电容式换能器及其制造方法以及对象信息获取装置技术领域
本发明涉及一种将被用作超声换能器等的电容式换能器、制造该
电容式换能器的方法、以及对象信息获取装置。
背景技术
随着微加工技术的最近发展，以微米量级的精确度水平处理的各
种微机械元件已被实现。通过使用该技术，已经对电容式换能器(电
容式微加工超声换能器：CMUT)取得了积极的发展。CMUT是被构
造为使轻量级振动膜振动以发送和接收(发送或接收中的至少一个)
诸如超声波之类的声波(在下文中有时用“超声波”表示)的超声器
件。在液体和空气中也具有优良的宽带特性的CMUT可以容易地获
得。因此，CMUT对于医疗应用的使用使得诊断的精度能够高于迄今
为止使用的包括压电元件的超声器件的使用，因此CMUT作为其替代
方案吸引了关注。注意，如本文中所使用的声波包括音波、超声波和
光声波。例如，声波包括当对象的内部被诸如可见射线和红外射线之
类的光(电磁波)照射时在对象内部产生的光声波。
电容式换能器具有例如包括第一电极、第二电极、振动膜和振动
膜支承部分的单元结构，第一电极形成在由Si等制成的基板上，第二
电极被形成为通过间隙(腔体)与第一电极相对，振动膜由包括第二
电极并且被形成在腔体上方的膜制成。然后，所述膜具有密封腔体的
结构。制造电容式换能器的一种方法是通过在由Si等制成的基板上堆
叠材料来形成电容式换能器。腔体结构通过下述方式而形成：预先在
将变为间隙的区域中沉积牺牲层材料，并且通过蚀刻穿过形成在振动
膜的一部分中的开口部分(蚀刻开口部分)来移除牺牲层。电容式换
能器有时可以被用在诸如水和油之类的液体中。在被构造为通过振动
膜的振动来发送和接收超声波的换能器中，当这样的液体渗入腔体时，
振动膜的振动特性可能劣化。因此，为了形成腔体而形成的蚀刻开口
部分在使用之前需要被密封。
在非专利文献1中公开的电容式换能器中，通过LP-CVD形成的
硅氮化物薄膜被沉积在从蚀刻开口部分连通到位于振动膜下方的腔体
的流动路径中，从而密封腔体。LP-CVD代表低压化学气相沉积。在
LP-CVD中，因为装置的性质，薄膜被沉积为在从蚀刻开口部分经由
流动路径到达腔体的区域中具有基本上均匀的厚度，并且当薄膜被沉
积达到流动路径的高度时，腔体被密封。因此，通过减小从蚀刻开口
部分连通到腔体的流动路径的高度，便于腔体的密封以改进密封性能。
注意，如本文中所使用的“高度”意指垂直于基板的方向上的宽度。
当没有误解发生时，高度有时被称为“厚度”。
同样地在专利文献1中公开的电容式换能器中，类似于非专利文
献1，腔体通过经由蚀刻开口部分移除牺牲层而形成。另外，薄膜通
过等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)而被沉积在蚀刻开口部分
中，从而密封腔体。在PE-CVD中，与LP-CVD不同，薄膜难以进入
腔体和流动路径的内部，但是薄膜被形成为被沉积在蚀刻开口部分的
区域中。因此，为了密封腔体，有必要沉积高度充分大于腔体的高度
的密封薄膜。
引文列表
专利文献
PTL1：美国专利No.5,982,709
非专利文献
NPL1：ArifSanliErgun等人，IEEETransactionson
Ultrasonics，第52卷，第12期，2005年12月，2242-2257
发明内容
技术问题
用于密封电容式换能器的腔体的密封部分需要厚度大约为腔体的
高度三倍的薄膜。因此，随着腔体的高度变更大，密封部分的必要高
度或厚度变更大以致降低了密封的可靠性。
问题的解决方案
鉴于上述问题，根据本发明的一个实施例，提供了一种电容式换
能器，包括：单元，其具有第一电极和振动膜，振动膜包括第二电极，
第二电极被形成为通过腔体与第一电极相对；以及密封部分，其用于
密封蚀刻开口部分，蚀刻开口部分通过牺牲层蚀刻而形成以便形成腔
体，其中，密封部分周边处的间隙的高度小于腔体的高度。
此外，鉴于上述问题，根据本发明的一个实施例，提供了一种制
造电容式换能器的方法，电容式换能器包括单元和密封部分，单元包
括第一电极和振动膜，振动膜包括第二电极，第二电极被形成为通过
腔体与第一电极相对，所述方法包括：形成牺牲层，其用于形成腔体
以及经由蚀刻流动路径连通到腔体的间隙；在具有牺牲层的结构上形
成膜；并且在膜中在牺牲层的将变为间隙的区域上形成蚀刻开口层；
通过经由蚀刻开口部分移除牺牲层来形成腔体；并且在包括蚀刻开口
部分的区域中形成密封部分以便密封蚀刻开口部分，其中，形成牺牲
层包括将牺牲层的在将变为间隙的区域中的高度设置为小于牺牲层的
在将变为腔体的区域中的高度。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征
将变得清楚。
附图说明
图1A是例示根据本发明的实施例的电容式换能器的视图。
图1B是例示根据本发明的实施例的电容式换能器的视图。
图2是例示根据本发明的另一实施例的电容式换能器的视图。
图3A是例示用于密封腔体的密封部分的截面图。
图3B是例示用于密封腔体的密封部分的截面图。
图3C是例示用于密封腔体的密封部分的截面图。
图3D是例示用于密封腔体的密封部分的截面图。
图4A是例示根据本发明的实施例的制造电容式换能器的方法的
视图。
图4B是例示根据本发明的实施例的制造电容式换能器的方法的
视图。
图4C是例示根据本发明的实施例的制造电容式换能器的方法的
视图。
图4D是例示根据本发明的实施例的制造电容式换能器的方法的
视图。
图4E是例示根据本发明的实施例的制造电容式换能器的方法的
视图。
图4F是例示根据本发明的实施例的制造电容式换能器的方法的
视图。
图4G是例示根据本发明的实施例的制造电容式换能器的方法的
视图。
图4H是例示根据本发明的实施例的制造电容式换能器的方法的
视图。
图4I是例示根据本发明的实施例的制造电容式换能器的方法的
视图。
图4J是例示根据本发明的实施例的制造电容式换能器的方法的
视图。
图5A是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5B是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5C是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5D是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5E是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5F是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5G是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5H是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5I是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5J是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5K是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图5L是例示根据本发明的另一实施例的制造电容式换能器的方
法的视图。
图6A是例示根据本发明的实施例的包括本发明的电容式换能器
的装置的示图。
图6B是例示根据本发明的实施例的包括本发明的电容式换能器
的装置的示图。
具体实施方式
现在将根据附图来详细地描述本发明的优选实施例。
在本发明的电容式换能器中，在用于密封蚀刻开口部分的密封部
分被形成之后的状态下，密封部分周边处的间隙的高度小于位于振动
膜下方的腔体的高度。此外，在其制造方法的中间，在牺牲层被形成
之后的状态下，牺牲层的在将要变为经由蚀刻开口路径连通到腔体的
间隙的区域中的高度被设置为小于牺牲层的在将要变为腔体的区域中
的高度。然后，蚀刻开口部分被形成在位于牺牲层的将要变为间隙的
区域上的膜中。在这种情况下，通过牺牲层蚀刻，位于蚀刻开口部分
下方及其周边处的间隙、蚀刻流动路径和腔体被形成，并且间隙经由
蚀刻开口路径连通到腔体。换句话说，牺牲层被形成为包括将要变为
间隙、蚀刻开口路径和腔体的区域的三维形状，并且膜被形成在该三
维形状上。当从高度的方向看时，例如，该三维形状是通过将大圆和
小圆与如图1A的下图中所示的路径连接而获得的这样的外周形状。
当从水平方向看时，例如，该三维形状是如图4E中所示的台阶式形
状。此外，“密封部分周边处的间隙”是与密封部分相邻的空间，即，
包括在位于蚀刻开口部分下方及其周边处并且通过牺牲层蚀刻形成的
间隙中的空间。间隙的一端连通到蚀刻开口部分，其另一端经由蚀刻
流动路径连通到腔体。
下面参照附图来描述本发明的实施例。图1A的上图是沿着图1A
的下图的线A-B截取的截面图，图1A的下图例示根据本发明的实施
例的电容式换能器。图1A的下图是图1A的上图的顶视图。在图1A
的上图和下图中均仅例示了一个单元10，但是如图1B的顶视图中所
示，任何数量的单元10可以被形成在换能器中。此外，单元10可以
以任何方式布置，而不限于图1B中所示的布置。如图1A和图1B中
所示，根据该实施例的换能器的振动膜17具有圆形平面形状，但是平
面形状可以是矩形、六角形等。
现在描述电容式换能器的构造。换能器包括由Si等制成的基板1、
形成在基板1上的绝缘薄膜2、形成在绝缘薄膜2上的第一电极(下
电极)3、以及形成在第一电极3上的绝缘薄膜4。在绝缘薄膜4上，
包括第一膜5、第二膜6和第二电极(上电极)7的振动膜17通过以
腔体8作为中间物形成。第一膜由振动膜支承部分16支承。当基板1
是诸如玻璃基板之类的绝缘体时，可以省略绝缘薄膜2。
此外，在图1A和图1B中，与第一电极3相对的第二电极7被布
置在第二膜6的表面上，但是如图2的上图中所示，第二电极7可以
被布置在第一膜5和第二膜6之间。换句话说，第二电极7可以被布
置在振动膜17的内部。图2中所示的构造可以减小第一电极3和第二
电极7之间的距离，从而增大换能器的电容以改进其性能。换能器还
包括电压施加单元，其被构造为在第一电极3和第二电极7之间施加
电压。
可以通过振动膜17在电压施加于第一电极3和第二电极7之间的
状态下产生振动而发送和接收超声波。驱动原理如下。单元10包括被
形成为夹住腔体8的第一电极3和第二电极7。为了接收声波，DC电
压被施加于第一电极或第二电极。当声波被接收时，振动膜17变形以
改变腔体8的间隙，从而改变电极之间的电容。通过从第一电极或第
二电极检测电容的变化，可以检测声波。另一方面，通过将AC电压
施加于第一电极或第二电极以使振动膜17振动，也可以发送声波。图
1A和图1B中所示的电容式换能器可以经由从上电极延伸的引出线或
者从下电极延伸的引出线而将声波信号转换为电信号或者将电信号转
换为声波信号。代替使用引出线，可以使用贯通线等。
电容式换能器的腔体或间隙通过下述方式而形成，即，预先在将
要变为腔体或间隙的区域中布置牺牲层，并且执行牺牲层蚀刻以经由
在膜中开出的蚀刻开口部分移除牺牲层。具体地说，牺牲层12被形成
在位于振动膜下方的在其中将要形成腔体8的区域中、以及位于蚀刻
开口部分附近的在其中将要形成间隙9的区域中(后一区域包括在随
后的步骤中将要变为密封部分的区域以及将要变为密封部分周边处的
间隙的区域)(参见图4A至图4J)。牺牲层12包括在其中将要形成
蚀刻流动路径18的区域，蚀刻流动路径18将形成在蚀刻开口部分附
近的间隙9和腔体8相互连接。然后，在牺牲层12上形成第一膜5
和振动膜支承部分16之后，在第一膜5的位于间隙9上方的区域中形
成用于移除牺牲层12的蚀刻开口部分13。通过用牺牲层蚀刻经由蚀
刻开口部分13移除牺牲层12，形成间隙9、腔体8以及包括蚀刻流动
路径18的间隙。在形成这些间隙之后，在蚀刻开口部分13上沉积也
用作第二膜6的密封薄膜，从而形成用于密封蚀刻开口部分13的密封
部分11。在形成电容式换能器的材料之中，具体地说，形成腔体8的
材料优选地具有小的表面粗糙度，以使得当振动膜振动时，振动膜可
以不与腔体8的底表面接触。
为了实现用于密封蚀刻开口部分13的密封部分11的稳定的且容
易的形成，优选的是，与在其中形成蚀刻开口部分的区域相邻的蚀刻
流动路径的宽度(与基板的面内方向平行的方向上的尺寸)大于蚀刻
开口部分的宽度。此外，因为单元可以被更紧密地布置，所以优选的
是蚀刻开口部分的宽度尽可能地小。具体地说，当通过正交投影被投
影到基板上时，与在其中形成蚀刻开口部分的区域相邻的蚀刻流动路
径的尺寸在通过正交投影而被投影到基板上时大于蚀刻开口部分的尺
寸。此外，当位于蚀刻开口部分附近的结构的截面形状(在垂直于高
度的方向的平面中的截面形状)是旋转对称形状(例如，圆形)时，
可以稳定地、容易地实现密封以改进产率。具体地说，与位于蚀刻开
口部分附近的结构的截面形状不是旋转对称的情况相比，流入条件(诸
如用于CVD等的气体和蚀刻剂)变得均匀，以使得密封条件无论方
向如何都变得均匀，因此密封缺陷不容易发生。以这种方式，优选的
是，位于密封部分周边处的间隙在垂直于高度方向的平面中的截面形
状是旋转对称的。注意，如果蚀刻流动路径的宽度过大，则振动膜支
承部分的强度降低，因此优选的是蚀刻流动路径具有大于蚀刻开口部
分的宽度的适当宽度。例如，蚀刻流动路径的宽度被设置为使得位于
密封部分周边处的间隙的宽度可以大于蚀刻流动路径的宽度。蚀刻流
动路径的高度对密封的容易程度的影响不大，因此优选的是，蚀刻流
动路径的高度大致与腔体8的高度相同，以便于蚀刻剂的流动。
对于第一电极3，可以使用诸如钛、铝和钼之类的材料。具体地
说，钛是优选的，因为钛具有由在处理期间施加的热量的影响而引起
的较小的粗糙度变化，并且对于牺牲层材料以及形成振动膜的材料具
有较高的蚀刻选择性。对于绝缘薄膜4，可以使用硅氧化物薄膜等。
具体地说，通过PE-CVD装置形成的硅氧化物薄膜具有较小的表面粗
糙度，并且可以在400℃或更低的低温下被形成，因此可以减小热量
对其他组成材料的影响。振动膜17的第一膜5和第二膜6以及振动膜
支承部分16是绝缘薄膜。具体地说，通过PE-CVD装置形成的硅氮
化物薄膜可以在400℃或更低的低温下被形成，因此可以减小热量对
其他组成材料的影响。此外，薄膜可以以300MPa或更小的很低的拉
伸应力被形成，因此可以防止由膜的残余应力引起的振动膜的大变形。
此外，第二膜6需要通过被沉积在蚀刻开口部分13中及蚀刻开口
部分13上来密封间隙，而且还需要充当振动膜。作为用于密封间隙的
材料，为了通过被沉积在蚀刻开口部分13中及其上来密封间隙，该材
料期望具有较高的覆盖性能并且防止密封薄膜从蚀刻开口部分13经
由蚀刻流动路径18进入位于振动膜下方的腔体8的内部。这是因为，
如果密封薄膜进入腔体8的内部，则腔体8的高度改变，以致影响换
能器性能。例如，通过LP-CVD形成的硅氮化物薄膜非常有可能经由
蚀刻流动路径18进入腔体的内部，因此具有改变腔体的厚度的风险。
作为满足密封薄膜的这些条件的材料，通过PE-CVD形成的硅氮化物
薄膜是优选的。
作为用于形成间隙或腔体的牺牲层12的材料，优选地选择可以在
牺牲层蚀刻步骤中被相对容易地移除并且对于其他组成材料具有足够
高的蚀刻选择性的材料。另外，优选地选择即使在用于形成膜的热步
骤中也不太影响膜的粗糙度的材料。作为满足这些要求的材料，例如，
诸如铬和钼之类的金属以及非晶硅可以被选择。具体地说，铬可以容
易地被硝酸铈铵和高氯酸的混合溶液进行蚀刻，并且具有以下特征。
即，铬对于作为第一电极3的材料的钛、作为绝缘薄膜4的材料的硅
氧化物、以及作为膜的材料的硅氮化物薄膜(这些是在牺牲层蚀刻步
骤中存在的组成材料)具有足够高的蚀刻选择性。因此，在牺牲层蚀
刻步骤中，可以在抑制对除了牺牲层之外的材料的损伤的同时形成间
隙和腔体。
此外，牺牲层由腔体8的区域、间隙9的区域、以及连接这些区
域的蚀刻流动路径18的区域形成，腔体8是在其中振动膜振动的区域
中的间隙，间隙9位于蚀刻开口部分下方及其周边处，当执行牺牲层
蚀刻时牺牲层移除溶液通过间隙9进入。如下设置各个区域的高度。
腔体8对应于在其中振动膜振动的区域，因此，根据设计规范来设置
腔体8的高度。要求位于蚀刻开口部分下方及其周边处的间隙9的区
域以及蚀刻流动路径18的区域允许用于移除牺牲层的蚀刻剂在牺牲
层蚀刻步骤中渗入间隙，因此基于使得能够进行牺牲层蚀刻的薄膜厚
度来确定这些区域的高度的下限值。下限值根据牺牲层的材料和用于
移除牺牲层的溶剂而变化，因此不被确定为唯一值。然而，在牺牲层
由铬制成并且牺牲层蚀刻用含有硝酸铈铵和高氯酸的溶液执行的情况
下，牺牲层的高度可以为100nm或更小(例如，大约80nm)。具体
地说，为了实现良好的密封性，需要减小位于蚀刻开口部分附近的间
隙的高度(即，位于蚀刻开口部分下方及其周边处的牺牲层的高度)，
但是对于减小高度存在限制。基于使得具有给定粘度的蚀刻剂能够渗
入的高度来确定下限值。以上提及的蚀刻剂具有较低的粘度，但是如
果高度过小(例如，50nm或更小)，则存在蚀刻剂不能进入腔体内
部的风险。然而，当气体用作蚀刻剂时，可以进一步减小高度。
第二电极7是形成振动膜17的一部分的材料，因此第二电极7
需要由具有相对较小的应力的材料制成。例如，可以使用钛、铝等。
参照图3A至图3D，下面描述在通过牺牲层蚀刻形成间隙和腔体
之后在蚀刻开口部分13中及其上沉积密封薄膜以密封蚀刻开口部分
13的步骤。图3A至图3D例示在通过牺牲层蚀刻移除牺牲层12之后
通过在蚀刻开口部分13中及其上沉积由第二膜6制成的密封薄膜来密
封间隙的过程。当通过PE-CVD在蚀刻开口部分13中形成薄膜时，
该薄膜被沉积在蚀刻开口部分13的底表面上以及在其中蚀刻开口部
分13被开口的第一膜5的侧表面和顶表面上(图3A至图3C)。沉
积在蚀刻开口部分13的底表面上的薄膜以及沉积在第一膜5的侧表面
上的薄膜相互连接成连续的薄膜，从而密封蚀刻开口部分(图3D)。
此时，密封所必需的薄膜取决于间隙的在其中形成有蚀刻开口部分的
区域中的高度，具体地说，间隙的高度三倍大的高度是必需的。在本
发明的电容式换能器中，位于振动膜下方的腔体8的高度以及位于蚀
刻开口部分下方及其周边处的间隙9的高度互不相同，并且间隙9的
高度小于腔体8的高度。在这种情况下，密封电容式换能器的间隙部
分所必需的密封厚度不是基于腔体8的高度确定，而是基于位于用于
移除牺牲层的蚀刻开口部分附近的间隙9的高度确定。因此，通过将
间隙9的高度设置为小于腔体8的高度，可以在不改变影响性能的腔
体8的高度的情况下减小密封间隙部分所需的密封厚度，因此改进密
封的可靠性。
位于电容式换能器的振动膜下方的腔体对应于在其中振动膜振动
以发送和接收超声波的区域，因此腔体的高度大大地影响其性能。例
如，在使振动膜振动以发送超声波的情况下，有必要增大振动膜的振
动位移以便增大将发送的超声波的声压。一般地，振动膜在振动膜不
与腔体的底表面接触的条件下被使用，因此有必要增大腔体的高度以
便增大振动膜的振动位移。然而，为了密封间隙部分，有必要沉积其
厚度约为间隙部分的厚度三倍大的密封薄膜。因此，在相关技术中，
就设计而言，当增大腔体的高度时，需要形成更厚的密封薄膜以便密
封间隙部分，因此密封变得困难，以致降低了密封的可靠性。
本发明的电容式换能器适用于使用声波的对象信息获取装置。换
能器从对象接收声波，对象信息获取装置可以使用输出的电信号来获
取反映对象的光学特性值的对象信息(诸如光吸收系数)、反映声阻
抗的差异的对象信息、以及其他的这样的信息。更具体地说，根据本
发明的实施例的对象信息获取装置用光(包括可见射线或红外射线的
电磁波)照射对象。换能器接收作为光照射的结果在对象中的多个位
置(位点)处产生的光声波，对象信息获取装置获取特性分布，该特
性分布表示与对象中的相应多个位置对应的特性信息的分布。要通过
光声波获取的特性信息与光的吸收相关，并且包括特性信息，该特性
信息反映通过光照射产生的光声波的初始声压、或者从初始声压推导
的光能量吸收密度、吸收系数、组织的物质的浓度等。物质的浓度例
如是氧饱和度、总血红蛋白浓度、氧合血红蛋白浓度或脱氧血红蛋白
浓度。此外，对象信息获取装置还可以用于人类或动物恶性肿瘤和血
管疾病的诊断、化疗的跟进等的目的。因此，可假定的对象是活体，
具体地说，诸如人类或动物乳房、颈部和腹部之类的诊断主体。位于
对象内部的光吸收体是在该对象内部具有相对较高的吸收系数的组
织。例如，当对象是人体的一部分时，光吸收体是氧合血红蛋白、脱
氧血红蛋白、或含有大量这样的血红蛋白的血管、含有大量新生血管
的肿瘤、颈动脉壁上的血小板等。另外，专门结合到恶性肿瘤的分子
探针以及通过使用金颗粒、石墨等递送药剂的胶囊也是光吸收体。
此外，不限于光声波的接收，对象信息获取装置可以接收由于当
从包括换能器的探针发送的超声波在对象内部被反射时获得的超声回
声而导致的反射波，从而还获取与对象内部的声学特性相关的分布。
与声学特性相关的分布包括反映对象内部的组织的声阻抗的差异的分
布。然而，超声波的发送和接收以及与声学特性相关的分布的获取不
是必需的。
图6A例示使用光声效应的对象信息获取装置。从光源2010振荡
的脉冲光经由光学构件2012(诸如透镜、反射镜和光纤)照射对象
2014。对象2014内部的光吸收体2016吸收脉冲光的能量以产生作为
声波的光声波2018。包括在探针2022中的本发明的电容式换能器2018
接收光声波2018以将光声波2018转换为电信号，并且将该电信号输
出到信号处理器2024。信号处理器2024对输入的电信号进行信号处
理，诸如A/D转换和放大，并且将所得的信号输出到数据处理器2026。
数据处理器2026使用输入信号来获取对象信息(反映对象的光学特性
值的特性信息，诸如光吸收系数)作为图像数据。在这种情况下，信
号处理器2024和数据处理器2026统称为处理器。显示单元2028基于
从数据处理器2026输入的图像数据来显示图像。
图6B例示使用声波的反射的对象信息获取装置，诸如超声回声
诊断装置。从包括在探针2122中的本发明的电容式换能器2120发送
到对象2114的声波被反射器2116反射。换能器2120接收反射的声波
(反射波)2118以将声波2118转换为电信号，并且将该电信号输出
到信号处理器2124。信号处理器2124对输入的电信号进行信号处理，
诸如A/D转换和放大，并且将所得的信号输出到数据处理器2126。数
据处理器2126使用输入信号来获取对象信息(反映声阻抗的差异的特
性信息)作为图像数据。同样地在这种情况下，信号处理器2124和数
据处理器2126统称为处理器。显示单元2128基于从数据处理器2126
输入的图像数据来显示图像。
注意，探针可以被构造为机械地扫描，或者可以被构造为被用户
(诸如医生和技术员)相对于对象移动(手持类型)。此外，在如图
6B中所示的使用反射波的装置的情况下，用于发送声波的探针可以与
用于接收声波的探针分开提供。另外，该装置可以被构造为兼有图6A
和图6B的装置的功能，以便获取反映对象的光学特性值的对象信息
以及反映声阻抗的差异的对象信息两者。在这种情况下，图6A的换
能器2020可以被构造为不仅接收光声波，而且还发送声波和接收反射
波。
现在，描述更具体的例子。
[例子1]
图4A至图4J例示制造根据本发明的电容式换能器的方法的例子
1。图4A至图4J例示例子1的处理流程。在例子1中，给出了制造
仅包括一个单元10的电容式换能器的方法的描述，然而，可以形成任
何数量的单元结构。此外，图4A至图4J例示如下的结构，在该结构
中，一个单元10具有一个蚀刻开口部分，但是在一个单元10中可以
形成任何数量的蚀刻开口部分。另外，在多个单元10中可以形成一个
蚀刻开口部分。同样地在这种情况下，在形成密封部分的状态下，对
为了通过牺牲层蚀刻形成多个腔体而形成的一个蚀刻开口部分进行密
封的密封部分的周边处的间隙的高度小于所述多个腔体的高度。此外，
紧接着在牺牲层被形成之后的状态下，牺牲层的在将变为位于在其中
将形成一个蚀刻开口部分的区域附近的间隙的区域中的高度，小于牺
牲层的在将变为所述多个腔体的区域中的高度。
例子1的电容式换能器包括厚度为300μm的硅基板1、形成在基
板1上的由热氧化薄膜制成的绝缘薄膜2、形成在绝缘薄膜2上的由
钛制成的第一电极3、以及形成在第一电极3上的由硅氧化物薄膜制
成的绝缘薄膜4。电容式换能器还包括单元10，其包括形成在第一电
极3和第二电极7之间的腔体、形成在腔体上方的振动膜17、以及用
于支承振动膜17的振动膜支承部分16。振动膜17包括形成在腔体上
方的第一膜5、用于密封腔体的第二膜6以及第二电极7。电容式换能
器还包括电压施加单元，其被构造为在第一电极3和第二电极7之间
施加电压。
例子1的电容式换能器的间隙部分是通过执行图4A至图4H中所
示的牺牲层蚀刻步骤而形成的。首先，在硅基板1上形成由热氧化薄
膜制成的绝缘薄膜2、由钛制成的第一电极3、以及由硅氧化物薄膜制
成的绝缘薄膜4。接着，在绝缘薄膜4上形成厚度为200nm的作为牺
牲层材料的铬薄膜。执行光刻和使用Cl2气体的干式蚀刻以蚀刻在其
中将形成用于移除牺牲层12的蚀刻开口部分的区域，从而将该区域中
的厚度设置为80nm(图4D)。接着，执行光刻和使用Cl2气体的干
式蚀刻来进行图案化以便使牺牲层15留在将变为蚀刻开口部分的区
域中，并且使牺牲层14留在将变为振动部分和流动路径的区域中(图
4E)。通过上述步骤，可以形成如下的结构，在该结构中，间隙的高
度在蚀刻开口部分的区域与振动部分和流动路径的区域之间变化。
接着，通过使用PE-CVD装置，使变为第一膜5和振动膜支承部
分16的硅氮化物薄膜形成为在具有牺牲层12的结构上具有400nm
的厚度(图4F)。接着，通过光刻和使用CF4气体的干式蚀刻来对第
一膜5进行图案化，从而形成蚀刻开口部分13(图4G)。接着，通
过蚀刻开口部分13引入含有硝酸铈铵和高氯酸的溶液以移除牺牲层
12，从而形成包括用作振动部分的腔体8以及在蚀刻开口部分附近的
间隙9的间隙(图4H)。然后，通过使用PE-CVD装置，使变为第
二膜6的硅氮化物薄膜形成为在蚀刻开口部分13上具有300nm的厚
度。通过该步骤，在蚀刻开口部分13处密封间隙部分(图4I)。最
后，在第二膜6上形成第二电极7(图4J)。
在例子1中，牺牲层12的高度在蚀刻开口部分13附近的区域和
振动部分的区域之间变化：前者为80nm，后者为200nm。密封间隙
所需的薄膜的厚度需要约为间隙的厚度的三倍大。因此，在相关技术
的构造(在该构造中，位于振动膜下方的腔体的高度与位于蚀刻开口
部分13附近的间隙的高度相同)中，腔体的密封需要约为600nm的
密封厚度，该厚度是位于蚀刻开口部分13附近的间隙的高度200nm
的三倍大。在例子1的构造中，密封所需的密封厚度是位于蚀刻开口
部分13附近的间隙的高度80nm的三倍大，即，约为240nm。因此，
可以减小密封腔体所需的密封薄膜的厚度以改进对于腔体的密封性
能。
[例子2]
参照图5A至图5L来描述制造具有本发明的结构的电容式换能器
的方法的例子2。例子2与例子1的不同之处在于形成其高度根据区
域而变化的牺牲层的方法。类似于例子1，在硅基板1上形成绝缘薄
膜2、第一电极3和绝缘薄膜4(图5A至图5C)，然后在绝缘薄膜4
上形成将变为厚度为150nm的牺牲层的铬薄膜(图5D)。接着，通
过光刻和湿式蚀刻来执行图案化以便使牺牲层仅留在将变为位于振动
膜下方的腔体的区域中(图5E)。接着，再次使将变为牺牲层的铬薄
膜形成为具有50nm的厚度(图5F)。接着，通过光刻和湿式蚀刻来
执行图案化以便使牺牲层14留在将变为位于振动膜下方的腔体和流
动路径的区域中，并且使牺牲层15留在蚀刻开口部分附近的区域中
(图5G)。
此后，类似于例子1，形成膜5和蚀刻开口部分13，并且通过牺
牲层蚀刻来形成间隙9和腔体8。此后，密封蚀刻开口部分13以制造
电容式换能器(图5H至图5L)。
牺牲层15的在蚀刻开口部分附近的区域中的高度与密封厚度有
关，因此优选地精确地控制该高度。在例子1中，牺牲层15的在蚀刻
开口部分附近的区域中的高度是通过干式蚀刻的持续时间的控制而确
定的。该方法涉及持续时间的控制，因此不能说高度可以被容易地精
确地控制。在例子2中，形成牺牲层12的步骤分为两个步骤。这可以
精确地控制牺牲层15的在蚀刻开口部分附近的区域中的高度。因此，
可以基于牺牲层15的在蚀刻开口部分附近的区域中的高度，来以良好
的可控性确定密封蚀刻开口部分13所需的密封厚度，因此，进一步改
进了密封的可靠性。
工业实用性
根据本发明的一个实施例，位于蚀刻开口部分下方及其周边处的
间隙的高度小于位于振动膜下方的腔体的高度。根据该结构，基于蚀
刻开口部分附近的间隙的高度来确定密封腔体所需的密封部分的高
度，因此，即使对于在其中迄今为止具有相同高度的腔体位于振动膜
下方的结构而言，也减小了密封腔体所需的密封部分的高度。因此，
可以用比迄今为止更薄的密封部分来密封腔体，并且可以便于密封，
因此，改进了密封的可靠性。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不
限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围要被给予最广泛的
解释，以便包含所有这样的修改以及等效的结构和功能。
本申请要求2013年6月7日提交的日本专利申请No.2013-120666
的权益，该申请的全部内容特此通过引用并入本文。
附图标记列表
1：基板，3：第一电极，5、6：膜，7：第二电极，8：腔体，9：
位于蚀刻开口部分附近的间隙(密封部分周边处的间隙)，10：单元，
12：牺牲层，13：蚀刻开口部分，14：将变为位于振动膜下方的腔体
的区域中的牺牲层，15：蚀刻开口部分附近的区域中的牺牲层(将变
为间隙的区域中的牺牲层)，17：振动膜，18：蚀刻流动路径。