JP2018023165A - 相補型金属酸化膜半導体(cmos)超音波振動子およびその形成方法 - Google Patents
相補型金属酸化膜半導体(cmos)超音波振動子およびその形成方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 相補型金属酸化膜半導体(CMOS)超音波振動子(CUT)とCUTを形成するための方法が記載される。CUTはモノリシックに統合された超音波振動子および振動子に関連して動作するための集積回路を含んでよい。CUTは、超音波撮像デバイスおよび/または高強度焦点式超音波(HIFU)デバイスなどの超音波デバイスで使用されてよい。
【選択図】 図26
Description
[0001] 本出願は、整理番号B1348.70007US00のもとに2013年3月15日に出願された、「COMPLEMENTARY METAL OXIDE SEMICONDUCTOR(CMOS) ULTRASONIC TRANSDUCERS AND METHODS FOR FORMING THE SAME」という名称の米国仮特許出願第61/794,744号の米国特許法第119条(e)のもとでの利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (78)
- 超音波振動子と、
前記超音波振動子に結合された集積回路であって、CMOSウェハ内に形成された集積回路と、を備え、
前記超音波振動子が、
前記CMOSウェハ内に形成されたキャビティと、
前記キャビティの上を覆う、単結晶シリコン以外の材料で形成されたメンブレンと、
前記メンブレンと前記集積回路との間の電気的接続性を提供する電気接点と、を備える装置。 - CMOSウェハ内にキャビティを形成することと、
単結晶シリコンを含まない材料で形成された前面を有する転写ウェハを前記CMOSウェハに接合することと、を含み、
前記転写ウェハを前記CMOSウェハに接合することが450℃未満で行われる、超音波振動子を形成する方法。 - 内部に形成された集積回路(IC)を有する相補型金属酸化膜半導体(CMOS)ウェハと、
前記CMOSウェハ内のキャビティ上方に設けられるメンブレンであって、前記CMOSウェハと統合され、かつ前記キャビティに近い第1の側と前記キャビティから遠い第2の側を有するメンブレンと、
前記キャビティに近い前記メンブレンの前記第1の側に接触し、かつ前記メンブレンを前記ICに電気的に接続する導電性電気経路と、を備える装置。 - 前記キャビティが導電材料で形成された導電性側壁により少なくとも部分的に画定され、前記導電性電気経路が前記導電性側壁の少なくとも一部を備える、請求項3に記載の装置。
- 前記導電性側壁が金属を含み、前記メンブレンの前記第1の側が前記金属の層を含む、請求項4またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記金属が窒化チタン(TiN)を含む、請求項5またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記キャビティが非導電性側壁により少なくとも部分的に画定され、前記導電性電気経路が前記非導電性側壁内に埋め込みビアを備える、請求項3またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記メンブレンがポリシリコンを含む、請求項3またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記メンブレンがアモルファスシリコンを含む、請求項3またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記メンブレンが縮退ドープシリコンを含む、請求項3またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記メンブレンが、第1の厚さを有する中央部分と第2の厚さを有する外側部分とを含む不均一な厚さを有する、請求項3またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記第2の厚さが前記第1の厚さよりも小さい、請求項11またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記第1の厚さが前記第2の厚さよりも小さい、請求項11またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記メンブレンがピストンとして構成される、請求項11またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記第2の厚さがおよそ1ミクロンとおよそ5ミクロンとの間である、請求項11またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記第2の厚さがおよそ0.1ミクロンとおよそ2ミクロンとの間である、請求項11またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記第1の厚さがおよそ1ミクロンとおよそ50ミクロンとの間である、請求項16またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記CMOSウェハが、複数のキャビティと、複数の超音波振動子を画定する前記複数のキャビティのそれぞれのキャビティ上方の複数のメンブレンとを含む、請求項3またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記複数の超音波振動子が超音波撮像デバイスの少なくとも一部として構成される、請求項18に記載の装置。
- 前記複数の超音波振動子が高強度焦点式超音波(HIFU)デバイスの少なくとも一部として構成される、請求項18またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記複数の超音波振動子が超音波撮像デバイスおよび/または高強度焦点式超音波(HIFU)デバイスとして動作可能なデバイスを形成するように構成される、請求項18またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記複数の超音波振動子が画像誘導HIFUを行うように撮像デバイスおよびHIFUデバイスとして動作可能なデバイスを形成するように構成される、請求項21またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記CMOSウェハ内の前記キャビティ下方の電極をさらに備え、前記キャビティが第1の幅を有し、前記電極が第2の幅を有する、請求項3またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記第1の幅が前記第2の幅よりも大きい、請求項23またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記第1の幅が前記第2の幅にほぼ等しい、請求項23またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記第1の幅が前記第2の幅よりも小さい、請求項23またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記電極がTiNを含む、請求項23またはその他の前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 内部に形成されたキャビティを有する基板と、
前記基板と統合され、かつ前記キャビティの上を覆うメンブレンであって、およそ0.05ミクロンとおよそ1ミクロンとの間の厚さを有するメンブレンと、を備える超音波振動子。 - 前記基板が、内部に形成された集積回路(IC)を有する相補型金属酸化膜半導体(CMOS)ウェハであり、かつ前記メンブレンが前記基板とモノリシックに統合される、請求項28に記載の超音波振動子。
- 前記メンブレンがおよそ0.1ミクロンとおよそ0.5ミクロンとの間の厚さを有する、請求項28に記載の超音波振動子。
- 前記メンブレンがポリシリコンを含む、請求項28またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 前記メンブレンがアモルファスシリコンを含む、請求項28またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 前記メンブレンが前記キャビティを封止する、請求項28またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 前記メンブレンが、第1の厚さを有する中央部分と第2の厚さを有する外側部分とを含む不均一な厚さを有する、請求項28またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 前記第1の厚さが前記第2の厚さよりも小さい、請求項34またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 前記第2の厚さが前記第1の厚さよりも小さい、請求項34またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 前記メンブレンがピストンとして構成される、請求項34またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 前記第2の厚さがおよそ1ミクロンとおよそ5ミクロンとの間である、請求項34またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 前記第2の厚さがおよそ0.1ミクロンとおよそ2ミクロンとの間である、請求項34またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 前記第1の厚さがおよそ1ミクロンとおよそ50ミクロンとの間である、請求項34またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 前記中央部分が、前記メンブレンのための質量として構成される、請求項34またはその他の前記請求項のいずれかに記載の超音波振動子。
- 相補型金属酸化膜半導体(CMOS)ウェハ内の集積回路(IC)を前記CMOSウェハ内のキャビティを覆うメンブレンの第1の側であって、前記キャビティに近い前記メンブレンの第1の側に接続する導電性電気経路を形成し、前記メンブレンが前記キャビティから遠い第2の側をさらに有することにより、
超音波振動子を形成すること、を含む方法。 - 相補型金属酸化膜半導体(CMOS)ウェハ内の集積回路(IC)を前記CMOSウェハ内のキャビティを覆うメンブレンの第1の側であって、前記キャビティに近い前記メンブレンの第1の側に接続する導電性電気経路を形成することを含み、前記メンブレンが前記キャビティから遠い第2の側をさらに有する、超音波振動子を形成する方法。
- 前記メンブレンが前記キャビティを封止する、請求項43に記載の方法。
- 前記CMOSウェハ内の前記ICを前記メンブレンの前記第1の側に接続する前記導電性電気経路を形成することが、前記CMOSウェハ内に前記導電性電気経路を形成することと、続いて前記メンブレンを前記CMOSウェハとモノリシックに統合することとを含む、請求項43に記載の方法。
- 前記メンブレンを前記CMOSウェハとモノリシックに統合することが、転写ウェハを前記CMOSウェハと接合するためにウェハボンディングプロセスを行うことを含み、前記ウェハボンディングプロセスが450℃未満で行われる、請求項45に記載の方法。
- 前記転写ウェハを前記CMOSウェハと接合することに続いて前記転写ウェハから前記メンブレンを形成することをさらに含む、請求項46に記載の方法。
- 前記メンブレンが、第1の厚さを有する中央部分と前記第1の厚さよりも小さい第2の厚さを有する外側部分とを含む不均一な厚さを有し、前記メンブレンを前記CMOSウェハとモノリシックに統合することが、前記メンブレンの前記外側部分と前記キャビティの側壁の上側との間に封止を形成することを含む、請求項45またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記キャビティの導電性側壁を形成することにより少なくとも部分的に、前記CMOSウェハ内に前記キャビティを形成することをさらに含む、請求項43またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記導電性電気経路が前記導電性側壁の少なくとも一部を備える、請求項49またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記導電性側壁が金属を含み、前記メンブレンの前記第1の側が前記金属の層を含む、請求項49またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記金属が窒化チタン(TiN)を含む、請求項51またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記キャビティの非導電性側壁を形成することにより少なくとも部分的に、前記CMOSウェハ内に前記キャビティを形成することをさらに含む、請求項43またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記導電性電気経路を形成することが、前記キャビティの前記非導電性側壁内に埋め込みビアを形成することを含む、請求項53またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記メンブレンをポリシリコンで形成することをさらに含む、請求項43またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記メンブレンをアモルファスシリコンで形成することをさらに含む、請求項43またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記メンブレンが、第1の厚さを有する中央部分と前記第1の厚さよりも小さい第2の厚さを有する外側部分とを含む不均一な厚さを有する、請求項43またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記メンブレンがピストンとして構成される、請求項57またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記第2の厚さがおよそ1ミクロンとおよそ5ミクロンとの間である、請求項57またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記第2の厚さがおよそ0.1ミクロンとおよそ2ミクロンとの間である、請求項57またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の厚さがおよそ1ミクロンとおよそ50ミクロンとの間である、請求項60またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- キャビティをポリシリコンまたはアモルファスシリコンメンブレンで封止することにより、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)ウェハ内に有蓋キャビティを形成することを含む、超音波振動子を作製する方法。
- 前記封止キャビティを形成することが、前記CMOSウェハ内に前記キャビティを形成することと、前記CMOSウェハをポリシリコンまたはアモルファスシリコンの層を備える転写ウェハと接合することと、前記転写ウェハの前記ポリシリコンまたはアモルファスシリコンの層から前記メンブレンを形成することとを含む、請求項62に記載の方法。
- 前記CMOSウェハを前記転写ウェハと接合することが、前記接合を450℃未満で行うことを含む、請求項63に記載の方法。
- 前記転写ウェハの前記ポリシリコンまたはアモルファスシリコンの層から前記メンブレンを形成することが、前記ポリシリコンまたはアモルファスシリコンの層を薄膜化することを含む、請求項63またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記転写ウェハが、ベースシリコン層と、絶縁層と、前記ポリシリコンまたはアモルファスシリコンの層とを含む多層ウェハである、請求項65またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記ポリシリコンまたはアモルファスシリコンの層がポリシリコンの層である、請求項66またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記ポリシリコンまたはアモルファスシリコンの層がアモルファスシリコンの層である、請求項66またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記転写ウェハの前記ポリシリコンまたはアモルファスシリコンの層から前記メンブレンを形成することが、前記ベースシリコン層と前記絶縁層とを除去することを含む、請求項66またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記CMOSウェハ内に前記封止キャビティを形成することが、前記キャビティをポリシリコンメンブレンで封止することを含む、請求項62またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記CMOSウェハ内に前記封止キャビティを形成することが、前記キャビティをアモルファスシリコンメンブレンで封止することを含む、請求項62またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記メンブレンが、第1の厚さを有する中央部分と前記第1の厚さよりも小さい第2の厚さを有する外側部分とを含む不均一な厚さを有する、請求項62またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記メンブレンの外側部分が第1の厚さを有し、前記方法が、前記キャビティを前記ポリシリコンまたはアモルファスシリコンメンブレンで封止することに続いて、前記第1の厚さよりも大きい第2の厚さを有する前記メンブレンの中央部分を形成することをさらに含む、請求項62またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記第2の厚さを有する前記メンブレンの前記中央部分を形成することが、前記メンブレン上に第1の材料を堆積させてパターニングすることを含む、請求項73またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の材料を堆積させてパターニングすることが450℃未満で行われる、請求項74またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の材料がポリシリコンやアモルファスシリコンではない、請求項74またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記ポリシリコンまたはアモルファスシリコンメンブレンが縮退ドープされる、請求項62またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記有蓋キャビティを形成することが前記キャビティを封止することを含む、請求項62またはその他の前記請求項のいずれかに記載の方法。
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