[发明专利]具有贯穿衬底通孔（TSV）衬底插塞的电容式微机械超声换能器（CMUT）

权利要求书

1.一种电容式微机械超声换能器装置，即CMUT装置，其包括：

具有至少一个CMUT单元的至少一个CMUT元件，所述CMUT单元包括：

单晶材料的第一衬底，所述单晶材料具有小于0.1欧姆-厘米的电阻率，所述第一衬底具有包括在其上的图形化介电层的顶侧，所述图形化介电层包括厚介电区域和薄介电区域，并且所述第一衬底具有延伸所述第一衬底的整个厚度的贯穿衬底通孔即TSV，其中所述TSV由所述单晶材料形成，其中所述TSV通过隔离区域与所述单晶材料的周围区域电气隔离，并且所述TSV位于所述第一衬底的顶侧衬底接触区域下方；

膜层，所述膜层接合到所述厚介电区域并且在所述薄介电区域上方，以在微机电系统腔体即MEMS腔体上提供可移动膜，和

顶侧金属层，所述顶侧金属层在所述顶侧衬底接触区域上方并且在所述可移动膜上方，所述顶侧金属层包括将所述顶侧衬底接触区域耦合到所述可移动膜的部分。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括在所述隔离区域中的固态介电填充物。

3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括所述第一衬底的底侧表面上的图形化金属层，所述图形化金属层包括接触所述TSV的底侧的第一图形化层部分和接触所述TSV外侧的所述第一衬底的所述底侧的第二图形化层部分，其中所述第一衬底为所述CMUT单元提供第三电极，从而能够3维即3D电容式感测所述CMUT装置。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述单晶材料包括单晶硅。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述CMUT装置包括多个所述CMUT元件，其中所述多个CMUT元件中的每个包括多个所述CMUT单元，其中所述多个CMUT元件中的每个内的所有所述可移动膜被连接在一起，以便通过接触所述TSV，所述多个CMUT元件的每个中的所述可移动膜全部都可寻址。

6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括至少一个介电钝化层，所述介电钝化层在所述CMUT装置的顶部上，包括在所述顶侧金属层上方。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述膜层是接合到所述厚介电区域的真空熔化物。

8.一种形成电容式微机械超声换能器装置即CMUT装置的方法，所述CMUT装置包括具有至少一个CMUT单元的至少一个CMUT元件，所述方法包括：

形成图形化介电层，所述图形化介电层包括第一衬底的顶侧上的厚介电区域和薄介电区域，所述薄介电区域包括所述第一衬底的顶侧表面上的顶侧衬底接触区域上方的薄介电区域，其中所述第一衬底包括单晶材料，并且其中所述单晶材料具有小于0.1欧姆-厘米的电阻率；

将第二衬底接合到所述厚介电区域以提供至少一个密封的微机电系统腔体即MEMS腔体；

使所述第二衬底变薄以降低所述第二衬底的厚度，从而提供膜层；

刻蚀所述膜层以在所述MEMS腔体上方形成可移动膜并去除所述顶侧衬底接触区域上方的所述膜层；

从所述顶侧衬底接触区域上方去除所述薄介电区域；

在所述顶侧衬底接触区域上方以及在所述可移动膜上方形成顶侧金属层，所述顶侧金属层包括将所述顶侧衬底接触区域耦合到所述可移动膜的迹线部分，以及

从所述第一衬底的底侧表面，刻蚀以打开所述单晶材料周围的隔离沟槽，从而至少在所述顶侧衬底接触区域下方形成所述单晶材料的贯穿衬底通孔插塞即TSV插塞，所述TSV插塞与所述单晶材料的周围区域电气隔离。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述形成所述图形化介电层包括高压氧化生长工艺，即HiPOx生长工艺。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在所述第一衬底的所述底侧表面上形成图形化金属层，所述图形化金属层包括接触所述TSV的底侧的第一图形化层部分和接触所述TSV外侧的所述第一衬底的所述底侧的第二图形化层部分。

11.根据权利要求8所述的方法，进一步包括利用固态介电材料填充所述隔离沟槽。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述单晶材料包括单晶硅。