(57)【要約】  腔内超音波撮像装置は、患者の身体内腔内に配置されるように構成される可撓性細長部材を含む。前記可撓性細長部材は、近位部分及び遠位部分を有する。前記装置は、前記可撓性細長部材の前記遠位部分に配置される超音波撮像アセンブリをも含む。前記超音波撮像アセンブリは、前記身体内腔の撮像データを取得するように構成される。前記超音波撮像アセンブリは、基板、前記基板の上に配置された酸化ケイ素層、及び前記酸化ケイ素層の上に配置された複数の行のマイクロマシン超音波トランスデューサ素子を含むトランスデューサアレイを含む。前記複数の行のマイクロマシン超音波トランスデューサ素子の２つが、前記酸化ケイ素層に形成されたスクリーンを通してエッチングすることにより形成された溝により離間される。関連付けられた装置、システム及び方法も、提供される。
2020527379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の身体内腔内に配置されるように構成され、近位部分及び遠位部分を有する可撓性細長部材と、
前記可撓性細長部材の前記遠位部分に配置され、前記身体内腔の撮像データを取得するように構成される超音波撮像アセンブリであって、前記超音波撮像アセンブリが、
複数の離間されたセグメントに分離された基板、
前記基板の上に配置されたハードマスク層、及び
前記ハードマスク層の上に配置された複数の行のトランスデューサ素子、
を有し、前記基板の前記複数の離間されたセグメントの各々の少なくとも１つの側壁が、互いに垂直な２つの方向に沿って伝搬する波状フィーチャを有する、当該超音波撮像アセンブリと、
を有する腔内超音波撮像装置。
【請求項２】
前記基板が、シリコンを有し、
前記ハードマスク層が、酸化ケイ素を有する、
請求項１に記載の腔内超音波撮像装置。
【請求項３】
前記複数の行のトランスデューサ素子の各々が、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）素子又は圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）素子を有する、請求項１に記載の腔内超音波撮像装置。
【請求項４】
前記超音波撮像アセンブリが、可撓性相互接続を更に有し、
前記複数の行のトランスデューサ素子の２つが、溝により互いから離間され、
前記可撓性相互接続が、前記溝の上に広がり、
前記可撓性相互接続が、凹部のアレイを含む表面を有する、
請求項１に記載の腔内超音波撮像装置。
【請求項５】
前記腔内超音波撮像装置が、管状部材を更に有し、前記可撓性相互接続及び前記トランスデューサアレイが、前記管状部材の周りに配置される、請求項４に記載の腔内超音波撮像装置。
【請求項６】
腔内超音波撮像装置を製造する方法において、
第１の側においてハードマスクを有する基板を提供するステップと、
第１の領域において前記ハードマスクを通して第１の複数の孔を形成するステップと、
前記第１の複数の孔を通して前記基板をエッチングするステップであって、これにより溝を形成するステップと、
前記第１の複数の孔の上に材料層を堆積するステップと、
前記第１の領域に隣接した第２の領域において複数の超音波トランスデューサ素子を形成するステップと、
前記第１及び第２の領域において前記基板の上に可撓性層を形成するステップと、
を有する方法。
【請求項７】
前記基板が、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板を提供するステップが、前記基板の前記第１の側において前記ハードマスクを形成することを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の領域において前記ハードマスクを通して前記第１の複数の孔を提供するステップが、エッチングマスクとして金属層を使用して前記ハードマスクをエッチングすることを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の複数の孔を通して前記基板をエッチングするステップが、ディープリアクティブイオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用して前記第１の複数の孔を通して前記基板をエッチングすることを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の複数の孔の上に前記材料層を堆積するステップが、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）を使用して前記材料層を堆積することを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の領域において前記複数の超音波トランスデューサ素子を形成するステップが、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）素子又は圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）素子を形成することを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記溝を露出するように前記基板の第２の側において開口を形成するステップ、
を更に有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記開口を通して前記第２の側から、前記溝において露出された前記材料層及び前記ハードマスクを取り除くステップ、
を更に有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の複数の孔の上に配置された前記材料層を平坦化するステップを更に有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
患者の身体内腔内に配置されるように構成され、近位部分及び遠位部分を有する可撓性細長部材と、
前記可撓性細長部材の前記遠位部分に配置され、前記身体内腔の撮像データを取得するように構成される超音波撮像アセンブリであって、前記超音波撮像アセンブリが、
基板、
前記基板の上に配置された酸化ケイ素層、及び
前記酸化ケイ素層の上に配置された複数の行のマイクロマシン超音波トランスデューサ素子、
を有し、前記複数の行のマイクロマシン超音波トランスデューサ素子の２つが、前記酸化ケイ素層に形成されたスクリーンを通してエッチングすることにより形成された溝により離間される、当該超音波撮像アセンブリと、
を有する、腔内超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体が参照により組み込まれる２０１７年６月３０日に出願された米国仮出願第６２／５２７１４３及び２０１８年６月１日に出願された米国仮出願第６２／６７９１３４の優先権及び利益を主張する。
【０００２】
本開示は、広くは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、具体的には、超音波トランスデューサアレイ及びこれを製造する方法に関する。例えば、一部の実施例において、超音波トランスデューサアレイを製造する方法は、一時的充填材料で溝を充填する必要なしに埋められた溝（buried trench）を形成するステップを含むことができる。
【背景技術】
【０００３】
フレックス−トゥ−リジッド（Flex-to-Rigid、Ｆ２Ｒ）技術は、最小侵襲カテーテル及びガイドワイヤの先端における多数のセンサ及び撮像トランスデューサのような小型かつ複雑な電気機械コンポーネントの製造を可能にする製造プラットフォームである。容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）アレイ又は圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）アレイのような、ＭＥＭＳ装置は、まず、半導体基板上で製造され、次いで、可撓性基板に移される。Ｆ２Ｒ技術を使用して、ＣＭＵＴ又はＰＭＵＴアレイは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び受動コンポーネントと一緒に、半導体基板上で様々なサイズに形成されることができる。最も一般的な半導体基板の１つは、シリコン基板である。シリコンは、音波の良好な導体であるので、ＣＭＵＴ又はＰＭＵＴトランスデューサの間のクロストークは、問題であることができる。クロストーク問題に対する解決法は、埋められた溝により分離されたアイランド上に超音波トランスデューサを形成することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、マイクロマシン超音波トランスデューサを分離するように埋められた溝を形成することは、高分子のような犠牲材料で溝を充填し、半導体基板の裏側からの選択的エッチングのステップのような、後のステップで犠牲材料を取り除くことを必要とする。溝に一時的に充填される犠牲材料は、硬化（curing or hardening）中に収縮する性質を持ち、半導体基板において応力を生じ、結果として半導体基板の不所望な湾曲又は反りを生じる可能性がある。加えて、マイクロマシン超音波トランスデューサに対するスキャナ面積を最大化するように溝の幅を最小化することが望ましいので、これまでより小さい溝を犠牲材料で充填することは、ますます難しくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の実施例は、患者の身体内腔の画像データを取得する超音波トランスデューサ素子のような、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置において埋められた溝を製造する方法を提供する。典型的な方法は、半導体基板上の領域上に酸化ケイ素又は金属線からスクリーンを形成し、次いで、ディープリアクティブイオンエッチング（ＤＲＩＥ）で前記領域をエッチングし、前記スクリーンをエッチングマスクとして使用することを含む。前記ＤＲＩＥのサイクルタイムを増加することにより、実質的に垂直な溝が、前記領域において形成されることができ、前記スクリーンは、その場所に留まる。非コンフォーマル層が、次いで、前記溝を充填することなしに前記スクリーン内の孔を閉じるように前記半導体基板上に堆積され、これにより埋められた溝を形成する。
【０００６】
典型的な実施例において、腔内（intraluminal）超音波撮像装置が、提供される。前記装置は、患者の身体内腔内に配置されるように構成され、近位部分及び遠位部分を有する可撓性細長部材と、前記可撓性細長部材の前記遠位部分に配置され、前記身体内腔の撮像データを取得するように構成される超音波撮像アセンブリとを有し、前記超音波撮像アセンブリが、複数の離間されたセグメントに分離された基板、前記基板上に配置されたハードマスク層、及び前記ハードマスク層上に配置された複数の行のトランスデューサ素子を有するトランスデューサアレイを有し、前記基板の前記複数の離間されたセグメントの各々の少なくとも１つの側壁が、互いに垂直な２つの方向に沿って伝搬する波状フィーチャを有する。前記複数の離間されたセグメントは、完全に及び／又は部分的に互いから分離されてもよい。
【０００７】
一部の実施例において、前記基板は、シリコンを有し、前記ハードマスク層は、酸化ケイ素を有する。一部の実施例において、前記複数の行のトランスデューサ素子の各々は、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）素子又は圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）素子を有する。一部の実施例において、前記超音波撮像アセンブリは、可撓性相互接続を更に有し、前記複数の行のトランスデューサ素子の２つが、溝により互いから離間され、前記可撓性相互接続は、前記溝の上に広がり、前記可撓性相互接続は、凹部のアレイを含む表面を有する。一部の実施例において、前記装置は、管状部材を更に含み、前記可撓性相互接続及び前記トランスデューサアレイは、前記管状部材のまわりに配置される。
【０００８】
典型的な実施例において、腔内超音波撮像装置を製造する方法が、提供される。前記方法は、第１の側においてハードマスクを有する基板を提供するステップと、第１の領域において前記ハードマスクを通して第１の複数の孔を形成するステップと、前記第１の複数の孔を通して前記基板をエッチングし、これにより溝を形成するステップと、第１の複数の孔の上に材料相を堆積するステップと、前記第１の領域に隣接した第２の領域において複数の超音波トランスデューサ素子を形成するステップと、前記第１及び第２の領域において前記基板上に可撓性層を形成するステップとを含む。
【０００９】
一部の実施例において、前記基板は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板である。一部の実施例において、前記基板を提供するステップは、前記基板の第１の側において前記ハードマスクを形成することを有する。一部の実施例において、前記ハードマスクを通して前記第１の複数の孔を形成するステップは、金属層をエッチングマスクとして使用して前記ハードマスクをエッチングすることを有し、前記金属層は、第２の複数の孔を含む。一部の実施例において、前記第１の複数の孔を通して前記基板をエッチングするステップは、ディープリアクティブイオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用して前記第１の複数の孔を通して前記基板をエッチングすることを有する。一部の実施例において、前記第１の複数の孔の上に前記材料層を堆積するステップは、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）を使用して前記材料層を堆積することを有する。一部の実施例において、前記第２の領域において前記複数の超音波トランスデューサ素子を形成するステップは、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）素子又は圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）素子を形成することを有する。一部の実施例において、前記方法は、前記溝を露出するように前記基板の第２の側に開口を形成するステップを更に有する。一部の実施例において、前記方法は、前記開口を通して第２の側から、前記溝において露出された前記ハードマスク及び前記材料層を取り除くステップを更に有する。一部の実施例において、前記方法は、前記第１の複数の孔の上に堆積された前記材料層を平坦化するステップを更に有する。
【００１０】
典型的な実施例において、腔内超音波撮像装置が、提供される。前記装置は、患者の身体内腔内に配置されるように構成され、近位部分及び遠位部分を有する可撓性細長部材と、前記可撓性細長部材の前記遠位部分に配置され、前記身体内腔の画像データを取得するように構成される超音波撮像アセンブリとを含み、前記超音波撮像アセンブリは、基板、前記基板の上に堆積された酸化ケイ素層、及び前記酸化ケイ素層の上に堆積された複数の行のマイクロマシン超音波トランスデューサ素子を有するトランスデューサアレイを有し、前記複数の行のマイクロマシン超音波トランスデューサの２つは、前記酸化ケイ素層に形成されたスクリーンを通してエッチングすることにより形成された溝により離間される。
【００１１】
本開示の追加の態様、フィーチャ及び利点は、以下の詳細な記載から明らかになる。
【００１２】
本開示の例示的な実施例は、添付の図面を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本開示の一実施例による、腔内超音波撮像装置の概略図である。
【図１Ｂ】本開示の一実施例による、超音波スキャナアセンブリを含む腔内超音波撮像装置の概略図である。
【図２Ａ】本開示の一実施例による、製造プロセスにおける半導体基板の断面図である。
【図２Ｂ】本開示の一実施例による、製造プロセスにおける半導体基板の断面図である。
【図２Ｃ】本開示の一実施例による、製造プロセスにおける半導体基板の断面図である。
【図２Ｄ】本開示の一実施例による、製造プロセスにおける半導体基板の断面図である。
【図２Ｅ】本開示の一実施例による、製造プロセスにおける半導体基板の断面図である。
【図２Ｆ】本開示の一実施例による、製造プロセスにおける半導体基板の断面図である。
【図３】本開示の一実施例による、半導体基板に埋められた溝を製造する方法のフローチャートである。
【図４Ａ】本開示の一実施例による、図３の方法の一実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図４Ｂ】本開示の一実施例による、図３の方法の一実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図４Ｃ】本開示の一実施例による、図３の方法の一実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図４Ｄ】本開示の一実施例による、図３の方法の一実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図４Ｅ】本開示の一実施例による、図３の方法の一実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図４Ｆ】本開示の一実施例による、図３の方法の一実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図４Ｇ】本開示の一実施例による、図３の方法の一実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図５Ａ】本開示の一実施例による、図３の方法の他の実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図５Ｂ】本開示の一実施例による、図３の方法の他の実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図５Ｃ】本開示の一実施例による、図３の方法の他の実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図５Ｄ】本開示の一実施例による、図３の方法の他の実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図５Ｅ】本開示の一実施例による、図３の方法の他の実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図５Ｆ】本開示の一実施例による、図３の方法の他の実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図５Ｇ】本開示の一実施例による、図３の方法の他の実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図５Ｈ】本開示の一実施例による、図３の方法の他の実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図５Ｉ】本開示の一実施例による、図３の方法の他の実施例の異なる動作における半導体基板の上面図及び断面図である。
【図６】本開示の一態様による、ディープリアクティブイオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用して形成された溝の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図７Ａ】本開示の一実施例による、ＤＲＩＥを使用して形成された埋められた溝のＳＥＭ画像である。
【図７Ｂ】本開示の一実施例による、ＤＲＩＥを使用して形成された埋められた溝のＳＥＭ画像である。
【図８Ａ】本開示の一実施例による、異なる側壁構成を持つ半導体基板の上面図である。
【図８Ｂ】本開示の一実施例による、異なる側壁構成を持つ半導体基板の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示の原理の理解を促進する目的で、図面に示された実施例が参照され、特定の言語が、同じものを記載するのに使用される。それでもなお、本開示の範囲に対する限定が意図されないと理解される。記載された装置、システム及び方法に対するいかなる変更及び更なる修正、並びに本開示の原理の更に他の応用も、本開示が関連する分野の当業者が通常に思いつくので、完全に予期され、本開示内に含まれる。例えば、前記埋められた溝の形成は、腔内超音波撮像に関して記載されるが、この応用に限定されることが意図されないと理解される。前記埋められた溝の形成は、埋められた溝を要求するいかなる応用にも等しく良好に適している。特に、一実施例に対して記載されたフィーチャ、コンポーネント及び／又はステップが、本開示の他の実施例に対して記載されたフィーチャ、コンポーネント及び／又はステップと組み合わせられてもよいことは、完全に予期される。簡潔さのため、しかしながら、これらの組み合わせの多くの反復は、別々に記載されない。
【００１５】
図１Ａは、本開示の態様による、腔内超音波撮像システム１００の概略図である。例えば、システム１００は、血管内超音波（ＩＶＵＳ）撮像システムであることができる。腔内超音波撮像システム１００は、カテーテル、ガイドワイヤ、又はガイドカテーテルのような半導体ＩＶＵＳ装置１０２、患者インタフェースモジュール（ＰＩＭ）１０４、ＩＶＵＳ処理システム又はコンソール１０６、及びモニタ１０８を含みうる。
【００１６】
ハイレベルにおいて、ＩＶＵＳ装置１０２は、前記カテーテル装置の遠位端の近くに取り付けられたスキャナアセンブリに含まれるトランスデューサアレイ１２４から超音波エネルギを放射する。前記超音波エネルギは、スキャナアセンブリ１１０を囲む、血管１２０のような、媒体内の組織構造により反射され、超音波エコー信号は、トランスデューサアレイ１２４により受信される。ＰＩＭ１０４は、前記受信されたエコー信号をコンソール又はコンピュータ１０６に転送し、ここで（流れ情報を含む）超音波画像が再構成され、モニタ１０８上に表示される。コンピュータ又は計算装置１０６は、ここに記載されるＩＶＵＳ撮像システム１００のフィーチャを容易化するように動作可能であることができる。例えば、プロセッサは、非一時的有形コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータ可読命令を実行することができる。
【００１７】
ＰＩＭ１０４は、ＩＶＵＳコンソール１０６とＩＶＵＳ装置１０２に含まれるスキャナアセンブリ１１０との間の信号の通信を容易化する。この通信は、（１）送信及び受信に対して使用されるべき特定のトランスデューサアレイ素子を選択するようにスキャナアセンブリ１１０に含まれる１以上の制御論理集積回路にコマンドを提供するステップ、（２）前記選択されたトランスデューサアレイ素子を励起する電気パルスを生成するように送信器回路を起動するようにスキャナアセンブリ１１０に含まれる前記１以上の制御論理集積回路に送信トリガ信号を提供するステップ、及び／又は（３）スキャナアセンブリ１１０の前記１以上の制御論理集積回路に含まれる増幅器を介して前記選択されたトランスデューサアレイ素子から受信された増幅されたエコー信号を受け取るステップを含む。一部の実施例において、ＰＩＭ１０４は、コンソール１０６に前記データを中継する前に前記エコーデータの予備処理を実行する。このような実施形態の例において、ＰＩＭ１０４は、前記データの増幅、フィルタ処理、及び／又は集約を実行する。一実施例において、ＰＩＭ１０４は、スキャナアセンブリ１１０内の回路を含む装置１０２の動作をサポートするように高及び低電圧ＤＣ電力を供給する。
【００１８】
ＩＶＵＳコンソール１０６は、ＰＩＭ１０４を経由してスキャナアセンブリ１１０から前記エコーデータを受信し、スキャナアセンブリ１１０を囲む媒体内の組織構造の画像を再構成するように前記データを処理する。コンソール１０６は、血管１２０の断面画像のような血管１２０の画像がモニタ１０８上に表示されるような画像データを出力する。一般に、システム１００及び／又は装置１０２は、患者身体の任意の適切な内腔において使用されることができる。これに関して、システム１００は、腔内超音波撮像システムであることができ、装置１０２は、腔内超音波撮像装置であることができる。システム１００及び／又は装置１０２は、介入装置、治療装置、診断装置等として参照されることができる。装置１０２は、血管又は内腔１２０内に配置されるようにサイズ及び形状にされる、構造的に構成される、及び／又は他の形で構成されることができる。内腔又は血管１２０は、自然及び人工の両方の、流体で満たされた又は囲まれた構造を表してもよい。内腔又は血管１２０は、患者の身体内でありうる。血管１２０は、心臓血管系、末梢血管系、神経血管系、腎血管系を含む、患者の血管系の動脈又は静脈のような血管、及び／又は体内の他の適切な内腔でありうる。例えば、装置１０２は、肝臓、心臓、腎臓、胆嚢、膵臓、肺を含む器官、脈管、腸、脳、硬膜嚢、脊髄及び末梢神経を含む神経系構造、尿路、並びに心臓の血液、心室又は他の部分内の弁、及び／又は身体の他の組織を含むが、これらに限定さない、任意の数の解剖学的場所及び組織タイプを検査するのに使用されうる。自然構造に加えて、装置１０２は、限定されないが、心臓弁、ステント、シャント、フィルタ及び他の装置のような人工構造を検査するのに使用されてもよい。
【００１９】
一部の実施例において、前記ＩＶＵＳ装置は、ボルケーノ社から入手可能なEagleEye（登録商標）カテーテル及び全体的に参照によりここに組み込まれる米国特許７８４６１０１に開示されるもののような、従来の半導体ＩＶＵＳカテーテルと同様のいくつかのフィーチャを含む。例えば、ＩＶＵＳ装置１０２は、装置１０２の遠位端の近くのスキャナアセンブリ１１０、及び装置１０２の長手体に沿って延在する送信線バンドル１１２を含む。送信線バンドル又はケーブル１１２は、（図１Ｂに示されるように）１、２、３、４、５、６、７又はそれより多い導体１３４を含む、複数の導体を含むことができる。任意の適切なゲージワイヤが、導体１３４に対して使用されることができると理解される。一実施例において、ケーブル１１２は、例えば４１のＡＷＧゲージワイヤを持つ、４導体送信線構成を含むことができる。一実施例において、ケーブル１１２は、例えば４４のＡＷＧゲージワイヤを使用する７導体送信線構成を含むことができる。一部の実施例において、４３のＡＷＧゲージワイヤが、使用されることができる。
【００２０】
送信線バンドル１１２は、装置１０２の近位端におけるＰＩＭコネクタ１１４において終端処理する。ＰＩＭコネクタ１１４は、送信線バンドル１１２をＰＩＭ１０４に電気的に結合し、ＩＶＵＳ装置１０２をＰＩＭ１０４に物理的に結合する。一実施例において、ＩＶＵＳ装置１０２は、ガイドワイヤ出口ポート１１６を更に含む。したがって、一部の例において、前記ＩＶＵＳ装置は、ラピッドエクスチェンジカテーテルである。ガイドワイヤ出口ポート１１６は、血管１１２を通るように装置１０２を向けるためにガイドワイヤ１１８が前記遠位端に向けて挿入されることを可能にする。
【００２１】
図１Ｂは、図１Ａにおける超音波スキャナアセンブリ１１０を含む、腔内撮像装置１０２の斜視図である。一部の実施例において、超音波スキャナアセンブリ１１０は、装置１０２の可撓性細長部材１１５の遠位部分に配置されることができる。可撓性細長部材１１５は、患者の身体内腔内に配置されるように、サイズ及び形状にされる、構造的に配置される及び／又は他の形で構成される。スキャナアセンブリ１１０は、装置１０２が前記身体内腔内に配置されている間に、前記身体内腔と関連付けられた超音波撮像データを取得する。図１Ｂに示されるように、スキャナアセンブリ１１０は、装置１０２の長手軸ＬＡの周りに配置されたトランスデューサアレイ１２４を含みうる。一部の例において、アレイ１２４は、管状部材１２６の周りの丸められた又は円筒形構成に配置される。一部の例において、スキャナアセンブリ１１０は、１．２ｍｍのような、約０．８ｍｍと約１．６ｍｍとの間の直径を含むことができる。管状部材１２６は、支持部材、ユニボディ、又はフェルールとも称されることができる。一部の実施例において、管状部材１２６は、内腔１２８を含むことができる。内腔１２８は、図１Ａに示されるガイドワイヤ１１８のような、ガイドワイヤを受け取るようなサイズ及び形状にされることができる。装置１０２は、前記患者の生理学内の所望の場所までガイドワイヤ１１８に沿って移動される又はガイドワイヤ１１８に乗るように構成されることができる。これらの実施例において、内腔１２８は、ガイドワイヤ内腔１２８とも称されることができる。一部の実施例において、スキャナアセンブリ１１０は、トランスデューサアレイ１２４と管状部材１２６との間にバッキング材料１３０を含んでもよい。これに関して、管状部材１２６は、部材１２６の本体からトランスデューサアレイ１２４を半径方向に離間するスタンドを含むことができる。バッキング材料１３０は、管状部材１２６とアレイ１２４との間の半径方向空間内に配置されることができる。バッキング材料１３０は、過度の振動を減少させ、結果として生じる超音波撮像装置の軸方向解像度を改善するように音響ダンパとして機能する。
【００２２】
トランスデューサアレイ１２４の領域の拡大図に示されるように、トランスデューサアレイ１２４は、半導体基板１３２上に製造された複数の行の超音波トランスデューサ素子１４０（又は複数の行の音響素子１４０）を含むことができる。半導体基板１３２は、互いから離間された複数のアイランドに分割される及び／又は埋められた溝１４４により分離される。すなわち、基板１３２は、複数の離間されたセグメント１４１に分離される。基板１３２の離間されたセグメント１４１は、互いから完全に分離されてもよく、互いから部分的に分離されてもよく、及び／又は互いから完全及び部分的の組み合わせで分離されてもよい。半導体基板１３２の分割されたアイランド１４１は、共通の可撓性相互接続１４２に結合される。可撓性相互接続１４２は、素子１４０の周りに及び溝１４４を横切って及び／又は上に延在することができる。可撓性相互接続１４２は、トランスデューサ素子１４０のダイヤフラム又は可動膜１４３とアラインされた孔を含むことができる。このような例において、相互接続１４２は、アイランド１４１を完全にはカバーしない。相互接続１４２は、トランスデューサ素子１４０のダイヤフラム又は可動膜１４３を含まないアイランド１４１の部分をカバーすることができる。一部の実施例において、相互接続１４２は、可撓性相互接続１４２が音響整合層をも有する場合のように、トランスデューサ素子１４０のダイヤフラム又は可動膜１４３を含むアイランド１４１を完全にカバーする。溝１４４は、アイランド１４１を分離し、これは、アレイ１２４が装置１０２の長手軸ＬＡの周りに配置される場合のように、アイランド１４１が異なる角度に向けられることを可能にする。可撓性相互接続１４２は、ポリイミド（例えば、カプトン（デュポン社の登録商標））のような高分子材料からなり、可撓性基板と見なされることができる。他の適切な高分子材料は、ポリエステル薄膜、ポリイミド薄膜、ポリエチレンナフタレート薄膜、又はポリエーテルイミド薄膜、他の可撓性プリント半導体基板及びユーピレックス（宇部興産の登録商標）及びテフロン（Ｅ．Ｉ．デュポン社の登録商標）のような製品を含む。トランスデューサアレイ１２４は、第一に、剛体である半導体基板１３２の上に製造され、次いで、可撓性基板（すなわち可撓性相互接続１４２）が、トランスデューサアレイ１２４上に配置されるので、トランスデューサアレイ１２４は、フレックス−トゥ−リジッド（Ｆ２Ｒ）技術を使用して製造される。埋められた溝１４４は、可撓性相互接続１４２の下に位置し、トランスデューサアレイ１２４が管状部材１２６の周りに丸められる場合に折り目を形成する。
【００２３】
スキャナアセンブリ１１０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような、１以上の制御論理集積回路（ＩＣ）を含んでもよい。一部の実施例において、前記１以上の制御論理ＩＣは、撮像アセンブリ１１０上に長手方向にトランスデューサアレイ１２４の近位に取り付けられることができる。一部の他の実施例において、前記１以上の制御論理ＩＣは、丸められたトランスデューサアレイ１２４と管状部材１２６との間に配置されることができる。トランスデューサアレイ１２４を平坦な構成から円筒形又は丸められた構成に変換する様々な技術を含む、腔内撮像装置の態様は、各々が全体的に参照によりここに組み込まれる、米国特許６７７６７６３、米国特許７２２６４１７、２０１７年１２月８日に出願された米国仮出願６２／５９６１５４、２０１７年１２月８日に出願された米国仮出願６２／５９６１４１、２０１７年１２月８日に出願された米国仮出願６２／５９６３００、２０１７年１２月８日に出願された米国仮出願６２／５９６２０５の１以上において開示されている。
【００２４】
一部の実施例において、アレイ１２４のトランスデューサ素子及び／又はコントローラＩＣは、支持部材１２６の長手軸ＬＡの周りの、円形構成又は多角形構成のような、環状構成に配置されることができる。支持部材１２６の長手軸ＬＡが、スキャナアセンブリ１１０、可撓性細長部材１１５、及び／又は装置１０２の長手軸と称されてもよいと理解される。例えば、トランスデューサアレイ１２４及び／又はコントローラＩＣにおける撮像アセンブリ１１０の断面プロファイルは、円又は多角形であることができる。五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、十角形等を含む、任意の適切な環状多角形形状は、例えば、コントローラ／トランスデューサの数、前記コントローラ／トランスデューサの可撓性に基づいて、実装されることができる。一部の例において、前記複数のコントローラＩＣは、身体内腔１２０と関連付けられた撮像データを取得するようにアレイ１２４の前記複数の超音波トランスデューサ素子を制御するのに使用されてもよい。
【００２５】
一部の実施例において、基板１３２は、半導体材料で形成されうる。トランスデューサアレイ１２４内の超音波トランスデューサ素子１４０の各々は、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）又は圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）のような、マイクロマシン超音波トランスデューサであることができる。超音波トランスデューサ素子１４０の各々は、形状において円形であるように示されるが、超音波トランスデューサ素子１４０の各々が、任意の形状であることができると理解されるべきである。
【００２６】
埋められた溝１４４は、図２Ａ乃至２Ｆに示されるプロセスを使用して製造されることができるここで図２Ａを参照すると、ここに示されるのは、ＭＥＭＳ装置２００である。ＭＥＭＳ装置２００は、シリコン（Ｓｉ）基板又はゲルマニウム（Ｇｅ）基板のような半導体基板２０２上に製造されることができる。一部の実施例において、半導体基板２０２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ケイ素ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ケイ素ゲルマニウム（ＳｉＧｅＣ）のような化合物半導体を含んでもよい。一部の実施例において、前記半導体基板は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板を含んでもよい。埋められた溝１４４を製造するために、溝２０４が、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を含むドライエッチング又はウェットエッチング技術により半導体基板２０２上に形成されることができる。一部の実施例において、溝２０４は、ディープリアクティブイオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用して形成されることができる。ＤＲＩＥは、一連の短いエッチング及び不動態化サイクルを使用して、実質的に真っすぐな側壁を生成する。溝２０４は、半導体基板２０２上に複数のアイランド２０５を規定する。一部の実施例において、複数のアイランド２０５の各々が、約７０μｍのような、約５０μｍと約９０μｍとの間の幅、及び４０μｍのような、約２０μｍと約６０μｍとの間の厚さを含む。
【００２７】
図２Ｂに示されるように、溝２０４は、次いで、高分子のような、犠牲高分子材料２０６で充填されることができる。例えば、前記犠牲高分子材料は、ポリイミド又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を含んでもよい。一部の実施例において、犠牲高分子材料２０６は、スピンコーティング技術を使用して基板２０２上に堆積されてもよい。犠牲高分子材料２０６が、基板２０２上にコーティングされた後に、基板２０２は、犠牲高分子材料２０６を硬化し、犠牲高分子材料２０６内の溶媒を吹き飛ばすようにオーブン内に配置される又は紫外光で照射されることができる。一度犠牲高分子材料２０６が硬化されると、これは、化学機械研磨（ＣＭＰ）のような、平坦化プロセスにより平坦化されることができる。マイクロマシン超音波トランスデューサ素子２０８のようなＭＥＭＳコンポーネントは、次いで、アイランド２０５の各々の上に製造される。一部の実施例において、マイクロマシン超音波トランスデューサ素子２０８の各々は、ダイヤフラム及びドラムヘッドを含むことができる。図２Ｄに示されるように、ＭＥＭＳ装置２００を可撓性基板上に移すために、可撓性相互接続２１０が、マイクロマシン超音波トランスデューサ素子２０８及び溝充填犠牲材料２０６を含む、半導体基板２０２上に形成される。ここで図２Ｅが参照され、半導体基板２０２は、次いで、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を含むドライエッチング、又はウェットエッチングにより犠牲高分子材料２０６を露出するように裏側からエッチングされる。図２Ｅに表される一部の実施例において、犠牲高分子材料２０６と半導体基板２０２との間の高いエッチング選択性のため、犠牲高分子材料２０６は、大きくエッチングされないままである。図２Ｆに示されるように、犠牲高分子材料２０６が半導体基板２０２から取り除かれた後に、埋められた溝２１４が、形成される。
【００２８】
図２Ａ乃至２Ｆに示されるプロセスは、全体的には満足でない。第一に、前記高分子は、前記溝の充填後に許容される温度バジェットを制限する。更に、犠牲高分子材料２０６は、硬化中に収縮する可能性があり、これにより半導体基板２０２に応力を与える。この応力は、半導体基板２０２の許容不可能な湾曲又は反りを引き起こすことができる。加えて、ＭＥＭＳ装置２００のアレイ密度が増大すると、溝２０４は、狭くなることができる。より狭い溝２０４は、スピンコーティングプロセスにおいて犠牲高分子材料２０６が溝２０４を充填することを難しくし、不所望な隙間を残す可能性がある。図２Ｅに示される裏側エッチングにおいて、このような隙間は、前記アイランドの不均一なエッチング、したがってＭＥＭＳ装置２００の劣化した性能を引き起こしうる。
【００２９】
ここで図３を参照すると、ここに示されるのは、図２Ｂにおける犠牲高分子材料２０６のような、犠牲材料の使用なしで埋められた溝を製造する方法３００のフローチャートである。方法３００は、単に一例であり、請求項に明示的に記載されているものを越えて本開示を制限することは、意図されない。追加の動作は、方法３００の前、間、及び後に提供されることができ、一部の動作は、前記方法の追加の実施例に対して交換、消去、又は移動されることができる。
【００３０】
方法３００は、複数の異なるプロセス設定で使用されることができる。例えば、方法３００は、（超音波トランスデューサアレイ４００のような）ＭＥＭＳ装置４００が、図４Ａ乃至４Ｇに示されるように半導体基板４０２上に単独で製造されるスタンドアロン設定において、及び（超音波トランスデューサアレイ５００のような）ＭＥＭＳ装置５００が、図５Ａ乃至５Ｉに示されるように他の電気コンポーネントと一緒に製造される統合された設定において、使用されることができる。
【００３１】
ここで図４Ａが、参照される。前記スタンドアロン設定において、方法３００は、ブロック３０２において開始し、ここで、半導体基板４０２が受け取られる。半導体基板４０２は、シリコン（Ｓｉ）基板又はゲルマニウム（Ｇｅ）基板であることができる。一部の実施例において、半導体基板４０２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ケイ素ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ケイ素ゲルマニウム（ＳｉＧｅＣ）のような化合物半導体を含んでもよい。半導体基板４０２は、その上にハードマスク４０４を含む。一部の実施例において、ハードマスク４０４は、化学気相堆積（ＣＶＤ）を使用して酸化ケイ素（ＳｉＯ2）から形成されうる。一部の実施例において、ハードマスク４０４は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）又は酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）で形成されうる。一部の例において、ハードマスク４０４は、例えば、１μｍを含む、０．５μｍと２μｍとの間の厚さを持つ。図４Ａにおける上面図に示されるように、半導体基板４０２は、ＣＭＵＴのようなマイクロマシン超音波トランスデューサ素子に対する突出した領域である円形形状領域４０６を含む。領域４０６は、埋められた溝のような分離フィーチャが形成される分離領域４０８により囲まれたアイランド上に配置される。一部の例において、半導体基板４０２は、明確に定義された厚さの埋められた酸化物（ＢＯＸ）層を持つシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板であることができる。
【００３２】
ここで図４Ｂを参照すると、方法３００は、ブロック３０４に進み、ここで、図４Ｂにおけるハードマスク４０４のようなハードマスクが、前記マイクロマシン超音波トランスデューサ素子が製造されるべき領域４０６の周りの分離領域４０８の上にスクリーンを形成するようにパターニングされる。図４Ｂに表される実施例において、長方形孔４１０（又は孔４１０）のアレイが、ハードマスク４０４を通して形成され、上向き表面においてＸ方向に沿って延在する実質的に真っすぐなハードマスクライン４０９及びＹ方向に沿って延在する実質的に真っすぐなハードマスクライン４１１を残す。ハードマスクライン４０９及びハードマスクライン４１１は、下にある半導体基板４０２を露出する長方形孔４１０を持つスクリーン（又はグリッド）を形成する。一部の実施例において、長方形孔４１０の各々は、形状において実質的に正方形であり、例えば、約１μｍを含む、約０．５μｍと約２μｍとの間の幅／長さを含む。これらの実施例において、長方形孔４１０のアレイは、前記孔の幅／長さの約二倍であるピッチを含む。例えば、長方形孔４１０の各々の幅／長さが、約１μｍである場合、長方形孔４１０のアレイのピッチは、約２μｍである。孔４１０は、図４Ｂにおいて長方形であるが、本開示は、そのように制限されない。一部の実施例において、孔４１０は、円形、三角形、六角形、多角形、細長いスリット、又は不規則形状を含む、いかなる形状であることもできる。本開示の実施例の利点は、ハードマスク４０４が、貫通孔を形成されたスクリーンにパターニングされる限り、存在することができる。
【００３３】
ここで図４Ｃを参照すると、方法３００は、ブロック３０６に進み、ここで、分離領域４０８が、溝４１２及び４１４を形成するように前記スクリーンをエッチングマスクとして使用してエッチングされる。一部の実施例において、ブロック３０６における動作は、半導体基板４０２に対するエッチング選択性を持つエッチング化学を使用して実行される。このようにして、半導体基板４０２の材料は、ハードマスク４０４で形成された前記スクリーンを実質的に損傷することなしに選択的にエッチングされることができる。一部の実施例において、ブロック３０６における動作は、好適には酸化ケイ素で形成された前記スクリーンを実質的に損傷することなしに前記スクリーンにより露出された前記シリコン基板をエッチングするＤＲＩＥプロセスを使用して実行される。一部の実施例において、ＤＲＩＥプロセスのエッチングサイクルに対するサイクルタイムは、ハードマスクライン４０９及び４１１の下の基板材料をエッチングするように、アンダーカットを増加するように増加されることができる。ブロック３０６における動作は、前記スクリーンの下に埋められた溝４１２及び４１４を作成する。これに関して、溝４１２及び４１４は、ハードマスク４０４で形成された前記スクリーンが溝４１２及び４１４の上に配置されたままである間に作成される。すなわち、溝４１２及び４１４の上に配置されたハードマスク４０４は、完全にはエッチングされず、溝４１２及び４１４が、形成される。これに関して、溝４１２及び４１４は、溝がハードマスク４０４において形成された前記スクリーンの下に配置される点で埋められた溝として参照されることができる。溝４１２及び４１４は、深度４１３を含むことができる。一部の例において、深度４１３は、約３０μｍと５０μｍとの間であることができ、例えば、約４０μｍを含む。ＳＯＩ基板が使用される場合、前記溝の深度は、前記ＳＯＩ基板の上部シリコン層の厚さに等しい。図４Ｃに表される実施例において、溝４１２及び４１４は、Ｙ方向に沿って真っすぐである。一部の実施例において、溝４１２及び４１４は、線形である。一部の他の実施例において、溝４１２及び４１４は、湾曲している。更に他の実施例において、溝４１２及び４１４は、ヘビ状の形状である。溝４１２及び４１４は、前記マイクロマシン超音波トランスデューサ素子が形成される領域４０６のプロファイルをなぞることができる。湾曲した溝は、例えば、カテーテルの先端にフィットする円形アイランドを作成するのに使用されてもよい。ヘビ状カテーテル円形超音波トランスデューサの最適なパッキング密度を達成するように使用されてもよい。溝４１２及び４１４は、基板４０２におけるアイランド４４１を規定する。
【００３４】
ここで図４Ｄを参照すると、方法３００は、ブロック３０８に進み、ここで、材料層４１６が、貫通孔４１０を閉じるように前記スクリーンの上に堆積される。一部の実施例において、材料層４１６は、溝４１２及び４１４を材料層４１６で充填しないプロセスを使用して前記スクリーンの上に形成される。一部の実施例において、材料層４１６は、孔４１０を閉じるようにプラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）を使用して堆積された酸化ケイ素層であることができる。換言すると、ブロック３０８の動作は、溝４１２及び４１４を充填することなしに完全にカバーするように前記スクリーンの上に材料層４１６を置く。ブロック３０８における動作は、したがって、前記スクリーン及び材料層４１６の下に埋められた溝４１２及び４１４を残す。一部の例において、材料層４１６が、貫通孔４１０をカバーし、閉じ、材料層４１６は、貫通孔４１０の場所に対応する凹部を含むことができる。図４Ｄに表される実施例において、孔４１０のアレイは、材料層４１６に凹部の対応するアレイを持たせることができる。孔４１０が細長いスリットである実施例において、材料層４１６は、細長い凹部の対応するアレイを持つことができる。
【００３５】
方法３００は、ＭＥＭＳ装置４００を形成する更に他のプロセスを含んでもよい。例えば、図４Ｅに示されるように、複数のマイクロマシン超音波トランスデューサ素子４１８が、図４Ａにおける領域４０６内に形成されることができる。トランスデューサ素子４１８は、溝４１２が形成される領域に隣接した領域において形成されることができる。トランスデューサ素子４１８は、スキャナアセンブリ１１０及び／又は装置１０２の長さに沿って長手方向に延在する複数の行に配置されることができる。図示された実施例において、各行は、トランスデューサ素子４１８の単一の線を含む。トランスデューサ素子４１８の各行及び／又は各アイランド４４１は、溝４１２により互いから離間されることができる。他の実施例において、トランスデューサ素子４１８は、任意の他の適切な構成に配置されることができる。例えば、トランスデューサ素子４１８は、所定のアイランド４４１と隣り合わせ又は互い違いの様式で配置されることができる（例えば、２以上の隣り合わせの行又は互い違いの行）。トランスデューサ素子４１８のこのようなグループを持つ、各アイランド４４１は、溝４１２により、トランスデューサ素子４１８の他のグループを持つ他のアイランド４４１から離間されることができる。溝４１２は、アイランド４４１の長さに沿って延在することができる。溝４１２は、一部の例において、部分的に及び／又は完全にアイランド４４１を囲むことができる。複数のマイクロマシン超音波トランスデューサ素子４１８は、複数のＣＭＵＴ又は複数のＰＭＵＴであることができる。他の例に対して、図４Ｆに示されるように、複数のマイクロマシン超音波トランスデューサ素子４１８が、領域４０６において形成された後に、可撓性高分子層４２０が、マイクロマシン超音波トランスデューサ素子４１８及び埋められた溝４１２及び４１４の上に形成されることができる。一部の実施例において、電気トレース及び相互接続が、可撓性相互接続を形成するように可撓性高分子層４２０において製造されることができる。一部の他の実施例において、図４Ｇに示されるように、半導体基板４０２が、開口４２２を形成するように裏側からエッチングされることができる。開口４２２は、前記裏側から埋められた溝４１２及び４１４を露出し、結果として図２ＦにおけるＭＥＭＳ装置２００と同様の構造を生じる。これらの実施例において、半導体基板４０２の裏側からのエッチングは、ＤＲＩＥのような異方性エッチングを使用して実行されることができる。一部の実施例において、方法３００は、複数のマイクロマシン超音波トランスデューサ素子４１８を露出するように可撓性高分子層４２０の一部を取り除くステップを含むことができる。
【００３６】
ここで、方法３００の他の実施例において異なるプロセスを経るＭＥＭＳ装置５００の上面図及び断面図を示す、図５Ａ乃至５Ｉが、参照される。図４Ａ乃至４ＧにおけるＭＥＭＳ装置４００とは異なり、ＭＥＭＳ装置５００は、ＭＥＭＳコンポーネントの下に、金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタ又はＡＳＩＣのような能動回路素子を含む。ここで図５Ａを参照すると、方法３００のブロック３０２において、半導体基板５０２が、受け取られる。半導体基板５０２は、シリコン（Ｓｉ）基板又はゲルマニウム（Ｇｅ）基板であることができる。一部の実施例において、半導体基板５０２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ケイ素ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ケイ素ゲルマニウム（ＳｉＧｅＣ）のような化合物半導体を含んでもよい。半導体基板５０２は、その上にハードマスク５０４を含む。一部の実施例において、ハードマスク５０４は、化学気相堆積（ＣＶＤ）を使用して酸化ケイ素（ＳｉＯ2）で形成されうる。一部の実施例において、ハードマスク５０４は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）又は酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）で形成されてもよい。一部の例において、ハードマスク５０４は、０．５μｍと２μｍとの間の範囲の厚さを含み、例えば、１μｍを含む。一部の実施例において、基板５０２は、埋められた酸化物（ＢＯＸ）を含むシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板であることができる。５Ａに示されるように、半導体基板５０２は、相互接続領域５１２及び５１６を含む。相互接続領域５１２及び５１６は、溝領域５１４により分離される。相互接続領域５１２及び５１６において、半導体基板５０２は、第１の金属層５０６及び第２の金属層５０８及び追加の金属層５０９のような、複数の相互接続層を含む。追加の金属層５０９は、相互接続構造、接点を介して、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）装置のような能動コンポーネント、及び受動電気コンポーネントを含んでもよい。ＩＬＤ５１０のような層間絶縁（ＩＬＤ）は、第１の金属層５０６、第２の金属層５０８、及び金属層５０９の各々を分離する。図５Ｂに表される実施例において、溝領域５１４において、半導体基板５０２は、第１及び第２の金属層５０６及び５０８を含むが、追加の金属層５０９を含まない。一部の例において、第１の金属層５０６、第２の金属層５０８、追加の金属層５０９及びＩＬＤ５１０の合計高さは、約１０μｍ又はそれより大きいことができる。これらの例において、約１μｍの寸法を持つ開口を持つスクリーンを形成することは、困難であることができる。溝領域５１４において、半導体基板５０２は、追加の金属層５０９の代わりにＩＬＤ５１０を含む。溝領域５１４における第１の金属層５０６は、第１の金属層５２６と称されることができ、溝領域５１４における第２の金属層５０８は、第２の金属層５２８と称されることができる。図５Ａに表される実施例において、第１の金属層５２６は、図４Ｃにおけるスクリーンと同様のスクリーンパターン５３６を含む。一部の実施例において、スクリーンパターン５３６は、複数の貫通孔を含むことができる。前記貫通孔の各々は、形状において実質的に正方形であることができ、例えば、約１μｍを含む、約０．５μｍと約２μｍとの間の幅／長さを含む���これらの実施例において、スクリーンパターン５３６における正方形孔は、前記孔の幅／長さの約二倍であるピッチを含む。例えば、前記正方形孔の各々の幅／長さが、約１μｍである場合、前記正方形孔のピッチは、約２μｍである。一部の実施例において、スクリーンパターン５３６における前記貫通孔は、円形、長方形、三角形、多角形、又は不規則な形状を含む、任意の形状であることができる。
【００３７】
ここで図５Ｂ乃至５Ｅを参照すると、方法３００は、ブロック３０４に進み、ここで、ハードマスク５０４は、溝領域５１４の上にスクリーン５２０を形成するようにパターニングされる。図５Ｂに示されるように、溝５１８は、溝領域５１４においてＩＬＤ５１０を異方性エッチングすることにより形成される。溝５１８を形成する際に、第２の溝領域５１４における金属層５２８は、第２の金属層５２８がＩＬＤ５１０に対するエッチングレートより遅いエッチングレートを経験するようなエッチング化学が選択される場合に、エッチング停止層（ＥＳＬ）として機能することができる。このようにして、溝領域５１４におけるＩＬＤ５１０を通したエッチングは、制御されることができる。溝領域５１４における第２の金属層５２８が、オプションであることができ、溝領域５１４におけるＩＬＤ５１０が、ＥＳＬ層としての第２の金属層５２８の使用なしで取り除かれることができることに注意されたい。ここで図５Ｃを参照すると、溝領域５１４におけるＩＬＤ５１０の除去後に、溝領域５１４における第２の金属層５２８は、好適にはＩＬＤ５１０を実質的にエッチングすることなしに第２の金属層５２８をエッチングするエッチング化学により選択的にエッチング除去される。図５Ｄにおいて、溝領域５１４における第２の金属層５２８が取り除かれた後に、スクリーンパターン５３６は、第１の金属層５２６の下のハードマスク５０４に転写される。スクリーンパターン５３６の転写は、好適には第１の金属層５２６及びスクリーンパターン５３６を実質的に損傷することなしに溝領域５１４におけるＩＬＤ５１０及びハードマスク５０４をエッチングするエッチング化学を使用して異方性エッチングすることにより転写されることができる。前記異方性エッチングは、スクリーンパターン５３６に似ているスクリーン５２０を残すことができる。次いで、図５Ｅにおいて、第１の金属層５２６は、ＩＬＤ５１０及びハードマスク５０４を実質的に損傷することなしに第１の金属層５２６を選択的に取り除くことができるエッチングレシピを使用して取り除かれる。
【００３８】
ここで図５Ｆを参照すると、方法３００は、ブロック３０６に進み、ここで、溝領域５１４におけるハードマスク５０４が、溝５２２を形成するようにスクリーン５２０をエッチングマスクとして使用してエッチングされる。一部の実施例において、ブロック３０６における動作は、半導体基板５０２に対するエッチング選択性を持つエッチング化学を使用して実行される。このようにして、半導体基板５０２の材料は、ハードマスク５０４で形成されたスクリーン５２０を実質的に損傷することなしに選択的にエッチングされることができる。半導体基板５０２がシリコン基板であり、ハードマスク５０４が酸化ケイ素で形成される例において、ブロック３０６における動作は、好適には酸化ケイ素で形成された前記スクリーンを実質的に損傷することなしにスクリーン５２０により露出されたシリコン基板５０２をエッチングするＤＲＩＥプロセスを使用して実行される。一部の実施例において、前記ＤＲＩＥプロセスのエッチングサイクルに対するサイクルタイムは、スクリーン５２０の直接的に下の半導体基板５０２をエッチングするように、アンダーカットを増加するように増加されることができる。ブロック３０６における動作は、スクリーン５２０の下に埋められる又は配置される溝５２２を作成する。溝５２２は、深度５３２を含むことができる。一部の例において、深度５３２は、約３０μｍと５０μｍとの間であることができ、例えば、約４０μｍを含む。ＳＯＩ基板が使用される場合、前記溝の深度は、前記ＳＯＩ基板の上部シリコン層の厚さに等しい。溝５２２は、基板５０２のアイランド５４１を規定する。アイランド５４１は、溝５２２により離間及び／又は分離される。
【００３９】
ここで図５Ｇを参照すると、方法３００は、ブロック３０８に進み、ここで、材料層５２４が、スクリーン５２０の上に堆積される。一部の実施例において、材料層５２４は、溝５２２を材料層５２４で充填しないプロセスを使用してスクリーン５２０の上に形成される。一部の実施例において、材料層５２４は、スクリーン５２０における孔を閉じるようにプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）を使用して堆積された酸化ケイ素層であることができる。換言すると、ブロック３０８における動作は、溝５２２を充填することなしに溝５２２を完全にカバーするようにスクリーン５２０の上に材料層５２４を置く。ブロック３０８における動作は、したがって、スクリーン５２０及び材料層５２４の下に埋められた溝５２２を残す。
【００４０】
方法３００は、ＭＥＭＳ装置５００を形成する更なるプロセスを含んでもよい。例えば、図５Ｈに示されるように、マイクロマシン超音波トランスデューサ素子５４０及び５４２が、相互接続領域５１２及び５１６の上に形成されることができる。一部の実施例において、相互接続領域５１２及び５１６に堆積された材料層５２４は、マイクロマシン超音波トランスデューサ素子５４０及び５４２が前記相互接続領域に形成される前に、ＣＭＰのような平坦化技術により取り除かれることができる。一部の実施例において、マイクロマシン超音波トランスデューサ素子５４０及び５４２は、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）又は圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）であることができる。一部の実施例において、電気トレース及び相互接続は、可撓性相互接続を形成するように前記可撓性高分子層において製造されることができる。図５Ｉに示される一部の他の実施例において、半導体基板５０２は、開口５３８を形成するように裏側からエッチングされることができる。開口５３８は、前記裏側から図５Ｇにおける埋められた溝５２２を露出し、結果として図２ＦにおけるＭＥＭＳ装置２００と同様の構造を生じる。これらの実施例において、半導体基板５０２の裏側からのエッチングは、ＤＲＩＥのような、異方性エッチングプロセスを使用して実行されることができる。一部の実施例において、開口５３８が半導体基板５０２において形成される前に、可撓性高分子層は、材料層５２４及びマイクロマシン超音波トランスデューサ素子５４０及び５４２によりカバーされる埋められた溝５２２の上を含む、相互接続領域５１２及び５１６並びに溝領域５１４の上に形成されることができる。
【００４１】
図４Ｃにおける溝４１２及び４１４又は図５Ｆにおける溝５２２のような、埋められた溝を形成するようにスクリーンをエッチングマスクとして使用してＤＲＩＥにより半導体基板をエッチングすることは、前記埋められた溝の側壁におけるユニークな構造を生成することができる。ここで図６を参照すると、ここに示されるのは、スクリーンをエッチングマスクとして使用することなしに半導体基板６０２において形成される溝６０４の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。溝６０４が、ディープリアクティブイオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用して異方性エッチングされる場合に、一方向波状表面６０６が、観察されることができる。一方向波状表面６０６は、前記ＤＲＩＥのエッチング方向に平行である方向６０８に沿って伝搬する波状構造を含む。
【００４２】
ここに記載されるようなスクリーンが、エッチングマスクとして使用される場合、前記溝の側壁におけるパターンは、変化する。ここで図７Ａを参照すると、ここに示されるのは、ハードマスク層７０６に形成されたスクリーン７０８を使用して半導体基板７０２に形成された埋められた溝７０４のＳＥＭ画像である。図４Ａ乃至４Ｇ又は図５Ａ乃至５Ｉに示される実施例と同様に、半導体基板７０２は、シリコン基板であることができ、ハードマスク層７０６は、酸化ケイ素層であることができる。図７Ｂは、方向７１２から見た埋められた溝７０４の側壁７１０のＳＥＭ画像を示す。図７Ｂに示されるように、側壁７１０は、二方向波状表面７１４を含むことができる。二方向波状表面７１４は、Ｘ方向及びＸ方向に垂直なＹ方向に沿って伝搬する波状構造を含む。一部の例において、一方向波状表面６０６は、シングルスカラップ（scallaps）と称されることができ、二方向波状表面７１４は、ダブルスカラップと称されることができる。側壁７１０における二方向波状表面７１４は、製造プロセスの最後に存在する。表面７１４は、製造が完了した後に、前記溝が、前記ハードマスク層を通して完全にエッチングすることなしに、ここに記載されるように、前記ハードマスク層におけるスクリーンを通してエッチングすることにより形成されたことの標示を提供する。
【００４３】
図８Ａ及び８Ｂは、本開示の実施例による異なる基板側壁構成を持つ半導体基板の上面図である。前記基板は、各々が複数の側壁を持つ離間されたセグメント８４１に分離される。一般に、超音波トランスデューサ素子８０６（又はそのための領域）を持つ基板アイランド８４１の少なくとも１つの側壁は、図７Ａ及び７Ｂに記載された二方向波状フィーチャを含む。図８ＡにおけるＭＥＭＳ装置８００のハードマスク層８０４は、前記ハードマスクと基板アイランド８４１との間の接続点８１０を含む。前記二方向波状フィーチャは、基板アイランド８４１に対する前記ハードマスクの接続点８１０の下の前記基板の前記側壁に沿って生じる。図８Ａの実施例において、各アイランド８４１の４つ全ての側壁が、接続点８１０、したがって、同様に前記二方向波状フィーチャを含む。
【００４４】
ＭＥＭＳ装置８５０のハードマスク層８５４は、単一スリットの形の開口８１７を含む。単一スリット８１７の下の前記基板の前記側壁は、図６に記載された一方向波状フィーチャを含む。ハードマスク層８５４は、基板アイランド８４１に対する前記ハードマスクの接続点８１０をも含む。前記二方向波状フィーチャ（図７Ａ及び７Ｂ）は、接続点８１０の下で前記基板の前記側壁に沿って生じる。したがって、図８Ｂの実施例において、各アイランド８４１の１以上の側壁は、一方向波状フィーチャを含み、各アイランド８４１の１以上の側壁は、前記二方向波状フィーチャを含む。
【００４５】
したがって、本開示は、半導体基板において埋められた溝を形成する方法及び前記方法を使用して製造されたＭＥＭＳ装置を提供する。犠牲高分子材料の使用を除外することにより、本開示の実施例は、有利には、歩留まりを改善し、ＭＥＭＳ装置において埋められた溝を形成するプロセスウィンドウを拡大する。超音波トランスデューサアレイのようなＭＥＭＳ装置の製造の他に、本開示の実施例は、例えば、シリコン基板において明確に規定されたマイクロチャネルを作成するように、マイクロフルイディクスに適用されることができる。当業者は、上に記載された装置、システム、及び方法が、様々な形で修正されることができることを認識する。したがって、当業者は、本開示により含まれる実施例が、上に記載された特定の実施例に限定されないことを理解する。これに関して、例示的な実施例が、図示及び記載されているが、先行する開示において、幅広い範囲の修正、変更及び置換が、考えられる。このような変更が、本開示の範囲から逸脱することなしに先行する記載に対してなされてもよいと理解される。したがって、添付の請求項が、本開示と一貫した形で幅広く解釈されることは、適切である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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