TW202033959A - 用於微加工超音波換能器裝置的抗黏著底部空腔表面 - Google Patents

用於微加工超音波換能器裝置的抗黏著底部空腔表面 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種形成超音波換能器裝置的方法，該方法包括：在基板之下部換能器電極層上方形成具有形貌特徵之絕緣層；在該絕緣層上方形成保形抗黏著層，使得該保形層亦具有該等形貌特徵；在形成於該抗黏著層上方之支撐層中界定空腔；及將膜體接合至該支撐層。

Description

用於微加工超音波換能器裝置的抗黏著底部空腔表面
本發明大體上關於微加工超音波換能器，且更特定言之，關於用於微加工超音波換能器空腔之抗黏著底部空腔表面及換能器製造技術。 ［相關申請案］
本申請案主張在2018年11月15日申請之美國專利申請案第62/768,048號，且名為「ANTI-STICTION BOTTOM CAVITY SURFACE FOR MICROMACHINED ULTRASOUND TRANSDUCER DEVICES」的優先權，其特此以全文引用之方式併入本文中。
本申請案主張在2019年2月25日申請之美國專利申請案第62/810,358號，且名為「ADAPTIVE CAVITY THICKNESS CONTROL FOR MICROMACHINED ULTRASONIC TRANSDUCER DEVICE」的優先權，其特此以全文引用之方式併入本文中。
超音波裝置可用以使用具有比人類可聽頻率高之頻率的聲波執行診斷性成像及/或治療。在將超音波脈衝傳輸至組織中時，聲波自組織反射，其中不同組織反射不同程度之音波。隨後可記錄此等所反射音波且以超音波影像顯示至操作者。音波信號之強度（振幅）及音波用以行進通過身體所花費的時間提供了用以產生超音波影像之資訊。
可使用包括懸掛在基板上方之可撓性膜體之微加工超音波換能器來製造一些超聲波成像裝置。空腔位於基板之部分與膜體之間，使得基板、空腔與膜體之組合形成可變電容器。當由適當電信號致動時，膜體藉由振動產生超音波信號。回應於接收到超音波信號，使得膜體振動，且因此產生輸出電信號。
在一個態樣中，形成一超音波換能器裝置的方法包括：在一基板之一下部換能器電極層上方形成具有形貌特徵之一絕緣層；在該絕緣層上方形成一保形抗黏著層，使得該保形層亦具有該等形貌特徵；在形成於該抗黏著層上方之一支撐層中界定一空腔；及將一膜體(membrane)接合至該支撐層。
在一些具體實例中，該方法進一步包含形成該等形貌特徵，該等形貌特徵對應於在換能器操作之一崩潰模式(collapse mode)中該保形抗黏著層與該膜體之間的一接觸區。在一些具體實例中，形成具有形貌特徵之絕緣層進一步包含：在基板上方形成第一類型層及在該第一類型層上方形成第二類型犧牲層；微影圖案化及移除該第二類型犧牲層之部分；在該經圖案化之第二類型犧牲層及第一類型層上方形成第三類型層；將第三類型層平坦化至經圖案化之第二類型犧牲層之頂部表面；及移除經圖案化之第二類型犧牲層之剩餘部分。在一些具體實例中，第一類型層包含SiO2 ，第二類型犧牲層包含SiN；且第三類型層包含SiO2 。在一些具體實例中，保形抗黏著層包含藉由原子層沉積(ALD)形成的薄膜氧化鋁層。在一些具體實例中，以約20至40 nm的厚度形成薄膜氧化鋁層。在一些具體實例中，以約10至30 nm的厚度形成第一類型層；以約30至70 nm的厚度形成第二類型犧牲層；且以約400至700 nm的厚度形成第三類型層。在一些具體實例中，形成具有形貌特徵之絕緣層進一步包含：在基板上方形成第一類型層；微影圖案化及移除該第一類型層之部分以暫時暴露下部電極層之部分並界定形貌特徵；及以維持形貌特徵的方式在第一類型層上方保形地沉積額外的第一類型層材料。在一些具體實例中，形成保形抗黏著層進一步包含在額外的第一類型層材料上方保形地沉積第二類型層。在一些具體實例中，該方法進一步包含：在第二類型層上方保形地沉積第三類型層，第三類型層包含化學機械拋光(CMP)終止層；在第三類型層上方沉積第四類型層，第四類型層包含CMP緩衝層；及平坦化第四類型層至第三類型層的頂部表面。在一些具體實例中，該方法進一步包含：在CMP終止層上方沉積膜體支撐層；微影圖案化及蝕刻膜體支撐層、CMP終止層及CMP緩衝層之任何剩餘部分以暴露抗黏著層。在一些具體實例中，第一類型層包含SiO2 ；第二類型層包含藉由原子層沉積(ALD)形成的薄膜氧化鋁層；第三類型層包含SiN；且第四類型層包含SiO2 。在一些具體實例中，以約20至40 nm的厚度形成薄膜氧化鋁層。在一些具體實例中，以約10至30 nm的厚度形成第一類型層；以約10至30 nm的厚度形成額外的第一類型層材料；以約20至50 nm的厚度形成第三類型層；且以約400至700 nm的厚度形成第四類型層。
在另一態樣中，一種超音波換能器裝置包括：具有形貌特徵之一絕緣層，其安置於一基板之一下部換能器電極層上方；一保形抗黏著層，其安置於該絕緣層上方，使得該保形層亦具有該等形貌特徵；一空腔，其界定於形成於該抗黏著層上方之一支撐層中；及一膜體，其接合至該支撐層。
在一些具體實例中，保形抗黏著層包含一薄膜氧化鋁層。在一些具體實例中，以約20至40 nm的厚度形成薄膜氧化鋁層。在一些具體實例中，形貌特徵對應於在換能器操作之一崩潰模式中保形抗黏著層與膜體之間的接觸區。在一些具體實例中，超音波換能器裝置進一步包含安置於抗黏著層與支撐層之間的化學機械拋光（CMP）終止層。在一些具體實例中，CMP終止層包含SiN。在一些具體實例中，絕緣層之形貌特徵包含：一下部高度區；及複數個柱，其界定於該下部高度區，其中該複數個柱之頂部表面安置在比該下部高度區更高的高度處。在一些具體實例中，該複數個柱為圓形，具有第一直徑，且下部高度區具有第二直徑。在一些具體實例中，下部高度區之區域在操作之崩潰模式期間對應於與絕緣層接觸的膜體之區域。在一些具體實例中，第一直徑為約3微米（µm），且複數個柱相對於另一者以約3 µm之間距間隔開。在一些具體實例中，第二直徑為約40 µm且空腔之直徑為約200 µm。在一些具體實例中，第二直徑為約140 µm且空腔之直徑為約200 µm。
本文中所描述的技術係關於用於微加工超音波換能器空腔之抗黏著底部空腔表面。
適用於超音波成像裝置之一種類型之換能器為微加工超音波換能器（micromachined ultrasonic transducer；MUT），其可由例如矽製成且經組態以傳輸及接收超音波能量。MUT可包括電容式微加工超音波換能器(capacitive micromachined ultrasonic transducers；CMUT)及壓電微加工超音波換能器(piezoelectric micromachined ultrasonic transducers；PMUT)，其兩者相較於更常規之換能器設計可提供若干優勢，諸如更低製造成本及更少製造時間及/或增大頻寬。相對於CMUT裝置，基本結構為具有駐留於可撓性膜體上或內之硬質底部電極及頂部電極的平行板電容器。因此，在底部電極與頂部電極之間界定空腔。在一些設計（諸如由本申請案之受讓人做出之設計）中，CMUT可直接整合在控制換能器之操作的積體電路上。製造CMUT之一種方式係將膜體基板接合至積體電路基板，例如互補金屬氧化物半導體（complementary metal oxide semiconductor；CMOS）基板。此可在足夠低的足以防止對積體電路之裝置的損壞之溫度下執行。
現最初參看圖1，展示例示性微加工超音波換能器裝置100（諸如，CMUT）之橫截面圖。換能器裝置100包括通常由102指定之基板（例如，互補金屬氧化物半導體（CMOS）基板，諸如矽），其具有一或多個層，諸如：CMOS電路、佈線層、重新分佈層、絕緣/鈍化層以及一或多個金屬電極層103。基板102之此（等）金屬電極層103可充當換能器底部電極。因為特定基板及換能器底部電極圖案並非本發明之焦點，因此在圖式中僅呈現單一實例。然而，應瞭解，本發明具體實例亦可結合若干其他換能器電極結構來實施，該等其他換能器電極結構例如包括（但不限於）：環形管狀電極（例如，內部金屬被移除）、多個區段或環形電極，及除了底部電極以外用於其他目的的額外金屬圖案（例如，接合期間的空腔集氣器）。
仍參看圖1，將看到基板102（包括底部電極）可具有形成於其上之一或多個絕緣層，該等絕緣層通常指定為堆疊104。換能器空腔105由在堆疊104上形成之支撐層106之微影圖案化及蝕刻來界定。支撐層106可為絕緣層，諸如SiO2 ，該絕緣層之剩餘部分提供支撐表面，可撓性換能器膜體108（例如，濃度為約1×1018 原子/立方公分至約1×1019 原子/立方公分的高度摻雜矽）接合至該支撐表面。
在換能器裝置100之操作期間，無論在傳輸模式及/或接收模式中，換能器膜體108可與堆疊104之頂部（亦即，空腔105之底部表面）實體接觸，如由圖1中之膜體108'的虛線位置所指示。此位置可如此項技術中已知之所謂的操作之「崩潰模式」之指示。「崩潰模式（亦可與術語「崩塌模式(collapsed mode)」互換使用）係指換能器操作之模式，其中微加工超音波換能器膜體之至少一部分係以機械方式固定，且膜體之至少一部分基於底部電極與頂部膜體之間的改變電壓差自由振動。一方面，在崩潰模式中操作一微加工超音波換能器可最佳化藉由換能器產生之聲功率（輸出壓力）。然而，另一方面，在崩潰模式中操作微加工超音波換能器之一個副作用可為電荷滯留（亦稱為「電荷捕獲」），其中膜體及/或底部空腔表面不當儲存電荷或傳導洩漏電流。結果，此電荷滯留可反過來不當更改在裝置操作期間引起膜體摺疊之施加電壓。圖1之換能器100的崩潰模式之另一可能副作用可為黏著作用，其係與膜體108與空腔105之底部表面之間的接觸之表面區域的量相關聯，其中兩個表面無意彼此黏著。黏著作用大體上將導致裝置可靠性故障，且因此應經解決以確保裝置可貫穿其操作壽命適當地執行。
因此，圖2說明根據一具體實例之具有抗黏著底部空腔表面的例示性微加工超音波換能器裝置200之橫截面圖。為了易於說明，各種圖當中之類似元件係運用相同參考數字指定。在圖2之具體實例中，基板102（包括底部電極）可具有形成於其上之一或多個絕緣層，該等絕緣層通常指定為堆疊204。與圖1之具體實例相比，堆疊204之最上部層的特徵為具有形貌特徵，以便縮減收縮膜體108'與堆疊204之頂部層之間的直接表面接觸區域的量。
儘管存在可用於堆疊204之若干可能形貌圖案，但在圖3至圖6中說明一些特定實例，該等圖中之每一者描繪根據各種具體實例之抗黏著底部空腔表面的俯視圖。如由圖3至圖6中之圖例所指示，較暗及較亮陰影表示相同抗黏著材料層之不同高度（與表示位於相同高度處之不同材料的陰影相反）。在圖3之具體實例中，形貌（例如，升高）區302a可具有大體上矩形形狀，其自空腔中心安置成大體上同心圓形圖案。形貌區302a（以及鄰近空腔之外部周邊的堆疊204之額外較暗陰影區302b）安置於比較亮陰影區304更高的高度處。如將更詳細地描述，堆疊204之最頂端層可包括保形地沉積於位於堆疊204之下部層中的先前界定之形貌上方的薄膜抗黏著層。在圖4之具體實例中，形貌區402a可為大體圓形及/或環形，且視情況經分段。同樣，如同圖3具體實例之情況，形貌區402a（以及鄰近空腔之外部周邊的堆疊204之額外較暗陰影區402b）係在比較亮陰影區404更高的高度處。
在圖5中說明可用於堆疊204之形貌圖案的再一具體實例。在此具體實例中，形貌區502a可由大體上配置成列及行的圓形柱之陣列界定。相較於整個空腔區，較亮陰影下部高度區504可具有與在較高高度處之堆疊204的剩餘外部區502b之區域相比相對較小的區域。此具體實例可例如在其中在崩潰模式期間換能器膜體之僅僅相對較小區域與底部空腔表面接觸的換能器操作模式情況下係有利的。另一方面，類似於圖5，圖6為堆疊201之替代具體實例，但具有較大數目個形貌區502a（柱）。圖6具體實例可例如在其中在崩潰模式期間換能器膜體之相對較大區域與底部空腔表面接觸的換能器操作模式情況下係有利的。
圖5之虛線正方形區的放大視圖經展示於圖7中，且圖8為沿著圖7之線8-8截取的堆疊204之對應橫截面圖。僅僅借助於說明，例示性形貌組態可具有經設定尺寸有第一直徑d1 （近似3微米（µm））並以約3 µm之間距間隔開的形貌區502a（柱）。相應地，下部高度區504之第二直徑d2 可為近似40 µm。同樣，對於圖5具體實例，相較於整個換能器空腔之例示性直徑（例如，約200 µm），d2 可相對較小。替代地，對於諸如圖6中之具體實例，相較於整個換能器空腔之直徑（例如，約200 µm），d2 可相對較大（例如，約140 µm）。將瞭解僅僅出於說明起見提供此等尺寸，且預期其他幾何尺寸及組態亦係可能的。
現在大體上參看圖9-1至圖9-7，展示說明根據一具體實例的用於形成具有抗黏著底部空腔表面之微加工超音波換能器裝置之例示性製程的一系列橫截面圖。另外，圖10為描述9-1至9-7之例示性處理橫截面圖的伴隨流程圖。將瞭解例示性製程流程可用於形成諸如圖2至圖8中之任一者所展示之裝置，以及未在先前所描述之圖式中特定描繪之其他形貌結構。因而，應理解圖9-1至9-7之製程流程中描繪的形貌特徵僅出於說明之目的且不應以其他方式以任何限制性意義來解釋。
如圖9-1中所展示及圖10之方塊1002中所指示，第一類型層902及第二類型犧牲層904沉積於換能器下部電極層上。更特定言之，第一類型層902沉積於基板102上，且第二類型犧牲層904沉積於第一類型層902上。再次，因為特定換能器底部電極圖案並非本發明之焦點，所以此（等）金屬電極層103應被理解為一般併入至基板102之上部部分中，如在圖式中所表示。在一例示性具體實例中，第一類型層902可為以約10至30奈米（nm）之厚度形成的SiO2 之膜體層，且第二類型犧牲層904可為以約30至70 nm之厚度形成的SiN之薄膜層。如圖9-2中所展示及圖10之方塊1004中所指示，第二類型犧牲層904係在對應於換能器空腔之方位的區處經圖案化（例如，藉由微影及蝕刻）。
在圖案化第二類型犧牲層904之後，第三類型層906可如圖9-3中所展示及圖10之方塊1006中所指示而沉積。第三類型層906可為與第一類型層902相同之類型材料（例如，SiO2 ）並以足以再填充藉由圖案化及移除第二類型犧牲層904之部分而產生之區的厚度（例如，400至700 nm）形成。接著，如圖9-4中所展示及圖10之方塊1008中所指示，第三類型層906諸如藉由例如化學機械拋光（CMP）而平坦化至經圖案化之第二類型犧牲層904之頂部表面的水平。第二類型犧牲層904接著可諸如藉由例如蝕刻而經選擇性地移除（圖10之方塊1010），以得到圖9-5中所展示之結構。
如圖9-6中所展示及圖10之方塊1012中所指示，絕緣堆疊204係藉由諸如藉由原子層沉積（ALD）將第四類型薄膜層1008保形沉積在層902及906之形貌上方而界定。由於例示性具體實例可使用相同類型材料用於層902及906（例如，SiO2 ），因此為了易於說明在後續圖中將層902/906之組合描繪為單層910。第四類型薄膜層908經選擇為抗黏著材料，諸如以約20至40 nm之厚度形成的氧化鋁。藉由將薄膜氧化鋁層908保形地沉積在由層910（亦即，層902及906）界定的形貌上方，抗黏著材料之相對均一連續薄膜產生（與例如蝕刻通過可導致堆疊204之非平滑不連續頂部層的抗黏著材料之一薄平面層相反）。此藉由例如提供具有最小製程引起缺陷之優良接合介面而又可有益於一後續接合製程。在圖9-6中形成薄膜層908後，額外換能器處理可如此項技術中已知而繼續，諸如如圖9-7中所展示及圖10之方塊1014中所指示。此可包括例如在絕緣(支撐）層106中界定換能器空腔及將可撓性膜體108接合至如先前所描述的層106之經圖案化之支撐件部分。應進一步瞭解，此時，儘管所說明具體實例描繪單個空腔，但可形成任何適合數目個空腔及對應電極結構(例如，數百、數千、數萬等)。
現在大體上參看圖11-1至圖11-9，展示說明根據另一具體實例的用於形成具有抗黏著底部空腔表面之微加工超音波換能器裝置之例示性製程的一系列橫截面圖。另外，圖12為描述11-1至11-9之例示性處理橫截面圖的伴隨流程圖。將瞭解例示性製程流程可用於形成諸如如圖2至圖8中之任一者所展示之裝置，以及未在先前所描述之圖式中特定描繪之其他形貌結構。因而，應同樣理解圖11-1至11-9之製程流程中描繪的形貌特徵僅出於說明之目的且不應以其他方式以任何限制性意義來解釋。
如圖11-1中所展示及圖12之方塊1202中所指示，第一類型層1102沉積於基板102上（例如，SiO2 之薄膜層，以約10至30 nm的厚度形成）並在對應於換能器空腔之方位的區處圖案化（例如，藉由微影及蝕刻）。再次，因為特定換能器底部電極圖案並非本發明之焦點，所以此（等）金屬電極層103應被理解為通常併入至基板102之上部部分中，如在圖式中所表示。如圖11-2中所展示及圖12之方塊1204中所指示，第一類型材料之額外層1104（例如，SiO2 之薄膜層，以約10至30 nm的厚度形成）保形地沉積於圖案化層1102及金屬電極層103之暴露部分上方。所得層1106（在後續圖中展示為單一層）具有所需底部空腔層形貌，諸如對應於上文所論述之圖案或上文未明確描述的其他圖案中之任一者的形貌。應注意，形成圖11-2中展示之中間結構的替代方式可係形成第一類型材料之較厚層（例如，SiO2 之薄膜層，以約20至60 nm的厚度形成），之後為計時蝕刻（亦即，不完全穿過SiO2 材料到達金屬電極層103的蝕刻）。然而，如圖11-1及圖11-2中所展示的後一方法可提供用以控制形貌特徵（諸如，隨後所形成層之台階高度）的更可靠方式。
在形成第一類型材料形貌層1106之後及如圖12之方塊1206中所指示，第二類型材料層1108保形地沉積於層1106上方，如圖11-3中所展示，之後為第三類型材料層1110保形地沉積於層1108上方，如圖11-4中所展示。第二類型材料層1108可為抗黏著材料，諸如藉由ALD以約20至40 nm厚度形成的氧化鋁。第三類型材料層1110經選擇以便充當CMP終止層，且可為例如以約20至50 nm之初始厚度形成的SiN層。
如圖11-5中所展示及圖12之方塊1208中所指示，第四類型層1112（例如，薄膜SiO2 ）以厚度（例如，約400至700 nm）保形地沉積於第三類型材料/CMP終止層1110上方，且可充當CMP緩衝層。接著，在圖11-6中及如圖12之方塊1210中所指示，該結構經平坦化以便實質上移除CMP緩衝層1112，停止於CMP終止層1110上，該CMP終止層之厚度可由於CMP操作而縮減。CMP緩衝層1112之一些部分仍可能保持在CMP終止層1110之下部形貌區上方，亦如圖11-6中所展示。CMP緩衝層1112與CMP終止層1110之上述組合的優點可係提供經整合至換能器裝置中的抗黏著表面1108同時處理操作仍與CMUT平坦化製程相容，籍此提供具有最小製程引起缺陷的優良接合介面。
在平坦化之後，如此項技術中已知，額外換能器處理操作可繼續。如圖11-7中所展示及圖12之方塊1212中所指示，形成膜體支撐層106（例如，SiO2 ）。接著，如圖11-8中所展示及圖12之方塊1214中所指示，膜體支撐層106經微影圖案化及蝕刻以界定換能器空腔105，其中膜體支撐層106之暴露部分、CMP拋光終止層1110及剩餘CMP緩衝層1112經移除以便暴露形貌抗黏著層1108。如圖11-9中所展示及圖12之方塊1216中所指示，可撓性膜體108接著可接合至膜體支撐層106之剩餘部分。此外，應進一步瞭解，此時，儘管所說明具體實例描繪單個空腔，但可形成任何適合數目個空腔及對應電極結構（例如，數百、數千、數萬等）。
圖13說明使用本文中所描述之例示性製程流程具體實例形成之實例超音波換能器裝置1300的俯視圖。如所說明，換能器裝置包括個別換能器100 (諸如上文所描述之換能器)之陣列。圖13中展示之特定數目個換能器100不應以任何限制性意義解釋，且可包括適用於所需成像應用之任何數目，其可為例如約數十、數百、數千、數萬或更多。圖13進一步說明可將電信號分散至換能器100之膜體（上部電極）的金屬1302之實例部位。
應進一步瞭解，儘管超音波換能器100之此部分之例示性幾何結構通常為圓形，但其它組態亦涵蓋諸如矩形、六邊形、八邊形以及其他多邊形等。
上文所描述之具體實例可以眾多方式中之任一者來實施。舉例而言，具體實例可使用硬體、軟體或其組合實施。當以軟體實施時，軟體程式碼可在任何適合處理器(例如，微處理器)或處理器之集合上執行，而不管提供於單一計算裝置中或分佈於多個計算裝置之間。應瞭解執行上文所描述之功能的任何組件或組件之集合可大體上被認為是控制上述功能之一或多個控制器。可以眾多方式實施一或多個控制器，諸如藉由專用硬體，或藉由使用微碼或軟體以執行上文所概述之功能的經程式化的通用硬體（例如，一或多個處理器）。
本發明之各種態樣可單獨、組合或以前文中所描述之具體實例中未具體論述的多種配置使用，且因此不限於應用至前文描述中所闡述或圖式中所說明之組件之細節及配置。舉例而言，一個具體實例中所描述之態樣可以任何方式與其他具體實例中所描述之態樣組合。
此外，技術之一些態樣可具體實現為方法，其中已提供實例。作為方法之部分的所執行之動作可以任何適合的方式排序。因此，可建構如下具體實例：其中動作以不同於所說明之次序的次序執行，此可包括同時執行一些動作，即使此等動作在說明性具體實例中被展示為連續動作。
在申請專利範圍中使用諸如「第一」、「第二」、「第三」等序數術語修飾請求項要素本身不意味著一個請求項要素相對於另一請求項要素的任何優先權、優先性或次序或執行方法動作之時間次序，而是僅用作標籤以區分具有某一名稱之一個請求項要素與具有相同名稱(但使用序數術語)之另一要素以區分該等請求項要素。
並且，本文中所使用之措辭及術語係出於描述之目的，且不應被視為限制性的。本文中對「包括」、「包含」或「具有」、「含有」、「涉及」及其變體的使用意謂涵蓋在其之後所列舉的項目及其等效物以及額外項目。
在申請專利範圍中以及在上述說明書中，諸如「包含」、「包括」、「攜載」、「具有」、「含有」、「涉及」、「擁有」、「由……組成」及其類似者之全部過渡性片語應理解為開放的，亦即，意謂包括但不限於。僅過渡片語「由......組成」及「主要由......組成」分別應為封閉或半封閉過渡片語。
100:微加工超音波換能器裝置 102:基板 103:金屬電極層 104:堆疊 105:換能器空腔 106:膜體支撐層 108:可撓性換能器膜體 108':收縮膜體 200:微加工超音波換能器裝置 204:堆疊 302a:形貌區 302b:額外較暗陰影區 304:較亮陰影區 402a:形貌區 402b:額外較暗陰影區 404:較亮陰影區 502a:形貌區 502b:剩餘外部區 504:較亮陰影下部高度區 902:第一類型層 904:第二類型犧牲層 906:第三類型層 908:第四類型薄膜層/薄膜氧化鋁層 910:單層 1002:方塊 1004:方塊 1006:方塊 1008:方塊 1010:方塊 1012:方塊 1014:方塊 1102:第一類型層/圖案化層 1104:額外層 1106:第一類型材料形貌層 1108:第二類型材料層/抗黏著表面/形貌抗黏著層 1110:第三類型材料層/CMP拋光終止層 1112:第四類型層/CMP緩衝層 1202:方塊 1204:方塊 1206:方塊 1208:方塊 1210:方塊 1212:方塊 1214:方塊 1216:方塊 1300:超音波換能器裝置 1302:金屬d1 :第一直徑d2 :第二直徑
本申請案之各種態樣及具體實例將參看以下圖式進行描述。應瞭解，該等圖式未必按比例繪製。根據呈現於所有圖式中之相同元件符號來指示呈現於多個圖式中之元件。
[圖1]係例示性微加工超音波換能器裝置之橫截面圖。
[圖2]為根據一具體實例之具有抗黏著底部空腔表面的例示性微加工超音波換能器裝置之橫截面圖。
[圖3]為根據一個具體實例的抗黏著底部空腔表面之俯視圖。
[圖4]為根據另一具體實例之抗黏著底部空腔表面的俯視圖。
[圖5]為根據另一具體實例之抗黏著底部空腔表面的俯視圖。
[圖6]為根據再一具體實例之抗黏著底部空腔表面的俯視圖。
[圖7]係圖5之一部分的放大視圖。
[圖8]為沿著線8-8截取的圖7之抗黏著底部空腔表面之橫截面圖。
[圖9-1]至[圖9-7]係說明根據具體實例的用於形成具有抗黏著底部空腔表面之微加工超音波換能器裝置之例示性製程的一系列橫截面圖。
[圖10]係描述圖9-1至圖9-7之例示性製程流動之流程圖。
[圖11-1]至[圖11-9]係說明根據另一具體實例的用於形成具有抗黏著底部空腔表面之微加工超音波換能器裝置之例示性製程的一系列橫截面圖。
[圖12]係描述圖11-1至圖11-9之例示性製程流動之流程圖。
[圖13]為可使用圖9-1至圖9-7及圖10之製程流程，或使用圖11-1至圖11-9及圖12之製程流程形成的所形成之實例超音波換能器裝置之俯視圖。
102:基板
103:金屬電極層
105:換能器空腔
106:膜體支撐層
108:可撓性換能器膜體
108':收縮膜體
200:微加工超音波換能器裝置
204:堆疊

Claims (26)

  1. 一種形成超音波換能器裝置之方法，該方法包含： 在基板之下部換能器電極層上方形成具有形貌特徵之絕緣層； 在該絕緣層上方形成保形抗黏著層，使得該保形層亦具有該形貌特徵； 在形成於該抗黏著層上方的支撐層中界定空腔；及 將膜體(membrane)接合至該支撐層。
  2. 如請求項1所述之方法，其進一步包含形成該形貌特徵，該形貌特徵對應於在換能器操作之崩潰模式中該保形抗黏著層與該膜體之間的接觸區。
  3. 如請求項1所述之方法，其中形成具有形貌特徵之該絕緣層進一步包含： 在該基板上方形成第一類型層及在該第一類型層上方形成第二類型犧牲層； 微影圖案化及移除該第二類型犧牲層之部分； 在經圖案化之第二類型犧牲層及該第一類型層上方形成第三類型層； 平坦化該第三類型層至該經圖案化之第二類型犧牲層之頂部表面；及 移除該經圖案化之第二類型犧牲層之剩餘部分。
  4. 如請求項3所述之方法，其中： 該第一類型層包含SiO2 ； 該第二類型犧牲層包含SiN；且 該第三類型層包含SiO2 。
  5. 如請求項3所述之方法，其中該保形抗黏著層包含藉由原子層沉積（ALD）形成的薄膜氧化鋁層。
  6. 如請求項5所述之方法，其中以約20至40 nm的厚度形成該薄膜氧化鋁層。
  7. 如請求項3所述之方法，其中： 以約10至30 nm的厚度形成該第一類型層； 以約30至70 nm的厚度形成該第二類型犧牲層；且 以約400至700 nm的厚度形成該第三類型層。
  8. 如請求項1所述之方法，其中形成具有形貌特徵之該絕緣層進一步包含： 在該基板上方形成第一類型層； 微影圖案化及移除該第一類型層之部分以暫時暴露該下部電極層之部分並界定該形貌特徵；及 以維持該形貌特徵的方式在該第一類型層上方保形地沉積額外的第一類型層材料。
  9. 如請求項8所述之方法，其中形成該保形抗黏著層進一步包含在該額外的第一類型層材料上方保形地沉積第二類型層。
  10. 如請求項9所述之方法，其進一步包含： 在該第二類型層上方保形地沉積第三類型層，該第三類型層包含化學機械拋光（CMP）終止層； 在該第三類型層上方沉積第四類型層，該第四類型層包含化學機械拋光緩衝層；及 平坦化該第四類型層至該第三類型層之頂部表面。
  11. 如請求項10所述之方法，其中在該支撐層中界定該空腔進一步包含： 在該化學機械拋光終止層上方沉積膜體支撐層； 微影圖案化及蝕刻該膜體支撐層、該化學機械拋光終止層及該化學機械拋光緩衝層之任何剩餘部分以暴露該抗黏著層。
  12. 如請求項11所述之方法，其中： 該第一類型層包含SiO2 ； 該第二類型層包含藉由原子層沉積（ALD）形成的薄膜氧化鋁層； 該第三類型層包含SiN；且 該第四類型層包含SiO2 。
  13. 如請求項12所述之方法，其中以約20至40 nm的厚度形成該薄膜氧化鋁層。
  14. 如請求項13所述之方法，其中： 以約10至30 nm的厚度形成該第一類型層； 以約10至30 nm的厚度形成該額外的第一類型層材料； 以約20至50 nm的厚度形成該第三類型層；且 以約400至700 nm的厚度形成該第四類型層。
  15. 一種超音波換能器裝置，其包含： 絕緣層，其具有形貌特徵，該絕緣層安置於基板之下部換能器電極層上方； 保形抗黏著層，其安置於該絕緣層上方，使得該保形層亦具有該形貌特徵； 空腔，其界定於形成於該抗黏著層上方的支撐層中；及 膜體，其接合至該支撐層。
  16. 如請求項15所述之超音波換能器裝置，其中該保形抗黏著層包含薄膜氧化鋁層。
  17. 如請求項16所述之超音波換能器裝置，其中以約20至40 nm之厚度形成該薄膜氧化鋁層。
  18. 如請求項15所述之超音波換能器裝置，其中該形貌特徵對應於在換能器操作之崩潰模式中該保形抗黏著層與該膜體之間的接觸區。
  19. 如請求項15所述之超音波換能器裝置，其進一步包含安置於該抗黏著層與該支撐層之間的化學機械拋光（CMP）終止層。
  20. 如請求項19所述之超音波換能器裝置，其中該化學機械拋光終止層包含SiN。
  21. 如請求項15所述之超音波換能器裝置，其中該絕緣層之該形貌特徵包含： 下部高度區；及 複數個柱，其界定於該下部高度區內，其中該複數個柱之頂部表面經安置在比該下部高度區更高之高度處。
  22. 如請求項21所述之超音波換能器裝置，其中該複數個柱為圓形，具有第一直徑，且該下部高度區具有第二直徑。
  23. 如請求項22所述之超音波換能器裝置，其中該下部高度區之區域在操作之崩潰模式期間對應於與該絕緣層接觸的該膜體之區域。
  24. 如請求項22所述之超音波換能器裝置，其中該第一直徑為約3微米（µm），且該複數個柱彼此間以約3 µm之間距間隔開。
  25. 如請求項24所述之超音波換能器裝置，其中該第二直徑為約40µm且該空腔之直徑為約200 µm。
  26. 如請求項24所述之超音波換能器裝置，其中該第二直徑為約140 µm且該空腔之直徑為約200 µm。
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