專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)電變換器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)施例的一個(gè)公開(kāi)的方面涉及機(jī)電變換器和制作該變換器的方法。更具體地說(shuō)，一個(gè)實(shí)施例涉及被用作超聲變換器的機(jī)電變換器和制作該變換器的方法。
背景技術(shù)：
已經(jīng)在研究通過(guò)微加工技術(shù)制作的機(jī)電變換器(諸如電容式微加工超聲變換器(CMUT))以作為壓電變換器的替代。這些電容式機(jī)電變換器可以利用振動(dòng)膜的振動(dòng)來(lái)接收和發(fā)送超聲波。作為制作CMUT的方法，美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No. 2005/0177045描述了其中通過(guò)刻蝕犧牲層來(lái)形成空腔的方法。在美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No. 2005/0177045中描述的方法中，為了防止上電 極在刻蝕犧牲層期間被刻蝕，第二電極被布置在第一薄膜(membrane)與第二薄膜之間，并且犧牲層被刻蝕。如在美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No. 2005/0177045中描述的方法中一樣，通過(guò)在襯底上順序地堆疊下電極、絕緣膜、上電極和薄膜來(lái)制作CMUT。在形成多個(gè)層的情況下，層的厚度傾向于變化。如果層的厚度在單元或元件之間不同，則在單元或元件之間的頻率特性變化。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，可以減少在單元或元件之間的頻率特性的變化。根據(jù)本發(fā)明的方面的機(jī)電變換器包括襯底；布置在所述襯底上的第一電極；以及振動(dòng)膜，包括布置在所述第一電極上的薄膜以及布置在所述薄膜上以便與所述第一電極相對(duì)的第二電極，在所述薄膜與所述第一電極之間具有間隙。所述第一電極具有6nmRMS (均方根)或更小的表面粗糙度值。根據(jù)本發(fā)明的方面的制作機(jī)電變換器的方法包括在襯底上形成第一電極的步驟；在所述第一電極上形成犧牲層的步驟；在所述犧牲層上形成薄膜的步驟；在所述薄膜上形成第二電極的步驟；以及在所述薄膜中形成刻蝕孔并且通過(guò)所述刻蝕孔去除所述犧牲層的步驟。所述第一電極被形成為具有6nm RMS或更小的表面粗糙度值。本發(fā)明可以通過(guò)優(yōu)化第一電極的表面狀況來(lái)減少頻率特性在單元或元件之間的變化。從以下參考附圖的示例性實(shí)施例的描述中本發(fā)明更多的特征將變得清晰。


圖IA和圖IB是示出根據(jù)本發(fā)明的方面的示例I可以適用的機(jī)電變換器的示意圖。圖2A 2G是示出制作一個(gè)實(shí)施例的示例I可以適用的機(jī)電變換器的方法的過(guò)程圖。圖3A是示出在第一電極的表面粗糙度和厚度之間的關(guān)系的曲線圖。
圖3B是示出在第一電極的表面粗糙度和振動(dòng)膜的頻率特性之間的關(guān)系的曲線圖。圖4A和圖4B是示出根據(jù)實(shí)施例的方面的示例2可以適用的機(jī)電變換器的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)注意到，振動(dòng)膜的頻率特性根據(jù)在襯底上形成的每個(gè)層的厚度的變化而變化。特別地，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)注意到，制作元件的早期的步驟、即形成第一電極的步驟是重要的。在通過(guò)堆疊多個(gè)層制作的機(jī)電變換器中，在形成第一電極之后的步驟中形成的層可以具有反映第一電極的表面形狀的表面形狀。從該觀點(diǎn)來(lái)看，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在第一電極的表面粗糙度和振動(dòng)膜的頻率特性之間存在一定的關(guān)系?；谠撽P(guān)系，實(shí)施例提供了具有6nm RMS或更小的表面粗糙度值的第一電極?，F(xiàn)在將參考附圖描述實(shí)施例。 機(jī)電變換器的配置圖IA是示出根據(jù)實(shí)施例的方面的機(jī)電變換器的元件I的頂視圖，并且圖IB是由圖IA的虛線包圍的單元結(jié)構(gòu)2的沿著線IB-IB截取的截面圖。本實(shí)施例的元件I包括彼此電連接的多個(gè)單元結(jié)構(gòu)2。盡管圖IA僅僅示出了一個(gè)元件，但是機(jī)電變換器可以具有多個(gè)元件。在圖IA中，元件I由九個(gè)單元結(jié)構(gòu)2組成,但是單元結(jié)構(gòu)的數(shù)量不受特別的限制。此外，盡管以方形格子形狀布置單元結(jié)構(gòu)2，但是可以以任何形狀(諸如鋸齒形)來(lái)布置單元結(jié)構(gòu)2。圖IA所示出的單元結(jié)構(gòu)2是圓形的，但是它們可以是例如方形的或六邊形的。圖IB是單元結(jié)構(gòu)2的截面圖。單元結(jié)構(gòu)2包括襯底11、以及布置在襯底11上的第一絕緣膜12、第一電極13和第二絕緣膜14。單元結(jié)構(gòu)2還包括由第一薄膜16、第二電極17和第二薄膜18組成的振動(dòng)膜。振動(dòng)膜在與第二絕緣膜14之間有間隙(空腔15)的情況下被布置在第二絕緣膜14上。第一薄膜16被布置在第二電極17的間隙側(cè)(空腔15側(cè))上并且由薄膜支撐部19支撐。第二薄膜18被布置在第二電極17的與空腔15相對(duì)的一側(cè)上。第一電極13和第二電極17彼此面對(duì),在第一電極13和第二電極17之間具有空腔15，并且利用電壓施加單元(未示出)在第一電極13和第二電極17之間施加電壓。機(jī)電變換器可以通過(guò)使用引出布線6從每個(gè)元件的第二電極17分開(kāi)地檢測(cè)電信號(hào)。盡管在本實(shí)施例中引出布線6被用于提取電信號(hào)，但是可以使用例如貫通布線。在本實(shí)施例中，為每個(gè)元件布置第一電極13和第二電極17兩者，但是第一電極13或者第二電極17可以被用作共用的電極。在機(jī)電變換器包括多個(gè)元件的情況下，共用的電極被電連接到所有元件。同樣在該情況下，每個(gè)元件的電信號(hào)可以被分開(kāi)地提取，只要第一電極13或者第二電極17在元件與元件之間是分離的即可。 機(jī)電變換器的驅(qū)動(dòng)原理將描述根據(jù)本發(fā)明的方面的機(jī)電變換器的驅(qū)動(dòng)原理。在由機(jī)電變換器接收超聲波的情況下，電源單元(未示出)向第一電極13施加DC電壓以便引起第一電極13與第二電極17之間的電勢(shì)差。超聲波的接收使具有第二電極17的振動(dòng)膜彎曲，從而改變第二電極17與第一電極13之間的距離(在空腔15的深度方向上的距離)，導(dǎo)致電容變化。該電容變化引起引出布線6中的電流的流動(dòng)。該電流由電流-電壓轉(zhuǎn)換裝置(未示出)轉(zhuǎn)換為電壓，從而給出超聲波的輸入信號(hào)。如上所述，引出布線的配置可以被改變?yōu)槭沟肈C電壓被施加于第二電極17并且從每個(gè)兀件的第一電極13中提取電信號(hào)。在發(fā)送超聲波的情況下，DC電壓和AC電壓分別被施加于第一電極13和第二電極17，并且靜電力使振動(dòng)膜振動(dòng)。該振動(dòng)發(fā)送超聲波。同樣在發(fā)送超聲波的情況下，引出布線6的配置可以被改變?yōu)槭沟猛ㄟ^(guò)分別向第二電極17和第一電極13施加DC電壓和AC電壓來(lái)使振動(dòng)膜振動(dòng)?？商娲?，DC電壓和AC電壓可以被施加于第一電極13或第二電極17，從而通過(guò)靜電力使振動(dòng)膜振動(dòng)。振動(dòng)膜的頻率特性和第一電極的表面粗糙度之間的關(guān)系如上所述，在實(shí)施例中，第一電極具有6nm均方根(RMS)或更小的表面粗糙度值?，F(xiàn)在將參考圖3A和圖3B描述振動(dòng)膜的頻率特性和第一電極的表面粗糙度之間的關(guān)系。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，表面粗糙度利用原子力顯微鏡(AFM)來(lái)測(cè)量并且被示出為粗糙度均方根 (RMS)。RMS的測(cè)量面積是5 u mX 5 u m。用于測(cè)量的AFM是由Veeco Instruments Inc.制造的Nanoscope Dimension 3000。用作測(cè)量對(duì)象的機(jī)電變換器除了改變第一電極13的厚度之外具有與下述的示例I的機(jī)電變換器相同的配置。圖3A是示出在由鈦制成的第一電極13的表面粗糙度和厚度之間的關(guān)系的曲線圖。曲線圖示出了在將鈦厚度從50nm增大到200nm的同時(shí)通過(guò)將RF功率固定為550W來(lái)測(cè)量Rms時(shí)的結(jié)果。圖3B是示出在第一電極13的表面粗糙度和振動(dòng)膜的頻率特性之間的關(guān)系的曲線圖。該曲線圖示出了如圖3A中一樣將鈦厚度從50nm改變?yōu)?00nm的同時(shí)測(cè)量振動(dòng)膜的頻率特性時(shí)的結(jié)果。圖3B示出了表面粗糙度與用于評(píng)價(jià)頻率特性的變化的Q值的關(guān)系。Q值是代表振動(dòng)狀態(tài)的無(wú)量綱數(shù)，并且是通過(guò)將振動(dòng)膜的諧振頻率除以半帶寬而獲得的值。較高的Q值意味著，排列的單元結(jié)構(gòu)2的各個(gè)振動(dòng)膜的頻率特性是均勻的，也就是說(shuō)，振動(dòng)膜的形狀和電極之間的距離在單元結(jié)構(gòu)2之間的變化較少。利用由Agilent Technologies Co. ,Ltd.制造的阻抗分析器4294A來(lái)測(cè)量頻率特性。結(jié)果示出了，在第一電極的表面粗糙度為6nm或更小時(shí)Q值較高，諸如為200或更大，并且在大于6nm的表面粗糙度范圍中Q值急劇地減小。在Q值為200或更大的范圍中，曲線局部地具有不同的傾斜度。設(shè)想這是由阻抗分析器的不足的分辨能力所導(dǎo)致的。從圖3B可以理解，第一電極的表面粗糙度高度地影響振動(dòng)膜的頻率特性的變化，并且在表面粗糙度從6nm或更小的范圍增大到比6nm高的范圍時(shí)Q值顯著地改變。該關(guān)系不依賴(lài)于第一電極的材料。由上可知，可以通過(guò)將第一電極的表面粗糙度值控制為6nm RMS或更小來(lái)減少振動(dòng)膜的頻率特性在單元或元件之間的變化。因此，要求盡可能地減小第一電極的表面粗糙度值。在第一電極由鈦制成的情況下，圖3A所示出的曲線圖在約IOOnm的鈦厚度處具有拐點(diǎn)，并且表面粗糙度急劇地增大。此外，曲線圖在約200nm的鈦厚度處具有拐點(diǎn)，并且表面粗糙度的增大率減小。這可能是因?yàn)?，在成膜機(jī)制中，成膜表面在一定水平或更小的膜厚范圍中二維地生長(zhǎng)，并且隨后突然轉(zhuǎn)為三維的生長(zhǎng)，從而在二維和三維生長(zhǎng)的混合狀態(tài)中生長(zhǎng)。不僅在鈦中而且在包含鈦的合金(諸如TiW)中都觀察到該趨勢(shì)。因此，在使用鈦或包含鈦的合金作為實(shí)施例的第一電極的情況下，厚度可以被設(shè)定為IOOnm或更小。此外，在膜形成中，在IOnm或更大的厚度處島形變?yōu)楸∧ば螤?，因此，厚度為IOnm或更大。因此，鈦膜厚的下限可以為IOnm或更大。因此，根據(jù)實(shí)施例的方面的第一電極可以具有大于等于IOnm且小于等于IOOnm的厚度。制作機(jī)電變換器的方法將參考圖2A 2G描述制作根據(jù)實(shí)施例的方面的機(jī)電變換器的方法，圖2A 2G為示出制作圖IA和圖IB所示出的機(jī)電變換器的方法的過(guò)程圖。如圖2A所示，第一絕緣膜12被形成在襯底11上。在襯底11為導(dǎo)電的襯底(諸如硅襯底)的情況下，第一絕緣膜12被形成以用于使襯底11和第一電極13之間絕緣。因此，在襯底11為絕緣襯底(諸如玻璃襯底)的情況下，可以不形成第一絕緣膜12。襯底11應(yīng)該為具有盡可能低的表面粗糙度的襯底。隨后，如圖2B所示，第一電極13被形成在第一絕緣膜12上。如上所述，第一電極13被形成為具有6nm RMS或更小的表面粗糙度值。在通過(guò)堆疊多個(gè)層制作機(jī)電變換器的方法中，膜的表面粗糙度被反映在后續(xù)的膜形成中。因此，重要的是減少在早期的步驟中的表、面粗糙度。特別地，在傾向于導(dǎo)致大的表面粗糙度的金屬膜形成中，較低的表面粗糙度對(duì)于防止特性的變化而言是重要的。在實(shí)施例中，在上述范圍的表面粗糙度之內(nèi)地形成第一電極13，并且由此即使表面粗糙度被繼續(xù)反映到在該步驟之后堆疊的層，也抑制振動(dòng)膜的頻率特性的變化增大。第一電極13可以由例如具有高導(dǎo)電性、耐高溫性和高平整度的鈦或鈦合金制成。隨后，如圖2C所示，第二絕緣膜14被形成在第一電極13上。第二絕緣膜14被形成以用于防止在第一電極與第二電極之間施加電壓時(shí)擊穿或者在第一電極和第二電極之間的電氣短路。在以低電壓驅(qū)動(dòng)的情況下，可以不形成第二絕緣膜14，因?yàn)榈谝槐∧な墙^緣體。如果第二絕緣膜14具有高表面粗糙度，則由表面粗糙度引起的第一電極與第二電極之間的距離在單元之間或者在元件之間變化。因此，第二絕緣膜14也應(yīng)該由具有低表面粗糙度的材料制成。例如，第二絕緣膜14是硅氮化物膜或者硅氧化物膜。隨后，如圖2D所示，犧牲層25被形成在第二絕緣膜14上。犧牲層25是確定空腔的形狀(深度)的因素之一，因此應(yīng)該由在刻蝕期間幾乎不受晶體各向異性和晶粒邊界的影響并且具有較高的對(duì)其它組分的刻蝕選擇性的材料制成。另外，為了縮短刻蝕時(shí)間，犧牲層25應(yīng)該由具有高刻蝕速率的材料制成。此外，要求犧牲層25由具有低表面粗糙度的材料制成。如第一電極中一樣，如果犧牲層的表面粗糙度高，則由表面粗糙度引起的第一電極與第二電極之間的距離在單元或者元件之間變化。因此，犧牲層25應(yīng)該由具有低表面粗糙度的材料(諸如鉻或者鑰)制成。隨后，如圖2E所示，第一薄膜16被形成在犧牲層25上。薄膜支撐部也在該步驟中形成。要求第一薄膜16具有低拉伸應(yīng)力，例如，高于OMPa且小于等于300MPa的拉伸應(yīng)力。硅氮化物膜的應(yīng)力可以通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PE-CVD)來(lái)控制，以便提供低拉伸應(yīng)力。如果第一薄膜16具有壓縮應(yīng)力，則可能引起粘附(sticking)或者翹曲(buckling),從而使振動(dòng)膜較大程度地變形。粘附是其中第一薄膜16向第一電極13側(cè)坍塌的現(xiàn)象。如果拉伸應(yīng)力高，則第一薄膜可能被破壞。因此，第一薄膜16應(yīng)該具有低拉伸應(yīng)力。隨后，如圖2F所示，形成第二電極17，并且還形成刻蝕孔(未示出)。隨后，通過(guò)刻蝕孔去除犧牲層25從而形成空腔。要求第二電極17由具有低殘留應(yīng)力、高耐熱性以及針對(duì)犧牲層的刻蝕的抗刻蝕性的材料制成。另外，要求第二電極17由幾乎不由于例如在稍后的步驟(即，第二薄膜的形成)中的溫度而增大應(yīng)力并且?guī)缀醪涣踊牟牧现瞥伞Ｔ诘涂涛g選擇比的情況下，必須在刻蝕犧牲層時(shí)保護(hù)第二電極17，這導(dǎo)致出現(xiàn)變化。因此，第二電極17應(yīng)該由具有針對(duì)犧牲層的刻蝕的抗刻蝕性的材料制成。這種材料的示例包括鈦和
鈦合金。隨后，如圖2G所示，形成第二薄膜18。在該步驟中，在同一個(gè)步驟中執(zhí)行第二薄膜18的形成和刻蝕孔的密封。也就是說(shuō)，在該步驟中，第二薄膜18被形成在第二電極上(在第二電極的與空腔相對(duì)的一側(cè)的表面上)，并且由此可以形成具有預(yù)定的彈簧常數(shù)的振動(dòng)膜，并且還可以形成密封刻蝕孔的密封部。在刻蝕孔在形成第二薄膜18之后被形成并且然后被密封的情況下，在第二薄膜上沉積用于密封刻蝕孔的膜。用于去除該沉積膜的刻蝕引起振動(dòng)膜的應(yīng)力和厚度的變化。另一方面，在實(shí)施例的步驟中，在同一個(gè)步驟中執(zhí)行刻蝕孔的密封和第二薄膜18的形成，并且由此可以僅僅通過(guò)成膜步驟來(lái)形成振動(dòng)膜。 要求第二薄膜18由具有低拉伸應(yīng)力的材料制成。如在第一薄膜16中一樣，如果第二薄膜18具有壓縮應(yīng)力，則第一薄膜16可能引起粘附或翹曲從而較大程度地變形。如果第二薄膜18具有高拉伸應(yīng)力，它可能被破壞。因此，第二薄膜18應(yīng)該具有低拉伸應(yīng)力。硅氮化物膜的應(yīng)力可以通過(guò)PE-CVD來(lái)控制，以便提供低拉伸應(yīng)力。隨后，引出布線被形成以用于容易地執(zhí)行與第一電極和第二電極的電連接(該步驟未被示出)。布線可以由具有高導(dǎo)電性和適合于組裝的材料(諸如鋁)制成。在由該方法制作的機(jī)電變換器中，可以減少振動(dòng)膜的頻率特性的變化。另外，在由該方法制作的機(jī)電變換器中，可以僅僅通過(guò)成膜步驟來(lái)形成振動(dòng)膜。因此，可以減少振動(dòng)膜的厚度變化，并且由此可以減少機(jī)電變換器的帶寬和靈敏度在單元或者元件之間的變化。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例根據(jù)實(shí)施例的方面的襯底可以是任何襯底,諸如半導(dǎo)體襯底、玻璃襯底、陶瓷襯底或者其復(fù)合襯底。在襯底11為絕緣體(諸如玻璃襯底)的情況下，可以不布置第一絕緣膜12。特別地，硅襯底可以被用作襯底11，并且熱氧化膜可以被用作第一絕緣膜12。特別地，具有熱氧化膜的硅襯底可以被用作具有高平整度的襯底。第一電極13可以由鈦或者鈦合金制成。用作第一電極的鈦膜的表面粗糙度可以通過(guò)控制濺射設(shè)備的RF功率來(lái)精確地控制。由于鈦具有高耐熱性，因此可以防止在后面的步驟中由高溫引起的劣化和變形。表面粗糙度被反映在下一步驟中通過(guò)堆疊形成的膜中。因此，重要的是減少在早期的步驟中的表面粗糙度。第二絕緣膜14可以由硅氧化物制成。通過(guò)PE-CVD形成的硅氧化物膜具有高絕緣性能和平整度，并且在臺(tái)階覆蓋性方面優(yōu)秀。由于在第一電極13和第二電極17之間施加高電壓，因此具有高絕緣性能并且在臺(tái)階覆蓋性方面優(yōu)秀的硅氧化物膜可以為后續(xù)的步驟提供低表面粗糙度并且因此可以被使用。第一薄膜16和第二薄膜18可以由硅氮化物制成。由PE-CVD形成的硅氮化物膜一般可以獲得拉伸應(yīng)力。為了防止振動(dòng)膜由于硅氮化物膜的殘留應(yīng)力而被較大程度地變形，要求低拉伸應(yīng)力。在根據(jù)實(shí)施例的方面的機(jī)電變換器中，第二電極17被布置在第一薄膜16和第二薄膜18之間。與第二電極17被布置在第二薄膜18上的情況下相比，該配置可以減少第一電極和第二電極之間的距離，使得轉(zhuǎn)換效率增大。在這里的轉(zhuǎn)換效率是將振動(dòng)膜的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的效率。轉(zhuǎn)換效率隨第一電極和第二電極之間的距離的減小而增大。在振動(dòng)膜由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料的組合組成的情況下，振動(dòng)膜由于雙金屬效果而歪曲(warp)。然而，可以通過(guò)在由相同材料制成的第一薄膜16和第二薄膜18之間布置第二電極17來(lái)較好地平衡應(yīng)力，并且由此可以減少振動(dòng)膜的歪曲。結(jié)果，可以防止振動(dòng)膜被較大程度地變形?？梢酝ㄟ^(guò)電子束蒸發(fā)由鈦或者鈦合金制成第二電極17，并且由電子束蒸發(fā)在低真空度之下形成的鈦膜可以具有拉伸應(yīng)力。如果第二電極17被形成為具有高壓縮應(yīng)力，則第 一薄膜16上的第二電極17的應(yīng)力平衡可以導(dǎo)致振動(dòng)膜的較大變形，并且由此振動(dòng)膜的彎曲的變化增大。為了防止振動(dòng)膜被較大程度地變形，第二電極17應(yīng)該具有低拉伸應(yīng)力。由于鈦具有高耐熱性，因此可以防止由形成第二薄膜的步驟中的高溫引起的劣化。另外，鈦可以減少表面粗糙度，并且由此可以防止薄膜的彎曲的變化。示例 將通過(guò)使用更多的具體示例來(lái)詳細(xì)描述實(shí)施例。示例 I將參考圖IA和圖IB描述實(shí)施例的方面。圖IA是示出一個(gè)實(shí)施例的機(jī)電變換器的頂視圖，并且圖IB是沿著圖IA的線IB-IB截取的截面圖。該示例的元件I包括九個(gè)單元結(jié)構(gòu)2。在圖IB中，單元結(jié)構(gòu)2包括具有300 iim的厚度的硅襯底11、布置在硅襯底11上的第一絕緣膜12、布置在第一絕緣膜12上的第一電極13以及在第一電極13上的第二絕緣膜14。單元結(jié)構(gòu)2還包括由第一薄膜16、第二薄膜18和第二電極17組成的振動(dòng)膜。第一薄膜16由薄膜支撐部19支撐,并且第一電極13和第二電極17被布置為彼此相對(duì),在第一電極13和第二電極17之間具有空腔15。第一絕緣膜12是通過(guò)熱氧化形成的具有I U m的厚度的硅氧化物膜。使用濺射設(shè)備由鈦形成第一電極13，以便具有50nm的厚度和2nm的作為Rms的表面粗糙度。第二絕緣膜14是由PE-CVD形成的硅氧化物膜。第二絕緣膜14反映第一電極13的表面粗糙度，并且因此具有基本上與第一電極13相同的Rms值。該示例的第一電極13被形成在元件I的整個(gè)表面上。在以陣列形式布置多個(gè)元件的情況下，可以通過(guò)使用作為與所有多個(gè)元件電連接的共用電極的第一電極13以及在元件與元件之間電氣分離的第二電極17，從每個(gè)元件分開(kāi)地提取電信號(hào)?？商娲兀诙姌O17可以被用作共用電極，并且第一電極13可以是在元件與元件之間分離的。此外，第一電極13和第二電極17都可以是在元件與元件之間分離的。使用電子束蒸發(fā)器由鈦形成第二電極17，以便具有IOOnm的厚度和200MPa或更小的拉伸應(yīng)力。第一薄膜16和第二薄膜18中的每一個(gè)都是由PE-CVD形成的硅氮化物膜，以便具有IOOMPa或更小的拉伸應(yīng)力和45 ii m的直徑。第一薄膜16和第二薄膜18的厚度分別為0. 4iim和0. 7iim。第二電極17具有40 y m的直徑。空腔15具有0. 18 y m的厚度。第二薄膜I8的厚度約為空腔15的厚度的四倍。因此，刻蝕孔可以被用作第二薄膜18的絕緣膜填充，從而令人滿意地密封空腔15。第一薄膜16的厚度小于第二薄膜18的厚度，并且通過(guò)控制第二薄膜18的厚度將薄膜的彈簧常數(shù)調(diào)整到預(yù)定值。結(jié)果，可以在沒(méi)有刻蝕用作第二薄膜18的膜的情況下僅僅通過(guò)成膜步驟來(lái)形成具有預(yù)定的彈簧常數(shù)的振動(dòng)膜。該示例的機(jī)電變換器可以通過(guò)使用引出布線6來(lái)從每個(gè)元件的第二電極17分開(kāi)地提取電信號(hào)。在由機(jī)電變換器接收超聲波的情況下，電源單元(未示出)向第一電極13施加DC電壓。超聲波的接收使具有第二電極17和第二薄膜18的第一薄膜16變形，從而改變第二電極17與第一電極13之間的空腔15的深度，導(dǎo)致電容變化。該電容變化引起引出布線6中的電流(電信號(hào))的流動(dòng)。該電流由電流-電壓轉(zhuǎn)換裝置(未示出)轉(zhuǎn)換為電壓，從而給出超聲波的輸入信號(hào)。在發(fā)送超聲波的情況下，DC電壓和AC電壓被分別施加于第一電極13和第二電極17,并且靜電力使振動(dòng)膜振動(dòng)。該振動(dòng)發(fā)送超聲波。
示例2將參考圖4A和圖4B描述根據(jù)本發(fā)明的方面的示例2。圖4A是示出根據(jù)本示例的機(jī)電變換器的頂視圖，并且圖4B是沿著圖4A的線IIB-IIB截取的截面圖。示例2的機(jī)電變換器的配置除了第一電極的形狀之外與示例I的配置相同。如圖4B所示，單元結(jié)構(gòu)包括具有300 U m的厚度的硅襯底41、布置在硅襯底41上的第一絕緣膜42、布置在第一絕緣膜42上的第一電極43以及在第一電極43上的第二絕緣膜44。單元結(jié)構(gòu)還包括由第一薄膜46、第二薄膜48和第二電極47組成的振動(dòng)膜。第一薄膜46由薄膜支撐部49支撐。第一電極43和第二電極47被布置為彼此相對(duì),在第一電極43和第二電極47之間具有空腔45。第一絕緣膜42是通過(guò)熱氧化形成的具有I U m的厚度的硅氧化物膜。使用濺射設(shè)備使第一電極43由鈦形成，以便具有50nm的厚度和2nm的作為Rms的表面粗糙度。此外，在該示例中，為了減少由第一電極的布線和第二電極的布線在除空腔以外的位置處形成的不必要的寄生電容，第一電極被圖案化，以便盡可能地減小第一電極的布線和第二電極的布線彼此交迭的面積?？梢酝ㄟ^(guò)使用光刻和刻蝕來(lái)使鈦精確地圖案化，以便形成如圖所示的第一電極43。可以通過(guò)使用包含高氯酸的溶液作為刻蝕劑來(lái)實(shí)現(xiàn)較高的對(duì)于其它組分的刻蝕選擇t匕，并且由此可以在沒(méi)有使周邊材料劣化的情況下獲得具有特別高的平整度并且維持低表面粗糙度的第一電極。因此，第一電極43和第二電極47具有大約相同的尺寸，并且單元利用細(xì)的布線33來(lái)彼此連接。通過(guò)將第一電極43的布線33和第二電極47的布線36布置為不彼此相對(duì)并且在其之間具有絕緣膜，可以減小寄生電容。第二絕緣膜44是由PE-CVD形成的硅氧化物膜。雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施例。以下權(quán)利要求的范圍將被給予最寬的解釋從而包括所有這樣的修改、等同的結(jié)構(gòu)與功能。
權(quán)利要求
1.ー種機(jī)電變換器,包括 襯底； 布置在所述襯底上的第一電極；以及 振動(dòng)膜，包括布置在所述第一電極上的薄膜以及布置在所述薄膜上以便與所述第一電極相對(duì)的第二電極，在所述薄膜與所述第一電極之間具有間隙，其中所述第一電極具有6nm RMS(均方根)或更小的表面粗糙度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)電變換器，其中所述第一電極在與所述襯底之間具有第一絕緣膜的情況下被布置在所述襯底上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的機(jī)電變換器，還包括 在所述第一電極上的第二絕緣膜，其中 所述間隙被形成在所述第二絕緣膜與第一薄膜之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)電變換器，其中 所述薄膜由第一薄膜和第二薄膜組成，其中所述第一薄膜被布置在所述第二電極的間隙ー側(cè)上，并且所述第二薄膜被布置在所述第二電極的與所述間隙相対的ー側(cè)上；以及所述振動(dòng)膜由所述第一薄膜、所述第二電極和所述第二薄膜構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)電變換器，其中所述第一電極由鈦或包含鈦的合金制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)電變換器，其中所述第一電極具有大于等于IOnm且小于等于IOOnm的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)電變換器，其中所述間隙是通過(guò)在形成所述薄膜之后刻蝕在所述第一電極或布置在所述第一電極上的第二絕緣膜上形成的犧牲層來(lái)形成的。
8.ー種制作機(jī)電變換器的方法，包括 在襯底上形成第一電極； 在所述第一電極上形成犧牲層的膜； 在所述犧牲層上形成薄膜； 在所述薄膜上形成第二電極；以及 在所述薄膜中形成刻蝕孔并且通過(guò)所述刻蝕孔去除所述犧牲層， 其中所述第一電極被形成為具有6nm RMS(均方根)或更小的表面粗糙度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作機(jī)電變換器的方法，其中 第一絕緣膜被形成在所述襯底上；并且 所述第一電極被形成在所述第一絕緣膜上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制作機(jī)電變換器的方法，其中 第二絕緣膜被形成在所述第一電極上；并且 所述犧牲層被形成在所述第二絕緣膜上。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作機(jī)電變換器的方法，還包括 在所述犧牲層上形成第一薄膜；以及 在所述第二電極上形成第二薄膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制作機(jī)電變換器的方法，還包括 密封所述刻蝕孔，其中 在形成所述第二薄膜時(shí)執(zhí)行所述刻蝕孔的密封。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作機(jī)電變換器的方法，其中所述第一電極由鈦或包含鈦的合金制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作機(jī)電變換器的方法，其中所述第一電極具有大于等于IOnm且小于等于IOOnm的厚度。全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)電變換器及其制作方法。該機(jī)電變換器包括襯底；布置在所述襯底上的第一電極；以及振動(dòng)膜，包括布置在所述第一電極上的薄膜以及布置在所述薄膜上以便與所述第一電極相對(duì)的第二電極，在所述第一電極與所述薄膜之間具有間隙。所述第一電極具有6nm RMS或更小的表面粗糙度值。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102728533SQ201210097609
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者冨吉俊夫, 秋山貴弘, 虎島和敏 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社