FR2880232A1 - Transducteur a ultrasons micro-usine capacitif fabrique avec membrane de silicium epitaxiale - Google Patents
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Abstract
Il est proposé une cellule de transducteur à ultrasons micro-usiné capacitif (cMUT) (10). La cellule cMUT (10) comprend une électrode inférieure (18). En outre, la cellule cMUT (10) comprend une membrane (22) placée adjacente à l'électrode inférieure (18) de manière à former un espacement ayant une première largeur d'espacement entre la membrane (22) et l'électrode inférieure (18), la membrane (22) comprenant soit une première couche épitaxiale soit une première couche de polysilicium. De plus, un matériau réducteur de contrainte est placé dans la première couche épitaxiale.
Description
TRANSDUCTEUR A ULTRASONS MICRO USINE CAPACITIF FABRIQUE
AVEC MEMBRANE DE SILICIUM EPITAXIALE
L'invention porte globalement sur des capteurs électrostatiques, et en particulier sur des transducteurs à ultrasons micro-usinés capacitifs (cMUT).
Les transducteurs sont des dispositifs qui transforment des signaux d'entrée d'un certain type en signaux de sortie d'un type différent. Des transducteurs couramment utilisés comprennent des capteurs thermiques, des capteurs de pression, des capteurs de lumière et des capteurs acoustiques. Un transducteur à ultrasons est un exemple de capteur acoustique, qui peut être mis en oeuvre en imagerie médicale, examen non 1 o destructif, et autres applications.
Un transducteur à ultrasons micro-usiné capacitif (cMUT) est un type de transducteur à ultrasons. Une cellule cMUT comprend généralement un substrat qui contient une électrode inférieure, une membrane suspendue au-dessus du substrat au moyen de montants de support, et une couche de métallisation qui sert d'électrode supérieure. L'électrode inférieure, la membrane et l'électrode supérieure délimitent une cavité. Comme le comprendront les personnes ayant des compétences dans l'art, les montants de support tiennent typiquement les bords de la membrane pour former une cellule cMUT. En outre, lorsqu'une tension est appliquée entre l'électrode inférieure et l'électrode supérieure, la membrane vibre et émet un son, ou au contraire, des ondes sonores reçues font vibrer la membrane et provoquent des variations de capacité. La membrane peut être scellée pour permettre un fonctionnement des cellules cMUT immergées dans des liquides.
Comme décrit plus haut, une cellule cMUT comprend globalement une membrane placée au-dessus d'une cavité sous vide, et les cavités dans les cMUT étaient sélectivement attaquées à l'acide en passant par des ouvertures dans la membrane pour former la cavité sous-jacente. Traditionnellement, ces cMUT sont fabriqués en employant des techniques de micro-usinage de surface. Toutefois, comme on le comprendra, des cMUT fabriqués en utilisant des techniques de micro-usinage de surface souffrent d'un faible rendement et de non uniformités dans la membrane. Selon une autre possibilité, une plaquette de silicium sur isolant peut être liée à un substrat de silicium comportant des cavités produites par gravure dans une couche d'oxyde protectrice. Ces cMUT micro-usinés en profondeur offrent de meilleures prédictibilité, reproductibilité et uniformité des membranes par rapport aux cMUT micro-usinés en surface. Toutefois, l'utilisation des plaquettes de silicium sur isolant peut ne pas être rentable. En outre, la flexibilité du procédé est limitée par l'utilisation de plaquettes de silicium sur isolant et il est difficile de produire des membranes à structure complexe en utilisant la technologie de fabrication de cMUT conventionnelle connue dans l'art.
En conséquence, pour garantir la prédictibilité, la reproductibilité et l'uniformité des membranes avec une conception à bas coût, à haute disponibilité et flexible, il peut être souhaitable de mettre au point des techniques qui atténuent les problèmes associés aux techniques de fabrication actuelles employées pour fabriquer des membranes de cMUT.
Selon une forme de réalisation de la présente technique, il est proposé une cellule de transducteur à ultrasons micro-usiné capacitif (cMUT). La cellule cMUT comprend une électrode inférieure. En outre, la cellule cMUT comprend une membrane placée adjacente à l'électrode inférieure de manière à former un espacement ayant une première largeur d'espacement entre la membrane et l'électrode inférieure, la membrane comprenant soit une première couche épitaxiale soit une première couche de polysilicium. De plus, un matériau réducteur de contrainte est placé dans la première couche épitaxiale ou la première couche de polysilicium.
Le matériau réducteur de contrainte peut comprendre du germanium. La cellule cMUT peut comprendre en outre une électrode supérieure couplée à la membrane. La cellule cMUT peut comprendre en outre un matériau placé entre la membrane et une deuxième couche épitaxiale dans une configuration où la membrane et la deuxième couche épitaxiale sont positionnées en regard l'une de l'autre, la configuration étant configurée pour être utilisée comme électrode supérieure.
Selon un autre aspect de la présente technique, il est proposé un procédé de fabrication d'une cellule cMUT. Le procédé comprend l'étape consistant à former une cavité sur un côté supérieur d'un premier substrat, la cavité étant délimitée par une pluralité de montants de support. En outre, le procédé comprend l'étape consistant à placer une membrane sur la pluralité de montants de support afin de former une structure composite ayant un espacement entre l'électrode inférieure et la membrane, la membrane comprenant soit une première couche épitaxiale soit une première couche de polysilicium. De plus, le procédé comprend l'étape consistant à déposer un matériau réducteur de contrainte dans la première couche épitaxiale ou la première couche de polysilicium.
Le procédé peut comprendre en outre la fabrication d'une partie inférieure qui comprend une électrode inférieure, et/ou la fabrication d'une partie supérieure qui comprend une membrane.
Selon encore un autre aspect de la présente technique, il est proposé un procédé de fabrication d'une cellule cMUT. Le procédé comprend l'étape consistant à placer soit une première couche épitaxiale soit une première couche de polysilicium sur un premier substrat, où la première couche épitaxiale ou la première couche de polysilicium et le premier substrat sont dopés par des impuretés de types opposés, et où le niveau de dopage dans la première couche épitaxiale ou la première couche de polysilicium est différent du niveau de dopage dans le premier substrat. Le procédé comprend aussi l'étape consistant à placer un matériau réducteur de contrainte dans la première couche épitaxiale ou la première couche de polysilicium.
La première couche épitaxiale ou la première couche de polysilicium peut comprendre un matériau du type N et le premier substrat peut comprendre un matériau du type P. Le niveau de dopage de la première couche épitaxiale ou la première couche de polysilicium peut être fort et le niveau de dopage du premier substrat peut être faible.
Les précédents et autres caractéristiques, aspects et avantages de l'invention ressortiront à l'étude de la description détaillée suivante de quelques formes de réalisation préférées, illustrée par les dessins annexés sur lesquels les mêmes numéros repèrent partout des composants correspondants et dans lesquels: la figure 1 est une vue de côté en coupe d'un exemple de réalisation d'une cellule cMUT dans lequel la membrane est configurée pour servir d'électrode supérieure et un substrat est dopé localement et la région dopée est configurée pour servir d'électrode inférieure, selon des aspects de la présente technique; la figure 2 est une vue de côté en coupe d'un exemple de réalisation de la cellule cMUT de la figure 1 dans lequel la membrane est configurée pour servir d'électrode supérieure et un substrat est configuré pour servir d'électrode inférieure, selon des aspects de la présente technique; la figure 3 est une vue de côté en coupe d'un exemple de réalisation d'une cellule cMUT comprenant une électrode supérieure et dans lequel un substrat est dopé localement et la région dopée est configurée pour servir d'électrode inférieure, selon des aspects de la présente technique; la figure 4 est une vue de côté en coupe d'un exemple de réalisation de la cellule cMUT de la figure 3 dans lequel la cellule cMUT comprend une électrode supérieure et un substrat est configuré pour servir d'électrode inférieure, selon des aspects de la présente technique; la figure 5 est une vue de côté en coupe d'un exemple de réalisation d'une cellule cMUT comprenant une électrode inférieure et une électrode supérieure dopée localement placée dans une membrane, selon des aspects de la présente technique; la figure 6 est une vue de côté en coupe d'un exemple de réalisation de la cellule cMUT de la figure 5 dans lequel la cellule cMUT comprend une électrode supérieure dopée localement placée dans la membrane et un substrat est configuré pour servir d'électrode inférieure, selon des aspects de la présente technique; la figure 7 est une perspective d'un exemple de réalisation d'une électrode supérieure comprenant une couche d'électrode placée entre une première couche épitaxiale et une deuxième couche épitaxiale; et la figure 8 est un organigramme représentant un procédé de fabrication d'une cellule cMUT.
Dans de nombreux domaines, tels que l'imagerie médicale et l'examen non destructif, il peut être souhaitable d'utiliser des transducteurs à ultrasons qui permettent de créer des images diagnostiques de haute qualité. Des images diagnostiques de haute qualité peuvent être obtenues au moyen de transducteurs à ultrasons, tels que des transducteurs à ultrasons micro-usinés capacitifs (cMUT), qui possèdent des capacités parasites réduites leur permettant d'atteindre une meilleure sensibilité. En outre, il peut aussi être souhaitable de mettre au point un procédé rentable de fabrication de transducteurs à ultrasons, tels que des cMUT, qui garantisse la prédictibilité, la reproductibilité et l'uniformité d'une membrane de cMUT. De plus, il peut être avantageux d'accroître la flexibilité de conception des membranes de cMUT. Les techniques décrites dans la présente aboutissent à certains ou la totalité de ces résultats.
On se rapportera maintenant à la figure 1 qui est une vue de côté en coupe d'un exemple de réalisation d'une cellule de transducteur à ultrasons micro-usiné capacitif (cMUT) 10. Comme le comprendront les personnes ayant des compétences dans l'art, les figures sont fournies à titre d'illustration et ne sont pas tracées à l'échelle. La cellule cMUT 10 comprend un substrat 12 ayant un côté supérieur et un côté inférieur. Le substrat 12 peut être fait de verre, de silicium ou d'une combinaison des deux. En outre, le substrat 12 peut comprendre une plaquette de silicium du type P ou du type N. De plus, le niveau de dopage dans le substrat 12 peut être faible. Par exemple, le niveau de dopage dans le substrat 12 peut être inclus dans un intervalle allant d'environ 1013cm-3 à environ 1020cm-3. En conséquence, le substrat 12 peut être configuré pour posséder une haute résistivité. L'épaisseur du substrat 12 peut être par exemple incluse dans un intervalle allant d'environ 5(4tm à environ 5001.tm.
Plusieurs montants de support 14 ayant un côté supérieur et un côté inférieur peuvent être placés sur le côté supérieur du substrat 12. Les montants de support 14 peuvent être configurés pour délimiter une cavité 16. Généralement, la hauteur des montants de support 14 est incluse dans un intervalle allant d'environ 0,1 m à environ 10,0 m. De plus, les montants de support 14 peuvent être formés en utilisant un matériau diélectrique, tel que mais non limité à du dioxyde de silicium ou du nitrure de silicium. De plus, la cavité 16 peut avoir une profondeur incluse dans un intervalle allant d'environ 0,05 m à environ 10,01_tm.
Une électrode inférieure 18 peut être placée sur le substrat 12 à l'intérieur de la cavité 16. Selon des aspects de la présente technique, l'électrode inférieure 18 peut être implantée dans le substrat 12. En outre, l'électrode inférieure 18 peut comprendre un matériau du type P ou du type N. Selon une autre possibilité, l'électrode inférieure 18 peut être diffusée dans le substrat 12. L'épaisseur de l'électrode inférieure 18 peut par exemple être incluse dans un intervalle allant d'environ 0, 051.tm à environ 9,951am. De plus, l'électrode inférieure 18 peut être fortement dopée et peut donc être configurée pour posséder une faible résistivité. Par exemple, le niveau de dopage dans l'électrode inférieure 18 peut être inclus dans un intervalle allant d'environ 1017cm-3 à environ 1020cm-3. En outre, la cavité 16 peut comprendre un plancher diélectrique 20 qui est configuré pour assurer l'isolement électrique entre l'électrode inférieure 18 et une électrode supérieure.
Toujours à propos de la figure 1, une membrane 22 peut être placée sur le côté supérieur de la pluralité de montants de support 14. La membrane 22 peut comprendre 1 o une couche épitaxiale de silicium. En outre, la membrane peut comprendre un matériau du type P ou du type N. La membrane peut être fortement dopée et peut donc être configurée pour posséder une faible résistivité. Par exemple, le niveau de dopage dans la membrane 22 peut être inclus dans un intervalle allant d'environ 1013cm-3 à environ 1020cm-3. En outre, selon des aspects de la présente technique, un matériau réducteur de contrainte peut être placé dans la couche épitaxiale de silicium. Par exemple, le matériau réducteur de contrainte peut comprendre du germanium. Dans une variante, la membrane 22 peut comprendre une couche de polysilicium.
Comme on le comprendra, des couches épitaxiales fortement dopées présentent un haut niveau de contrainte propre en raison des forts niveaux de dopage. Dans une situation où la couche épitaxiale fortement dopée est employée comme membrane dans un cMUT, la couche épitaxiale peut subir une contrainte de compression et/ou de traction. Cela affecte en conséquence les propriétés mécaniques de la couche épitaxiale, et la réponse du dispositif cMUT peut donc être altérée.
Comme solution au problème mentionné plus haut, la contrainte subie par la couche épitaxiale peut être sensiblement abaissée par dopage de la couche épitaxiale. Dans une forme de réalisation, du germanium (Ge) peut être placé dans la couche épitaxiale, le germanium pouvant être employé comme matériau réducteur de contrainte. Le matériau réducteur de contrainte peut être placé dans la couche épitaxiale en employant des techniques de l'art antérieur au cours de la fabrication de la préforme de silicium. Selon une autre possibilité, le matériau réducteur de contrainte peut être placé dans la couche épitaxiale par implantation ionique après que le silicium a été découpé de la préforme et mis en forme de plaquette.
Selon un aspect de la présente technique, la membrane 22 peut être fabriquée en employant du silicium monocristallin. Selon une autre possibilité, des matériaux tels que mais non limités à du nitrure de silicium, de l'oxyde de silicium, du silicium polycristallin ou autres matériaux semiconducteurs peuvent aussi être employés pour fabriquer la membrane 22. En outre, l'épaisseur de la couche épitaxiale de silicium est basée sur une épaisseur prédéterminée de la membrane 22. Par exemple, l'épaisseur de la membrane 22 peut typiquement être incluse dans un intervalle allant d'environ 0,1 m 1 o à environ 2011m. De plus, dans la forme de réalisation représentée, la membrane 22 peut être configurée pour être utilisée comme électrode supérieure de la cellule cMUT 10.
On se rapportera maintenant à la figure 2 qui est une vue de côté en coupe d'une autre forme de réalisation 24 de la cellule cMUT 10 de la figure 1. Selon des aspects de la présente technique, le substrat 12 peut être fortement dopé. En conséquence, le substrat 12 peut être configuré pour posséder une faible résistivité. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, le substrat 12 peut être configuré pour être utilisé comme électrode inférieure. La membrane 22 peut comprendre une couche épitaxiale de silicium. En outre, selon des aspects de la présente technique, la couche épitaxiale de silicium peut contenir un matériau réducteur de contrainte, tel que mais non limité à du germanium, réparti en son sein. Comme mentionné plus haut, la membrane peut comprendre un matériau du type P ou du type N et peut être configurée pour posséder une faible résistivité.
On se rapportera maintenant à la figure 3 qui est une vue de côté d'un autre exemple de réalisation 26 d'une cellule cMUT. Dans cette forme de réalisation, une électrode supérieure 28 peut être modelée par formation des motifs sur la membrane 22, l'électrode supérieure 28 pouvant être couplée à la membrane 22. L'électrode supérieure 28 peut être fabriquée en employant un matériau tel que mais non limité à un métal, un polysilicium dopé ou une couche épitaxiale dopée. Dans la forme de réalisation représentée, la membrane 22 peut comprendre une couche épitaxiale de silicium. En outre, comme mentionné plus haut, la couche épitaxiale de silicium peut comprendre un matériau réducteur de contrainte réparti en son sein. La membrane 22 peut aussi comprendre un matériau du type P ou du type N. De plus, le niveau de dopage dans la membrane 22 peut être faible, en conséquence de quoi la membrane 22 peut être configurée pour posséder une haute résistivité.
Toujours à propos de la figure 3, le substrat 12 peut comprendre une plaquette de silicium du type P ou du type N. De plus, le niveau de dopage dans le substrat 12 peut être faible, en conséquence de quoi le substrat 12 possède une haute résistivité. En outre, l'électrode inférieure 18 peut être implantée ou diffusée dans le substrat 12. Dans cette forme de réalisation, l'électrode inférieure 18 peut être fortement dopée, en conséquence de quoi l'électrode inférieure 18 possède une faible résistivité.
La figure 4 est une vue de côté en coupe d'une autre forme de réalisation 30 de la cellule cMUT 26 représentée sur la figure 3. Dans la forme de réalisation représentée, le substrat 12 est configuré pour être utilisé comme électrode inférieure. Le substrat 12 peut être un matériau du type P ou du type N. En outre, le substrat 12 peut être fortement dopé, et peut donc être configuré pour posséder une faible résistivité.
La figure 5 est une vue de côté en coupe d'un exemple de réalisation 32 d'une cellule cMUT. Dans cette forme de réalisation, un matériau qui peut être configuré pour être utilisé comme électrode supérieure 28 peut être implanté dans la membrane 22. Selon une autre possibilité, l'électrode supérieure 28 peut être formée par diffusion du matériau dans la membrane 22. Dans cette forme de réalisation, l'électrode supérieure 28 peut comprendre un matériau du type P ou du type N. De plus, l'électrode supérieure 28 implantée ou diffusée peut être fortement dopée et être donc configurée pour posséder une faible résistivité. Comme mentionné plus haut, la membrane 22 peut être un matériau du type P ou du type N et peut être configurée pour posséder une haute résistivité.
De plus, le substrat 12 peut comprendre une plaquette de silicium du type P ou du type N. De plus, le niveau de dopage dans le substrat 12 peut être faible, en conséquence de quoi le substrat 12 possède une haute résistivité. En outre, l'électrode inférieure 18 peut être implantée ou diffusée dans le substrat 12. Dans cette forme de réalisation, l'électrode inférieure 18 peut être fortement dopée, en conséquence de quoi l'électrode inférieure 18 possède une faible résistivité.
La figure 6 est une vue de côté en coupe d'une autre forme de réalisation 34 de la cellule cMUT 32 représentée sur la figure 5. Dans la forme de réalisation représentée, le substrat 12 est configuré pour être utilisé comme électrode inférieure. Le substrat 12 peut être un matériau du type P ou du type N. En outre, le substrat 12 peut être fortement dopé et être donc configuré pour posséder une faible résistivité.
La figure 7 représente un exemple de configuration 36 de la membrane 22 qui peut être employée comme électrode supérieure 28, selon d'autres aspects de la présente technique. Dans cet exemple de configuration 36, une couche d'électrode 38 peut être prise en sandwich entre une première couche épitaxiale 40 et une deuxième couche épitaxiale 42. Cette configuration 36 peut alors être configurée pour être utilisée comme électrode supérieure 28.
Selon d'autres aspects de la présente technique, il est proposé un procédé de fabrication d'une forme de réalisation d'une structure composite d'une cellule cMUT. Dans la présente, le terme structure composite est utilisé pour désigner un élément structurel, tel que la cellule cMUT 10, fabriqué par réunion de composants distincts. La figure 8 représente un organigramme de fabrication de la cellule cMUT. Le procédé peut comprendre la fabrication d'une partie inférieure qui peut comprendre une électrode inférieure. De plus, le procédé peut comprendre la fabrication d'une partie supérieure qui peut comprendre une membrane. En outre, la partie supérieure peut aussi comprendre une électrode supérieure.
Comme représenté sur la figure 8, une étape 44 est une étape initiale dans le processus de fabrication de la partie inférieure d'une cellule cMUT, telle que la cellule cMUT 10 représentée sur la figure 1. L'étape 44 consiste à préparer un substrat porteur 12 (voir la figure 1), ou plaquette, ayant un côté supérieur et un côté inférieur. Le substrat porteur 12 peut comprendre une plaquette de silicium du type P ou du type N. En outre, le niveau de dopage du substrat 12 peut être faible, en conséquence de quoi le substrat porteur 12 peut être configuré pour posséder une haute résistivité. lo
A une étape 46, une première couche d'oxyde peut être formée sur le côté supérieur du substrat porteur 12 au moyen d'un processus d'oxydation qui peut être un processus d'oxydation à sec, un processus d'oxydation par réactif liquide, ou une combinaison des deux. L'épaisseur de la première couche d'oxyde définit un espacement entre une électrode inférieure et une électrode supérieure de la cellule cMUT 10.
Des procédés de gravure et d'attaque à l'acide peuvent être employés pour éliminer une section de la première couche d'oxyde, de manière à former une pluralité de montants de support 14 (voir la figure 1) et une cavité 16 (voir la figure 1) qui peut être délimitée par la pluralité de montants de support 14. Dans une forme de réalisation, la pluralité de montants de support 14 est placée sur le substrat porteur 12. Une étape de gravure peut être employée pour former un masque approprié comportant des ouvertures délimitant la cavité 16. La première couche d'oxyde peut être attaquée chimiquement en utilisant un réactif d'attaque isotrope tel que le fluorure d'hydrogène (HF) aqueux. Selon une autre possibilité, la pluralité de montants de support 14 peut être formée sur une membrane de la cellule cMUT 10 comme décrit plus bas.
Ensuite, à une étape 48, une électrode inférieure 18 (voir la figure 1) peut être implantée dans le substrat porteur 12. Des procédés tels qu'une implantation ionique utilisant un masque de photorésist peuvent être employés pour implanter l'électrode inférieure 18 dans le substrat porteur 12. Selon une autre possibilité, comme indiqué à une étape 50, l'électrode inférieure 18 peut être diffusée dans le substrat porteur 12. L'électrode inférieure 18 peut être diffusée en employant l'oxyde comme masque. A une étape 52, un processus d'oxydation, tel qu'une oxydation thermique, peut être employé pour former un plancher diélectrique 20 (voir la figure 1) qui peut aider à assurer l'isolement électrique de la cavité 16.
Le procédé de fabrication de la cellule cMUT comprend en outre la fabrication d'une partie supérieure qui peut comprendre la membrane 22 (voir la figure 1). Selon un exemple de réalisation de la présente technique, la membrane 22 peut comprendre une couche épitaxiale. Selon des aspects de la présente technique, un substrat hôte ayant un côté supérieur et un côté inférieur est préparé à une étape 54. Le substrat hôte peut comprendre des matériaux tels que du silicium. En outre, le substrat hôte peut comprendre un matériau du type P ou du type N. Ensuite, à une étape 56, une couche épitaxiale de silicium peut être placée sur le côté supérieur du substrat hôte. L'épaisseur de la couche épitaxiale peut dépendre d'une épaisseur prédéterminée de la membrane 22. Selon une variante, une couche de polysilicium peut être placée sur le côté supérieur du substrat hôte par dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite (LPCVD).
Selon des aspects de la présente technique, la couche épitaxiale et le substrat hôte sont dopés par des impuretés de types opposés. Par exemple, si le substrat hôte comprend un matériau du type P, alors la couche épitaxiale peut être configurée pour comprendre un matériau du type N. Au contraire, si le substrat hôte comprend un 1 o matériau du type N, alors la couche épitaxiale peut être configurée pour comprendre un matériau du type P. De plus, le niveau de dopage dans la couche épitaxiale est différent du niveau de dopage dans le substrat hôte. Par exemple, si le niveau de dopage dans le substrat hôte est faible, alors la couche épitaxiale peut être fortement dopée. Au contraire, si le substrat hôte est fortement dopé, alors le niveau de dopage dans la couche épitaxiale peut être faible. Par exemple, le niveau de dopage du substrat hôte est inclus dans un intervalle allant d'environ 1013cm 3 à environ 1020cm-3. Le niveau de dopage de la couche épitaxiale est aussi inclus dans un intervalle allant d'environ 1013cm-3 à environ 1020cm 3.
En outre, à une étape 58, un matériau réducteur de contrainte tel que mais non limité à du germanium peut être placé dans la couche épitaxiale, selon des aspects de la présente technique. Comme mentionné plus haut, le matériau réducteur de contrainte peut être configuré pour abaisser sensiblement la contrainte de traction et/ou de compression dans la couche épitaxiale. A l'étape 58, le matériau réducteur de contrainte peut être placé dans la couche épitaxiale par implantation ionique ou dopage in situ.
Selon une forme de réalisation de la présente technique, la pluralité de montants de support 14 peut être placée sur la couche épitaxiale. Dans cette forme de réalisation, une couche d'oxyde peut être placée sur la couche épitaxiale au moyen d'un processus d'oxydation qui peut être un processus d'oxydation à sec, un processus d'oxydation par réactif liquide, ou une combinaison des deux. La couche d'oxyde définit un espacement entre l'électrode inférieure 18 et l'électrode supérieure 28. Des procédés de gravure et d'attaque à l'acide peuvent être utilisés pour éliminer une section de la couche d'oxyde, de manière à former une pluralité de montants de support 14 (voir la figure 1) et une cavité 16 (voir la figure 1) qui peut être délimitée par les montants de support 14. Une étape de gravure peut être employée pour former un masque approprié comportant des ouvertures délimitant la cavité 16 et la première couche d'oxyde peut être attaquée chimiquement en utilisant un réactif d'attaque isotrope tel que du fluorure d'hydrogène (HF) aqueux.
Après fabrication de chacune des parties supérieure et inférieure, la structure composite de la cellule cMUT 10 peut être formée en plaçant la partie supérieure sur la 1 o partie inférieure de telle manière que la couche épitaxiale soit face au substrat porteur 12, comme indiqué à une étape 60. En d'autres termes, les parties supérieure et inférieure sont positionnées de telle manière que la cavité 16 à l'intérieur de la partie inférieure est substantiellement couverte par la couche épitaxiale placée sur la partie supérieure, pour ainsi former une chambre entre les deuxsubstrats. Ensuite, les deux substrats, c'est-à-dire le substrat porteur et le substrat hôte, peuvent être liés par soudage des plaquettes par fusion, par exemple.
L'étape de soudage des plaquettes peut être suivie par une élimination d'une plaquette de manipulation, telle que le substrat hôte, à une étape 62. Selon des aspects de la présente technique, à l'étape 62, le substrat hôte peut être aminci jusqu'à former la membrane 22 d'épaisseur prédéterminée par attaque électrochimique avec un arrêt de gravure, tel qu'une jonction P-N polarisée en inverse. De plus, comme le comprendront les personnes ayant des compétences dans l'art, l'épaisseur de la couche épitaxiale est basée sur une épaisseur prédéterminée voulue. Comme mentionné plus haut, il existe une différence de niveau de dopage entre le substrat hôte et la couche épitaxiale. Cette différence de niveau de dopage peut être employée pour faciliter avantageusement la maîtrise de l'épaisseur de la couche épitaxiale. En conséquence, cette différence de niveau de dopage peut être employée pour arrêter l'attaque de la couche épitaxiale afin de maîtriser l'épaisseur de la membrane 22. Selon une autre possibilité, une attaque chimique minutée peut être employée pour la maîtrise de l'épaisseur.
Comme le comprendront les personnes ayant des compétences dans l'art, à l'étape 62, le substrat hôte peut être éliminé en employant un polissage ou meulage mécanique suivi d'une attaque à l'acide avec des réactifs tels que mais non limités à l'hydroxyde de tétraméthyl ammonium (TMAH), l'hydroxyde de potassium (KOH) ou l'éthylène diamine pyrocatéchol (EDP), pour ne laisser subsister que la couche épitaxiale qui forme la membrane 22 (voir la figure 1) au-dessus de la cavité 16.
Ensuite, à une étape 64, une électrode supérieure peut être formée. Dans une forme de réalisation de la présente technique, la membrane 22 peut être configurée pour être utilisée comme électrode supérieure 28. Dans cette forme de réalisation, la membrane 22 peut être fortement dopée et en conséquence, la membrane peut être configurée pour posséder une faible résistivité.
Selon d'autres aspects de la présente technique, la membrane 22 peut être formée par croissance d'une première couche épitaxiale sur le substrat hôte. Une couche d'électrode peut être placée sur la première couche épitaxiale. Après le placement de la couche d'électrode, une deuxième couche épitaxiale peut être placée sur la couche d'électrode de manière à couvrir substantiellement la couche d'électrode. Cette configuration, représentée sur la figure 7, dans laquelle la couche d'électrode est prise en sandwich entre deux couches épitaxiales, peut ensuite être configurée pour être utilisée comme électrode supérieure 28.
Selon une autre possibilité, dans une autre forme de réalisation, un matériau peut être placé sur la membrane 22, ce matériau pouvant être configuré pour être utilisé comme électrode supérieure 28. Par exemple, une couche mince de métal peut être placée sur la membrane 22 pour constituer l'électrode supérieure 28. L'électrode supérieure 28 peut être formée en employant des matériaux tels que mais non limités à un métal, un polysilicium dopé ou une couche épitaxiale dopée.
La formation de l'électrode supérieure 28 à l'étape 64 peut être suivie par une séquence de photogravure et de gravure sèche pour former les motifs de l'électrode supérieure 28 de manière à créer un capteur capacitif. Ensuite, une autre séquence de photogravure et de gravure sèche peut être exécutée à une étape 66 pour éliminer la couche épitaxiale et la couche d'oxyde autour de la périphérie de la cellule cMUT 10.
Cela peut avantageusement faciliter l'isolement électrique de cellules cMUT individuelles d'avec des cellules cMUT voisines qui peuvent être agencées dans une rangée ou une matrice. De plus, le processus de photogravure et gravure sèche peut aider à établir un contact électrique avec le substrat porteur 12 qui peut comprendre l'électrode inférieure 18.
Les diverses formes de réalisation de la cellule cMUT et les procédés de fabrication de la cellule cMUT décrits plus haut permettent une fabrication rentable de cellules cMUT. En outre, en employant le procédé de fabrication décrit plus haut, on peut atteindre une meilleure maîtrise de l'épaisseur de la membrane 22. De plus, un dopage local des électrodes inférieures peut avantageusement faciliter une réduction des capacités parasites, permettant d'atteindre une meilleure sensibilité. Ces cellules cMUT peuvent avoir des applications dans divers domaines tels que l'imagerie médicale, l'examen non destructif, les télécommunications sans fil, des applications de sécurité et autres applications.
Bien que seules certaines caractéristiques de l'invention aient été représentées et décrites dans la présente, les personnes ayant des compétences dans l'art pourront imaginer de nombreuses modifications et variantes.
LISTE DES COMPOSANTS
Exemple de réalisation de cellule cMUT dans lequel la membrane est l'électrode supérieure 12 Premier substrat 14 Montants de support 16 Cavités 18 Electrode inférieure Plancher diélectrique 22 Membrane 24 Exemple de réalisation de cellule cMUT dans lequel la membrane est l'électrode supérieure et le premier substrat est l'électrode inférieure 26 Exemple de réalisation de cellule cMUT comprenant des électrodes inférieure et supérieure 28 Electrode supérieure Exemple de réalisation de cellule cMUT comprenant une électrode supérieure et dans lequel le premier substrat est l'électrode inférieure 32 Exemple de réalisation de cellule cMUT comprenant une électrode inférieure et dans lequel l'électrode supérieure est placée dans la membrane 34 Exemple de réalisation de cellule cMUT dans lequel le premier substrat est l'électrode inférieure et l'électrode supérieure est placée dans la membrane 36 Exemple de réalisation d'une électrode supérieure 38 Couche d'électrode Première couche épitaxiale 42 Deuxième couche épitaxiale 44 Etape de préparation d'un premier substrat 46 Etape de formation de montants de support et d'une cavité par oxydation thermique, gravure et attaque chimique de l'oxyde 48 Etape de placement d'une électrode inférieure par implantation 50 Autre étape de placement d'une électrode inférieure par diffusion 52 Etape d'isolation électrique par oxydation thermique 54 Etape de préparation d'un substrat hôte 56 Etape de placement d'une couche épitaxiale de silicium sur le substrat hôte 58 Etape de placement d'un matériau réducteur de contrainte dans la couche épitaxiale de silicium Etape de soudage des plaquettes formant parties supérieure et inférieure pour former une structure composite de cellule cMUT 62 Etape d'élimination de plaquettes de manipulation par attaque chimique 64 Etape de formation d'une électrode supérieure 66 Etape d'isolation électrique par gravure et attaque chimique
Claims (10)
1. Cellule de transducteur à ultrasons micro-usiné capacitif (10) comprenant: une électrode inférieure (18); une membrane (22) placée adjacente à l'électrode inférieure (18) de manière à former un espacement ayant une première largeur d'espacement entre la membrane (22) et l'électrode inférieure (18), caractérisée en ce que la membrane (22) comprend soit une première couche épitaxiale (40) soit une première couche de polysilicium; et un matériau réducteur de contrainte placé dans la première couche épitaxiale (40) ou la première couche de polysilicium.
2. Cellule de transducteur à ultrasons micro-usiné capacitif (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau réducteur de contrainte comprend du germanium.
3. Cellule de transducteur à ultrasons micro-usiné capacitif selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une électrode supérieure (28) couplée à la membrane (22).
4. Cellule de transducteur à ultrasons micro-usiné capacitif (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un matériau placé entre la membrane (22) et une deuxième couche épitaxiale (42) dans une configuration où la membrane (22) et la deuxième couche épitaxiale (42) sont positionnées en regard l'une de l'autre, et dans laquelle la configuration est configurée pour être utilisée comme électrode supérieure (28).
5. Procédé de fabrication d'une cellule de transducteur à ultrasons micro-usiné capacitif (10), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: former une cavité (16) sur un côté supérieur d'un premier substrat (12), la cavité 30 (16) étant délimitée par une pluralité de montants de support (14); placer une membrane (22) sur la pluralité de montants de support (14) afin de former une structure composite ayant un espacement entre l'électrode inférieure (18) et la membrane (22), la membrane (22) comprenant soit une première couche épitaxiale (40) soit une première couche de polysilicium; et placer un matériau réducteur de contrainte dans la première couche épitaxiale (40) ou la première couche de polysilicium.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la fabrication d'une partie inférieure qui comprend une électrode inférieure (18).
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la fabrication d'une partie supérieure qui comprend une membrane (22).
8. Procédé de fabrication d'une cellule de transducteur à ultrasons micro-usiné capacitif (10), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: placer soit une première couche épitaxiale (40) soit une première couche de polysilicium sur un premier substrat (12), où la première couche épitaxiale (40) ou la première couche de polysilicium et le premier substrat (12) sont dopés par des impuretés de types opposés, et où un niveau de dopage dans la première couche épitaxiale (40) ou la première couche de polysilicium est différent d'un niveau de dopage dans le premier substrat (12); et placer un matériau réducteur de contrainte dans la première couche épitaxiale (40) ou la première couche de polysilicium.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première couche épitaxiale (40) ou la première couche de polysilicium comprend un matériau du type N et le premier substrat (12) comprend un matériau du type P.
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le niveau de dopage de la première couche épitaxiale (40) ou la première couche de polysilicium est fort et le niveau de dopage du premier substrat (12) est faible.
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