[發明專利]用于管腔內超聲成像換能器的埋入式溝槽以及相關的設備、系統和方法

有效

• 申請號: 201880049313.2
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN110958916B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: R·德克爾;V·A·亨內肯;M·C·盧韋斯;A·阿爾斯蘭卡里西
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: B06B1/02
• 分類號: B06B1/02;A61B8/12;A61B8/00;B06B1/06;H01L41/053
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉兆君

一種管腔內超聲成像設備包括柔性細長構件，其被配置為被定位在患者的身體管腔內。所述柔性細長元件包括近側部分和遠側部分。所述設備還包括設置在所述柔性細長構件的遠側部分處的超聲成像組件。所述超聲成像組件被配置為獲得所述身體管腔的成像數據。所述超聲成像組件包括換能器陣列，所述換能器陣列包括襯底、設置在所述襯底上方的氧化硅層以及設置在所述氧化硅層上的多行微機械超聲換能器元件。所述多行微機械超聲換能器元件中的兩行由通過蝕刻形成在所述氧化硅層中的屏蔽而形成的溝槽隔開。還提供了相關聯的設備、系統和方法。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年6月30日提交的美國臨時申請US 62/527143和 2018年6月1日提交的美國臨時申請US 62/679134的優先權和權益，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本公開總體涉及微機電系統(MEMS)，并且尤其涉及超聲換能器陣列及其制造方法。例如，在一些實施例中，制造超聲換能器陣列的方法可以包括形成掩埋溝槽，而不必用臨時填充材料來填充溝槽。

背景技術

柔性到剛性(F2R)技術是一種制造平臺，其使得能夠在微創導管和導絲的尖端上大量制造微型復雜的機電部件，例如傳感器和成像換能器。諸如電容式微機械超聲換能器(CMUT)陣列或壓電微機械超聲換能器(PMUT) 陣列的MEMS設備首先被制造在半導體襯底上，并且然后被轉移到柔性襯底上。利用F2R技術，CMUT或PMUT陣列可以與半導體集成電路(ASIC) 和無源元件一起以各種尺寸形成在半導體襯底上。最常見的半導體襯底之一是硅襯底。由于硅是聲波的良導體，因此CMUT或PMUT換能器之間的串擾可能會成為問題。串擾問題的解決方案是在由掩埋溝槽隔離的島上形成超聲換能器。

通常，形成掩埋溝槽以隔離微機械超聲換能器需要用犧牲材料(例如聚合物)填充溝槽，并且在隨后的步驟(例如從半導體襯底的背面選擇性蝕刻的步驟)中去除犧牲材料。臨時填充在溝槽中的犧牲材料在固化或硬化期間趨于收縮，并且可能在半導體襯底中引起應力，從而導致半導體襯底的不期望的彎曲或翹曲。另外，由于希望最小化溝槽的寬度以最大化用于微機械超聲換能器的掃描器面積，因此用犧牲材料填充越來越小的溝槽越來越難。

發明內容

本公開的實施例提供一種在微機電系統(MEMS)設備(諸如獲得患者的身體管腔的圖像數據的超聲換能器元件)中制造掩埋溝槽的方法。一種示例性方法包括在半導體襯底上的區域上方由氧化硅或金屬線形成屏蔽，然后通過深反應離子蝕刻(DRIE)蝕刻該區域并將該屏蔽用作蝕刻掩模。通過增加DRIE的周期時間，可以在屏蔽保持原位的同時在該區域中形成基本垂直的溝槽。然后將非適形層沉積在半導體襯底上方，以在不填充溝槽的情況下封閉屏蔽中的孔，從而形成掩埋溝槽。

在示例性實施例中，提供了一種管腔內超聲成像設備。所述設備包括：柔性細長構件，其被配置為定位在患者的身體管腔內，所述柔性細長構件包括近側部分和遠側部分；以及超聲成像組件，其被設置在所述柔性細長構件的遠側部分，所述超聲成像組件被配置為獲得所述身體管腔的成像數據，所述超聲成像組件包括換能器陣列，所述換能器陣列包括：被分成多個間隔開的段的襯底，在所述襯底上設置的硬掩模層，以及在所述硬掩模層上設置的多行換能器元件，其中，所述襯底的多個間隔開的部分中的每個的至少一個側壁包括沿彼此垂直的兩個方向傳播的波浪狀特征。所述多個隔開的段可以彼此完全和/或部分地分開。

在一些實施例中，所述襯底包括硅，并且所述硬掩模層包括氧化硅。在一些實施例中，所述多行換能器元件的中的每行包括電容式微機械超聲換能器(CMUT)元件或壓電微機械超聲換能器(PMUT)元件。在一些實施例中，所述超聲成像組件還包括柔性互連件，所述多行換能器元件中的兩行通過溝槽彼此間隔開，所述柔性互連件跨越所述溝槽，并且所述柔性互連件包括含有凹口的陣列的表面。在一些實施例中，所述設備還包括管狀構件，其中，所述柔性互連件和所述換能器陣列被定位于所述管狀構件的周圍。