[发明专利]一种全电极凸纹结构CMUT器件的制备方法

说明书

本发明涉及电子科学与技术的技术领域，更具体地，涉及一种全电极凸纹结构CMUT器件的制备方法，将高浓度掺杂的硅晶圆作为基底，使用表面微加工技术和电镀工艺，依次在基底上制备绝缘层、空腔、振动薄膜、凸纹结构的圆环，全覆盖于振动薄膜的顶电极、底电极极板及导线，完成全电极凸纹结构CMUT器件的制备。本发明制备的全电极凸纹结构CMUT器件，在塌陷工作模式下能有效提升输出声压从而达到增加超声波发射功率的效果；该制备方法技术成熟，适合大批量制造。该发明可用于生物医学检测、工业无损探伤等使用超声检测领域中超声换能器的加工制造，并将推进基于CMUT器件的超声探头技术的发展与应用，具备广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及电子科学与技术的技术领域，更具体地，涉及一种全电极凸纹结构CMUT器件的制备方法。

背景技术

在生物医学成像中，既需要有较高的图像分辨率，也对成像的实时性有较高要求。此外，还要求设备辐射小，以减少对生物组织的损害。超声波是一种机械振动波，可以在空气、液体、固体以及生物组织内传播，与X光、CT、核磁检测技术相比，没有电离辐射性，更适合用于生物组织的成像。超声波检测技术是基于回波原理实现的，成像速度快且图像分辨率可达几十微米的数量级，足以满足生物医学检测的需求。所以，超声波检测技术已经成为生物医学成像领域内的主流技术。超声波检测技术除在生物医学成像中广泛使用之外，在工业无损检测行业中也普遍应用。

超声换能器是超声检测技术的关键部件，实现了电能量和超声能量之间相互的转化。在目前所使用的超声换能器中，压电式超声换能器被广泛使用，常见的压电材料为压电陶瓷。传统的压电式超声换能器声阻抗高，导致制造超声探头工艺复杂，而且带宽较小。此外，压电材料也无法和电路集成，不适合制造高集成度的超声探头。使用微机电系统（MEMS）工艺加工制造的电容式微机械超声换能器（CMUT），其声阻抗较低且可以调节，因此制造超声探头的时候不需要添加阻抗匹配层，不仅减少了探头制造的难度，也提升了带宽。CMUT器件制造工艺与CMOS集成电路的工艺相兼容，且使用光刻蚀技术，因此CMUT适合于制造高集成度、大规模阵列的超声探头，可以满足临床医学领域中对信息获取日益增长的需求。鉴于以上优点，CMUT已被视为下一代超声换能器。

但是相比压电陶瓷超声换能器，现有CMUT的输出声压仍比较小。超声波在人体组织内传输的衰减系数较大，经过长距离的传输，信号的幅度会明显减弱。超声检测技术是基于超声探头所接收的反射回波实现目标的定位。较小的输出声压，使得微弱的回波信号容易受到外界噪声的干扰，降低了回波信号的信噪比，从而影响成像的品质。所以，提升CMTU的输出声压，是目前CMUT技术发展亟待解决的问题之一。

目前提升CMUT输出声压的途径可以分为两类，一类为修改CMUT的工作模式，使其工作在塌陷模式下；另一类为修改CMUT的振动薄膜的结构。发明人提出了一种综合以上两类途径的具有全电极凸纹结构的CUMT器件的制备方法。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种全电极凸纹结构CMUT器件的制备方法，实现了CMUT可与电路集成，易于制造大规模阵列，适合大批量生产的优点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种全电极凸纹结构CMUT器件的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

步骤1：使用高浓度掺杂的硅晶圆作为基底制备基底层；

步骤2：在步骤1中基底上沉积制备绝缘层；

步骤3：在步骤2中的绝缘层上沉积多晶硅薄膜制备牺牲层，并去除多余的多晶硅薄膜层；

步骤4：在步骤3制备的CMUT单元上沉积振动薄膜；

步骤5：进一步去除步骤3中保留的多晶硅薄膜层形成封闭的空腔；

步骤6：沉积用于制备CMUT单元顶电极和底电极极板的导电层；