傳感元件的隔離方法和裝置的製作方法
2023-11-30 20:07:36
專利名稱：傳感元件的隔離方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及傳感器陣列(例如光、熱、壓力、超聲等傳感器陣列)。具體地說，本發明涉及微機械加工的超聲換能器(MUT)。MUT的一種具體應用是在醫學診斷超聲成像系統中。另一具體實例是用於材料例如鑄件、鍛件或管材的非破壞性鑑定(NDE)。
背景技術：
傳統的超聲成像換能器通過壓電效應產生聲能，在所述壓電效應中利用接入的壓電陶瓷材料將電能轉換為聲能。將前向，即在被掃描患者方向上傳輸的聲能通過一個或多個聲匹配層耦合到患者身上。但在離開被掃描患者的方向上傳輸的聲能通常在位於換能器陣列後部的聲襯墊材料中被吸收或散射。這就妨礙了聲能從換能器後面的結構或界面上反射並返回到壓電材料中，於是降低了從患者體內反射所獲得的聲像的質量。已知有各種組成可用作聲襯墊材料。例如，聲襯墊材料可以由在諸如橡膠、環氧樹脂或塑料等衰減軟材料中的金屬顆粒(例如鎢)的組合構成。其它聲襯墊材料組成也可使用。
用於醫學診斷成像的超聲換能器具有寬的帶寬並對低電平的超聲信號具有高靈敏度，這些特性能夠產生聲高質量的圖像。滿足這些條件並通常用來製造超聲換能器的壓電材料包括鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷和聚偏1，1-二氟乙烯。但PZT換能器需要陶瓷製造工藝，它不同於製造超聲系統其它零件，例如半導體組件所用的加工技術。最好超聲換能器能用製造半導體組件的相同工藝來製造。
最近半導體工藝已用來製造一種超聲換能器，稱為微機械加工超聲換能器(MUT)，可以是容性的(cMUT)或壓電性的(pMUT)。cMUT是極小的膜片狀器件，具有將接收的超聲信號的聲振動轉換成已調製電容量的電極。為進行傳輸，對電容電荷進行調製，使器件的膜片振動，從而發送聲波。pMUT也類似，不同的是膜片是雙晶的，由壓電材料和惰性材料(如氮化矽或矽)構成。
MUT的一個優點是它們可以用半導體製造工藝製造，例如統稱為」微機械加工」的各種微製造工藝。如美國專利No.6,359,367中所述微機械加工是利用以下設備的組合或子集的顯微結構的形成方法(A)圖案形成工具(一般是光刻技術，例如投影-對準器或晶片分檔器)；(B)澱積工具，例如PVD(物理汽相澱積)、CVD(化學汽相澱積)、LPCVD(低壓化學汽相澱積)、PECVD(等離子體化學汽相澱積))；(C)蝕刻工具，例如溼法化學蝕刻、等離子體蝕刻、離子磨削、濺射蝕刻或雷射蝕刻。微機械加工通常在矽、玻璃、藍寶石或陶瓷等製作的襯底或晶片上進行。這種襯底或晶片通常非常平和光滑，並且具有英寸數量級的橫向尺寸。它們通常的加工方式是以盒的形式成批地從一個加工工具運行到另一加工工具。每個襯底最好能(但不是必需的)包含產品的許多複製件。有兩種通用類型的微機械加工1)整體微機械加工，其中對晶片或襯底的大部分厚度進行蝕刻，以及2)表面微機械加工，其中蝕刻一般限於表面，特別是限於表面上的薄澱積層。本文所用的微機械加工定義包括使用傳統或已知的可微機械加工的材料，包括矽、藍寶石、所有類型的玻璃材料、聚合物(例如聚醯亞胺)、多晶矽、氮化矽、氧氮化矽、薄膜金屬(例如鋁合金，銅合金和鎢)、旋塗玻璃、可注入或已擴散的摻雜劑以及生長的薄膜(例如氧化矽和氮化矽)。
本文採用相同的微機械加工定義。用這些微機械加工工藝得到的系統通常稱為」微機械加工的機電系統(MEMS)」。
利用電容微機械加工超聲換能器產生的聲能並不依賴壓電材料來產生超聲能量。相反，cMUT單元的基本結構是以小間隙懸浮在導電電極之上的導電薄膜或膜片結構。當電壓加到膜片和電極之間時，庫侖力將膜片吸引到電極上。如果所加電壓隨時間改變，則膜片的位置也會隨時間改變，在膜片移動位置時，產生聲能，所述聲能從器件表面輻射。當聲能主要在前向或患者方向產生時，一部分聲能將傳播到cMUT的支撐結構中。這種結構通常是重摻雜矽晶片，也就是半導體的晶片。
通常利用每個換能器元件有多個膜片來構成cMUT器件。用於醫學成像、非破壞性鑑定或其它成像裝置的完整的換能器探頭包括多個換能器元件，它們排列成一行或多行，形成陣列，每個元件包括其電極相互電連接在一起的多個cMUT單元。陣列的每個元件需要獨立工作，與相鄰的元件無關。由於換能器元件陣列設置在共用襯底上，因此存在著相鄰元件之間有電和機械幹擾的問題。
因此需要在MUT(cMUT和pMUT)的換能器元件之間提供隔離。
發明內容
本發明針對包括設置在襯底上或襯底中的傳感器陣列和用於使每個傳感元件與其相鄰元件隔離的裝置的器件。在半導體晶片的情況下，半導體表面通常是半導體晶片的一個面，但也可以是絕緣襯底上的半導體薄膜。本發明還針對這種器件的製造方法。根據一些公開的實施例，在相鄰傳感元件之間提供聲隔離，以降低聲串擾。根據其它公開的實施例，在相鄰傳感元件之間提供電隔離，以降低電串擾。這些類型的隔離在傳感器件中可以單獨採用或一起採用。傳感器可以是光學、熱或壓力傳感器，或超聲換能器。
本發明的一個方面是一種傳感器件，它包括排列在襯底正面的多個傳感元件，每個傳感元件都與襯底材料相接觸；以及排列在襯底材料中的多個阻擋體，以減小任何傳感元件之間一種形式的能量耦合，每個阻擋體對於落到其上所述形式的能量的傳播構成障礙。
本發明的另一方面是製造傳感器件的方法，它包括以下步驟(a)在襯底上或襯底中微機械加工傳感元件陣列；(b)在襯底材料中形成多個阻擋體以減小任何傳感元件之間一種形式能量的耦合，每個阻擋體對於落到其上所述形式的能量傳播構成障礙。
本發明的再一個方面是一種超聲換能器，它包括排列在襯底正面的多個換能器元件，每個換能器元件包括各自的超聲換能器單元組，這些單元電連接在一起且聲耦合到襯底上；以及在襯底材料中的多個溝槽，溝槽位於換能器元件之間的區域內，且溝槽阻礙聲波能量在其中傳播。
本發明的再另一方面是一種傳感器件，它包括排列在襯底正面的多個傳感元件，每個傳感元件都與襯底材料相接觸；以及在襯底材料中的多個摻雜劑注入區，摻雜劑注入區位於傳感元件之間的區域內，且這些區阻礙電流在其中流動。
本發明的還有一個方面是製造傳感器件的方法，它包括以下步驟(a)在襯底的一側微機械加工傳感元件陣列；(b)將襯底的這一側或另一側固定到第一支撐結構上；(c)在未固定到支撐結構的那側襯底材料中形成多個溝槽，所述溝槽位於傳感元件之間的區域內。
以下公開本發明的其它方面並對其提出權利要求。
圖1是示意圖，示出典型的cMUT單元的截面圖。
圖2是示意圖，示出圖1所示的cMUT單元的立體圖。
圖3是示意圖，示出cMUT器件和由聲襯墊材料層支持的關聯電連接的側視圖。
圖4是示意圖，示出在襯底和聲襯墊材料上將各cMUT單元分成電連接在一起的組的立體圖。
圖5是示意圖，示出經過微機械加工以形成一行間隔的換能器元件的襯底的立體圖，每個元件包括多個電連接的cMUT單元。
圖6是示意圖，示出按照本發明的各實施例，可在圖1的微機械加工襯底中形成的兩種不同類型的聲隔離溝槽。
圖7是示意圖，示出按照本發明的各實施例，可在圖1的微機械加工襯底中形成的四種不同類型的聲隔離溝槽。
圖8是示意圖，示出按照本發明另一實施例，在微機械加工襯底的背面形成聲隔離溝槽。
圖9和圖10是示意圖，分別示出按照本發明的其它實施例設置在半導體襯底上的cMUT元件，其中對襯底作了摻雜，以便在換能器元件之間提供電隔離。
圖11是示意圖，示出按照本發明的又一實施例設置在n型半導體襯底上的一對cMUT單元，其中支撐膜片的壁是由p型半導體製造的，用以提供電隔離。
現要參閱這些附圖，附圖中不同附圖中類似的元件具有相同的標號。
具體實施例方式
為便於說明，以下將對屬於電容式微機械加工超聲換能器類的本發明各實施例加以說明。但是，顯然，此文公開的本發明的各方面不限於cMUT的結構和製造，而是也適用於襯底上其它類型傳感器陣列的結構和製造。本發明也不限於半導體材料製造的襯底。
參閱圖1，圖中示出典型的cMUT換能器單元2的截面圖。這種換能器單元的陣列通常製作在襯底4上，例如重摻雜的矽(也就是半導體)晶片上。對於每個cMUT換能器單元，有一薄膜或膜片8(可用矽或氮化矽製成)懸浮在襯底4上。膜片8在其周邊由絕緣支座6支撐，絕緣支座6可用氧化矽、氮化矽或襯底材料製成。膜片8和襯底4之間的空腔16可充以空氣或氣體，或者全部或部分抽真空。導電材料層或薄膜，例如鋁合金或其它適合的導電材料，在膜片8上形成電極12，且另一導電材料層或薄膜在襯底4上形成電極10。或者，底部電極可用通過對襯底進行適當摻雜來形成。如圖1所示，電極12在膜片上方，但它也可嵌入到膜片內或在膜片的底側上。
由空腔16分隔開的兩個電極10和12形成電容。當入射的聲信號使膜片8振動時，電容的變化可利用關聯的電子線路檢測(圖1中未示出)，從而將聲信號轉換為電信號。相反，加到一個電極上的AC信號將調製電極上的電荷，這又導致電極之間容性力的調製，後者導致膜片運動，從而發送聲信號。
由於典型的cMUT的微米大小的尺寸，通常將許多cMUT單元製作成非常靠近，形成單個的換能器元件。單獨的單元可以具有圓形、矩形、六角形或其它周邊形狀。在實現密集封裝的簡單形狀中，六角形最接近圓形，所以具有最簡單的諧振模式。具有六角形的cMUT單元示於圖2。六角形可提供換能器元件中cMUT單元的密集封裝。cMUT單元可具有不同的尺寸，以使換能器元件具有不同單元大小的組合特性，使換能器具有更寬的寬帶特性。圖2所示的」輻條」14，它們將單元互相電連接在一起，是具有圖案的電極的一部分，即圖1中的零件12。可以使電極12具有給出最佳聲性能的圖案，並且電極12可位於膜片8的底部。
cMUT器件還可包括一層聲衰減材料，以下稱為」聲襯墊」，聲耦合到襯底的背面。聲襯墊材料具有足夠的剛度，可對非常薄的襯底提供結構支撐。這種聲襯墊層可以直接結合到襯底的背面，例如利用一層足夠薄的基本上是聲透明的環氧樹脂，或利用中間層層疊到襯底上。或者，聲襯墊可以是具有足夠聲阻抗的可鑄造或可模製的組成。在一個實施例中，中間層是由聲阻抗匹配材料製成，所述材料的聲阻抗處於矽襯底的聲阻抗和聲衰減材料的聲阻抗之間。在另一實施例中，中間層是柔性印刷電路板(「柔性電路」)，它具有導電焊盤，可連接到襯底中的導電通孔上。聲襯墊材料最好具有這樣的衰減特性，使得襯底中橫向傳播的波被吸收到可以降低換能器元件之間串擾的程度。
圖3示出cMUT器件20的側視圖，cMUT器件20通過電連接線(例如柔性電路)22和24連接到適當的電子線路(未示出)。〔本文中使用的術語」cMUT器件」是指包括襯底和由所述襯底支撐的多個cMUT單元的結構。〕在圖示實施例中，cMUT器件20位於聲襯墊材料18實體中的成形阱中。襯底的上部通常與延伸到襯底底部之外的那些部分的聲襯墊的上部齊平，柔性電連接線22和24的遠端與襯底的相應的邊緣重疊，柔性電連接線22和24的鄰接部分與聲襯墊層的相應的部分重疊並與聲襯墊層的相應的部分相結合。如圖3所示，聲襯墊層18支撐著cMUT器件20以及電連接線22和24。襯墊18可以直接層疊到cMUT器件20上，或如前所述，可將中間聲阻抗匹配層包括在層疊的堆疊中。
微機械加工的超聲換能器陣列可以設置在襯底表面上或者可以通過從襯底上去除材料蝕刻而成。陣列可以包括一行或多行換能器元件，或將換能器元件組織成沒有行的二維結構，例如所謂的」馬賽克陣列」，其中將cMUT單元或元件鑲嵌在襯底上，如序列號10/383,990的美國專利申請中所公開的。
在典型的cMUT器件中每個換能器元件是由多個cMUT單元組成的。為便於說明，圖4示出由七個六角形cMUT單元2組成的」雛菊」換能器元件一個中心單元由六個單元的環圍繞，環中每個單元與中心單元的一側以及環中的相鄰單元鄰接。每個單元2的上電極12電連接在一起(所述連接不能以切換的方式斷開)。如果是六角形陣列，六個導體14(如圖2和圖4所示)從上電極12向外輻射，分別連接到相鄰cMUT單元的上電極(在外周上的單元除外，它們連接到三個其它單元，而不是六個)。同理，每個單元2的下電極10電連接在一起，形成七倍大的容性換能器元件39。
圖4所示結構可以在一個方向上延伸，形成一個長的，通常是矩形的換能器元件40。這些矩形換能器元件可以排列成一行，形成線性陣列。這種cMUT器件20通常以圖5代表，要說明的是，為了方便製圖，每個矩形換能器元件示出僅具有一列cMUT單元，但應理解事實上每個元件包括多列cMUT單元。
陣列的每個元件需要獨立工作，與相鄰的元件無關。如圖5所示，由於陣列設置在共用襯底4上，因此存在著相鄰元件之間有電和機械幹擾(即串擾)的問題。本發明提供了元件之間所需的隔離。
按照本發明第一類實施例，通過去除相鄰換能器元件之間的全部或部分襯底材料來提供隔離。這可以利用晶片切割鋸、雷射、溼法蝕刻技術、反應離子蝕刻(RIE)或深度RIE等方法來實現。
形成隔離溝槽的一種方法是首先將攜帶cMUT單元或元件的襯底安裝在襯墊材料上，如圖3所示。圖6示出在聲衰減材料製成的襯墊層18上層疊的襯底4。可以用晶片切切割鋸(未示出)切入襯底4並切入襯墊材料18，從而形成多個互相間隔且平行的隔離溝槽或通道，如圖6的隔離溝槽26所示。根據cMUT器件的工作頻率，不一定需要將襯底4完全切通。而是可以形成深度小於襯底4的整個厚度的隔離溝槽或通道28，也示於圖6。應當指出，在同一圖中示出不同深度的溝槽是為了精簡的關係，而一個特定cMUT晶片上的隔離溝槽通常都具有相同的深度。
如果隔離溝槽穿通襯底4的整個厚度並深入到襯墊材料18中，則襯墊材料將提供對每個換能器元件的機械支撐。由於襯墊材料阻尼了聲能，通過襯墊材料18的串擾將顯著低於通過襯底4的串擾。
無論深度如何，隔離溝槽都位於相鄰換能器元件間的空間區域內。圖6示出一行換能器元件，每個換能器元件包括多個cMUT單元2。如果是一行元件的換能器陣列，相互平行的隔離溝槽位於相鄰元件間的空間區域內。如果陣列包括兩行或多行，隔離溝槽也位於行間的空間區域，每行內的溝槽交錯，形成互連的隔離溝槽網絡。在這種情況下，行間的隔離溝槽相互平行並垂直於每行內的隔離溝槽。如果每行的元件對準，形成列，則交錯的隔離溝槽將形成網格。
將換能器元件聲隔離之後，可在換能器元件之間的隔離溝槽中充填以聲吸收材料，例如矽橡膠。如果要在cMUT器件的表面加上透鏡來聚焦聲波和/或保護器件表面，則用透鏡粘接劑填充隔離溝槽可改進透鏡對cMUT器件的粘附。填充元件之間的溝槽也會增加對元件的機械支撐。
還可以肯定的是，溝槽的配置應具有最佳的形狀。參閱圖7，隔離溝槽不需要具有直角底部的形狀(見溝槽30)，也可以具有」V」形(見溝槽32)或」U」形(未示出)。圖7中溝槽34和36顯示出其它的形狀。溝槽34具有平行的側壁和拋物線底部，而溝槽36具有平行的側壁和V形底部。顯然，在襯底4中形成的全部溝槽通常具有相同的形狀，將圖7中所示的不同形狀組合在一個襯底上是為了減小所需圖案形成的數量。
使用晶片切割鋸是去除位於換能器元件之間的襯底材料的有效方法，只要所得到的鋸口或溝槽是直線即可。如果需要沿非直線去除材料，其它的方法例如雷射切割、溼法蝕刻技術或RIE就更適用。一個實例就是設置成圓形的器件(例如環陣列)。所述圓形換能器陣列具有的元件形成同心圓環，因此需要圓形的隔離圖案。這種幾何結構為聲能的點聚焦作好準備。
在襯底的任一表面進行上述任一聲隔離技術都在本發明的範圍之內。如果要從器件的背面(即cMUT單元的反面，如圖8所示)去除材料，只要溝槽38不穿通襯底4的整個厚度，就可獲得較大的活性面積。在這種情況下，溝槽可以製作成佔用cMUT單元或元件下的區域。
cMUT器件應在正面(即cMUT單元側)得到支撐，以提供襯墊隔離。但是，由於cMUT器件很容易損壞，不能使用切割膠帶。粘接到懸浮膜片上的膠帶會將它們拉開。按照本發明的一個實施例，在背面提供聲隔離時，用一種低溫安裝臘來支撐cMUT器件，安裝臘加到器件的正面，與易碎的膜片相接觸。在隔離過程已完成且cMUT器件已清除掉切割操作的碎屑後，在去除安裝臘之前，還需要對cMUT加以支撐。這種支撐可以是前述的聲衰減襯墊。將cMUT器件安裝到支撐物上之後，將其加熱，熔化安裝臘。使用適當的安裝臘溶劑，就可清除掉cMUT器件上的臘跡。另一種支撐方案是僅支撐活性區外的cMUT，並避免直接連接到膜片上。
用任何一種上述提供cMUT元件隔離的方法，都可能有損壞，例如微裂等，這些損壞會進入活性cMUT單元。這會導致有一定導電性的液體滲入，而將信號和地電極短接。本發明的另一方面是提供一種預防措施，即施加保角塗層，例如濺射或汽相澱積的二氧化矽、氮化矽、氧化鋁或其它絕緣無機物，來封上這種缺陷。汽相澱積塗敷過程能產生極度一致且厚度均勻的無針孔塗層，是在真空下進行的。
塗敷過程進行如下。在去除cMUT元件之間的材料以形成隔離溝槽之後，對cMUT單元進行清潔處理，去除其上殘留的任何殘餘物。然後cMUT器件在真空中高溫乾燥。cMUT器件乾燥後，將其放入濺射或汽相塗敷機，塗敷數微米的所選材料。即使這種塗層非常保角一致，微裂(如果足夠小)也會被封住，cMUT單元就會具有真空。許多絕緣無機物具有高的介電強度，有助於使cMUT單元與外部環境絕緣。
本發明還有一方面是cMUT器件的製造，器件中的換能器元件是相互電隔離的。按照本發明的一個實施例，電隔離可以通過選擇性離子注入來實現。由於電耦合受電磁能量流，主要是電子流的控制，所以改變襯底中的電導就可減小這種耦合。更確切的說，可以用能改變襯底半導體特性的離子來摻雜襯底中位於換能器元件之間的某些區域。通過在元件之間的區域選擇性地注入摻雜物，就可以形成結，例如背對背pn結二極體，或近絕緣區，它們都可抑制電串擾。按照這種方法，不去除任何材料但所選區域的電特性卻有改變。所述過程可在形成cMUT單元之前、之中或之後進行。如果離子注入的條件需要高於cMUT單元微機械加工時的主要溫度，那麼可以選擇在微機械加工前進行離子注入。
或者，可以用基本上是非導電的襯底來製造cMUT，其中底部電極或是澱積的金屬或是在cMUT下面的選擇性摻雜的區域。在這種情況下，可能需要將每個元件之間的區域接地，方法是選擇性地摻雜這些區域並使它們電接地。用隔離溝槽分隔開(如前所述)的元件之間區域的另一種接地方法是用一種導電材料(例如鋁或鋁-矽合金)塗敷溝槽表面(例如溝槽壁)。然後將此金屬連接到地，以使元件相互電隔離。以上任一種方法可以將雜散電荷導通到地，而不導通到相鄰元件。
pn結二極體包括兩個摻雜的半導體材料體積，它們沿著平面鄰接，所述平面構成結。在一個區域中的材料是n型半導體材料，而在另一區域中的材料是p型半導體材料。換句話說，對結的兩側的半導體材料進行不同的摻雜。pn結二極體在一個方向導電，但另一方向不導電。將兩個pn結二極體背對背設置，就可形成在任一方向都不導電的器件。延長這一對背對背pn結二極體的長度，就可形成對電流的長阻擋層。圖9和圖10示出這種電隔離器件的兩個實例，其中已經對襯底4進行摻雜，形成背對背npn型二極體。在上述兩種情況下，背對背二極體都是通過將摻雜物注入到襯底材料的所需深度來製造的。
在圖9所示的實施例中，換能器元件(每個元件包括多個cMUT單元2)設置在由n型半導體材料製成的區域44和48上，而將p型摻雜物離子注入到換能器元件之間的區域46中。n型半導體材料製成的每個區域用作在其上設置的換能器元件的底部電極。每個p型區域在兩側分別有n型區，各形成np結50和52。或者，換能器元件可設置在p型材料上，p型區域中交織有換能器元件之間離子注入的n型區域。
在圖10所示的實施例中，換能器元件設置在既非p型也非n型的半導體或非導電材料(例如未摻雜的多晶矽)的各個區域上，而在位於相鄰換能器元件之間的每個區域中，將n型摻雜物離子注入到區域44和48，將p型摻雜物離子注入到區域44和48之間的區域46。於是，每個p型區域在兩側分別有n型區，各形成np結50和52。或者，代替npn結，可在換能器元件之間的區域注入pnp結。
這樣，通過將圖9或圖10所示類型的阻擋體設置在相鄰換能器元件之間未被佔用的空間，相鄰換能器元件就可相互電隔離。
圖11示出按照本發明又一實施例兩個換能器元件共用一個p型材料製成的共用壁46的截面圖。應當指出，為簡明起見，更多的換能器元件未於示出，但每個相鄰的換能器元件都共用一個p型材料製成的共用壁。各元件的底部電極由n型材料的區域44和46構成。n型材料相鄰區域之間的區域由p型材料佔用，向上延伸形成共用壁。p型材料壁支撐膜片8，膜片8懸浮在構成換能器元件的各個cMUT單元的各自的空腔10上。特定換能器元件的各cMUT單元最好共用一個用n型材料製成的共用底部電極。
在聲襯墊層設置在襯底後面的實施例中，聲襯墊材料應具有與cMUT襯底聲匹配的組成，以免聲能反射回器件內。如果襯底用矽製成，適用的襯墊材料實例包括一種混合物96.3％(質量比)的鎢(其中85％為10微米粒度，15％為1微米粒度)和3.67％的聚氯乙烯粉末，在題目為」Backing Material for Micromachined UltrasonicTransducer Devices)」的序列號10/248,022的美國專利申請中已公開。在Lees，Gilmore和Kranz的文章」Acoustic Properties ofTungsten-Vinyl Composites」，IEEE Transactions on Sonics andUltrasonics，Vol.SU-20，NO.1，Jan.1972，pp1-2中也討論了鎢-乙烯混合物。本專業的技術人員可理解，聲襯墊材料可以不同於上述實例。
此外，圖3所示實施例涉及將柔性互連電路設置在cMUT陣列上面。將所述陣列互連的另一可能的方法是藉助於埋置在襯墊材料中的導線或跡線使連接線通過襯墊。然後利用穿過晶片的穿孔或返轉的連接線將所述連接線引到cMUT器件的表面。按照另一不同方案，可以將柔性電路設置在襯底之下，然後可以利用穿過晶片的穿孔或返轉的連接線將信號引到cMUT器件的表面。按照又一個不同方案，可將cMUT襯底連接到第二襯底，所述第二襯底提供獨立於超聲變換或與超聲變換有關的電功能，例如阻抗匹配、多路傳輸、切換以及傳輸和接收波束形成。聲襯墊層可以設置在這些襯底之間。在此實施例中，從cMUT單元電極到第二襯底上電子線路的電連接線可以穿過在襯底和聲襯墊層中形成的通孔。
雖然已參閱優選實施例對本發明作了說明，但本專業的技術人員應理解對本發明的元件可以作各種改動並可用等效物替代，而不背離本發明的範圍。此外，在不背離本發明的基本範圍內可以對本發明的內容作許多修改。所以本發明不應限於所公開的特定實施例作為實施本發明的最佳模式，而是本發明應包括屬於所附權利要求書範圍內的全部實施例。
在權利要求書中所用的術語」超聲換能器」包括電容和壓電超聲換能器。在權利要求書中所用的短語」微機械加工襯底」應理解為包括表面和/或整體微機械加工。
權利要求
1.一種傳感器件，它包括多個傳感元件(2，39，40)，它們排列在襯底的正面，每個所述傳感元件與所述襯底材料相接觸；以及多個阻擋體(26，28，30，32，34，36，38或46)，它們排列在所述襯底的所述材料中，以降低任何所述傳感元件之間的能量形式的耦合，每個阻擋體對於落到其上的所述能量形式的傳播構成障礙。
2.如權利要求1所述的器件，其中所述傳感元件排列成二維陣列，相鄰傳感元件之間具有間隔，並且所述阻擋體形成限定多個有界區域的互連網絡，每個有界區域由各自的傳感元件佔據。
3.如權利要求1所述的器件，其中所述傳感元件包括電連接在一起的多個超聲換能器單元(2)。
4.如權利要求1所述的器件，其中每個所述阻擋體包括各自的溝槽(26，28，30，32，34，36或38)。
5.如權利要求4所述的器件，其中每個所述傳感元件包括各自的超聲換能器元件，並且用聲衰減材料充填所述溝槽。
6.如權利要求4所述的器件，其中所述溝槽和所述襯底的鄰接部分塗敷有絕緣材料薄層。
7.如權利要求4所述的器件，其中每個所述溝槽的表面塗敷有接地的導電材料，以便將所述各傳感元件互相隔離。
8.如權利要求1所述的器件，其中每個所述阻擋體包括各自體積(44，46，48)的所述襯底的所述材料，所述材料具有注入其中的摻雜劑，所述摻雜材料具有基本上能阻止電流從其中流過的能力。
9.如權利要求8所述的器件，其中每個所述體積包括各自的一對背對背pn結二極體。
10.一種超聲換能器，它包括多個超聲換能器元件(2，39，40)，它們排列在襯底(4)的正面，每個所述換能器元件包括各自的超聲換能器單元組，所述各超聲換能器單元電連接在一起並且聲耦合到所述襯底；以及多個溝槽(26，28，30，32，34，36或38)，它們在所述襯底的所述材料中，所述溝槽位於所述換能器元件之間的區域內，並且所述溝槽阻礙聲波能量穿過其中傳播。
全文摘要
一種裝置，它包括設置在具有半導體表面的襯底(4)內或襯底(4)上的傳感器(2，39，40)陣列和用於將每個傳感器與其相鄰傳感器相隔離的裝置(26，28，30，32，34，36，38或40)。在所述傳感器是超聲換能器元件的情況下，以相鄰換能器元件之間的溝槽形式提供聲隔離，以降低聲串擾。可以用聲衰減材料充填所述溝槽。在相鄰換能器元件之間以半導體結的形式提供電隔離，以降低電串擾。在一個實例中，通過在相鄰換能器元件之間的區域內進行離子注入來形成背對背pn結。這些類型的隔離可以單獨採用，也可一起採用。
文檔編號B06B1/02GK1677706SQ20051006514
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月31日 優先權日2004年3月31日
發明者R·S·萊萬多夫斯基, L·S·史密斯, C·E·鮑姆加特納, D·M·米爾斯, D·G·維爾德斯, R·A·菲舍爾, G·C·索戈伊安 申請人:通用電氣公司