[發明專利]元件陣列、機電轉換裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 200980124101.7
• 申請日: 2009-06-29
• 公開（公告）號: CN102076428A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 江崎隆博;張建六;添田康宏;玉森研爾
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: B06B1/02
• 分類號: B06B1/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 楊國權

技術領域

本發明涉及元件陣列、機電轉換裝置以及用于制造機電轉換裝置的方法。

背景技術

例如超聲轉換裝置的機電轉換裝置被廣泛用于將電信號變換為超聲波且反之亦然，并且可用作用于醫學成像或非破壞性檢查的傳感探頭。

一種類型的機電轉換裝置是電容性的微加工的超聲轉換裝置(CMUT)。CMUT的一個示例包括：元件襯底，其包含具有下電極、由在此襯底上放置的支撐物支撐的作為振動器的隔膜(membrane)以及上電極的多個元件；以及與元件襯底電連接的電路襯底。此CMUT具有作為在襯底與隔膜之間的空隙的空腔。CMUT通過在上電極與下電極之間施加電壓而使隔膜振動從而發射超聲波，或者通過由接收超聲波時隔膜的振動所引起的電容的變化來檢測超聲波。

元件襯底可以通過表面微加工或體微加工來制造。在表面微加工方法的示例中，在襯底上的犧牲層上形成硅氮化物膜作為隔膜；在其中鉆出刻蝕孔；通過經由刻蝕孔刻蝕犧牲層來形成空腔；并且最后用硅氮化物填充刻蝕孔來形成真空空腔。在體加工方法的示例中，在硅襯底上形成空腔結構，并且將SOI襯底(絕緣體上硅襯底)與其接合。由于將單晶硅用作隔膜，因此此方法給出改善的機械性能。

文獻Sensors?and?Actuators?A?138(2007)221-229(在下文中稱為“非專利文獻1”)公開了一種方法，其中隔膜和空腔被二維地形成在硅襯底上，并且硅襯底本身作為下電極和布線而與電路襯底連接。下面參考圖12描述此方法。元件襯底1007由多個元件構成。作為單元的元件發射或接收超聲波。一個元件1008由上電極1000、隔膜1001、空腔1002、支撐部1009和下電極1003構成。凹槽1004被設置為包圍各個下電極以便使元件彼此絕緣，從而隔離用于各個元件的下電極。元件襯底1007通過作為電接觸件的凸塊(bump)1005與ASIC襯底1006(專用集成電路襯底)連接。硅襯底可以被用來形成下電極和布線線路，在高溫下沒有損傷。表面微加工或體微加工可以被用于其加工。

發明內容

上述非專利文獻1的CMUT使用薄的元件襯底。為了使元件襯底的機械強度更高的、下電極的厚度的增大可以增大寄生電容。此外，凹槽被形成在作為下電極的硅襯底上，在凹槽之上留下包括支撐部和振動隔膜的大約1μm的厚度。因此，應當小心地連接電路襯底以便不損傷機械上脆弱的元件襯底。

鑒于以上問題，本發明意圖改善元件襯底的機械強度并且即使在使用薄的下電極時也改善產品成品率。

本發明涉及元件陣列，其包括多個具有第一電極和第二電極的元件，在第一電極和第二電極之間具有空隙；

通過凹槽對于每個元件分離第一電極，

絕緣的連接襯底與第一電極接合，以及

從對于每個元件分離的各個第一電極中的每一個第一電極穿過所述連接襯底到與第一電極相對的一側地形成布線。

連接襯底可以具有用于布線的通孔。

可以與通孔一一對應地形成第一電極。

布線和第一電極可以不共軸。

可以在第一電極和連接襯底之間的接合界面處由連接襯底封上(shut)凹槽。

通孔可以從與第一電極的接合面穿過連接襯底朝向相對面擴大。

連接襯底可以具有從3.8到10的范圍的相對介電常數、不低于5GPa的楊氏模量、以及不大于元件襯底的熱膨脹系數的三倍的熱膨脹系數。

第一電極可以由半導體材料形成。

第一電極和連接襯底可以通過熔化接合、壓力接合、陽極接合、直接接合和擴散接合中的任意一種來接合。

本發明涉及機電轉換裝置，其包括具有多個元件的元件襯底以及電路襯底，該元件具有第一電極和第二電極，在第一電極和第二電極之間具有空隙；其中

元件襯底具有為了對于每個元件分離第一電極而形成的凹槽，

絕緣的連接襯底與第一電極接合，以便利用連接襯底的插入來固定元件襯底和電路襯底，以及

由穿過連接襯底設置的布線使第一電極和電路襯底電連接。

本發明涉及用于制造機電轉換裝置的方法，該機電轉換裝置具有被固定到元件襯底的電路襯底，該元件襯底具有第一電極和第二電極，并且在第一電極和第二電極之間具有空隙，該方法包括：

將用于使第一電極與電路襯底電連接的絕緣的連接襯底與元件襯底接合；

在與連接襯底接合的元件襯底上形成用于對于每個元件分離第一電極的凹槽；以及

將連接襯底與電路襯底固定在一起。

用于制造機電轉換裝置的方法可以包括在連接襯底中形成用于將第一電極與電路襯底電連接的布線以及用于形成布線的通孔。