本申請根據(jù)35U.S.C.§119(e)要求于2014年4月18日提交的代理人案號為B1348.70010US00的題為“ULTRASONIC TRANSDUCERS IN COMPLEMENTARY METAL OXIDE SEMICONDUCTOR(CMOS)WAFERS AND RELATED APPARATUS AND METHODS”的美國臨時專利申請序列第61/981,464號的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

背景技術：

技術領域

本文所描述的技術涉及微加工超聲換能器以及相關裝置和方法。

相關技術

電容式微加工超聲換能器(CMUT)是已知的裝置，其包括在微加工的腔上方的膜。膜可以用于將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，或者將電信號轉(zhuǎn)換成聲信號。因此，CMUT可以用作超聲換能器。

兩種類型的工藝可以被用來制造CMUT。犧牲層工藝在襯底上在犧牲層上方形成CMUT的膜，然后去除犧牲層以在膜下方形成CMUT的腔。晶片接合工藝將兩個晶片接合在一起以形成具有膜的腔。

技術實現(xiàn)要素：

本技術的各方面提供了在互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶片中的微加工超聲換能器(例如，CMUT)，利用CMOS晶片的去除的金屬化層作為用于一個或更多個微加工超聲換能器的聲腔。因此，超聲換能器可以與CMOS晶片集成并且形成在晶片中，避免了為制造超聲換能器而對于晶片接合的任何需要。因此，與使用晶片接合的情況相比，超聲換能器與CMOS晶片的集成可以被簡化并且變得更加穩(wěn)健。此外，使用去除的CMOS金屬化層作為超聲換能器的腔可以有利于在CMOS晶片上的超聲換能器下方形成集成電路(IC)，因此使CMOS晶片上形成集成的超聲換能器和集成電路所需的空間減少或最小化。因此，根據(jù)一些實施方案，可以形成具有單片集成的超聲換能器和CMOS IC的緊湊互補金屬氧化物半導體(CMOS)超聲換能器(CUT)。

根據(jù)本技術的一方面，互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶片包括半導體襯底和超聲換能器。超聲換能器包括：腔，其對應CMOS晶片的去除的第一金屬化層；設置在腔與半導體襯底之間的電極；以及CMOS晶片的聲學振動膜(acoustic film)，其包括CMOS晶片的介電層和第二金屬化層。腔可以設置在半導體襯底與聲學振動膜之間。CMOS晶片還可以包括在半導體襯底上的集成電路，集成電路耦接至超聲換能器并且被配置成控制超聲換能器的運行。

根據(jù)本技術的一個方面，裝置包括在互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶片中的超聲換能器，其中，金屬化層的去除部分限定了超聲換能器的聲腔的至少一部分。

根據(jù)本技術的一個方面，互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶片包括半導體襯底、第一金屬化層和超聲換能器。超聲換能器包括形成在第一金屬化層中的腔，設置在腔與半導體襯底之間的電極，以及CMOS晶片的聲學振動膜，CMOS晶片的聲學振動膜包括CMOS晶片的第二金屬化層和介電層。腔可以設置在半導體襯底與聲學振動膜之間。CMOS晶片還包括在半導體襯底上的集成電路，集成電路耦接至超聲換能器并且被配置成控制超聲換能器的運行。

根據(jù)本技術的一方面，一種方法包括通過堆疊互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶片的多個層來在CMOS晶片中形成超聲換能器的聲學振動膜，所述CMOS晶片的多個層包括CMOS晶片的至少一個介電層和第一金屬化層。該方法還包括產(chǎn)生通往CMOS晶片的第二金屬化層的至少一個進入孔，第二金屬化層包括由第一導電襯層和第二導電襯層界定的內(nèi)金屬層，在一些實施方案中，第二金屬化層包含金屬。該方法還包括通過利用選擇性蝕刻經(jīng)由所述至少一個進入孔去除第一金屬化層的內(nèi)金屬層的至少一部分來在CMOS晶片中形成腔，從而釋放聲學振動膜同時基本上保留第一導電襯層和第二導電襯層。該方法還包括用絕緣材料密封至少一個進入孔，以及將第一導電襯層和第二導電襯層耦接至CMOS晶片的集成電路。

根據(jù)本申請的一個方面，一種方法包括通過去除CMOS晶片的金屬化層的至少一部分來至少部分地限定互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶片中的超聲換能器的聲腔。

附圖說明

將參照以下附圖對本申請的各個方面和實施方案進行描述。應當理解，附圖不一定按比例繪制。在多個附圖中出現(xiàn)的項在出現(xiàn)所述項的所有附圖中由相同的附圖標記表示。

圖1示出了根據(jù)本申請的非限制性實施方案的形成在CMOS晶片中并且與CMOS IC集成以形成CUT的電容式微加工超聲換能器(CMUT)。

圖2是示出根據(jù)本申請的非限制性實施方案的在CMOS晶片中制造CMUT的工藝的流程圖。

圖3A至3J示出了根據(jù)本申請的非限制性實施方案的與圖2的工藝一致的用于在CMOS晶片中制造CMUT的制造工序。

具體實施方式

本技術的各方面源自申請人的如下理解：對于至少一些應用標準CMOS晶片的某些特征尺寸基本上與超聲換能器的某些目標特征尺寸相對應，因而可以通過利用這樣的對應關系來在CMOS晶片中制造超聲換能器。也就是說，申請人已經(jīng)認識到，CMOS晶片的至少一些金屬化層具有與超聲換能器的目標腔深度基本上匹配的厚度。申請人還認識到，CMOS晶片的覆在金屬化層之上的層的厚度與超聲換能器的目標膜厚度基本上匹配。因此，申請人已經(jīng)認識到，可以通過利用合適尺寸的CMOS金屬化層作為待釋放以限定超聲換能器的腔的犧牲層來在CMOS晶片中制造(并且因此與CMOS晶片集成)超聲換能器。這種制造提供了實現(xiàn)超聲換能器與CMOS晶片的高集成度的簡單且穩(wěn)健的方式。因此，本申請的各方面可以促進具有集成的超聲換能器和電路的“芯片上超聲系統(tǒng)”裝置的形成。

此外，申請人已經(jīng)認識到，使用具有適當定位襯層的犧牲的CMOS金屬化層可以進一步簡化在CMOS晶片中超聲換能器的制造。通過僅去除犧牲CMOS金屬化層的內(nèi)部金屬，剩余的襯層可以用作用于超聲換能器的電極，消除了為產(chǎn)生電極而對于進一步處理的任何需求。在這個意義上，超聲換能器電極已經(jīng)“內(nèi)置(built in)”于CMOS金屬化層。

因此，本技術的方面提供了在CMOS晶片中的微加工超聲換能器(例如，CMUT)，利用CMOS晶片的去除的金屬化層作為用于一個或更多個微加工超聲換能器的聲腔。金屬化可以表示用于在CMOS晶片上路徑信號(routing signal)的信號線金屬化，并且金屬化層的不需要去除以形成超聲換能器的聲腔的部分可以保留在CMOS晶片上并且被配置為信號線。金屬化層可以具有多層構(gòu)造，包括內(nèi)部金屬和一個或更多個襯層。在一些實施方案中，內(nèi)部金屬可以被去除以形成聲腔，而襯層可以被保留和配置為超聲換能器的電極。

根據(jù)本技術的一個方面，利用犧牲釋放技術從CMOS晶片中去除CMOS金屬化層，以產(chǎn)生形成在CMOS晶片中的超聲換能器的聲腔。以犧牲釋放為目標的金屬化可以具有基本上與聲腔的目標深度相對應的厚度。在一些實施方案中，超聲換能器可以在執(zhí)行犧牲釋放之前基本上完成，使得犧牲釋放可以完成(或幾乎完成)超聲換能器的形成。集成電路可以任選地形成在CMOS晶片中的超聲換能器下方，并且在一些實施方案中可以被配置為控制超聲換能器的運行。

以下進一步對上述方面和實施方案，以及另外的方面和實施方案進行描述。這些方面和/或?qū)嵤┓桨缚梢员粏为毷褂谩⑺幸黄鹗褂没蛘咭詢蓚€或更多個的任意組合來使用，因為本申請在此方面不受限。

根據(jù)本技術的一個方面，CMOS晶片包括形成在其中的一個或更多個超聲換能器，對于CMOS晶片，CMOS晶片的部分或完全去除的金屬化層至少部分地限定了超聲換能器的腔。圖1示出了這種裝置的非限制性實例。

如所示，裝置100包括CMOS晶片102，其中在CMOS晶片102中形成有超聲換能器104。示出了單個超聲換能器104，但是應當理解，本申請的各方面提供了在CMOS晶片中的多個超聲換能器，因此，圖1是非限制性說明。這樣的構(gòu)造可以有助于形成包括集成的超聲換能器和電路(例如，如用以形成和/或顯示超聲圖像的模擬和/或數(shù)字電路，諸如用于控制超聲換能器的運行和/或處理由這種換能器產(chǎn)生的信號的前端電路和/或后端電路)的芯片上超聲系統(tǒng)裝置或芯片上超聲子系統(tǒng)裝置。在至少一些實施方案中，芯片上超聲系統(tǒng)裝置可以包括在單個襯底上與模擬和數(shù)字電路集成的超聲換能器的布置，并且能夠執(zhí)行超聲成像功能，諸如傳輸和接收超聲波并且處理所接收的超聲波以產(chǎn)生超聲圖像。

CMOS晶片102包括多晶硅層105、多個金屬化層106a-106d和至少部分地限定超聲換能器104的聲腔108的去除的金屬化層。超聲換能器104的膜110由CMOS晶片102的保留在腔108上方的層的組合形成。集成電路112可以形成在基礎層114中在超聲換能器104下方。集成電路可以是CMOS電路，并且可以與超聲換能器104集成以形成CUT。在所示的非限制性實例中，集成電路在超聲換能器104正下方。多晶硅層105可以形成集成電路的一部分，例如表示用于晶體管的柵極層。在一些非限制性實施方案中，高電壓布線可以設置在腔上方，但是所有電路可以位于超聲換能器下方。

CMOS晶片102可以是用于形成CMOS集成電路并且包括一個或更多個金屬化層的任意合適的CMOS晶片。在所示的實例中，CMOS晶片102包括五個金屬化層(金屬化層106a-106d加上表示腔108的去除的金屬化層)，但是可以可替選地使用其他數(shù)目。

金屬化層106a-106d以及用于形成腔108的去除的金屬化層可以被配置為用于信號通路的標準CMOS金屬化層。因此，在至少一些實施方案中，它們可以是基本上平面的，并且可以占據(jù)CMOS晶片內(nèi)用于起信號通路層作用的平面的適當部分。例如，在一些實施方案中，在圖案化以限定期望的信號通路配置之前，一個或更多個金屬化層可以基本上占據(jù)CMOS晶片內(nèi)的整個平面。此外，金屬化層可以由任意合適的材料形成。例如，可以使用鋁(Al)、銅(Cu)或其他金屬。

在一些實施方案中(包括所示出的實施方案)，一個或更多個金屬化層可以包括多個層(即，多層構(gòu)造)，諸如具有下襯層和上襯層(或阻擋層)的內(nèi)金屬層。在圖1的實例中，所示的金屬化層中的每一個包括底襯層(例如，氮化鈦(TiN))、Al層、頂襯層(例如，TiN)和在頂襯層之上的以在光刻步驟期間用作減反射涂層的氮氧化硅的層。對于待犧牲去除的金屬化的多層結(jié)構(gòu)可以是有益的，因為襯層可以被配置并且保留為超聲換能器的電極。以這種方式，當最初形成待犧牲去除的金屬化層時，簡單且穩(wěn)健地形成超聲換能器的電極。可以通過僅去除金屬化的內(nèi)金屬層而留下襯層，從而形成腔108。這種選擇性去除可以使用諸如選擇性濕法蝕刻的適當?shù)倪x擇性蝕刻工藝來實現(xiàn)，選擇性濕法蝕刻對金屬化的內(nèi)部金屬材料是選擇性的(即蝕刻)，并且對于襯層的材料是非選擇性的(即不蝕刻)。以這種方式，腔的制造也被簡化，因為不需要定時蝕刻來獲得期望的腔尺寸。在一些實施方案中，蝕刻可以是氫氟酸(HF)蝕刻，盡管替代方案也是可能的。

例如，參照裝置100，腔108在底部由層118限定，并且在頂部由層120和122限定。層118可以表示金屬化層的被去除以限定腔108的底襯層(例如，TiN的底襯層)。層120可以表示去除的金屬化層的頂襯層(例如，TiN的頂襯層)。層122可以表示去除的金屬化層的減反射涂層。層118和120可以被配置為超聲換能器104的電極。可以通過諸如通路124和126的一個或更多個導電線(例如，通路)或以任意其他合適的方式制成至電極的電連接(例如通過CMOS晶片的一個或更多個剩余的金屬化層)。

在一些實施方案中，當去除內(nèi)部金屬材料時，多層金屬化層可以配置有絕緣膜。例如，金屬化層可以依次包括TiN-氧化鋁-Al-氧化鋁-TiN-SiON，使得當去除鋁時，在TiN電極上方形成絕緣膜。

在至少一些實施方案中，被至少部分地去除以形成超聲換能器的腔的金屬化層實際上沒有被完全去除。在這個意義上，去除可以是局部的，而不是全局的。在CMOS晶片的除了形成聲腔的區(qū)域以外的區(qū)域中金屬化層的部分可以被保留以用作信號線，例如以承載可應用于裝置100的各種類型的信號，作為非限制性實例諸如功率、控制信號或感測信號。也就是說，相同的CMOS金屬化層可在CMOS晶片的一個或更多個區(qū)域中用作信號線，并且在CMOS晶片的其他區(qū)域中可被去除以限定一個或更多個超聲換能器的聲腔。這種雙重功能區(qū)別于在CMOS晶片上沉積金屬僅僅是為了使用金屬作為犧牲層的目的。

圖1還示出了CMOS晶片102包括在金屬化層之間的合適的介電或絕緣層(例如層107)。這些可以由任意合適的材料(例如，非導電性材料，例如SiO₂)形成并且具有任意合適的厚度。

還包括密封的進入孔116。可以通過適當?shù)奈g刻(例如定向蝕刻，諸如反應性離子蝕刻)來形成一個或更多個進入孔以進入被去除以形成腔108的金屬化層。金屬化層的金屬材料可以例如通過選擇性濕蝕刻(例如，通過HF蝕刻)通過一個或更多個進入孔被去除。隨后，進入孔可以被密封以產(chǎn)生密封腔，如所示，在一些實施方案中密封腔可以是真空腔，但是也可以形成非真空腔。可以使用任意合適的密封劑材料，其非限制性實例是Si₃N₄。

圖1示出了用于腔108的兩個進入孔。然而，應當理解，可以使用其他數(shù)目(任一個或更多個)。進入孔可以定位在相對于腔的任意合適的位置處(例如，如所示的外圍、中心、既在外圍又在中心處等)，以允許充分地去除金屬化層的金屬材料以產(chǎn)生腔。另外，孔可以任選地被蝕刻，然后任選地填充在腔的邊界周圍以在換能器或換能器組之間提供隔離(例如，聲隔離)。在這樣的實施方案中，孔可以不穿過膜110，但可以任選地延伸到腔108。

在一些實施方案中，多個進入孔可以適當?shù)囟ㄎ怀稍试S去除金屬化層的金屬材料，同時還適當?shù)夭贾贸稍试S金屬信號連接成橫跨芯片(例如，在相鄰的超聲換能器之間)。作為具體但非限制性實例，多個進入孔可以布置在腔的外圍，但是在進入孔的至少兩個進入孔之間可以有足夠的空間，以允許金屬信號線將相鄰超聲換能器的金屬化層106d互連。考慮到這種構(gòu)造的頂視圖，腔可以具有圓形形狀，并且多個進入孔可以圍繞圓形的圓周形成，其中，金屬信號線在一些進入孔之間延伸。替選方案是可以的。例如，所描述的圓形腔形狀可以可替選地是矩形、正方形、六邊形或具有任意其他合適的形狀。

超聲換能器104可以具有任意合適的尺寸。尺寸可以至少部分地由換能器的預期應用來規(guī)定，例如以提供期望的頻率特性、期望的裝置尺寸、期望的成像孔徑或其他感興趣的特征。以下提供了非限制性實例。

在一些實施方案中，腔尺寸和/或覆在腔之上的任意膜的膜厚度可以影響膜的頻率特性，因而可對其進行選擇來提供期望的頻率性能(例如，期望的膜的共振頻率)。例如，在一些實施方案中可以期望具有如下中心共振頻率的超聲換能器：約20kHz至約200MHz之間，約1MHz至約40MHz之間，約1MHz至約10MHz之間，約2MHz至約5MHz之間，約5MHz至約15MHz之間，約10MHz至約20MHz之間，約20MHz至約40MHz之間，約50kHz至約200kHz之間，約2.5MHz，約4MHz，上述范圍之間的任意頻率或頻率范圍，或者任意其他合適的頻率。例如，可以期望在空氣，氣體，水或其他環(huán)境中使用該裝置，例如用于醫(yī)學成像、材料分析，或者用于可能期望各種工作頻率的其他原因。可以相應地選擇腔和/或膜的尺寸。

作為非限制性實例，腔108的寬度W1可以在約5微米至約500微米之間，約20微米至約100微米之間，可以為約30微米、約40微米、約50微米、上述范圍之間的任意寬度或?qū)挾确秶蛉我馄渌线m的寬度。在一些實施方案中，可以選擇寬度以使空隙比(即被腔占據(jù)的面積的量相對于被周圍結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積的量)最大。還可以利用寬度尺寸來限定腔的孔徑尺寸，并且從而腔的孔徑可以為上述任意值或任意其他合適的值。

腔108可以具有深度D1，深度D1可以在約0.05微米至約10微米之間，約0.1微米至約5微米之間，約0.5微米至約1.5微米之間，上述范圍之間的任意深度或深度范圍，或任意其他合適的深度。如前所述，申請人已經(jīng)認識到，在標準CMOS晶片中使用的一些金屬化層的厚度可以與聲腔的目標深度基本對應，因而腔108的深度可以至少部分地由用作犧牲層的金屬化層的厚度來限定。例如，在一個實施方案中，深度D1可以為約1/4微米，其可以與在CMOS晶片上提供的金屬化厚度基本上對應。

膜110可以包括CMOS晶片102的限定厚度Tm的一個或更多個層和/或結(jié)構(gòu)。在圖1的非限制性實例中，膜110包括通路(例如，通路126)、金屬層(例如，金屬化層106d)和介電或絕緣層(例如，層107)。鈍化層128(例如，由Si₃N₄形成)使表面鈍化。厚度Tm(例如，如沿著與深度D1基本平行的方向測量的)可以小于100微米，小于50微米，小于40微米，小于30微米，小于20微米，小于10微米，小于5微米，小于1微米，小于0.1微米，上述范圍之間的任意厚度范圍(例如，大約在1至5微米之間，大約在1至2微米之間等)或任意其他合適的厚度。在一些實施方案中，可以基于膜的期望的聲學特性(諸如膜的期望的共振頻率)來選擇厚度。此外，申請人已經(jīng)認識到，對于一些標準CMOS晶片，使用在頂金屬化層下方的金屬化層作為用于限定超聲換能器腔的犧牲層導致上覆膜110具有大約(并且在一些情況下基本上是)超聲換能器的目標厚度(例如，大約在1-2微米之間)的厚度。因此，使用頂金屬化層下方的金屬化層作為犧牲層可以顯著簡化在CMOS晶片中制造超聲換能器。

可以通過從膜的上表面添加/去除材料來調(diào)節(jié)厚度Tm。可以使用化學機械拋光(CMP)，任意形式的蝕刻(包括選擇性蝕刻、定向蝕刻、濕蝕刻或激光蝕刻)或任意其他合適的技術來實現(xiàn)這種材料的去除。另外，在一些實施方案中，膜可以具有非均勻的厚度，例如在腔上方的中心部分較厚，在腔的外圍上方較薄，以形成活塞結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以提供對超聲換能器的工作頻率的控制。

作為腔深度和寬度以及膜厚度的合適尺寸的非限制性實例，在一個實施方案中，深度D1可以為約1/4微米，寬度W1可以為約50微米，并且膜110的厚度Tm可以為約1-2微米。替選方案是可能的。

可以在CMOS晶片102的基礎層114中形成集成電路112。例如，基礎層114可以是體硅層或其他半導體襯底，并且集成電路112可以包括一個或更多個有源硅電路元件(例如，具有在硅中摻雜的源極區(qū)和漏極區(qū)的MOS晶體管)、電容器、電阻器或其他電路部件。集成電路112可以適合于以傳輸和/或接收模式操作超聲換能器104。

如所示，超聲換能器104可以連接到IC 112，例如通過所示的層118到通路124的連接。其他制造連接方式是可能的。

根據(jù)本技術的一個方面，提供了一種在CMOS晶片中制造超聲換能器的方法，該方法涉及去除CMOS晶片的金屬化層的至少一部分以產(chǎn)生超聲換能器的腔。圖2是示出該方法的一個實例的流程圖。

方法200包括在步驟202處制備CMOS晶片。CMOS晶片包括部分地限定超聲換能器的結(jié)構(gòu)和至少一個金屬化層。例如，可以形成電極和聲學振動膜，諸如通過由金屬化襯層限定的電極和由圖1的聲學振動膜110表示的類型的聲學振動膜。

在步驟204處，形成通往CMOS晶片的金屬化層的一個或更多個進入孔。如前面結(jié)合圖1所描述的，可以以任意合適的方式(例如，定向蝕刻)產(chǎn)生進入孔，并且可以使其定位在相對于超聲換能器任意合適的位置，包括在將成為超聲換能器的腔的區(qū)域的外圍和/或中心。

在步驟206處，可以利用合適的蝕刻技術通過去除金屬化層的至少一部分來產(chǎn)生在CMOS晶片中的超聲換能器的腔。例如，可以使用對待去除的金屬化層的材料(例如，金屬)具有選擇性的選擇性蝕刻。在一些實施方案中，去除可以是局部的，但不是全局的。也就是說，可以去除CMOS晶片中的超聲換能器所設置的區(qū)域中的金屬化層，但是可以保留在CMOS晶片的其他區(qū)域中的金屬化層，例如作為信號線。

在步驟208處，可以密封在步驟204中形成的進入孔，以產(chǎn)生密封的超聲換能器腔。可以使用任意合適的材料例如絕緣材料以任意合適的方式密封進入孔。在一些實施方案中，可以執(zhí)行等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)來密封進入孔。例如，在一些實施方案中可以使用PECVD Si₃N₄，其可以使橫向侵入到腔中的密封材料最小化。

方法200可以在晶片級執(zhí)行，如通過參照貫穿圖2的CMOS晶片應當理解的。因此，在CMOS晶片中可以以陣列或其他布置形成多個超聲換能器。這種制造技術的一個益處是可以在單個晶片上以相對簡單、成本有效的方式形成大量超聲換能器(例如，CMUT)。因此，這樣的技術可以便于利用微加工超聲換能器的陣列(或其他布置)來制造芯片上超聲系統(tǒng)裝置。

應當理解，在一些實施方案中，方法200的步驟可以由不同方執(zhí)行。例如，在制造CMOS晶片的業(yè)務中的一方可以執(zhí)行步驟202。然后第二方(例如，CMOS晶片的購買者)可以執(zhí)行步驟204、206和208。在其他實施方案中，單一實體可以執(zhí)行該方法的所有步驟。

圖3A至圖3J示出了根據(jù)本申請的非限制性實施方案的與圖2的工藝一致的在CMOS晶片中制造CMUT的制造工序。該工序的起始點示于圖3A中，并且包括基礎層114、圖案化的多晶硅層105、金屬化層106a和金屬化層106b以及層107。

如圖3B至圖3D所示，可以形成圖1的通路124(以下在圖3D中完全示出)。考慮到形成通路，如圖3B所示，可以適當?shù)匚g刻最上層107并且可以沉積導電層302。導電層302可以由期望的通路材料形成，例如鎢(W)。內(nèi)襯材料(例如，TiN)可以在鎢之前沉積，因而導電層302可以具有如圖所示的多層構(gòu)造。

如圖3C所示，可以對導電層302進行平坦化(例如，使用CMP)，然后可以形成金屬化層106c并且對金屬化層106c進行圖案化。可以在表面上方形成介電或絕緣層304(例如，SiO₂)。

如圖3D所示，可以對介電層304進行圖案化以使得能夠形成通路124。通路124可以由期望的通路材料(諸如鎢(W))形成。內(nèi)襯材料(例如，TiN)可以在鎢之前沉積，從而產(chǎn)生所示的通路124的多層特征。

然后，在圖3E中，形成金屬化層306。金屬化層306可以表示犧牲的金屬化層，源自犧牲的金屬化層的圖1的腔108(并且也在圖3I中示出)將形成。因此，包括前述的層118、120和122。介電或絕緣層(例如，SiO₂)308可以形成在最上表面上。

在圖3F中，可以對介電層308進行圖案化，并且在預計形成圖1的通路126(也在圖3G中示出)中沉積導電層310。導電層310可以由期望的通路材料形成，例如鎢(W)。內(nèi)襯材料(例如，TiN)可以在鎢之前沉積，因而導電層310可以具有如所示的多層構(gòu)造。

如圖3G所示，可以對導電層310進行平坦化以形成通路126，并且可以形成金屬化層106d并且對金屬化層106d進行圖案化。可以在結(jié)構(gòu)的最上表面上形成介電或絕緣層312。

在圖3H中，可以形成(例如，Si₃N₄的)鈍化層313，并且可以形成通往金屬化層306的進入孔314。可以使用合適的蝕刻工藝來形成進入孔。

然后，如圖3I所示，可以經(jīng)由進入孔314通過去除金屬化層306的至少一部分來產(chǎn)生腔108。例如，金屬化層可以包括內(nèi)金屬層，該內(nèi)金屬層被選擇性地蝕刻(例如通過濕蝕刻，諸如HF蝕刻)，留下層118和120。

在圖3J中，可以利用合適的密封劑層316密封進入孔314。密封劑層可以包括鈍化材料，例如Si₃N₄。其他材料也是可以的。因此，可以通過該制造工序來實現(xiàn)圖1的裝置100。

盡管圖3A至圖3J示出了適合與鋁金屬化層一起使用的制造工序，但是應當理解，本文所述的各個方面在這方面不受限制。例如，本技術的各方面可以使用銅金屬化層代替鋁。在一些實施方案中，可以使用襯有鉭的銅。

另外，盡管本申請的方面已經(jīng)被描述為利用CMOS晶片的多層金屬化層來限定超聲換能器的腔，但是替選方案可以替選地使用金屬-絕緣體-金屬(MIM)層。例如，可以以本文所述的關于去除金屬化層的內(nèi)部金屬材料的方式從相鄰金屬層之間去除MIM層的絕緣體。

此外，根據(jù)一些實施方案，可以形成沒有被配置為與換能器的腔相鄰的電極的金屬襯層的超聲換能器。例如，參照圖1，在可替選實施方案中，可以省略層118和120(以及另外122)，而是可以適當?shù)卦O置通路126以組合地作為電極。例如，通路126可以相對于彼此間隔約0.1微米至約0.5微米(例如，約0.2微米至約0.3微米)。這種通路的陣列可以組合地作為用于控制超聲換能器的運行的電極。在這樣的實施方案中，通路可以具有任意合適的尺寸，其非限制性實例的截面為約0.2微米×0.2微米，截面為約0.3微米×0.3微米或任意其他合適的尺寸。

本申請的方面可以用于構(gòu)建超聲裝置，例如超聲探頭。探頭可以適于對各種物體成像。根據(jù)一些實施方案的超聲探頭可以包括各種前端和/或后端電子器件。在一些實施方案中，探頭可以是芯片上超聲系統(tǒng)裝置。

本申請的方面可以提供一個或更多個益處，先前已經(jīng)描述了其中的一些。現(xiàn)在描述的是這樣的益處的一些非限制性實例。應該理解的是，不是所有的方面和實施方案必須提供現(xiàn)在描述的所有益處。此外，應該理解的是，本申請的方面可以向現(xiàn)在描述的那些提供附加的益處。

本申請的方面提供適合于形成單片集成的超聲換能器和CMOS結(jié)構(gòu)(例如，CMOS IC)的制造工藝。至少在一些實施方案中，該工藝可以簡單、穩(wěn)健、相對廉價地執(zhí)行，并且可擴展至大量的超聲換能器。可以避免與晶片接合相關的困難，例如不良的接合強度、低產(chǎn)率和使用高溫退火。本申請的各方面提供用于制造用于與低電壓CMOS IC結(jié)合工作的合適尺寸的超聲換能器的工藝。還可以根據(jù)本申請的一個或更多個方面提供其他益處。

因此已經(jīng)這樣描述了本申請的技術的幾個方面和實施方案，應該理解的是，本領域的普通技術人員將容易地做出各種變化方案、更改方案和改善方案。這樣的變化方案、更改方案和改善方案旨在包含在本申請所描述的技術的精神和范圍內(nèi)。例如，本領域的普通技術人員將容易地預見各種用于執(zhí)行所述功能和/或獲得所述結(jié)果和/或本文所描述的一個或更多個優(yōu)點的其他的方法和/或結(jié)構(gòu)，并且這樣的變化方案和/或更改方案中的每一個被認為在本文所描述的實施方案的范圍內(nèi)。本領域的技術人員將意識到或者僅僅利用常規(guī)的實驗方法能夠斷定，與本文所描述的特定實施方案等同的許多實施方案。因此，應該理解的是，僅通過示例的方式呈現(xiàn)了前述實施方案，并且這些實施方案在所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)，可以實踐除了具體描述之外的發(fā)明性的實施方案。另外，如果本文所描述的特征、系統(tǒng)、制品、材料、工具和/或方法不是互相抵觸的，那么本文所述的這樣的特征、系統(tǒng)、制品、材料、工具和/或方法的兩種或更多種的任意組合在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。

此外，如所描述的，一些方面可以以一種或更多種方法實現(xiàn)。作為所述方法的一部分被執(zhí)行的動作可以以任意合適的方式來安排。因此，實施方案可以被構(gòu)建為其中動作被以與所示出的順序不同的順序執(zhí)行，這可以包括同時執(zhí)行相同的動作，盡管在所示出的實施方案中被示出為按順序的動作。

如本文所限定和使用的所有定義應該被理解為控制詞典定義、通過引用并入文件中的定義和/或所限定的術語的一般意義。

如本文中所使用的在說明書和權(quán)利要求書中的單數(shù)形式，除非清楚地被指定為相反的含義，否則應該被理解為意指“至少一個”。

如本文中所使用的在說明書和權(quán)利要求書中的短語“和/或”應該被理解為意指如此結(jié)合的元件(即，在一些情況下連接呈現(xiàn)的或者在其他情況下分離呈現(xiàn)的元件)中的“任意一個或兩者”。用“和/或”列出的多個元件應該被理解為具有相同的方式，即，如此連接的“一個或更多個”元件。除了那些被通過“和/或”從句具體限定的那些元件之外的元件可以任選擇地被呈現(xiàn)，或者與具體限定的那些元件相關或者與具體限定的那些元件不相關。因而，作為非限制性實例，當在用開放式的語言例如“包括”使用時，引用“A和/或B”在一種實施方案中可以僅指A(可選擇地包括除了B之外的元件)，在另一種實施方案中可以僅指B(可選擇地包括除了A之外的元件)，在又另一實施方案中可以指A和B兩者(可選擇地包括其他元件)等。

如本文中所使用的在說明書和權(quán)利要求書中，關于一組一個或更多個元件的短語“至少一個”應該被理解為意指選擇所列元件中的任意一個或者更多個的至少一個元件，但是不必包括在所列元件內(nèi)具體列出的每個元件中的至少一個并且不排除所列元件中元件的任意組合。這一規(guī)定還允許可以任選地呈現(xiàn)除了在短語“至少一個”所指的那些所列元件內(nèi)具體限定的元件之外的元件，不管是否與具體限定的那些元件相關或者不相關。因而，作為非限制性實例，“A和B中至少之一”(或者等同于“A或B中至少之一”或者等同于“A和/或B中至少之一”)可以，在一種實施方案中指至少一個，可選地包括不止一個，A，不存在B(并且可選地包括除了B的元件)；在另一實施方案中，指至少一個，可選地包括不止一個，B，不存在A(并且可選地包括除了A的元件)；在又另一實施方案中，指至少一個，可選地包括不止一個A，以及至少一個，可選擇地包括不止一個B(并且可選擇地包括其他元件)等。

此外，本文所使用的表述和術語是為了描述的目的并且不應該被認為是限制性的。在本文中“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”及其變化形式的使用意在包括此后所列出的項目和其等同物以及附加項目。

在權(quán)利要求書以及上述說明書中，所有的慣用表述例如“包括”、“包含”、“承載”、“具有”、“含有”、“涉及”、“擁有”、“由……構(gòu)成”等應該被理解為是開放的，即，意指包括但不限于。只有慣用表述“由……組成”和“基本由……組成”應該分別是封閉或者半封閉的慣用表述。