CN101558552B

Micro-electro-mechanical transducer having an insulation extension

Abstract

A microelectromechanical transducer (such as a cMUT) having two electrodes separated by an insulator containing insulating extensions is disclosed. The two electrodes define a transduction gap therebetween. The insulator has an insulating support generally arranged between the two electrodes and an insulating extension part extending into at least one of the two electrodes, so as to increase effective insulation without increasing the transduction gap. A method for manufacturing a microelectromechanical transducer is also disclosed. This method can be used for conventional membrane-based cMUTs and cMUTs with embedded springs with moving rigid top plates.

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Expired 16 June 2026, 0.3 years ago.

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39 claims: 5 independent, 34 dependent

  1. 1
    一种静电换能器,包括: 具有顶面的第一导电层; 具有与所述第一导电层的顶面相对的底面的第二导电层,所述第一导电层和所述第二 导电层在其间限定换能间隙; 设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间的绝缘支承; 延伸到所述第一导电层内的绝缘延伸部;以及 所述绝缘延伸部设置在形成于所述第一导电层中的空腔中, 其中,所述绝缘支承连接到所述绝缘延伸部,以及 其中,所述第一导电层和所述第二导电层中的至少一层比所述绝缘延伸部厚。
  2. 2
    如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,所述第一导电层和所述第二导电层中 的至少一层包括基底导电层和补充导电层,所述补充导电层的导电率显著高于所述基底导 电层的导电率。
  3. 3
    如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,所述第一导电层和所述第二导电层中 的至少一层包括硅层。
  4. 4
    如权利要求3所述的静电换能器,其特征在于,所述绝缘延伸部延伸到所述硅层内。
  5. 5
    如权利要求3或4所述的静电换能器,其特征在于,所述硅层是多晶硅层。
  6. 6
    如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,所述绝缘延伸部延伸至所述第一导电 层和所述第二导电层中的至少一层内的深度是所述换能间隙的至少25%。
  7. 7
    如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,所述绝缘支承包括第一绝缘材料,而 所述绝缘延伸部包括与所述第一绝缘材料不同的第二绝缘材料。
  8. 8
    如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,所述绝缘延伸部的横截面尺寸大于所 述绝缘支承的横截面尺寸。
  9. 9
    如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,所述空腔是在所述第一导电层上形成 的凹槽,所述绝缘支承是通过对引入所述凹槽的绝缘层进行图案化和蚀刻而形成的,所述 绝缘延伸部是通过将另一氧化物层图案化并在所述凹槽中留下层而被部分形成的。
  10. 10
    如权利要求9所述的静电换能器,其特征在于,所述绝缘延伸部包括部分填充所述 空腔并在其中留下部分空隙的固体材料。 11·如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,所述绝缘延伸部包括延伸至所述第 一导电层的第一延伸端及延伸至所述第二导电层的第二延伸端。
  11. 11
    12. 如权利要求11所述的静电换能器,其特征在于,所述第一延伸端包括第一绝缘材料 而所述第二延伸端包括与所述第一绝缘材料不同的第二绝缘材料。
  12. 12
    13. 如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,所述绝缘延伸部位于在工作期间所 述第一导电层和所述第二导电层最可能互相接触或接近互相接触的位置。
  13. 13
    14. 如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,还包括部分穿过所述换能间隙延伸 的运动制动器。
  14. 14
    15. 如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,所述静电换能器是电容式微加工超 声换能器,其中所述第一导电层用作底电极,而所述第二导电层用作可移动顶电极。
  15. 15
    16. 如权利要求1所述的静电换能器,其特征在于,所述空腔是通过差别氧化而形成在 第一导电层上的凹槽。 CN 101558552 Β
  16. 16
    17. 如权利要求15所述的静电换能器,其特征在于,所述第一导电层位于不导电衬底 上。
  17. 17
    18. 如权利要求15所述的静电换能器,其特征在于,所述第二导电层包括由绝缘支承支 承的弹性膜。
  18. 18
    19. 一种电容式微加工超声换能器,包括: 包括衬底并用作底电极的底层; 包括膜并用作顶电极的顶层,所述膜适合响应于换能激励而相对于所述衬底振动,所 述顶层和所述底层在其间限定换能间隙;以及 具有主要部分和绝缘延伸部的绝缘体,所述主要部分设置在所述底层和所述顶层之间 并支承所述底层和所述顶层,而所述绝缘延伸部延伸到一空腔中,所述空腔是形成于所述 主要部分下方的所述底层中,并且所述主要部分连接到所述绝缘延伸部, 其中,所述底层具有比所述绝缘延伸部厚的导电层,使得所述绝缘延伸部包含在所述 导电层中。
  19. 19
    20. 如权利要求19所述的电容式微加工超声换能器,其特征在于,所述底层包括硅层。
  20. 20
    21. 如权利要求20所述的电容式微加工超声换能器,其特征在于,所述硅层是多晶硅 层。
  21. 21
    22. 如权利要求19所述的电容式微加工超声换能器,其特征在于,所述空腔是在所述底 层上形成的凹槽,所述主要部分是通过对引入所述凹槽的绝缘层进行图案化和蚀刻而形成 的,所述绝缘延伸部是通过将另一氧化物层图案化并在所述凹槽中留下层而被部分形成 的。
  22. 22
    23. 如权利要求19所述的电容式微加工超声换能器,其特征在于,所述空腔是通过氧化 而形成于半导体层中的。
  23. 23
    24. —种用于制造具有由含绝缘延伸部的绝缘体分隔的两个电极的微机电换能器的方 法,所述方法包括以下步骤: 在第一导电层的主表面上形成凹槽; 在所述凹槽上形成绝缘材料的支承特征部,所述支承特征部在所述第一导电层的主表 面上从凹槽内延伸至自由端并提供在凹槽内的绝缘延伸部;以及 将第二导电层设置在所述支承特征部的自由端上,其中,所述第一导电层以及所述第 二导电层在其间限定换能间隙, 其中,将所述第二导电层设置在所述支承特征部的自由端上的所述步骤包括: 将具有功能层的复合结构的晶片接合到所述支承特征部的自由端上; 以及 深蚀所述复合结构的晶片以在所述支承特征部上留下功能层。
  24. 24
    25. 如权利要求24所述的方法,其特征在于,所述第一导电层包括硅层。
  25. 25
    26. 如权利要求25所述的方法,其特征在于,所述硅层是多晶硅层。
  26. 26
    27. 如权利要求24所述的方法,其特征在于,形成所述支承特征部的所述步骤包括以下 步骤: 在所述凹槽上生长绝缘层;以及 图案化并蚀刻所述绝缘层。
  27. 27
    28. 如权利要求24所述的方法,其特征在于,设置所述第二导电层的所述步骤还包括在 所述功能层上沉积金属层。
  28. 28
    29. 如权利要求24所述的方法,其特征在于,在第一导电层的主表面下方形成凹槽还包 括:通过氧化来形成凹槽。
  29. 29
    30. 如权利要求24所述的方法,其特征在于,形成绝缘材料的支承特征部还包括:使用 氧化物生长来形成支承特征部。
  30. 30
    31. 如权利要求24所述的方法,其特征在于,将所述第二导电层设置在所述支承特征部 的自由端上的所述步骤包括: 在所述第一导电层和所述支承特征部上沉积牺牲层; 在所述牺牲层上沉积功能层;以及 去除所述牺牲层以在所述支承特征部的自由端上留下功能层。
  31. 31
    32. 如权利要求31所述的方法,其特征在于,设置所述第二导电层的所述步骤还包括在 所述功能层上沉积金属层。
  32. 32
    33. 如权利要求31所述的方法,其特征在于,所述功能层包括硅层或氮化物层。
  33. 33
    34. 如权利要求33所述的方法,其特征在于,所述硅层是多晶硅层。
  34. 34
    35. 如权利要求31所述的方法,其特征在于,所述支承特征部上的功能层是适于在适当 的换能激励下相对于第一导电层振动的膜层。
  35. 35
    36. 如权利要求24所述的方法,其特征在于,在所述第一导电层的主表面上形成凹槽的 所述步骤包括: 在所述第一导电层的主表面上生长并图案化第一氧化物层,所述第一氧化物层具有开 口,留下未覆盖的所述第一导电层的主表面的对应的部分; 在包括开口的所述第一氧化物层上生长第二氧化物层,使得所述第二氧化物层具有在 开口所处位置进入所述第一导电层的第一深度以及在由第一氧化物层覆盖的位置进入所 述第一导电层的第二深度,所述第一深度比所述第二深度大;以及 去除所述第一氧化物层和所述第二氧化物层。
  36. 36
    37. 如权利要求24所述的方法,其特征在于,在第一导电层的主表面上形成凹槽的所述 步骤包括: 在所述第一导电层的主表面上生长并图案化第一氧化物层,所述第一氧化物层具有开 口,留下未覆盖的所述第一导电层的主表面的对应的部分; 在所述第一氧化物层上生长并图案化氮化物层,所述氮化物层具有与第一氧化物层一 致的开口; 在所述第一氧化物层和所述氮化物层的开口上生长第二氧化物层,使得第二氧化物层 在开口所处的位置进入所述第一导电层期望的深度;以及 去除所述氮化物层、第一氧化物层和第二氧化物层。
  37. 37
    38. —种用于制造具有由含绝缘延伸部的绝缘体分隔的两个电极的微机电换能器的方 法,所述方法包括以下步骤: 通过去除衬底的材料在所述衬底的主表面上形成图案化沟槽,其中所述图案化沟槽包 括所述衬底的未去除材料的细线; 氧化所述图案化沟槽中的衬底的未去除材料的细线,使得图案化沟槽构成绝缘体; 图案化并蚀刻所述衬底的主表面,使得所述绝缘体具有在所述衬底上直立的顶端;以 及 将顶部导电层设置在所述绝缘体的顶端。
  38. 38
    39. —种用于制造具有由含绝缘延伸部的绝缘体分隔的两个电极的微机电换能器的方 法,所述方法包括以下步骤: 通过去除衬底的材料在所述衬底的主表面上形成沟槽; 用绝缘材料填充所述沟槽; 图案化并蚀刻所述衬底的所述主表面,使得所述沟槽中所述绝缘材料具有一支承特征 部,所述支承特征部具有在所述衬底上直立的顶端并提供在凹槽内的绝缘延伸部;以及 将顶部导电层设置在所述支承特征部的顶端上,其中,所述衬底以及所述顶部导电层 在其间限定一电极间隔间隙。
  39. 39
    40. 如权利要求39所述的方法,其特征在于,用绝缘材料填充所述沟槽还包括:使用氧 化物生长和图案化来形成所述支承特征部的绝缘延伸部的附加部分。
Independent claims39