專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)電換能器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如被用作例如超聲換能器的電容微加工(micromachined)超聲換 能器陣列的機(jī)電換能器(electromechanical transducer),并且涉及機(jī)電換能器的制造方法。
背景技術(shù)：
通過(guò)微加工技術(shù)制造的微機(jī)械部件可被應(yīng)用于微米量級(jí)的制作，并且，已通過(guò)使 用這些微機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)了各種功能微器件。作為壓電器件的替代，已研究了利用這樣的技 術(shù)的電容微加工超聲換能器(CMUT)。在這樣的CMUT中，通過(guò)利用振動(dòng)膜的振動(dòng)傳送和接收 超聲波，并且，特別地，可以容易地在液體中獲得優(yōu)異的寬帶特性。
已提出了具有通過(guò)例如接合而在硅基板上形成的單晶硅振動(dòng)膜的電容微加工超 聲換能器陣列(參見(jiàn)PTL1)。在PTLl中描述的構(gòu)造中，使用具有單晶硅振動(dòng)膜的硅膜作為共 用電極，并且，娃基板被分割。分割的娃基板被用作信號(hào)提取電極以構(gòu)成電容微加工超聲換 能器陣列。此外，為了提高器件的剛度，在信號(hào)提取電極的周邊設(shè)置框架結(jié)構(gòu)。另外，在該 構(gòu)造的制造方法中，在第一絕緣體上硅(SOI)基板上形成氧化物膜和間隙，并且，第一 SOI 基板的活性層被分割以分離各電容微加工超聲換能器元件。然后，第二 SOI基板被接合，并 且，操作(handle)層和埋入氧化物(BOX)層被去除以形成具有單晶硅振動(dòng)膜的硅膜。此外， 為了電連接第一 SOI基板的活性層和操作層，蝕刻具有單晶硅振動(dòng)膜的硅膜、氧化物膜、以 及第一 SOI基板的活性層和BOX層，并且形成導(dǎo)體的膜。然后，為了電氣分離具有單晶硅振 動(dòng)膜的硅膜和導(dǎo)體，具有單晶硅振動(dòng)膜的硅膜被分割，以制成電容微加工超聲換能器陣列。
在其中如上面那樣通過(guò)例如接合而在硅基板上形成單晶硅振動(dòng)膜的電容微加工 超聲換能器陣列中，可以通過(guò)分割硅基板而將硅基板用作信號(hào)提取電極。在這種情況下，由 于硅基板被分割，因此，換能器陣列的剛度降低，并且，會(huì)由于例如安裝期間的熱應(yīng)力而導(dǎo) 致?lián)p壞。此外，當(dāng)在電容微加工超聲換能器陣列的制造工藝中露出具有單晶硅振動(dòng)膜的硅 膜時(shí)，單晶硅振動(dòng)膜會(huì)在諸如熱施加或硅基板的后表面的處理的隨后的工藝中被損壞。在 這種情況下，電容微加工超聲換能器陣列的制造成品率(production yield rate)趨于下 降。
引文列表
專(zhuān)利文獻(xiàn)
PTLl 美國(guó)專(zhuān)利公布 No. US2008/0048211 發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的問(wèn)題，本發(fā)明的包括分別具有至少一個(gè)單元的多個(gè)元件的機(jī)電換能器 的制造方法包括以下的步驟在第一基板上形成絕緣層并在絕緣層中形成間隙的步驟；使 第二基板與具有所述間隙的絕緣層接合的步驟；減小第二基板的厚度的步驟；在絕緣層的 具有所述間隙的一側(cè)的相對(duì)側(cè)在第一基板中形成分割溝槽以形成多個(gè)元件的步驟；以及用絕緣部件至少部分地填充第一基板的分割溝槽的步驟。在使第二基板與絕緣層接合的步驟 之后，進(jìn)行在第一基板中形成分割溝槽以形成多個(gè)元件的步驟和用絕緣部件至少部分地填 充第一基板的分割溝槽的步驟。此外，在用絕緣部件至少部分地填充第一基板的分割溝槽 的步驟之后，進(jìn)行減小第二基板的厚度的步驟。一般地，第一基板和第二基板分別是第一硅 基板和第二硅基板。
此外，鑒于上述的問(wèn)題，本發(fā)明的機(jī)電換能器包括分別具有至少一個(gè)單元的多個(gè) 元件。所述單元包含硅基板、單晶硅振動(dòng)膜和用于以在硅基板的一個(gè)表面與振動(dòng)膜之間形 成間隙的方式保持振動(dòng)膜的振動(dòng)膜保持部分。所述單元的特征在于是通過(guò)上述的機(jī)電換能 器的制造方法制成的。一般地，機(jī)電換能器被構(gòu)成為電容微加工超聲換能器陣列。
根據(jù)本發(fā)明，在接合第二基板之后，在第一基板中形成分割溝槽并用絕緣部件填 充分割溝槽。因此，即使在第一基板中形成分割溝槽，也可維持基板剛度。另外，在用絕緣 部件填充第一基板的分割溝槽之后，第二基板的厚度減小。通過(guò)這樣做，由于可以在提高第 一基板的剛度之后減小第二基板的厚度，因此，可以防止厚度減小步驟期間損壞基板。


圖1A IF是示出本發(fā)明的機(jī)電換能器的制造方法的實(shí)施例和例子的截面圖。
圖2是示出本發(fā)明的機(jī)電換能器的實(shí)施例和例子的頂視圖。
圖3是示出與本發(fā)明的機(jī)電換能器有關(guān)的例子2的截面圖。
圖4是示出與本發(fā)明的機(jī)電換能器有關(guān)的例子3的截面圖
圖5A和圖5B是示出與本發(fā)明的機(jī)電換能器有關(guān)的例子4的示圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的特征如下。在所謂的聯(lián)接型的機(jī)電換能器及其制造方法中，在接合稍后 將被減小厚度的第二基板的步驟之后，進(jìn)行在第一基板中形成用于在第一基板上形成的元 件之間的分離和絕緣的分割溝槽的步驟和至少部分地用絕緣部件填充分割溝槽的步驟。然 后，在至少部分地用絕緣部件填充分割溝槽的步驟之后，進(jìn)行減小第二基板的厚度的步驟。 基于該觀(guān)點(diǎn)，本發(fā)明的機(jī)電換能器及其制造方法基本上具有在發(fā)明內(nèi)容中描述的構(gòu)造。本 發(fā)明可適用于的機(jī)電換能器一般是聯(lián)接型的CMUT，但是，本發(fā)明也可適用于具有磁膜的機(jī) 電換能器，該機(jī)電換能器可被構(gòu)成為諸如磁微加工超聲換能器(MMUT)之類(lèi)的聯(lián)接型的。
以下將描述本發(fā)明的機(jī)電換能器及其制造方法的實(shí)施例和例子。將參照?qǐng)D2和圖 3描述作為本發(fā)明的實(shí)施例的電容微加工超聲換能器陣列的構(gòu)造和驅(qū)動(dòng)原理。圖2是實(shí)施 例的電容微加工超聲換能器陣列的頂視圖，圖3是沿圖2中的線(xiàn)II1-1II切取的截面圖。電 容微加工超聲換能器陣列包含分別具有至少一個(gè)單元102的多個(gè)元件101。在圖2中，只繪 出六個(gè)元件101，但是，元件的數(shù)量不被限制。類(lèi)似地，每個(gè)元件101由十六個(gè)單元102組 成，但是，單元的數(shù)量不被限制。單元的形狀在本例子中為圓形，但是，可以為例如四邊形或 六邊形。多個(gè)元件101通過(guò)分割溝槽103相互電氣分離。
如圖3所示，單元102由單晶硅振動(dòng)膜21、間隙22、用于保持振動(dòng)膜21的振動(dòng)膜保 持部分23和娃基板20構(gòu)成。以在娃基板20的一個(gè)表面與振動(dòng)膜21之間形成間隙22的 方式，保持部分23保持振動(dòng)膜21。與通過(guò)疊層形成的振動(dòng)膜(例如，硅氮化物膜)相比，振動(dòng)膜21幾乎不具有殘余應(yīng)力，并且具有低的厚度變化和低的彈簧常數(shù)的變化。因此，元件 的性能的變化和單元的性能的變化小。保持部分23可以是絕緣體，并且可由例如硅氧化物 或娃氮化物形成。當(dāng)保持部分23不是絕緣體時(shí)，為了在娃基板20與振動(dòng)膜21之間絕緣, 例如，需要在硅基板20上形成絕緣層。具有振動(dòng)膜21的硅膜24被用作元件的共用電極， 并因此可以是容易形成歐姆接觸并具有O.1 Qcm或更小的電阻率的低電阻基板。術(shù)語(yǔ)“歐 姆接觸”指的是不管電流方向和電壓電平如何，電阻值都是恒定的。為了改善振動(dòng)膜21的 導(dǎo)電特性，可以在具有振動(dòng)膜21的硅膜24上形成薄鋁膜。硅基板20可通過(guò)在其中形成分 割溝槽25而被用作信號(hào)提取電極。因此，由于硅基板20被用作信號(hào)提取電極，所以它可以 是具有O.1Qcm或更小的電阻率的低電阻基板。在硅基板20的后表面上，為了容易地形成 用作各元件的信號(hào)提取電極的硅基板20的歐姆接觸，形成金屬膜(未示出)。例如，形成鈦 /鉬/金的疊層結(jié)構(gòu)。分割溝槽25被絕緣部件填充。通過(guò)該構(gòu)造，可以增加電容微加工超 聲換能器陣列的基板剛度。
現(xiàn)在將描述本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)原理。當(dāng)電容微加工超聲換能器陣列接收超聲波時(shí)，通 過(guò)電壓施加裝置(未示出)向具有單晶硅振動(dòng)膜21的硅膜24施加DC電壓。由于振動(dòng)膜21因 接收超聲波而變形，因此，振動(dòng)膜21與硅基板20之間的距離變化而導(dǎo)致電容的變化。電容 的這種變化在由分割溝槽25分割的硅基板20的各部分中導(dǎo)致電流。該電流通過(guò)電流-電 壓轉(zhuǎn)換器(未示出)被轉(zhuǎn)換成電壓，并由此可以接收超聲波作為電壓。另外，通過(guò)向具有單晶 硅振動(dòng)膜21的硅膜24施加DC電壓和AC電壓，振動(dòng)膜21可通過(guò)靜電力振動(dòng)。這樣，可以 傳送超聲波。
將參照?qǐng)D1描述實(shí)施例的電容微加工超聲換能器陣列的制造方法。首先，如圖1A 所示，在第一硅基板I上形成絕緣膜2。第一硅基板I可以是具有O.1 Qcrn或更小的電阻 率的低電阻基板。絕緣膜2由例如硅氧化物或硅氮化物制成，并且可通過(guò)例如化學(xué)氣相沉 積(CVD)或熱氧化而被形成。然后，如圖1B所示，形成間隙3?？赏ㄟ^(guò)例如干蝕刻或濕蝕 刻而形成間隙3。間隙3構(gòu)成電容微加工超聲換能器陣列的電容器。然后，如圖1C所示， 在絕緣膜2上接合第二硅基板4?？衫缬脴?shù)脂或通過(guò)直接或熔融接合來(lái)接合第二硅基板4。直接接合是對(duì)于接合而使得接合界面活性化(activate)的方法。熔融接合是拋光娃基 板或上面具有SiO2膜的硅基板被設(shè)置在絕緣膜2上并且對(duì)它們加熱以通過(guò)分子間力而使 它們接合的方法。通過(guò)在空氣中使表面相互接觸，源自S1-OH的OH基與另一 OH基形成氫 鍵。通過(guò)在這種狀態(tài)下加熱到幾百攝氏度，從OH基消除H2O分子，Si原子通過(guò)氧原子相互 接合。此外，通過(guò)加熱到1000° C或更高的溫度，氧擴(kuò)散到硅晶片中，并且，形成Si原子之 間的鍵，從而導(dǎo)致粘接力的增加。此外，第二硅基板4可以是SOI基板，該SOI基板是具有 其中娃氧化物層(BOX層)6被設(shè)置在娃基板(操作層)7與表面娃層(活性層)5之間的結(jié)構(gòu) 的基板。由于SOI基板的活性層5具有低的厚度變化，因此，可以減少單晶硅振動(dòng)膜的厚度 的變化，并且，可以減少單晶硅振動(dòng)膜的彈簧常數(shù)的變化。因此，可減少電容微加工超聲換 能器陣列的元件的性能的變化。
然后，如圖1D所示，在絕緣膜2的具有間隙3的一側(cè)的相對(duì)側(cè)，在第一硅基板I中 形成分割溝槽8?？赏ㄟ^(guò)蝕刻形成分割溝槽8。通過(guò)形成分割溝槽8，第一硅基板I被電氣 分割，并且可由此被用作多個(gè)電極。分割的硅基板的各部分可被用作電容微加工超聲換能 器陣列的各元件的信號(hào)提取電極。然后，如圖1E所示，用絕緣部件9填充分割溝槽8。填充分割溝槽8的絕緣部件9不被限制，只要它是絕緣體即可，并且可以為例如硅氧化物或樹(shù)脂。在通過(guò)熱氧化或從正娃酸乙酯(tetraethoxysilane, TE0S)而形成的娃氧化物的情況下，由于工藝均勻性高，因此，可以容易地在分割溝槽8的側(cè)壁上形成膜。另外，在從TEOS 膜形成的硅氧化物的情況下，由于可以容易地形成厚的膜，因此，分割溝槽8的寬度可以是大的。通過(guò)這樣做，元件之間的距離可以大，以減小元件之間的電容。因此，可以減少元件之間的串?dāng)_。只要可以確?；宓膭偠?，分割溝槽8可以不被絕緣部件9完全填充。
然后，如圖1F所示，第二硅基板4的厚度減小以形成具有單晶硅振動(dòng)膜10的硅膜5。為了使得形成單晶硅振動(dòng)膜的硅膜的厚度為幾微米或更小，通過(guò)例如蝕刻、研磨或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來(lái)執(zhí)行第二硅基板4的厚度的減小。如圖1F所示，通過(guò)去除操作層7和BOX 層6執(zhí)行SOI基板的厚度的減小。可通過(guò)研磨、CMP或蝕刻來(lái)去除操作層7?？赏ㄟ^(guò)氧化物膜的蝕刻(干蝕刻或利用氟化氫等的濕蝕刻)來(lái)去除BOX層6。在利用例如氟化氫的濕蝕刻中，由于可以防止硅被蝕刻，因此，可有利地減少由于蝕刻導(dǎo)致的單晶硅振動(dòng)膜10的厚度的變化。當(dāng)用于形成單晶硅振動(dòng)膜的第二基板不是SOI基板時(shí)，通過(guò)例如背面研磨(back grinding)或CMP,可將厚度減小到約2 μ m。與上面同樣,可以制成包含具有單元的多個(gè)元件的電容微加工超聲換能器陣列。所述單元中的每一個(gè)包含單晶硅振動(dòng)膜10、間隙3、用于保持振動(dòng)膜10的振動(dòng)膜保持部分11和硅基板I。具有振動(dòng)膜10的硅膜5被用作元件的共用電極。
在實(shí)施例的電容微加工超聲換能器陣列的制造方法中，在接合第二基板之后，執(zhí)行在第一基板中形成用于電氣分離的分割溝槽的步驟和用絕緣部件填充分割溝槽的步驟。 通過(guò)分割第一基板，基板剛度明顯降低。因此，為了避免第一基板的損壞，需要用于保持第一基板的機(jī)構(gòu)。但是，在實(shí)施例的方法中，即使第一基板被分割，也可維持基板剛度。另外， 在用絕緣部件至少部分地填充第一基板的分割溝槽的步驟之后，進(jìn)行減小第二基板的厚度的步驟(根據(jù)厚度減小的程度，第二基板將更像是膜)。通過(guò)這樣做，由于可以在增加第一基板的剛度之后減小第二基板的厚度，因此，在減小厚度的步驟期間，可以防止損壞基板。
如果在減小第二基板的厚度的步驟之后進(jìn)行處理第一基板的后表面的步驟或施加熱的步驟，那么振動(dòng)膜會(huì)受到損壞而導(dǎo)致制造成品率降低。但是，在實(shí)施例的方法中，不在通過(guò)減小第二基板的厚度而形成振動(dòng)膜的步驟之后進(jìn)行處理第一基板的后表面的步驟或施加熱的步驟。因此，可以提高制造成品率。另外，可通過(guò)使用兩個(gè)基板或一個(gè)基板和一個(gè)SOI基板來(lái)形成具有振動(dòng)膜的電容微加工超聲換能器。因此，與使用兩個(gè)SOI基板的構(gòu)造相比，可以減少昂貴的SOI基板的數(shù)量，從而導(dǎo)致成本降低。
通過(guò)實(shí)施例的方法制成的電容微加工超聲換能器陣列可提高器件強(qiáng)度。因此，即使在實(shí)施例的電容微加工超聲換能器陣列與PCB基板、IC等連接時(shí)向該陣列施加應(yīng)力，也可防止該陣列被損壞。另外，當(dāng)填充分割溝槽的絕緣部件9是由TEOS膜形成的硅氧化物時(shí)， 由于可以容易地形成厚的膜，因此，即使分割溝槽具有大的寬度，所述溝槽也可被該部件填充。由于分割的硅基板被用作各元件的信號(hào)提取電極，因此，分割溝槽的小的寬度可導(dǎo)致寄生電容和串?dāng)_。因此，在由TEOS膜形成的硅氧化物中，具有10 μ m或更大的大寬度的分割溝槽可容易地被絕緣膜填充，并且，可以減少上述的問(wèn)題。
此外，如圖3所示，在基板中形成的分割溝槽可具有錐形形狀。術(shù)語(yǔ)“錐形形狀”意味著第一基板的上面形成間隙22的表面?zhèn)鹊姆指顪喜?5的寬度比第一基板的另一表面?zhèn)鹊姆指顪喜?5的寬度小。由于分割的基板被用作信號(hào)提取電極，因此，對(duì)于減少信號(hào)提取電極之間的寄生電容以減少串?dāng)_來(lái)說(shuō)，分割溝槽的更寬的寬度更好。但是，由于具有大量的單元的元件被設(shè)置在各信號(hào)提取電極上，因此，分割溝槽的更寬的寬度導(dǎo)致元件之間的更大的距離。因此，如本例子中那樣利用錐形形狀可在不加寬元件之間的距離的情況下減小信號(hào)提取電極之間的寄生電容。這樣，可以形成其中換能器以高的密度排列但串?dāng)_低的電容微加工超聲換能器陣列(參見(jiàn)后面描述的例子2)。
作為替代方案，具有其中第一基板的內(nèi)部的寬度比第一基板的兩個(gè)表面?zhèn)鹊膶挾葘挼慕Y(jié)構(gòu)的分割溝槽可被絕緣部件填充。通過(guò)該構(gòu)造，信號(hào)提取電極之間的寄生電容可減小，以減少串?dāng)_，并且，還可提高電容微加工超聲換能器陣列的剛度(參見(jiàn)后面描述的例子 3)。
此外，可以在分割溝槽中設(shè)置格狀圖案的絕緣部件。在該構(gòu)造中，當(dāng)形成分割溝槽時(shí)，以格狀圖案分割第一基板。然后，通過(guò)熱氧化形成硅氧化物。在通過(guò)熱氧化形成硅氧化物時(shí)，由于硅也被氧化，因此，可通過(guò)以格狀圖案分割硅基板并然后執(zhí)行熱氧化，在分割溝槽中形成格狀圖案的絕緣部件。通過(guò)該構(gòu)造，即使分割溝槽不被絕緣部件完全填充，也可提高電容微加工超聲換能器陣列的剛度(參見(jiàn)后面描述的例子4)。
以下參照更具體的例子來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。
例子I
將參照?qǐng)D1A IF和圖2描述例子I的電容微加工超聲換能器陣列的制造方法。 圖1A IF是示出本例子的方法的截面圖，圖2是本例子的電容微加工超聲換能器陣列的頂視圖。在本例子的方法中，首先，如圖1A所示，在第一硅基板I上形成絕緣膜2。第一硅基板I的電阻率為O. 01 Ω cm。絕緣膜2是通過(guò)熱氧化形成的硅氧化物，并且具有400nm的厚度。通過(guò)熱氧化形成的硅氧化物的表面粗糙度(roughness)非常低，并且，即使在第一硅基板上形成硅氧化物，硅氧化物的粗糙度也不由于第一硅基板的表面粗糙度而增大，并且， 該表面粗糙度Rms為O. 2nm或更小。在通過(guò)直接接合或熔融接合進(jìn)行的接合中，如果表面粗糙度大(例如，Rms為O. 5nm或大),那么接合是困難的，并且,可能出現(xiàn)接合的失敗。在通過(guò)熱氧化形成的硅氧化物中，由于表面粗糙度不增加，因此，幾乎不出現(xiàn)接合的失敗，并且， 可以提聞制造成品率。
然后，如圖1B所示，形成間隙3。可通過(guò)例如干蝕刻或濕蝕刻來(lái)形成間隙3。間隙的深度為200nm。間隙3構(gòu)成電容微加工超聲換能器陣列的電容器。然后，如圖1C所示，通過(guò)熔融接合來(lái)接合第二硅基板4。使用SOI基板作為第二硅基板，并且，SOI基板與其活性層5接合?；钚詫?將被用作具有單晶硅振動(dòng)膜的硅膜?；钚詫?具有I μπι的厚度、±5% 或更小的厚度變化、以及O. 01 Ω cm的電阻率。
然后，如圖1D所示，通過(guò)硅深蝕刻而在第一硅基板I中形成分割溝槽8。分割溝槽 8被構(gòu)成為穿過(guò)第一娃基板I并具有10 μ m的寬度。通過(guò)分割溝槽8,第一娃基板I被電氣分割并且可由此被用作多個(gè)電極。分割的硅基板的各部分可被用作電容微加工超聲換 能器陣列的各元件的信號(hào)提取電極。然后，如圖1E所示，分割溝槽8被絕緣部件9填充。填充分割溝槽的絕緣部件9是由TEOS膜形成的硅氧化物。在由TEOS膜形成的硅氧化物的情況下，由于工藝均勻性高，因此，可以容易地在分割溝槽8的側(cè)壁上形成膜。
然后，如圖1F所示，第二硅基板4的厚度減小以形成具有單晶硅振動(dòng)膜10的硅膜5。如圖1F所示，通過(guò)去除操作層7和BOX層6來(lái)執(zhí)行被用作第二硅基板的SOI基板的厚度的減小?？赏ㄟ^(guò)例如研磨、CMP或蝕刻來(lái)去除操作層7。通過(guò)利用氟化氫的濕蝕刻去除 BOX層6。由于利用氟化氫的濕蝕刻可防止硅被蝕刻，因此，由于蝕刻導(dǎo)致的單晶硅振動(dòng)膜 10的厚度的變化可以是低的。
在本例子的電容微加工超聲換能器陣列的制造方法中，在接合第二硅基板4之后，進(jìn)行在第一硅基板I中形成用于電氣分離的分割溝槽8的步驟和用由TEOS膜形成的硅氧化物9填充分割溝槽8的步驟。該過(guò)程的效果如上面描述的那樣。此外，在用由TEOS膜形成的硅氧化物9填充第一硅基板I的分割溝槽8的步驟之后進(jìn)行減小第二硅基板4的厚度的步驟。該過(guò)程的效果也如上面描述的那樣。在本方法中，同樣，不在減小第二硅基板4 的厚度以形成具有單晶硅振動(dòng)膜10的硅膜5的步驟之后進(jìn)行處理第一硅基板的后表面的步驟或施加熱的步驟。因此，可以進(jìn)一步增加制造成品率。
例子2
將參照?qǐng)D3描述例子2的電容微加工超聲換能器陣列及其制造方法?？赏ㄟ^(guò)幾乎與例子I中的方法相同的方法制作例子2的電容微加工超聲換能器陣列。圖3是本例子的電容微加工超聲換能器陣列的截面圖，并且，其頂視圖與圖2所示的頂視圖幾乎相同。
本例子的電容微加工超聲換能器陣列的單元102和元件101具有圖3所示的結(jié)構(gòu)。振動(dòng)膜保持部分23是通過(guò)熱氧化形成的硅氧化物。由于具有單晶硅振動(dòng)膜21的硅膜24被用作元件的共用電極，因此，它被制作為容易地形成歐姆接觸。硅膜24的電阻率為 O. 01 Ω Cm。硅基板20被用作信號(hào)提取電極，并具有O. 01 Ω cm的電阻率。填充分割溝槽25 的絕緣部件25是環(huán)氧樹(shù)脂。通過(guò)該構(gòu)造，可以提高電容微加工超聲換能器陣列的基板剛度。本例子的驅(qū)動(dòng)原理如上面描述的那樣。
在本例子中，如圖3所示，在第一硅基板20中形成的分割溝槽25具有錐形形狀。 在該錐形形狀中，第一硅基板20的上面形成間隙22的表面?zhèn)鹊姆指顪喜?5的寬度比第一硅基板20的另一表面?zhèn)鹊姆指顪喜?5的寬度小。如在本例子中那樣，通過(guò)以錐形形狀形成分割溝槽25，可以在不加寬元件之間的距離的情況下減小信號(hào)提取電極之間的寄生電容。這樣，可以形成其中換能器以高的密度排列但噪聲低的電容微加工超聲換能器陣列。
例子3
將參照?qǐng)D4描述例子3的電容微加工超聲換能器陣列及其制造方法。可通過(guò)幾乎與例子I中的方法相同的方法制作例子3的電容微加工超聲換能器陣列。例子3的電容微加工超聲換能器陣列的構(gòu)造大致與例子2的電容微加工超聲換能器陣列的構(gòu)造相同。如圖 4所示，單元包含單晶硅振動(dòng)膜41、間隙42、用于保持振動(dòng)膜41的振動(dòng)膜保持部分43、以及硅基板40。具有振動(dòng)膜41的硅膜44被用作元件的共用電極。
在本例子的電容微加工超聲換能器陣列中，分割溝槽45具有其中第一娃基板40的內(nèi)部的寬度比第一硅基板40的兩個(gè)表面?zhèn)鹊膶挾葘挼慕Y(jié)構(gòu)并且分割溝槽45 被絕緣部件46填充。在該構(gòu)造中，其主面具有(100)的晶體取向的硅基板被用作第一硅基板40，并且，通過(guò)硅深蝕刻形成垂直的分割溝槽。隨后，執(zhí)行使用四甲基氫氧化銨 (tetrame thy I ammonium hydroxide, TMAH )的各向 異性濕蝕刻，以形成分割溝槽。絕緣部件 46是由TEOS膜形成的硅氧化物。
通過(guò)該構(gòu)造，可以在不加寬元件之間的距離的情況下加寬信號(hào)提取電極之間的距離的一部分。因此，可以減少信號(hào)提取電極之間的寄生電容。這樣，可以形成其中換能器以 高的密度排列但噪聲低的電容微加工超聲換能器陣列。此外，分割溝槽45部分地被絕緣部 件46填充，這樣，由于信號(hào)提取電極之間的電容在空氣中或在真空中更低，因此，可減少寄 生電容。通過(guò)上述的構(gòu)造，可以減少寄生電容，并且，可以提高電容微加工超聲換能器陣列 的剛度。
例子4
將參照?qǐng)D5A和圖5B描述例子4的電容微加工超聲換能器陣列及其制造方法。可 通過(guò)幾乎與例子I中的方法相同的方法制作例子4的電容微加工超聲換能器陣列。例子4 的電容微加工超聲換能器陣列的構(gòu)造大致與例子2的電容微加工超聲換能器陣列的構(gòu)造 相同。如圖5B所示,單元包含單晶娃振動(dòng)膜66、間隙64、用于保持振動(dòng)膜66的振動(dòng)膜保持 部分65、以及娃基板60。具有振動(dòng)膜66的娃膜63被用作兀件的共用電極。
在本例子的電容微加工超聲換能器陣列中，在分割溝槽62中設(shè)置以格狀圖案形 成的絕緣部件61。在該構(gòu)造中，當(dāng)形成分割溝槽62時(shí)，以格狀圖案分割第一硅基板60，并 且，通過(guò)熱氧化形成硅氧化物。在通過(guò)熱氧化形成硅氧化物時(shí)，由于硅也被氧化，因此，以格 狀圖案分割硅基板。因此，可通過(guò)利用熱氧化將硅氧化而在分割溝槽中形成格狀圖案的絕 緣部件。此外，分割溝槽可被絕緣部件填充。通過(guò)該構(gòu)造，即使分割溝槽不被絕緣部件完全 填充，也可提高電容微加工超聲換能器陣列的剛度。
雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開(kāi)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變更方式以及等同的 結(jié)構(gòu)和功能。
本申請(qǐng)要求在2010年8月2日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2010-173659的權(quán)益，在 此通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容并入本文。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)電換能器的制造方法，所述機(jī)電換能器包括各自具有至少一個(gè)單元的多個(gè)元件，該方法包括 在第一基板上形成絕緣層并在絕緣層中形成間隙； 使第二基板與具有所述間隙的絕緣層接合； 減小第二基板的厚度； 在絕緣層的具有所述間隙的一側(cè)的相對(duì)側(cè)，在第一基板中形成分割溝槽以形成多個(gè)元件；以及 用絕緣部件至少部分地填充第一基板的分割溝槽，其中， 在使第二基板與絕緣層接合的步驟之后，進(jìn)行所述在第一基板中形成分割溝槽以形成多個(gè)元件的步驟和所述用絕緣部件至少部分地填充第一基板的分割溝槽的步驟，以及在所述用絕緣部件至少部分地填充第一基板的分割溝槽的步驟之后，進(jìn)行所述減小第二基板的厚度的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，第一基板和第二基板分別是第一硅基板和第二硅基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，所述絕緣部件是由正硅酸乙酯形成的硅氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)的方法，其中，第一基板的形成有間隙的表面?zhèn)鹊姆指顪喜鄣膶挾缺鹊谝换宓牧硪槐砻鎮(zhèn)鹊姆指顪喜鄣膶挾刃　?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)的方法，其中，第一基板的內(nèi)部的分割溝槽的寬度比第一基板的兩個(gè)表面?zhèn)鹊膶挾葘挕?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)的方法，其中，分割溝槽以格狀圖案被形成，并且，所述絕緣部件以格狀圖案被形成以便被設(shè)置在分割溝槽中。
7.—種機(jī)電換能器,包括 多個(gè)元件,所述多個(gè)元件中的每一個(gè)具有至少一個(gè)單元,所述單元包含娃基板、單晶娃振動(dòng)膜、以及用于以在硅基板的一個(gè)表面與振動(dòng)膜之間形成間隙的方式保持振動(dòng)膜的振動(dòng)膜保持部分， 其中，所述機(jī)電換能器是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1 6中的任一項(xiàng)的機(jī)電換能器的制造方法來(lái)制造的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的機(jī)電換能器,被構(gòu)成為電容微加工超聲換能器陣列。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)電換能器及其制造方法，其中，在形成分割溝槽或膜期間維持基板剛度以防止基板被損壞。所述機(jī)電換能器包括分別具有至少一個(gè)單元的多個(gè)元件。在第一基板上形成絕緣層，并且，在絕緣層中形成間隙(3)。第二基板與具有間隙的絕緣層接合。然后，分割溝槽在第一基板中形成并至少部分地被絕緣部件填充。然后，與絕緣層接合的第二基板的厚度減小以形成膜(10)。
文檔編號(hào)B06B1/02GK103037984SQ201180037100
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者虎島和敏, 秋山貴弘 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社