CN102728534B - 机电换能器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机电换能器及其制造方法。所述机电换能器包括：第一电极、被设置在第一电极上的硅氧化物膜、以及包含被设置于硅氧化物膜上使得其间具有间隙的硅氮化物膜和被设置于硅氮化物膜上以与第一电极相对的第二电极的振动膜。

Description

机电换能器及其制造方法

技术领域

实施例的一个公开的方面涉及机电(electromechanical)换能器和制造该换能器的方法。更具体而言，一个实施例涉及被用作超声换能器的机电换能器和制造该换能器的方法。

背景技术

作为压电器件的替代，已研究了通过微加工技术制造的电容型机电换能器。在电容型机电换能器中，构成元件的绝缘膜的带电改变在对向的电极之间施加的有效电压，由此，转换效率变化。这里的转换效率是将振动膜的振动转换成电信号的效率。随着施加的电压增大，或者，随着电极之间的距离减小，转换效率增大。单元(cell)或元件之间的转换效率的变化导致机电换能器的灵敏度和带宽的变化。

日本专利公开No.2008-288813描述了这样的机电换能器：在该机电换能器中，防止设置在电极之间的绝缘膜的电荷存储(带电)，并且同时提高上电极和下电极之间的绝缘膜的耐压性。在日本专利公开No.2008-288813中描述的机电换能器中，与下电极接触的绝缘膜是硅氧化物(siliconoxide)膜，并且，与上电极接触的间隙(space)侧的绝缘膜(膜片(membrane))也是硅氧化物膜。硅氧化物膜几乎不累积电荷，由此，这种配置可防止带电。另外，在下电极和上电极之间设置硅氮化物(siliconnitride)膜。硅氮化物膜的相对介电常数比硅氧化物膜的相对介电常数高，因此，可具有更大的厚度以提供与绝缘膜的电容相同的电容。因此，这种配置可增强介电强度(dielectricstrength)。

但是，硅氧化物膜具有压缩应力。在如在日本专利公开No.2008-288813中那样为了防止带电而使用硅氧化物膜作为与上电极接触的间隙侧的膜片的情况下，振动膜由于例如屈曲(buckling)而高度地弯曲。如果弯曲量大，那么振动膜在一些情况下可能被破坏。在硅氧化物膜的情况下，振动膜的弯曲程度也趋于在单元或元件之间变化。振动膜之间的弯曲的变化导致元件之间的灵敏度的变化。

发明内容

因此，一个实施例提供其中防止元件的带电而且振动膜还具有低的拉应力(tensilestress)的机电换能器，并且，一个实施例还提供制造该换能器的方法。

根据一个实施例的方面的机电换能器包括：第一电极；被设置于第一电极上的硅氧化物膜；以及包含硅氮化物膜和被设置于硅氮化物膜上以与第一电极相对的第二电极的振动膜，所述硅氮化物膜被设置于硅氧化物膜上，并且在所述硅氮化物膜和所述硅氧化物膜之间具有间隙。

根据一个实施例的方面的制造机电换能器的方法包括：在第一电极上形成硅氧化物膜；在硅氧化物膜上形成牺牲层；在牺牲层上形成硅氮化物膜；在硅氮化物膜上形成第二电极；以及在硅氮化物膜中形成蚀刻孔并通过蚀刻孔去除牺牲层。

一个实施例可提供其中防止元件带电、防止振动膜大大地弯曲并且减少元件之间的振动膜的弯曲的变化的机电换能器。该实施例还提供制造这种机电换能器的方法。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1A是示出可应用根据一个实施例的方面的例子1的机电换能器的顶视图。

图1B是沿图1A的线IB-IB切取的机电换能器的断面图。

图2A是示出可应用根据一个实施例的方面的例子2的机电换能器的顶视图。

图2B是沿图2A的线IIB-IIB切取的机电换能器的断面图。

图3是示出可应用根据一个实施例的方面的例子3的制造机电换能器的方法的顶视图。

图4A～图4F是沿图3的线IV-IV切取的断面图，用于示例可应用本发明的例子3的制造机电换能器的方法。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的实施例。

机电换能器的配置

图1A是根据一个实施例的方面的机电换能器的顶视图，并且，图1B是沿图1A的线IB-IB切取的断面图。机电换能器包括多个元件2，每个元件2具有单元结构1。元件2由相互电连接的多个单元结构1构成。在图1A中，每个元件2由9个单元结构构成，但是，单元结构的数量不被特别限制。图1A所示的机电换能器具有4个元件，但是，元件的数量不被特别限制。图1A所示的单元结构1为圆形，但是，它们可以为例如正方形或六角形。

单元结构1包含基板11、被设置在基板11上的第一绝缘膜12、被设置在第一绝缘膜12上的第一电极13、以及被设置在第一电极13上的第二绝缘膜14。单元结构1还包含由膜片15和第二电极4构成的振动膜。膜片15由膜片支撑部分16支撑。振动膜被布置于第二绝缘膜14上，使得在振动膜和第二绝缘膜之间具有作为间隙的空腔3。第一电极13和第二电极4彼此相对，并且，通过电压施加单元17在第一电极13和第二电极4之间施加电压。机电换能器可通过使用引线6从各元件的第二电极4分开地(separately)提取电信号。虽然在本实施例中对于提取电信号使用引线6，但是，例如，可以使用贯通布线(through-wiring)。在本实施例中，使用第一电极13作为共用电极，并且，对于各元件设置第二电极4以从各元件的第二电极4提取电信号。该配置可以反过来，使得使用第二电极4作为共用电极，并且，对于各元件设置第一电极13以提取各元件的电信号。

机电换能器的驱动原理

将描述根据本发明的方面的机电换能器的驱动原理。在通过机电换能器接收超声波的情况下，电压施加单元17向第一电极13施加DC电压以在第一电极13和第二电极4之间导致电势差。超声波的接收使具有第二电极4的振动膜弯曲，从而改变第二电极4与第一电极13之间的距离(空腔3的沿深度方向的距离)，从而导致电容的改变。电容的该改变导致电流在引线6中流动。该电流通过电流-电压转换器件(未示出)被转换成电压，以给出超声波的输入信号。如上所述，可改变引线的配置，使得向第二电极4施加DC电压并且从各元件的第一电极13提取电信号。

在传送超声波的情况下，分别向第一电极13和第二电极4施加DC电压和AC电压，并且，静电力使具有膜片15和第二电极4的振动膜振动。该振动传送超声波。同样，在传送超声波的情况下，可改变引线6的配置，使得向第二电极4施加DC电压并且向第一电极13施加AC电压，以使振动膜振动。

根据一个实施例的方面的机电换能器的特性(characteristic)

将描述根据一个实施例的方面的机电换能器的特性部分。在一个实施例的机电换能器中，使用硅氮化物膜作为膜片15。在硅氮化物膜中，应力控制是容易的。例如，可用诸如大于等于0MPa且小于等于300MPa的范围中的低拉应力形成硅氮化物膜。因此，可以防止振动膜因硅氮化物膜的残余应力而大大地变形。另外，硅氮化物膜的使用可减少单元或元件之间的在振动膜的弯曲和机械特性方面的变化。特别地，在通过低应力形成的用作膜片的硅氮化物膜中，硅与氮的比可以为3∶4或更大，其中3∶4是化学上(chemically)理想的膜片组成(化学计量比(stoichiometry))。

在根据本发明的方面的机电换能器中，第一电极13上的第二绝缘膜14是硅氧化物膜。硅氧化物膜与第一电极13之间的势垒高度比硅氮化物膜与第一电极13之间的势垒高度高，由此，电荷难以在硅氧化物膜中流动。这里，更高的势垒高度意味着，电荷更难以在第一电极与绝缘膜之间的界面处移动，因此，电流更难以流动。在根据本发明的方面的机电换能器中，由于第一电极13上的第二绝缘膜14是硅氧化物膜，因此，电荷的移动少，从而导致带电减少。

特别地，第一电极13上的硅氧化物膜中的硅与氧的比可接近化学计量比，即1∶2。在具有接近化学计量比的组成的硅氧化物膜的情况下，硅与氧的悬挂键(danglingbond)的数量少，由此，在硅氧化物膜中几乎捕获不到电荷。因此，进一步防止机电换能器带电。

但是，具有接近化学计量比的硅氧化物膜趋于具有压缩应力。因此，在这里的配置中，用于防止带电的硅氧化物膜被设置在第一电极上，并且，该膜不被用作空腔侧的第二电极上的膜片。因此，可以抑制振动膜大大地变形，并由此可防止带电。

如上所述，在通过低应力形成用作膜片的硅氮化物膜的情况下，硅与氮的比可比化学计量比(即，3∶4)高。因此，硅与氮的悬挂键的数量增加，由此，容易在硅氮化物膜中捕获电荷，从而导致容易出现带电。但是，在根据本发明的方面的机电换能器中，用于防止带电的硅氧化物膜被设置在第一电极上，由此，即使使用硅氮化物膜作为膜片，也可减少带电。

上面描述的配置可抑制振动膜大大地变形，可减少单元或元件之间的在振动膜的弯曲方面的变化，并且还可减少机电换能器的带电。

将描述机电换能器的各部件的例子。根据本发明的方面的基板11可以是具有低的表面粗糙度(roughness)的基板，并且可以为例如硅基板或玻璃基板。在使用诸如硅基板的导电基板作为基板11的情况下，基板11也可用作第一电极13。在使用诸如玻璃基板的绝缘基板作为基板11的情况下，可以不设置第一绝缘膜12。

第一电极13可由例如钛或铝的具有低的表面粗糙度的导电材料制成。

如果第二电极4具有高的残余应力(residualstress)，那么振动膜大大地变形。因此，第二电极4应由具有低的残余应力的材料制成。另外，第二电极4应由不因后面描述的制造过程中的用于密封蚀刻孔5的膜形成中的温度或其它条件而劣化或增加应力的材料制成。此外，第二电极4应由具有耐蚀刻性(etchingresistance)使得可以在第二电极露出的状态下执行牺牲层的蚀刻的材料制成。因此，例如，可以使用钛。

将描述根据本发明的方面的机电换能器的驱动形式。在本发明中，电压施加单元17可以按照第一电极13的电势比第二电极4的电势低的方式施加电压。与电子从第二电极4的与硅氮化物膜接触的一侧流入的情况下相比，在电子从第一电极13的与硅氧化物膜接触的一侧流入的配置中，电子流入量少。因此，累积于硅氧化物膜或硅氮化物膜中的电荷的量可减少。因此，可通过该配置进一步减少机电换能器的带电。

此外，向硅氮化物膜施加的电场强度可以为2MV/cm或更小。在这种配置中，硅氮化物膜中的传导(conduction)几乎为欧姆的(Ohmic)，由此，不因电场强度的施加而出现大电流的突然流动。因此，电荷不突然地移动，从而导致进一步防止带电。这里的欧姆传导指的是电流与施加的电压成比例地流动。特别地，在膜片15与第一电极13上的第二绝缘膜14接触的情况下，由于硅氮化物膜的相对介电常数比硅氧化物膜的相对介电常数高，因此，向硅氮化物膜施加的电场强度比向硅氧化物膜施加的电场强度高。在该配置中，向硅氮化物膜施加的电场强度为2MV/cm或更小，这可防止带电。电场强度根据硅氮化物膜的厚度、施加的电压、间隙或硅氧化物膜的厚度而改变。因此，在施加200V或更小的电压的情况下，硅氧化物膜可具有50～200nm的厚度，并且，用作第一膜片的硅氮化物膜可具有300～800nm的厚度。

制造机电换能器的方法

将参照图3和图4A～4F描述根据一个实施例的方面的制造机电换能器的方法。图3是根据本发明的方面的机电换能器的顶视图，并且，图4A～4F是沿图3的线IV-IV切取的断面图。

如图4A所示，在基板50上形成第一绝缘膜51。在基板50是诸如硅基板的导电基板的情况下，形成第一绝缘膜51以使第一电极绝缘。在基板50是诸如玻璃基板的绝缘基板的情况下，可以不形成第一绝缘膜51。基板50应是具有低的表面粗糙度的基板。如果表面粗糙度高，那么它在本步骤之后的成膜步骤中被转印(transfer)到膜上，并且，由于表面粗糙度导致的第一电极与第二电极之间的距离在单元或元件之间变化。该变化导致转换效率的变化，由此导致单元或元件之间的在灵敏度和带宽方面的变化。另外，如果表面粗糙度高，那么容易出现电场集中和损坏(breakdown)。因此，基板50应是具有低的表面粗糙度的基板。

随后，如图4B所示，形成第一电极52。第一电极52可由例如钛或铝的具有低的表面粗糙度的导电材料制成。如基板50那样，如果第一电极的表面粗糙度高，则由于表面粗糙度导致的第一电极与第二电极之间的距离在单元之间或在元件之间变化，或者易于出现损坏。因此，第一电极52应由具有低的表面粗糙度的导电材料制成。特别地，钛具有高的耐热性，由此几乎不由于本步骤之后成膜步骤中的温度而劣化和增加表面粗糙度。因此，可以使用钛作为第一电极52。

随后，如图4C所示，形成第二绝缘膜53。第二绝缘膜53是硅氧化物膜。可通过等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)以低温(约200℃～400℃)在第一电极52上形成硅氧化物膜。

随后，如图4D所示，在硅氧化物膜上形成牺牲层54。牺牲层54应由具有低的表面粗糙度的材料制成。如基板50那样，如果牺牲层的表面粗糙度高，则由于表面粗糙度导致的第一电极与第二电极之间的距离在单元之间或在元件之间变化，或者易于出现损坏。因此，牺牲层应由具有低的表面粗糙度的材料制成。另外，为了缩短用于去除牺牲层的蚀刻时间，牺牲层应由具有高的蚀刻速率的材料制成。此外，要求牺牲层由使得第二绝缘膜53、膜片55和第二电极56几乎不被用于去除牺牲层的蚀刻溶液或蚀刻气体蚀刻的材料制成。

如果第二绝缘膜53和膜片55被用于去除牺牲层54的蚀刻溶液或蚀刻气体蚀刻，那么振动膜的厚度变化，从而导致第一电极与第二电极之间的距离变化。振动膜的厚度的变化和第一电极与第二电极之间的距离的变化导致单元或元件之间的在灵敏度和带宽方面的变化。用于牺牲层54的材料可以是表面粗糙度低的铬，并且，可以使用不蚀刻第二绝缘膜53、膜片55和第二电极56的蚀刻溶液。

随后，如图4E所示，在牺牲层54上形成膜片55。膜片55是硅氮化物膜。在硅氮化物中，可以容易地控制应力，因此，可以用诸如300MPa或更小的低拉应力形成膜片55。如上所述，如果膜片具有压缩应力，那么膜片导致屈曲并且大大地变形。如果膜片具有低的弹簧常数，那么，在形成空腔43(参见图3)之后，膜片55可能粘接于第一电极52侧(粘附(sticking))。

由于例如膜片的残余应力、如后面描述的例子3中那样的由于蚀刻牺牲层期间的水分蒸发导致的表面张力(tension)、静电力、或由于表面上的羟基(hydroxylgroup)导致的水分吸收(absorption)，致使出现粘附。在根据一个实施例的方面的制造机电换能器的方法中，通过湿法蚀刻来蚀刻牺牲层，并因此趋于出现粘附。特别地，在具有0.3～20MHz的频带宽度的机电换能器中，空腔深度为50～300nm，并且，趋于出现粘附。因此，以低拉应力形成硅氮化物膜作为膜片55是重要的。

可通过PE-CVD形成硅氮化物膜。与低压化学气相沉积(LPCVD)相比，PE-CVD可以低温(200℃～400℃)形成硅氮化物膜。另外，通过PE-CVD形成的硅氮化物膜的杨氏模量可以为180GPa或更大，因此，膜片的刚度(stiffness)可增加，从而导致减少粘附。

随后，如图4F所示，在膜片55(硅氮化物膜)上形成第二电极56。在膜片中形成蚀刻孔58，并且，牺牲层54被去除。

当在去除牺牲层54之后密封蚀刻孔的情况下，第二电极56应由不由于用于密封蚀刻孔的成膜中的温度或其它条件而劣化或增加应力的材料制成。如果耐蚀刻性低，那么要求通过使用例如为保护第二电极56而涂敷的光刻胶的蚀刻来去除牺牲层54。但是，在使用光刻胶等的情况下，由于光刻胶等的应力，膜片趋于导致粘附。因此，第二电极56应由具有耐蚀刻性使得可以不使用光刻胶等、在露出第二电极56的状态下蚀刻牺牲层的材料制成。这种材料的例子包含钛。

可通过形成膜来密封蚀刻孔58。在通过成膜而进行密封的情况下，用于密封蚀刻孔58的膜也沉积于第二电极上。沉积于第二电极56上的膜可被用作构成具有希望的机械特性的振动膜的膜，或者可被去除以形成振动膜。

在密封蚀刻孔的情况下，在密封蚀刻孔之后，形成与第二电极56连接的布线46(未示出)。布线的材料可以为例如铝。

在一个实施例中，蚀刻孔58可以不被密封。在不密封蚀刻孔58的情况下，在形成第二电极的步骤中在膜片55上形成与第二电极56连接的布线46。随后，通过蚀刻孔去除牺牲层54。

在通过该方法制造的机电换能器中，可以减少机电换能器的机械特性的变化和振动膜的弯曲，并且，还可防止带电。因此，可以制造在灵敏度和带宽方面的变化更小的机电换能器。

例子

将通过使用更具体的例子来详细描述一个实施例。

例子1

将参照图1A和图1B描述根据本发明的方面的例子1的机电换能器的配置。图1A是示出机电换能器的顶视图，图1B是沿图1A的线IB-IB切取的断面图。

单元结构1包含具有300μm的厚度的硅基板11、设置在于硅基板11上的第一绝缘膜12、设置于第一绝缘膜12上的第一电极13、以及第一电极13上的第二绝缘膜14。单元结构1还包含：由膜片15和设置于膜片15上的第二电极4构成的振动膜，其中，膜片15被设置于第二绝缘膜14上，使得在膜片15与第二绝缘膜14之间具有空腔3；以及支撑膜片15的膜片支撑部分16。通过电压施加单元在第一电极13和第二电极4之间施加电压。

本例子的第一绝缘膜12是通过热氧化形成的具有1μm的厚度的硅氧化物膜。第二绝缘膜14是通过PE-CVD形成的硅氧化物膜。第一电极13和第二电极4由钛制成，并且，分别具有50nm和100nm的厚度。膜片15是通过PE-CVD形成的具有100MPa或更小的拉应力的硅氮化物膜。第二绝缘膜14是通过PE-CVD形成的具有100nm的厚度的硅氧化物膜。

膜片15具有32μm的直径和0.5μm的厚度。第二电极4具有26μm的直径。空腔3具有0.2μm的深度。

如在本例子中那样，当第一电极13上的第二绝缘膜14是硅氧化物膜时，可防止带电。在本例子中，就是这样防止带电，并由此可使元件之间的在第一电极和第二电极之间施加的有效电压方面的变化减至0.1V或更小。此外，膜片15是具有低应力的硅氮化物膜，由此单元或元件之间的在振动膜的弯曲和机械特性方面的变化可减小。在本例子中，单元或元件之间的在振动膜的弯曲方面的变化可被控制为±2nm或更小。因此，元件之间的在灵敏度方面的变化可被控制在1dB内。

本例子的机电换能器可通过使用引线6分开地从各元件的第二电极4提取电信号。在接收超声波的情况下，电压施加单元17向第一电极13施加DC电压，从而导致第一电极13和第二电极4之间的电势差。超声波的接收使具有第二电极4和膜片15的振动膜变形，从而改变第二电极4和第一电极13之间的空腔3的深度，从而导致电容的改变。该电容的改变导致电流在引线6中流动。该电流通过电流-电压转换装置(未示出)被转换成电压，以给出超声波的输入信号。

在传送超声波的情况下，分别向第一电极和第二电极施加DC电压和AC电压，并且，静电力使振动膜振动。该振动传送超声波。

在根据本发明的方面的机电换能器中，可防止带电，并且，可减小振动膜的机械特性和弯曲方面的变化。因此，元件之间的在灵敏度方面的变化可减小到1dB或更小。

例子2

将参照图2A和图2B描述根据一个实施例的方面的例子2的机电换能器的配置。图2A和图2B所示的机电换能器的配置与例子1中的不同之处在于，振动膜具有三层结构。图2A是示出根据一个实施例的方面的机电换能器的顶视图，图2B是沿图2A的线IIB-IIB切取的断面图。

本例子的单元结构21包含具有300μm的厚度的硅基板31、被设置于硅基板31上的第一绝缘膜32、被设置在第一绝缘膜32上的第一电极33、以及第一电极33上的第二绝缘膜34。单元结构21还包含：由第一膜片36、第二膜片38和第二电极24构成的振动膜，设置在第二绝缘膜34上，使得在第二绝缘膜34和振动膜之间形成空腔23；和支撑第一膜片36的膜片支撑部分39。本例子的元件22由9个单元结构构成。通过电压施加单元40在第一电极33和第二电极24之间施加电压。

第一绝缘膜32是通过热氧化形成的具有1μm的厚度的硅氧化物膜。第二绝缘膜34是通过PE-CVD形成的具有0.1μm的厚度的硅氧化物膜。第一电极33和第二电极24由钛制成，并分别具有50nm和100nm的厚度。第一膜片36和第二膜片38是各自通过PE-CVD形成的具有200MPa或更小的拉应力的硅氮化物膜。第一膜片36和第二膜片38各自具有44μm的直径并各自具有0.4μm和0.7μm的厚度。第二电极24具有38μm的直径。空腔23具有0.18μm的深度。

在本例子中的机电换能器中，第一电极33上的第二绝缘膜34是硅氧化物膜，并由此防止带电。此外，第一膜片是具有低应力的硅氮化物膜，由此可减小单元或元件之间的在振动膜的弯曲和机械特性方面的变化。

本例子的振动膜具有设置在第二电极24上在与空腔23相反一侧的第二膜片38。因此，可通过经由第二膜片38的控制调整振动膜的总厚度来控制频率特性。由于第二电极24被设置在第一膜片36上，因此，为了减小第一电极和第二电极之间的距离，要求第一膜片36具有更小的厚度。因此，可通过调整第二膜片38的厚度来控制振动膜的总厚度。在本例子中，第二膜片38是与第一膜片36类似的硅氮化物膜。虽然第二膜片38可以是硅氮化物膜以外的膜，但是，当第二膜片38也是硅氮化物膜时，振动膜可具有低的拉应力。

通过用电压施加单元40向第一电极33施加-60V的电压的情况来描述本例子的机电换能器。在这种情况下，第一电极33的电势比第二电极24的电势低。在电子从第一电极33的与硅氧化物膜接触的一侧流入的配置中，与电子从第二电极24的与硅氮化物膜接触的一侧流入的情况相比，电子的流入量少。因此，累积于硅氧化物膜或硅氮化物膜中的电荷的量可能减少。因此，可通过该配置进一步减少机电换能器的带电。

此外，如本例子那样，在第一膜片36具有0.4μm的厚度并且向第一电极33施加-60V的电压的情况下，向硅氮化物膜施加的电场强度为2MV/cm或更小。特别地，即使第一膜片与第二绝缘膜接触，只要电压为115V或更小，向硅氮化物膜施加的电场强度也为2MV/cm或更小。因此，进一步防止带电。

在本例子的配置中，可以防止带电，并且，可以减少振动膜的机械特性和弯曲方面的变化。因此，元件之间的在灵敏度方面的变化可被控制为0.5dB或更小。但是，电极之间的电势关系和第一膜片的电场强度不限于本例子的那些。例如，可对例子1应用其中第一电极33的电势比第二电极24的电势低的配置或者其中电场强度为2MV/cm或更小的配置。

例子3

将描述根据一个实施例的方面的例子3。本例子涉及制造机电换能器的方法。将参照图3和图4A～4F描述本发明的方法。图3是本发明的机电换能器的顶视图，并且，图4A～4F是沿图3的线IV-IV切取的断面图。

如图4A所示，在基板50上形成第一绝缘膜51。基板50是具有300μm的厚度的硅基板。第一绝缘膜51是用于在第一电极52和基板50之间提供绝缘性的、通过热氧化形成的具有1μm的厚度的硅氧化物膜。

随后，如图4B所示，形成第一电极52。第一电极52由钛制成，并具有50nm的厚度和2nm或更小的均根(rootmean)表面粗糙度(Rms)。可通过溅射或沉积钛而形成第一电极52。

随后，如图4C所示，形成第二绝缘膜53。第二绝缘膜53是通过PE-CVD形成为具有0.1μm的厚度和2nm或更小的均根表面粗糙度(Rms)的硅氧化物膜。当在第一电极52和第二电极56之间施加电压时，第二绝缘膜53可防止第一电极52与第二电极56之间的电气短路或损坏。另外，硅氧化物膜与第一电极52之间的势垒高度比硅氮化物膜与第一电极52之间的势垒高度高，由此，电荷难以在硅氧化物膜中流动。第一电极52上的第二绝缘膜53是硅氧化物膜，由此，可以防止一个实施例的机电换能器的带电。

随后，如图4D所示，形成牺牲层54。牺牲层54由铬制成，并具有0.2μm的厚度和1.5nm或更小的均根表面粗糙度(Rms)。牺牲层54的直径为40μm。

随后，如图4E所示，形成膜片55。膜片55是通过PECVD形成的具有0.5μm的厚度的氮化物膜。膜片55具有200MPa的残余应力。在形成膜片55的该步骤中形成膜片支撑部分。

随后，如图4F所示，形成第二电极56，并且，进一步在膜片中形成蚀刻孔58。第二电极56由钛制成，并具有0.1μm的厚度和200MPa或更小的残余应力。如例子2那样，当形成第二膜片时，钛不由于温度而导致表面粗糙度的增加和应力的变化。另外，当牺牲层54被去除时，钛不被蚀刻，并由此例如可在不用抗蚀剂保护第二电极56的情况下去除牺牲层54。

随后，通过蚀刻孔58去除牺牲层54。通过使用铬蚀刻剂(etchant)(硝酸铈铵(ceriumammoniumnitrate)、高氯酸(perchloricacid)和水的混合酸)去除牺牲层54。在本例子中，第二绝缘膜53是硅氧化物膜，膜片55是硅氮化物膜，并且，牺牲层54由铬制成。因此，第二绝缘膜53、膜片55和第二电极52在牺牲层的蚀刻中不被蚀刻。因此，可以减少振动膜的厚度的变化和第一电极与第二电极之间的距离的变化。因此，可以减少单元或元件之间的在灵敏度和带宽方面的变化。

此外，通过用PE-CVD形成的硅氮化物膜密封蚀刻孔58(未示出)。可以在例子2中描述的第二膜片的形成步骤中执行该密封。随后，通过使用铝作为布线材料，形成与第一电极和第二电极连接的布线46。

在通过该方法制造的机电换能器中，可以减少机电换能器的振动膜的弯曲和机械特性方面的变化，并且还可防止机电换能器的带电。因此，可以制造其中减少单元或元件之间的在灵敏度和带宽方面的变化更小的机电换能器。

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这样的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (33)

1.一种机电换能器，包括多个单元，所述多个单元包括：

基板；

第一电极；

硅氧化物膜；

振动膜，包含硅氮化物膜和第二电极；和

用于在第一电极与第二电极之间施加电压的电压施加单元，

其中，所述电压施加单元施加电压使得第一电极的电势比第二电极的电势低，

其中，所述第一电极、所述硅氧化物膜、所述硅氮化物膜和所述第二电极被从所述基板起依次布置，

其中，在所述硅氮化物膜和所述硅氧化物膜之间在所述硅氧化物膜和所述硅氮化物膜堆叠的方向上形成间隙，

其中，所述硅氧化物膜与第一电极和所述间隙接触，

其中，所述硅氮化物膜与第二电极和所述间隙接触，并且

其中，所述振动膜还包含被设置于第二电极上在与所述间隙相反的一侧的硅氮化物膜。

2.根据权利要求1的机电换能器，其中，所述硅氮化物膜具有大于0MPa且不大于300MPa的拉应力。

3.根据权利要求1或2的机电换能器，其中，所述多个单元中的每一个的第一电极是共用电极。

4.根据权利要求1的机电换能器，还包括：

用于在第一电极与第二电极之间施加电压的电压施加单元，其中，

所述电压施加单元施加电压使得向所述硅氮化物膜施加2MV/cm或更小的电场强度。

5.根据权利要求1的机电换能器，其中所述硅氧化物膜的厚度为50到200nm。

6.根据权利要求1的机电换能器，其中所述硅氮化物膜的厚度为300到800nm。

7.根据权利要求1的机电换能器，其中，硅与氮的比高于3:4。

8.根据权利要求1的机电换能器，其中，硅与氧的比接近1:2。

9.根据权利要求1的机电换能器，其中，所述硅氧化物膜的均根表面粗糙度(Rms)为2nm或更小。

10.根据权利要求1的机电换能器，进一步包括多个元件，

其中，元件之间的施加于第一电极和第二电极之间的有效电压的变化为0.1V或更小。

11.一种机电换能器，包括多个单元，所述多个单元包括：

基板；

第一绝缘膜；

第一电极；

第二绝缘膜；

振动膜，包含膜片和第二电极；和

用于在第一电极与第二电极之间施加电压的电压施加单元，

其中，所述电压施加单元施加电压使得第一电极的电势比第二电极的电势低，

其中，第一绝缘膜、第一电极、第二绝缘膜、所述膜片和第二电极被从所述基板起依次布置，

其中，在所述膜片与第二绝缘膜之间在所述第二绝缘膜和所述膜片堆叠的方向上形成间隙，

其中，第二绝缘膜与第一电极接触，

其中，所述膜片与第二电极接触，

其中，所述振动膜还包含被设置于第二电极上在与所述间隙相反的一侧的硅氮化物膜，

其中，所述膜片具有大于0MPa且不大于300MPa的拉应力，并且，

其中，所述第二绝缘膜与第一电极之间的势垒高度高于所述膜片与第一电极之间的势垒高度。

12.根据权利要求1或11的机电换能器，其中，所述间隙的深度为50nm到300nm。

13.根据权利要求1或11的机电换能器，其中，所述第一电极的均根表面粗糙度(Rms)为2nm或更小。

14.根据权利要求1或11的机电换能器，其中，第一电极含有钛和铝中的至少一种。

15.根据权利要求1或11的机电换能器，其中，第二电极含有钛。

16.根据权利要求11的机电换能器，其中，在第一电极和第二电极之间施加电压以使得第一电极的电势低于第二电极的电势。

17.根据权利要求11的机电换能器，其中，在第一电极和第二电极之间施加电压以使得所述硅氮化物膜被施加2MV/cm或更小的电场强度。

18.根据权利要求11的机电换能器，其中，第二绝缘膜是硅氧化物膜。

19.根据权利要求11的机电换能器，其中，所述膜片是硅氮化物膜。

20.根据权利要求18的机电换能器，其中，硅与氧的比接近1:2。

21.根据权利要求19的机电换能器，其中，硅与氮的比高于3:4。

22.根据权利要求11的机电换能器，其中，第一绝缘膜是硅氧化物膜。

23.根据权利要求1或11的机电换能器，其中，所述间隙未被固体填充。

24.根据权利要求11的机电换能器，其中，所述第二绝缘膜的均根表面粗糙度(Rms)为2nm或更小。

25.根据权利要求11的机电换能器，其中所述第二绝缘膜的厚度为50到200nm。

26.根据权利要求11的机电换能器，其中所述膜片的厚度为300到800nm。

27.一种制造机电换能器的方法，包括：

在基板上形成绝缘层；

在所述绝缘层上形成第一电极；

在第一电极上形成硅氧化物膜；

在所述硅氧化物膜上形成牺牲层；

在所述牺牲层上形成第一硅氮化物膜；

在所述第一硅氮化物膜上形成第二电极；

在所述第一硅氮化物膜中形成蚀刻孔并通过所述蚀刻孔去除所述牺牲层；和

在所述第一硅氮化物膜上形成第二硅氮化物膜。

28.根据权利要求27的制造机电换能器的方法，其中，所述牺牲层由铬制成并且通过湿法蚀刻被去除。

29.一种装置，包括：

多个根据权利要求1或11的机电换能器，

其中，换能器之间的弯曲的变化为±2nm或更小。

30.一种装置，包括：

多个根据权利要求1或11的机电换能器，

其中，换能器之间的灵敏度的变化为1dB或更小。

31.一种装置，包括：

根据权利要求1或11的机电换能器，以及

用于在第一电极和第二电极之间施加电压的电压施加单元。

32.根据权利要求31的装置，其中，在所述电压施加单元施加DC电压以便在第一电极和第二电极之间造成电势差的同时，所述机电换能器接收超声波。

33.根据权利要求31的装置，其中，在所述电压施加单元向第一电极施加DC电压并且向第二电极施加AC电压的同时，所述机电换能器发射超声波。