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。
[0050]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。
[0051]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。
[0052]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。
[0053]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。
[0054]电容式换能器的腔体或间隙通过下述方式而形成，S卩，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。
[0055]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。
[0056]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ΡΕ-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°C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ΡΕ-CVD装置形成的硅氮化物薄膜可以在400°C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。
[0057]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ΡΕ-CVD形成的硅氮化物薄膜是优选的。
[0058]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。
[0059]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lOOnm或更小(例如，大约80nm)