TW201938834A - 超音波換能器裝置以及用於製造超音波換能器裝置的方法 - Google Patents

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Abstract

在此所述的技術的特點係有關於包含電容式微加工超音波換能器(CMUT)的超音波換能器裝置、以及用於在超音波換能器裝置中形成CMUT的方法。某些實施例係包含藉由在一第一基板上形成一第一層的絕緣材料、在該第一層的絕緣材料上形成一第二層的絕緣材料、並且接著在該第二絕緣材料中蝕刻一腔室，以形成一CMUT的一腔室。一第二基板可被接合至該第一基板以密封該腔室。該第一層的絕緣材料例如可包含鋁氧化物。該第一基板可包含積體電路。某些實施例係包含在形成該第一及第二絕緣層之前(TSV在中間的製程)、或是在接合該第一及第二基板之後(TSV在最後的製程)，以在該第一基板中形成矽通孔(TSV)。

Description

超音波換能器裝置以及用於製造超音波換能器裝置的方法
大致而言，在此所述的技術的特點係有關於超音波換能器裝置以及用於製造超音波換能器裝置的方法。
相關申請案之交互參照
此申請案係根據第35號美國法典第119條(e)項來主張2018年3月9日申請，在代理人文件編號B1348.70075US00下，並且名稱為“超音波裝置以及用於製造超音波裝置的方法”的美國專利申請案序號62/641,160的利益，該美國專利申請案茲在此以其整體被納入作為參考。
超音波換能器裝置可被利用來執行診斷的成像及/或治療，其係利用具有相對於人可聽見的那些聲波更高頻率的聲波。超音波成像可被用來看見內部的軟組織的身體結構，例如是用以找出疾病的來源、或是排除任何病狀。當超音波的脈衝被發送到組織之中時(例如，其係藉由利用一探頭)，聲波係從該組織被反射，其中不同的組織係反射不同程度的聲音。這些被反射的聲波接著可被記錄並且作為一超音波影像來顯示給操作者。該聲音信號的強度(振幅)以及該波行進穿過身體所花的時間係提供被用來產生該超音波影像的資訊。包含即時影像的許多不同類型的影像可以利用超音波換能器裝置來加以形成。例如，影像可被產生，其係展示組織的二維的橫截面、血液流動、組織隨著時間的運動、血液的位置、特定分子的存在、組織的硬度、或是一個三維的區域的解剖學。
根據一特點，一種製造一超音波換能器裝置之方法係包含在一包含一積體電路的第一基板上形成第一及第二絕緣層，其中在該第二絕緣層中係具有一第一腔室、以及將一第二基板接合至該第一基板以密封該第一腔室。在某些實施例中，該方法進一步包含在形成該第一及第二絕緣層之前利用一TSV在中間的製程以在該第一基板中形成一矽通孔(TSV)。在某些實施例中，該方法進一步包含在將該第二基板接合至該第一基板之後利用一TSV在最後的製程以在該第一基板中形成一矽通孔(TSV)。在某些實施例中，該第二基板係包括一絕緣體上矽(SOI)基板。
根據另一特點，一種製造一超音波換能器裝置之方法係包含在一第一基板上形成一第一絕緣層；在該第一絕緣層上形成一第二絕緣層；在該第二絕緣層中形成一第一腔室；以及將一第二基板接合至該第一基板以密封該第一腔室，其中該第二基板係包括積體電路。在某些實施例中，該方法進一步包含在將該第二基板接合至該第一基板之前利用一TSV在中間的製程以在該第二基板中形成一矽通孔(TSV)。在某些實施例中，該方法進一步包含在將該第二基板接合至該第一基板之後利用一TSV在最後的製程以在該第二基板中形成一矽通孔(TSV)。在某些實施例中，該第一基板係包括一絕緣體上矽(SOI)基板。
以上的方法的任一種的某些實施例係包含以下。在某些實施例中，該第一絕緣層係包括鋁氧化物。在某些實施例中，該第二絕緣層係包括矽氧化物。在某些實施例中，該第二基板係包括一矽氧化物層，並且將該第二基板接合至該第一基板係包括形成一在該第二基板上的該矽氧化物層以及在該第一基板上的該第二絕緣層之間的矽氧化物–矽氧化物的接合。
在某些實施例中，該方法進一步包含在該第二基板上形成一第三絕緣層，其中該第三絕緣層係包括鋁氧化物。在某些實施例中，該第二絕緣層係包括矽氧化物，並且將該第二基板接合至該第一基板係包括形成一在該第二基板上的該第三絕緣層以及在該第一基板上的該第二絕緣層之間的鋁氧化物–矽氧化物的接合。
在某些實施例中，該方法進一步包含在該第二基板上的該第三絕緣層上形成一第四絕緣層、以及在該第四絕緣層中形成一第二腔室。在某些實施例中，該第四絕緣層係包括矽氧化物。在某些實施例中，該第二基板係包括一矽氧化物層，並且將該第二基板接合至該第一基板係包括形成一在該第二基板上的該第四絕緣層以及在該第一基板上的該第二絕緣層之間的矽氧化物–矽氧化物的接合。在某些實施例中，將該第二基板接合至該第一基板係包括將該第一腔室與該第二腔室對準。
在某些實施例中，在該第二絕緣層中形成該第一腔室係包括將該第二絕緣層向下蝕刻至該第一絕緣層，並且該第一絕緣層係作用為一用於該蝕刻的蝕刻停止層。在某些實施例中，該方法進一步包含在該第一基板上形成一第五絕緣層，並且在該第一基板上形成該第一絕緣層係包括在該第五絕緣層上形成該第一絕緣層。在某些實施例中，該第五絕緣層係包括矽氧化物。在某些實施例中，該第一絕緣層的一厚度係介於約0.005至0.100微米之間。在某些實施例中，該方法進一步包含在該第一腔室之內的該第一絕緣層上形成一自組裝單分子薄膜(SAM)。在某些實施例中，形成該第一絕緣層係包括利用原子層沉積(ALD)。在某些實施例中，形成該第二絕緣層係包括利用原子層沉積(ALD)。
根據另一特點，一種超音波換能器裝置係包含一包括積體電路的第一基板、一被形成在該第一基板上的第一絕緣層、一被形成在該第一絕緣層上的第二絕緣層、一被形成在該第二絕緣層中的第一腔室、以及一接合至該第一基板的第二基板，使得該第二基板係密封該第一腔室。在某些實施例中，該超音波換能器裝置進一步包含在該第一基板中的一矽通孔(TSV)。在某些實施例中，該第二基板係包括一絕緣體上矽(SOI)基板。
根據另一特點，一種超音波換能器裝置係包含一第一基板、一被形成在該第一基板上的第一絕緣層、一被形成在該第一絕緣層上的第二絕緣層、一被形成在該第二絕緣層中的第一腔室、以及一接合至該第一基板的第二基板，使得該第二基板係密封該第一腔室，其中該第二基板係包括積體電路。在某些實施例中，該超音波換能器裝置進一步包含在該第二基板中的一矽通孔(TSV)。在某些實施例中，該第一基板係包括一絕緣體上矽(SOI)基板。
以上的超音波換能器裝置的任一種的某些實施例係包含以下。在某些實施例中，該第一絕緣層係包括鋁氧化物。在某些實施例中，該第二絕緣層係包括矽氧化物。在某些實施例中，該第二基板係包括一矽氧化物層，並且一在該第二基板以及該第一基板之間的接合係包括一在該第二基板上的該矽氧化物層以及在該第一基板上的該第二絕緣層之間的矽氧化物–矽氧化物的接合。
在某些實施例中，該超音波換能器裝置係包含一被形成在該第二基板上的第三絕緣層，其中該第三絕緣層係包括鋁氧化物。在某些實施例中，該第二絕緣層係包括矽氧化物，並且一在該第二基板以及該第一基板之間的接合係包括一在該第二基板上的該第三絕緣層以及在該第一基板上的該第二絕緣層之間的鋁氧化物–矽氧化物的接合。
在某些實施例中，該超音波換能器裝置進一步包含一被形成在該第二基板上的該第三絕緣層上的第四絕緣層、以及一被形成在該第四絕緣層中的第二腔室。在某些實施例中，該第四絕緣層係包括矽氧化物。在某些實施例中，該第二基板係包括一矽氧化物層，並且一在該第二基板以及該第一基板之間的接合係包括一在該第二基板上的該第四絕緣層以及在該第一基板上的該第二絕緣層之間的矽氧化物–矽氧化物的接合。在某些實施例中，該第一腔室係與該第二腔室對準。
在某些實施例中，該超音波換能器裝置進一步包含一被形成在該第一基板上的第五絕緣層，使得該第一絕緣層係被形成在該第三絕緣層上。在某些實施例中，該第五絕緣層係包括矽氧化物。在某些實施例中，該第一絕緣層的一厚度係介於約0.005至0.100微米之間。在某些實施例中，該超音波換能器裝置進一步包含一被形成在該第一腔室之內的該第一絕緣層上的自組裝單分子薄膜(SAM)。
在此所述的是包含電容式微加工超音波換能器(CMUT)的超音波換能器裝置、以及用於在超音波換能器裝置中形成CMUT的方法。一CMUT可包含一腔室、一底部電極、以及一頂端薄膜。由於電性信號被施加在該底部電極以及該頂端薄膜之間，因此該頂端薄膜可以振動並且發送超音波信號。此外，接收到的超音波信號可以使得該頂端薄膜振動，並且該振動可以在該底部電極以及該頂端薄膜之間產生一電性信號。某些實施例係包含藉由在一第一基板上形成一第一層的絕緣材料、在該第一層的絕緣材料上形成一第二層的絕緣材料、並且接著在該第二絕緣材料中蝕刻一腔室來形成一CMUT的一腔室。該第一基板可以是一包含積體電路的互補金屬–氧化物–半導體(CMOS)基板。一第二基板可被接合至該第一基板以密封該腔室，並且第二基板可包含該CMUT的頂端薄膜。該第二基板可以是一絕緣體上矽(SOI)基板。
該第一層的絕緣材料例如可包含鋁氧化物，並且該第二層的絕緣材料例如可包含矽氧化物。因此，來自該第一絕緣層的鋁氧化物材料可被設置在該腔室的底部，並且若該薄膜在裝置操作期間(例如，在換能器操作的一“塌陷模式”期間)接觸到該腔室的底部，則可以有助於降低該薄膜的可能會負面地影響裝置效能的充電。例如，在該腔室的底部的充電可能會抵消在該底部電極以及該頂端薄膜之間所施加或產生的電性信號。
某些實施例係包含在該第二基板上形成一例如是鋁氧化物的絕緣層，使得該腔室的頂端係包含可以降低在該腔室的頂端的充電的鋁氧化物。某些實施例係包含在該第二基板上形成一第一層的絕緣材料(例如，鋁氧化物)、在該第一層的絕緣材料上形成一第二層的絕緣材料(例如，矽氧化物)、以及接著在該第二絕緣材料中蝕刻一腔室。在該些頂端及底部基板上的腔室接著可加以對準，並且該兩個基板可被接合在一起。此可以致能在該兩個基板之間的接合成為一矽氧化物–矽氧化物的接合，其可以是一比在不同類型的氧化物之間的接合更強及/或更可靠的接合。某些實施例係包含用上述的方式而只在該第二基板上形成一腔室。
在此所述的用於形成CMUT的腔室的方法可以提供一可接受的低的寄生電容量，其可以改善超音波信號的感測；致能在可接受的低成本以及大量之下的製造；並且提供一用於在一可接受的高程度的效能及可靠度下接合該第一及第二基板的接觸表面。
某些實施例係包含在該第一基板中形成矽通孔(TSV)，以用於發送電性信號往返於在該第一基板中的積體電路。在此揭露的是用於在接合該第一及第二基板之前(TSV在中間的製程)、或是在接合該第一及第二基板之後(TSV在最後的製程)形成TSV的方法。在一種超音波換能器裝置中的TSV可以是由於以下的原因而有助益的：
1.相較於其它用於電連接該超音波換能器裝置至外部環境的可能會需要較長電性路徑的互連，TSV可以呈現較低的寄生電感及電阻，此係導致該超音波換能器裝置的較高的功率效率以及較小的加熱。
2.利用TSV可以使得利用一表面安裝技術(SMT)製程以用於耦接該超音波換能器裝置至一中介體變得容易。一次焊料接合該中介體的大多數或全部的焊料凸塊至該超音波換能器裝置的焊料凸塊可以是可行的，並且利用單一機器來一次焊料接合多個超音波換能器裝置至多個中介體可以是可行的。換言之，利用TSV可以使得一高產出量的封裝製程變得容易，其可以更佳適合用於封裝大量的超音波換能器裝置。
3.在超音波成像期間，該超音波換能器裝置的上方的面可被壓抵一對象。(應注意到的是，一或多個結構(例如一聲透鏡)可以在成像期間被設置在該超音波換能器裝置的該上方的面與該對象之間。)該些TSV並未靠近該超音波換能器裝置的該上方的面而被設置，並且於是可以是較不受到由於此壓力造成的損壞。
4.其它用於電連接至該超音波換能器裝置的互連結構可以從該超音波換能器裝置的該上方的面橫向地延伸。於是，經封裝的超音波換能器裝置的上方的面可以由於此橫向的延伸而在尺寸上大於該超音波換能器裝置本身的上方的面。(為了量測這些尺寸，吾人可以從俯視的觀點來向下觀看該封裝的超音波換能器裝置。該封裝的超音波換能器裝置的上方的面的尺寸可以是當向下觀看該超音波換能器裝置時，從一俯視的觀點可見的封裝的超音波換能器裝置的總面積。該超音波換能器裝置的上方的面的尺寸可以只是當向下觀看該超音波換能器裝置時，從一俯視的觀點可見的超音波換能器裝置的面積，其並不包括任何互連或其它的封裝。)如上所論述的，TSV並未靠近該超音波換能器裝置的上方的面來加以設置，並且因此並不顯著地貢獻到該超音波換能器裝置的該上方的面的尺寸。在某些實施例中，該封裝的超音波換能器裝置的該上方的面的尺寸可以是與未被封裝的超音波單晶片的上方的面的尺寸大致相同的。(例如，該封裝的超音波換能器裝置的上方的面的尺寸可以是介於或包含未被封裝的超音波換能器裝置的上方的面的尺寸的100%-101%、100%-105%、100%-110%、100%-120%、100%-125%、100%-130%、100%-140%、或是100%-150%)。
避免增加具有互連的封裝的超音波換能器裝置的上方的面的尺寸可以有助於縮減該超音波換能器裝置的整體尺寸，並且致能用於例如是超音波貼片的超音波裝置的形狀因素。縮減該超音波換能器裝置的整體尺寸亦可以降低在生產該超音波換能器裝置上的成本。此外，避免增加具有互連的封裝的超音波換能器裝置的上方的面的尺寸例如可以有助於該封裝的超音波換能器裝置的上方的面在成像期間適配在一對象的肋骨之間。此尤其可以是有助於心臟的成像。此外，避免增加具有互連的封裝的超音波換能器裝置的上方的面的尺寸可以有助於降低沉積在該封裝的超音波換能器裝置的上方的面上的聲透鏡材料的量。尤其，降低該聲透鏡材料的厚度可以有助於降低由該超音波換能器裝置所產生的壓力波的衰減。
應該體認到的是，如同在該說明以及該申請專利範圍中所使用的，在一第二層“上”形成一第一層可以表示該第一層係直接被形成在該第二層上、或是該第一層係被形成在一或多個介於該第一層與該第二層之間的其它層上。在一基板“上”形成一第一層可以表示該第一層係直接被形成在該基板上、或是該第一層係被形成在一或多個介於該第一層與該基板之間的其它層上。
應該體認到的是，在此所述的實施例可以用許多方式的任一種來加以實施。特定的實施方式的例子係在以下只為了舉例說明的目的而被提供。應該體認到的是，這些實施例以及所提供的特點/功能可以個別地、全部一起、或是用兩個或多個的任意組合來加以利用，因為在此所述的技術的特點並未在此方面受到限制。
圖1-25係描繪根據在此所述的某些實施例的一種超音波換能器裝置在一用於形成該超音波換能器裝置的製造序列期間的範例的橫截面。該製造序列係包含在一基板中製造用於電容式微加工超音波換能器(CMUT)的腔室，該基板亦包含積體電路。該製造序列進一步包含製造用於引線接合至在包含該積體電路的該基板中的金屬化的開口。將會體認到的是，所展示的製造序列並非限制性的，並且某些實施例可包含額外的步驟及/或省略某些所展示的步驟。
如同在圖1中所示，一第一基板102係包含一基底層(例如，一矽塊材晶圓)104、一絕緣層106、以及金屬化108。一絕緣層110係被形成在該基底層104的背面上。該金屬化108可以是由鋁、銅、或是任何其它適當的金屬化材料所形成的，並且可以代表至少一被形成在該第二基板102中的積體電路的部分。例如，該金屬化108可以作為繞線層、可被圖案化以形成一或多個電極、或是可被使用於其它功能。在某些實施例中，該金屬化108可以電連接至在該基底層104之內的其它金屬化(例如，繞線層)。在某些實施例中，該金屬化108可以是一重分佈層(其可被後置處理，並且可以是由一種鋁-銅合金所做成的)，其係電連接至在該基底層104之內的其它金屬化。因此，該第一基板102實際上可包含超過一金屬化層及/或重分佈層(其可被後置處理)，但是為了簡化起見只有一金屬化係被描繪。該第一基板102可以是在一商業的晶圓代工廠所製造的一互補金屬氧化物半導體(CMOS)基板。例如是電晶體的半導體結構(並未明確地被展示在圖1中)可以作為前段(FEOL)製程的部分而被形成在該基底層104中。該金屬化108可以作為後段(BEOL)製程的部分來加以形成。
如同在圖2中所示，層112及114係被形成在該第一基板102上。該層112例如可以是一氮化物層，並且可以藉由電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)來加以形成。該層114可以是例如藉由氧化物的PECVD所形成的一氧化物層。
在圖3中，開口116係從該層114被形成至該金屬化108。此種開口例如是藉由圖案化一光阻層(未顯示)，接著是蝕刻層114及112的露出的區域來加以形成，以準備用於形成電極。
在圖4中，電極118及119係(藉由適當的沉積及圖案化)被形成在該第一基板102上。該些電極118及119係被展示透過黏著結構120及122來黏著至該金屬化108。該些電極118及119可包含任何適當的材料(例如，Al/Cu、Cu、Ti、TiN、W)。該些電極118及119可能並未按照比例展示，例如在該些電極118及119中所示的向下的突出部可能在高度上遠比該些電極118及119的其餘部分的高度小的。化學機械平坦化(CMP)可加以執行(例如，用以達成該層114小於5埃的粗糙度)。
在圖5中，一第一絕緣層124係被形成在該第一基板102上。該第一絕緣層124例如可包含利用原子層沉積(ALD)所形成的一高品質的矽氧化物。該第一絕緣層124在厚度上例如可以是大約0.001至0.100微米。例如，該第一絕緣層218在厚度上可以是大約0.02微米。
在圖6中，一第二絕緣層126係被形成在該第一絕緣層124上。該第二絕緣層126可包含鋁氧化物(Al2 O3 )，其例如是藉由原子層沉積(ALD)所形成的。該第二絕緣層126在厚度上例如可以是大約0.005至0.100微米。例如，該第二絕緣層126在厚度上可以是大約0.3微米。
在圖7中，一第三絕緣層128係被形成在該第二絕緣層126上。在一實施例中，該第三絕緣層128係具有一相對於該第二絕緣層126的蝕刻選擇性，並且例如可包含利用電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)所形成的矽氧化物。該第三絕緣層128在厚度上例如可以是大約0.001至0.3微米。例如，該第三絕緣層128在厚度上可以是大約0.2微米。
在圖8中，一光阻層130(例如，光阻)係被形成在該第一基板102的第三絕緣層128之上。在圖9中，該光阻層130係被圖案化(例如，其係利用一遮罩以及光學曝光)。該第三絕緣層128的藉由該圖案化所露出的部分係接著被蝕刻(利用任何適當的蝕刻劑)，其中該第二絕緣層126係作為一蝕刻停止層。如同將會在以下加以描述的，該經圖案化的第三絕緣層128可以形成腔室，該些腔室是電容式微加工超音波換能器(CMUT)的部分。該些CMUT可包含在該些腔室之內振動的頂端薄膜(其係在以下更詳細地敘述)。存在於該些腔室的底部的來自該第二絕緣層126的鋁氧化物材料可以有助於若該些頂端薄膜在裝置操作期間(例如，在換能器操作的一“塌陷模式”期間)接觸到該些腔室的底部時，降低該些頂端薄膜的充電。
圖10係描繪一選配的步驟，其中一薄層的鋁氧化物並且接著一薄層的自組裝單分子薄膜(SAM)129(例如，一具有十七氟-四氫癸基-三氯矽烷(heptadecafluoro tetrahydrodecyl trichlrosilane)或是十二烷基三氯矽烷(dodecyltrichlorosilane)作為一先驅物的SAM層)係在該圖案化之後被形成在該第二絕緣層126上。(該薄層的鋁氧化物係未被個別地展示，因為該第二絕緣層126亦可以是鋁氧化物。)若該些頂端薄膜在裝置操作期間(例如，在換能器操作的一“塌陷模式”期間)接觸到該些腔室的底部，則在該些腔室的底部所形成的自組裝單分子薄膜可以有助於降低該些頂端薄膜的黏滯到該些腔室的底部。在以下所展示的圖並未展示該選配的自組裝單分子薄膜129，但應該體認到的是，該自組裝單分子薄膜129可以存在於某些實施例中。在某些實施例中，該自組裝單分子薄膜129的厚度可以是大約1奈米。
圖11係描繪該光阻層130的移除(利用任何適當的剝除劑)、以及一所產生的界定在該第三絕緣層128中的腔室132。任何適當數量及配置的腔室132都可被形成，因為本申請案的特點並未在此方面受到限制。因此，儘管只有一腔室132係在圖11的非限制性的橫截面圖中被描繪，但應該體認到的是在某些實施例中，更多個可被形成。例如，一陣列的腔室132可包含數百個腔室、數千個腔室、數萬個腔室、或是更多個，以形成具有一所要的尺寸的一超音波換能器陣列。
該腔室132可以採用各種形狀(從一頂端側觀看)中之一種，以提供當該些超音波換能器最終被形成時的一種所要的薄膜形狀。例如，該腔室132可以具有一圓形的輪廓、或是一種多邊的輪廓(例如，矩形輪廓、六邊形輪廓、八邊形輪廓)。
現在參照圖12，一第二基板202(其將會提供一頂端薄膜以密封該第一基板102的腔室132)係被描繪。該第二基板202例如可以是一絕緣體上矽(SOI)基板，其係包含一處理層204(例如，一矽處理層)、一埋入式氧化物(BOX)層206、以及一矽裝置層208。一氧化物層210係被設置在該處理層204的背面上。在某些實施例中，該氧化物層210可以是不存在的。該矽裝置層208可以是由單晶矽所形成的，並且在某些實施例中可以是摻雜的。在某些實施例中，該矽裝置層208可以是高度摻雜P型的，儘管N型摻雜可以替代地被使用。當摻雜被使用時，該摻雜可以是均勻的、或是可被圖案化(例如，藉由植入在圖案化的區域中)。該矽裝置層208可以是在取得該SOI晶圓時就已經被摻雜的、或是可以藉由離子植入來加以摻雜，因為摻雜的方式並非限制性的。在某些實施例中，該矽裝置層208可以是由多晶矽或非晶矽所形成的。在任一情形中，該矽裝置層208可以是摻雜或未摻雜的。
如同在圖13中所示，一氧化物層212係被形成在該第二基板202上。該氧化物層212可以是一熱矽氧化物，但應該體認到的是，除了熱氧化物以外的氧化物也可以替代地被利用。
如同在圖14-15中所示，該第一基板102以及該第二基板202係接著接合在一起。在某些實施例中，此種接合可以只牽涉到低溫(例如，低於450°C)的使用，此可以避免損壞在該第一基板102上的電路。在其中該第三絕緣層128係包含一氧化物的實施例中，該接合可以是一氧化物-氧化物的接合，亦即一在該第三絕緣層128(亦即，氧化物)以及該氧化物層212之間的接合。例如，在其中該第三絕緣層128係包含矽氧化物，並且該氧化物層212係包含矽氧化物的實施例中，該接合可以是一矽氧化物-矽氧化物的接合。
在圖16中，該第二基板202的氧化物層210以及處理層204係被移除。例如，研磨、蝕刻、或任何其它適當的技術、或是技術的組合都可被利用。如同將會在以下論述的，剩餘的矽裝置層208以及氧化物層212可以界定一或多個電容式微加工超音波換能器(CMUT)的頂端薄膜。
在圖17中，一開口303係被形成在該矽裝置層208、該氧化物層212、該第三絕緣層128、該第二絕緣層126、該第一絕緣層124、以及該層114中。該開口303可以利用任何適當的圖案化及蝕刻劑來加以形成。
在圖18中，進一步的材料係被加到在該第二基板202上所形成的絕緣層206(例如，矽氧化物)。該絕緣層206係襯墊該開口303。
在圖19-20中，一開口302係被形成在該絕緣層206、該矽裝置層208、該氧化物層212、該第三絕緣層128、該第二絕緣層126、以及該第一絕緣層124中。一開口304係被形成在該絕緣層206中。該開口302以及該開口304可以利用任何適當的圖案化及蝕刻劑來加以形成。如同將會進一步在以下描述的，該開口302以及該開口304可被用來使得在CMUT的第一基板102與頂端薄膜之間的電性接觸變得容易。
在圖21中，金屬306係被沉積在該開口302內，使得該金屬306係襯墊該開口302，並且沉積在該矽裝置層208的相鄰該開口302的部分上。金屬308係被沉積在該開口304上，使得該金屬308係填入該開口304，並且沉積在該矽裝置層208的相鄰該開口304的部分上。該金屬308及金屬306例如可包含鋁。
在圖22中，該絕緣層206的一在該腔室132之上的部分係利用任何適當的蝕刻劑而被蝕刻。
在圖23中，進一步的材料係被加到該絕緣層206。該材料係被形成在該金屬306以及該金屬308上，並且襯墊該開口302。在材料的此添加之前蝕刻在該腔室132之上的絕緣層206(如同在圖22中所示)可以有助於降低被設置在該腔室132之上的材料量，並且改善包含該腔室132的超音波換能器的聲波效能。例如，在該腔室132之上的材料厚度可以被控制成大約6微米。
在圖24中，鈍化材料314(例如，雙層SiOx/SiN)係被形成在該第二基板202上。該鈍化材料314係被形成在該絕緣層206上，並且襯墊該開口302以及該開口303。
在圖25中，該開口303係進一步被向下蝕刻至該金屬化108。該開口303可以構成一接達點，以用於引線接合至該第一基板，並且尤其是引線接合至該金屬化108。此種引線接合可以構成從一外部的裝置(未顯示)至該第一基板102的電路的一電連接。
上述的製程可被用來產生一電容式微加工超音波換能器(CMUT)。該腔室132可以是該CMUT的微加工腔室，在該腔室132之上的矽裝置層208(以及層212)可以是該CMUT的頂端薄膜，並且在該腔室132之下的電極118可以是該CMUT的底部電極。在該第一基板102之內的電路可以透過該金屬化108以及電連接至該電極118的黏著結構120及122，來發送電性信號至該CMUT的底部電極(亦即，該電極118)。在該第一基板102之內的電路可以透過該金屬化108、該黏著結構120及122、該電極119、以及電連接至該矽裝置層208的金屬306來發送電性信號至該CMUT的頂端薄膜(亦即該矽裝置層208)。該金屬306可以電連接至在該矽裝置層208上的金屬308以及其它的金屬結構，以便於分布一電性信號遍及該矽裝置層208的可以作為用於多個CMUT的頂端薄膜的部分。針對於該金屬306以及該金屬308的進一步的討論，見於圖82。該些CMUT以及該些金屬連接的以上的討論亦適用於在圖26-38以及圖39-42中所示的製程。
圖26-38係描繪根據在此所述的某些實施例的一種超音波換能器裝置在一用於形成該超音波換能器裝置的製造序列期間的範例的橫截面。該製造序列係包含在一基板中製造用於電容式微加工超音波換能器(CMUT)的腔室，該基板亦包含積體電路。此範例實施例的製造序列係消除對於引線接合的形成的需求，並且進一步包含利用一“TSV在中間的”製程以在包含該積體電路的該基板中製造矽通孔(TSV)。將會體認到的是，所展示的製造序列並非限制性的，並且某些實施例可包含額外的步驟及/或省略某些所展示的步驟。
如同在圖26中所示，一第一基板102係包含一基底層(例如，一矽塊材晶圓)104、以及一被形成在該基底層104的背面上的絕緣層110。該第一基板102可以是一互補金屬氧化物半導體(CMOS)基板。例如是電晶體的半導體結構(未明確地被展示在圖26中)可被形成在該基底層104中，以作為前段(FEOL)製程的部分。
在圖27中，一溝槽105係被蝕刻(利用任何適當的蝕刻劑)在該基底層104中。例如，深反應性離子蝕刻(DRIE)可被利用，其中該溝槽105的深度係藉由所用的DRIE週期的數目以及在每一週期的蝕刻速率來加以控制的。
在圖28中，一襯墊材料107(例如，一矽氧化物層、一例如是鈦或鉭的阻障層、及/或一例如是銅的晶種層)以及一通孔材料109(例如，銅、摻雜的多晶矽、或鎢)係被沉積在該溝槽105中，以形成一矽通孔(TSV)111。此可以用三個步驟：該襯墊材料107的毯覆式沉積、接著是該通孔材料109的毯覆式沉積、接著是向下CMP到該第一基板102的頂端來加以達成。
在圖29中，金屬化108以及一絕緣層106係被形成在該第一基板102上，以作為後段(BEOL)製程的部分。該金屬化108可以是由鋁、銅、或是任何其它適當的金屬化材料所形成的，並且可以代表一在該第二基板102中所形成的積體電路的至少部分。例如，該金屬化108可以作為繞線層、可被圖案化以形成一或多個電極、或是可被使用於其它功能。實際上，該第一基板102可包含超過一金屬化層及/或後置處理的重分佈層，但是為了簡化起見，只有一金屬化係被描繪。該金屬化108的一部分113係被形成為接觸該TSV 111。在圖26-29中所示的用於形成該第一基板102的步驟可以在一商業的晶圓代工廠加以執行。該TSV 111係在FEOL製程之後，但是在BEOL製程之前加以形成的。此可被視為一“TSV在中間的”製程。
在此時點，在該第一實施例的圖2-15中概述的處理步驟可以在圖29的中間的結構上加以執行，以便於產生在圖30中所描繪的結構。換言之，除了圖30的結構亦包含一TSV 111以替代用於引線接合目的之清出的開口303(圖17)以外，圖30的結構係包括類似於在圖15中所示的結構的接合的第一及第二基板102及202。接著，類似於圖16，如同在圖31中所示，該第二基板的氧化物層210、處理層204、以及BOX層206係被移除。
在圖32-33中，一開口302係被形成在該BOX層206、該矽裝置層208、該氧化物層212、該第三絕緣層128、該第二絕緣層126、以及該第一絕緣層124中。一開口304係被形成在該BOX層206中。該開口302以及該開口304可以利用任何適當的圖案化及蝕刻劑來加以形成。如同將會進一步在以下描述的，該開口302以及該開口304將會被用來使得在該第一基板102以及CMUT的頂端薄膜之間的電性接觸變得容易。
在圖34中，金屬306係被沉積在該開口302內，使得該金屬306係襯墊該開口302，並且沉積在該矽裝置層208的相鄰該開口302的部分上。金屬308係被沉積在該開口304上，使得該金屬308係填入該開口304，並且沉積在該矽裝置層208的相鄰該開口304的部分上。該金屬308以及金屬306例如可包含鋁。
在圖35中，該BOX層206的一在該腔室132之上的部分係利用任何適當的蝕刻劑來加以蝕刻。
在圖36中，進一步的材料係被加到該BOX層206。該材料係被形成在該金屬306以及該金屬308上，並且襯墊該開口302。在材料的此添加之前蝕刻在該腔室132之上的BOX層206(如同在圖35中所示)可以有助於降低被設置在該腔室132之上的材料量，並且改善包含該腔室132的超音波換能器的聲波效能。例如，在該腔室132之上的材料厚度可以被控制為大約6微米。
在圖37中，鈍化材料314(例如，聚醯亞胺)係被形成在該第二基板202上。該鈍化材料314係被形成在該BOX層206上，並且襯墊線該開口302。
在圖38中，該第一基板102的絕緣層110係被移除，並且該基底層104係用任何適當的方式而被薄化。例如，研磨、蝕刻、或任何其它適當的技術、或是技術的組合都可被利用。紫外線釋放研磨帶可被用來在該第一基板的研磨期間搬運該基板。例如，該紫外線釋放研磨帶可以在該第一基板102的研磨期間，將該基板202的頂端附著到一表面。由於薄化該基底層104的關係，該TSV 111係被露出。因此，該TSV 111可以耦接(例如，透過一中介體(未被展示))至一外部的裝置(未顯示)，藉此致能電性信號從該外部的裝置發送至該TSV 111、該金屬化108、以及在該第一基板102之內的電路。同樣地，此可以避免需要如同在圖1-25的製程中所示的向下至該金屬化108來產生該開口303、以及引線接合至該第一基板102。
圖39-42係描繪根據在此所述的某些實施例的一種超音波換能器裝置在一用於形成該超音波換能器裝置的製造序列期間的範例的橫截面。該製造序列係包含在一基板中製造用於電容式微加工超音波換能器(CMUT)的腔室，該基板亦包含積體電路。此範例實施例的製造序列係消除對於引線接合的形成的需求，並且進一步包含利用一“TSV在最後的”製程以在包含該積體電路的該基板中製造矽通孔(TSV)。將會體認到的是，所展示的製造序列並非限制性的，並且某些實施例可包含額外的步驟及/或省略某些所展示的步驟。
參照圖39，一接合的結構係被描繪，其係包含一第一基板102被接合到一第二基板202。在圖39中所示的結構可以利用在圖1-16以及19-24中所示的處理步驟來加以形成；換言之，在此實施例中，該開口303(如同在圖17及18中所示)並未被形成。
接著，如同在圖40中所示，該第一基板102的絕緣層110係被移除，並且該基底層104係以任何適當的方式而被薄化。例如，研磨、蝕刻、或任何其它適當的技術、或是技術的組合都可被利用。紫外線釋放研磨帶可被用來在該第一基板的研磨期間搬運該基板。例如，該紫外線釋放研磨帶可以在該第一基板102的研磨期間將該基板202的頂端附著至一表面。
在圖41中，一溝槽105係被蝕刻(利用任何適當的蝕刻劑)在該基底層104中。
在圖42中，一襯墊材料107(例如，一矽氧化物層、一例如是鈦或鉭的阻障層、及/或一例如是銅的晶種層)以及一通孔材料109(例如，銅、摻雜的多晶矽、或鎢)係被沉積在該溝槽105中，以形成一矽通孔(TSV)111。此可以用三個步驟：該襯墊材料107的毯覆式沉積、接著是該通孔材料109的毯覆式沉積、接著是向下CMP到該第一基板102的頂端來加以達成。該TSV 111可以耦接(例如，透過一中介體(未被展示))至一外部的裝置(未顯示)，藉此致能電性信號從該外部的裝置發送至該TSV 111、該金屬化108、以及在該第一基板102之內的電路。此可以避免需要如同在圖1-25的製程中所示的向下至該金屬化108來產生該開口303、以及引線接合至該第一基板102。該TSV 111係在FEOL製程以及BEOL製程之後被形成。此可被視為一“TSV在最後的”製程。
圖43-69係描繪根據在此所述的某些實施例的一種超音波換能器裝置在一用於形成該超音波換能器裝置的製造序列期間的範例的橫截面。該製造序列係包含藉由將兩個基板接合在一起來製造用於電容式微加工超音波換能器(CMUT)的腔室、以及將那些兩個基板接合至一包含積體電路的基板。此範例實施例的製造序列係消除對於引線接合的形成的需求，並且進一步包含利用一“TSV在中間的”製程以在包含該積體電路的該基板中製造矽通孔(TSV)。將會體認到的是，所展示的製造序列並非限制性的，並且某些實施例可包含額外的步驟及/或省略某些所展示的步驟。
如同在圖43中所示，該第二基板202係開始為一絕緣體上矽(SOI)基板，其係包含一處理層204(例如，一矽處理層)、一埋入式氧化物(BOX)層206、以及一矽裝置層208。一氧化物層210係被設置在該處理層204的背面上。在某些實施例中，該氧化物層210可以是不存在的。該矽裝置層208可以是由單晶矽所形成的，並且在某些實施例中可以是摻雜的。在某些實施例中，該矽裝置層208可以是高度摻雜的P型，儘管N型摻雜亦可以替代地被利用。當摻雜被使用時，該摻雜可以是均勻的、或是可被圖案化(例如，藉由植入在圖案化的區域中)。該矽裝置層208可以是在取得該SOI晶圓時就已經被摻雜的、或是可以藉由離子植入來加以摻雜，因為摻雜的方式並非限制性的。在某些實施例中，該矽裝置層208可以是由多晶矽或非晶矽所形成的。在任一情形中，該矽裝置層208可以是摻雜或未摻雜的。
如同在圖44中所示，一氧化物層212係被形成在該第二基板202上。該氧化物層212可以是一熱矽氧化物，但是應該體認到的是除了熱氧化物以外的氧化物可以替代地被利用。
如同在圖45中所示，該氧化物層212係利用任何適當的技術(例如，利用一適當的蝕刻)而被圖案化以形成一腔室132。在此非限制性的實施例中，該腔室132係延伸至該矽裝置層208的表面，儘管在替代的實施例中，該腔室132可以不延伸至該矽裝置層208的表面。在某些實施例中，該氧化物層212可被蝕刻至該矽裝置層208的表面，並且接著一額外的氧化物層(例如，熱矽氧化物)可被形成，使得該腔室132係藉由一層氧化物所界定的。在某些實施例中，該腔室132可以延伸到該矽裝置層208之中。再者，在某些實施例中，例如是隔離柱的結構可被形成在該腔室132之內。
任何適當數量及配置的腔室132都可被形成，因為本申請案的特點並未在此方面受到限制。因此，儘管只有一腔室132係在圖45的非限制性的橫截面圖中被描繪，但應該體認到的是在某些實施例中，更多個可被形成。例如，一陣列的腔室132可包含數百個腔室、數千個腔室、數萬個腔室、或是更多個，以形成具有一所要的尺寸的一超音波換能器陣列。
該腔室132可以採用各種形狀(從一頂端側觀看)中之一種，以提供當該些超音波換能器最終被形成時的一種所要的薄膜形狀。例如，該腔室132可以具有一圓形的輪廓、或是一種多邊的輪廓(例如，矩形輪廓、六邊形輪廓、八邊形輪廓)。
圖46係展示該第二基板202以及一第三基板402。該第三基板402係包含一矽層215、一氧化物層217、以及一氧化物層213。
如同在圖47中所示，該第二基板202係被接合至該第三基板402。該接合可以在一低溫下加以執行(例如，一低於450°C的熔融接合)，但可以接著是在一高溫(例如，在大於500°C)下的一退火，以確保充分的接合強度。在所示的實施例中，在該第二基板202以及該第三基板402之間的接合是一在該氧化物層212以及該氧化物層213之間的氧化物-氧化物(亦即，SiO2 —SiO2 )的接合。該氧化物層212以及該氧化物層213的組合係被展示為氧化物層219。
如同在圖48中所示，該氧化物層217係被移除，並且該矽層215係以任何適當的方式而被薄化。例如，研磨、蝕刻、或任何其它適當的技術、或是技術的組合都可被利用。因此，來自該第三基板402剩餘的層係包含該矽層215以及該氧化物層213。這些層可以是薄的(例如，40微米、30微米、20微米、10微米、5微米、2.5微米、2微米、1微米、或是更小，其係包含在小於40微米的範圍之內的任何範圍或值)。然而，由於它們係以其對應的處理層204而被接合至該第二基板202，因此對於此處理步驟以及對於進一步的處理步驟而言，充分的結構完整性可被維持。
在某些實施例中，電性隔離在該第一基板202中所形成的一或多個超音波換能器以及該第三基板402可能是所期望的。因此，如同在圖49中所示，隔離溝槽418係被形成在該矽層215中。在該舉例說明的實施例中，該些隔離溝槽418係從該矽層215的一背面延伸至該氧化物層219，並且比每一個隔離溝槽418接觸到的覆蓋的氧化物層219的部分窄(在該圖中的從左到右的方向上)，以避免不慎地擊穿該氧化物層219而到該腔室132之中。因此，該些隔離溝槽418並不影響該腔室132的結構完整性。然而，替代的配置也是可能的。
圖50係描繪該些隔離溝槽418是利用任何適當的技術(例如，一適當的沉積)而被填入一種絕緣材料420(例如，熱矽氧化物結合未摻雜的多晶矽)。應注意到的是，在所描繪的實施例中，該絕緣材料420係完全填入該些隔離溝槽418，而非單純地襯墊該些隔離溝槽418，此可以進一步貢獻到該裝置在此階段的結構完整性，使得其更適合用於進一步的處理。
如同在圖51中所示，該絕緣材料420係被圖案化(利用任何適當的蝕刻技術)，以準備用以形成用於該第二基板202與該第三基板402的以後的接合的接合位置。
如同在圖52中所示，接合結構426係接著被形成在該第三基板402上，以準備用於接合該第三基板402與該第一基板102。內含在該些接合結構426中的材料類型可以依據將被形成的接合類型而定。例如，該些接合結構426可包含一適合用於熱壓接合、共晶接合、或是矽化物接合的金屬。在某些實施例中，該些接合結構426可包含一種導電材料，使得電性信號可被傳遞在該第一基板102以及該第三基板402之間。例如，在某些實施例中，該些接合結構426可包含金，並且可以藉由電鍍來加以形成。在某些實施例中，用於晶圓層級的封裝的材料及技術可被應用在接合該第一基板102與該第三基板402的背景中。因此，例如，被選擇以提供所期望的黏著、相互擴散阻障功能、以及高的接合品質的金屬的堆疊可被利用，因而該些接合結構426可包含此種金屬的堆疊。在圖52中，該些接合結構426係被展示黏著至在該矽層215上的黏著結構424。
如同在圖53中所示，一第一基板102係包含一基底層(例如，一矽塊材晶圓)104，並且一絕緣層110係被形成在該基底層104的背面上。該第一基板102可以是一互補金屬氧化物半導體(CMOS)基板。例如是電晶體的半導體結構(並未明確地展示在圖53中)可被形成在該基底層104中，以作為前段(FEOL)製程的部分。
在圖54中，一溝槽105係(利用任何適當的蝕刻劑)被蝕刻在該基底層104中。
在圖55中，一襯墊材料107(例如，一矽氧化物層、一例如是鈦或鉭的阻障層、及/或一例如是銅的晶種層)以及一通孔材料109(例如，銅、摻雜的多晶矽、或鎢)係被沉積在該溝槽105中，以形成一矽通孔(TSV)111。此可以用三個步驟：該襯墊材料107的毯覆式沉積、接著是該通孔材料109的毯覆式沉積、接著是向下CMP到該第一基板102的頂端來加以達成。
在圖56中，金屬化108以及一絕緣層106係被形成在該第一基板102上，以作為後段(BEOL)製程的部分。該金屬化108可以是由鋁、銅、或是任何其它適當的金屬化材料所形成的，並且可以代表一在該第二基板102中所形成的積體電路的至少部分。例如，該金屬化108可以作為繞線層、可被圖案化以形成一或多個電極、或是可被使用於其它功能。實際上，該第一基板102可包含超過一金屬化層及/或後置處理的重分佈層，但是為了簡化起見，只有一金屬化係被描繪。該金屬化108的一部分113係被形成為接觸該TSV 111。在圖53-56中所示的用於形成該第一基板102的步驟可以在一商業的晶圓代工廠加以執行。該TSV 111係在FEOL製程之後，但是在BEOL製程之前加以形成的。此可被視為一“TSV在中間的”製程。
如同在圖57中所示，層112及114係被形成在該第一基板102上。該層112例如可以是一氮化物層，並且可以藉由電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)來加以形成。該層114可以是一氧化物層，其例如是藉由氧化物的PECVD來加以形成。
在圖58中，開口116係從該層114被形成至該金屬化108。此種開口例如是藉由圖案化一光阻層(未顯示)，接著是蝕刻層114及112的露出的區域來加以形成，以準備用於形成接合點。
在圖59中，接合結構436係(藉由適當的沉積及圖案化)被形成在該第一基板102上。該些接合結構436係被展示為透過黏著結構120及122來黏著至該金屬化108。該些接合結構436可包含任何適當的材料，以用於與在該第三基板402上的該些接合結構426接合。在某些實施例中，一低溫共晶接合可被形成，並且在此種實施例中，該些接合結構426以及該些接合結構436可以形成共晶對。例如，該些接合結構426以及該些接合結構436可以形成銦-錫(In-Sn)共晶對、金-錫(Au-Sn)共晶對、鋁-鍺(Al-Ge)共晶對、或是錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)組合。在Sn-Ag-Cu的情形中，該些材料中的兩種可被形成在該第三基板402上以作為該些接合結構426，其中剩餘的材料係被形成為該些接合結構436。該些接合結構436(以及其它在此論述的具有類似形式的接合結構)可能並未按照比例展示，例如，在該些接合結構436中所展示的向下的突出部在高度上可能是遠小於該些接合結構436的其餘部分的高度。
如同在圖60-61中所示，該第一基板102以及該第三基板402係接著被接合在一起。在某些實施例中，此種接合可以只牽涉到低溫(例如，低於450°C)的使用，其可以避免損壞在該第一基板102上的金屬化108以及其它構件。
在所描繪的非限制性的例子中，該接合是一共晶接合，使得該些接合結構426以及該些接合結構436係組合形成該些接合點118及119。該些接合點118及119係形成在該第一基板102以及該第三基板402之間的電性接觸。作為一進一步非限制性的例子，一利用Au作為該接合材料的熱壓接合可被形成。譬如，該些接合結構426可包含Ti/TiW/Au的晶種層(藉由濺鍍或其它方式而被形成)，其中電鍍的Au係被形成在其上，並且該些接合結構436可包含一TiW/Au的晶種層(藉由濺鍍或其它方式而被形成)，其中電鍍的Ni/Au係被形成在其上。該些鈦層可以作為黏著層。該些TiW層可以作為黏著層以及擴散阻障。該鎳可以作為一擴散阻障。該Au可以形成該接合。其它的接合材料亦可以替代地被利用。
在圖62中，該氧化物層210、該處理層204、以及該BOX層206係被移除。例如，研磨、蝕刻、或任何其它適當的技術、或是技術的組合都可被利用。
在圖63-64中，一開口302係被形成在該BOX層206、該矽裝置層208、該氧化物層212、該第三絕緣層128、該第二絕緣層126、以及該第一絕緣層124中。一開口304係被形成在該BOX層206中。該開口302以及該開口304可以利用任何適當的圖案化及蝕刻劑來加以形成。如同將會進一步在以下描述的，該開口302以及該開口304將會被用來使得在該第一基板102以及CMUT的頂端薄膜之間的電性接觸變得容易。
在圖65中，金屬306係被沉積在該開口302內，使得該金屬306係襯墊該開口302，並且沉積在該矽裝置層208的相鄰該開口302的部分上。金屬308係被沉積在該開口304上，使得該金屬308係填入該開口304，並且沉積在該矽裝置層208的相鄰該開口304的部分上。該金屬308以及金屬306例如可包含鋁。
在圖66中，該BOX層206的一在該腔室132之上的部分係利用任何適當的蝕刻劑而被蝕刻。
在圖67中，進一步的材料係被加到該BOX層206。該材料係被形成在該金屬306以及該金屬308上，並且襯墊該開口302。在材料的此添加之前蝕刻在該腔室132之上的BOX層206(如同在圖66中所示)可以有助於降低被設置在該腔室132之上的材料量，並且改善包含該腔室132的超音波換能器的聲波效能。例如，在該腔室132之上的材料厚度可以被控制成大約6微米。
在圖68中，鈍化材料314(例如，聚醯亞胺)係被形成在該第二基板202上。該鈍化材料314係被形成在該BOX層206上，並且襯墊該開口302。
在圖69中，該第一基板102的絕緣層110係被移除，並且該基底層104係以任何適當的方式而被薄化。例如，研磨、蝕刻、或任何其它適當的技術、或是技術的組合都可被利用。紫外線釋放研磨帶可被用來在該第一基板的研磨期間搬運該基板。例如，該紫外線釋放研磨帶可以在該第一基板102的研磨期間，將該基板202的頂端附著到一表面。由於薄化該基底層104的關係，該TSV 111係被露出。因此，該TSV 111可以耦接(例如，透過一中介體(未被展示))至一外部的裝置(未顯示)，藉此致能電性信號從該外部的裝置發送至該TSV 111、該金屬化108、以及在該第一基板102之內的電路。
上述的製程可被用來產生一電容式微加工超音波換能器(CMUT)。該腔室132可以是該CMUT的微加工腔室，在該腔室132之上的矽裝置層208可以是該CMUT的頂端薄膜，並且在該腔室132之下的矽層215可以是該CMUT的底部電極。在該第一基板102之內的電路可以透過該金屬化108、該些黏著結構120及122、該接合點118、以及電連接至該矽層215的黏著結構424，來發送電性信號至該CMUT的底部電極(亦即，該矽層215)。在該第一基板102之內的電路可以透過該金屬化108、該些黏著結構120及122、該接合點119、該黏著結構424、以及電連接至該矽裝置層208的金屬306，來發送電性信號至該CMUT的頂端薄膜(亦即該矽裝置層208)。該金屬306可以電連接至在該矽裝置層208上的金屬308以及其它的金屬結構，以便於散布一電性信號到整個該矽裝置層208的可以作為用於多個CMUT的頂端薄膜的部分。針對於該金屬306以及該金屬308的進一步的討論，見於圖82。以上該些CMUT以及該些金屬連接的討論亦適用於在圖70-73中所示的製程。
圖70-73係描繪根據在此所述的某些實施例的一種超音波換能器裝置在一用於形成該超音波換能器裝置的製造序列期間的範例的橫截面。該製造序列係包含藉由接合兩個基板一起、以及將那些兩個基板接合至一包含積體電路的基板來製造用於電容式微加工超音波換能器(CMUT)的腔室。此範例實施例的製造序列係消除對於引線接合的形成的需求，並且進一步包含利用一“TSV在最後的”製程以在包含積體電路的基板中製造矽通孔(TSV)。將會體認到的是，所展示的製造序列並非限制性的，並且某些實施例可包含額外的步驟及/或省略某些所展示的步驟。
參照圖70，一接合的結構係被描繪，其係包含兩個接合的基板(一第二基板202以及一第三基板402)被接合到一第一基板102。在圖39中所示的結構可以利用在圖43-52及57-61中所示的處理步驟來加以形成，但是在此實施例中，該TSV 111(如同在圖53-56中所示)尚未被形成。
接著，如同在圖71中所示，該第一基板102的絕緣層110係被移除，並且該基底層104係以任何適當的方式而被薄化。例如，研磨、蝕刻、或任何其它適當的技術、或是技術的組合都可被利用。紫外線釋放研磨帶可被用來在該第一基板的研磨期間搬運該基板。例如，該紫外線釋放研磨帶可以在該第一基板102的研磨期間，將該基板202的頂端附著到一表面。
在圖72中，一溝槽105係在該基底層104中被蝕刻(其係利用任何適當的蝕刻劑)。
在圖73中，一襯墊材料107(例如，一矽氧化物層、一例如是鈦或鉭的阻障層、及/或一例如是銅的晶種層)以及一通孔材料109(例如，銅、摻雜的多晶矽、或鎢)係被沉積在該溝槽105中，以形成一矽通孔(TSV)111。此可以用三個步驟：該襯墊材料107的毯覆式沉積、接著是該通孔材料109的毯覆式沉積、接著是向下CMP到該第一基板102的頂端來加以達成。該TSV 111可以耦接(例如，透過一中介體(未被展示))至一外部的裝置(未顯示)，藉此致能電性信號從該外部的裝置發送至該TSV 111、該金屬化108、以及在該第一基板102之內的電路。該TSV 111係在FEOL製程以及BEOL製程之後被形成。此可被視為一“TSV在最後的”製程。
在某些實施例中，在圖39-73中所示的用於藉由將兩個基板接合在一起以形成CMUT腔室的製程可以在不形成TSV之下加以利用。在此種實施例中，針對在該第一基板102中的金屬化的開口可被產生，以使得引線接合該第一基板至一外部的裝置變得容易。針對於此製程的進一步的討論，見於2015年6月30日獲准(並且被讓與給本申請案的受讓人)的名稱為“微製造的超音波換能器以及相關的設備及方法”的美國專利號9,067,779，該美國專利係以其整體被納入在此作為參考。
圖74及75係描繪一種超音波換能器裝置在圖1-25中所示的序列之一替代的製造序列期間的範例的橫截面。圖74係描繪在圖14中所示的製造步驟之後被形成在該第二基板202上的額外的兩層(一第四絕緣層214以及一第五絕緣層216)。尤其，該第四絕緣層214係被形成在該氧化物層212上，並且該第五絕緣層216係被形成在該第四絕緣層214上。該第四絕緣層214例如可包含一利用原子層沉積(ALD)所形成的高品質的矽氧化物。該第四絕緣層214在厚度上可以是大約0.001至0.100微米。例如，該第四絕緣層214在厚度上可以是大約0.02微米。該第四絕緣層214可以利用和在圖5中所示的用於形成該第一絕緣層124的製程相同的製程來加以形成。該第五絕緣層216可包含鋁氧化物(Al2 O3 )，其例如是藉由原子層沉積(ALD)來加以形成。該第五絕緣層216在厚度上例如可以是大約0.005至0.100微米。例如，該第五絕緣層216在厚度上可以是大約0.03微米。該第五絕緣層216可以利用和在圖6中所示的用於形成該第二絕緣層126的製程相同的製程來加以形成。圖75係描繪該第一基板102以及該第二基板202的接合。在某些實施例中，此種接合可以只牽涉到低溫(例如，低於450°C)的使用，此可以避免損壞在該第一基板102上的電路。在其中該第三絕緣層128係包含一氧化物，並且該第五絕緣層216係包含一氧化物的實施例中，該接合可以是一氧化物-氧化物的接合，亦即一在該第三絕緣層128(亦即，氧化物)以及該第五絕緣層216(亦即，氧化物)之間的接合。例如，若該第三絕緣層128係包含矽氧化物，並且該第五絕緣層216係包含鋁氧化物，則該接合可以是一矽氧化物-鋁氧化物的接合。在其中該第五絕緣層216係包含鋁氧化物，並且該第二絕緣層126係包含鋁氧化物的實施例中，該腔室132的頂端及底部都可包含鋁氧化物，如上所論述的，此可以有助於若該腔室的頂端在裝置操作期間接觸該腔室的底部時，降低該腔室的頂端(亦即，該腔室的頂端薄膜)的充電。該製造序列的剩餘部分可以用一種類似如同在圖16-25中所示的方式來進行。
圖76及77係描繪一種超音波換能器裝置在圖1-25中所示的序列之一替代的製造序列期間的範例的橫截面。圖76係描繪額外的三個層(一第四絕緣層214、一第五絕緣層216、以及一第六絕緣層218)被形成在該第二基板202上。該第四絕緣層214以及該第五絕緣層216可以用一種類似在圖74中所敘述的方式來加以形成。在一實施例中，該第六絕緣層218係具有一相對於該第五絕緣層216的蝕刻選擇性，並且例如可包含利用電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)所形成的矽氧化物。該第三絕緣層218在厚度上例如可以是大約0.001至0.3微米。例如，該第六絕緣層218在厚度上可以是大約0.2微米。該第六絕緣層218可以利用和在圖7中所示的用於形成該第三絕緣層128的製程相同的製程來加以形成。該第六絕緣層218可以用一種類似如同在圖8-9中所示的方式，利用阻劑及蝕刻而被圖案化以形成一腔室133。圖77係描繪該第一基板102以及該第二基板202的接合。在某些實施例中，此種接合可以只牽涉到低溫(例如，低於450°C)的使用，其可以避免損壞在該第一基板102上的電路。在其中該第三絕緣層128係包含一氧化物，並且該第六絕緣層218係包含一氧化物的實施例中，該接合可以是一氧化物-氧化物的接合，亦即一在該第三絕緣層128(亦即，氧化物)以及該第六絕緣層218(亦即，氧化物)之間的接合。例如，若該第三絕緣層128包含矽氧化物，並且該第六絕緣層218包含矽氧化物，則該接合可以是一矽氧化物-矽氧化物的接合。在圖77中，該第三絕緣層128以及該第六絕緣層218的組合係被展示為一絕緣層221。在其中該第五絕緣層216係包含鋁氧化物，並且該第二絕緣層126係包含鋁氧化物的實施例中，該腔室132的頂端及底部都可包含鋁氧化物，如上所論述的，此可以有助於若該腔室的頂端在裝置操作期間接觸該腔室的底部時，降低該腔室的頂端(亦即，該腔室的頂端薄膜)的充電。在某些實施例中，該第一基板102以及該第二基板202可以在接合之前先加以對準，使得在接合之際，該腔室132係與該腔室133對準，即如同在圖77中所示者。在圖77中，該腔室132以及該腔室133的組合係被展示為一腔室135。該製造序列的剩餘部分可以用一種類似如同在圖16-25中所示的方式來進行。
同樣應注意到的是，在圖76-77中所示的替代的製造序列中，該些CMUT的腔室135可以從在兩個個別的絕緣層128及218中的兩個個別的腔室132及133來加以形成，而在其它在此所述的製造序列中，該些CMUT的腔室132或133可以只被形成在一絕緣層128或218中。在圖76-77的替代的製造序列中，該些絕緣層128及218可以是該腔室132或133在其它製造序列中被形成於其中的絕緣層128或218的大約一半厚的，使得該些CMUT的最後的腔室135係具有一類似於在此所述的其它製造序列中所形成的腔室132或133的深度。在某些實施例中，一SAM層可被設置在該些腔室132及133兩者中，使得該最後的腔室135係在其頂表面及底表面兩者上都具有SAM層。SAM層的進一步的說明可以參考圖10而得。
圖78及79係描繪一種超音波換能器裝置在圖1-25中所示的序列之一替代的製造序列期間的範例的橫截面。除了該第三絕緣層128以及該腔室132不存在以外，如同在圖78中所示的裝置可以用一種類似如同參考圖77所論述的方式來加以形成。圖79係描繪該第一基板102以及該第二基板202的接合。在某些實施例中，此種接合可以只牽涉到低溫(例如，低於450°C)的使用，其可以避免損壞在該第一基板102上的電路。在其中該第二絕緣層126係包含一氧化物，並且該第六絕緣層218係包含一氧化物的實施例中，該接合可以是一氧化物-氧化物的接合，亦即一在該第二絕緣層126(亦即，氧化物)以及該第六絕緣層218(亦即，氧化物)之間的接合。例如，若該第二絕緣層126包含鋁氧化物，並且該第六絕緣層218包含矽氧化物，則該接合可以是一鋁氧化物-矽氧化物的接合。在其中該第五絕緣層216係包含鋁氧化物，並且該第二絕緣層126係包含鋁氧化物的實施例中，該腔室133(其可以是一CMUT的腔室)的頂端及底部兩者都可包含鋁氧化物，如上所論述的，其可以有助於若該腔室的頂端在裝置操作期間接觸該腔室的底部時，降低該腔室的頂端(亦即，該腔室的頂端薄膜)的充電。該製造序列的剩餘部分可以用一種類似如同在圖16-25中所示的方式來進行。
圖80及81係描繪一種超音波換能器裝置在圖1-25中所示的序列之一替代的製造序列期間的範例的橫截面。除了該第三絕緣層128、該第二絕緣層126、以及該腔室132不存在以外，如同在圖80中所示的裝置可以用一種類似如同參考圖77所論述的方式來加以形成。圖81係描繪該第一基板102以及該第二基板202的接合。在某些實施例中，此種接合可以只牽涉到低溫(例如，低於450°C)的使用，其可以避免損壞在該第一基板102上的電路。在其中該第一絕緣層124係包含一氧化物，並且該第六絕緣層218係包含一氧化物的實施例中，該接合可以是一氧化物-氧化物的接合，亦即一在該第一絕緣層124(亦即，氧化物)以及該第六絕緣層218(亦即，氧化物)之間的接合。例如，若該第一絕緣層146包含矽氧化物，並且該第六絕緣層218包含矽氧化物，則該接合可以是一矽氧化物-矽氧化物的接合。在圖81中，該第一絕緣層124以及該第六絕緣層218的組合係被展示為一絕緣層223。在其中該第五絕緣層216係包含鋁氧化物的實施例中，該腔室133(其可以是一CMUT的腔室)的頂端可包含鋁氧化物，如上所論述的，其可以有助於若該腔室的頂端在裝置操作期間接觸該腔室的底部時，降低該腔室的頂端(亦即，該腔室的頂端薄膜)的充電。該製造序列的剩餘部分可以用一種類似如同在圖16-25中所示的方式來進行。
應注意到的是，在圖74-81中所示的替代的製造序列中的某些個可能會導致CMUT的頂端薄膜具有比利用圖1-25的製造序列所形成的CMUT的頂端薄膜更多層。例如，和其中該頂端薄膜可包含該矽裝置層208以及該氧化物層212、但是並不包含該些額外的層的利用圖1-25的製造序列所形成的頂端薄膜相比較，除了該矽裝置層208以及該氧化物層212以外，在圖74-81中所示的製造序列可能會導致該頂端薄膜包含額外的絕緣層214、絕緣層216、及/或絕緣層218。在圖74-81中所示的替代的製造序列中，該絕緣層214、絕緣層216、絕緣層218、矽裝置層208、及/或氧化物層212的厚度可以被控制，使得該頂端薄膜係具有一類似利用圖1-25的製造序列所形成的頂端薄膜的厚度。
應該體認到的是，在圖74-81中所示的替代的製造序列亦可以適用到在圖26-42中所示的製造序列。亦應該體認到的是，儘管以上的製造序列的任一個都可能討論利用ALD來形成氧化物(例如，矽氧化物或鋁氧化物)，但是任何其它用於形成這些氧化物的製程亦可以替代地被利用。
圖82係展示利用在此所述的製造序列的任一種所形成的一種超音波換能器裝置的一範例的俯視圖。圖82係描繪該金屬306的一範例的位置，其係電連接在該第一基板102上的接合點/電極與一或多個CMUT的頂端薄膜。圖82係進一步描繪該金屬308的一範例的位置，其係分佈來自該金屬306的一電性信號至在該超音波換能器裝置的其它位置的CMUT的頂端薄膜。該金屬306以及該金屬308係電連接至彼此，並且可以在相同或不同的金屬層中加以實施。
各種用於形成超音波換能器裝置的方法係已經加以敘述及描繪。圖83-86係描繪彼此的替代的製程，以用於製造具有密封的腔室及積體電路的超音波換能器裝置、以及製造電連接至該積體電路。
圖83係描繪一種用於製造一超音波換能器裝置的範例的製程8300。
在動作8302中，一第一絕緣層係被形成在一第一基板上，其中該第一基板係包含積體電路。動作8302的進一步說明可以參考圖6而得。該製程8300係從動作8302前進到動作8304。
在動作8304中，一第二絕緣層係被形成在該第一絕緣層上。動作8304的進一步說明可以參考圖7而得。該製程8300係從動作8304前進到動作8306。
在動作8306中，一第一腔室係被形成在該第二絕緣層中。動作8306的進一步說明可以參考圖8-11而得。動作8302、8304及8306的進一步說明亦可以參考圖74及76而得。該製程8300係從動作8306前進到動作8308。
在動作8308中，一第二基板係被接合至該第一基板，以密封該第一腔室。動作8308的進一步說明可以參考圖16、75及77而得。該製程8300係從動作8308前進到動作8310。
在動作8310中，一接達點係被形成至該第一基板。該接達點可以用於引線接合至該第一基板。動作8310的進一步說明可以參考圖25而得。
圖84係描繪一種用於製造一超音波換能器裝置的範例的製程8400。
在動作8402中，一矽通孔(TSV)係被形成在該第一基板中，其中該第一基板係包含積體電路。動作8402的進一步說明可以參考圖26-29而得。該製程8400係從動作8402前進到動作8404。
在動作8404中，一第一絕緣層係被形成在一第一基板上。動作8404的進一步說明可以參考圖6而得。該製程8400係從動作8404前進到動作8406。
在動作8406中，一第二絕緣層係被形成在該第一絕緣層上。動作8406的進一步說明可以參考圖7而得。該製程8400係從動作8406前進到動作8408。
在動作8408中，一第一腔室係被形成在該第二絕緣層中。動作8408的進一步說明可以參考圖8-11而得。動作8404、8406及8408的進一步說明亦可以參考圖74及76而得。該製程8400係從動作8408前進到動作8410。
在動作8410中，一第二基板係被接合至該第一基板以密封該第一腔室。動作8410的進一步說明可以參考圖30、75及77而得。
圖85係描繪一種用於製造一超音波換能器裝置的範例的製程8500。
在動作8502中，一第一絕緣層係被形成在一第一基板上，其中該第一基板係包含積體電路。動作8502的進一步說明可以參考圖6而得。該製程8500係從動作8502前進到動作8504。
在動作8504中，一第二絕緣層係被形成在該第一絕緣層上。動作8504的進一步說明可以參考圖7而得。該製程8500係從動作8504前進到動作8506。
在動作8506中，一第一腔室係被形成在該第二絕緣層中。動作8506的進一步說明可以參考圖8-11而得。動作8502、8504及8506的進一步說明亦可以參考圖74及76而得。該製程8500係從動作8506前進到動作8508。
在動作8508中，一第二基板係被接合至該第一基板以密封該第一腔室。動作8508的進一步說明可以參考圖16、75及77而得。該製程8500係從動作8508前進到動作8510。
在動作8510中，一矽通孔(TSV)係被形成在該第一基板中。動作8510的進一步說明可以參考圖41-42而得。
圖86係描繪一種用於製造一超音波換能器裝置的範例的製程8600。
在動作8602中，一第一絕緣層係被形成在一第一基板上，其中該第一基板係包含積體電路。該製程8600係從動作8602前進到動作8604。
在動作8604中，一第二絕緣層係被形成在該第一絕緣層上。該製程8600係從動作8604前進到動作8606。
在動作8606中，一第一腔室係被形成在該第二絕緣層中。動作8602、8604及8606的進一步說明可以參考圖76、78及80而得。該製程8600係從動作8606前進到動作8608。
在動作8608中，一第二基板係被接合至該第一基板，以密封該第一腔室。動作8608的進一步說明可以參考圖77、79及81而得。
在某些實施例中，如上參考圖26-29所述的，一TSV可以在動作8602之前被形成在該第二基板中。在某些實施例中，如上參考圖41-42所述的，一TSV可以在動作8608之後被形成在該第二基板中。在某些實施例中，如上參考圖25所述的，一至該第二基板的接達點可以在動作8608之後被形成。該接達點可以用於引線接合至該第二基板。
各種本發明的概念都可以被體現為一或多種製程，該些製程的例子係已經被提出。被執行為每一種製程的部分的動作可以用任何適當的方式來排序。因此，實施例可被建構為其中動作係以一不同於所描繪的順序來加以執行，其可包含同時執行某些動作，即使該些動作在舉例說明的實施例中被展示為順序的動作也是如此。再者，該些製程中的一或多種可加以組合及/或省略，並且該些製程中的一或多種可包含額外的步驟。
本揭露內容的各種特點可以單獨地、組合地、或是用並未在先前敘述的實施例中明確論述的各種配置來加以利用，並且因此在其應用上並未受限於在先前的說明中所闡述、或是在圖式中所描繪的構件的細節及配置。例如，在一實施例中敘述的特點可以用任何方式來和在其它實施例中敘述的特點組合。
除非另有清楚相反的指出，否則如同在此的說明書中以及在申請專利範圍中所用的該些不定冠詞“一”以及“一個”都應該被理解為表示“至少一個”。
如同在此的說明書中以及在申請專利範圍中所用的措辭"及/或"應該被理解為表示該些因此聯合的元件的"任一或是兩者"，亦即元件在某些情形中是結合地存在，而在其它情形中則是分離地存在。利用“及/或”所表列的多個元件應該用相同的方式來加以解釋，亦即因此聯合的元件的“一或多個”。除了藉由該“及/或”子句明確所指出的元件之外的其它元件可以選配地存在，不論其是否相關或不相關那些明確所指出的元件。因此，作為一非限制性的例子，在一實施例中，一對於“A及/或B”的參照當結合例如是“包括”的開放式語言而被利用時可以是指只有A(選配地包含除了B以外的元件)；在另一實施例中可以是指只有B(選配地包含除了A以外的元件)；在又一實施例中可以是指A及B兩者(選配地包含其它元件)；依此類推。
如同在此的說明書中以及在申請專利範圍中所用的，關於一或多個元件的一表列的措辭"至少一個"應該被理解為表示至少一選自該表列的元件中的任一個或多個元件之元件，但是不一定包含明確地被表列在該表列的元件內的每一個元件的至少一個，而且並不排除在該表列的元件中之元件的任意組合。此定義亦容許除了在該措辭"至少一個"所參照到的表列的元件之內明確所指出的元件之外的元件可以選配地存在，不論其是否相關或不相關那些明確所指出的元件。因此，作為一非限制性的例子，在一實施例中，“A及B中的至少一個”(或等同的是“A或B中的至少一個”、或等同的是“A及/或B中的至少一個”)可以是指至少一個(選配地包含超過一個)A，而沒有B存在(以及選配地包含除了B以外的元件)；在另一實施例中可以是指至少一個(選配地包含超過一個)B，而沒有A存在(以及選配地包含除了A以外的元件)；在又一實施例中可以是指至少一個(選配地包含超過一個)A與至少一個(選配地包含超過一個)B(以及選配地包含其它元件)；依此類推。
例如是“第一”、“第二”、“第三”、等等的序數術語在申請專利範圍中修飾一申請專利範圍元件的使用本身並不意味一申請專利範圍元件相對另一申請專利範圍元件的任何優先、在先或順序、或是一種方法的動作被執行所用的時間的順序，而是只被使用作為標籤來區別一具有某一名稱的申請專利範圍元件與另一具有一相同的名稱(但是為了該序數術語而使用)的元件，以區別該些申請專利範圍元件而已。
如同在此所用的，對於一介於兩個端點之間的數值的參照應該被理解為涵蓋其中該數值可以具有該些端點的任一個的情況。例如，除非另有指出，否則陳述一特徵係具有一介於A到B之間或是介於約A到B之間的值應該被理解為表示所指出的範圍係包含該些端點A及B的。
該些術語“大約”及“大致”在某些實施例中可被用來表示在一目標值的±20%之內、在某些實施例中是在一目標值的±10%之內、在某些實施例中是在一目標值的±5%之內、以及另外在某些實施例中是在一目標值的±2%之內。該些術語“大約”及“大致”可包含該目標值。
再者，在此使用的措辭及術語係為了說明之目的，因而不應該被視為限制性的。“包含”、“包括”、或是“具有”、“內含”、“涉及”、以及其變化的在此的使用係意謂涵蓋被列出在後面的項目及其等同物、以及額外的項目。
以上已經敘述至少一實施例的數個特點，將體認到的是各種的改變、修改、以及改良將會輕易地被熟習此項技術者所思及。此種改變、修改、以及改良係欲為了此揭露內容之目的。於是，先前的說明及圖式只是舉例而已。
102‧‧‧第一基板
104‧‧‧基底層
105‧‧‧溝槽
106‧‧‧絕緣層
107‧‧‧襯墊材料
108‧‧‧金屬化
109‧‧‧通孔材料
110‧‧‧絕緣層
111‧‧‧矽通孔(TSV)
112‧‧‧層
113‧‧‧部分
114‧‧‧層
116‧‧‧開口
118‧‧‧電極
119‧‧‧電極
120‧‧‧黏著結構
122‧‧‧黏著結構
124‧‧‧第一絕緣層
126‧‧‧第二絕緣層
128‧‧‧第三絕緣層
129‧‧‧自組裝單分子薄膜(SAM)
130‧‧‧光阻層
132‧‧‧腔室
133‧‧‧腔室
135‧‧‧腔室
202‧‧‧第二基板
204‧‧‧處理層
206‧‧‧埋入式氧化物(BOX)層
208‧‧‧矽裝置層
210‧‧‧氧化物層
212‧‧‧氧化物層
213‧‧‧氧化物層
214‧‧‧第四絕緣層
215‧‧‧矽層
216‧‧‧第五絕緣層
217‧‧‧氧化物層
218‧‧‧第六絕緣層
219‧‧‧氧化物層
221‧‧‧絕緣層
223‧‧‧絕緣層
302‧‧‧開口
303‧‧‧開口
304‧‧‧開口
306‧‧‧金屬
308‧‧‧金屬
314‧‧‧鈍化材料
402‧‧‧第三基板
418‧‧‧隔離溝槽
420‧‧‧絕緣材料
424‧‧‧黏著結構
426‧‧‧接合結構
436‧‧‧接合結構
8300‧‧‧製程
8302‧‧‧動作
8304‧‧‧動作
8306‧‧‧動作
8308‧‧‧動作
8310‧‧‧動作
8400‧‧‧製程
8402‧‧‧動作
8404‧‧‧動作
8406‧‧‧動作
8408‧‧‧動作
8410‧‧‧動作
8500‧‧‧製程
8502‧‧‧動作
8504‧‧‧動作
8506‧‧‧動作
8508‧‧‧動作
8510‧‧‧動作
8600‧‧‧製程
8602‧‧‧動作
8604‧‧‧動作
8606‧‧‧動作
8608‧‧‧動作
各種的特點及實施例將會參考以下的範例且非限制性的圖來加以描述。應該體認到的是，該些圖並不一定按照比例繪製。出現在多個圖中的項目係在它們出現的所有圖中都藉由相同或一類似的元件符號來加以指出。
圖1-25係描繪根據在此所述的某些實施例的一種超音波換能器裝置在一用於形成該超音波換能器裝置的製造序列期間的範例的橫截面。該製造序列係包含在一基板中製造用於電容式微加工超音波換能器(CMUT)的腔室，該基板亦包含積體電路。該製造序列進一步包含製造用於引線接合至在包含該積體電路的該基板中的金屬化的開口。
圖26-38係描繪根據在此所述的某些實施例的一種超音波換能器裝置在一用於形成該超音波換能器裝置的製造序列期間的範例的橫截面。該製造序列係包含製造用於在一亦包含積體電路的基板中的CMUT的腔室。該製造序列進一步包含利用一“TSV在中間的”製程以在包含該積體電路的該基板中製造矽通孔(TSV)。
圖39-42係描繪根據在此所述的某些實施例的一種超音波換能器裝置在一用於形成該超音波換能器裝置的製造序列期間的範例的橫截面。該製造序列係包含製造用於在一亦包含積體電路的基板中的CMUT的腔室。該製造序列進一步包含利用一“TSV在最後的”製程以在包含該積體電路的該基板中製造TSV。
圖43-69係描繪根據在此所述的某些實施例的一種超音波換能器裝置在一用於形成該超音波換能器裝置的製造序列期間的範例的橫截面。該製造序列係包含藉由將兩個基板接合在一起來製造用於CMUT的腔室、以及將那些兩個基板接合至一包含積體電路的基板。該製造序列進一步包含利用一“TSV在中間的”製程以在包含該積體電路的該基板中製造TSV。
圖70-73係描繪根據在此所述的某些實施例的一種超音波換能器裝置在一用於形成該超音波換能器裝置的製造序列期間的範例的橫截面。該製造序列係包含藉由將兩個基板接合在一起來製造用於CMUT的腔室、以及將那些兩個基板接合至一包含積體電路的基板。該製造序列進一步包含利用一“TSV在最後的”製程以在包含該積體電路的該基板中製造TSV。
圖74及75係描繪一種超音波換能器裝置在圖1-25中所示的序列之一替代的製造序列期間的範例的橫截面。
圖76及77係描繪一種超音波換能器裝置在圖1-25中所示的序列之一替代的製造序列期間的範例的橫截面。
圖78及79係描繪一種超音波換能器裝置在圖1-25中所示的序列之一替代的製造序列期間的範例的橫截面。
圖80及81係描繪一種超音波換能器裝置在圖1-25中所示的序列之一替代的製造序列期間的範例的橫截面。
圖82係展示利用在此所述的製造序列的任一種所形成的一種超音波換能器裝置的一範例的俯視圖。
圖83係描繪一種用於製造一超音波換能器裝置的範例的製程。
圖84係描繪另一種用於製造一超音波換能器裝置的範例的製程。
圖85係描繪另一種用於製造一超音波換能器裝置的範例的製程。
圖86係描繪另一種用於製造一超音波換能器裝置的範例的製程。

Claims (20)

  1. 一種製造超音波換能器裝置之方法，其包括： 在一第一積體電路基板上形成第一及第二絕緣層，其中在該第二絕緣層中具有一第一腔室；以及 將一第二基板接合至該第一積體電路基板以密封該第一腔室。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該第一絕緣層係包括鋁氧化物。
  3. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其中該第二絕緣層係包括矽氧化物。
  4. 如請求項3所述之方法，其中： 該第二基板係包括一矽氧化物層；以及 將該第二基板接合至該第一積體電路基板係包括形成一在該第二基板上的該矽氧化物層以及在該第一積體電路基板上的該第二絕緣層之間的矽氧化物–矽氧化物的接合。
  5. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其進一步包括： 在該第二基板上形成一第三絕緣層，其中該第三絕緣層係包括鋁氧化物。
  6. 如請求項5所述之方法，其中： 該第二絕緣層係包括矽氧化物；以及 將該第二基板接合至該第一積體電路基板係包括形成一在該第二基板上的該第三絕緣層以及在該第一積體電路基板上的該第二絕緣層之間的鋁氧化物–矽氧化物的接合。
  7. 如請求項5所述之方法，其進一步包括： 在該第二基板上的該第三絕緣層上形成一第四絕緣層；以及 在該第四絕緣層中形成一第二腔室。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該第四絕緣層係包括矽氧化物。
  9. 如請求項8所述之方法，其中： 該第二基板係包括一矽氧化物層；以及 將該第二基板接合至該第一積體電路基板係包括形成一在該第二基板上的該第四絕緣層以及在該第一積體電路基板上的該第二絕緣層之間的矽氧化物–矽氧化物的接合。
  10. 如請求項7所述之方法，其中將該第二基板接合至該第一積體電路基板係包括將該第一腔室與該第二腔室對準。
  11. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其中在該第二絕緣層中形成該第一腔室係包括將該第二絕緣層向下蝕刻至該第一絕緣層，並且其中該第一絕緣層係作用為一用於該蝕刻的蝕刻停止層。
  12. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其進一步包括： 在該第一積體電路基板上形成一第五絕緣層；以及 其中在該第一積體電路基板上形成該第一絕緣層係包括在該第五絕緣層上形成該第一絕緣層。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該第五絕緣層係包括矽氧化物。
  14. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其進一步包括在形成該第一及第二絕緣層之前，利用一TSV在中間的製程以在該第一積體電路基板中形成一矽通孔(TSV)。
  15. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其進一步包括在將該第二基板接合至該第一積體電路基板之後，利用一TSV在最後的製程以在該第一積體電路基板中形成一矽通孔(TSV)。
  16. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其中該第二基板係包括一絕緣體上矽(SOI)基板。
  17. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其中該第一絕緣層的一厚度係介於約0.005至0.100微米之間。
  18. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其進一步包括在該第一腔室之內的該第一絕緣層上形成一自組裝單分子薄膜(SAM)。
  19. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其中形成該第一絕緣層係包括利用原子層沉積(ALD)。
  20. 如請求項1-2中任一項所述之方法，其中形成該第二絕緣層係包括利用原子層沉積(ALD)。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201946700A (zh) 2018-05-03 2019-12-16 美商蝴蝶網路公司 超音波裝置
CN108793064A (zh) * 2018-05-07 2018-11-13 瑞声科技(新加坡)有限公司 导电结构的加工方法
AU2019297412A1 (en) 2018-07-06 2021-01-28 Butterfly Network, Inc. Methods and apparatuses for packaging an ultrasound-on-a-chip
TW202042750A (zh) 2018-09-28 2020-12-01 美商蝴蝶網路公司 用以在超聲波換能器空腔中捕集材料的製造技術和結構
EP3880373A4 (en) 2018-11-13 2022-07-20 Butterfly Network, Inc. GETTER TECHNOLOGY FOR MICRO-MACHINED ULTRASONIC TRANSDUCER CAVIES
CN113039433A (zh) 2018-11-15 2021-06-25 蝴蝶网络有限公司 用于微加工超声换能器装置的抗粘滞的底部腔表面
CN113454217A (zh) 2018-12-07 2021-09-28 奥科坦特公司 用于蛋白质-蛋白质相互作用筛选的系统
WO2020163595A1 (en) 2019-02-07 2020-08-13 Butterfly Network, Inc Bi-layer metal electrode for micromachined ultrasonic transducer devices
TW202102312A (zh) 2019-02-25 2021-01-16 美商蝴蝶網路公司 用於微加工超音波換能器裝置的適應性空腔厚度控制
WO2020210470A1 (en) 2019-04-12 2020-10-15 Butterfly Network, Inc. Bottom electrode via structures for micromachined ultrasonic transducer devices
US11501562B2 (en) 2019-04-30 2022-11-15 Bfly Operations, Inc. Ultrasound face scanning and identification apparatuses and methods
US11684951B2 (en) 2019-08-08 2023-06-27 Bfly Operations, Inc. Micromachined ultrasonic transducer devices having truncated circle shaped cavities
US20210183832A1 (en) 2019-12-17 2021-06-17 Butterfly Network, Inc. Methods and apparatuses for packaging ultrasound-on-chip devices
US11988640B2 (en) 2020-03-11 2024-05-21 Bfly Operations, Inc. Bottom electrode material stack for micromachined ultrasonic transducer devices
WO2022005842A1 (en) * 2020-06-30 2022-01-06 Bfly Operations, Inc. Heaters in capacitive micromachined ultrasonic transducers and methods of forming and activating such heaters
US20230026052A1 (en) * 2021-07-22 2023-01-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Atomic layer deposition bonding layer for joining two semiconductor devices
EP4368114A1 (en) 2022-11-08 2024-05-15 BFLY Operations, Inc. Systems and methods for transforming ultrasound images

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4347885B2 (ja) * 2004-06-03 2009-10-21 オリンパス株式会社 静電容量型超音波振動子の製造方法、当該製造方法によって製造された静電容量型超音波振動子を備えた超音波内視鏡装置、静電容量型超音波プローブおよび静電容量型超音波振動子
US7843022B2 (en) 2007-10-18 2010-11-30 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University High-temperature electrostatic transducers and fabrication method
WO2009135255A1 (en) 2008-05-07 2009-11-12 Signostics Pty Ltd Docking system for medical diagnostic scanning using a handheld device
KR101909131B1 (ko) 2012-09-11 2018-12-18 삼성전자주식회사 초음파 변환기 및 그 제조방법
US9533873B2 (en) * 2013-02-05 2017-01-03 Butterfly Network, Inc. CMOS ultrasonic transducers and related apparatus and methods
US9520811B2 (en) * 2013-02-27 2016-12-13 Texas Instruments Incorporated Capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) device with through-substrate via (TSV)
EP2969914B1 (en) * 2013-03-15 2020-01-01 Butterfly Network Inc. Complementary metal oxide semiconductor (cmos) ultrasonic transducers and methods for forming the same
SG10201407632UA (en) * 2013-11-26 2015-06-29 Agency Science Tech & Res Transducer and method for forming the same
KR20150065067A (ko) * 2013-12-04 2015-06-12 삼성전자주식회사 정전용량 미세가공 초음파 변환기 및 그 제조방법
US9067779B1 (en) 2014-07-14 2015-06-30 Butterfly Network, Inc. Microfabricated ultrasonic transducers and related apparatus and methods
JP2016039512A (ja) * 2014-08-08 2016-03-22 キヤノン株式会社 電極が貫通配線と繋がったデバイス、及びその製造方法
KR20160021559A (ko) * 2014-08-18 2016-02-26 삼성전자주식회사 나노필라 구조를 가진 정전용량 미세가공 초음파 변환기 및 그 제조방법
JP6276474B2 (ja) * 2014-12-11 2018-02-07 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． ２端子ｃｍｕｔデバイス
US20160009544A1 (en) 2015-03-02 2016-01-14 Butterfly Network, Inc. Microfabricated ultrasonic transducers and related apparatus and methods
CN107405648B (zh) 2015-03-03 2021-08-10 皇家飞利浦有限公司 一种包括声学窗口层的cmut阵列
US10266395B2 (en) * 2015-08-21 2019-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductive structure and manufacturing method thereof
WO2017070177A1 (en) 2015-10-21 2017-04-27 Qorvo Us, Inc. Resonator structure with enhanced reflection of shear and longitudinal modes of acoustic vibrations
US10856840B2 (en) 2016-06-20 2020-12-08 Butterfly Network, Inc. Universal ultrasound device and related apparatus and methods
WO2018236956A1 (en) 2017-06-21 2018-12-27 Butterfly Network, Inc. MICROFABRICATED ULTRASONIC TRANSDUCER HAVING INDIVIDUAL CELLS HAVING ELECTRICALLY ISOLATED ELECTRODE SECTIONS
US20190142387A1 (en) 2017-11-15 2019-05-16 Butterfly Network, Inc. Ultrasound apparatuses and methods for fabricating ultrasound devices

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