형예를 도시한 것으로, 상기 초음파 트랜스듀서는 하나 이상의 캐비티(15)와 지지부(20)를 갖는 제1기판(10)과, 제1기판(10)의 지지부(20) 위에 구비된 박막(130)을 포함한다. 박막(130)에 복수 개의 홀(hole)(135)이 구비될 수 있다. 박막(130)에 복수 개의 홀(135)을 구비함으로써 제조 공정에서 식각 속도를 높여 초음파 트랜스듀서의 제조 시간을 단축할 수 있다. 박막(130) 상부 또는 하부에 제2전극(40)이 더 구비될 수 있다. 박막(130) 상부 또는 하부에 제2전극(40)이 더 구비된 경우, 제1전극(25)과 제2전극(40)이 커패시터를 형성한다. 도 1에 도시된 초음파 트랜스듀서의 부재 번호와 같은 부재 번호를 갖는 부재는 실질적으로 동일한 구조와 동일한 기능을 갖는다. 본 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 동작 원리는 앞서 설명한 바와 같다. 제2전극(40) 상부 또는 하부에 음향 임피던스 매칭층(acoustic impedance matching layer)(50)이 더 구비될 수 있다. 도 4에 도시된 초음파 트랜스듀서와 비교할 때, 박막(130)은 복수 개의 홀(135)을 구비하고 있으며, 제2전극(40) 상부에 음향 임피던스 매칭층(50)이 더 구비되어 있는 점에서 차이가 있으며, 나머지 구성 요소는 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 음향 임피던스 매칭층(50)은 전파 매질로의 초음파의 이동을 증진시킨다. 음향 임피던스 매칭층(50)은 매질로 투 과되는 소리 에너지의 양과 초음파 펄스의 대역폭을 증가시킬 수 있다. 도시되지는 않았지만 도 1에 도시된 초음파 트랜스듀서의 박막(30) 상부 그리고 도 2에 도시된 초음파 트랜스듀서의 제2전극(40) 상부에 음향 임피던스 매칭층(50)이 더 구비될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예의 변형예도 박막(230)에 복수 개의 홀이, 제2전극(40) 상부 또는 하부에 음향 임피던스 매칭층(50)이 더 구비될 수 있다.5 shows another modification of the ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic transducer includes a first substrate 10 having one or more cavities 15 and a supporting portion 20, And a thin film 130 provided on the supporting portion 20 of the substrate 10. A plurality of holes 135 may be formed in the thin film 130. By providing the plurality of holes 135 in the thin film 130, it is possible to shorten the manufacturing time of the ultrasonic transducer by increasing the etching speed in the manufacturing process. The second electrode 40 may be further provided on the upper or lower surface of the thin film 130. When the second electrode 40 is further provided on the upper portion or the lower portion of the thin film 130, the first electrode 25 and the second electrode 40 form a capacitor. The member having the same number as the member number of the ultrasonic transducer shown in Fig. 1 has substantially the same structure and the same function. The operation principle of the ultrasonic transducer according to the present embodiment is as described above. An acoustic impedance matching layer 50 may be further provided on or under the second electrode 40. 4, the thin film 130 has a plurality of holes 135 and the acoustic impedance matching layer 50 is further provided on the second electrode 40. In this case, And the remaining components are the same, so that detailed description thereof will be omitted here. The acoustic impedance matching layer 50 enhances the movement of ultrasonic waves into the propagation medium. The acoustic impedance matching layer 50 can increase the amount of sound energy transmitted to the medium and the bandwidth of the ultrasonic pulse. Although not shown, an acoustic impedance matching layer 50 may be further provided on the thin film 30 of the ultrasonic transducer shown in FIG. 1 and on the second electrode 40 of the ultrasonic transducer shown in FIG. 3, the thin film 230 may further include a plurality of holes, and the acoustic impedance matching layer 50 may be further provided on the upper or lower portion of the second electrode 40.

또한, 박막에 홀이 있으면 평판일 때에 비해서 홀의 모서리 부분에서 전기장의 프린징 효과(fringing effect)가 더해져 정전 용량이 증가한다. 프린징 효과로 인해, 초음파 송신시에는 같은 전압 인가시 평판에 비해 정전력이 더 커지며, 초음파 수신시에는 같은 전압 인가시 평판에 비해 정전 용량의 변화가 더 커져 민감도가 향상된다. Further, when the thin film has holes, the fringing effect of the electric field is added at the edge portion of the hole as compared with the flat plate, and the capacitance increases. Due to the fringing effect, the static power is larger than the flat plate when the same voltage is applied during the ultrasonic transmission, and the sensitivity increases when the same voltage is applied when the ultrasonic reception is performed.

다음은 초음파 트랜스듀서의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 6a 및 도 6b는 제1기판(10)의 제조 공정을 보여준다. 도 6a를 참조하면. 제1기판(10)에 식각 마스크(12)를 이용하여 하나 이상의 캐비티(15)와 지지부(20)를 형성한다. 도 6b를 참조하면, 제1전극(25)은 금, 알루미늄 등의 금속 물질을 제1기판(10) 위에 증착한 뒤, 포토리소그래피(photolithography)를 통해 메탈 패터닝(metal patterning)하여 제1전극(25)을 형성한다. 또는, 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 제1기판(10)에 메탈을 증착하고 바로 메탈 패터닝을 수행하여 제1전극(25)을 형성할 수 있다. 한편, 제1전극(25)을 형성할 때 제1기판(10)의 가장자리에 전기적 연결단(27)을 함께 형성할 수 있다. 그럼으로써 전압을 인가하기 위한 전기적 연결단(27)을 제1전극(25)과 하나의 공정으로 형성하여 제조 단계를 단축할 수 있다.Next, a manufacturing method of the ultrasonic transducer will be described. 6A and 6B show a manufacturing process of the first substrate 10. 6A. At least one cavity 15 and a supporting portion 20 are formed on the first substrate 10 by using the etching mask 12. Referring to FIG. 6B, the first electrode 25 is formed by depositing a metal material such as gold or aluminum on the first substrate 10 and then performing metal patterning through photolithography to form a first electrode 25). Alternatively, a metal may be deposited on the first substrate 10 using a shadow mask, and metal patterning may be performed to form the first electrode 25. An electrical connection terminal 27 may be formed at the edge of the first substrate 10 when the first electrode 25 is formed. As a result, the manufacturing step can be shortened by forming the electrical connection terminal 27 for applying the voltage with the first electrode 25 in one process.

도 7a 내지 7f는 제2기판(60)에 박막(30)을 형성하는 단계를 도 2의 AA 단면에서 개략적으로 도시한 것이며, 도 8a 내지 8f는 박막(30)을 형성하는 단계를 도 2의 BB 단면에서 개략적으로 도시한 것이다. 도 7a 및 도 8a를 참조하면, 제2기판(60)의 한 표면에 제1식각 마스크(65)를 증착하고 패터닝한다. 제2기판(60)으로 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다. 또한, 제2기판(60)으로 단결정 실리콘 웨이퍼, SOI(Silicon on Insulator) 웨이퍼 등을 사용할 수 있다. 단결정 실리콘 웨이퍼로 (111) 단결정 실리콘 웨이퍼 등을 사용할 수 있다. 또한, 제2기판(60)으로 고농도로 불순물이 도핑된 저항이 낮은 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다. 제1식각 마스크(65)는 SiO2 등으로 만들 수 있다. 그 다음 도 7b 및 도 8b와 같이 제2기판(60)을 제1건식 식각하여 적어도 하나의 박막용 돌출부(62)를 형성한다. 이 단계에서 만들고자 하는 박막의 두께를 정의할 수 있으므로, 원하는 박막의 두께만큼 건식 식각을 할 수 있다. 다음 도 7c 및 도 8c에서는 제2식각 마스크(67)를 제2기판(60)의 한 표면 전체에 증착하고, 제2식각 마스크(67)를 식각함으로써 박막용 돌출부(62)의 벽면에 제2식각 마스크(67)가 남도록 한다. 즉, 박막용 돌출부(62)의 벽면에 표면 보호막(passivation)을 형성한다. 다음 도 7d 및 도 8d를 참조하면, 제2기판(60)을 제2건식 식각하여 박막용 돌출부(62)의 높이가 더 높게 형성되도록 한다. 도 7e 및 도 8e는 제2기판(60)을 습식 식각하는 단계이다. 이때, 제2기판(60)의 두께 방향으로는 식각되지 않고, 폭 방향으로 식각된다. 도 7e 및 도 7f를 참조하면, 습식 식각을 통해 박막용 돌출부(62)가 제2기판(60)으로부터 이격 된 박막(30)으로 전환된다. 여기서, 제2기판(60)의 가장자리에 박막(30)을 지지하는 연결부(35)를 형성한다. 도 7f 및 도 8f에 도시된 바와 같이 제2식각 마스크(67)를 제거함으로써 제2기판(60)에 박막(30)을 형성한다. 도 7f를 참조하면, 박막(30)의 양단은 연결부(35)에 의해서 지지되고 있으며, 제2기판(60)으로부터 이격되어 있다. 즉, 박막(30)은 연결부(35)를 제외하고 제2기판(60)으로부터 이격되어 부양되어 있다.FIGS. 7A to 7F schematically show the step of forming the thin film 30 on the second substrate 60 in the section AA of FIG. 2. FIGS. 8A to 8F show the step of forming the thin film 30, BB in cross section. Referring to FIGS. 7A and 8A, a first etch mask 65 is deposited and patterned on one surface of a second substrate 60. The second substrate 60 may be a silicon wafer. As the second substrate 60, a single crystal silicon wafer, an SOI (Silicon on Insulator) wafer, or the like can be used. (111) single crystal silicon wafers may be used as the single crystal silicon wafers. Further, a silicon wafer having a low resistance and doped with impurities at a high concentration on the second substrate 60 can be used. The first etching mask 65 may be made of SiO 2 or the like. Next, as shown in FIGS. 7B and 8B, the second substrate 60 is first dry-etched to form at least one protrusion 62 for a thin film. At this stage, the thickness of the thin film to be formed can be defined, so that dry etching can be performed by the desired thickness of the thin film. 7C and 8C, the second etching mask 67 is deposited on one entire surface of the second substrate 60 and the second etching mask 67 is etched to form the second The etching mask 67 is left. That is, a surface protection film (passivation) is formed on the wall surface of the thin film projection 62. Referring to FIGS. 7D and 8D, the second substrate 60 is subjected to the second dry etching so that the height of the thin film protrusion 62 is higher. Figs. 7E and 8E are steps of wet-etching the second substrate 60. Fig. At this time, the second substrate 60 is not etched in the thickness direction but etched in the width direction. Referring to Figs. 7E and 7F, the thin film protrusion 62 is switched from the second substrate 60 to the thin film 30 spaced apart by wet etching. Here, a connection portion 35 for supporting the thin film 30 is formed at the edge of the second substrate 60. The thin film 30 is formed on the second substrate 60 by removing the second etching mask 67 as shown in Figs. 7F and 8F. Referring to FIG. 7F, both ends of the thin film 30 are supported by the connecting portion 35 and are spaced apart from the second substrate 60. That is, the thin film 30 is floated away from the second substrate 60 except for the connection portion 35.

도 9a는 상기에서 만들어진 제1기판(10)에 제2기판(60)을 접합하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다. 제1기판(10)의 지지부(20)에 제2기판(60)의 박막(30)이 접합된다. 접합 방법으로 예를 들어, 에노딕 접합, 공융 접합, 메탈 접합, 글래스 프릿 접합 등을 사용할 수 있다. 에노딕 접합의 경우 접합하는 두 개의 기판은 180-500℃로 가열되고 두 기판을 가로질러 0.2-1 kV의 직류전압을 건다. 예를 들어, 두 기판으로는 실리콘과 Corning 7740 Pyrex 유리가 사용될 수 있으며, 사용되는 재질은 서로 유사한 열팽창 계수를 가진다. 이들 접합 방법은 SOI 기판에 사용되는 다이렉트 퓨전 접합(direct fusion bonding)에 비해 난이도가 낮고 그 수행이 용이하다.FIG. 9A schematically shows a step of bonding the second substrate 60 to the first substrate 10 manufactured as described above. The thin film 30 of the second substrate 60 is bonded to the supporting portion 20 of the first substrate 10. As the bonding method, for example, an enodic bonding, a eutectic bonding, a metal bonding, a glass frit bonding and the like can be used. In the case of an enodic junction, the two substrates to be bonded are heated to 180-500 ° C and a DC voltage of 0.2-1 kV across the two substrates is applied. For example, both substrates may be made of silicon and Corning 7740 Pyrex glass, and the materials used have similar thermal expansion coefficients. These bonding methods have lower difficulty and are easier to perform than direct fusion bonding used in SOI substrates.

도 9b는 제1기판(10)에 접합된 박막(30)을 제외한 나머지 제2기판(60)을 제거하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 박막(30)을 제외한 나머지 제2기판(60)을 제1기판(10)으로부터 물리적 내지 기계적인 힘을 이용하여 떼어낼 수 있다. 박막(30)은 제2기판(60)의 연결부(35)와 미약하게 연결되어 있고, 제1기판(10)의 지지부(20)와 접합이 형성되어 있으므로 물리적 내지 기 계적으로 제2기판(60)을 잡아당기면 박막(30)과 제2기판(60)의 연결부위인 연결부(35)가 파손되면서 제2기판(60)이 분리된다. 제2기판(60)의 분리시 연결부(35)의 파손으로 분리된 부분이 매끄럽지 않을 수 있다. 상기 분리 부분이 평탄하지 않더라도 제2기판(60)의 연결부(35)를 초음파 트랜스듀서에서 주요하게 사용되는 부분과 멀리 떨어진 곳에 위치하도록 하여, 초음파 트랜스듀서의 박막(30)의 기능에 영향을 주지 않도록 할 수 있다. 박막(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 박막(30)을 제외한 나머지 제2기판(60)을 제1기판(10)으로부터 물리적이거나 기계적 힘을 이용하여 제거할 때, 제1기판(10)과의 접합 면적을 최소화하여 제거를 용이하게 하도록 기판 제거 도움부(32)를 형성할 수 있다(도 2 및 도 7f 참조). 기판 제거 도움부(32)는 식각 마스크 등을 이용하여 형성될 수 있다. 박막(30) 상부에 음향 임피던스 매칭층(50)(도 4 참조)을 더 형성할 수 있다. 음향 임피던스 매칭층(50)은 전파 매질로의 초음파의 이동을 증진시킨다. 음향 임피던스 매칭층(50)은 매질로 투과되는 소리 에너지의 양과 초음파 펄스의 대역폭을 증가시킨다.FIG. 9B schematically shows a step of removing the remaining second substrate 60 except for the thin film 30 bonded to the first substrate 10. According to an embodiment of the present invention, the second substrate 60 other than the thin film 30 may be detached from the first substrate 10 by using a physical or mechanical force. The thin film 30 is weakly connected to the connection portion 35 of the second substrate 60 and is connected to the support portion 20 of the first substrate 10 so that the thin film 30 is physically or mechanically connected to the second substrate 60 The second substrate 60 is separated while the connection portion 35 which is the connection portion between the thin film 30 and the second substrate 60 is broken. When the second substrate 60 is detached, the separated portion of the connection portion 35 may not be smooth. The connection portion 35 of the second substrate 60 may be located far away from the portion mainly used in the ultrasonic transducer so that the function of the ultrasonic transducer thin film 30 is not affected even if the separation portion is not flat . 2, when the second substrate 60 other than the thin film 30 is removed from the first substrate 10 by physical or mechanical force, the thin film 30 is removed from the first substrate 10 ) Can be minimized to facilitate removal of the substrate 32 (see Figs. 2 and 7F). The substrate removal assistant 32 may be formed using an etch mask or the like. An acoustic impedance matching layer 50 (see FIG. 4) may be further formed on the thin film 30. The acoustic impedance matching layer 50 enhances the movement of ultrasonic waves into the propagation medium. The acoustic impedance matching layer 50 increases the amount of sound energy transmitted to the medium and the bandwidth of the ultrasonic pulse.

도 10는 제1전극(25)에 대향하여 커패시터(capacitor)를 형성하도록 박막(30) 상부에 제2전극(40)을 더 형성하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다. 박막(30) 상부에 제2전극(40)을 더 형성하는 경우, 상기 도 6b에서 제1기판(10)의 양 가장자리에 전기적 연결단(27)을 형성하는 단계는 생략할 수 있다. 제2전극(40)은 박막(30) 상부에 도체성 물질을 증착하여 형성할 수 있다. 상기 도체성 물질로는 예를 들어 금, 알루미늄 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니 다. 제2전극(40) 상부에 음향 임피던스 매칭층(50)을 더 형성할 수 있다. 10 schematically shows a step of forming a second electrode 40 on the thin film 30 so as to form a capacitor opposite to the first electrode 25. As shown in FIG. When the second electrode 40 is further formed on the thin film 30, the step of forming the electrical connection end 27 on both edges of the first substrate 10 in FIG. 6B may be omitted. The second electrode 40 may be formed by depositing a conductive material on the thin film 30. The conductive material may be, for example, gold, aluminum, or the like, but is not limited thereto. An acoustic impedance matching layer 50 may be further formed on the second electrode 40. [

도 11 내지 13은 박막(130)에 복수 개의 홀(135)을 형성하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다. 도 11은 복수 개의 홀(135)이 형성된 박막(130)을 가지는 초음파 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다. 홀(135)의 크기나 개수, 모양은 이해를 돕기 위하여 단순화하고 과장하여 도시하였으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 도 11을 참조하면, 하나 이상의 캐비티(15)를 제1기판(10)에 형성할 수 있으며, 캐비티(15) 배열 방향에 교차되도록 적어도 하나의 박막(130)을 형성할 수 있다. 박막(130) 상부에 제2전극(40)을 더 형성할 수 있다. 복수 개의 홀을 구비한 박막(130)은 박막(130)을 제외한 나머지 제2기판(60)을 제1기판(10)으로부터 물리적이거나 기계적 힘을 이용하여 제거할 때, 제1기판(10)과의 접합 면적을 최소화하여 제거를 용이하게 하도록 기판 제거 도움부(32)를 구비할 수 있다. 기판 제거 도움부(32)는 식각 마스크 등을 이용하여 형성할 수 있다.FIGS. 11 to 13 schematically show steps of forming a plurality of holes 135 in the thin film 130. FIG. 11 is a schematic plan view of an ultrasonic transducer having a thin film 130 having a plurality of holes 135 formed therein. The size, number, and shape of the holes 135 are shown for simplicity and exaggeration purposes, and are not necessarily limited thereto. Referring to FIG. 11, one or more cavities 15 may be formed on the first substrate 10, and at least one thin film 130 may be formed to intersect the array direction of the cavities 15. The second electrode 40 may be further formed on the thin film 130. The thin film 130 having a plurality of holes may be formed on the first substrate 10 and the second substrate 10 when the second substrate 60 other than the thin film 130 is removed from the first substrate 10 using physical force or mechanical force. The substrate removal assist portion 32 may be provided to minimize the contact area of the substrate 32 and facilitate the removal. The substrate removal assistant 32 can be formed using an etching mask or the like.

도 12a 내지 12f 및 도 13a 내지 13f는 홀이 구비되어 있지 않은 박막(30)을 형성하는 단계인 상기 도 7a 내지 7f 및 도 8a 내지 8f에 각각 대응된다. 다만, 홀이 구비되어 있지 않은 박막(30)을 형성할 때 사용된 제1식각 마스크(65)에 홀을 위한 패턴(169)이 더 구비된다. 도 12a 및 도 13a를 참조하면, 제2기판(60)의 한 표면에 제3식각 마스크(165)를 증착하고 패터닝한다. 제3식각 마스크(165)에 박막과 홀을 위한 패턴(169)을 형성한다. 제2기판(60)으로 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다. 또한, 제2기판(60)으로 단결정 실리콘 웨이퍼, SOI(Silicon on Insulator) 웨이퍼 등을 사용할 수 있다. 단결정 실리콘 웨이퍼로는 (111) 단결정 실리콘 웨이 퍼 등을 사용할 수 있다. 제3식각 마스크(165)는 SiO2 등으로 만들 수 있다. 그 다음 도 12b 및 도 13b와 같이 제2기판(60)을 제1건식 식각하여 적어도 하나의 박막용 돌출부(162) 및 홀(135)을 형성한다. 이 단계에서 만들고자 하는 박막의 두께를 정의할 수 있으므로, 원하는 박막의 두께만큼 건식 식각을 할 수 있다. 다음 도 12c 및 도 13c에서는 제3식각 마스크(165)를 제거하고, 제4식각 마스크(167)를 제2기판(60)의 한 표면 전체에 증착하고, 제4식각 마스크(167)를 식각함으로써 박막용 돌출부(162)의 벽면에 제4식각 마스크(167)가 남도록 한다. 즉, 박막용 돌출부(162)의 벽면에 표면 보호막(passivation)을 형성한다. 다음 도 12d 및 도 13d를 참조하면, 다시 제2기판(60)을 제2건식 식각하여 제2기판(60)의 박막용 돌출부(162)의 높이가 더 높게 형성되도록 한다. 도 12e 및 도 13e는 제2기판(60)을 습식 식각하는 단계이다. 이때, KOH(Potassiuum hydroxide), TMAH(TetraMethylAmmonium Hydroxide) 등의 알카리성 수용액에서 단결정 실리콘의 비등방성 식각 특성에 의하여 제2기판(60)의 표면이 (111) 결정 방향을 가질 경우 제2기판(60)의 두께 방향으로는 실리콘이 식각되지 않고, 측 방향으로 식각된다. 도 12e 및 도 12f를 참조하면, 습식 식각을 통해 박막용 돌출부(162)가 제2기판(60)으로부터 이격되어 박막(130)으로 전환된다. 여기서, 제2기판(60)의 가장자리에 박막(130)을 지지하는 연결부(35)를 형성한다. 도 13e에서 볼 수 있듯이 박막(130)에 복수 개의 홀(135)을 형성함으로써 식각 용액이 반응할 수 있는 단위 면적이 증가하여 박막 제조 시간이 단축될 수 있다. 도 12f 및 도 13f에 도시된 바와 같이 제4식각 마스크(167)를 제거함으로써 제2기판(60)에 복수 개의 홀(135)이 구비된 박막(130)을 형성한다. 도 12f를 참조하면, 박막(130)의 양단은 연결부(35)에 의해서 지지되고 있으며, 제2기판(60)으로부터 이격되어 있다. 즉, 박막(130)은 연결부(35)를 제외하고 제2기판(60)으로부터 이격되어 부양되어 있다. 도 5는 이렇게 제조된 복수 개의 홀(135)을 구비한 초음파 트랜스듀서를 개시하고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 제2전극(40) 상부에 음향 임피던스 매칭층(50)을 더 형성할 수 있다. 음향 임피던스 매칭층(50)은 전파 매질로의 초음파의 이동을 증진시킨다. 음향 임피던스 매칭층(50)은 매질로 투과되는 소리 에너지의 양과 초음파 펄스의 대역폭을 증가시킨다.Figs. 12A to 12F and Figs. 13A to 13F correspond to Figs. 7A to 7F and Figs. 8A to 8F, respectively, which are steps for forming the thin film 30 without holes. However, a pattern 169 for holes is further provided in the first etching mask 65 used for forming the thin film 30 having no holes. Referring to FIGS. 12A and 13A, a third etch mask 165 is deposited and patterned on one surface of the second substrate 60. A pattern 169 for a thin film and a hole is formed in the third etching mask 165. [ The second substrate 60 may be a silicon wafer. As the second substrate 60, a single crystal silicon wafer, an SOI (Silicon on Insulator) wafer, or the like can be used. As the single crystal silicon wafer, a (111) single crystal silicon wafer or the like can be used. The third etching mask 165 may be made of SiO 2 or the like. Next, as shown in FIGS. 12B and 13B, the second substrate 60 is first dry-etched to form at least one protrusion 162 and a hole 135 for the thin film. At this stage, the thickness of the thin film to be formed can be defined, so that dry etching can be performed by the desired thickness of the thin film. 12C and 13C, the third etch mask 165 is removed, the fourth etch mask 167 is deposited over one surface of the second substrate 60, and the fourth etch mask 167 is etched So that the fourth etching mask 167 is left on the wall surface of the thin film projection 162. That is, a surface protection film (passivation) is formed on the wall surface of the thin film projection 162. Next, referring to FIGS. 12D and 13D, the second substrate 60 is again subjected to second dry etching so that the height of the thin film projecting portion 162 of the second substrate 60 is higher. Figs. 12E and 13E are steps of wet-etching the second substrate 60. Fig. At this time, when the surface of the second substrate 60 has a (111) crystal orientation due to the anisotropic etching property of monocrystalline silicon in an alkaline aqueous solution such as KOH (Potassiuum hydroxide) or TMAH (TetraMethylimmonium Hydroxide) The silicon is not etched in the thickness direction thereof but is laterally etched. 12E and 12F, the thin film projection 162 is separated from the second substrate 60 and converted into the thin film 130 through the wet etching. Here, a connection portion 35 for supporting the thin film 130 is formed on the edge of the second substrate 60. As shown in FIG. 13E, by forming the plurality of holes 135 in the thin film 130, the unit area in which the etching solution can react can be increased, and the thin film manufacturing time can be shortened. The thin film 130 having the plurality of holes 135 is formed on the second substrate 60 by removing the fourth etching mask 167 as shown in FIGS. 12F and 13F. Referring to FIG. 12F, both ends of the thin film 130 are supported by the connecting portions 35 and are spaced apart from the second substrate 60. That is, the thin film 130 is floated away from the second substrate 60 except for the connecting portion 35. Fig. 5 shows an ultrasonic transducer having a plurality of holes 135 thus manufactured. An acoustic impedance matching layer 50 may be further formed on the second electrode 40 as shown in FIG. The acoustic impedance matching layer 50 enhances the movement of ultrasonic waves into the propagation medium. The acoustic impedance matching layer 50 increases the amount of sound energy transmitted to the medium and the bandwidth of the ultrasonic pulse.

초음파 트랜스듀서 제조 방법의 다른 실시예에 따르면, 캐비티(cavity)(15)를 제1기판(10)에 형성하지 않고 박막(230)이 형성될 제2기판(260)에 형성할 수 있다. 제2기판(260)에 캐비티를 형성하기 위해서는 열 산화 방법(thermal oxidation) 또는 식각 방법(etching) 등을 사용할 수 있다.According to another embodiment of the ultrasonic transducer manufacturing method, the cavity 15 may be formed on the second substrate 260 on which the thin film 230 is to be formed, without forming the cavity 15 on the first substrate 10. In order to form a cavity in the second substrate 260, a thermal oxidation method, an etching method, or the like may be used.

도 14a 내지 14c는 열 산화 방법을 수행하여 제2기판(260)에 캐비티(15)를 형성하는 방법을 도시하고 있다, 도 14a를 참조하면, 제2기판(260)을 마스크(264)로 패터닝한다. 마스크(264)는 질화물(nitride)일 수 있다. 도 14b에 도시된 바와 같이, 패터닝된 제2기판(260)에 열 산화 방법을 수행한다. 제2기판(260)의 표면 중 마스크(264)에 의해 패터닝되지 않아 드러난 곳을 산화(oxidation)시킨다. 질화물로 패터닝되어 가려진 곳은 산화되지 않는다. 제2기판(260) 중 마스크(264) 패턴 가장 자리 부분은 일부 산화되어 단면 모양이 새의 부리(bird's beak) 모양처럼 형 성된다. 도 14c에 도시된 바와 같이, 산화물(oxide)과 질화물을 제거하면 제2기판(260)에 캐비티(15)가 형성된다. 초음파 트랜스듀서의 캐비티 깊이(depth)는 수백 나노미터 수준이다. 열 산화 방법을 이용하면 균일도가 좋은 캐비티 깊이를 형성할 수 있다.14A to 14C illustrate a method of forming a cavity 15 in a second substrate 260 by performing a thermal oxidation method. Referring to FIG. 14A, a second substrate 260 is patterned with a mask 264 do. The mask 264 may be a nitride. As shown in FIG. 14B, a thermal oxidation method is performed on the patterned second substrate 260. The portion of the surface of the second substrate 260 that is not patterned by the mask 264 is oxidized. Where the nitride is patterned and obscured, it is not oxidized. The edge portion of the mask 264 pattern of the second substrate 260 is partially oxidized to have a cross-sectional shape like a bird's beak. As shown in FIG. 14C, when the oxide and the nitride are removed, the cavity 15 is formed in the second substrate 260. The depth of the cavity of the ultrasonic transducer is several hundred nanometers. By using the thermal oxidation method, a cavity depth with a good uniformity can be formed.

도 15a 내지 15c는 식각 방법을 수행하여 제2기판(260)에 캐비티(15)를 형성하는 방법을 도시하고 있다. 도 15a를 참조하면, 제2기판(260)을 식각 마스크(268)로 패터닝한다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 패터닝된 제2기판(260)에 건식 식각(dry etching) 또는 습식 식각(wet etching) 방법을 수행한다. 도 15c에 도시된 바와 같이, 식각 마스크(268)를 제거하면 제2기판(260)에 캐비티(15)가 형성된다.15A to 15C illustrate a method of forming the cavity 15 in the second substrate 260 by performing the etching method. Referring to FIG. 15A, the second substrate 260 is patterned with an etching mask 268. The patterned second substrate 260 is subjected to a dry etching or a wet etching method, as shown in FIG. 15B. As shown in FIG. 15C, when the etching mask 268 is removed, a cavity 15 is formed in the second substrate 260.

제2기판(260)에 캐비티(15)를 형성한 뒤, 제2기판(260)에 박막(230)을 형성한다. 캐비티(15)가 형성된 제2기판(260)에 박막(230)을 형성하는 단계는 상기 도 6a 내지 6f 및 도 7a 내지 7f를 참조하여 설명된 제2기판(60)에 박막(30)을 형성하는 단계와 같으므로 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.After the cavity 15 is formed in the second substrate 260, the thin film 230 is formed on the second substrate 260. The step of forming the thin film 230 on the second substrate 260 on which the cavity 15 is formed may be performed by forming the thin film 30 on the second substrate 60 described with reference to FIGS. 6A to 6F and FIGS. 7A to 7F And therefore detailed description thereof will be omitted here.

제2기판(260)에 박막(230)을 형성한 다음에는 도 16a에 도시된 바와 같이, 제1기판(10) 상부에 제1전극(25)을 형성한다. 제1전극(25)은 금, 알루미늄 등의 금속 물질을 제1기판(10) 위에 증착한 뒤, 포토리소그래피를 통해 메탈 패터닝하여 형성할 수 있다. 또는, 쉐도우 마스크를 이용하여 제1기판(10)에 메탈을 증착하고 바로 메탈 패터닝을 수행하여 제1전극(25)을 형성할 수 있다. 한편, 제1전극(25)을 형성할 때 제1기판(10)의 가장자리에 전기적 연결단(27)을 함께 형성할 수 있다. 그럼으로써 전압을 인가하기 위한 전기적 연결단(27)을 제1전극(25)과 하나의 공정으로 형성하여 제조 단계를 단축할 수 있다. 도 16b를 참조하면, 상기에서 캐비티(15) 및 박막(130)이 형성된 제2기판(260)을 제1기판(10)에 접합한다. 제2기판(260)의 지지부(20)를 제1기판(10)에 접합한다. 접합 방법으로 예를 들어, 에노딕 접합, 공융 접합, 메탈 접합, 글래스 프릿 접합 등을 사용할 수 있다. 도 16c는 제1기판(10)에 접합된 지지부(20) 및 박막(230)을 제외한 나머지 제2기판(260)을 제거하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다. 지지부(20) 및 박막(230)을 제외한 나머지 제2기판(260)을 제1기판(10)으로부터 물리적 내지 기계적인 힘을 이용하여 떼어낼 수 있다. 박막(230)은 제2기판(260)의 연결부(235)와 미약하게 연결되어 있고, 제2기판(260)의 지지부(20)는 제1기판(10)과 접합이 형성되어 있으므로 물리적 내지 기계적으로 제2기판(260)을 잡아당기면 박막(230)과 제2기판(260)의 연결부위인 연결부(235)가 파손되면서 제2기판(260)이 분리된다. 제2기판(260)의 분리시 연결부(235)의 파손으로 분리된 부분이 매끄럽지 않을 수 있다. 분리 부분이 평탄하지 않더라도 제2기판(260)의 연결부(235)를 초음파 트랜스듀서에서 주요하게 사용되는 부분과 멀리 떨어진 곳에 위치하도록 하여, 초음파 트랜스듀서의 박막의 기능에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.After the thin film 230 is formed on the second substrate 260, the first electrode 25 is formed on the first substrate 10 as shown in FIG. 16A. The first electrode 25 may be formed by depositing a metal material such as gold or aluminum on the first substrate 10 and then performing metal patterning through photolithography. Alternatively, a metal may be deposited on the first substrate 10 using a shadow mask, and metal patterning may be performed to form the first electrode 25. An electrical connection terminal 27 may be formed at the edge of the first substrate 10 when the first electrode 25 is formed. As a result, the manufacturing step can be shortened by forming the electrical connection terminal 27 for applying the voltage with the first electrode 25 in one process. Referring to FIG. 16B, the second substrate 260 having the cavities 15 and the thin film 130 formed thereon is bonded to the first substrate 10. The supporting portion 20 of the second substrate 260 is bonded to the first substrate 10. As the bonding method, for example, an enodic bonding, a eutectic bonding, a metal bonding, a glass frit bonding and the like can be used. 16C is a schematic view illustrating a step of removing the second substrate 260 excluding the supporting portion 20 and the thin film 230 bonded to the first substrate 10. As shown in FIG. The second substrate 260 other than the supporting portion 20 and the thin film 230 can be removed from the first substrate 10 by using a physical or mechanical force. Since the thin film 230 is weakly connected to the connection portion 235 of the second substrate 260 and the supporting portion 20 of the second substrate 260 is bonded to the first substrate 10, When the second substrate 260 is pulled out, the connection portion 235, which is the connection portion between the thin film 230 and the second substrate 260, is broken and the second substrate 260 is separated. When the second substrate 260 is separated, the separated portion of the connection portion 235 may not be smooth. The connection portion 235 of the second substrate 260 may be located far away from the portion mainly used in the ultrasonic transducer so that the function of the thin film of the ultrasonic transducer is not affected even if the separation portion is not flat .

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예들이 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.The foregoing embodiments are merely illustrative, and various modifications and equivalent other embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined by the technical idea of the invention described in the following claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.1 is a schematic cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.2 is a schematic plan view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.3 is a schematic cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.

도 4은 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.4 schematically shows a cross section of an ultrasonic transducer according to a modification of the embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.5 is a schematic cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to a modification of the embodiment of the present invention.

도 6a는 제1기판에 캐비티와 지지부를 형성하는 단계를 도시한 것이며, 도 6b는 제1기판의 캐비티에 제1전극을, 제1기판의 양 가장자리에 전기적 연결단을 형성하는 단계를 도시한 것이다.6A shows a step of forming a cavity and a support in a first substrate, FIG. 6B shows a step of forming a first electrode in a cavity of the first substrate, and an electrical connection step in both edges of the first substrate will be.

도 7a 내지 6f는 제2기판에 박막을 형성하는 단계를 제2기판의 AA 단면에서 개략적으로 도시한 것이다.7A to 6F schematically show the step of forming a thin film on the second substrate in the AA cross section of the second substrate.

도 8a 내지 7f는 제2기판에 박막을 형성하는 단계를 제2기판의 BB 단면에서 개략적으로 도시한 것이다.FIGS. 8A to 7F schematically show a step of forming a thin film on the second substrate in the BB section of the second substrate.

도 9a는 제1기판에 제2기판을 접합하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 9A schematically shows a step of bonding a second substrate to a first substrate. FIG.

도 9b는 제1기판에 접합된 박막을 제외한 나머지 제2기판을 제거하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다.9B is a schematic view illustrating a step of removing the remaining second substrate except for the thin film bonded to the first substrate.

도 10는 제1기판에 대향하여 커패시터를 형성하도록 박막 위에 제2전극을 형성하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다.10 schematically shows the step of forming a second electrode on a thin film so as to form a capacitor opposite to the first substrate.

도 11은 복수 개의 홀이 형성된 박막을 가지는 초음파 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.11 is a schematic plan view of an ultrasonic transducer having a thin film having a plurality of holes formed therein.

도 12a 내지 11f는 제2기판에 복수 개의 홀을 구비한 박막을 형성하는 단계를 제2기판의 AA 단면에서 개략적으로 도시한 것이다.12A to 11F schematically show a step of forming a thin film having a plurality of holes in a second substrate on an AA cross section of a second substrate.

도 13a 내지 12f는 제2기판에 복수 개의 홀을 구비한 박막을 형성하는 단계를 제2기판의 BB 단면에서 개략적으로 도시한 것이다.FIGS. 13A to 12F schematically show a step of forming a thin film having a plurality of holes in a second substrate on a BB section of a second substrate. FIG.

도 14a 내지 14b는 열 산화 방법을 사용하여 제2기판에 하나 이상의 캐비티를 형성하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다.Figures 14A-14B schematically illustrate the steps of forming one or more cavities in a second substrate using a thermal oxidation method.

도 15a 내지 15c는 식박 방법을 사용하여 제2기판에 하나 이상의 캐비티를 형성하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다.Figures 15A-15C schematically illustrate the steps of forming one or more cavities in a second substrate using an emery method.

도 16a 내지 16c는 캐비티를 구비한 제2기판을 제1기판에 접합하고, 박막을 제외한 제2기판을 제거하는 단계를 도시한 것이다. 16A to 16C show steps of bonding a second substrate having a cavity to a first substrate and removing a second substrate except a thin film.

<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

10: 제1기판 15: 캐비티10: first substrate 15: cavity

20: 지지부 25: 제1전극20: Support 25: First electrode

27: 전기적 연결단 30, 130, 230: 박막27: electrical connection terminals 30, 130, 230: thin film

40: 제2전극 50: 음향 임피던스 매칭층40: second electrode 50: acoustic impedance matching layer

60, 260: 제2기판 135: 홀60, 260: second substrate 135: hole

Claims (13)

제1기판;A first substrate; 상기 제1기판 위에 구비되며, 표면 결정 방향이 (111)인 단결정 실리콘 박막;A single crystal silicon thin film provided on the first substrate and having a surface crystal orientation of (111); 상기 제1기판 및 상기 박막 사이에 구비된 복수 개의 지지부;A plurality of supports provided between the first substrate and the thin film; 상기 복수 개의 지지부 사이에 구비된 캐비티(cavity);A cavity provided between the plurality of supports; 상기 캐비티의 바닥면에 구비된 제1전극; 및A first electrode provided on a bottom surface of the cavity; And 상기 박막의 일면에 구비된 음향 임피던스 매칭층을 포함하는 초음파 트랜스듀서.And an acoustic impedance matching layer provided on one side of the thin film. 삭제delete 제1기판;A first substrate; 상기 제1기판 위에 구비되며, 표면에 복수 개의 홀(hole)을 포함하는 박막;A thin film formed on the first substrate and including a plurality of holes on a surface thereof; 상기 박막 일면에 형성된 음향 임피던스 매칭층; An acoustic impedance matching layer formed on one surface of the thin film; 상기 제1기판 및 상기 박막 사이에 구비된 복수 개의 지지부;A plurality of supports provided between the first substrate and the thin film; 상기 복수 개의 지지부 사이에 구비된 캐비티(cavity); 및A cavity provided between the plurality of supports; And 상기 캐비티의 바닥면에 구비된 제1전극;을 포함하는 초음파 트랜스듀서.And a first electrode provided on a bottom surface of the cavity. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, 상기 박막은 단결정 실리콘인 초음파 트랜스듀서.Wherein the thin film is monocrystalline silicon. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, 상기 박막은 표면 결정 방향이 (111) 방향인 단결정 실리콘인 초음파 트랜스듀서.Wherein the thin film is monocrystal silicon whose surface crystal orientation is (111) direction. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,6. The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 박막은 그 일면에 제2전극을 더 포함하는 초음파 트랜스듀서.Wherein the thin film further comprises a second electrode on one side thereof. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,6. The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 박막은 고농도로 불순물이 도핑된 저항이 낮은 실리콘 웨이퍼이고, 상기 제1기판의 양 가장자리에 전기적 연결단을 더 포함하는 초음파 트랜스듀서.Wherein the thin film is a silicon wafer having a low resistivity doped with impurities at a high concentration and further includes an electrical connection terminal at both edges of the first substrate. 제1기판의 일면에 복수 개의 지지부와 캐비티를 형성하는 단계;Forming a plurality of supports and a cavity on one surface of the first substrate; 제2기판에 하나 이상의 연결부에 의해 지지되어 상기 제2기판으로부터 이격되도록 박막을 형성하는 단계;Forming a thin film on the second substrate by being supported by one or more connecting portions to be spaced apart from the second substrate; 상기 박막을 상기 제1기판에 접합하는 단계; 및Bonding the thin film to the first substrate; And 상기 박막을 제외한 나머지 제2기판을 제거하는 단계;를 포함하며,Removing the remaining second substrate except for the thin film, 상기 박막을 형성하는 단계는,Wherein the forming of the thin film comprises: 상기 제2기판의 한 표면에 제1식각 마스크를 증착하고 패터닝하는 단계;Depositing and patterning a first etch mask on one surface of the second substrate; 상기 제2기판을 상기 제1식각 마스크의 패턴에 따라 제1건식 식각하여 박막용 돌출부를 형성하는 단계;Forming a protrusion for a thin film by first dry etching the second substrate according to a pattern of the first etch mask; 상기 제2기판에 제2식각 마스크를 증착하는 단계;Depositing a second etch mask on the second substrate; 상기 제2식각 마스크를 식각하여 상기 박막용 돌출부의 벽면에 제2식각 마스크를 형성하는 단계;Etching the second etch mask to form a second etch mask on a wall surface of the protrusion for the thin film; 상기 제2기판을 제2건식 식각하는 단계;A second dry etching the second substrate; 상기 제2기판을 습식 식각하여 상기 제2기판의 한 표면에 박막을 형성하는 단계; 및Forming a thin film on one surface of the second substrate by wet-etching the second substrate; And 상기 제1 및 제2식각 마스크를 제거하는 단계;를 포함하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.And removing the first and second etching masks. 제 8 항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 캐비티에 제1전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.And forming a first electrode in the cavity. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt; 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,10. The method according to claim 8 or 9, 상기 박막의 일면에 제2전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.And forming a second electrode on one side of the thin film. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,10. The method according to claim 8 or 9, 상기 박막을 제외한 나머지 제2기판을 제거하는 단계에서 상기 제2기판을 물리적인 힘을 이용하여 제거하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.Wherein the second substrate is removed by using a physical force in the step of removing the second substrate excluding the thin film. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,10. The method according to claim 8 or 9, 상기 제2기판은 고농도로 도핑된 저저항의 웨이퍼를 사용하고, 상기 제1기판의 양 가장자리에 전기적 연결단을 형성하는 단계를 더 포함하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.Wherein the second substrate comprises a wafer having a low resistance doped at a high concentration and forming an electrical connection end on both edges of the first substrate. 삭제delete
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