[发明专利]超声波传感器微阵列和其制造方法

说明书

相关申请

本申请是2013年3月14日提交的美国专利申请序列号13/804279的部分接续案。

本申请涉及2013年11月01日提交的名称为“UltrasonicSensorMicroarrayandMethodofManufacturingSame(超声波传感器微阵列和其制造方法)”的共同拥有的国际专利申请序列号PCT/CA2013/000937，并且以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种微机械系统(MEMS)和其制造方法，并且更具体地是可充当电容式微加工超声波换能器(CMUT)的部件的三维MEMS器件如传感器微阵列。在一种优选应用中，本发明涉及一种超声波传感器微阵列和其制造方法，其包含或模拟双曲抛物面形传感器配置或芯片，并且其包括苯并环丁烯(BCB)作为结构部件。CMUT的合适用途包括医疗和其它非车辆应用，以及用于车辆或汽车传感器用途的应用，例如在车辆盲点、障碍物的监测中和/或在自主车辆驾驶和/或停车应用中。

背景技术

在出版物DesignofaMEMSDiscretizedHyperbolicParaboloidGeometryUltrasonicSensorMicroarray(MEMS离散化双曲抛物面几何结构超声波传感器微阵列的设计),IEEETransactionsOnUltrasonics,Ferroelectrics,AndFrequencyControl(IEEE超声学、铁电体与频率控制汇刊),第55卷,第6期,2008年6月(在此以引用的方式将其公开内容并入本文)中，本发明人描述了电容式微加工超声波换能器(CMUT)的离散化双曲抛物面几何形状波束形成阵列的概念，所述阵列组装在微制造的分层几何结构上。

在CMUT的最初制造概念中，对绝缘体上硅(SOI)晶片进行初步清洁，然后使用射频磁控溅射在其上沉积10nm的铬种晶层以提供粘合层。在沉积所述铬粘合层后，使用常规的CMUT沉积方法沉积200nm厚金层。在沉积金层后，将AZ4620光致抗蚀剂薄层旋转沉积(spin-deposite)在所述金层上，进行图案化和蚀刻。然后通过将所述晶片浸没在碘化钾溶液中，接着在稀王水中对铬种晶层进行蚀刻并且其后进行冲洗来蚀刻金层。其后进一步对器件层进行蚀刻以提供声学端口，所述声学端口用于隔膜内的静压力均衡并且允许在释放阶段(releasestage)去除SiO₂。

在感应耦合等离子体反应离子蚀刻机(ICP-RIE)中使用波希法(Boschprocess)深反应离子蚀刻(DRIE)对顶部SOI晶片进行蚀刻。在利用Bosch和DRIE蚀刻进行金属蚀刻后，通过O₂灰化处理去除剩余的光致抗蚀剂。将Bosch蚀刻的晶片浸没在缓冲氧化物蚀刻(BOE)溶液中以在不显著蚀刻单晶硅的情况下选择性地蚀刻SiO₂来释放选择性隔膜。在蚀刻和冲洗后，每个阵列的感测表面(染料)在系统级芯片制造中进行组装并使用导电粘合剂环氧树脂进行粘结。

然而，本申请人已经了解，用于制造电容式微加工超声波换能器的现有工艺需要精确的制造公差。结果，CMUT传感器或换能器的阵列在商业规模上的制造尚未在市场中得到广泛的普及。

以引用的方式将其全文并入本文中的Chou等的美国专利No.6942750描述了在3DMEMS结构的制造中使用光敏苯并环丁烯(BCB)粘结的图案化晶片的构造(construct)和方法。特别地，Chou等公开了使用光活化的感光BCB作为用于实现精确图案化晶片粘结的组件粘合剂，同时用BCB粘合层实现的所得三维MEMS微结构增加了组装晶片复合体的Z高度。

发明内容

本发明人已经了解，通过改进的制造方法和/或利用可调节的工作频率可实现新型和/或更可靠的CMUT阵列设计。本发明的一个非限制性目的为提供一种超声波传感器，其包含用于发送和接收信号的一个或多个CMUT微阵列或模块，并且其可能更加不受多种不同类型的超声背景噪音源中的一种或多种的影响，所述噪音源为诸如道路噪音、行人、骑自行车者和/或动物通行、汽车碰撞声音、工业性作业、发电源等。

在一种结构中，本发明提供一种三维MEMS器件并且更优选是CMUT换能器，其包含硅基晶片、作为Z轴中的结构部件的苯并环丁烯(BCB)树脂如Cyclotene^TM，和硅和/或BCB基隔膜或膜片层。