CN102015127A - 电容型机电变换器的制造方法和电容型机电变换器 - Google Patents

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Abstract

在电容型机电变换器的制造方法中，在基板(4)上形成第一电极(8)，在第一电极(8)上形成具有引向第一电极的开口(6)的绝缘层(9)，并且，在绝缘层上形成牺牲层。在牺牲层上形成具有第二电极(1)的膜片(3)，并且，在膜片中设置作为蚀刻剂入口的孔径。蚀刻牺牲层以形成空腔(10)，并且然后密封用作蚀刻剂入口的孔径。通过经由开口(6)和膜片的孔径使电流在第一电极(8)和外部设置的对电极之间流动的电解蚀刻，来执行蚀刻。

Description

电容型机电变换器的制造方法和电容型机电变换器
技术领域
本发明涉及用作超声变换器等的电容型机电变换器的制造方法，并且涉及电容型机电变换器。
背景技术
近年来，通过微细加工处理制造的电容型机电变换器已被积极研究(参见日本专利申请公开No.2006-319712)。通常的电容型机电变换器具有下电极、被支撑以与下电极保持给定的距离的膜片(隔膜)和被设置在膜片的表面上的上电极。这被称为例如电容型微细加工超声变换器(CMUT)。
上述的电容型微细加工超声变换器使用重量轻的膜片以发送并接收超声波，并且容易获得在液体以及空气中具有优异的宽带特性的电容型微细加工超声变换器。CMUT使得能够实现比常规医疗诊断更准确的诊断，并因此作为有前途的技术开始受到关注。
描述电容型微细加工超声变换器的操作原理。为了传送超声波，在下电极和上电极之间施加与微小的AC电压重叠的DC电压。这导致膜片振动，由此产生超声波。当接收超声波时，膜片由于超声波变形，并且，变形导致下电极和上电极之间的电容变化，从该电容变化检测信号。
电容型机电变换器的理论灵敏度与其电极之间的距离(“间隙”)的平方成反比(参见IEEE Ultrasonic Symposium 1997，p.1609-1618)。据说，要制造高度灵敏的变换器，必需100nm或更小的间隙，并且，最近已使得CMUT中的“间隙”窄至2μm～100nm或更小。
常用的在电容型机电变换器中形成“间隙”的方法包括在电极之间设置与希望的间隙一样厚的牺牲层、在牺牲层的顶部上形成膜片并且然后去除牺牲层。在美国专利No.6426582、日本专利申请公开No.2005-027186、日本专利申请公开No.H06-021611、IEEE Transactionson Ultrasonics，Ferroelectrics，and Frequency Control，Vol.52，No.12，Dec.2005，p.2242-2258中公开了这种以及类似的技术。
发明内容
如上所述，为了提高电容型机电变换器的机电变换效率，希望在电极之间设定窄的间隙。上述的美国专利No.6426582和日本专利申请公开No.2005-027186也提供关于如何提高机电变换效率的具体建议。
但是，由于随着“间隙”变得更窄牺牲层(由例如Si、SiO2或金属制成)的去除变得越来越困难，因此在电极之间设定窄的间隙是不够的。例如，如在上述的IEEE Transactions on Ultrasonics，Ferroelectrics and Frequency Control，Vol.52，No.12，Dec.2005，p.2242-2258所述，据说蚀刻处理在低温下花费几天到一周。但是，延长的蚀刻剂浸入损伤电容型机电变换器的膜片并降低生产率。
为了将蚀刻速度设为更高，存在升高温度的对比方法。但是，由于伴随高温蚀刻反应的气泡，软(机械强度低)的膜片可破裂，并由此存在生产率降低的可能性。
由于蚀刻剂的扩散限制控制，因此，电极之间的间隙窄时的大面积牺牲层的蚀刻的生产率低。因此，希望实现高速蚀刻。如果可缩短蚀刻掉牺牲层所需要的时间，那么变换器制造的产量提高。
蚀刻牺牲层需要设置使得蚀刻剂能够从外面到达牺牲层的入口。当蚀刻剂入口的尺寸较大并存在更多的蚀刻剂入口时，换句话说，当牺牲层的露出表面较大时，蚀刻速度较高。但是，在微机电变换器中设置大的孔或许多的孔作为蚀刻剂入口对初始机械结构的性能造成不利的影响，并可损害变换器的设计性能、寿命、稳定性和可靠性。例如，在电容型机电变换器的膜片中设置大的孔或许多的孔大大影响震动质量(seismic mass)、振动部分的应力、振动频率、振动节点和振动位移等。因此，希望使电容型机电变换器中的蚀刻剂入口的尺寸和数量最小化。
在日本专利申请公开No.H06-021611中描述蚀刻牺牲层的另一方法，在该方法中，通过向在蚀刻剂中流动的电流施加垂直方向磁场来蚀刻上电极和下电极之间的牺牲层。但是，该方法要求牺牲层在其侧面上具有大的露出表面(蚀刻剂入口)并沿许多方向被露出。当存在很少的蚀刻剂入口时，或者当蚀刻剂入口的尺寸小时，难以用该方法获得明显的效果。
如上所述，为了提高变换器的性能，电容型机电变换器需要形成薄且面积相对大的牺牲层。但是，这种牺牲层的去除效率差，并且解决去除效率和变换器的性能、稳定性和产量等之间的折衷关系是重要的目的。本发明提出可以在“间隙”相对较窄时以相对较高的速度蚀刻牺牲层的电容型机电变换器的制造方法和构建为满足该目的的电容型机电变换器。
发明概述
鉴于上述的问题，根据本发明，制造电容型机电变换器的第一方法具有以下的特征。在基板上形成第一电极，在第一电极上形成具有引向第一电极的开口的绝缘层，在绝缘层上形成牺牲层，在牺牲层上形成具有第二电极的膜片，并且，在膜片中设置作为蚀刻剂入口的孔径。然后，蚀刻牺牲层以形成空腔。然后，密封用作蚀刻剂入口的孔径。并且，通过经由开口、牺牲层和孔径使电流在第一电极和外部设置的对电极(counter electrode)之间流动的电解蚀刻，来执行蚀刻。
并且，鉴于上述的问题，根据本发明，制造电容型机电变换器的第二方法具有以下的特征。在基板上形成第一电极，在第一电极上形成绝缘层，在绝缘层上形成牺牲层，在牺牲层上形成膜片，在膜片中设置包括用作蚀刻剂入口的孔径的多个孔径，并且，在膜片上设置第二电极。然后，蚀刻牺牲层以形成空腔，并且，密封用作蚀刻剂入口的孔径。并且，通过经由引向第二电极的膜片的多个孔径中的至少一个、牺牲层和用作蚀刻剂入口的孔径使电流在第二电极和外部设置的对电极之间流动的电解蚀刻，来执行蚀刻。
并且，鉴于上述的问题，根据本发明，第一电容型机电变换器包括：基板；在基板上形成的第一电极；被设置在基板上的支撑体支撑的距第一电极一定距离的膜片，在膜片和第一电极之间形成空腔；和设置在膜片上的第二电极。并且，第一电极和第二电极中的至少一个被绝缘层覆盖，密封部分被设置为引向膜片中的空腔的孔径并然后被密封，并且，在绝缘层中形成引向第一电极和第二电极中的一个的孔径。
并且，鉴于上述的问题，根据本发明，第二电容型机电变换器包括多个变换器部分，每个变换器部分包括：基板；在基板上形成的第一电极；被设置在基板上的支撑体支撑的距第一电极一定距离的膜片，在膜片和第一电极之间形成空腔；和设置在膜片上的第二电极。然后，第一电极和第二电极中的至少一个被绝缘层覆盖，并且，密封部分被设置为引向多个变换器部分之中的第一变换器部分的膜片中的空腔的孔径，并然后被密封。并且，在与第一变换器部分不同的第二变换器部分的绝缘层中形成引向第一电极和第二电极中的一个的孔径，并且，第一变换器部分的空腔和第二变换器部分的空腔通过设置在第一变换器部分和第二变换器部分之间的连接端口相互连接。
根据本发明的形成上述的开口或孔径的制造方法，可以在不依赖于扩散限制控制的情况下以相以较高的速度蚀刻牺牲层，并且，可以以有利的方式形成空腔。更具体而言，可以在不大大增加开口或孔径的尺寸或数量的情况下通过第一电极或第二电极的阳极电压，容易地使蚀刻速度保持恒定，或在高水平下恒定。由此，即使在大面积电容型机电变换器(例如，CMUT)和具有多个变换器部分的阵列电容型机电变换器中，也提高生产率(例如，更短的制造时间、生产率)和性能(例如，变换器性能的均匀性、更高的变换器灵敏度)。
参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的电容型机电变换器的结构例子的截面视图；
图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F、图2G、图2H、图2I、图2J、图2K、图2L、图2M和图2N是根据本发明的实施方式和实施例的电容型机电变换器制造方法的制造过程步骤示图；
图3A是示出根据本发明的第二实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图，图3B是示出根据本发明的第三实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图；
图4A是示出根据本发明的第四实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图，图4B是示出根据本发明的第五实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图；
图5A是示出根据本发明的第六实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图，图5B是示出根据本发明的第七实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图；
图6是示出根据本发明的第八实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图；
图7A和图7B是示出根据本发明的实施例的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图；
图8是示出根据本发明的实施例的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图；
图9A和图9B是示出根据本发明的实施例的在阵列中布置空腔的具有多个变换器部分的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图；
图10A和图10B是示出根据本发明的第九实施例的在阵列中布置空腔并在相邻的空腔之间设置连接端口的具有多个变换器部分的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图；
图11A、图11B和图11C是示出根据本发明的第十实施例的在阵列中布置空腔并在相邻的空腔之间设置连接端口的具有多个变换器部分的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图；
图12A、图12B和图12C是示出根据本发明的第十一实施例的通过刺穿基板的后表面来设置蚀刻剂入口的电容型机电变换器的结构的截面视图；和
图13A、图13B、图13C、图13D、图13E、图13F、图13G、图13H、图13I、图13J和图13K是用于描述根据本发明的第十二实施例的电容型机电变换器的处理步骤的截面视图。
具体实施方式
以下描述本发明的实施方式。图1是示出根据本发明的实施方式的电容型机电变换器的基本结构的截面视图。
在基板4上，设置第一绝缘膜5，并且然后设置具有低电阻的下电极8。在下电极8上形成的膜片支撑体2支撑膜片3，并且通过包含开口6的第二绝缘膜9被固定到基板4。形成被基板4、膜片3和膜片支撑体2包围的空腔(空间)10。通过开口6向空腔10露出下电极8。通过焊盘7实现与下电极8的电连接。
在膜片3的上表面上或内部设置上电极1。上电极1形成为面向下电极8并形成本实施例的电容型机电变换器。在图1中没有示出上电极1的焊盘。
通常，为了增加电容型机电变换器的机电变换系数，需要在变换器处于动作中的同时在上电极1和下电极8之间施加DC偏压。DC偏压的作用导致静电引力以拉动上电极1，从而导致膜片3的中央处的向下位移。但是，一DC偏压超过给定的电压，膜片3可能屈服(yield)并与第二绝缘膜9接触(即，崩溃(collapse))，这违背原意地降低机电变换系数。该给定电压被称为崩溃电压。偏压被调整以避免崩溃。
如上所述，本实施方式的电容型机电变换器包括基板4、在基板上形成的作为第一电极的下电极8、被在基板上形成的支撑体2支撑的距第一电极一定距离并包含在其中形成的空腔10的膜片3、和设置在膜片上的作为第二电极的上电极1。第一电极8和第二电极1中的至少一个被绝缘层(由附图标记3或9表示)覆盖。膜片3具有被设置为引向空腔10的孔径并然后被密封的密封部分。在绝缘层中形成引向第一电极或第二电极的孔径。在图1的模式中，在绝缘层9中形成引向第一电极8的开口6。在包括图5A和图5B所示的例子的后面描述的例子中，在作为绝缘层的膜片3中形成引向第二电极1的孔径24。
可通过以下的制造方法制造如上述那样构建的电容型机电变换器。在基板4上形成第一电极8。在第一电极上形成绝缘层9，在绝缘层中打开引向第一电极的开口6。在绝缘层上形成牺牲层。在牺牲层上形成具有第二电极1的膜片3。在膜片中作为蚀刻剂入口设置孔径。牺牲层被蚀刻为形成空腔10，并且，密封作为蚀刻剂入口的孔径。通过经由开口6、牺牲层和孔径使电流在第一电极8和外部设置的对电极之间流动的电解蚀刻，来执行上述的蚀刻。希望尽可能远地使开口6和孔径相互分开。
也可以使用以下的制造方法(参见图5A和图5B)。在基板4上形成第一电极8。在第一电极上形成绝缘层9。在绝缘层上形成牺牲层。在牺牲层上形成膜片3。在膜片中打开包含作为蚀刻剂入口的孔径的多个孔径24。在膜片上设置第二电极1。牺牲层被蚀刻为形成空腔10，并且，作为蚀刻剂入口的孔径被密封以形成密封部分20。通过经由在膜片中开放并引向第二电极的孔径24、牺牲层和用作蚀刻剂入口的孔径使电流在第二电极1和外部设置的对电极之间流动的电解蚀刻，来执行上述的蚀刻。同样，在该方法中，希望尽可能远地使引向第二电极1的孔径和用作蚀刻剂入口的孔径相互分开。
电容型机电变换器可被构建为包含多个图1所示的变换器部分。各变换器部分具有基板4、在基板上形成的第一电极8、被在基板上形成的支撑体2支撑的距第一电极一定距离并包含空腔10的膜片3、和设置在膜片上的第二电极1。第一电极8和第二电极1中的至少一个被绝缘层(由附图标记3或9表示)覆盖。如图10A和图10B所示，第一变换器部分的膜片具有设置为引向空腔10的孔径并然后被密封的密封部分20。在与第一变换器部分分开的第二变换器部分的绝缘层中形成引向第一电极或第二电极的孔径(由附图标记6或24表示)。第一变换器部分的空腔和第二变换器部分的空腔通过设置在变换器部分之间的连接端口25相互连接。
可通过以下的制造方法制造被构建为包含多个器件部分的电容型机电变换器。经由引向第一电极或第二电极的孔径、经由在第一和第二变换器部分中的空腔周围以及在连接端口25周围形成的牺牲层并经由用作蚀刻剂入口的孔径，执行电解蚀刻。在该电解蚀刻中，使电流在第一电极或第二电极和外部设置的对电极之间流动，并且，牺牲层被蚀刻以一并形成第一变换器部分的空腔和第二变换器部分的空腔。同样，在该方法中，希望尽可能远地使引向第一电极或第二电极的孔径和用作蚀刻剂入口的孔径相互分开。
根据本实施方式的制造方法，可以在不依赖于扩散限制控制的情况下通过电解蚀刻以相以较高的速度蚀刻牺牲层，并且，可以以有利的方式形成足够薄的空腔。更具体而言，可在不使开口或孔径的尺寸或数量增加太多的情况下通过第一电极或第二电极的阳极电压稳定地使蚀刻速度保持恒定，或在高水平下恒定。由此，即使在大面积电容型机电变换器和阵列电容型机电变换器中，也实现更短的制造时间、均匀的变换器性能、提高的变换器灵敏度和改进的生产率。
(实施例)
以下参照附图描述本发明的实施例。
第一实施例
图2A～2N是用于描述根据本发明的第一实施例的电容型机电变换器制造方法的步骤的截面视图。为了简化以下的描述，“构图处理”指的是从包含将光刻胶施加到基板上、干燥化、曝光和显影的光刻处理到依次执行的蚀刻处理、光刻胶去除、基板清洗和干燥化处理的所有处理步骤。本实施例以基板4为Si的情况为例子，但是，可对于基板使用其它的材料。例如，可以使用SiO2基板或蓝宝石基板。
首先，在本实施例的制造方法中，如图2A所示，制备并清洗Si基板4。然后，如图2B所示，将基板4放入热氧化炉中以形成Si氧化物膜，该Si氧化物膜形成第一绝缘膜5。为了使机电变换器中的寄生电容保持低，希望第一绝缘膜5(Si氧化物膜)的厚度为100nm或更厚、更希望为500nm或更厚、最希望为2000nm或更厚。可通过其它的绝缘方法替代形成第一绝缘膜5的Si氧化物膜。例如，可以形成氮化物膜，或者，可以设定对于反向偏压的PN结阱。
如图2B所示，通过低压化学气相沉积(LPCVD)在第一绝缘膜5(Si氧化物膜)上形成掺杂多晶Si膜。掺杂多晶Si膜用作作为该变换器的第一电极的下电极8。下电极8通过第一绝缘膜5与基板4电绝缘。为了在后面的步骤中的牺牲层的电解蚀刻期间稳定地以高水平使蚀刻速度保持恒定，希望降低下电极8的电势降。因此，希望下电极8的薄层电阻为20.0Ω/或更低、更希望为5.0Ω/或更低，最希望为1.0Ω/或更低。在本实施例中，作为第一电极的下电极8由此为在基板的表面上形成的导电膜。
然后，如图2C所示，通过使用CF4气体等离子或氯气等离子的干蚀刻将下电极8(掺杂多晶Si)构图。
然后，如图2D所示，通过LPCVD或等离子增强化学气相沉积(PECVD)或溅射方法，形成Si3N4膜作为第二绝缘膜9。下电极8的材料不限于掺杂多晶Si，并且可以为其它的低电阻材料。其它选项的例子包含掺杂单晶Si基板、以掺杂阱区域为下电极的单晶Si基板、掺杂非晶Si、氧化物半导体和下述的允许关于牺牲层11进行选择性蚀刻的金属(例如，耐蚀刻金属)。
然后，如图2E所示，通过使用CF4气体等离子的干蚀刻对用作第二绝缘膜9的Si3N4膜进行构图，以由此在第二绝缘膜9中形成引向下电极8的开口6。开口6在本实施例中置于后面描述的空腔的端部，但是，如后面描述的那样，可以使用其它的布置。
然后，如图2F所示，形成牺牲层11并对其构图。为了在随后的牺牲层11的电解蚀刻中稳定地使蚀刻速度恒定，希望牺牲层11中的电势降降低。考虑可通过当前微细加工技术制造的变换器的尺寸，希望牺牲层11的电阻率为10-1Ω-cm或更低、更希望为10-3Ω-cm或更低，最希望为10-5Ω-cm或更低。因此，金属为牺牲层11的有利的材料。
本实施例使用通过溅射方法形成的Cu膜作为牺牲层11。通过湿蚀刻对Cu膜进行构图。可在该构图中使用的Cu蚀刻剂是包含FeCl3的蚀刻剂(例如，由Transene Company，Inc.制造的CE-200蚀刻剂)或包含(NH4)2S2O8的蚀刻剂(例如，由Transene Company，Inc.制造的ASP-100蚀刻剂)。为了增强牺牲层11的粘性，希望在形成Cu膜紧前形成具有约2nm～15nm的厚度的Ti膜。
牺牲层11的厚度确定该变换器的最终的电极间距离(下电极8和后面描述的上电极之间的距离)。随着牺牲层11变薄，变换器的机电变换系数变高。并且，过短的电极间距离增加击穿的危险。因此，希望牺牲层11的厚度为5nm～4000nm、更希望为10nm～1000nm、最希望为20nm～500nm。
然后，如图2G所示，通过PECVD形成Si3N4膜作为膜片3。由于由开口6和牺牲层11提供的水平差，因此，在形成膜片3的同时形成膜片支撑体2和膜片3的凹陷部分23。从图2G可以看出，毫无例外地在开口6正上方形成膜片3的凹陷部分23。在膜片3为电介质物质的情况下，可以从用于膜片3的诸如SiXNY膜、SiXOY膜、SiNXOY膜、Y2O3、HfO和HfAlO的电介质材料之中选择至少一种类型。
如图2H所示，在膜片3上形成上电极1并对其进行构图。在本实施例中，上电极1是由选自金属、低电阻非晶Si、低电阻氧化物半导体的一种类型的材料形成的膜。
然后，如图2I所示，通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成Si3N4膜作为第三绝缘膜12。为了保护变换器，形成第三绝缘膜12。因此，可通过SiO2膜或SiOXNY聚合物树脂膜(例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜或聚对二甲苯膜)等替代用作第三绝缘膜12的Si3N4膜。
然后，如图2J所示，通过使用CF4气体等离子的干蚀刻，蚀刻用作膜片3、第二绝缘膜9和第三绝缘膜12的Si3N4膜。由此形成作为膜片3的孔径的蚀刻剂入口13以及下电极8的焊盘7。通过CF4气体等离子，微干蚀刻是可能的，并且，可以在不损伤下电极8的情况下形成下电极8的焊盘7。通过以牺牲层11为蚀刻阻止层的CF4气体等离子蚀刻形成蚀刻剂入口13。
然后，如图2K所示，通过使用导电环氧树脂或通过接合，在下电极8的焊盘7上设置电耦合器15。电耦合器15的外表面被硅酮树脂覆盖以与外面绝缘。电压源17然后通过电气布线16在对电极18(阴极)和电解蚀刻剂中的下电极8之间施加电压。对电极18的有利材料为Pt、Ni或C等。此时，牺牲层11通过开口6与下电极8电连接。作为低电阻材料的牺牲层11(Cu)中的电势降相对较小。牺牲层11的电势和下电极8的电势因此具有大致相同的值。由此建立牺牲层11和下电极8为阳极且对电极18为阴极的电路。
注意，通过省略通常用于稳定电解蚀刻条件的诸如基准电极、安培计、电压计、库仑计和可变电阻器的部分，简化图2K。
在建立上述的电路结构之后，如图2K和图2L所示，在将变换器浸入电解蚀刻剂中的同时，电解蚀刻反应从蚀刻剂入口13开始。在牺牲层11是薄的并且通过不使用电解反应的湿蚀刻被蚀刻的情况下，扩散限制控制立即停止蚀刻。但是，根据本实施例的电解蚀刻方法，可以在相对短的时间段内去除下至引向下电极8的开口6的牺牲层11(Cu)。在下表1中示出电解蚀刻条件的例子。
表1
  成分   组成
  Cu(NO3)2·2.5H2O   0.5g
  NH4OH(浓度：14.8N)   20ml
  H2O   30ml
可通过例如为NaCl溶液的其它中性电解溶液，替代上述的电解蚀刻剂。
为了减少在电解蚀刻的过程中产生的气泡，希望由电压源17在牺牲层11和对电极18之间施加的电压的平均电压值为IV～10V、更希望为3V～5V。希望该电压的频率为DC～10MHz、更希望为100Hz～100kHz。
为了防止牺牲层11的重新沉积，希望在牺牲层11和对电极18之间施加的电压的最低值为-2V或更高、更希望为0V或更高。
在完成上述的电解蚀刻之后，用去离子水清洗基板并然后使其变干。可以在该阶段中去除电压源17以及电耦合器15和电气布线16的一部分，或者，在随后的步骤不包含在200℃或更高的温度下执行的处理的情况下将其留在适当的位置。本实施例描述了去除电耦合器15和电气布线16的一部分的情况。
然后，如图2M所示，通过PECVD形成Si3N4膜。该Si3N4膜密封蚀刻剂入口13以形成密封部分20。密封处理可替代性地使用选自通过CVD或物理气相沉积(PVD)形成的氮化物膜、氧化物膜、氧氮化物膜和聚合物树脂膜的至少一种类型的膜。通过该处理得到的膜可被视为第三绝缘膜12的一部分。
密封部分20密封空腔10，并因此希望密封Si3N4膜的厚度为牺牲层11的厚度的一半或更厚，并且更希望其等于牺牲层11的厚度或更厚。通过该密封处理形成紧密密封的空腔10。
PECVD处理中的压力通常为0.1托～几十托。在用通过PECVD形成的Si3N4膜密封的情况下，大气压力将膜片3下压并使膜片3变形为凹陷形状。可通过点火电极设置、放电频率、气体成分和PECVD成膜装置的温度调整通过PECVD形成的Si3N4膜上的应力。当该应力具有压缩性能时，存在膜片3被赋予凸形形状的可能性。图2M所示的膜片3是水平的。
密封Si3N4膜可被SiO2膜、SiOxNy膜或聚合物树脂膜代替。特别地，可以在低温下形成例如为聚二甲基硅氧烷膜(PDMS膜)或聚对二甲苯(paylene)膜的聚合物树脂膜，并因此允许电耦合器15和电气布线16的一部分保持在适当的位置。
最后，如图2N所示，重新对下电极8的焊盘7进行构图，由此完成本实施例的电容型机电变换器制造过程。为了简化图2N，没有在图2N中示出同样通过此时的构图形成的上电极1的焊盘。
通过对于图2G的膜片3、图2I的第三绝缘膜12和形成密封部分20的图2M的密封膜均使用绝缘Si3N4膜，简化本实施例的描述。当对于膜片3和第三绝缘膜12使用相同的绝缘材料时，可以在总体上将一体化的膜片3和第三绝缘膜12视为膜片。
图7A是示出通过上述的制造方法制造的本实施例的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图。图7A所示的空腔10是矩形的，但是，空腔10可替代性地具有正方形、圆形或多边形形状。在任一种情况下，在本实施例中，在空腔的一端设置引向下电极8的第二绝缘膜9的开口6，并且，在空腔的另一端设置蚀刻剂入口13或密封部分20。阳极(下电极8)和牺牲层11之间的接触点离蚀刻剂入口(或入口组)最远或足够远，由此，蚀刻在整个牺牲层上均匀地发展。
图7B和图8是示出空腔10为圆形时的本实施例的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图。在图7B的例子中，蚀刻剂入口13或密封部分20位于空腔的中央，并且，引向下电极8的第二绝缘膜9的开口6位于空腔的周边。该放置与图8的例子相反。在这些例子中，位于空腔10的周边的第二绝缘膜9的开口6或蚀刻剂入口13不限于图7B和图8所示的数量和形状，并且应被设计为适于各个情况。
图9A和图9B是示出上述的电容型机电变换器形成变换器部分并且多个变换器部分排列成阵列的结构例子的透视平面视图。这里，示出三个相邻的空腔10。在图9A的例子中，蚀刻剂入口13或密封部分20位于结构的中央，使得蚀刻剂入口13或密封部分20被共享，并且，引向下电极8的第二绝缘膜9的开口6对于各空腔10位于最远离结构的中央的点。该放置与图9B相反。
在图9A的例子中，通过经由共享的蚀刻剂入口13的电解蚀刻在制造过程中蚀刻多个变换器部分的牺牲层11。在图9B的例子中，通过经由它们各自的蚀刻剂入口13的电解蚀刻在制造过程中蚀刻多个变换器部分的牺牲层11，而引向下电极8的第二绝缘膜9中的开口6被所述三个共享。
根据本实施例的以足够的距离形成开口或孔径的制造方法，可以在不依赖于扩散限制控制并且不大大增加开口或孔径的尺寸和数量的情况下以相对较高的速度蚀刻薄的牺牲层。由此可以以有利的方式形成薄的空腔。更具体而言，通过第一电极的阳极电压，蚀刻速度可稳定地保持恒定，或者在高水平上保持恒定。
第二实施例
图3A是示出根据本发明的第二实施例的电容型机电变换器的截面视图。在本实施例中，基板4用作下电极8。本实施例的变换器的制造过程几乎与第一实施例相同，但是，由于不安装第一实施例的下电极8(第一电极)和第一绝缘膜5，因此更为简单。
在基板4自身用作下电极8的本实施例中，为了升高变换器的检测电流，应降低变换器电路中的串联电阻。因此，希望用作下电极8的基板4的薄层电阻为1.0Ω/或更低、更希望为0.1Ω/或更低、最希望为0.02Ω/或更低。图3A没有示出用作下电极8的特定区域。为了电气隔离变换器，可以通过深反应离子蚀刻(DRIE)蚀刻该基板4。在本实施例中，至少在表面上具有低电阻的基板由此还用作第一电极。
虽然图3A示出通过空腔10设置下电极8的焊盘7的例子，但是，可以在基板4的后表面上设置下电极8的焊盘7。其余方面与第一实施例相同。
第三实施例
图3B是示出根据本发明的第三实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图。在本实施例中，设置刺穿基板4的贯通布线导电部分22。本实施例的变换器的制造过程几乎与第一实施例相同。
可通过与通过热氧化形成的第一绝缘膜5相同的方式形成贯通布线导电部分22的绝缘部分21。可以与下电极8类似地通过LPCVD从掺杂多晶Si形成贯通布线导电部分22。如图3B所示，下电极8的焊盘7因此可被引出到基板4的后表面。
虽然示出本实施例的图3B示出贯通布线导电部分22与下电极8连接的模式，但是，可以使用贯通布线导电部分22不与下电极8接触但与上电极1连接的不同的布线模式。其余方面与第一实施例相同。
第四实施例
图4A是示出根据本发明的第四实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图。在本实施例中，引向下电极8的第二绝缘膜9中的开口6处于空腔10的中央，并且，密封部分20或蚀刻剂入口处于空腔10的周边。本实施例的变换器的制造过程几乎与第一实施例相同。
从示出本实施例的图4A可以看出，在引向下电极8的第二绝缘膜9中的开口6正上方自然形成膜片3(包含保护膜12)的凹陷部分23。
图8是示出本实施例的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图。在本例子中，设置于空腔10的周边的密封部分20或蚀刻剂入口13不限于图8所示的数量和形状，并且应被设计为适于各个情况。其余方面与第一实施例中相同。
第五实施例
图4B是示出根据本发明的第五实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图。在本实施例中，引向下电极8的第二绝缘膜9的开口6处于空腔10的周边，并且，密封部分20或蚀刻剂入口处于空腔10的中央。本实施例的变换器的制造过程几乎与第一实施例相同。
图7B是示出本实施例的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图。在本例子中，设置于空腔10的周边的第二绝缘膜9中的开口6不限于图7B所示的数量和形状，并且应被设计为适于各个情况。其余方面与第一实施例相同。
第六实施例
图5A是示出根据本发明的第六实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图。在本实施例中，密封部分20或蚀刻剂入口被设置在空腔10的一端，并且，引向上电极1的开口24位于空腔10的另一端。当在膜片3侧形成引向上电极1的开口24时，通过与对于构成第一实施例的第二绝缘膜9的氮化物膜使用的构图过程相同的构图过程对开口24进行构图。
同样，在本实施例的结构，上电极1的焊盘14与上电极1电耦合，这使得经由上电极焊盘14的电解蚀刻变为可能。为了简化附图，在图5A中没有示出上电极1和上电极焊盘14之间的电气布线。
本实施例的下电极8被第二绝缘膜9覆盖。如第一实施例中那样，本实施例中的密封部分20是密封蚀刻剂入口13的部分。其余方面与第一实施例中相同。
第七实施例
图5B是示出根据本发明的第七实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图。在本实施例中，引向上电极1的膜片3中的开口24处于空腔10的中央。本实施例的变换器的制造过程几乎与第六实施例相同。为了简化附图，图5B也没有示出上电极1和上电极焊盘14之间的电气布线。
图8是示出本实施例的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图。在本示例中，位于空腔10的周边的密封部分20或蚀刻剂入口13不限于图8所示的数量和形状，并且应被设计为适于各个情况。其余方面与第一实施例中相同。
第八实施例
图6是示出根据本发明的第八实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图。在本实施例中，引向上电极1的膜片3中的开口24处于空腔10的周边。本实施例的变换器的制造过程几乎与第六实施例相同。为了简化附图，图6也没有示出上电极1和上电极焊盘14之间的电气布线。
图7B是示出本实施例的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图。在本例子中，位于空腔10的周边并引向上电极1的膜片3中的开口24不限于图7B所示的数量和形状，并且应被设计为适于各个情况。其余方面与第一实施例相同。
虽然上述的图1～6示出两个相邻的变换器部分的空腔10周围的结构，但是，也可通过在基板上规则或周期性布置在这些图中示出的各结构原理的变换器部分，在各实施例中制造大面积的变换器阵列。阵列的结构和制造方法基本上与上述的那些相同，并且容易从上述的描述想到。
图9A和图9B类似地为示出三个相邻的变换器部分的空腔10的结构例子的透视平面视图。在这些结构例子中，也通过在基板上规则或周期性布置在上述的图中示出的各结构原理的变换器部分，制造大面积变换器阵列。
上述的实施例中的振动部分是包含膜片3、上电极1、第三绝缘膜12和密封膜等的叠层膜。虽然为了便于描述在上述的实施例中例如将保护膜12描述为与膜片3分开的膜，但是，实际上，上电极1正下方的膜可被视为绝缘膜，而第三绝缘膜12等被视为膜片3的一部分。因此，能够在描述中颠倒膜片3和第三绝缘膜12的空间布置。例如，图3A和图3B中的附图标记3可表示第三绝缘膜，而图3A和图3B中的附图标记12表示膜片。
第九实施例
图10A和图10B是示出根据本发明的第九实施例的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图。这里，变换器部分的空腔10被布置成阵列，并且，连接端口25被设置在相邻的空腔10之间。换句话说，包含其中连接端口连接第一空腔和第二空腔的结构。
如图10A和图10B所示，密封部分20或蚀刻剂入口13位于变换器阵列的一端，而绝缘层开口6或24位于变换器阵列的另一端，并且，在变换器部分的膜片支撑体2中形成孔径或连接端口25。
根据本实施例，当并行地在基板上布置变换器部分时(图10A的例子)或者当串行地布置时(图10B的例子)，建立从蚀刻剂入口13到引向电极(阳极)的绝缘膜开口6或24的蚀刻剂通道。由此可稳定地以高速度蚀刻牺牲层。得到的效果为例如在膜片3中形成的孔径的数量的减少以及因此电容型机电变换器的更稳定的机械特性。
在制造大面积变换器阵列时，多个变换器部分的布置不限于图10A和图10B的布置例子，并且，可以灵活地布置变换器部分以使其适于各个情况。其余方面与第一实施例相同。
第十实施例
图11A～11C是示出根据本发明的第十实施例的电容型机电变换器的结构例子的透视平面视图。图11A示出如第九实施例那样在单个行中布置变换器部分的多个空腔10并且在相邻的空腔10之间设置连接端口25的结构。换句话说，包含其中连接端口连接第一空腔和第二空腔的结构。与第九实施例的不同在于，每行存在比第九实施例多的相邻空腔，并且，相互邻近地形成分别包含这些空腔的多个空腔行26。
如图11A所示，密封部分20或蚀刻剂入口13位于变换器阵列的一端，而绝缘层开口6或24位于变换器阵列的另一端，并且，在变换器部分的膜片支撑体2中形成孔径或连接端口25。
如图11B所示，可以相互平行地布置分别具有由上述的连接流路链接的空腔的空腔行26。
在设计变换器时，如图11B示出的那样平行布置的空腔行26的集合被称为单元件27。使得构成单元件的变换器的上电极在电气上相互共有，并类似地使得变换器的下电极相互共有。通过这样构建，单元件用作超声图像中的单一像素。这些元件二维排列成多个行以通过从元件的集合获得的电信号形成超声图像。在图11B中，优选作为由上述的连接端口(也称为流路)链接的多个空腔的组的各单个集合26单独地使用流路。但是，也能够通过用连接端口连接相邻的空腔行26，在整个单元件上构建共同的流路。
图11C是将图11B的单元件布置成阵列使得二维设置第n个元件28和第(n+1)个元件29的概念图。本发明还能够从元件阵列形成3D(三维)超声图像。
在制造大面积变换器阵列时，多个变换器部分的布置不限于图11A～11C的布置例子，并且，可以使用任意的布置以满足需要。
第十一实施例
图12A～12C是示出根据本发明的第十一实施例的电容型机电变换器的结构的截面视图。
本实施例示出蚀刻剂入口13以刺穿的方式被设置为从基板的后表面达到牺牲层的例子。
在本实施例的变换器的制造过程中，除了在去除牺牲层11之前通过深反应离子蚀刻(RIE)从基板4的后表面形成蚀刻剂入口13以外，图12A所示的第一制造过程步骤与第六实施例的图5A相同。
通过用SF6气体等离子蚀刻基板4(例如，Si晶片)并通过用作蚀刻阻止层的第一绝缘膜(例如，热氧化物膜5)阻止蚀刻，形成蚀刻剂入口13。然后执行使用CHF3气体或CF4气体等的等离子蚀刻，以蚀刻第一绝缘膜(例如，热氧化物膜5)、下电极(例如，重度掺杂杂质的Si)和第二绝缘膜(例如，Si3N4膜)，直到到达牺牲层(例如，Cu)。
随后的步骤与第一实施例中相同，并且，如图12B所示，通过经由蚀刻剂入口13的电解蚀刻去除牺牲层11并使其变干。
在执行电解蚀刻过程时，上电极1通过上电极焊盘14与电源(恒电位仪(potentiostat))的阳极连接。然后将基板4浸入上述的电解蚀刻剂，并且，电解蚀刻剂从基板4的后表面通过深RIE流入蚀刻剂入口13中。然后，使电流在上电极1和与外面的电解蚀刻剂接触的对电极之间流动，并且，通过电解蚀刻来蚀刻与上电极1接触的牺牲层11。
下电极8暴露于电解蚀刻剂，但是，由于不向下电极8施加电势，因此下电极8不被蚀刻。
最后，如图12C所示，在基板4的后表面上形成具有电绝缘性能的单层作为密封膜30(例如，Si3N4或SiO2)以密封空腔10。
为了完全密封开口，希望密封膜30的厚度等于或厚于牺牲层11的厚度，更希望它为牺牲层11的厚度的1.2倍或更厚。
通过如本实施例那样在基板的后表面上设置蚀刻剂入口，使得不再需要在电容型机电变换器的顶侧设置密封部分(特别是膜片)。由此提高前表面上的电容型机电变换器的平坦性。并且，在膜片中没有密封部分的事实大大提高变换器的寿命和可靠性。
第十二实施例
图13A～13K是示出根据本发明的第十二实施例的电容型机电变换器制造方法的处理步骤的截面视图。
本实施例的变换器制造过程与第一实施例类似。与第一实施例的不同在于，作为导电基板的替代，使用具有绝缘性能的基板(例如，玻璃)。
如图13A所示，制备并清洗基板4(例如，具有4英寸的直径的玻璃基板)。然后，如图13B所示，设置刺穿基板4的贯通布线导电部分22。
具有基板刺穿布线的基板可以是市售的基板。例如，当利用感光玻璃(PEG3，HOYA CORPORATION的产品)时，打开基板刺穿孔并通过电镀用金属(Cu或Ni)填充它。在形成金属贯通布线之后，通过化学机械抛光(CMP)抛光基板表面以形成具有基板刺穿布线的基板。为了使电容型变换器具有与本发明的性能相同的性能，基板的表面粗糙度是非常重要的，并且，希望平均表面粗糙度Ra为10nm或更小、更希望为2nm或更小。关于电气布线的台阶覆盖范围，希望基板刺穿布线22的露出表面和基板4的表面之间的水平差为1μm或更小、更希望为0.2μm或更小。
作为替代方案，可通过DRIE蚀刻并刺穿Si基板，以通过热氧化或低压化学气相沉积(LPCVD)形成基板刺穿布线部分22。在这种情况下，可通过热氧化形成贯通布线导电部分22的绝缘体，并且，也可通过LPCVD从掺杂多晶Si形成贯通布线导电部分22。本实施例以上述的玻璃基板作为例子。
图13C～13F的成膜、构图、蚀刻和其它的处理与在第一实施例中描述的图2A～2N的相应处理相同。随后，如图13G所示，在基板4的后表面上形成例如Ti的单层作为导电膜37(厚度为100nm)。然后使用一侧蚀刻夹具(未示出)以形成电气连接，使得基板的后表面上的导电膜37与工作电极34接触。然后，如第一实施例那样，将基板浸入电解溶液中以通过经由导电膜37和基板刺穿布线22的电解蚀刻，蚀刻与下电极8接触的牺牲层11。
随后的步骤与第一实施例相同，并且，电解蚀刻之后是干燥处理，以如图13H中所示的那样形成向空气开放的空腔10。
下一步骤与第一实施例中相同，并且，如图13I所示，用诸如SiNX或SiO2的绝缘膜通过PECVD密封蚀刻剂入口13，以形成密封部分20。然后，为了形成连接基板刺穿布线和上电极的连接布线部分38，通过RIE打开孔径。如图13J所示，通过形成并构图金属层，形成连接上电极1和基板刺穿布线22的布线部分38。
下一步骤与第一实施例相同，并且，如图13K所示，在上电极1的顶部设置具有绝缘性能的保护膜12。最后，基板4的后表面上的导电膜37被构图以在基板的后表面上形成基板刺穿布线焊盘39。如图13K所示，可由此将下电极8和上电极1引出到基板4的后表面。在高密度变换器阵列的制造中，该方法是特别重要的。
虽然示出本实施例的图13K示出刺穿布线导电部分22与下电极8和上电极1连接的模式，但是，可以使用下电极8和上电极1中的一个与刺穿布线导电部分22连接而另一电极被引出到基板的前表面的不同的布线模式。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式以及等同的结构和功能。
本申请要求在2008年5月2日提交的日本专利申请No.2008-120391和在2009年3月11日提交的日本专利申请No.2009-057263的益处，在此通过引用并入它们的全部内容。

Claims (17)

1.一种电容型机电变换器的制造方法，包括：
在基板上形成第一电极；
在第一电极上形成绝缘层，该绝缘层具有引向第一电极的开口；
在绝缘层上形成牺牲层；
在牺牲层上形成膜片，该膜片具有第二电极；
设置从外面引向牺牲层的孔径作为蚀刻剂入口；
蚀刻牺牲层以形成空腔；和
密封用作蚀刻剂入口的孔径，
其中，通过经由开口、牺牲层和孔径使电流在第一电极和外部设置的对电极之间流动的电解蚀刻，来执行蚀刻。
2.根据权利要求1的电容型机电变换器的制造方法，其中，在膜片中形成孔径。
3.根据权利要求1或2的电容型机电变换器的制造方法，其中，膜片的孔径位于空腔的一端，而绝缘层的开口位于空腔的另一端。
4.根据权利要求1或2的电容型机电变换器的制造方法，其中，膜片的孔径和绝缘层的开口中的一个位于空腔的中央，而膜片的孔径和绝缘层的开口中的另一个位于空腔的周边。
5.根据权利要求1或2的电容型机电变换器的制造方法，其中，
空腔包含第一空腔和通过连接端口与第一空腔连接的第二空腔；和
通过将蚀刻剂从连接端口引入第一空腔和第二空腔中的至少一个来进行蚀刻。
6.根据权利要求1或2的电容型机电变换器的制造方法，其中，基板包含半导体基板和玻璃基板中的一个。
7.一种电容型机电变换器的制造方法，包括：
在基板上形成第一电极；
在第一电极上形成绝缘层；
在绝缘层上形成牺牲层；
在牺牲层上形成膜片；
在膜片中设置包括用作蚀刻剂入口的孔径的多个孔径；
在膜片上设置第二电极；
蚀刻牺牲层以形成空腔；和
密封用作蚀刻剂入口的孔径，
其中，通过经由引向第二电极的膜片的多个孔径中的至少一个、牺牲层和用作蚀刻剂入口的孔径使电流在第二电极和外部设置的对电极之间流动的电解蚀刻，来执行蚀刻。
8.根据权利要求7的电容型机电变换器的制造方法，其中，设置为膜片中的蚀刻剂入口的孔径位于空腔的一端，而引向第二电极的膜片的多个孔径中的所述至少一个位于空腔的另一端。
9.根据权利要求7的电容型机电变换器的制造方法，其中，设置为膜片中的蚀刻剂入口的孔径和引向第二电极的膜片的多个孔径中的所述至少一个中的一个位于空腔的中央，而设置为膜片中的蚀刻剂入口的孔径和引向第二电极的膜片的多个孔径中的所述至少一个中的另一个位于空腔的周边。
10.根据权利要求7～9中的任一项的电容型机电变换器的制造方法，其中，基板包含半导体基板和玻璃基板中的一个。
11.一种电容型机电变换器，包括：
基板；
在基板上形成的第一电极；
被设置在基板上的支撑体支撑的距第一电极一定距离的膜片，在膜片和第一电极之间形成空腔；和
设置在膜片上的第二电极，其中，
第一电极和第二电极中的至少一个被绝缘层覆盖；
膜片包括在其中形成的被设置为引向空腔的孔径并然后被密封的密封部分；并且，
绝缘层包括在其中形成的引向第一电极和第二电极中的一个的孔径。
12.一种包括多个变换器部分的电容型机电变换器，每个变换器部分包括：
基板；
在基板上形成的第一电极；
被设置在基板上的支撑体支撑的距第一电极一定距离的膜片，在膜片和第一电极之间形成空腔；和
设置在膜片上的第二电极，
其中，
第一电极和第二电极中的至少一个被绝缘层覆盖，
所述多个变换器部分之中的第一变换器部分的膜片包括在其中形成的被设置为引向空腔的孔径并然后被密封的密封部分；
与第一变换器部分不同的第二变换器部分的绝缘层包括在其中形成的引向第一电极和第二电极中的一个的孔径；并且，
第一变换器部分的空腔和第二变换器部分的空腔经由设置在第一变换器部分和第二变换器部分之间的连接端口相互连接。
13.根据权利要求11或12的电容型机电变换器，其中，膜片也用作绝缘层。
14.根据权利要求11或12的电容型机电变换器，其中，基板包含半导体基板和玻璃基板中的一个。
15.根据权利要求12的电容型机电变换器的制造方法，包括：
经由设置在绝缘层中的引向第一电极和第二电极中的一个的孔径，经由在第一变换器部分的空腔、第二变换器部分的空腔周围和在连接端口周围形成的牺牲层，并经由引向空腔并用作蚀刻剂入口的孔径，执行其中使电流在第一电极和第二电极中的所述一个和外部设置的对电极之间流动的电解蚀刻；和
蚀刻牺牲层以形成第一变换器部分中的空腔和第二变换器部分中的空腔。
16.一种电容型机电变换器的制造方法，包括以下步骤：
在基板上形成第一电极；
在第一基板上形成牺牲层，使得牺牲层的至少一部分保持与第一电极接触；
在牺牲层上形成膜片；
在膜片上形成第二电极；和
在将作为蚀刻剂入口设置为从外面引向牺牲层的蚀刻开口浸入电解蚀刻剂的同时，使电流在用作用于电解蚀刻的电极中的一个的第一电极和与电解蚀刻剂接触的用作另一电极的外部设置的电极之间流动，并且，通过电解蚀刻来蚀刻牺牲层以在已去除牺牲层的位置中形成空腔。
17.根据权利要求16的电容型机电变换器的制造方法，其中，
在第一电极和牺牲层之间形成具有孔径的绝缘层；并且，
通过孔径在第一电极和牺牲层之间建立导电。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102738383A (zh) * 2011-04-14 2012-10-17 佳能株式会社 机电变换器和光声装置
CN102744193A (zh) * 2011-04-19 2012-10-24 佳能株式会社 电气机械变换器及其制造方法
CN104117477A (zh) * 2013-04-25 2014-10-29 佳能株式会社 电容变换器及其制造方法、探测器以及对象信息获取装置
CN104117476A (zh) * 2013-04-25 2014-10-29 佳能株式会社 电容变换器及其制造方法、探测器以及对象信息获取装置
CN104379268B (zh) * 2012-05-31 2017-02-22 皇家飞利浦有限公司 晶片及其制造方法
US9683971B2 (en) 2013-04-25 2017-06-20 Canon Kabushiki Kaisha Object information acquiring apparatus and control method thereof
CN108423632A (zh) * 2018-05-04 2018-08-21 李扬渊 一种能够实现超声波传感的电子设备及其制造方法
WO2019214584A1 (zh) * 2018-05-10 2019-11-14 京东方科技集团股份有限公司 超声波传感器及其制作方法、超声波传感器阵列和显示装置

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5376982B2 (ja) * 2008-06-30 2013-12-25 キヤノン株式会社 機械電気変換素子と機械電気変換装置および機械電気変換装置の作製方法
JP5317826B2 (ja) * 2009-05-19 2013-10-16 キヤノン株式会社 容量型機械電気変換素子の製造方法
JP2012033806A (ja) * 2010-08-02 2012-02-16 Canon Inc 電気機械変換装置
KR101215919B1 (ko) * 2010-08-13 2012-12-27 전자부품연구원 정전용량형 압력센서 및 그의 제조방법
CA2814123A1 (en) 2010-10-12 2012-04-19 Micralyne Inc. Soi-based cmut device with buried electrodes
JP5778914B2 (ja) * 2010-11-04 2015-09-16 キヤノン株式会社 電気機械変換装置の製造方法
JP5921079B2 (ja) * 2011-04-06 2016-05-24 キヤノン株式会社 電気機械変換装置及びその作製方法
JP5875244B2 (ja) * 2011-04-06 2016-03-02 キヤノン株式会社 電気機械変換装置及びその作製方法
JP5875243B2 (ja) * 2011-04-06 2016-03-02 キヤノン株式会社 電気機械変換装置及びその作製方法
JP2013051459A (ja) * 2011-08-30 2013-03-14 Canon Inc 電気機械変換装置及びその製造方法
US8440523B1 (en) * 2011-12-07 2013-05-14 International Business Machines Corporation Micromechanical device and methods to fabricate same using hard mask resistant to structure release etch
MX2014008852A (es) * 2012-01-27 2014-10-06 Koninkl Philips Nv Transductor capacitivo micromaquinado y metodo de manufactura del mismo.
MX2014008859A (es) * 2012-01-27 2014-10-06 Koninkl Philips Nv Transductor micro-mecanizado capacitivo y metodo para la fabricacion del mismo.
TW201338092A (zh) * 2012-03-08 2013-09-16 Rexchip Electronics Corp 半導體之氣隙的形成方法
US8900975B2 (en) * 2013-01-03 2014-12-02 International Business Machines Corporation Nanopore sensor device
EP3604207A1 (en) * 2013-03-05 2020-02-05 Ams Ag Semiconductor device with capacitive sensor and integrated circuit
JP5901566B2 (ja) 2013-04-18 2016-04-13 キヤノン株式会社 トランスデューサ、トランスデューサの製造方法、及び被検体情報取得装置
US9955949B2 (en) * 2013-08-23 2018-05-01 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing a capacitive transducer
JP2015153978A (ja) * 2014-02-18 2015-08-24 キヤノン株式会社 貫通配線の作製方法
US9067779B1 (en) 2014-07-14 2015-06-30 Butterfly Network, Inc. Microfabricated ultrasonic transducers and related apparatus and methods
KR101725788B1 (ko) * 2014-10-31 2017-04-12 에스케이 텔레콤주식회사 절연층 노출을 방지한 이온 트랩 장치 및 그 제작 방법
JP2016101417A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 キヤノン株式会社 静電容量型音響波トランスデューサ及びこれを備えた被検体情報取得装置
DE102015221193B4 (de) * 2015-10-29 2018-05-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zur Steuerung einer Intensität eines transmittierenden Anteils von auf die Vorrichtung einfallender elektromagnetischer Strahlung und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung
JP6177375B2 (ja) * 2016-04-14 2017-08-09 キヤノン株式会社 電気機械変換装置及びその作製方法
US10062636B2 (en) * 2016-06-27 2018-08-28 Newport Fab, Llc Integration of thermally conductive but electrically isolating layers with semiconductor devices
US10662055B2 (en) 2017-04-27 2020-05-26 Seiko Epson Corporation MEMS element, sealing structure, electronic device, electronic apparatus, and vehicle
DE102018222749A1 (de) 2018-12-21 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Verschließen von Zugängen in einem MEMS-Element
EP3953064A4 (en) * 2019-04-12 2022-12-21 BFLY Operations, Inc. SEGMENTED GETTER APERTURES FOR MICRO-MACHINED ULTRASOUND TRANSDUCER DEVICES
US11845654B2 (en) * 2020-06-18 2023-12-19 The University Of British Columbia Methods of fabricating micro electro-mechanical systems structures

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB849477A (en) * 1957-09-23 1960-09-28 Nat Res Dev Improvements in or relating to semiconductor control devices
US6426582B1 (en) * 1999-05-19 2002-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Micromechanical, capacitative ultrasound transducer and method for the manufacture thereof
US20040085858A1 (en) * 2002-08-08 2004-05-06 Khuri-Yakub Butrus T. Micromachined ultrasonic transducers and method of fabrication
CN1606476A (zh) * 2001-12-19 2005-04-13 皇家飞利浦电子股份有限公司 微型机加工的超声换能器与此换能器的制造方法
WO2006092820A2 (en) * 2005-03-04 2006-09-08 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Surface micromechanical process for manufacturing micromachined capacitive ultra- acoustic transducers
EP1098719B1 (en) * 1998-07-23 2007-04-18 QinetiQ Limited Method of manufacturing a capacitive ultrasound transducer

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL215555A (zh) 1956-03-23
JPH0797643B2 (ja) * 1987-07-08 1995-10-18 日産自動車株式会社 圧力変換装置の製造方法
JPH06216111A (ja) 1993-01-12 1994-08-05 Nippondenso Co Ltd ウェットエッチング方法
JPH07115209A (ja) 1993-10-18 1995-05-02 Omron Corp 半導体圧力センサ及びその製造方法並びに触覚センサ
JP3424371B2 (ja) * 1995-01-31 2003-07-07 松下電工株式会社 加速度センサの製造方法
JP2002522248A (ja) * 1998-08-11 2002-07-23 インフィネオン テクノロジース アクチエンゲゼルシャフト マイクロメカニックセンサ及びそれを製作する方法
WO2002079080A1 (fr) 2001-03-29 2002-10-10 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Dispositif et procede de production d'une structure a base de silicium
JP4193615B2 (ja) 2003-07-04 2008-12-10 セイコーエプソン株式会社 超音波変換装置
JP4632853B2 (ja) 2005-05-13 2011-02-16 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 静電容量型超音波振動子とその製造方法
JP5110885B2 (ja) * 2007-01-19 2012-12-26 キヤノン株式会社 複数の導電性の領域を有する構造体
DE102007019639A1 (de) * 2007-04-26 2008-10-30 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
JP5408935B2 (ja) * 2007-09-25 2014-02-05 キヤノン株式会社 電気機械変換素子及びその製造方法
JP5712471B2 (ja) * 2009-08-03 2015-05-07 富士通株式会社 化合物半導体装置の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB849477A (en) * 1957-09-23 1960-09-28 Nat Res Dev Improvements in or relating to semiconductor control devices
EP1098719B1 (en) * 1998-07-23 2007-04-18 QinetiQ Limited Method of manufacturing a capacitive ultrasound transducer
US6426582B1 (en) * 1999-05-19 2002-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Micromechanical, capacitative ultrasound transducer and method for the manufacture thereof
CN1606476A (zh) * 2001-12-19 2005-04-13 皇家飞利浦电子股份有限公司 微型机加工的超声换能器与此换能器的制造方法
US20040085858A1 (en) * 2002-08-08 2004-05-06 Khuri-Yakub Butrus T. Micromachined ultrasonic transducers and method of fabrication
WO2006092820A2 (en) * 2005-03-04 2006-09-08 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Surface micromechanical process for manufacturing micromachined capacitive ultra- acoustic transducers

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102738383A (zh) * 2011-04-14 2012-10-17 佳能株式会社 机电变换器和光声装置
CN104977360B (zh) * 2011-04-14 2018-09-28 佳能株式会社 机电变换器和光声装置
CN104977360A (zh) * 2011-04-14 2015-10-14 佳能株式会社 机电变换器和光声装置
CN102738383B (zh) * 2011-04-14 2015-06-03 佳能株式会社 机电变换器和光声装置
US8875583B2 (en) 2011-04-19 2014-11-04 Canon Kabushiki Kaisha Electromechanical transducer and method of manufacturing the same
CN102744193A (zh) * 2011-04-19 2012-10-24 佳能株式会社 电气机械变换器及其制造方法
CN102744193B (zh) * 2011-04-19 2015-12-02 佳能株式会社 电气机械变换器及其制造方法
CN104379268B (zh) * 2012-05-31 2017-02-22 皇家飞利浦有限公司 晶片及其制造方法
US10293374B2 (en) 2013-04-25 2019-05-21 Canon Kabushiki Kaisha Capacitive transducer and method of manufacturing same
CN104117477B (zh) * 2013-04-25 2017-01-18 佳能株式会社 电容变换器及其制造方法、探测器以及对象信息获取装置
US9683971B2 (en) 2013-04-25 2017-06-20 Canon Kabushiki Kaisha Object information acquiring apparatus and control method thereof
CN104117477A (zh) * 2013-04-25 2014-10-29 佳能株式会社 电容变换器及其制造方法、探测器以及对象信息获取装置
US10189049B2 (en) 2013-04-25 2019-01-29 Canon Kabushiki Kaisha Capacitive transducer and method of manufacturing same
CN104117476A (zh) * 2013-04-25 2014-10-29 佳能株式会社 电容变换器及其制造方法、探测器以及对象信息获取装置
CN104117476B (zh) * 2013-04-25 2019-11-15 佳能株式会社 电容变换器及其制造方法、探测器以及对象信息获取装置
CN108423632A (zh) * 2018-05-04 2018-08-21 李扬渊 一种能够实现超声波传感的电子设备及其制造方法
WO2019214584A1 (zh) * 2018-05-10 2019-11-14 京东方科技集团股份有限公司 超声波传感器及其制作方法、超声波传感器阵列和显示装置
US11602771B2 (en) 2018-05-10 2023-03-14 Boe Technology Group Co., Ltd. Ultrasonic sensor and manufacturing method therefor, and ultrasonic sensor array and display device

Also Published As

Publication number Publication date
EP2274108A1 (en) 2011-01-19
EP2274108B1 (en) 2013-12-25
JP5305993B2 (ja) 2013-10-02
US20100327380A1 (en) 2010-12-30
JP2009296569A (ja) 2009-12-17
TW201002089A (en) 2010-01-01
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CN102015127B (zh) 2013-05-29
US8288192B2 (en) 2012-10-16

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