[發明專利]電容式超聲傳感器芯片及其制作方法

有效

• 申請號: 201210132866.9
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN103379392A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 俞挺;彭本賢;于峰崎
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: H04R1/00
• 分類號: H04R1/00;H04R31/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術領域

本發明涉及傳感器領域，特別是涉及一種電容式超聲傳感器芯片及其制作方法。

背景技術

超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，它具有頻率高、波長短、繞射現象小、方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。

超聲傳感器主要材料有壓電晶體(電致伸縮)及鎳鐵鋁合金(磁致伸縮)兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛(PZT)等。由于傳統的壓電傳感器存在著空氣與普通的壓電材料之間嚴重不耦合現象，所以壓電傳感器并不是高效率的超聲源。當然，為了提高效率可以在空氣與壓電材料間增加耦合層，但這樣又會降低傳感器帶寬。目前，隨著微機電(Micro-Electro-Mechanical?Systems，MEMS)技術的發展，一種全新的超聲傳感器已經出現，它就是電容式微加工超聲傳感器(capacitive?ultrasonic?transducers，CMUTs)。由于其采用了表面微加工等工藝，很好地克服了壓電傳感器的許多缺點，且具有易于制造、尺寸小、自身噪聲低、工作溫度范圍大以及易于實現電子集成等眾多優點，大有取代壓電傳感器之勢。

目前，通過微加工制造CMUTs傳感器陣列的常規工藝存在某些困難。CMUTs基本結構由上下電極與電極之間的犧牲層組成。為釋放犧牲層形成空腔間隙，上電極必須制作腐蝕孔，待空腔間隙形成后，為防止空腔被液體或濕氣填充造成系統性能減退，故腐蝕孔形成及封閉這一步驟在用于制作CMUTs的整個過程中是非常關鍵的。但是，釋放犧牲層后并密封腐蝕孔的工藝比較復雜，常規用來密封腐蝕孔的低溫淀積的氮化物薄膜，本質上多孔，用來密閉腐蝕孔效果并不是很好。此外，傳統的CMUTs制造工藝與標準CMOS工藝兼容性差，要實現傳感器陣列芯片的單片集成的成本高昂，成為大規模推廣的主要障礙。

發明內容

基于此，有必要提供一種基于CMOS標準制造工藝、性能可靠的電容式超聲傳感器芯片。

一種電容式超聲傳感器芯片，其包括表面設有第一區域和第二區域的摻雜硅襯底；所述第一區域具有金屬導電層延伸至第二區域的集成電路；所述位于第二區域的金屬導電層上覆蓋有附加膜，所述附加膜上覆蓋有可導電的振動膜，所述附加膜中具有連接振動膜的接觸通孔，所述附加膜和振動膜之間形成有空腔。

在其中一個實施例中，所述摻雜硅襯底的背面形成有連接第一區域和第二區域的電氣連接焊盤。

在其中一個實施例中，所述附加膜為氧化硅或氮化硅的單層膜，或為氧化硅與氮化硅的復合膜。

在其中一個實施例中，所述振動膜上覆蓋有保護膜。

在其中一個實施例中，所述保護膜為聚合物薄膜。

此外，還提供一種電容式超聲傳感器芯片的制作方法，包括如下步驟：

步驟一、提供CMOS標準集成電路工藝制造的半成品，所述半成品以摻雜硅為襯底，所述襯底表面設有第一區域和第二區域，其中第一區域生成有集成電路，且集成電路具有的金屬導電層延伸至第二區域；

步驟二、將位于第二區域的金屬導電層暴露出來；

步驟三、在位于第二區域的金屬導電層上覆蓋附加膜，以使所述附加膜與所述金屬導電層組合形成背極板作為電容的一極；

步驟四、在附加膜內部形成接觸通孔；

步驟五、在附加膜上形成犧牲層；

步驟六、在犧牲層上形成可導電的振動膜，并在振動膜上形成腐蝕孔，振動膜與所述接觸通孔連接并作為電容的另一極；

步驟七、通過腐蝕孔去除所述犧牲層，使背極板與振動膜之間形成空腔；

步驟八、在振動膜上覆蓋保護膜，封閉所述腐蝕孔。

在其中一個實施例中，步驟一中，在所述摻雜硅襯底的背面形成連接第一區域和第二區域的電氣連接焊盤。

在其中一個實施例中，所述附加膜為氧化硅或氮化硅的單層膜，或為氧化硅與氮化硅的復合膜。

在其中一個實施例中，采用濕法腐蝕或干法反應離子刻蝕去除所述犧牲層，進而形成所述空腔。

在其中一個實施例中，所述保護膜采用物理氣相沉淀或化學氣相沉淀工藝形成的聚合物薄膜。