JP5876500B2 - 超音波振動子の形成方法、ならびに関連する装置 - Google Patents
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Description
本発明の態様は、超音波振動子に関し、より詳細には、空気に支持されたキャビティを画定する圧電微小加工超音波振動子の形成方法、および関連する装置に関する。
一部の微小加工超音波振動子(MUT)は、たとえば、本特許の開示の譲受人でもあるリサーチ・トライアングル・インスティチュートに譲渡された米国特許第7,449,821号に開示されている圧電微小加工超音波振動子(pMUT)等として構成されてもよく、同文献は、参照により本明細書にその全体が組み込まれていてもよい。
Claims (39)
- 圧電超音波振動子装置の形成方法であって、前記方法が、
主基板上に配置される誘電体層上に第1の電極を堆積することと、
前記第1の電極に圧電材料を配置し、前記圧電材料上に第2の電極を堆積することであって、前記第1および第2の電極が、前記圧電材料と共に振動子装置を形成することと、
前記第1の電極の一部が、前記電極から横方向に外側へ延在するように、少なくとも前記圧電材料をパターニングすることと、
前記主基板および前記誘電体層をエッチングし、前記横方向に外側へ延在する前記第1の電極に延在する第1のビアを形成することと、
前記第1のビアを実質的に充填する第1の導電材料を堆積することであって、前記第1の導電材料が、前記横方向に外側へ延在する第1の電極の一部と導電係合を形成することと、
前記基板を貫通して延在する第2のビアを画定する前記主基板をエッチングすることであって、前記第2のビアが、前記第1のビアから横方向に離間されていることと
を含む、方法。 - 第1の電極を堆積することが、前記誘電体層上の第1の電極を堆積することをさらに含み、前記誘電体層が、デバイス基板に配置され、前記デバイス基板が、前記主基板上にさらに配置されている、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のビアの幅に対する前記主基板の厚さのアスペクト比が、約1:1〜約20:1となるように、前記第1のビアを形成する前記主基板をエッチングする前に、前記主基板の一部を除去することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記主基板の一部を除去することが、前記アスペクト比が約5:1〜約7:1となるように前記主基板の一部を除去することをさらに含む、請求項3に記載の方法。
- 前記主基板の一部を除去することが、前記アスペクト比が約6:1となるように前記主基板の一部を除去することをさらに含む、請求項3に記載の方法。
- 前記主基板上の絶縁材料を堆積することをさらに含み、前記絶縁材料が、前記第1の導電材料の堆積の前に、前記第1のビア内へ延在し、前記第1ビアを覆う、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のビアが、側壁および端壁によって画定され、前記方法が、前記側壁から前記絶縁材料を除去することなく、前記端壁から前記絶縁材料を実質的に除去するために、前記絶縁材料をエッチングすることをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記主基板上の前記絶縁材料上の第2の導電材料を堆積することをさらに含み、前記第2の導電材料が、前記第1の導電材料と導電係合を形成する、請求項6に記載の方法。
- 前記第2のビアを形成するために前記主基板をエッチングする前に、前記主基板上に配置される前記絶縁材料をエッチングすることをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記振動子装置を形成することが、前記第1の電極が信号電極として構成されるように、振動子装置を形成することをさらに含み、前記第2の電極が、接地電極として構成され、前記第1および第2の電極が、それぞれ、電気的に導電した材料を含む、請求項1に記載の方法。
- 導電はんだ要素、導電スタッド要素、およびその間の導電接触材料のうちの1つと、前記第1の導電材料および外部デバイス間に導電係合を形成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 導電はんだ要素、導電スタッド要素およびその間の導電接触材料のうちの1つと、前記第2の導電材料および外部デバイス間に導電係合をさらに含む、請求項8に記載の方法。
- 第2のビアを画定する前記主基板をエッチングすることが、前記圧電素子に向かって前記基板を貫通して延在する第2のビアを画定する前記主基板をエッチングすることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 圧電超音波振動子装置の形成方法であって、前記方法が、
主基板上に誘電体層を堆積することと、
前記主基板および前記誘電体層を介して延在する第1のビアを形成する前記主基板および前記誘電体層をエッチングすることと、
前記第1の電極が、前記導電材料と導電係合を形成するように、前記主基板上に配置される前記誘電体層上に第1の電極を堆積することと、
前記第1の電極上の圧電材料を堆積することと、前記圧電材料上の第2の電極を堆積することであって、前記第1および第2の電極が、前記圧電材料と共に振動子装置を形成することと、
前記第1の電極の一部が、前記電極から横方向に外側へ延在するように少なくとも前記圧電材料をパターニングすることであって、前記横方向に外側へ延在する前記第1の電極の一部が、前記第1の導電材料と導電係合を形成することと、
前記基板を貫通して延在する第2のビアを画定する前記主基板をエッチングすることであって、前記第2のビアが、前記第1のビアから横方向に離間されていることと
を含む、方法。 - 誘電体層を堆積することが、デバイス基板上に誘電体層を堆積することをさらに含み、前記主基板のエッチングが、前記主基板、前記デバイス基板および前記誘電体層のエッチングをさらに含み、これらを貫通して延在する第1のビアを形成するように、前記デバイス基板が前記主基板上にさらに配置される、請求項14に記載の方法。
- 前記第1のビアが側壁によって画定され、前記第1の導電材料の堆積前に、前記第1のビアの前記側壁を覆うために、前記方法が絶縁材料を堆積することをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 絶縁材料を堆積することが、前記主基板を実質的に被覆するために絶縁材料を堆積することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記第1のビアの幅に対する前記主基板の厚さのアスペクト比が、約1:1〜約20:1となるように、前記主基板の一部を除去することをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記主基板の一部を除去することが、前記アスペクト比が、約5:1〜約7;1となるように前記主基板の一部を除去することをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記主基板の一部を除去することが、前記アスペクト比が約6:1となるように前記主基板の一部を除去することをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記主基板上の前記絶縁材料上の第2の導電材料を堆積することをさらに含み、前記第2の導電材料が、前記第1の導電材料と導電係合を形成する、請求項17に記載の方法。
- 前記第2のビアを形成するために前記主基板をエッチングする前に、前記主基板上に配置された前記絶縁材料をエッチングすることをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 振動子装置を形成することが、前記第1の電極が信号電極として構成されるように振動子装置を形成することをさらに含み、前記第2の電極が、接地電極として構成され、前記第1および第2の電極が、それぞれ導電材料を含む、請求項14に記載の方法。
- 導電はんだ要素、導電スタッド要素および導電接触材料のうちの1つと、前記第1の導電材料および外部デバイス間に導電係合を形成することをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 導電はんだ要素、導電スタッド要素および導電接触材料のうちの1つと、前記第2の導電材料および外部デバイス間に導電係合を形成することをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 第2のビアを画定するために前記主基板をエッチングすることが、前記主基板を介して、前記圧電材料へ向かって延在する第2のビアを画定する前記主基板をエッチングすることをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 圧電超音波振動子装置であって、
誘電体層上に配置された振動子装置であって、前記振動子装置が、前記誘電体層上に配置される第1の電極および前記第1の電極と第2の電極との間に配置される圧電材料を含み、前記第1の電極が、少なくとも前記圧電材料から横方向に外側へ延在する電極の一部を有するように構成される振動子装置と、
主基板であって、前記基板上に配置される前記誘電体層を有する主基板であり、前記主基板が、横方向に外側へ延在する前記第1の電極の一部へ延在する第1のビアを画定する前記誘電体層と共に、前記主基板が、前記基板を貫通して延在する第2のビアをさらに画定し、前記第2のビアが、前記第1のビアから横方向に離間されている、主基板と、
前記第1のビアを実質的に充填し、前記横方向に外側へ延在する第1の電極の一部と導電係合を有するよう構成される第1の導電材料と、
前記誘電体層および前記主基板の間に配置されたデバイス基板であり、前記デバイス基板が、前記主基板および前記誘電体層と共に、前記第1のビアを画定する、デバイス基板と
を含む、圧電超音波振動子装置。 - 前記主基板が、シリコン基板を含む、請求項27に記載の装置。
- 前記主基板および前記デバイス基板が共に、シリコン・オン・インシュレータ基板を画定するよう構成される、請求項27に記載の装置。
- 前記主基板が、約1:1〜約20:1の間の前記第1のビアの幅に対する前記主基板の厚さのアスペクト比を有する、請求項27に記載の装置。
- 主基板が、前記アスペクト比が、約5:1〜約7:1となるように構成される、請求項30に記載の装置。
- 前記主基板が、前記アスペクト比が約6:1となるように構成される、請求項30に記載の装置。
- 前記主基板上に堆積する絶縁材料をさらに含み、前記絶縁材料が、前記第1のビアに延在してこれを覆い、ならびに第1の導電材料を実質的に露出させる、請求項27に記載の装置。
- 前記絶縁材料が、第1のビア内の前記主基板および前記第1の導電材料の間にさらに配置されている、請求項33に記載の装置。
- 前記主基板上の前記絶縁材料上に堆積する第2の導電材料をさらに含み、前記第2の導電材料が、前記第1の導電材料と導電係合を形成する、請求項33に記載の装置。
- 前記第1の電極が、信号電極として構成され、前記第2の電極が、接地電極として構成され、前記第1および第2の電極が、それぞれ電気的な導電材料を含む、請求項27に記載の装置。
- 導電はんだ要素、導電スタッド要素、およびその間の導電接触材料のうちの1つを介した前記第1の導電材料と導電係合した外部デバイスをさらに含む、請求項27に記載の装置。
- 導電はんだ要素、導電スタッド要素、およびその間の導電接触材料のうちの1つを介した前記第2の導電材料と導電係合した外部デバイスをさらに含む、請求項35に記載の装置。
- 前記第2のビアが、前記圧電素子に向かって前記基板を貫通して延在するよう構成される、請求項27に記載の装置。
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