[发明专利]机电变换器及其制作方法

说明书

技术领域

实施例的一个公开的方面涉及机电变换器和制作该变换器的方法。更具体地说，一个实施例涉及被用作超声变换器的机电变换器和制作该变换器的方法。

背景技术

已经在研究通过微加工技术制作的机电变换器(诸如电容式微加工超声变换器(CMUT))以作为压电变换器的替代。这些电容式机电变换器可以利用振动膜的振动来接收和发送超声波。

作为制作CMUT的方法，美国专利公开No.2005/0177045描述了其中通过刻蚀牺牲层来形成空腔的方法。在美国专利公开No.2005/0177045中描述的方法中，为了防止上电极在刻蚀牺牲层期间被刻蚀，第二电极被布置在第一薄膜(membrane)与第二薄膜之间，并且牺牲层被刻蚀。

如在美国专利公开No.2005/0177045中描述的方法中一样，通过在衬底上顺序地堆叠下电极、绝缘膜、上电极和薄膜来制作CMUT。在形成多个层的情况下，层的厚度倾向于变化。如果层的厚度在单元或元件之间不同，则在单元或元件之间的频率特性变化。

发明内容

在本发明中，可以减少在单元或元件之间的频率特性的变化。

根据本发明的方面的机电变换器包括：衬底；布置在所述衬底上的第一电极；以及振动膜，包括布置在所述第一电极上的薄膜以及布置在所述薄膜上以便与所述第一电极相对的第二电极，在所述薄膜与所述第一电极之间具有间隙。所述第一电极具有6nm RMS(均方根)或更小的表面粗糙度值。

根据本发明的方面的制作机电变换器的方法包括：在衬底上形成第一电极的步骤；在所述第一电极上形成牺牲层的步骤；在所述牺牲层上形成薄膜的步骤；在所述薄膜上形成第二电极的步骤；以及在所述薄膜中形成刻蚀孔并且通过所述刻蚀孔去除所述牺牲层的步骤。所述第一电极被形成为具有6nm RMS或更小的表面粗糙度值。

本发明可以通过优化第一电极的表面状况来减少频率特性在单元或元件之间的变化。

从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。

附图说明

图1A和图1B是示出根据本发明的方面的示例1可以适用的机电变换器的示意图。

图2A～2G是示出制作一个实施例的示例1可以适用的机电变换器的方法的过程图。

图3A是示出在第一电极的表面粗糙度和厚度之间的关系的曲线图。

图3B是示出在第一电极的表面粗糙度和振动膜的频率特性之间的关系的曲线图。

图4A和图4B是示出根据实施例的方面的示例2可以适用的机电变换器的示意图。

具体实施方式

本发明的发明人已经注意到，振动膜的频率特性根据在衬底上形成的每个层的厚度的变化而变化。特别地，本发明的发明人已经注意到，制作元件的早期的步骤、即形成第一电极的步骤是重要的。在通过堆叠多个层制作的机电变换器中，在形成第一电极之后的步骤中形成的层可以具有反映第一电极的表面形状的表面形状。从该观点来看，本发明的发明人已经发现，在第一电极的表面粗糙度和振动膜的频率特性之间存在一定的关系。

基于该关系，实施例提供了具有6nm RMS或更小的表面粗糙度值的第一电极。现在将参考附图描述实施例。

机电变换器的配置

图1A是示出根据实施例的方面的机电变换器的元件1的顶视图，并且图1B是由图1A的虚线包围的单元结构2的沿着线IB-IB截取的截面图。本实施例的元件1包括彼此电连接的多个单元结构2。尽管图1A仅仅示出了一个元件，但是机电变换器可以具有多个元件。在图1A中，元件1由九个单元结构2组成，但是单元结构的数量不受特别的限制。此外，尽管以方形格子形状布置单元结构2，但是可以以任何形状(诸如锯齿形)来布置单元结构2。图1A所示出的单元结构2是圆形的，但是它们可以是例如方形的或六边形的。

图1B是单元结构2的截面图。单元结构2包括衬底11、以及布置在衬底11上的第一绝缘膜12、第一电极13和第二绝缘膜14。单元结构2还包括由第一薄膜16、第二电极17和第二薄膜18组成的振动膜。振动膜在与第二绝缘膜14之间有间隙(空腔15)的情况下被布置在第二绝缘膜14上。第一薄膜16被布置在第二电极17的间隙侧(空腔15侧)上并且由薄膜支撑部19支撑。第二薄膜18被布置在第二电极17的与空腔15相对的一侧上。第一电极13和第二电极17彼此面对，在第一电极13和第二电极17之间具有空腔15，并且利用电压施加单元(未示出)在第一电极13和第二电极17之间施加电压。