電容變換器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電容變換器及其制造方法。提供一種具有振動(dòng)膜被支撐以能夠振動(dòng)的結(jié)構(gòu)的電容變換器的制造方法。所述方法包括：在第一電極上形成犧牲層；在犧牲層上形成形成振動(dòng)膜的至少一部分的層；去除犧牲層，包含形成與犧牲層連通的蝕刻孔；形成用于密封蝕刻孔的密封層；以及，蝕刻密封層的至少一部分。在形成密封層之前，在形成振動(dòng)膜的至少一部分的層上形成蝕刻停止層。在蝕刻密封層的至少一部分的步驟中，去除密封層，直到到達(dá)蝕刻停止層。
【專利說明】電容變換器及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用作超聲電氣機(jī)械變換器等的電容變換器，并且還涉及電容變換器的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]通過微加工制造的微機(jī)械部件可在微米的量級(jí)上被加工。通過這種微機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)各種微功能器件。作為壓電器件的替代品，研究了利用這種技術(shù)的電容變換器。這種電容變換器能夠通過利用振動(dòng)膜的振動(dòng)傳送和接收諸如超聲波的聲波(以下，聲波可被稱為超聲波)。特別是在液體中，電容變換器可容易地實(shí)現(xiàn)良好的寬帶特性。這里，術(shù)語(yǔ)“聲波”包含所謂的音波、超聲波和光聲波。例如，術(shù)語(yǔ)“聲波”包含通過用可見光或紅外光(電磁波)照射被檢體內(nèi)部而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波。
[0003]日本專利公開N0.2008-98697提出與以上描述的技術(shù)有關(guān)的電容變換器。通過經(jīng)由蝕刻孔借助于濕蝕刻去除犧牲層，并且執(zhí)行包含用絕緣膜密封蝕刻孔的填充密封，制成該電容變換器。PCT日本翻譯專利公開N0.2007-528153公開了另一電容變換器。通過經(jīng)由蝕刻孔借助于濕蝕刻去除犧牲層、執(zhí)行包含用絕緣膜密封蝕刻孔的填充密封并然后蝕刻絕緣膜，使得振動(dòng)膜的厚度可被調(diào)整以實(shí)現(xiàn)希望的共振頻率，制成該電容變換器。
[0004]在日本專利公開N0.2008-98697公開的構(gòu)成中，用于填充密封用于去除犧牲層的蝕刻孔的層的總厚度與振動(dòng)膜的厚度相加。這增加振動(dòng)膜的厚度并因此使頻帶變窄。
[0005]通過在PCT日本翻譯專利公開N0.2007-528153中公開的技術(shù)，可通過形成薄的振動(dòng)膜制成具有寬的頻帶的電容變換器。但是，由于基板中的蝕刻速度的變化，通過蝕刻減小振動(dòng)膜的厚度會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)膜的厚度的變化。這導(dǎo)致電容變換器的頻率特性以及傳送和接收靈敏度的變化。
[0006]薄的振動(dòng)膜趨于在應(yīng)力下或者根據(jù)厚度明顯變形。由于這使得難以產(chǎn)生窄的間隙，因此不容易提高電容變換器的靈敏度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供具有厚度變化減少的薄的振動(dòng)膜的電容變換器。
[0008]為了解決上述的問題，本發(fā)明提供一種包含單元(cell)的電容變換器的制造方法，該單元具有包含從第一電極跨著間隙設(shè)置的第二電極的振動(dòng)膜被支撐以能夠振動(dòng)的結(jié)構(gòu)。該方法包括以下步驟:在第一電極上形成犧牲層；在犧牲層上形成一形成振動(dòng)膜的至少一部分的層；去除犧牲層，包含形成與犧牲層連通的蝕刻孔；形成用于密封蝕刻孔的密封層；和蝕刻密封層的至少一部分。在形成密封層的步驟之前，在形成振動(dòng)膜的至少一部分的層上形成蝕刻停止層。在蝕刻密封層的至少一部分的步驟中，去除密封層，直到到達(dá)蝕刻停止層。
[0009]本發(fā)明還提供一種包含單元的電容變換器，該單元具有包含從第一電極跨著間隙設(shè)置的第二電極的振動(dòng)膜被支撐以能夠振動(dòng)的結(jié)構(gòu)。振動(dòng)膜包含夾著第二電極設(shè)置的第一膜片和第二膜片。第一膜片、第二膜片和第二電極中的具有最高應(yīng)力的層的厚度方向的中心面(以下，簡(jiǎn)稱為“中心面”)的位置比振動(dòng)膜的中心面更接近間隙。
[0010]從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電容變換器的頂視圖，圖1B是沿圖1A的線IB-1B切取的截面圖。
[0012]圖2A?2H是與圖1B對(duì)應(yīng)的截面圖，并且示出圖1A和圖1B所示的電容變換器的制造方法。
[0013]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電容變換器的頂視圖，圖3B是沿圖3A的線IIIB-1IIB切取的截面圖。
[0014]圖4A?4K是與圖3B對(duì)應(yīng)的截面圖，并且示出圖3A和圖3B所示的電容變換器的制造方法。
[0015]圖5A和圖5B是示出圖3A和圖3B的電容變換器的變更例的截面圖。
[0016]圖6A是圖3A和圖3B的電容變換器的變更例的頂視圖，圖6B是沿圖6A的線VIB-VIB切取的截面圖，圖6C是沿6A的線VIC-VIC切取的截面圖。
[0017]圖7A和圖7B分別示出包含電容變換器的信息獲取裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0018]第一實(shí)施例
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電容變換器的制造方法中，制造包含單元的電容變換器，該單元具有包含從第一電極跨著間隙設(shè)置的第二電極的振動(dòng)膜被支撐以能夠振動(dòng)的結(jié)構(gòu)。通過該方法，可容易地制作電容變換器，并且可減小振動(dòng)膜的厚度的變化。在該方法中，當(dāng)在第一電極上的犧牲層上形成形成振動(dòng)膜的至少一部分的層之后，在形成振動(dòng)膜的至少一部分的層上形成蝕刻停止層，并然后通過形成蝕刻孔去除犧牲層。在形成用于密封蝕刻孔的密封層之后，去除密封層，直到到達(dá)蝕刻停止層?，F(xiàn)在將基于上述的思想描述本實(shí)施例的第一實(shí)施例和例子。但是，本發(fā)明不限于第一實(shí)施例和例子，并且在本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)以各種方式變更和改變。
[0020]將參照?qǐng)D1A和圖1B和圖2A?2H描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1A是電容變換器的頂視圖。圖1B是沿圖1A的線IB-1B切取的截面圖。圖2A?2H是與圖1B對(duì)應(yīng)的截面圖，并且示出圖1A和圖1B所示的電容變換器的制造方法的步驟。
[0021]通過第一實(shí)施例的方法制作的電容變換器具有分別包含多個(gè)單元15的元件17。各元件17在圖1A中包含9個(gè)單元15,但可包含任意數(shù)量的單元。圖1A所示的電容變換器包含4個(gè)元件17,但可包含任意數(shù)量的元件。
[0022]在各單元15中，包含從第一電極3跨著間隙12設(shè)置的第二電極7的振動(dòng)膜9 (參見圖1B)被支撐以能夠振動(dòng)。圖1B中的振動(dòng)膜9包含第一膜片6、第二膜片8和夾在其間的第二電極7，但振動(dòng)膜9只要可振動(dòng)并包含第二電極7就可具有任意構(gòu)成。例如，振動(dòng)膜9可只包含第二電極7、或者可只包含第一膜片6和第二膜片8中的一個(gè)與第二電極7。第一電極3和第二電極7中的一個(gè)被用作用于施加偏壓的電極，并且另一個(gè)被用作用于施加或輸出電信號(hào)的電極。在圖1A和圖1B中，第一電極3被用作用于施加偏壓的電極,并且第二電極7被用作信號(hào)輸出電極，但這可顛倒。用于施加偏壓的電極在各元件17內(nèi)是共用的。偏壓可在多個(gè)兀件17之間共用，但信號(hào)輸出電極需要對(duì)于各兀件17電氣分離。
[0023]現(xiàn)在將描述第一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)原理。通過信號(hào)引線16，電容變換器可從第二電極7傳送電信號(hào)。電信號(hào)在第一實(shí)施例通過信號(hào)引線16被傳送，但可通過貫通導(dǎo)線被傳送。電信號(hào)在第一實(shí)施例中從第二電極7被傳送，但可從第一電極3被傳送。為了使得電容變換器接收超聲波，電壓施加部(未示出)事先向第一電極3施加直流電壓。當(dāng)接收超聲波時(shí)，包含第二電極7的振動(dòng)膜9變形。這改變第二電極7與第一電極3之間的間隙12的距離并改變其間的電容。電容的變化導(dǎo)致電流流過信號(hào)引線16。該電流通過電流電壓轉(zhuǎn)換器(未示出)被轉(zhuǎn)換成電壓，使得可接收超聲波。信號(hào)引線16的構(gòu)成可改變以向第二電極7施加直流電壓并且從第一電極3輸出電信號(hào)。當(dāng)向第二電極7施加交變電壓時(shí)，得到的靜電力導(dǎo)致振動(dòng)膜9振動(dòng)。這允許傳送超聲波。為了傳送，信號(hào)引線16的構(gòu)成可改變以向第一電極3施加交變電壓，并導(dǎo)致振動(dòng)膜9振動(dòng)。
[0024]現(xiàn)在將描述第一實(shí)施例的電容變換器的制造方法。圖2A?2H分別與沿圖1A的線IB-1B切取的截面圖對(duì)應(yīng)。如圖2A所示，在基板21 (與圖1B中的基板I對(duì)應(yīng))上形成第一絕緣膜22 (與圖1B中的第一絕緣膜2對(duì)應(yīng))?；?1是硅基板。設(shè)置基板21上的第一絕緣膜22是為了硅基板21與第一電極23 (后面描述)之間的絕緣。如果基板21是諸如玻璃基板的絕緣基板，那么可以不設(shè)置基板21上的第一絕緣膜22。基板21可以是具有小的表面粗糙度的基板。如果基板21具有大的表面粗糙度，那么所述表面粗糙度在隨后的膜沉積步驟中被傳遞，并在單元和元件之間導(dǎo)致第一電極23與第二電極27 (后面描述)之間的距離的變化。該變化導(dǎo)致傳送和接收靈敏度的變化。因此，可以使用具有小的表面粗糙度的基板作為基板21。
[0025]然后，形成第一電極23 (與圖1B中的第一電極3對(duì)應(yīng))。第一電極23可由提供小的表面粗糙度的諸如鈦或鋁的導(dǎo)電材料制成。與基板21的情況同樣，如果第一電極23具有大的表面粗糙度，那么所述表面粗糙度在單元與元件之間導(dǎo)致第一電極23與第二電極27之間的距離的變化。因此，可以使用由提供小的表面粗糙度的導(dǎo)電材料制成的第一電極23。然后，形成第二絕緣膜24(與圖1B中的第二絕緣膜4對(duì)應(yīng))。第一電極23上的第二絕緣膜24可由提供小的表面粗糙度的非導(dǎo)電材料制成。形成第二絕緣膜24以防止在第一電極23與第二電極27之間施加電壓時(shí)的其間的電氣短路或電介質(zhì)擊穿。當(dāng)以低電壓驅(qū)動(dòng)電容變換器時(shí)，如果第一膜片26 (后面描述)是絕緣體，那么可以不設(shè)置第二絕緣膜24。第二絕緣膜24在第一電極23上形成，以防止在蝕刻犧牲層25 (后面描述)的蝕刻步驟中蝕刻第一電極23。與基板21的情況同樣，如果第二絕緣膜24具有大的表面粗糙度，那么所述表面粗糙度在單元與元件之間導(dǎo)致第一電極23與第二電極27之間的距離的變化。因此，可使用具有小的表面粗糙度的絕緣膜作為第二絕緣膜24。例如，第二絕緣膜24可以是氮化硅膜或氧化硅膜。
[0026]然后，如圖2B所示，形成犧牲層25。犧牲層25可由提供小的表面粗糙度的材料制成。與基板21的情況同樣，如果犧牲層25具有大的表面粗糙度，那么所述表面粗糙度在單元與元件之間導(dǎo)致第一電極23與第二電極27之間的距離的變化。因此，犧牲層25可具有小的表面粗糙度。為了縮短用于去除犧牲層25的蝕刻時(shí)間，可以使用具有高的蝕刻速度的材料以形成犧牲層25。要與用于去除犧牲層25的蝕刻溶液或氣體接觸的層可僅僅通過該蝕刻溶液或氣體被蝕刻。在圖2A?2H中，要與該蝕刻溶液或氣體接觸的層包含第一電極23上的第二絕緣膜24、第一膜片26(與圖1B所示的第一膜片6對(duì)應(yīng))、蝕刻孔31和蝕刻停止層30 (后面描述)。當(dāng)?shù)谝浑姌O23上的第二絕緣膜24和第一膜片26幾乎完全被用于去除犧牲層25的蝕刻溶液或氣體蝕刻時(shí)，振動(dòng)膜29的厚度和第一電極23與第二電極27之間的距離改變。振動(dòng)膜29的厚度的變化和第一電極23與第二電極27之間的距離的變化導(dǎo)致單元和元件之間的靈敏度的變化。當(dāng)?shù)谝浑姌O23上的第二絕緣膜24和第一膜片分別是氮化硅膜或氧化硅膜時(shí)，犧牲層25可由提供小的表面粗糙度且可通過不蝕刻第一電極23上的第二絕緣膜24和第一膜片的蝕刻溶液被蝕刻的鉻制成。
[0027]然后，如圖2C所示，形成包含第一膜片的第一絕緣層26。第一絕緣層26可具有低的拉伸應(yīng)力。例如，第一絕緣層26的拉伸應(yīng)力可以為300MPa或更小。氮化硅膜是應(yīng)力可控的，并且可形成為具有300MPa或更小的低的拉伸應(yīng)力。如果第一絕緣層26具有壓縮應(yīng)力，那么振動(dòng)膜29可通過粘貼或扭曲明顯變形。粘貼指的是去除犧牲層25之后的作為結(jié)構(gòu)體的振動(dòng)膜29的貼附。在高拉伸應(yīng)力的情況下，振動(dòng)膜29會(huì)破壞。因此，第一絕緣層26可具有低的拉伸應(yīng)力。
[0028]然后，形成第二電極27 (與圖1A和圖1B中的第二電極7對(duì)應(yīng))。第二電極27可具有低的殘余應(yīng)力并且可由具有高的耐熱性的材料制成。由于第二電極27的高的殘余應(yīng)力導(dǎo)致振動(dòng)膜29的明顯變形，因此可以使用具有低的殘余應(yīng)力的第二電極27。根據(jù)例如用于沉積包含第二膜片的第二絕緣層28或用于形成密封部分34的密封層33的溫度，第二電極27的材料可以是不導(dǎo)致任何變質(zhì)或者應(yīng)力增加的材料。例如，第二電極27可由鈦或鋁娃合金制成。
[0029]然后，形成包含第二膜片的第二絕緣層28。第二絕緣層28可由具有低的拉伸應(yīng)力的材料制成。與第一絕緣層26的情況同樣，如果第二絕緣層28具有壓縮應(yīng)力，那么振動(dòng)膜29會(huì)由于粘貼或扭曲明顯變形。在高拉伸應(yīng)力的情況下，振動(dòng)膜29會(huì)破壞。因此，第二絕緣層28可具有低的拉伸應(yīng)力。氮化硅膜是應(yīng)力可控的，并可形成為具有300MPa或更小的低的拉伸應(yīng)力。雖然振動(dòng)膜29在圖2C中包含第一膜片、第二電極27和第二膜片，但振動(dòng)膜29只要包含第二電極27就可包含任意數(shù)量的層。第二電極27也可用作膜片，并且，可單獨(dú)地通過第二電極27形成振動(dòng)膜29。
[0030]然后，如圖2D所示，在通過沉積形成的振動(dòng)膜29上形成蝕刻停止層30。蝕刻停止層30形成為使得振動(dòng)膜29具有希望的厚度。蝕刻停止層30被留下以防止當(dāng)在圖2G所示的密封層去除步驟中蝕刻密封材料時(shí)蝕刻振動(dòng)膜29。在圖2E所示的犧牲層去除步驟(后面描述)中，蝕刻停止層30當(dāng)與用于蝕刻犧牲層25的溶液或氣體接觸時(shí)需要留下。因此，蝕刻停止層30可由以比蝕刻密封材料的蝕刻速度低的蝕刻速度通過用于蝕刻密封材料的溶液或氣體被蝕刻的材料制成。當(dāng)蝕刻停止層30在犧牲層去除步驟中與用于蝕刻犧牲層25的溶液或氣體接觸時(shí)，蝕刻停止層30可由以比蝕刻犧牲層材料的蝕刻速度低的蝕刻速度通過用于蝕刻犧牲層材料的溶液或氣體被蝕刻的材料制成。為了使得蝕刻停止層30在蝕刻中保持不被去除，可使得與振動(dòng)膜材料不同的材料較厚。如果振動(dòng)膜29是氮化硅膜且犧牲層25是鉻層，那么可以使用諸如氧化硅膜的絕緣膜作為蝕刻停止層30。如果振動(dòng)膜29是氮化硅膜且犧牲層25是諸如多晶硅或非晶硅層的硅層，那么蝕刻停止層30可以是諸如氧化硅膜的絕緣膜或金屬膜。如果振動(dòng)膜29是氮化硅膜且犧牲層25是氧化硅層，那么蝕刻停止層30可以是硅膜或金屬膜?？芍辽僭谡駝?dòng)膜29上形成被形成為確定振動(dòng)膜29的厚度的蝕刻停止層30。
[0031]然后，如圖2E所示，形成蝕刻孔31。蝕刻孔31用于引入用于去除犧牲層25的蝕刻溶液或氣體。當(dāng)在包含振動(dòng)膜29的薄膜的整個(gè)表面上形成蝕刻停止層30時(shí)，蝕刻孔31穿過蝕刻停止層30和薄膜。然后，犧牲層25被去除以形成間隙32(與圖1A和圖1B中的間隙12對(duì)應(yīng))?？赏ㄟ^濕蝕刻或干蝕刻去除犧牲層25。
[0032]然后，如圖2F所示，密封層33形成為形成用于密封蝕刻孔31的密封部分34 (與圖1A和圖1B中的密封部分14對(duì)應(yīng))。密封部分34被配置為防止液體和外部空氣進(jìn)入到間隙32中。特別是當(dāng)蝕刻孔31在低壓下被密封時(shí)，振動(dòng)膜29由于大氣壓力而變形，并且，第一電極23與第二電極27之間的距離縮短。傳送或接收靈敏度與第一電極23與第二電極27之間的有效距離的1.5倍成反比。因此，當(dāng)蝕刻孔31在低壓下被密封且間隙32中的壓力保持低于大氣壓力時(shí)，可以提高傳送或接收靈敏度。密封蝕刻孔31允許在液體中使用電容變換器。為了得到更好的粘接性，密封材料可與振動(dòng)膜29的材料相同。由于等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)不可能出現(xiàn)保形(conformal)沉積，因此，可通過形成小厚度的密封層33獲得良好的密封部分34。當(dāng)振動(dòng)膜29是氮化硅膜時(shí)，可通過氮化硅的PECVD形成振動(dòng)膜29。
[0033]然后，如圖2G所示，密封層33被去除，直到到達(dá)蝕刻停止層30。蝕刻停止層30足夠厚，或者以比蝕刻密封層33的蝕刻速度低的蝕刻速度通過用于蝕刻密封層33的溶液或氣體被蝕刻。因此，即使當(dāng)在比用于去除密封層33直到到達(dá)蝕刻停止層30的預(yù)定蝕刻時(shí)段長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)蝕刻密封層33時(shí)，也可在不蝕刻振動(dòng)膜29的情況下去除密封層33。因此，與不設(shè)置蝕刻停止層的情況相比，即使用于去除密封層33的蝕刻速度在基板21中改變，也可減少振動(dòng)膜29的厚度的變化。因此，容易控制振動(dòng)膜29的厚度，并且能夠減少由振動(dòng)膜29的厚度變化導(dǎo)致的振動(dòng)膜29的彈簧常數(shù)的變化或振動(dòng)膜29的變形的變化。因此，能夠減少單元或元件之間的接收或傳送靈敏度的變化。雖然在密封部分34上不存在蝕刻停止層30，但是，由于密封部分34小至幾微米，因此，密封部分34可以非常低的速度被蝕刻，并且，即使當(dāng)密封層33被蝕刻比預(yù)定的蝕刻時(shí)段長(zhǎng)的時(shí)間段時(shí)，密封部分34也不泄漏。
[0034]然后，如圖2H所示，去除蝕刻停止層30。由此獲得包含第一絕緣層26、第二電極27和第二絕緣層28的振動(dòng)膜29。蝕刻停止層30可留下并被用作振動(dòng)膜29。在另一步驟(未示出)中，形成與第一電極23和第二電極27連接的導(dǎo)線。導(dǎo)線可由鋁制成。
[0035]在當(dāng)前的電容變換器的制造方法中，在能夠去除密封層的情況下，可以獲得薄的振動(dòng)膜。包括薄的振動(dòng)膜的電容變換器可具有非常寬的頻帶?？蓡为?dú)地通過膜沉積步驟形成振動(dòng)膜。這意味著，容易控制振動(dòng)膜的厚度并且能夠減少由振動(dòng)膜的厚度變化導(dǎo)致的振動(dòng)膜的彈簧常數(shù)的變化或振動(dòng)膜的變形的變化。因此，能夠減少單元或元件之間的接收或傳送靈敏度的變化。
[0036]并且，本方法可被用作用于制造包含具有夾著第二電極設(shè)置的第一膜片和第二膜片的振動(dòng)膜的電容變換器的方法?？芍圃祀娙葑儞Q器，使得第一絕緣層、第二絕緣層和金屬層(第二電極)中的具有最高應(yīng)力的層的中心面的位置比振動(dòng)膜的中心面更接近間隙(即，第一電極)。當(dāng)具有最高應(yīng)力的層的中心面的位置比振動(dòng)膜的中心面更接近間隙時(shí)，能夠減少作用于振動(dòng)膜的固定部分(或支撐部分)上的彎曲力矩，并由此減少振動(dòng)膜的變形。因此，能夠防止當(dāng)通過蝕刻溶液去除犧牲層時(shí)出現(xiàn)粘貼。粘貼指的是去除犧牲層之后的作為結(jié)構(gòu)體的振動(dòng)膜的粘接。由于粘貼依賴于間隙中的諸如蝕刻溶液的液體的表面張力和間隙的距離，因此，隨著振動(dòng)膜的變化程度增加，變得更可能出現(xiàn)粘貼。當(dāng)振動(dòng)膜的應(yīng)力是壓縮應(yīng)力時(shí)，振動(dòng)膜可形成為大的凸形(沿與第一電極相反的方向突出)。由于傳送或接收靈敏度與第一電極和第二電極之間的有效距離的1.5倍成反比，因此，如果振動(dòng)膜具有大的凸形，則傳送或接收靈敏度會(huì)降低。用于制造電容變換器的本方法可減少振動(dòng)膜的變形，并由此可防止傳送或接收靈敏度的降低。
[0037]可制造電容變換器，使得振動(dòng)膜具有拉伸應(yīng)力且蝕刻停止層具有壓縮應(yīng)力。通過該構(gòu)成，具有拉伸應(yīng)力的振動(dòng)膜和具有壓縮應(yīng)力的蝕刻停止層可減少包含振動(dòng)膜和蝕刻停止層的結(jié)構(gòu)在去除犧牲層時(shí)的變形。由此能夠在去除犧牲層時(shí)防止包含振動(dòng)膜和蝕刻停止層的結(jié)構(gòu)的粘貼。
[0038]在第一實(shí)施例的電容變換器中，第一膜片、第二膜片和第二電極中的具有最高應(yīng)力的層的中心面的位置比振動(dòng)膜的中心面更接近間隙。通過該構(gòu)成，能夠減少由包含于振動(dòng)膜中的第一膜片、第二膜片和第二電極的厚度和應(yīng)力的變化導(dǎo)致的各振動(dòng)膜中的變形量的差異。由此能夠減少電容變換器的頻率特性與傳送和接收靈敏度的變化。
[0039]將通過使用具體的例子描述第一實(shí)施例。
[0040](例子I)
[0041]將參照?qǐng)D1A和圖1B描述例子I。例子I的電容變換器具有分別包含多個(gè)單元15的元件17。各元件17在圖1A中包含9個(gè)單元15,但可包含任意數(shù)量的單元。圖1A所示的電容變換器包含4個(gè)元件17，但可包含任意數(shù)量的元件。
[0042]在各單元15中，包含從第一電極3跨著間隙12設(shè)置的第二電極7的振動(dòng)膜9被支撐以能夠振動(dòng)。振動(dòng)膜9包含第一膜片6、第二膜片8和夾在其間的第二電極7。第一電極3用作用于施加偏壓的電極，并且第二電極7用作信號(hào)輸出電極。雖然例子I的振動(dòng)膜9的形狀為圓形，但它可以具有矩形或六角形的形狀。在圓形的情況下，振動(dòng)膜9以軸對(duì)稱的振動(dòng)模式振動(dòng)。由此能夠減少振動(dòng)膜9在不必要的振動(dòng)模式的振動(dòng)。
[0043]硅基板I上的第一絕緣膜2是通過熱氧化形成的I μπι厚的氧化硅膜。第一電極3上的第二絕緣膜4是通過PECVD形成的氧化硅膜。第一電極3是0.05 μ m厚的鈦電極，并且第二電極7是0.1 μ m厚的鈦電極。第一膜片6和第二膜片8分別是通過PECVD形成的氮化硅膜，并且形成為具有10MPa的拉伸應(yīng)力。第一膜片6和第二膜片8具有25 μ m的直徑，并分別具有0.3 μ m和0.5 μ m的厚度。間隙12的深度為0.2 μ m。第二電極7具有21 μ m的直徑，該直徑小于第一膜片6和第二膜片8的直徑。第二電極7具有400MPa的應(yīng)力。在本構(gòu)成中，第二電極7僅被設(shè)置在振動(dòng)膜9為了傳送和接收超聲波而大量位移的區(qū)域中。這意味著，振動(dòng)膜9的振動(dòng)可高效率地被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。如果在振動(dòng)膜9的整個(gè)表面上形成第二電極7，那么振動(dòng)膜9的邊緣上的電極形成寄生電容并增大噪聲。通過使得第二電極7的直徑小于第一膜片6和第二膜片8的直徑，可以提高傳送或接收靈敏度。
[0044]各元件17包含多個(gè)單元15。用于形成元件17的各單元15中的間隙12的蝕刻孔通過密封部分14被密封，這允許間隙12中的應(yīng)力保持在200Pa。密封部分14的厚度可以為間隙12的深度的至少2.7倍，使得可防止外部空氣進(jìn)入到間隙12中。特別地，由于PECVD提供與低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)相比保形更少且更不均勻的沉積，因此密封部分14的厚度可以為間隙12的深度的至少2.7倍。密封部分14可由氮化硅的PECVD制成，并且，用于形成密封部分14的密封層的厚度為0.6 μ m。由于密封層被去除，因此密封部分14的厚度為 0.8 μ m。
[0045]在例子I的電容變換器中，在第一膜片6、第二膜片8和第二電極7之中，第二電極7具有最高的應(yīng)力(拉伸或壓縮應(yīng)力)。包含第一膜片6、第二膜片8和第二電極7的振動(dòng)膜9的中心面位于振動(dòng)膜9的厚度的中心。具有最高應(yīng)力的第二電極7的中心面位于第二電極7的厚度的中心。因此，第一膜片6、第二膜片8和第二電極7之中的具有最高應(yīng)力的層的中心面的位置比振動(dòng)膜9的中心面更接近間隙12。在這種情況下，振動(dòng)膜9的最大變形量為8nm。例如，如果第一膜片6和第二膜片8的直徑為25 μ m且厚度分別變?yōu)?.5 μ m和0.35 μ m，那么振動(dòng)膜9的最大變形量變?yōu)?5nm。通過本構(gòu)成，能夠減少由包含于振動(dòng)膜9中的第一膜片6、第二膜片8和第二電極7的厚度和應(yīng)力的變化導(dǎo)致的各振動(dòng)膜9中的變形量的差異。由此能夠減少電容變換器的頻率特性與傳送和接收靈敏度的變化。
[0046](例子2)
[0047]現(xiàn)在將參照?qǐng)D2A?2H描述例子2的電容變換器的制造方法。例子2的電容變換器的構(gòu)成基本上與例子I的電容變換器相同。如圖2A所示，在基板21上形成第一絕緣膜22?；?1是硅基板。基板21上的第一絕緣膜22是通過熱氧化形成的I μ m厚的氧化硅膜，以提供娃基板21與第一電極23之間的絕緣。然后,形成第一電極23。第一電極23是0.05 μ m厚的鈦電極。然后在第一電極23上形成第二絕緣膜24。第一電極23上的第二絕緣膜24是通過PECVD形成的氧化硅膜。
[0048]然后，如圖2B所示，形成犧牲層25。犧牲層25是0.2 μ m厚的鉻層。通過用于鉻的蝕刻溶液，由氮化硅制成的振動(dòng)膜29和由氧化硅制成且設(shè)置在第一電極23上的第二絕緣膜24以比由鉻制成的犧牲層25慢得多的速度被蝕刻。因此，可防止振動(dòng)膜29和第二絕緣膜24在鉻犧牲層25的去除過程中變得更薄，并且僅通過膜沉積實(shí)現(xiàn)希望的厚度。
[0049]然后，如圖2C所示，形成包含第一膜片的第一絕緣層26。第一絕緣層26是通過PECVD形成且具有10MPa或更小的拉伸應(yīng)力的氮化硅層。然后形成第二電極27。第二電極27是具有400MPa的拉伸應(yīng)力的鈦電極。然后，形成包含第二膜片的第二絕緣層28。第二絕緣層28是通過PECVD形成且具有10MPa或更小的拉伸應(yīng)力的氮化硅層。
[0050]然后，如圖2D所示，在通過沉積形成的振動(dòng)膜29上形成蝕刻停止層30。蝕刻停止層30是通過PECVD形成的0.1 μ m厚的氧化硅層。
[0051]然后，如圖2E所示，形成蝕刻孔31。蝕刻孔31是用于引入用于去除犧牲層25的蝕刻溶液或氣體的孔?？扇菀椎赜梅?xì)怏w通過反應(yīng)離子蝕刻(RIE)形成或者可通過濕蝕刻形成蝕刻孔31。蝕刻孔31的直徑為4μπι。然后，犧牲層25被去除以形成間隙32。通過用于鉻的蝕刻溶液去除犧牲層25。具有壓縮應(yīng)力的膜被用作蝕刻停止層30。第一絕緣層26、第二絕緣層28和金屬層之中的具有最高應(yīng)力的金屬層的中心面的位置比振動(dòng)膜29的中心面更接近間隙32。因此，由于由振動(dòng)膜29和蝕刻停止層30構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的變形量小，因此較不可能出現(xiàn)粘貼。
[0052]然后，如圖2F所示，密封層33沉積為形成用于密封蝕刻孔31的密封部分34。密封層33是通過PECVD形成的氮化硅層。由于在200Pa的壓力下沉積密封層33，因此可以減少間隙32中的壓力。并且，由于振動(dòng)膜29是氮化硅膜，因此可以實(shí)現(xiàn)與振動(dòng)膜29的高度的粘接性以及間隙32內(nèi)的高度的氣密性。
[0053]然后，如圖2G所示，密封層33被去除，直到到達(dá)蝕刻停止層30?？赏ㄟ^諸如RIE或化學(xué)干蝕刻(CDE)的干蝕刻去除密封層33。在利用氟碳?xì)怏w的CDE中，以低至蝕刻形成密封層33的氮化硅的蝕刻速度的約1/10的蝕刻速度，蝕刻形成蝕刻停止層30的氧化硅。因此，即使當(dāng)密封層33被蝕刻比去除密封層33所需要的時(shí)間更長(zhǎng)的時(shí)間段，蝕刻也可在蝕刻停止層30處停止。
[0054]然后，如圖2H所示，蝕刻停止層30被去除?？赏ㄟ^用氫氟酸蝕刻氧化硅僅去除蝕刻停止層30。在另一步驟(未示出)中，形成與第一電極23和第二電極27連接的導(dǎo)線。導(dǎo)線可由鋁制成。
[0055]在電容變換器的本制造方法中，在能夠去除密封層的情況下，可以獲得薄的振動(dòng)膜。包含薄的振動(dòng)膜的電容變換器可具有非常寬的頻帶?？蓡为?dú)地通過膜沉積步驟形成振動(dòng)膜。這意味著，容易控制振動(dòng)膜的厚度并且能夠減少由振動(dòng)膜的厚度變化導(dǎo)致的振動(dòng)膜的彈簧常數(shù)的變化或振動(dòng)膜的變形的變化。因此，能夠減少單元或元件之間的接收或傳送靈敏度的變化。
[0056]第二實(shí)施例
[0057]現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。在第二實(shí)施例的電容變換器中，當(dāng)在形成振動(dòng)膜的處理中在蝕刻停止層上形成密封層之后，密封層被去除，直到到達(dá)蝕刻停止層。這里，可以與密封層一起去除蝕刻停止層，或者可以不去除蝕刻停止層。最終，振動(dòng)膜包含被設(shè)置為覆蓋間隙的第一絕緣膜和被設(shè)置為在到第一電極上的正交投影中與間隙重疊的第二電極。振動(dòng)膜可包含蝕刻停止層。振動(dòng)膜的支撐部分被設(shè)置在間隙周圍以支撐振動(dòng)膜，使得振動(dòng)膜能夠振動(dòng)。支撐部分包含密封層，具有比振動(dòng)膜的厚度大的厚度，并具有與振動(dòng)膜的層結(jié)構(gòu)不同的層結(jié)構(gòu)。由于由此單獨(dú)地形成密封層和振動(dòng)膜，因此能夠確保密封層對(duì)間隙的可靠的密封并且使得振動(dòng)膜較薄。還能夠減小振動(dòng)膜的厚度的變化?？捎纱烁鶕?jù)柔性的設(shè)計(jì)形成振動(dòng)膜。電容變換器的制造方法包括:在第一電極上的犧牲層上形成第一絕緣膜，第一絕緣膜形成振動(dòng)膜的至少一部分；在第一絕緣膜上形成蝕刻停止層；形成蝕刻孔；和去除犧牲層。形成振動(dòng)膜的至少一部分的層可以是第一絕緣膜以外的層，并且可在逐案的基礎(chǔ)上被設(shè)計(jì)。然后，在形成用于密封蝕刻孔的密封層之后，與間隙重疊的密封層的至少一部分(即，最終變?yōu)檎駝?dòng)膜的部分)被去除，直到到達(dá)蝕刻停止層，并且，在蝕刻停止層上或者在第一絕緣膜上形成第二電極。現(xiàn)在將基于上述的思想描述本發(fā)明的第二實(shí)施例和例子。但是，本發(fā)明不限于第二實(shí)施例和例子，并且，在本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種方式變更和改變。
[0058]將參照?qǐng)D3A和圖3B和圖4A?4K描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖3A是根據(jù)第二實(shí)施例的電容變換器的頂視圖。圖3B是沿圖3A的線IIIB-1IIB切取的截面圖。圖4A?4K是與圖3B對(duì)應(yīng)的截面圖，并且示出圖3A和圖3B所示的電容變換器的制造方法的步驟。
[0059]根據(jù)第二實(shí)施例的電容變換器具有分別包含多個(gè)單元415的元件417。各元件417在圖3A中包含9個(gè)單元415,但可包含任意數(shù)量的單元。圖3A所示的電容變換器包含4個(gè)元件417,但可包含任意數(shù)量的元件。
[0060]在各單元415中，包含從第一電極43跨著間隙412設(shè)置的第一絕緣膜46和第二電極49的振動(dòng)膜411 (參見圖3B)被支撐以能夠振動(dòng)。第一電極43和第二電極49中的一個(gè)被用作用于施加偏壓的電極，并且另一個(gè)被用作用于施加或輸出電信號(hào)的電極。在圖3A和圖3B中，第一電極43被用作用于施加偏壓的電極,并且第二電極49被用作信號(hào)輸出電極，但這可顛倒。用于施加偏壓的電極在各元件417之間是共用的。偏壓可在多個(gè)元件417之間共用，但信號(hào)輸出電極需要對(duì)于各兀件417電氣分離。
[0061]現(xiàn)在將描述第二實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)原理。通過信號(hào)引線416，電容變換器可從第二電極49傳送電信號(hào)。電信號(hào)在第二實(shí)施例中通過信號(hào)引線416被傳送，但可通過貫通導(dǎo)線被傳送。電信號(hào)在第二實(shí)施例中從第二電極49被傳送,但可從第一電極43被傳送。為了使得電容變換器接收超聲波，電壓施加部(未示出)事先向第一電極43施加直流電壓。當(dāng)接收超聲波時(shí)，包含第二電極49的振動(dòng)膜411變形。這改變第二電極49與第一電極43之間的間隙412的距離并改變其間的電容。電容的變化導(dǎo)致電流流過信號(hào)引線416。該電流通過電流電壓轉(zhuǎn)換器(未示出)被轉(zhuǎn)換成電壓，使得可接收超聲波。信號(hào)引線416的構(gòu)成可改變以向第二電極49施加直流電壓并且從第一電極43輸出電信號(hào)。當(dāng)向第二電極49施加交變電壓時(shí)，得到的靜電力導(dǎo)致振動(dòng)膜411振動(dòng)。這允許傳送超聲波。為了傳送，信號(hào)引線416的構(gòu)成可改變以向第一電極43施加交變電壓,并導(dǎo)致振動(dòng)膜411振動(dòng)。
[0062]現(xiàn)在將描述第二實(shí)施例的電容變換器的制造方法。圖4A?4K分別與沿圖3A的線IIIB-1IIB切取的截面圖對(duì)應(yīng)。如圖4A所示，在基板41上形成絕緣膜42。設(shè)置基板41上的絕緣膜42是為了諸如具有導(dǎo)電性的硅基板的基板41與第一電極43之間的絕緣。如果基板41是諸如玻璃基板的絕緣基板，那么可以不設(shè)置基板41上的絕緣膜42?；?1可以是具有小的表面粗糙度的基板。如果基板41具有大的表面粗糙度，那么所述表面粗糙度在隨后的膜沉積步驟中被傳遞(transfer),并在單元415和元件417之間導(dǎo)致第一電極43與第二電極49之間的距離的變化。該變化導(dǎo)致傳送和接收靈敏度的變化。因此，可以使用具有小的表面粗糖度的基板作為基板41。
[0063]然后，如圖4B所示，形成第一電極43。第一電極43可由提供小的表面粗糙度的諸如鈦或鋁的導(dǎo)電材料制成。與基板41的情況同樣，如果第一電極43具有大的表面粗糙度，那么所述表面粗糙度在單元415與元件417之中導(dǎo)致第一電極43與第二電極49之間的距離的變化。
[0064]然后，如圖4C所示，在第一電極43上形成絕緣膜44。形成第一電極43上的絕緣膜44以防止在第一電極43與第二電極49之間施加電壓時(shí)的其間的電氣短路或電介質(zhì)擊穿。絕緣膜44還防止在蝕刻犧牲層蝕刻步驟(后面描述)中蝕刻第一電極43。當(dāng)?shù)谝浑姌O43耐受犧牲層蝕刻步驟并且以低電壓被驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于第一絕緣膜46提供第一電極43與第二電極49之間的電氣絕緣，因此，可以不設(shè)置第一電極43上的絕緣膜44。與基板41的情況同樣，如果絕緣膜44具有大的表面粗糙度，那么所述表面粗糙度在單元415與元件417之中導(dǎo)致第一電極43與第二電極49之間的距離的變化。因此，絕緣膜44可具有小的表面粗糙度。例如，絕緣膜44可以是氮化硅膜或氧化硅膜。
[0065]然后，如圖4D所示，形成犧牲層45。犧牲層45可由提供小的表面粗糙度的材料制成。與基板41的情況同樣，如果犧牲層45具有大的表面粗糙度，那么所述表面粗糙度在單元415與元件417之中導(dǎo)致第一電極43與第二電極49之間的距離的變化。為了縮短用于去除犧牲層45的蝕刻時(shí)間，可以使用具有高的蝕刻速度的材料來形成犧牲層45。當(dāng)通過蝕刻溶液或氣體去除犧牲層45時(shí)，犧牲層45周圍的材料、第一電極43上的絕緣膜44、第一絕緣膜46和蝕刻停止層47之間的蝕刻選擇性必須足夠高。
[0066]然后，如圖4E所示，形成第一絕緣膜46，并且，如圖4F所示，形成蝕刻停止層47。第一絕緣膜46和蝕刻停止層47的總拉伸應(yīng)力可以是低的。在犧牲層去除步驟(后面描述)之后，這兩個(gè)層變?yōu)楸恢卧陂g隙412上的膜片。如果膜片具有壓縮應(yīng)力，那么膜片會(huì)在犧牲層去除步驟中通過粘貼或扭曲明顯變形。粘貼意味著，作為結(jié)構(gòu)的膜片在去除犧牲層45之后貼附于間隙412下面的層上。如果拉伸應(yīng)力太大，那么應(yīng)力趨于導(dǎo)致膜片例如由于裂紋而破壞。蝕刻停止層47可最終殘留并形成振動(dòng)膜411的一部分，或者可在以后從要成為振動(dòng)膜411的部分被去除。
[0067]當(dāng)蝕刻停止層47作為振動(dòng)膜411的一部分殘留時(shí)，蝕刻停止層47的蝕刻速度需要關(guān)于密封層48的蝕刻條件足夠低。蝕刻停止層47的蝕刻速度與密封層48的蝕刻速度相比越低，則蝕刻停止層47越好且越薄。當(dāng)蝕刻停止層47在要成為振動(dòng)膜411的位置處被去除時(shí)，蝕刻停止層47和蝕刻停止層47下面的第一絕緣膜46之間的蝕刻選擇性必須在去除(蝕刻)步驟中足夠高。第一絕緣膜46和蝕刻停止層47的示例性組合可以是拉伸應(yīng)力可控的氮化硅膜和關(guān)于氮化硅膜具有蝕刻選擇性的氧化硅膜。注意，氮化硅膜和氧化硅膜分別與第一絕緣膜46和蝕刻停止層47對(duì)應(yīng)。
[0068]然后，如圖4G所示，形成蝕刻孔410。蝕刻孔410是用于引入用于去除犧牲層45的蝕刻溶液或氣體的孔。蝕刻孔410形成為貫通蝕刻停止層47和第一絕緣膜46并到達(dá)犧牲層45。然后，如圖4H所示，通過濕蝕刻或各向同性干蝕刻通過蝕刻孔410去除犧牲層45，以形成間隙412。
[0069]然后，如圖41所示，形成密封層48以密封蝕刻孔410。密封部分414被配置為防止液體和外部空氣進(jìn)入間隙412中。密封蝕刻孔410允許在液體中使用電容變換器。為了實(shí)現(xiàn)有效的密封，密封層48需要比間隙412厚足夠多。由于間隙412上的密封層48在本發(fā)明中在以后被去除，因此密封層48可具有足夠的厚度以實(shí)現(xiàn)更好的密封。
[0070]然后，如圖4J所示,通過蝕刻直到到達(dá)蝕刻停止層47,僅在與間隙412對(duì)應(yīng)的位置去除密封層48。更嚴(yán)格地說，在密封層48在第一電極43上的正交投影中與間隙412重疊的密封層48的至少一部分被去除。當(dāng)蝕刻停止層47由關(guān)于用于密封層48的蝕刻條件具有足夠低的蝕刻速度的材料制成時(shí)，即使密封層48的蝕刻速度在基板41中改變，密封層48的最終殘留部分的厚度也可幾乎由第一絕緣膜46和蝕刻停止層47的總厚度限定。
[0071]然后，如圖4K所示，形成第二電極49。第二電極49與第一絕緣膜46和蝕刻停止層47 —起形成電容變換器的振動(dòng)膜411的一部分。振動(dòng)膜411可以更薄以實(shí)現(xiàn)電容變換器的更好的特性。因此，只要實(shí)現(xiàn)令人滿意的電氣特性，第二電極49就也可足夠薄，第二電極49可由一般使用的導(dǎo)電材料制成。由此獲得根據(jù)第二實(shí)施例的電容變換器的構(gòu)成。在第二實(shí)施例中，在可在與間隙412對(duì)應(yīng)的位置處去除密封層48的情況下，可與密封層48的厚度無關(guān)地控制振動(dòng)膜411的厚度。雖然這有利于形成薄的振動(dòng)膜，但仍能夠形成厚的振動(dòng)膜。并且，振動(dòng)膜411的厚度不受蝕刻速度變化的影響，并且可減少厚度的變化。因此，能夠獲得具有寬頻帶并在單元或元件之間具有較少的接收或傳送靈敏度變化的良好的電容變換器。在第二實(shí)施例的構(gòu)成中，除了在與間隙412對(duì)應(yīng)的振動(dòng)膜411的位置處以外，具有大的厚度的密封層48保持不被去除。因此，除了在與振動(dòng)膜411對(duì)應(yīng)的區(qū)域中以外，第一電極43和第二電極49相互遠(yuǎn)離。即，第一電極43與第二電極49之間的距離在實(shí)際上電容變換器能動(dòng)地工作的與振動(dòng)膜411對(duì)應(yīng)的區(qū)域中小，而第一電極43與第二電極49之間的距離在其它的區(qū)域中大。這意味著，電容變換器具有大的能動(dòng)電容和小的寄生電容，并且，可在電容變換器的接收動(dòng)作中實(shí)現(xiàn)大的信號(hào)噪聲(S/N) t匕。
[0072]另外，由于在與間隙412對(duì)應(yīng)的區(qū)域以外的區(qū)域中第一電極43與第二電極49之間的距離大且絕緣膜厚度大，因此能夠獲得具有良好的耐壓性且即使在第一電極43與第二電極49之間施加大的電壓也不易于電介質(zhì)擊穿的電容變換器。為了針對(duì)使用中的液體和接觸保護(hù)第二實(shí)施例的電容變換器，可以向圖3B的截面圖所示的結(jié)構(gòu)添加較少受振動(dòng)影響的樹脂層(未示出)作為電容變換器的上層。
[0073]日本專利公開N0.2008-98697還描述了由于用作振動(dòng)膜的部分中的上電極與下電極之間的絕緣膜厚度與其它部分中的絕緣膜厚度不同的事實(shí)而具有小的寄生電容和良好的耐壓性的電容變換器。但是，本發(fā)明的第二實(shí)施例通過使用另一構(gòu)成提供具有小的寄生電容和良好的耐壓性的電容變換器。第二實(shí)施例的電容變換器不僅具有小的寄生電容和良好的耐壓性，而且具有厚度均勻的薄的振動(dòng)膜。
[0074]將通過使用具體例子詳細(xì)描述第二實(shí)施例。
[0075](例子3)
[0076]將參照?qǐng)D3A和圖3B以及圖4A?4K描述例子3。例子3的電容變換器具有分別包含多個(gè)單元415的元件417。各元件417在圖3A中包含9個(gè)單元415,但可包含任意數(shù)量的單元。圖3A所示的電容變換器包含4個(gè)元件417,但可包含任意數(shù)量的元件。在各單元415中，包含從第一電極43跨著間隙412設(shè)置的第二電極49的振動(dòng)膜411被支撐以能夠振動(dòng)。在例子3中，振動(dòng)膜411包含第一絕緣膜46、蝕刻停止層47和第二電極49。第一電極43用作用于施加偏壓的電極，并且第二電極49用作信號(hào)輸出電極。雖然例子3的振動(dòng)膜411的形狀為圓形，但它可以具有矩形或六角形的形狀。在圓形的情況下，振動(dòng)膜411以軸對(duì)稱的振動(dòng)模式振動(dòng)。由此能夠減少振動(dòng)膜411在不必要的振動(dòng)模式中的振動(dòng)。
[0077]在例子3中的電容變換器的制造方法中，硅基板被用作圖4A所示的基板41。作為硅基板41上的絕緣膜42，氧化硅膜通過熱氧化形成為I μ m的厚度。然后，如圖4B所示，用作第一電極43的鈦層通過濺射沉積到50nm的厚度，并然后通過光刻法被構(gòu)圖并且蝕刻成適于電容變換器的第一電極43的平面形狀。然后，如圖4C所示，作為第一電極43的絕緣膜44，氧化硅膜通過PECVD沉積到10nm的厚度。
[0078]然后，鉻層通過濺射沉積到200nm的厚度，并且通過光刻法被構(gòu)圖并且蝕刻成要用作間隙412的犧牲層45 (參見圖4D)。犧牲層45的圖案與前面形成的第一電極43的圖案對(duì)準(zhǔn)。犧牲層45的形狀基本上為圓形以適合單元415的形狀，并且，在犧牲層45的基本圓形的形狀上添加要與用于去除犧牲層45的蝕刻孔410耦合的部分。圓形犧牲層45的直徑為33μπι。然后，如圖4Ε所示，用作第一絕緣膜46的氮化硅膜通過PECVD沉積到400nm的厚度。調(diào)整用于沉積氮化硅膜的條件，使得硅基板41上的第一絕緣膜46具有約10MPa的拉伸應(yīng)力。
[0079]然后，作為圖4F所示的蝕刻停止層47，氧化硅膜通過PECVD沉積到50nm的厚度。然后，如圖4G所示，通過光刻和RIE依次連續(xù)地蝕刻用作蝕刻停止層47的氧化硅膜和用作第一絕緣膜46的氮化硅膜。然后，形成蝕刻孔410，直到到達(dá)用作犧牲層45的鉻層。蝕刻孔410的直徑為約5μπι。具有蝕刻孔410的基板41被浸入用于鉻的蝕刻溶液(即，硝酸鋪銨(IV) (ammonium cerium(IV)nitrate)和高氯酸(perchloric acid)的混合物)中以去除犧牲層45。因此，犧牲層45被去除以形成圖4H所示的間隙412。為了干燥，按以下的次序用具有較小的表面張力的液體依次替代蝕刻溶液:蝕刻溶液、水、異丙醇(IPA)和水電氟醚(HFE)。這是為了防止由液體的表面張力導(dǎo)致的所謂的粘貼現(xiàn)象。粘貼是用作振動(dòng)膜411的部分向面向間隙412的表面的粘接。然后，氮化硅膜通過PECVD沉積到700nm的厚度以形成圖41所示的密封層48，以用密封部分414密封蝕刻孔410。
[0080]然后，通過使用光刻法，用僅在間隙412上面部分露出的抗蝕劑形成蝕刻掩模圖案。然后，通過使用四氟化碳和氧氣的混合物作為蝕刻氣體的CDE，去除用作間隙12上面的密封層48的氮化硅膜。在該蝕刻技術(shù)中，用作密封層48的氮化硅膜與用作蝕刻停止層47的氧化硅膜的蝕刻選擇比(即，“氮化硅的蝕刻速度”/ “氧化硅的蝕刻速度”)大到50或更大。因此，即使用作密封層48的氮化硅膜被過蝕刻，蝕刻停止層47的厚度也僅變化很少。因此，如圖4J所示，僅在與間隙412對(duì)應(yīng)的區(qū)域中去除密封層48。
[0081]然后，如圖4K所示，鈦層作為第二電極49沉積到50nm的厚度，并且針對(duì)第二電極49被適當(dāng)?shù)貥?gòu)圖。單元415中的第二電極49的直徑為29 μ m。
[0082]在本構(gòu)成中，第二電極49僅被設(shè)置在振動(dòng)膜411為了傳送和接收超聲波大量位移的區(qū)域中。這意味著，振動(dòng)膜411的振動(dòng)可高效率地被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。如果在振動(dòng)膜411的整個(gè)表面上形成第二電極49，那么振動(dòng)膜411的邊緣處的電極形成寄生電容并趨于增加噪聲。為了防止這一點(diǎn)，使得第二電極49的直徑小于第一絕緣膜46的直徑，使得可以提高傳送或接收靈敏度。各元件417包含多個(gè)單元415。通過密封部分412密封用于形成元件417的各單元415中的間隙412的蝕刻孔410。例如，通過添加圖3A所示的與第一電極43和第二電極49電連接的信號(hào)引線416，得到的器件可被用作電容變換器。
[0083]在例子3的電容變換器中，振動(dòng)膜411包含第一絕緣膜46、蝕刻停止層47和第二電極49?？膳c密封層48的厚度無關(guān)地控制振動(dòng)膜411的厚度。因此，與振動(dòng)膜411包含密封層48的情況時(shí)相比，可使得振動(dòng)膜411更薄，并且，得到的器件適于用作具有寬帶特性的電容變換器。振動(dòng)膜411的厚度的變化較不可能受密封層48的蝕刻的變化影響，并且僅由形成第一絕緣膜46、蝕刻停止層47和第二電極49時(shí)的變化確定。因此，單元415和元件417之間的總膜厚的變化小，并且，可以獲得頻率特性與傳送和接收靈敏度的變化小的變換器。并且，由于第一電極43和第二電極49相互遠(yuǎn)離且寄生電容小，因此，除了在與間隙412對(duì)應(yīng)的區(qū)域中以外，可以實(shí)現(xiàn)具有高的S/N比的接收特性，并且可獲得具有高的耐壓性的電容變換器。
[0084](例子4)
[0085]現(xiàn)在將描述例子4。以與例子3相同的方式制作電容變換器，直到去除密封層48的與間隙412對(duì)應(yīng)的部分(參見圖4J)。但是，在例子4中，用作間隙412上的蝕刻停止層47的氧化硅膜通過短時(shí)間浸入緩沖氫氟酸中以到達(dá)圖5A的狀態(tài)而被去除。氧化硅和氮化硅在關(guān)于緩沖氫氟酸的蝕刻速度上非常不同。因此，在短期浸入中，只有用作蝕刻停止層47的氧化硅膜被去除，并且，用作第一絕緣膜46的氮化硅膜的大部分保持沒有被蝕刻。
[0086]然后，與例子3同樣，鈦層作為第二電極49被沉積到50nm的厚度并且針對(duì)第二電極49被適當(dāng)?shù)貥?gòu)圖。由此獲得具有圖5B所示的構(gòu)成的電容變換器。在該構(gòu)成中，在振動(dòng)膜411包含第一絕緣膜46和第二電極49的情況下，可以制造更薄的振動(dòng)膜，并且，得到的電容變換器可適當(dāng)?shù)乇挥米鲗拵щ娙葑儞Q器。與例子3同樣，可以實(shí)現(xiàn)具有大的S/N比和高的耐壓性的接收特性。
[0087](例子5)
[0088]現(xiàn)在將描述例子5。以與例子3相同的方式制作電容變換器，直到密封層48的沉積(參見圖41)。在隨后的將密封層48構(gòu)圖的步驟中，在光刻法中使用與例子3不同的曝光掩模。在各元件417中的一些單元中，間隙412之上的密封層48的部分如例子3那樣被去除，而在其它的單元中，間隙412之上的密封層48的部分保持不被去除。
[0089]以與例子3相同的方式執(zhí)行其它的步驟。最終，如圖6A?6C所示，獲得具有分別包含單元415A和415B兩者的多個(gè)元件417的電容變換器。圖6B和圖6C分別與圖6A中的單元415A和415B對(duì)應(yīng)。電容變換器實(shí)際包含許多的單元415A和415B，不是一個(gè)單元415A和一個(gè)單元415B。該電容變換器包括具有彈簧常數(shù)不同的相應(yīng)振動(dòng)膜411的單元417。S卩，電容變換器包括具有不同的適當(dāng)?shù)念l帶的單元417，并由此可實(shí)現(xiàn)寬頻帶特性。
[0090]其它實(shí)施例
[0091]上述的電容變換器適用于諸如超聲診斷裝置的被檢體信息獲取裝置。被檢體信息獲取裝置在電容變換器處接收來自被檢體的聲波，并且使用輸出的電信號(hào)以獲取反映諸如光吸收系數(shù)的被檢體的光學(xué)特性值的被檢體信息或反映聲學(xué)阻抗的差異的被檢體信息。
[0092]具體而言，信息獲取裝置用光(包含可見光和紅外光的電磁波)照射被檢體。然后，信息獲取裝置接收在被檢體中的多個(gè)點(diǎn)(區(qū)域)處產(chǎn)生的光聲波，并且獲取代表與被檢體中的多個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特性信息的分布的特性分布。通過光聲波獲取的特性信息指的是與光的吸收有關(guān)的特性信息。特性信息包含反映通過光照射產(chǎn)生的光聲波的初始聲壓、從初始聲壓導(dǎo)出的光能量吸收密度、吸收系數(shù)或包含于組織中的物質(zhì)的濃度的信息。物質(zhì)的濃度為例如氧飽和度、總血紅蛋白濃度、以及氧合血紅蛋白或脫氧血紅蛋白濃度?？沙鲇谌嘶蚱渌鼊?dòng)物的惡性腫瘤或血管疾病的診斷、或者后續(xù)化療的目的使用信息獲取裝置。因此，被檢體的例子可包括諸如人和其它動(dòng)物的生物體的諸如乳房、頸部和腹部的診斷對(duì)象。被檢體包括由被檢體中的具有相對(duì)高的吸收系數(shù)的組織形成的光吸收體。例如，如果被檢體是人體的一部分，那么光吸收體可以是氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白、包含許多氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的血管、包含許多新生血管的腫瘤、或者頸動(dòng)脈壁中的斑塊。通過使用金粒子或石墨特異性而與惡性腫瘤結(jié)合的分子探測(cè)器、或者用于傳輸藥劑的膠囊也可用作光吸收體。
[0093]通過不僅接收光聲波而且接收通過被檢體內(nèi)的超聲波反射獲得的反射超聲回聲波，該超聲波是從包含變換器的探測(cè)器傳送的，可以獲取被檢體中的聲學(xué)特性分布。聲學(xué)特性分布包含被檢體中的反映組織的聲學(xué)阻抗的差異的分布。
[0094]圖7A示出利用光聲效果的信息獲取裝置。來自光源2010的脈沖光通過諸如透鏡、反射鏡或光纖的光學(xué)部件2012被施加到被檢體2014。被檢體2014中的光吸收體2016吸收脈沖光的能量并產(chǎn)生作為聲波的光聲波2018。在探測(cè)器部105中，所描述的變換器2020接收光聲波2018，將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且將電信號(hào)輸出到探測(cè)器部105的前端電路。在前端電路中，通過前置放大器處理電信號(hào)。處理的電信號(hào)通過連接部分106被傳送到主體107的信號(hào)處理部2024。信號(hào)處理部2024在輸入的電信號(hào)上執(zhí)行包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換和放大的信號(hào)處理，并且將處理的電信號(hào)輸出到主體107的數(shù)據(jù)處理部2026。數(shù)據(jù)處理部2026使用輸入的信號(hào)以獲取被檢體信息(反映諸如光吸收系數(shù)的被檢體2014的光學(xué)特性值的特性信息)作為圖像數(shù)據(jù)。這里，信號(hào)處理部2024和數(shù)據(jù)處理部2026被統(tǒng)稱為圖像處理器。顯示部2028基于從數(shù)據(jù)處理部2026輸入的圖像數(shù)據(jù)顯示圖像。
[0095]圖7B示出利用聲波的反射的諸如超聲診斷裝置的信息獲取裝置。從探測(cè)器部205內(nèi)的所描述的變換器2120傳送到被檢體2114的聲波被反射器2116反射。變換器2120接收反射的聲波(反射波)2118，將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且將電信號(hào)輸出到探測(cè)器部105的前端電路。在前端電路中，通過前置放大器處理電信號(hào)。處理的電信號(hào)通過連接部分106被傳送到主體107的信號(hào)處理部2124。信號(hào)處理部2124在輸入的電信號(hào)上執(zhí)行包括A/D轉(zhuǎn)換和放大的信號(hào)處理，并且將處理的電信號(hào)輸出到主體107的數(shù)據(jù)處理部2126。數(shù)據(jù)處理部2126使用輸入的信號(hào)以獲取被檢體信息(反映聲學(xué)阻抗的差異的特性信息)作為圖像數(shù)據(jù)。信號(hào)處理部2124和數(shù)據(jù)處理部2126也被統(tǒng)稱為圖像處理器。顯示部2128基于從數(shù)據(jù)處理部2126輸入的圖像數(shù)據(jù)顯示圖像。
[0096]探測(cè)器部105可任意地被配置為機(jī)械掃描被檢體，或者可被諸如醫(yī)師或技師的用戶手持并相對(duì)于被檢體移動(dòng)。在諸如圖7B所示的裝置的利用反射波的裝置的情況下，可與用于接收反射波的探測(cè)器分開地設(shè)置用于傳送聲波的探測(cè)器。也可設(shè)置被配置為同時(shí)具有圖7A和圖7B兩者所示的裝置的功能的裝置。該裝置不僅獲取反映被檢體的光學(xué)特性值的被檢體信息，而且獲取反映聲學(xué)阻抗的差異的被檢體信息。在這種情況下，圖7A中的變換器2020可被配置為不僅接收光聲波而且傳送聲波并接收反射波。
[0097]在上述的電容變換器的制造方法中，可通過去除密封層來設(shè)置薄的振動(dòng)膜。在形成密封層的步驟之前，在形成振動(dòng)膜的至少一部分的層上形成蝕刻停止層。因此，在膜沉積步驟中，能夠容易地以高的生產(chǎn)率限定振動(dòng)膜的厚度。因此，能夠減少由當(dāng)去除沉積于振動(dòng)膜上的密封層時(shí)出現(xiàn)的基板中的蝕刻速度的變化導(dǎo)致的振動(dòng)膜的厚度變化，并由此減少電容變換器的頻率特性以及傳送和接收靈敏度的變化。
[0098]在以上的例子所述的電容變換器中，由于第一膜片、第二膜片和第二電極中的具有最高應(yīng)力的層的中心面的位置比振動(dòng)膜的中心面更接近間隙(第一電極)，因此振動(dòng)膜的變形量小。通過該構(gòu)成，能夠減少由包含于振動(dòng)膜中的第一膜片、第二膜片和第二電極的厚度和應(yīng)力的變化導(dǎo)致的各振動(dòng)膜中的變形量的差異。由此能夠減少電容變換器的頻率特性以及傳送和接收靈敏度的變化。
[0099]雖然已參照示例性實(shí)施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
【權(quán)利要求】
1.一種包含單元的電容變換器的制造方法，所述單元具有振動(dòng)膜被支撐以能夠振動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所述振動(dòng)膜包含從第一電極跨著間隙設(shè)置的第二電極，所述方法包括以下步驟: 在第一電極上形成犧牲層； 在犧牲層上形成形成振動(dòng)膜的至少一部分的層； 去除犧牲層，包含形成與犧牲層連通的蝕刻孔； 形成用于密封蝕刻孔的密封層；和 蝕刻密封層的至少一部分， 其中，在形成密封層的步驟之前，在形成振動(dòng)膜的至少一部分的層上形成了蝕刻停止層，并且， 在蝕刻密封層的至少一部分的步驟中，去除密封層，直到到達(dá)蝕刻停止層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，振動(dòng)膜包含夾著第二電極設(shè)置的第一膜片和第二膜片，并且， 形成形成振動(dòng)膜的至少一部分的層的步驟包含在犧牲層上形成包含第一膜片的第一絕緣層、形成包含第二電極的金屬層、以及形成包含第二膜片的第二絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，在形成形成振動(dòng)膜的至少一部分的層的步驟中，使得第一絕緣層、第二絕緣層和所述金屬層之中的具有最高應(yīng)力的層的中心面比振動(dòng)膜的中心面更接近所述間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，振動(dòng)膜形成為具有拉伸應(yīng)力，并且，蝕刻停止層形成為具有壓縮應(yīng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，蝕刻密封層的一部分的步驟后跟去除蝕刻停止層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，蝕刻停止層不被去除。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在形成用于密封蝕刻孔的密封層的步驟中，通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積形成密封層。
8.一種包含單元的電容變換器，所述單元具有振動(dòng)膜被支撐以能夠振動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所述振動(dòng)膜包含從第一電極跨著間隙設(shè)置的第二電極， 其中，振動(dòng)膜包含夾著第二電極設(shè)置的第一膜片和第二膜片，并且， 其中，第一膜片、第二膜片和第二電極之中的具有最高應(yīng)力的層的中心面比振動(dòng)膜的中心面更接近所述間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電容變換器，其中，第二電極的中心面比振動(dòng)膜的中心面更接近所述間隙。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，絕緣膜形成為所述形成振動(dòng)膜的至少一部分的層， 在蝕刻密封層的一部分的步驟中，密封層的在密封層到第一電極上的正交投影中與間隙重疊的部分的至少一部分被去除，直到到達(dá)蝕刻停止層， 所述方法還包括在與間隙重疊的部分的所述至少一部分中在蝕刻停止層上或者在絕緣膜上形成第二電極的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，蝕刻停止層的在蝕刻停止層到第一電極上的正交投影中與間隙重疊的部分的至少一部分被去除。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其中，蝕刻停止層是絕緣層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，絕緣膜和密封層由氮化硅制成，并且，蝕刻停止層由氧化硅制成。
14.一種被檢體信息獲取裝置,包括: 根據(jù)權(quán)利要求8或9的電容變換器；和 處理器，被配置為:通過使用從電容變換器輸出的電信號(hào)來獲取關(guān)于被檢體的信息，并且處理所述信息， 其中，電容變換器接收來自被檢體的聲波并輸出電信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的被檢體信息獲取裝置，還包括被配置為發(fā)光的光源， 其中，電容變換器接收通過用來自光源的光照射被檢體而產(chǎn)生的聲波。
【文檔編號(hào)】H04R7/06GK104427447SQ201410418443
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】虎島和敏, 秋山貴弘, 長(zhǎng)谷川研二, 加藤和彥 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社