ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ПЛАСТИНА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
SEMICONDUCTOR PLATE AND METHOD OF ITS MANUFACTURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к полупроводниковой пластине, подразделенной и разделимой на множество кристаллов, причем каждый кристалл содержит массив ячеек емкостного микрообработанного преобразователя, в частности ячейки емкостного микрообработанного ультразвукового преобразователя (ЕМУП) или ячейки емкостного микрообработанного датчика давления. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу изготовления такой полупроводниковой пластины. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу изготовления такого кристалла, в частности, кристалла, используемого для образования ультразвукового преобразователя или датчика давления.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основой любой ультразвуковой системы (формирования изображений) является ультразвуковой преобразователь, который преобразует электрическую энергию в акустическую энергию и обратно. Эти ультразвуковые преобразователи традиционно выполняют из пьезоэлектрических кристаллов, расположенных в линейных (1-D – одномерных) массивах преобразователей и работающих на частотах вплоть до 10 МГц. Тем не менее, тенденция к матричным (2-D – двумерным) массивам преобразователей и стремление к миниатюризации для встраивания функциональной возможности формирования (ультразвуковых) изображений в катетеры и световодные провода привела к разработке так называемых ячеек емкостного микрообработанного ультразвукового преобразователя (ЕМУП). ЕМУП-ячейка содержит полость под мембраной ячейки. Ультразвуковые волны заставляют мембрану ячейки перемещаться или колебаться, и при приеме ультразвуковых волн может быть обнаружено варьирование емкости между электродами. Тем самым ультразвуковые волны преобразуются в соответствующий электрический сигнал. И наоборот, электрический сигнал, поданный на электроды, заставляет мембрану ячейки перемещаться или колебаться, передавая тем самым ультразвуковые волны.
Мембрана ЕМУП-ячейки, как правило, состоит из нескольких материалов или слоев, например, металлического электрода, встроенного в оксиды или нитрид кремния. Остаточное механическое напряжение в этих слоях заставляет мембрану ячейки изгибаться вверх или вниз в зависимости от знака или направления механического напряжения. Следовательно, мембрана ячейки имеет прогиб или изгиб конкретной величины и в конкретном направлении (вверх или вниз). Этот прогиб или изгиб приводит к сдвигу в электрических и акустических свойствах ячейки. Например, он влияет на напряжение смыкания и, предполагая постоянное напряжения смещения, также на центральную частоту. Были предприняты усилия для решения этой проблемы. Например, научный доклад "Fabrication of CMUT Cells with Gold Center Mass for Higher Output Pressure" Хуо-Сен Юона (Hyo-Seon Yoon) и других на 10-ом Международном Симпозиуме по терапевтическим ультразвуковым исследованиям (ISTU 2010) AIP Conf. Proc. 1359, 183-188 (2011 год), раскрывает способ повышения выходного давления одиночной ЕМУП-ячейки с помощью модификации базовой структуры ЕМУП-ячейки, а именно посредством добавления массы золота по центру сверху ЕМУП-пластины.
US 2009/080292 A1 предлагает разрешение проблемы ухудшения электрических характеристик ЕМУП обеспечением многослойных электродов, которые включают в себя множественные слои проводящих или полупроводящих материалов. Различие в работе выхода и/или удельном сопротивлении между слоями обеспечивает требуемое предотвращение или ограничение ухудшения электрических характеристик.
WO 2009/037655 A2 раскрывает способ изготовления для производства ЕМУП с предварительным смыканием. Способ содержит задание отверстий через мембрану ЕМУП-структуры и приложение напряжения смещения между мембраной и подложкой с тем, чтобы сомкнуть (т.е. прижать к подложке) области мембраны рядом с отверстиями.
Кроме того, на такой ультразвуковой преобразователь или ЕМУП-прибор, как правило, существуют жесткие технические условия. Его изготовление включает в себя довольно сложные процессы. Как правило, сначала изготавливается большая полупроводниковая пластина, которую затем разделяют на множественные кристаллы, каждый из которых содержит массив ЕМУП-ячеек. Конкретной проблемой в этом отношении являются потери выхода годных изделий при изготовлении при попытке удовлетворения жестким техническим условиям для ультразвуковых преобразователей или ЕМУП-устройств.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение полупроводниковой пластины с усовершенствованным и/или более дешевым изготовлением, в частности, со сниженными потерями выхода годных изделий. Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного способа изготовления полупроводниковой пластины и усовершенствованного способа изготовления кристалла, в частности, со сниженными потерями выхода годных изделий.
В первом аспекте настоящего изобретения представлена полупроводниковая пластина, подразделенная и разделимая на множество кристаллов, причем каждый кристалл содержит массив ячеек емкостного микрообработанного преобразователя, причем каждая ячейка содержит подложку, содержащую первый электрод, мембрану, содержащую второй электрод, и полость между подложкой и мембраной, при этом каждая ячейка по меньшей мере части кристаллов содержит компенсационную пластину на мембране, каждая компенсационная пластина имеет конфигурацию для оказания влияния на прогиб мембраны, при этом конфигурации компенсационных пластин варьируются (различаются) по полупроводниковой пластине.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлен способ изготовления полупроводниковой пластины, содержащий: обеспечение полупроводниковой пластины, подразделенной и разделимой на множество кристаллов, причем каждый кристалл содержит массив ячеек емкостного микрообработанного преобразователя, каждая ячейка содержит подложку, содержащую первый электрод, мембрану, содержащую второй электрод, и полость между подложкой и мембраной, и обеспечение компенсационной пластины на мембране каждой ячейки по меньшей мере части кристаллов, причем каждая компенсационная пластина имеет конфигурацию для оказания влияния на прогиб мембраны, при этом конфигурации компенсационных пластин варьируются по полупроводниковой пластине.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлен способ изготовления кристалла, содержащего массив ячеек емкостного микрообработанного преобразователя, при этом способ содержит этапы способа изготовления полупроводниковой пластины и дополнительно содержит отделение этого кристалла от полупроводниковой пластины.
Основная идея изобретения состоит в том, чтобы варьировать конфигурации компенсационных пластин по полупроводниковой пластине, в частности, по диаметру полупроводниковой пластины. Каждая компенсационная пластина имеет конфигурацию для оказания влияния на прогиб мембраны (т.е. его уменьшения или увеличения). Таким образом, каждая компенсационная пластина обеспечивает компенсацию или компенсирующее влияние на прогиб мембраны. Было обнаружено, что прогиб мембраны обычно зависит от конкретного местоположения на полупроводниковой пластине, в частности, от местоположения мембраны или соответствующего ей кристалла. Например, центральный кристалл или центральные кристаллы имеет или имеют другой прогиб по сравнению с краевым кристаллом или краевыми кристаллами. Эта неравномерность прогиба мембран является довольно нежелательной, поскольку электрические характеристики и акустические характеристики, такие как выходное акустическое давление и центральная частота, зависят от прогиба и, следовательно, также являются неравномерными. Поскольку существуют жесткие технические условия на преобразователи, в частности, на ЕМУП-устройства, неравномерность обуславливает потери выхода годных изделий. Настоящее изобретение решает эту проблему посредством варьирования конфигураций компенсационных пластин по полупроводниковой пластине, в частности, по ее диаметру. Таким образом, величина и/или направление компенсации варьируются по полупроводниковой пластине. Таким образом, существенно уменьшается варьирование прогиба мембран по полупроводниковой пластине. Таким образом, существует компенсация или компенсирующее влияние на варьирование прогиба мембран по полупроводниковой пластине. Следовательно, уменьшаются потери выхода годных изделий при изготовлении. Следует понимать, что термин "диаметр" в этом контексте, в частности, относится к максимальному размеру полупроводниковой пластины по ее поверхности (в плоскости, ортогональной ее толщине). Термин "конфигурация" компенсационной пластины, в частности, может относится к форме, размеру и/или толщине компенсационной пластины. Таким образом, форма, размер и/или толщина компенсационной пластины используются для управления компенсацией. Форма, размер и/или толщина определяют величину компенсации, а также направление (или знак) компенсации (вверх или вниз).
Предпочтительно, конфигурации компенсационных пластин варьируются по полупроводниковой пластине таким образом, что прогибы мембран ячеек являются практически равномерными. Другими словами, прогибы мембран ячеек по полупроводниковой пластине выполняют практически равномерными или одинаковыми. Прогибы мембран не обязательно должны быть равны нулю, но должны быть практически равномерными по полупроводниковой пластине. Следует понимать, что цель состоит в том, чтобы сделать прогибы мембран ячеек точно равномерными или одинаковыми. Однако, на практике по-прежнему может быть некоторое незначительное или пренебрежимое варьирование прогиба мембран. Например, варьирование или компенсация может быть выполнена за ряд этапов (шагов), предпочтительно за небольшое число этапов или шагов (например, два или три). Следовательно, на практике может оставаться некоторое варьирование прогиба мембран, которое, однако, является незначительным или пренебрежимым. Варьирование конфигураций компенсационных пластин по полупроводниковой пластине обеспечивает значительное улучшение варьирования прогиба мембран.
Предпочтительно, конфигурации компенсационных пластин ячеек каждого кристалла являются практически равномерными. Другими словами, прогибы мембран ячеек в пределах одного кристалла можно предполагать (практически) равномерными или одинаковыми. Это предположение справедливо вследствие небольшого размера кристалла по сравнению с габаритным размером полупроводниковой пластины. На практике по-прежнему может быть некоторое варьирование прогиба мембран в пределах одного кристалла, которое, однако, является незначительным или пренебрежимым вследствие небольшого размера кристалла по сравнению с диаметром полупроводниковой пластины. Другими словами, варьирование прогиба в пределах кристалла может быть очень небольшим или пренебрежимым. Если некоторое незначительное варьирование в пределах кристалла по-прежнему имеется, то оно намного меньше по сравнению с варьированием по полупроводниковой пластине. Предпочтительно, как прогибы мембран ячеек в пределах одного кристалла являются практически равномерными, так и прогибы различных кристаллов являются практически равномерными.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный способ изготовления полупроводниковой пластины или способ изготовления кристалла имеет подобные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, как и заявленная полупроводниковая пластина и как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
В первом варианте осуществления формы компенсационных пластин варьируются по полупроводниковой пластине. Это обеспечивает особенно простой способ варьирования конфигураций компенсационных пластин. В этом варианте осуществления конфигурация компенсационной пластины относится к форме компенсационной пластины. Например, формы могут варьироваться между круглой формой и кольцевой формой, в частности, для ячейки или мембраны ячейки круглой формы. Компенсационная пластина круглой формы и кольцевой формы может иметь противоположные компенсирующие эффекты (например, компенсационная пластина круглой формы может изгибать мембрану вниз, а кольцевой формы может изгибать мембрану вверх).
Во втором варианте осуществления размеры компенсационных пластин варьируются по полупроводниковой пластине. Это обеспечивает особенно простой способ варьирования конфигураций компенсационных пластин. В этом варианте осуществления конфигурация компенсационной пластины относится к размеру компенсационной пластины. Например, при изготовлении размеры компенсационных пластин могут легко варьироваться просто посредством использования литографической маски с варьирующимися размерами и/или формами. Таким образом, требуется только один дополнительный этап литографии для обеспечения компенсационных пластин.
В разновидности этого варианта осуществления каждая компенсационная пластина имеет круглую форму с диаметром пластины, и при этом диаметры пластин варьируются по полупроводниковой пластине. Эта (непрерывная) круглая форма или диск обеспечивает особенно простой и/или эффективный способ варьирования размеров компенсационных пластин, в частности, для ячейки или мембраны ячейки круглой формы. При варьировании (т.е. увеличении или уменьшении) диаметра пластины эффект компенсации увеличивается.
В другой разновидности этого варианта осуществления каждая компенсационная пластина имеет кольцевую форму с внутренним диаметром пластины, и при этом внутренние диаметры пластин варьируются по полупроводниковой пластине. Эта кольцевая форма обеспечивает другой особенно простой и/или эффективный способ варьирования размеров компенсационных пластин, в частности, для ячейки или мембраны ячейки круглой формы. При варьировании (т.е. увеличении или уменьшении) внутреннего диаметра пластины эффект компенсации увеличивается.
В третьем варианте осуществления толщины компенсационных пластин варьируются по полупроводниковой пластине. Это обеспечивает особенно эффективный способ варьирования конфигураций компенсационных пластин. В этом варианте осуществления конфигурация компенсационной пластины относится к толщине компенсационной пластины. Например, при изготовлении толщины компенсационных пластин могут эффективно варьироваться посредством нанесения/осаждения по меньшей мере двух слоев материала на каждую ячейку по меньшей мере части кристаллов. В таком случае требуются множественные дополнительные этапы осаждения для обеспечения компенсационных пластин, но и тот компенсирующий эффект, который может быть достигнут, также очень хороший. Следовательно, толщины могут варьироваться за многочисленные этапы, в частности многочисленные этапы осаждения (металла). При увеличении толщины (металлической) компенсационной пластины эффект компенсации увеличивается.
В разновидности этого варианта осуществления по меньшей мере часть компенсационных пластин содержат больше слоев, чем другие компенсационные пластины. Это обеспечивает особенно эффективный и/или простой способ варьирования толщин компенсационных пластин. Например, при изготовлении толщины компенсационных пластин могут эффективно варьироваться посредством нанесения/осаждения первого слоя и нанесения/осаждения по меньшей мере второго слоя так, что по меньшей мере часть компенсационных пластин содержит больше слоев, чем другие компенсационные пластины.
В другом варианте осуществления конфигурации компенсационных пластин варьируются ступенчато от первой области полупроводниковой пластины ко второй области полупроводниковой пластины. Таким образом, требуется только ограниченное число варьирований или ступенек для обеспечения достаточной компенсации. В частности, каждая из первой области и второй области содержит множественные кристаллы. Например, конфигурации компенсационных пластин могут варьироваться ступенчато от первой области ко второй области, а также от второй области к третьей области. Например, трех или менее областей может быть достаточно для обеспечения достаточной компенсации.
В другом варианте осуществления компенсационная пластина выполнена из металла, в частности, алюминия. Металл позволяет обеспечить компенсационную пластину особенно простым способом. В частности, алюминий обеспечивает особенно предсказуемый процесс изготовления. Несмотря на то, что может быть предпочтительным алюминий, может быть использован любой другой материал при условии, что механическое напряжение компенсационной пластины является легко управляемым.
3
4
В дополнительном варианте осуществления каждая ячейка содержит защитное покрытие поверх компенсационной пластины. Это обеспечивает защиту компенсационной пластины от воздействия окружающей ее среды, например, от коррозии. Это защитное покрытие или пассивирующий слой может быть тонким, например, меньше 200 нм или меньше 100 нм. Например, защитное покрытие может быть выполнено из нитрида кремния (SiN).
В другом варианте осуществления способ содержит этап определения прогиба мембран ячеек каждого кристалла до обеспечения компенсационных пластин. Таким образом, могут быть определены рисунок варьирования или распределение прогибов мембран по полупроводниковым пластинам. Конфигурации компенсационных пластин затем могут варьироваться согласно этому рисунку варьирования или распределению. В частности, этот этап определения может быть выполнен только однажды для первой полупроводниковой пластины при начале изготовления полупроводниковых пластин. Можно предположить, что в дальнейшем варьирование прогибов мембран будет одинаковым для последующих полупроводниковых пластин. Конечно, также можно выполнять этот этап определения до изготовления каждой отдельной полупроводниковой пластины. Это будет обеспечивать более точную компенсацию за счет более длительного изготовления. Например, этап определения может содержать определение того, достаточна ли величина компенсации по полупроводниковой пластине и корректирование величины компенсации, если определено, что величина компенсации по полупроводниковой пластине не достаточна. Определение того, достаточна ли величина компенсации по полупроводниковой пластине, например, может выполняться посредством электрических измерений, например, измерения напряжения смыкания.
В дополнительном варианте осуществления этап обеспечения компенсационных пластин содержит использование литографической маски с варьирующимися размерами и/или формами. Таким образом, размеры и/или формы компенсационных пластин могут варьироваться по полупроводниковой пластине. Это обеспечивает особенно простой способ варьирования конфигураций компенсационных пластин. Для обеспечения компенсационных пластин требуется только один дополнительный этап литографии. Другими словами, размер и/или форма компенсационной пластины применяются с помощью литографии, в частности, посредством формирования изображения и формирования рисунка литографической маски в фоторезисте.
В другом варианте осуществления этап обеспечения компенсационных пластин содержит нанесение первого слоя и нанесение по меньшей мере второго слоя так, что по меньшей мере часть компенсационных пластин содержит больше слоев, чем другие компенсационные пластины. Таким образом, толщины компенсационных пластин могут варьироваться по полупроводниковой пластине. Это обеспечивает особенно эффективный способ варьирования конфигураций компенсационных пластин. Другими словами, толщины компенсационных пластин могут эффективно варьироваться посредством нанесения/осаждения по меньшей мере двух слоев материала на каждой ячейке по меньшей мере части кристаллов. В таком случае требуются множественные дополнительные этапы осаждения для обеспечения компенсационных пластин, но и компенсирующий эффект, который может достигаться, является очень хорошим. Толщина компенсационной пластины является параметром осаждения. Этот параметр осаждения может быть выбран, в частности, таким образом, что прогибы мембран ячеек делаются практически равномерными.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными и разъяснены со ссылкой на описанные далее вариант(ы) осуществления. На следующих чертежах:
Фиг. 1 показывает принципиальную схему примерной ячейки емкостного микрообработанного преобразователя, в частности ЕМУП-ячейки;
Фиг. 2 показывает примерный трехмерный вид сверху массива ЕМУП-ячеек;
Фиг. 3 показывает профиль поперечного сечения ЕМУП-ячейки по Фиг. 2;
Фиг. 4 показывает схематичное поперечное сечение примерной ЕМУП-ячейки, имеющей компенсационную пластину;
Фиг. 4a показывает примерный график прогиба мембраны как функции радиуса компенсационной пластины для четырех различных толщин компенсационной пластины,
Фиг. 5 показывает схематичное поперечное сечение кристалла, имеющего массив ЕМУП-ячеек;
Фиг. 6 показывает схематичную диаграмму примерного варьирования напряжения смыкания по полупроводниковой пластине без варьирования конфигураций компенсационных пластин;
Фиг. 7 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины, подразделенной и разделимой на множество кристаллов;
Фиг. 8 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 8a показывает примерный вид сверху компенсационной пластины круглой формы на мембране,
Фиг. 8b показывает примерный вид сверху компенсационной пластины кольцевой формы на мембране,
Фиг. 9 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины согласно второму варианту осуществления;
Фиг. 10 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины согласно третьему варианту осуществления;
Фиг. 11 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг. 12 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины согласно пятому варианту осуществления;
Фиг. 13 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины согласно шестому варианту осуществления;
Фиг. 14 показывает вид сверху полупроводниковой пластины согласно дополнительному варианту осуществления;
Фиг. 15 показывает CV-кривые краевого кристалла и центрального кристалла без компенсации; и
Фиг. 16 показывает CV-кривые краевого кристалла и центрального кристалла с компенсацией.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 показывает принципиальную схему примерной ячейки 1 емкостного микрообработанного преобразователя, в частности, ЕМУП-ячейки. Ячейка 1 содержит подложку 10 (например, выполненную из кремния), содержащую первый электрод 11, также известный как нижний электрод. В этом примере, показанном на Фиг. 1, первый электрод 11 встроен в подложку или слой 10 основы подложки. Тем не менее, следует понимать, что он также может быть нанесен поверх подложки или слоя основы подложки. Ячейка 1 дополнительно содержит мембрану 13 (например, выполненную из нитрида кремния), содержащую второй электрод 14, также известный как верхний электрод. В этом примере, показанном на Фиг. 1, второй электрод 14 встроен в мембрану или слой 13 основы мембраны. Тем не менее, следует понимать, что он также может быть нанесен поверх мембраны или слоя основы мембраны. Ячейка 1 дополнительно содержит полость 12 между подложкой 10 и мембраной 13. Эта полость 12 обычно поддерживается при низком, близком к вакууму давлении и обеспечивает пространство между подложкой 10 и мембраной 13. В такой ЕМУП-ячейке, предназначенной для приема ультразвуковых волн, ультразвуковые волны заставляют мембрану 13 ячейки перемещаться или колебаться, и может быть обнаружено изменение емкости между электродами 11, 13. В силу этого ультразвуковые волны преобразуются в соответствующий электрический сигнал. И наоборот, электрический сигнал, поданный на электроды 11, 13, может заставлять мембрану 13 ячейки перемещаться или колебаться и тем самым передавать ультразвуковые волны.
С точки зрения технологии, ячейка емкостного микрообработанного преобразователя с предварительным смыканием (в частности, ЕМУП) может быть в принципе изготовлена любым традиционным способом, который, например, описывается подробно в WO 2010/032156 A2, которая включена сюда посредством ссылки.
Несмотря на то, что Фиг. 1 пояснена и оставшаяся часть описания будет пояснено в отношении ЕМУП-ячейки для передачи и/или приема ультразвуковых волн, следует понимать, что ячейка емкостного микрообработанного преобразователя также может быть использована для другой цели, например, в качестве датчика давления. В ячейке датчика давления мембрана 13 подвергается давлению, которое заставляет мембрану 13 сгибаться или изгибаться. Изменение положения мембраны 13 приводит к изменению расстояния между первым и вторым электродами 11 и 14, тем самым изменяя устанавливаемую между ними емкость. Это изменение емкости обнаруживается и преобразуется в измеряемое изменение давления. Следует отметить, что чертеж по Фиг. 1 является просто примерным и что ячейка 1 может содержать другие признаки или слои, или пакеты слоев по мере необходимости для обработки и электрической работы прибора.
m
Фиг. 2 показывает примерный трехмерный вид сверху матрицы ЕМУП-ячеек 1, в частности, ячеек, поясненных со ссылкой на Фиг. 1. Массив ЕМУП-ячеек 1 образует матричный (двумерный) массив преобразователей. В этом примере каждая ЕМУП-ячейка 1 имеет круглую форму с диаметром 2r ячейки 1 или ее мембраны 13. Фиг. 3 показывает профиль поперечного сечения ЕМУП-ячейки по Фиг. 2. Как можно видеть на Фиг. 3, мембрана 13 ячейки 1 имеет изгиб или прогиб h. Прогиб h иногда также называют отклонением, смещением или деформацией мембраны. Как правило, прогиб h имеет определенную величину и имеет конкретное направление, то есть вверх или вниз. В этом примере по Фиг. 3 прогиб h имеет величину примерно 200 нм и направление вверх. Прогиб h вызывает сдвиг в электрических и акустических свойствах ячейки 1. Прогиб h влияет на напряжение смыкания (например, вплоть до 25%) и, предполагая постоянное напряжение смещения, также на центральную частоту (например, примерно 1-2 МГц).
Чтобы влиять на прогиб, может быть использована компенсационная пластина 15 на (например, поверх) мембране или слое 13 основы мембраны. Фиг. 4 показывает схематичное поперечное сечение примерной ЕМУП-ячейки 1, в частности, как пояснено со ссылкой на Фиг. 1-3, имеющей такую компенсационную пластину 15. Стрелка B на Фиг. 4 иллюстрирует, что эта конкретная ЕМУП-ячейка 1 имеет круговую симметрию вокруг центральной (поперечной) оси A ячейки или мембраны (ортогональной к поверхности мембраны). Разрезы ЕМУП-ячейки, показанной на Фиг. 4, заостряют внимание на мембране 13. Также показана опорная точка 13a для мембраны 13. Компенсационная пластина 15 располагается на мембране или слое 13 основы мембраны. Следует понимать, что компенсационная пластина 15 также колеблется или перемещается при приеме и/или передаче ультразвуковых волн, как пояснено со ссылкой на Фиг. 1. Соответственно, компенсационная пластина 15 также может быть частью мембраны 13, в частности, располагаться на слое основы мембраны. В примере, показанном на Фиг. 4, компенсационная пластина 15 располагается на внешней поверхности мембраны или слоя 13 основы мембраны напротив полости 12.
Как правило, механическое напряжение в мембране 13 может вызывать прогиб мембраны. В одном примере изменение температуры или термически вызванное механическое напряжение может быть первопричиной прогиба мембраны (или так называемого отклонения). Как правило, это проистекает из конструкции и характеристик материалов, составляющих мембрану 13. Второй (верхний) электрод 14 выполняется из электропроводящего материала, который отличается от материала самой мембраны или слоя основы мембраны. Под влиянием изменения температуры эти два материала расширяются или сжимаются в разной степени и с различными характеристиками расширения. Это создает термически вызванное механическое напряжение и количество движения в мембране. Это термически вызванное механическое напряжение и количество движения могут инициировать перемещение в мембране, тем самым стимулируя изменение емкости. Посредством нанесения компенсационной пластины 15 на мембрану 13 можно влиять на прогиб или отклонение мембраны.
Прогиб или отклонение h мембраны 13 может быть смоделирован(о) согласно следующему:
с:
,
где
h – отклонение мембраны к подложке в центральной точке полости, в частности, на центральной (поперечной) оси A, вследствие механического напряжения (например, термически вызванного механического напряжения),
M – количество движения мембраны вследствие механического напряжения (например, термически вызванного механического напряжения),
D – жесткость при изгибе мембраны 13,
m
r – радиус мембраны (определенный от центральной точки полости),
b-bot
r – радиус второго (верхнего) электрода 14 (определенный от центральной точки полости),
b-top
r – радиус компенсационной пластины 15 (определенный от центральной точки полости),
1
2
3
h, h и h – расстояния первой стороны второго (верхнего) электрода 14, второй стороны второго (верхнего) электрода 14 и толщина мембраны 13 соответственно (измеренные от внутренней поверхности мембраны, образующей сторону полости),
υ – коэффициент Пуассона,
S – термическое механическое напряжение в мембране,
1
2
E – модуль Юнга материала мембраны 13, причем E и E относятся ко второму (верхнему) электроду 14 и мембране 13 соответственно,
ΔT – изменение температуры, и
1
2
α – коэффициент расширения материала, причем α и α относятся ко второму (верхнему) электроду 14 и мембране 13 соответственно.
Следует понимать, что термически вызванное механическое напряжение представляет собой только один пример, но могут быть и другие или дополнительные причины, которые приводят к механическому напряжению в мембране. Следовательно, в вышеприведенной формуле S вообще может или также может называться "значением механического напряжения". Кроме того, следует понимать, что вышеприведенная формула для прогиба или отклонения h мембраны выводится для конкретной конструкции мембраны, указанной на Фиг. 4, которая является упрощением. Соответственно, следует понимать, что это представляет собой просто иллюстрацию, подчеркивающую некоторые из основных эффектов.
b-top
b
m
b
b
Размер (или диаметр d, при этом на Фиг. 4 показан только радиус d/2 или r) и/или толщина компенсационной пластины 15 могут варьироваться для получения различных компенсирующих эффектов. Это будет пояснено более подробно со ссылкой на Фиг. 4a. Фиг. 4a показывает примерный график прогиба или отклонения мембраны 13 как функции радиуса r компенсационной пластины 15 для четырех различных толщин компенсационной пластины. Для графика по Фиг. 4a использовали компенсационную пластину 15 круглой формы в центре мембраны, как пояснено со ссылкой на Фиг. 4. Компенсационную пластину выполняли из алюминия. Радиус r мембраны составлял 30 мкм. Первая кривая C1 указывает толщину компенсационной пластины в 80 нм (показана кружками), вторая кривая C2 указывает толщину компенсационной пластины в 100 нм (показана ромбами), третья кривая C3 указывает толщину компенсационной пластины в 120 нм (показана квадратами), и четвертая кривая C4 указывает толщину компенсационной пластины в 140 нм (показана треугольниками). Линия C5 указывает нулевую толщину компенсационной пластины, следовательно, компенсационная пластина отсутствует. Теперь можно выбирать толщину компенсационной пластины и размер таким образом, чтобы достигался конкретный прогиб или отклонение, например, нулевой прогиб или отклонение. Для конкретного примера радиуса r компенсационной пластины в 24 мкм, как показано вертикальной пунктирной линией на Фиг. 4a, толщина компенсационной пластины должна составлять примерно 100 нм, чтобы достигать нулевого прогиба или отклонения. Или, наоборот, для толщины компенсационной пластины 100 нм радиус r компенсационной пластины должен составлять примерно 24 мкм, чтобы достигать нулевого прогиба или отклонения. Соответственно, в общем, для некой данной формы компенсационной пластины, размер и толщина компенсационной пластины 15 используются для влияния на прогиб h мембраны 13.
3
4
Фиг. 5 показывает схематичное поперечное сечение кристалла 110, имеющего массив ЕМУП-ячеек 1, в частности, ЕМУП-ячейку, как пояснено со ссылкой на Фиг. 1-4. ЕМУП-ячейки 1 располагаются в массиве одна рядом с другой. Каждая мембрана 13 ячейки содержит компенсационную пластину 15. Компенсационная пластина 15, например, может быть выполнена из металла, в частности, алюминия, который обеспечивает особенно предсказуемый процесс изготовления. Несмотря на то, что может быть предпочтительным алюминий, любой другой материал может быть использован при условии, что механическое напряжение компенсационной пластины 15 легко регулируется или компенсируется. Кроме того, каждая ячейка 1 может, необязательно, содержать защитное покрытие поверх компенсационной пластины 15. Защитное покрытие или пассивирующий слой могут быть тонкими, например, меньше 200 нм или меньше 100 нм. Например, защитное покрытие может быть выполнено из нитрида кремния (SiN). Кристалл 110, как, например, показано на Фиг. 5, после отделения от полупроводниковой пластины 100, затем может быть использован для того, чтобы сформировать преобразователь, в частности, ультразвуковой преобразователь или датчик давления. Для этого могут быть предусмотрены внешние соединения с возможной связанной специализированной интегральной схемой (специализированной ИС) или любые другие соединения с внешней средой. Например, кристалл 110 может быть помещен поверх специализированной ИС.
Полупроводниковая пластина, используемая для изготовления такого преобразовательного прибора, содержит множество таких кристаллов 110, в частности, как пояснено со ссылкой на Фиг. 5. Таким образом, полупроводниковая пластина является подразделенной и разделимой на множество кристаллов 110. Поскольку полупроводниковая пластина, как правило, содержит большое число кристаллов 110, размер кристалла 110 является очень небольшим по сравнению с габаритным размером или диаметром полупроводниковой пластины. Например, размер кристалла может быть в интервале примерно от 1/10 до 1/50 от габаритного размера или диаметра полупроводниковой пластины. Другими словами, полупроводниковая пластина, например, может иметь от по меньшей мере 10 до 50 кристаллов. Только чтобы дать конкретный неограничивающий пример, размер кристалла может быть только от 5 до 10 мм, в то время как размер или диаметр полупроводниковой пластины, например, может быть 150-200 мм. В частности, размер полупроводниковой пластины может иметь фиксированное значение, такое как, например, 150 мм (также упоминается как 6 дюймов), 200 мм (также упоминается как 8 дюймов) или 300 мм (также упоминается как 12 дюймов). Следует понимать, что полупроводниковая пластина также может иметь другой фиксированный размер, такой как, например, 100 мм (также упоминается как 4 дюйма).
Обнаружено, что прогиб h мембраны 13 ячейки обычно зависит от конкретного местоположения на полупроводниковой пластине, в частности, от местоположения мембраны 13 или соответствующего ей кристалла. Центральный кристалл имеет другой прогиб h по сравнению с краевым кристаллом. Это дополнительно будет пояснено со ссылкой на Фиг. 6. Фиг. 6 показывает схематичную диаграмму примерного варьирования напряжения смыкания Vc по полупроводниковой пластине 100 без варьирования конфигураций компенсационных пластин. Большая окружность на Фиг. 6 представляет кромку или край 101 полупроводниковой пластины 100. Полупроводниковая пластина 100 имеет диаметр D. Диаметр D определяется по кромке или краю 101 полупроводниковой пластины 100. Несмотря на то, что Фиг. 6 показывает полупроводниковую пластину 100 круглой формы, следует понимать, что термин "диаметр" не ограничивается круговой формой полупроводниковой пластины, а, в общем, относится к максимальному измерению полупроводниковой пластины по ее поверхности (в плоскости, ортогональной ее толщине). Каждый из кружков на Фиг. 6 представляет собой один из кристаллов полупроводниковой пластины. С каждым кружком, представляющим собой кристалл, ассоциировано число на Фиг. 6. Каждое число указывает или представляет собой напряжение смыкания Vc соответствующего кристалла. В пределах каждого кристалла прогиб мембраны предполагается (практически) равномерным. Поскольку напряжение смыкания Vc связано с прогибом h, напряжение смыкания Vc является показателем прогиба h. Как можно видеть на Фиг. 6, в центре полупроводниковой пластины 100, где находятся центральные кристаллы, напряжение смыкания составляет примерно 96 В, а около края или кромки полупроводниковой пластины 100, где находятся краевые кристаллы, оно составляет примерно 130 В или 140 В. Как показывает Фиг. 6, прогиб мембраны приводит к варьированию напряжения смыкания в диапазоне от примерно 95 В в центре полупроводниковой пластины и с увеличением до примерно 130 В или 140 В около края 102 полупроводниковой пластины 100. Как можно видеть на Фиг. 6, прогиб варьируется по полупроводниковой пластине 100 и увеличивается к краю 101 полупроводниковой пластины 100. Радиальный рисунок, показанный на Фиг. 6, является характерным для конкретного используемого инструмента(ов) осаждения. Соответственно, следует понимать, что рисунок на Фиг. 6 является просто примерным. Можно предположить, что варьирование или рисунок воспроизводится от полупроводниковой пластины к полупроводниковой пластине при изготовлении.
Эта неравномерность прогиба мембран, например, как показано на Фиг. 6, является довольно нежелательной, поскольку электрические характеристики и акустические характеристики, такие как выходное акустическое давление и центральная частота, зависят от прогиба h и, следовательно, также являются неравномерными. Чтобы решать эту проблему, конфигурации компенсационных пластин варьируют по полупроводниковой пластине 100, более конкретно по ее диаметру D, что будет более подробно пояснено в дальнейшем.
Фиг. 7 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины 100, подразделенной и разделимой на множество кристаллов 110. Каждый кристалл 110 содержит массив ячеек 1 емкостного микрообработанного преобразователя, в частности, ЕМУП-ячеек, например, как пояснено со ссылкой на Фиг. 5. Следует понимать, что для целей упрощения только две ячейки показаны для каждого кристалла на Фиг. 5, а также и на следующих фигурах, и что в принципе каждый кристалл может содержать любое подходящее число ячеек. Например, как пояснено со ссылкой на Фиг. 1, каждая ячейка 1 содержит подложку 10, содержащую первый электрод 11 (не показан на Фиг. 7 для целей упрощения), мембрану 13, содержащую второй электрод 14 (не показан на Фиг. 7 для целей упрощения), и полость 12 между подложкой 10 и мембраной 13. Каждая ячейка 1 по меньшей мере части кристаллов 12 содержит компенсационную пластину 15 (не показана на Фиг. 7 для целей упрощения) на мембране 13. Каждая компенсационная пластина имеет конфигурацию для оказания влияния на прогиб h мембраны 13, например, как пояснено со ссылкой на Фиг. 4 или Фиг. 5. Конфигурации компенсационных пластин 15 варьируются по диаметру D полупроводниковой пластины. Таким образом, величина компенсации варьируется по полупроводниковой пластине. Конфигурации компенсационных пластин 15 варьируются по диаметру D полупроводниковой пластины таким образом, что прогибы мембран ячеек 1 делаются практически равномерными. Прогибы мембран не обязательно должны быть равны нулю, но должны быть практически равномерными по полупроводниковой пластине. Кроме того, конфигурации компенсационных пластин 15 ячеек каждого кристалла 110 предполагаются практически равномерными. Это предположение справедливо вследствие небольшого размера кристалла 110 по сравнению с габаритным размером D полупроводниковой пластины 100.
Со ссылкой на Фиг. 4a было пояснено, что для некой данной формы компенсационной пластины размер и толщина компенсационной пластины могут быть использованы для влияния на прогиб h мембраны. Как упомянуто выше, прогиб мембраны ячейки не обязательно должен быть сделан нулевым, но прогибы мембран делают практически равномерными по полупроводниковой пластине с помощью варьирования конфигураций компенсационных пластин, например, посредством выбора размера и толщины для данной формы, как пояснено со ссылкой на Фиг. 4a. Если обобщать, можно сказать, что форма, размер и/или толщина компенсационной пластины 15 могут варьироваться для получения различных компенсирующих эффектов. Соответственно, форма, размер и/или толщина компенсационной пластины 15 используются для управления компенсацией. Форма, размер и/или толщина определяют величину компенсации, а также направление (или знак) компенсации (вверх или вниз). Соответственно, конфигурация компенсационной пластины может относится к форме, размеру и/или толщине компенсационных пластин, в частности, к размеру (или длине, или диаметру) и/или к толщине компенсационной пластины (для данной формы). Например, для компенсационных пластин может быть использован общепринятый материал, поскольку изготовление с множественными материалами является более сложным. Тем не менее, конфигурация компенсационной пластины также может относится к материалу компенсационной пластины. В частности, материал определяет модуль E Юнга, коэффициент υ Пуассона и коэффициент α теплового расширения. Эти свойства также влияют на механическое напряжение или прогиб мембраны, как пояснено в связи с вышеприведенными формулами.
Теперь будет пояснен соответствующий способ изготовления такой полупроводниковой пластины 100. Способ изготовления такого кристалла 110 дополнительно содержит (заключительный) этап отделения кристалла 110 от полупроводниковой пластины 100. Способ изготовления такой полупроводниковой пластины содержит, во-первых, этап обеспечения полупроводниковой пластины 100, подразделенной и разделимой на множество кристаллов 110, в частности, полупроводниковой пластины с неравномерными прогибами мембран, такими как, например, показанные на Фиг. 6. Способ дополнительно содержит этап обеспечения компенсационной пластины 15 на мембране 13 каждой ячейки 1 по меньшей мере части кристаллов 110, причем каждая компенсационная пластина 15 имеет конфигурацию для оказания влияния на прогиб h мембраны 13, при этом конфигурации компенсационных пластин 15 варьируются по диаметру D полупроводниковой пластины 100. Необязательно, способ может содержать этап определения h прогиба мембран ячеек 1 каждого кристалла 110 до обеспечения компенсационных пластин 15. Таким образом, может быть определен рисунок варьирования или распределение прогибов мембран по полупроводниковым пластинам, а затем конфигурации компенсационных пластин 15 могут варьироваться согласно этому рисунку варьирования или распределению. Этот этап определения может быть проведен только однажды для первой полупроводниковой пластины при начале изготовления полупроводниковых пластин, когда можно предположить, что в дальнейшем варьирование прогибов мембран будет одинаковым для последующих полупроводниковых пластин 100. Конечно, также можно выполнять этот этап определения до изготовления каждой отдельной полупроводниковой пластины. Это обеспечит более точную компенсацию ценой более длительного изготовления. Например, этап определения может содержать определение того, достаточна ли величина компенсации по полупроводниковой пластине, и регулирование величины компенсации, если определено, что величина компенсации по полупроводниковой пластине не достаточна. Определение того, достаточна ли величина компенсации по полупроводниковой пластине, например, может быть выполнено посредством электрических измерений, например, измерением напряжения смыкания. Это обеспечивает подтверждение или проверку того, является ли величина компенсации по полупроводниковой пластине достаточной или хорошей, и регулирование, если необходимы улучшения.
Теперь со ссылкой на Фиг. 8-14 будут пояснены разнообразные примеры варьирований конфигураций компенсационных пластин. Несмотря на то, что каждая из Фиг. 8-14 показывает различный вариант осуществления, следует понимать, что признаки различных вариантов осуществления могут быть скомбинированы или поменяны местами любым подходящим способом.
Фиг. 8 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины 100 согласно первому варианту осуществления. В этом первом варианте осуществления по Фиг. 8 формы компенсационных пластин 15 варьируются по диаметру D полупроводниковой пластины. Таким образом, термин "конфигурация" компенсационной пластины в этом варианте осуществления относится к форме компенсационной пластины 15. Компенсационные пластины 15 кристалла 110 в центре полупроводниковой пластины (область R1) имеют другую форму, чем компенсационные пластины 15 кристалла 110 на краю полупроводниковой пластины (область R2). В этом конкретном варианте осуществления, показанном на Фиг. 8, центральные кристаллы (область 1) имеют кольцевую форму, а краевые кристаллы имеют (непрерывную) круглую форму, также называемую диском. Таким образом, формы варьируются между круглой формой и кольцевой формой.
Фиг. 8a показывает примерный вид сверху компенсационной пластины круглой формы на мембране, а Фиг. 8b показывает примерный вид сверху компенсационной пластины кольцевой формы на мембране. (Непрерывная) круглая компенсационная пластина позиционируется центрированной вокруг центральной оси А мембраны. Таким образом, прогиб мембраны вверх может быть уменьшен. Компенсационная пластина кольцевой формы также позиционируется центрированной вокруг центральной оси А мембраны. Таким образом, прогиб мембраны вниз может быть уменьшен. Соответственно в этом случае форма компенсационной пластины влияет на направление прогибания.
Фиг. 9 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины 100 согласно второму варианту осуществления. В этом втором варианте осуществления по Фиг. 9 размеры d1, d2 компенсационных пластин 15 варьируются по диаметру D полупроводниковой пластины. Соответственно, термин "конфигурация" компенсационной пластины в этом варианте осуществления относится к размеру компенсационной пластины 15. Компенсационные пластины 15 кристалла 110 в центре полупроводниковой пластины (область R1) имеют первый размер d1, а компенсационные пластины 15 кристалла 110 на краю полупроводниковой пластины (область R2) имеют второй размер d2, при этом первый размер d1 меньше, чем второй размер d2. Таким образом, размеры d1, d2 варьируются по диаметру D полупроводниковой пластины 100. При увеличении размера компенсационной пластины 15 прогиб мембраны уменьшается от центра (первая область R1) к краю (вторая область R2) полупроводниковой пластины. Например, если каждая компенсационная пластина 15 на Фиг. 9 имеет (непрерывную) круглую форму, то размер d1, d2 соответствует диаметру пластины. Тем не менее, следует понимать, что ячейка 1, как правило, может иметь любую другую подходящую форму. Например, компенсационная пластина может иметь кольцевую форму, которая будет пояснена более подробно со ссылкой на Фиг. 11. При изготовлении размеры компенсационных пластин 15 могут легко варьироваться посредством использования литографической маски с варьирующимися размерами и/или формами, в частности, посредством формирования изображения и формирования рисунка литографической маски в фоторезисте. В таком случае для обеспечения компенсационных пластин требуется только один дополнительный этап литографии. Например, для литографии может быть использована или установка совмещения и последовательного шагового мультиплицирования, или установка контактной фотолитографии. Установка совмещения и последовательного шагового мультиплицирования является хорошо известным производственным инструментом, который экспонирует один кристалл за раз с высоким разрешением. Установка совмещения и последовательного шагового мультиплицирования обычно использует 4-кратное или 5-кратное уменьшение. Установка контактной фотолитографии использует 1-кратное уменьшение и экспонирует целую полупроводниковую пластину за одно экспонирование. Это сделало бы возможным большее варьирование величины компенсации.
Фиг. 10 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины согласно третьему варианту осуществления. В этом третьем варианте осуществления по Фиг. 10 толщины t1, t2 компенсационных пластин 15 варьируются по диаметру D полупроводниковой пластины 100. Таким образом, термин "конфигурация" компенсационной пластины в этом варианте осуществления относится к толщине компенсационной пластины 15. Компенсационные пластины 15 кристалла в центре полупроводниковой пластины (область R1) имеют первую толщину t1, а компенсационные пластины кристалла на краю полупроводниковой пластины (область R2) имеют вторую толщину t2, при этом первая толщина t1 меньше, чем вторая толщина t2. В варианте осуществления по Фиг. 10 компенсационные пластины 15 центральных кристаллов имеют лишь единственный слой 15a, в то время как компенсационные пластины 15 краевых кристаллов имеют первый слой 15a и второй слой 15b. Таким образом, в этом варианте осуществления часть компенсационных пластин 15, а именно компенсационные пластины краевых кристаллов (область R2), содержит больше слоев, чем другие компенсационные пластины 15, в этом случае – компенсационные пластины 15 центральных кристаллов (область R1). Несмотря на то, что на Фиг. 10 показан единственный слой по сравнению с двумя слоями, следует понимать, что может быть использовано любое другое подходящее число слоев при условии, что существует варьирование толщины. Более толстая (например, металлическая) компенсационная пластина увеличивает эффект компенсации. Другими словами, при увеличении толщины увеличивается эффект компенсации. При изготовлении толщины t1, t2 компенсационных пластин 15 могут эффективно варьироваться посредством нанесения/осаждения (например, посредством металлизации) по меньшей мере двух слоев материала на каждой ячейке по меньшей мере части кристаллов (например, краевых кристаллов в области R2 на Фиг. 10). Таким образом, первый слой 15a и второй слой 15b могут быть осаждены так, что часть компенсационных пластин 15 (например, компенсационные пластины краевых кристаллов в области R2 на Фиг. 10) содержит больше слоев, чем другие компенсационные пластины (например, компенсационные пластины центральных кристаллов в области R1 на Фиг. 10). В таком случае для обеспечения компенсационных пластин необходимы множественные дополнительные этапы осаждения, но и компенсирующий эффект, который может быть достигнут, также является очень хорошим. Таким образом, толщина t компенсационной пластины 15 является параметром осаждения. Этот параметр осаждения может быть выбран таким образом, что прогибы мембран ячеек делаются практически равномерными.
Фиг. 11 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины согласно четвертому варианту осуществления. В этом четвертом варианте осуществления по Фиг. 11 каждая компенсационная пластина 15 имеет кольцевую форму с внутренним диаметром di1, di2 пластины. Внутренние диаметры di1, di2 пластин варьируются по диаметру D полупроводниковой пластины 100. Компенсационные пластины 15 кристалла в центре полупроводниковой пластины (область R1) имеют первый внутренний диаметр di2, а компенсационные пластины кристалла на краю полупроводниковой пластины (область R2) имеют второй внутренний диаметр di2, при этом первый внутренний диаметр di1 больше, чем второй внутренний диаметр di2. Таким образом, при варьировании внутреннего диаметра пластины увеличивается эффект компенсации.
В каждом из вариантов осуществления по Фиг. 7-11 все кристаллы 110 полупроводниковой пластины 100 содержат компенсационные пластины 15. Тем не менее, следует понимать, что также только часть кристаллов 110 может содержать компенсационные пластины, в то время как другие кристаллы могут не содержать никакой компенсационной пластины. Это показано, например, на Фиг. 12, которая демонстрирует схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины 100 согласно пятому варианту осуществления. В этом варианте осуществления по Фиг. 12 часть кристаллов 110 полупроводниковой пластины 100 не содержит компенсационной пластины 15. Кристаллы в центре полупроводниковой пластины (область R1) не имеют компенсационных пластин, а кристаллы на краю полупроводниковой пластины (область R2) имеют компенсационную пластину 15. Также в этом варианте осуществления конфигурации компенсационных пластин варьируются по диаметру D полупроводниковой пластины, а именно, от конфигурации отсутствия компенсационной пластины до конфигурации наличия компенсационной пластины 15.
В каждом из вариантов осуществления по Фиг. 7-12 конфигурации компенсационных пластин варьируются ступенчато от первой области R1 полупроводниковой пластины 100 ко второй области R2 полупроводниковой пластины 100, при этом первая область находится в центре полупроводниковой пластины, а вторая область находится на краю полупроводниковой пластины. В каждом из вариантов осуществления по Фиг. 7-12 каждая из первой области R1 и второй области R2 содержит множественные кристаллы 110. Следует понимать, что каждая область R1, R2 также может содержать только один кристалл или любое подходящее число кристаллов. Дополнительно следует понимать, что также может быть обеспечено более двух областей, как будет пояснено со ссылкой на Фиг. 13.
Фиг. 13 показывает схематичное поперечное сечение полупроводниковой пластины 100 согласно шестому варианту осуществления. В этом варианте осуществления по Фиг. 13 конфигурации компенсационных пластин 15 варьируются ступенчато от первой области R1 ко второй области R2, а также от второй области R2 к третьей области R3. В данном случае первая область R1 находится в центре полупроводниковой пластины, вторая область R2 находится в середине полупроводниковой пластины, а третья область R3 находится на краю полупроводниковой пластины. Трех или менее областей может быть достаточно для обеспечения достаточной компенсации. Тем не менее, в общем, может быть обеспечено любое подходящее число областей.
Для каждой из Фиг. 8-13 предполагается конкретный рисунок варьирования в прогибах мембран. Это, например, пояснено со ссылкой на Фиг. 6, где прогиб мембраны (например, определенный измерением напряжения смыкания) увеличивается почти симметрично от центра к краю полупроводниковой пластины. Следует понимать, что эти примеры приводятся только для целей иллюстрации и что из них может быть легко выведено любое подходящее варьирование конфигурации в зависимости от конкретного случая или применения. В частности, когда известен рисунок варьирования или распределение прогибов мембран по полупроводниковой пластине, тогда конфигурации компенсационных пластин могут варьироваться согласно этому известному рисунку варьирования или распределению любым подходящим способом.
Фиг. 14 показывает вид сверху полупроводниковой пластины 100 согласно дополнительному варианту осуществления. В частности, Фиг. 14 показывает асимметричное варьирование конфигураций. В этом варианте осуществления по Фиг. 14 конфигурации компенсационных пластин 15 варьируются ступенчато по диаметру D от первой R1 ко второй области R2, к третьей области R3, к четвертой области R4. Эти области R1, R2, R3, R4 в этом случае не являются круглосимметричными.
В дальнейшем для лучшего понимания будет приведен конкретный неограничивающий пример. Компенсационные пластины в области R1 могут быть кольцеобразными, так что мембраны изгибаются вверх для снижения прогиба вниз. В области R2 может быть не предусмотрено компенсационных пластин. Компенсационные пластины в области R3 могут быть круглыми по форме, так что мембраны изгибаются вниз для снижения прогиба вверх. Компенсационные пластины в области R4 также могут быть круглыми, но имеющими по меньшей мере два слоя для увеличения величины прогибания. Следует понимать, что это является только произвольным неограничивающим примером и что конфигурации компенсационных пластин зависят от данного рисунка варьирования в прогибах мембран, например, определенного измерением напряжений смыкания.
Далее относительно Фиг. 15 и Фиг. 16 будет пояснен эффект компенсации варьирования прогибов мембран. Фиг. 15 показывает CV-кривые краевого кристалла и центрального кристалла без компенсации, а Фиг. 16 показывает CV-кривые краевого кристалла и центрального кристалла с компенсацией. При измерениях по Фиг. 15 компенсационные пластины на полупроводниковой пластине отсутствовали. Таким образом, здесь использовали полупроводниковую пластину без компенсации или до нее. При измерениях по Фиг. 16 в центре полупроводниковой пластины компенсационные пластины отсутствовали, в то время как на краю полупроводниковой пластины присутствовали компенсационные пластины в виде алюминиевого диска толщиной 200 нм. Эти алюминиевые диски имели оптимально выбранный размер или радиус, как, например, пояснено со ссылкой на Фиг. 4a. На каждой из Фиг. 15 и Фиг. 16 CV-кривая (кривая зависимости емкости от напряжения) краевого кристалла указывается пунктирной линией, а CV-кривая центрального кристалла указывается сплошной линией. На каждом из Фиг. 15 и Фиг. 16 указываются напряжение смыкания Vc (от англ. «collapse voltage») и напряжение отскока Vs (от англ. «snapback voltage»). Напряжение смыкания краевого кристалла указывается как Vce, а напряжение отскока краевого кристалла указывается как Vse. Напряжение смыкания центрального кристалла указывается как Vcc, а напряжение отскока центрального кристалла указывается как Vsc. На Фиг. 15 без компенсации варьирования прогибов мембран разница 200 между напряжением смыкания Vcc центрального кристалла и напряжением смыкания Vce краевого кристалла равна примерно 25 В. На Фиг. 16 с компенсацией варьирования прогибов мембран разница 300 между напряжением смыкания Vcc центрального кристалла и напряжением смыкания Vce краевого кристалла равна почти нулю (0 В).
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такое иллюстрирование и описание должны считаться иллюстративными или примерными, а не ограничивающими; данное изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при практической реализации заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия сущности и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множества. Единственный элемент или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, изложенных в формуле изобретения. Просто тот факт, что определенные меры перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с выгодой.
Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем.