[发明专利]电容式超音波换能装置及其制作方法

说明书

本申请是发明名称为电容式超音波换能装置及其制作方法，申请号为200610145639.4，申请日为2006年11月22日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种超音波换能装置，特别涉及一种电容式超音波换能装置及其制造方法。

背景技术

通过非侵入评估、实时性响应及可移植性的优点，超音波感测装置已经广泛地运用在医疗、军事及航空产业。例如，回音图学系统或超音波成像系统能够基于超音波频率处的弹性波的使用，而从周遭装置或从人体获得信息。在超音波感测装置中，超音波换能装置通常是许多重要元件的其中一种。大部分的已知超音波换能装置是通过利用压电陶瓷所实现。因为压电陶瓷的音响阻抗具有与固体材料相同的大小，所以压电换能装置一般用于从固体材料获得信息。然而，由于压电陶瓷与液体(例如人体组织)间显著的阻抗不相符性，压电换能装置对于从液体获得信息而言并非理想。压电换能装置一般是操作于从50KHz(仟赫)至200KHz的频带内。此外，压电换能装置通常是在高温工艺下所制造，并且对于与电子电路整合来说并非理想。相对地，电容式超音波换能装置可通过标准集成电路(IC)工艺所成批制造，并因此可与IC装置整合。此外，相较于已知的压电换能装置，电容式超音波换能装置能够操作于从200KHz至5MHz(百万赫兹)的较高频带处。因此，电容式超音波换能装置已逐渐地取代压电换能装置。

图1为电容式超音波换能装置10的示意截面图。参照图1，该电容式超音波换能装置10包含第一电极11、形成于膜层13上的第二电极12、形成于该第一电极上的隔离层14，以及支撑侧壁15。机室16是由该第一电极11、该膜层13及该支撑侧壁15所定义。当将适当的AC或DC电压施加于该第一电极11与该第二电极12之间时，静电力即造成该膜层13振荡并产生音响波。该公知换能装置10的有效振荡区域为由该第一电极11及该第二电极12所定义的区域。在本实例中，因为该第二电极12短于该第一电极11，所以该有效振荡区域受限于该第二电极12的长度。此外，该膜层13一般在范围从约400℃至800℃的温度下于诸如公知化学气相沉积(CVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)的高温工艺中加以制造。

图2A至2D为说明用以制造电容式超音波换能装置的公知方法的截面图。参照图2A，其中提供硅基板21，它高度掺杂有不纯物，以作为电极。其次，在该硅基板21上连续地形成第一氮化物层22及非晶硅层23。该第一氮化物层22是用以保护该硅基板21。该非晶硅层23则是用来作为牺牲层，并且在后续的工艺中将会被移除。

参照图2B，通过将该非晶硅层23图案化并加以蚀刻，从而曝露出该第一氮化物层22的部分，以形成经图案化的非晶硅层23’。然后在该经图案化的牺牲层23’上形成第二氮化物层24，并填满上述这些曝露部分。

参照图2C，通过将该第二氮化物层24图案化并加以蚀刻，以形成具有开口25的经图案化的第二氮化物层24’，从而通过上述这些开口25曝露出该经图案化的非晶硅层23’的部分。然后通过选择性蚀刻，将该经图案化的非晶硅层23’移除。

参照图2D，通过开口25沉积氧化硅层以形成栓塞物26。从而，可由栓塞物26、经图案化的第二氮化物层24’以及该第一氮化物层22定义机室27。然后在该经图案化的第二氮化物层24’上形成金属层28以作为第二电极。

此外，公知的电容式超音波换能装置通常包含硅基板。用以制造上述这些电容式超音波换能装置的公知方法可利用高温工艺中的体型微加工处理或表面微加工处理，而这会不利地导致高度的残余应力，或将导致该电容式超音波换能装置的薄膜变形。为减轻残余应力，会需要进行例如退火的额外工艺，而这意指较长的处理时间以及较高的制造成本。

此外，在公知电容式超音波换能装置中的机室，或空腔，通常是凭借具有不同热膨胀系数的不同材料的元件所形成，而这会影响到该换能装置的效能。同时，在封装过程中当将该换能装置组装于保护外罩时，会损坏到公知电容式超音波换能装置的薄膜。所希望的是拥有一种经改善的电容式超音波换能装置以及其制造方法。

发明内容

本发明是针对于一种电容式超音波换能装置以及其制造方法，其能够减缓一个或更多因现有技术的限制与缺点而造成的问题。

根据本发明的一个实施例，提供一种电容式超音波换能装置，其中包含导电基板；绝缘层，其形成于该导电基板上；支撑框架，其形成于该绝缘层上；以及导电层，其通过该支撑框架与该导电基板隔开而具有与该支撑框架实质上相同的热膨胀系数。

在实施例中，该支撑框架及该导电层是由实质上相同的材料所制成。