[发明专利]可挠性电容式超声波换能器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波换能器，尤其涉及可挠性电容式超声波换能器及其制作方法。

背景技术

在具备非侵入性评估、实时回应以及可携式的优点之下，超声波感应装置已广泛用于医疗、军事以及太空工业。例如：回音图形系统或超声波成像系统都可通过使用超声波频率上的弹性波，从周围装置或人体中获得信息。超声波换能器通常为超声波感应装置内的重要组件之一，大多数已知的超声波换能器都由使用压电陶瓷来实现。压电换能器通常用于从固态材料获得信息，因为压电陶瓷的声波阻抗与固态材料的声波阻抗幅度相同。不过，该压电换能器就可能无法从液体与空气媒介中获取理想的信息，因为压电陶瓷与液体(例如人体的组织)、空气之间的特性阻抗并不相同。压电换能器空气操作时一般在频带50KHz至200KHz的范围内运作，如加以匹配层则可达到更高得频率。更进一步，压电换能器一般以高温处理制作，并且无法与电路整合制作。相较之下，电容式超声波换能器可与标准集成电路(integrated circuit，“IC”)制造工艺批次制作，因此可与IC装置整合在一起，获得有效信号摄取。更进一步，电容式超声波换能器可操作于比已知压电换能器还要高的频带，从200KHz至10MHz，并且具有更高的频宽与机电转换效率。因此，电容式超声波换能器逐渐取代压电换能器的位置。

图1为电容式超声波换能器10的图解剖面图。请参照图1，电容式超声波换能器10包含第一电极11、形成于薄膜13上的第二电极12、形成于第一电极11上的隔离层14以及支撑侧壁15。第一电极11、薄膜13以及支撑侧壁15定义出凹穴16。当在第一电极11与第二电极12之间供应合适的AC或DC电压，则静电力导致薄膜13震荡并产生声波。传统换能器10的有效振荡区域为由第一电极11和第二电极12所定义的区域内。在此实例当中，因为第二电极12比第一电极11要短，所以有效振荡区域可由第二电极12的长度所定义。再者，薄膜13一般由高温处理制作，像是温度范围从大约400至800℃的传统化学气相沉积(chemical vapordeposition，“CVD”)或低压化学气相沉积(low pressure chemical vapordeposition，“LPCVD”)处理。

图2A至图2D为说明制作电容式超声波换能器的传统方法剖面图。请参照图2A，提供硅基板21，其中掺杂大量杂质，以便当成电极。接下来，在硅基板21上连续形成第一氮层22和无结晶硅层23。第一氮层22可用来保护硅基板21。无结晶硅层23用来当成牺牲层，并且会在后续处理中移除。

请参照图2B，利用图样制作与蚀刻无结晶硅层23，露出部分第一氮层22来形成图样化无结晶硅层23′。然后在图样化无结晶硅层23’上形成第二氮层24，来填充露出部分。

请参照图2C，利用图样制作与蚀刻第二氮层24形成具有开口25的有图样第二氮层24′，通过开口25露出部分图样化无结晶硅层23′。然后利用选择性蚀刻去除图样化无结晶硅层23’。

请参照图2D，氧化硅层通过开口25沉积形成栓塞26。因此由栓塞26、图样化第二氮层24’以及第一氮层22形成密室27。然后在图样化第二氮层24’上形成金属层28，来当成第二电极。

然而，因为传统电容式超声波换能器使用硅基板，所以并不具有可挠性。无可挠性限制了传统电容式超声波换能器的应用范围。因此，发明人希望具有可挠性的电容式超声波换能器及其制作方法。

发明内容

本发明的实施例提供一种电容式超声波换能器，其包含挠性层；第一导电层，其位于该挠性层上；支撑框架，其位于该第一导电层上，该支撑框架包含一挠性材料；薄膜，其位于该支撑框架上，由该支撑框架与该第一导电层相隔，该薄膜包含该挠形材料；凹穴，其由该第一导电层、该支撑框架以及该薄膜所定义；以及第二导电层，其位于该薄膜上。

本发明的某些实施例提供一种制作电容式超声波换能器的方法，该方法包含提供基板；在该基板上形成挠性层；在该挠性层上形成第一导电层；在该第一导电层上形成图样化牺牲层；在该图样化牺牲层上形成第一聚合物层；将该第一聚合物层制作图样来提供图样化第一聚合物层，通过开口露出部分该图样化牺牲层；在该图样化第一聚合物层上形成第二导电层；将该第二导电层制作图样来提供图样化第二导电层；在该图样化第二导电层上形成第二聚合物层；将该第二聚合物层制作图样，通过该开口露出部分该图样化牺牲层；以及通过该开口移除该图样化牺牲层。