(57)【要約】【課題】電極間に空洞部を有し、メンブレンを振動させる容量検出型の超音波センサを含む超音波装置の送信音圧の向上、および、受信感度の向上を実現する。【解決手段】基板１と、基板１上に複数並ぶ支持パターン３と、各支持パターン３の側面に対して垂直な方向に順に形成された第１電極７、空洞部５、第２電極８を備えた静電容量型超音波トランスデューサのセル２０とを形成する。ここで、第２電極８を含むメンブレン９の振動面は、基板１の上面に対して傾斜を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、前記基板の上面に沿う第１方向において互いに反対側に位置する一対の第１表面を備えた支持パターンと、
前記支持パターンの２つの前記第１表面のそれぞれに順に積層された第１電極および第２電極と、
前記第２電極を含む可撓性膜と、
前記第１電極と前記可撓性膜との間に形成された空洞部と、
を有し、
２つの前記第１表面のそれぞれに形成された前記第１電極、前記空洞部、前記第２電極および前記可撓性膜は、静電容量型超音波トランスデューサの第１セルを構成し、
前記可撓性膜の振動面は、前記基板の前記上面に対して傾斜し、
２つの前記第１セルの前記振動面の振動方向における長さの和は、１つの前記第１セルの前記第１方向の長さより大きい、超音波装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波装置において、
前記支持パターンに固定された２つの前記第１セルは、前記支持パターンを中心として線対称に形成されている、超音波装置。
【請求項３】
請求項１記載の超音波装置において、
前記可撓性膜の前記振動面と、前記基板の前記上面との成す角度θは、０＜θ＜１８０で表される、超音波装置。
【請求項４】
請求項３記載の超音波装置において、
前記角度θは、９０度である、超音波装置。
【請求項５】
請求項３記載の超音波装置において、
前記角度θは、４５≦θ≦１３５で表される、超音波装置。
【請求項６】
請求項３記載の超音波装置において、
前記角度θは、０＜θ＜９０で表される、超音波装置。
【請求項７】
請求項１記載の超音波装置において、
前記支持パターン並びに前記支持パターンに固定された２つの前記第１セルは、前記基板の上面に沿って複数並んで配置されている、超音波装置。
【請求項８】
請求項１記載の超音波装置において、
２つの前記第１表面のそれぞれは、前記基板の前記上面に対して傾斜し、
前記第１電極、前記第２電極および前記可撓性膜のそれぞれは、前記基板の前記上面に対して傾斜した膜から成る、超音波装置。
【請求項９】
請求項７記載の超音波装置において、
互いに隣り合う２つの前記第１セル同士の間に、前記基板の前記上面と並行な振動面を備えた静電容量型超音波トランスデューサのセルは、形成されていない、超音波装置。
【請求項１０】
請求項１記載の超音波装置において、
前記可撓性膜の前記振動面の振動方向と、音波の送信方向とが互いに異なる、超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波装置に関し、特に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により製造されるＣＭＵＴを備えた超音波装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波装置である超音波センサは、例えば医療用の超音波エコー診断装置、癌治療または非破壊検査の超音波探傷装置などの様々な超音波装置に実用化されている。
【０００３】
これまでの超音波センサは、圧電体（例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛））の振動を利用したものが主流であるが、近年のＭＥＭＳ技術の進歩により、ＭＥＭＳ技術を用いた静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer）の開発が進められている。ＰＺＴに対して、ＣＭＵＴは、比較的安価であり、微細化が容易であり、高周波の送受信が容易であり、かつ、素子間の特性ばらつきが小さいという利点を有している。
【０００４】
超音波装置を構成する静電容量型超音波トランスデューサは、上下方向に重ねられて互いに対向する電極と、それらの電極間の空洞部とを有する振動子を半導体基板上に形成したものである。当該静電容量型超音波トランスデューサでは、各電極に直流および交流の電圧を重畳印加してメンブレン（可撓性膜）を共振周波数付近で振動させ、これにより超音波を発生させる。
【０００５】
このような超音波装置に係る技術については、例えば特許文献１（特開２００９−２０７８８２号公報）に記載があり、基板上に配置された曲面を有する凸部の表面に沿って複数の振動素子が並ぶ構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０７８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に、ＣＭＵＴはＰＺＴよりも送信音圧が低いため、ＣＭＵＴに関しては送信音圧を高めることが求められている。特に、癌治療などに用いられる超音波装置は、大きい送信音圧特性を有することが求められる。ＣＭＵＴの送信音圧は、面積効率、つまり、全素子領域（素子アレイ）における振動面の割合（面積効率）に比例する。
【０００８】
このためＣＭＵＴでは、送信音圧を増大させる観点から、振動面の面積効率を高めることが課題となっている。
【０００９】
本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
一実施の形態である超音波装置は、基板上に形成された可撓性膜を備えた静電容量型超音波トランスデューサのセルを複数有し、可撓性膜の振動面は、当該基板の上面に対して傾斜しているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１３】
本発明によれば、超音波装置の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１である超音波装置を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１である超音波装置を構成するメンブレンの動作を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１である超音波装置の音圧と時間の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１である超音波装置の音圧レベルと周波数の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１の変形例１である超音波装置を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の変形例２である超音波装置を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２である超音波装置を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態２である超音波装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】比較例である超音波装置を示す平面図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１２】比較例である超音波装置の音圧と時間の関係を示すグラフである。
【図１３】比較例である超音波装置の音圧レベルと周波数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１６】
本願における基板とは、半導体集積回路の製造に用いるシリコンその他の半導体単結晶基板、石英基板、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁基板、または、それらの複合的基板を指す。
【００１７】
（実施の形態１）
本実施の形態１の超音波装置は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製造された超音波送受信センサである。
【００１８】
＜改善の余地＞
以下に、図１０および図１１を用いて、改善の余地の詳細について説明する。図１０は、比較例である超音波装置を示す平面図である。図１１は、比較例である超音波装置を示す断面図であり、図１０のＢ−Ｂ線における断面図である。
【００１９】
静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer）は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される、静電型可変容量（キャパシタ、コンデンサ、可変容量センサ）である。ＣＭＵＴは、互いに対向する第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極との間に形成された空洞部（空隙）と、第２電極を含み振動する可撓性膜（メンブレン、振動部）とを備えた振動子である。ＣＭＵＴを備えた超音波装置を用いて超音波の送受信を行うことにより、例えば生体組織の断層像を撮像することができる。また、超音波装置から発する超音波を用いて、癌などの治療を行うことも可能である。
【００２０】
図１０および図１１に、比較例のＣＭＵＴの構造を示す。図１０に示すように、超音波装置である半導体チップ２１は、矩形の辺面レイアウトを有している。半導体チップ２１は図１１に示す基板１を有しており、基板の上面（主面）側には、図１０に破線で示す素子アレイ２２を有している。素子アレイ２２は、ＣＭＵＴであるセル（素子、振動子）５０がＸ方向に複数並んでいる領域である。セル５０は、超音波を送受信することが可能な最小単位の振動子である。本願では、半導体チップ内で振動子が並んでいる領域を、素子アレイと呼ぶ。半導体チップ２１の上面側であって、素子アレイ２２と隣り合う領域には、パッド（電極パッド、ボンディングパッド）１７、１８が形成されている。
【００２１】
なお、図１０ではＸ方向に並ぶセル５０のみを示しているが、素子アレイ２２内において、Ｙ方向に並ぶ他の複数のセル５０が形成されていてもよい。つまり、セル５０は行列状に配置されていてもよい。Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれは、図１１に示す基板１の上面に沿う方向あり、互いに直交している。図１０では、メンブレンを構成する第２電極２８を透過して示しており、メンブレンの直下に位置する空洞部２５を透過して示している。
【００２２】
図１１に示すように、セル５０は、基板１上に絶縁膜２を介して形成されている。絶縁膜２上には、下部電極である第１電極２７が形成され、第１電極２７上には、絶縁膜２４、２６が形成されている。絶縁膜２４、２６から成る膜内には、絶縁膜２４、２６により封止（密閉）された空洞部２５が、Ｘ方向に並んで複数形成されている。空洞部２５上の絶縁膜２６内には、上部電極である第２電極２８が形成されている。複数のセル５０のそれぞれは、第１電極２７と、第２電極２８と、第１電極２７と第２電極２８との間の空洞部２５とにより構成されている。また、セル５０は、絶縁膜２６および第２電極２８から成る可撓性膜であるメンブレン２９を備えている。Ｘ方向に並ぶ複数のセル５０同士は、Ｘ方向に延在する１つの第１電極２７を共有している。図１０に示すパッド１７は、第１電極２７に電気的に接続され、パッド１８は、第２電極２８に電気的に接続されている。
【００２３】
セル５０を構成する第１電極２７と第２電極２８とは、互いに絶縁されて静電型可変容量を構成している。比較例の超音波装置の動作時には、第１電極２７および第２電極２８に電圧を印加することでメンブレン２９を振動させ、これにより超音波を送信（発振）することができる。また、超音波を受信する際には、メンブレン２９に到達した超音波の圧力によりメンブレン２９が振動し、ＣＭＵＴ（セル５０）の静電容量が変化することで、超音波を検出することができる。
【００２４】
ここで、比較例の超音波装置を構成するセル５０は、基板１の上面に沿う方向に形成されている。すなわち、第１電極２７、空洞部２５、第２電極２８およびメンブレン２９は、いずれも基板１の上面に沿う方向に広がっている。言い換えれば、セル５０の振動面、つまりメンブレン２９の表面であって、空洞部２５側の表面の反対側の表面（上面）は、基板１の上面と並行な面であり、基板１の上面側の上方を向いている。このため、メンブレン２９は、基板１の上面に対して垂直な方向（第１垂直方向）に振動する。
【００２５】
メンブレンの上下の電極間の容量を検出する超音波装置では、発振する超音波の音圧を増大させることで、対象物に反射して戻ってきた当該超音波（反射波）を受信する際の受信感度を高めることができる。また、発振する超音波の音圧を増大させることで、癌治療などの際の治療効果を高めることができる。このように、超音波装置では、発振する音圧を増大させることが改善の余地として存在する。
【００２６】
超音波装置から発振する音圧を増大させるために、メンブレン２９の振動する縦方向の幅を増大させることが考えられる。そのためには、メンブレン２９が振動する空間を確保する目的で空洞部２５の厚さ方向の長さ（高さ）を増大させる必要があるが、空洞部２５の厚さが大きくなると、振動時の振動子の静電容量の変動率が小さくなるため、受信感度が低下する問題が生じる。
【００２７】
そこで、超音波装置から発振する音圧を増大させ、送信効率および受信感度を向上させる観点から、半導体チップの素子アレイの面積に対する、素子アレイに並ぶ全ての振動子の振動面の面積（メンブレンの面積の総和）の割合（振動面の面積効率）を高めることが重要となる。つまり、複数のＣＭＵＴセルの振動面の面積の総和を増大させることが重要である。しかし、上記比較例のように、基板１の上面に沿う振動面を備えた振動子（セル５０）を、基板１の上面に沿って並べた場合、複数の振動子の振動面の面積の和が素子アレイ２２（図１０参照）の面積を超えることはない。言い換えれば、比較例の場合、振動面の面積効率の限界は１００％である。よって、超音波装置の音圧をさらに高めるためには、比較例とは異なる構造を検討し、素子アレイの面積に対する振動面の面積効率を１００％よりも高める必要がある。このように、振動面の面積効率を高めることは、改善の余地として存在する。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、上述した改善の余地を解決する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について説明する。
【００２９】
＜超音波装置の構造＞
以下に、図１および図２を用いて、本実施の形態の超音波装置の構造について説明する。図１は、本実施の形態の超音波装置を示す平面図である。図２は、本実施の形態の超音波装置を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【００３０】
図１は、本実施の形態の超音波装置である半導体チップ１１の全体を示す平面図である。半導体チップ１１は、厚さ方向において互いに反対側に位置する主面（上面、表面）および裏面（下面）を有しており、図１では、半導体チップ１１の主面側の平面図（上面図）を示している。また、図１では、図を分かり易くするため、平面視では絶縁膜４、６（図２参照）などに覆われて見ることができない空洞部５、第１電極７および第２電極８などを透過して示している。
【００３１】
図１に示すように、半導体チップ１１の平面形状は、例えば長方形、つまり矩形である。ここでは、半導体チップ１１はＸ方向に延在している。半導体チップ１１の主面には、Ｘ方向に並ぶ複数のセル２０と、複数のパッド（電極パッド、ボンディングパッド）１７、１８とが配置されている。パッド１７、１８のそれぞれは、各セル２０とＹ方向において隣り合って配置されている。Ｘ方向とＹ方向とは、平面視で互いに直交する方向であり、いずれも半導体チップ１１の主面、絶縁膜２の上面および基板１の上面（図２参照）のそれぞれに沿う方向である。平面視において、Ｘ方向は半導体チップ１１の長手方向であり、Ｙ方向は半導体チップ１１の短手方向である。パッド１７、１８は、半導体チップ１１の入出力用の端子である。パッド１７、１８には、外部装置と半導体チップ１１とを電気的に接続するためのボンディングワイヤなどが接続される。
【００３２】
半導体チップ１１に搭載された複数のセル２０の全ては、素子アレイ（セルアレイ）１２内に配置されている。言い換えれば、素子アレイ１２は、半導体チップ１１に搭載された全てのセル２０が形成された領域である。図１では、素子アレイ１２の輪郭を破線で示している。図１では、素子アレイ１２内において、Ｘ方向に並ぶセル２０のみが示されているが、加えて、Ｙ方向においてセル２０が素子アレイ１２内に並んで形成されていてもよい。つまり、セル２０は素子アレイ１２内に行列状に配置されていてもよい。
【００３３】
図１および図２に示すように、半導体チップ１１は、基板１を有している。基板１は、例えばシリコン（Ｓｉ）単結晶から成る半導体基板である。基板１の上面は、絶縁膜２により覆われている。基板１上に形成された絶縁膜２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２等）などから成る。ここでは、絶縁膜２はＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate、テトラエトキシシラン）膜から成る。絶縁膜２の上面と基板１の上面とは、互いに並行である。
【００３４】
絶縁膜２上には、絶縁膜２の上面から上方に突出し、Ｙ方向に延在する支持パターン３が、Ｘ方向に並んで複数形成されている。支持パターン３は絶縁膜から成る絶縁パターンであり、当該絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜から成る。支持パターン３は、各セル２０を支え、保持する支柱である。つまり、支持パターン３はセル２０の保持部（リム部、支持部、保持パターン）である。支持パターン３のＸ方向の両側の側面は、絶縁膜２および基板１のそれぞれの上面に対してテーパーを有している。つまり、Ｘ方向において、支持パターン３の下面の長さは、支持パターン３の上面の長さよりも大きい。したがって、支持パターン３は、Ｘ方向に沿う断面において、台形の形状を有している。なお、基板１および絶縁膜２をまとめて積層基板とみなすこともできる。つまり、支持パターン３および後述するセル２０は、当該積層基板上に形成されている。
【００３５】
各支持パターン３のＸ方向の両側の側面（傾斜面）のそれぞれの表面上には、それらの側面に対して垂直な方向（第２垂直方向）に順に形成された第１電極（リム側電極）７、絶縁膜４およびメンブレン（可撓性膜）９により覆われている。つまり、絶縁膜２の上面に対して傾斜を有する支持パターン３の短手方向（Ｘ方向）の側面には、第１電極７を介して絶縁膜４が形成されている。また、絶縁膜４の表面のうち、支持パターン３側と反対側（開口部側）の表面は、メンブレン９に覆われている。絶縁膜４は、支持パターン３の短手方向の側面に沿う方向におけるメンブレン９の両端を保持（固定）しており、絶縁膜４とメンブレン９との間には、空洞部５が形成されている。つまり、第１電極７とメンブレン９との間には、空洞部５が形成されている。空洞部５は絶縁膜４とメンブレン９とにより密閉されている。メンブレン９は、絶縁膜６と、絶縁膜６内の第２電極８とにより構成されている。ここでいうメンブレンとは、振動子の動作時に振動する部分（膜）である。空洞部５は膜が形成されていない領域であり、空洞部５内は真空となっているか、または、空気などのガスが存在する。
【００３６】
図１では、支持パターン３と、絶縁膜４とを互いに区別せず、一体となっている膜として示している。支持パターン３はＹ方向に延在するパターンであるが、支持パターン３を構成する絶縁膜（リム部）は、平面視でＸ方向に並ぶ２つのセル２０と、その２つのセル２０同士の間の開口部（音波送受信用）とを囲んでいる。また、当該絶縁膜は、平面視で素子アレイ１２の全体を囲んでいる。パッド１７、１８のそれぞれの上面は、当該絶縁膜の開口部において露出している。
【００３７】
図３に示す下部電極７、絶縁膜４、第２電極８および絶縁膜６は、支持パターン３の側面に積層された膜である。このため、下部電極７、絶縁膜４、第２電極８および絶縁膜６のそれぞれは、支持パターン３側の第１表面と、第１表面の反対側（開口部側）の第２表面とを有している。第１表面および第２表面は、下部電極７、絶縁膜４、第２電極８および絶縁膜６のそれぞれが有する面のうち、最も大きい面、および、２番目に大きい面である。つまり、下部電極７、絶縁膜４、第２電極８および絶縁膜６のそれぞれは、支持パターン３の側面に沿って広がる膜から成る。また、第２電極８および絶縁膜６から成るメンブレン９も、支持パターン３側の第１表面と、第１表面の反対側の第２表面とを有している。メンブレン９の表面のうち、支持パターン３側の第１表面とは反対側（開口部側）の第２表面を、本願ではセル２０の振動面、または、メンブレン９の振動面と呼ぶ。
【００３８】
セル２０は、支持パターン３の短手方向の１つの側面を覆うように重ねて形成された膜などから成る積層構造を有している。つまり、セル２０は、支持パターン３の当該側面を覆う第１電極７と、当該側面を覆い、第２電極８を含むメンブレン９と、当該第１電極７および当該第２電極８の相互間の空洞部５とにより構成されている振動子である。支持パターン３の当該側面に対して垂直な方向（第２垂直方向）から見た場合、支持パターン３の当該側面、第１電極７、絶縁膜４、絶縁膜６、第２電極８、メンブレン９および空洞部５のそれぞれの形状は、Ｙ方向に長い長方形、つまり矩形である。すなわち、支持パターン３の当該側面および振動面に対して垂直な方向（第２垂直方向）から見た場合、セル２０の形状は矩形である。セル２０は、超音波を受信することが可能な最小単位の振動子である。当該振動子は、静電型可変容量（可変容量センサ）を構成している。つまり、第１電極７および第２電極８は並行平板であり、１つのコンデンサを構成している。
【００３９】
セル２０のＹ方向の一方の端部からは、第２電極８のＹ方向の端部から配線が引き出されており、当該配線の端部の上面にパッド１８が形成されている。つまり、パッド１８は第２電極８に電気的に接続されている。また、セル２０のＹ方向の他方の端部からは、第１電極７のＹ方向の端部から配線が引き出されており、当該配線の端部の上面にパッド１７が形成されている。つまり、パッド１７は第１電極７に電気的に接続されている。第１電極７および第２電極８のそれぞれは、絶縁膜２の上面に対して傾斜を有しているが、パッド１７、１８のそれぞれの上面は、絶縁膜２の上面に対して並行である。このように、パッド１７、１８は、セル２０をＹ方向で挟むように配置されている。
【００４０】
パッド１７、１８は、素子アレイ１２内には配置されていない。したがって、素子アレイ１２内において、Ｘ方向およびＹ方向に複数のセル２０が行列状に配置されている場合には、パッド１７、１８は、Ｙ方向に並ぶ複数のセル２０の全てを挟むように配置される。その場合、Ｙ方向に並ぶ複数のセル２０のそれぞれを構成する複数の第１電極７は互いに電気的に接続され、Ｙ方向に並ぶ複数のセル２０のそれぞれを構成する複数の第２電極８は互いに電気的に接続される。
【００４１】
支持パターン３は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または、それらの積層膜から成る。絶縁膜４、６のそれぞれは、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜などの複数の絶縁膜を積層した構造を有している。図２では、絶縁膜４を枠状に示し、当該枠内の空洞部５を密閉する蓋としてメンブレン９を示している。ただし、実際には、絶縁膜４を構成する積層膜のうち、空洞部５よりも支持パターン３側に位置する部分と、支持パターン３の側面に沿う方向において空洞部５およびメンブレン９と隣り合う部分とは、互いに別々の膜である。
【００４２】
また、絶縁膜６を構成する積層膜のうち、第２電極８に対し支持パターン３側に位置する部分と、振動面側の部分とは、互いに別々の膜である。つまり、第２電極８は、厚さ方向（第２垂直方向）において、絶縁膜６を構成する２層以上の膜に挟まれている。絶縁膜６を構成するこれらの２層以上の膜は、実際には、絶縁膜４を構成する一部の膜と一体となっていることが考えられる。つまり、図２では絶縁膜４と絶縁膜６とを互いに区切って示しているが、絶縁膜４の一部と絶縁膜６の一部とは、実際には一体となっている。つまり、絶縁膜６の一部と、絶縁膜４の一部とは、同一の膜から成る。図２では、振動するメンブレン９として機能する部分（絶縁膜６）を分かり易くするため、絶縁膜６と絶縁膜４との間を区切って図示を行っている。
【００４３】
第１電極７、第２電極８は、例えばタングステン（Ｗ）膜または窒化チタン（ＴｉＮ）膜などの導体膜から成る。また、第１電極７、第２電極８は、タングステン膜または窒化チタン膜を含む複数の導体膜から成る積層構造を有していてもよい。第２垂直方向において、空洞部５の長さ（高さ、厚さ）は例えば１００ｎｍであり、メンブレン９の厚さは例えば３μｍである。また、基板１および絶縁膜２のそれぞれの上面に対して垂直な第１垂直方向において、支持パターン３およびセル２０のそれぞれの高さは、例えば２０μｍである。
【００４４】
メンブレン９は、絶縁膜２の上面に対して傾斜を有する支持パターン３の側面に沿って形成された膜から成るため、メンブレン９の表面である振動面は、当該側面と同様に、絶縁膜２の上面に対して傾斜を有している。したがって、メンブレン９が振動する方向である第２垂直方向は、第１垂直方向と並行ではなく、第１垂直方向に対して傾斜を有している。
【００４５】
支持パターン３のＸ方向の中心を通り第１垂直方向に沿う軸を中心に、支持パターン３の横には左右対称にセル２０が一対形成されている。言い換えれば、Ｘ方向の支持パターン３の両側の側面のそれぞれには、Ｙ方向に延びる線を中心として、線対称にセル２０が形成されている。このため、支持パターン３の両側の側面を覆うセル２０のそれぞれは、絶縁膜２の上面に対して同じ角度で傾斜した振動面を有している。つまり、支持パターン３の両側のそれぞれには、絶縁膜２の上面に対して角度θの傾斜を有する振動面を備えたセル２０が線対称に形成されている。すなわち、支持パターン３は、基板１の上面に沿うＸ方向において互いに反対側に位置し、基板１の上面に対して傾斜している第３表面（第１側面）を一対有している。そして、２つの第３表面のそれぞれに固定されたセル２０同士は、支持パターン３を中心に線対称に形成されている。
【００４６】
支持パターン３の側面に形成されたセル２０と、他の支持パターン３の側面に形成されたセル２０との間は、必ず離間している。すなわち、隣り合う支持パターン３同士の間でＸ方向に並ぶセル２０同士の間は離間している。つまり、隣り合う支持パターン３同士の間において、それらの支持パターン３のそれぞれの側面には、絶縁膜２の上面に対して角度θの傾斜を有する振動面を備えたセル２０が、互いに離間して線対称に形成されている。隣り合う支持パターン３同士の間でＸ方向に並ぶセル２０同士の間には、開口部が形成されている。
【００４７】
よって、メンブレン９の第２垂直方向の両側には、Ｘ方向に並ぶセル２０同士の間の空間（開口部）と、空洞部５内の空間とがある。このため、メンブレン９は、セル２０に電圧が印加された際、および、セル２０が音波を受けた際に、振動することができる。また、１つの支持パターン３の両側の側面に形成されたセル２０同士の間には、他の振動子（ＣＭＵＴのセル）は形成されていない。また、互いに隣り合う支持パターン３の対向する側面のそれぞれに固定されたセル２０同士の間の領域には、開口部が形成されており、当該領域に他の振動子（ＣＭＵＴのセル）は形成されていない。また、互いに隣り合うセル２０同士の間には、図１０および図１１に示すような、基板の上面に対して並行な振動面を有するメンブレンを備えた振動子は形成されていない。
【００４８】
なお、各セル２０の振動面は、絶縁膜２の上面に対して斜めになっているが、隣り合う支持パターン３同士の間でＸ方向に並ぶセル２０の振動面同士は、互いに対向しているといえる。つまり、隣り合う支持パターン３同士の間でＸ方向に並ぶセル２０同士は、互いに対向している。振動面が絶縁膜２の上面に対してテーパーを有しているため、隣り合う支持パターン３同士の間でＸ方向に並ぶセル２０同士の間隔は、下方（絶縁膜２側）よりも上方の方が大きい。言い換えれば、隣り合う支持パターン３同士の間でＸ方向に並ぶセル２０の上端同士の間隔は、それらのセル２０の下端同士の間隔よりも大きい。
【００４９】
隣り合う支持パターン３同士の間でＸ方向に並ぶセル２０同士の間の領域（開口部）には膜が形成されていない。これは、各セル２０のメンブレン９が振動するスペースを確保するためである。つまり、隣り合う支持パターン３同士の間でＸ方向に並ぶセル２０同士の間に、支持パターン３を貫通する開口部が形成されていることで、基板１の上面に対して傾斜した振動面を有するセル２０のメンブレン９は、振動することができる。隣り合う支持パターン３同士の間で対向するセル２０同士の間の領域には、空気などの気体が存在することが考えられる。また、当該領域は、水などの液体により満たされていてもよい。
【００５０】
セル２０の振動面と絶縁膜２の上面との成す角である角度（傾斜角）θは、セル２０の振動面と基板１の上面との成す角である角度θと同じである。角度θは、０度より大きく、１８０度より小さい角度である。すなわち、角度θは、０＜θ＜１８０で表される。本実施の形態では、振動面が絶縁膜２の上面および基板１の上面のそれぞれに対して傾斜を有していることを前提に、０＜θ＜９０である場合について主に説明する。言い換えれば、ここでは、メンブレン９の振動面と、セル２０の直下の絶縁膜２の上面およびセル２０の直下の基板１の上面のそれぞれとの成す角度θは、鋭角である。
【００５１】
すなわち、セル２０のメンブレン９の振動面と、当該セル２０の下面との成す角度θは、鋭角である。ここでいうセル２０の下面とは、セル２０の表面のうち、セル２０と絶縁膜２の上面とが接する面を指す。言い換えれば、セル２０の下面とは、セル２０の表面のうち、セル２０と、絶縁膜２および基板１から成る積層基板の上面とが接する面を指す。セル２０の下面は、絶縁膜２および基板１のそれぞれの上面に対して並行な面である。
【００５２】
なお、本願でいう、振動面と基板１の上面および絶縁膜２の上面のそれぞれとの成す角度とは、振動面に沿う線と、それらの上面との交点での角度であり、振動面に沿う当該線よりもセル２０側の角度である。つまり、例えば、隣り合う支持パターン３同士の間において、互いに離間するセル同士の間で露出する絶縁膜２の上面と、振動面に沿う線との間の角度は、本願でいう、振動面と絶縁膜２の上面との成す角度ではない。
【００５３】
角度θが９０度である場合については、後に図６を用いて、本実施の形態の変形例１として説明する。また、９０＜θ＜１８０である場合、つまり、振動面が逆テーパーを有する場合については、後に変形例２において図７を用いて説明する。なお、本願では、角度θが９０度である場合であっても、振動面は絶縁膜２の上面および基板１の上面のそれぞれに対して傾斜を有しているものとして説明を行う。また、支持パターン３の側面も、絶縁膜２の上面および基板１の上面のそれぞれに対して角度θの傾斜を有していることは、言うまでもない。
【００５４】
ここでは、図２に示すように、特に、角度θが４５度以上であって９０度に近い場合を想定し、セル２０が支持パターン３の側面に形成されていると説明したが、角度θが例えば１０度程度である場合は、セル２０が形成されている支持パターン３の表面は、支持パターン３の側面と表現することもできるが、支持パターン３の上面と表現することもできる。セル２０が形成されている支持パターン３の表面は、支持パターン３の表面のうち、支持パターン３の最上面および最下面のいずれとも異なり、基板１および絶縁膜２のそれぞれの上面に対して傾斜を有している面である。例えば、セル２０が形成されている支持パターン３の表面は、支持パターン３の最上面と、支持パターン３の最下面とに両端が接続された面である。また、例えば、セル２０が形成されている支持パターン３の表面は、支持パターン３の最上面および最下面のいずれか一方に端部が接続された面であってもよい。
【００５５】
支持パターン３の最上面および最下面は、基板１および絶縁膜２のそれぞれの上面と並行な面である。また、支持パターン３の最下面は、支持パターン３の表面のうち、基板１および絶縁膜２側の面であり、支持パターン３の最上面は、当該最下面の反対側の面である。
【００５６】
本実施の形態の超音波装置の構造における主な特徴の１つは、セル２０の振動面が基板１の上面に対し傾斜を有していることにより、素子アレイ１２（図１参照）内に形成された複数のセル２０のメンブレン９の面積（振動面の面積）の総和が、図１０および図１１に示す比較例の複数のセル５０のメンブレン２９の面積（振動面の面積）の総和よりも大きい点にある。例えば、素子アレイ１２内の複数のセル２０の振動面の面積の総和は、素子アレイ１２の面積よりも大きい。また、本実施の形態の超音波装置の構造における他の特徴としては、基板１の上面に沿う方向に複数のセル２０が同じ高さに配置されている点、支持パターン３を中心として線対称にセル２０が配置されている点、および、各セル２０が同じ傾斜を有している点がある。
【００５７】
＜超音波装置の動作＞
以下に、図１〜図３を用いて、本実施の形態の超音波装置の動作について説明する。図３は、本発明の実施の超音波装置を構成するメンブレンの動作を示す断面図である。
【００５８】
図１〜図３に示すように、本実施の形態の超音波装置を構成する半導体チップ１１は、超音波トランスデューサを構成する複数の振動子（セル２０）を有している。超音波トランスデューサを用いて超音波を発生させる動作（送信動作）では、第１電極７および第２電極８に直流および交流の電圧を重畳印加することにより、第１電極７と第２電極８との間に静電気力が働き、各振動子のメンブレン９が、メンブレン９のばねの力との釣り合いにより、共振周波数付近で第２垂直方向に振動する（図３参照）。これにより、振動子から数ＭＨｚの超音波（超音波パルス）が発生する。このとき、第１電極７と第２電極８との間の最大の電位差は、例えば３００Ｖである。
【００５９】
図３では、メンブレン９が、互いに隣り合う支持パターン３同士の間の開口部側に振動している瞬間の状態を示している。また、図３ではメンブレン９が振動する方向（第２垂直方向）を矢印で示している。また、図３では、各セル２０から上方に拡散する音波を複数の円弧状の線で示している。
【００６０】
また、超音波装置による受信動作では、各振動子のメンブレン９に到達した超音波の圧力によりメンブレン９が振動し、第１電極７と第２電極８との間の静電容量が変化することで、超音波を検出することができる。すなわち、送信して対象物に当たって戻ってきた超音波、つまり反射波がメンブレン９に当たることにより、メンブレン９が振動し、これにより起きる第１電極７と第２電極８との間隔の変位を静電容量（各振動子の静電容量）の変化として検出する。
【００６１】
このように超音波装置を用いて超音波の送受信を行うことにより、例えば生体組織の断層像を撮像することができる。また、超音波装置を用いた超音波の送信動作では、超音波を対象（患部）に照射することで、例えば癌などの治療を行うことも可能である。
【００６２】
本実施の形態では、各セル２０の振動面が傾斜しており、メンブレン９の振動方向である第２垂直方向は、基板１の上面（主面）に対する垂直方向（第１垂直方向）に対して傾斜している。しかし、図１に示す本実施の形態の半導体チップ１１を用い、素子アレイ１２から発振される超音波を、第１垂直方向に沿って半導体チップ１１の上方（直上方向）に向けて送信することができる。これは、図２に示すメンブレン９の振動時に発振される超音波は、振動方向にのみ送信されるのではなく、セル２０の周囲に拡散すること、１つのセル２０から発振される超音波が、隣り合う他のセル２０の表面および絶縁膜２の上面に反射すること、および、下記の理由に起因する。
【００６３】
すなわち、基板１の上面に沿ってＸ方向に並ぶ２つのセル２０から発振された超音波は、例えば当該２つのセル２０の中間点の直上において合成され、強め合う。図３では、超音波同士が合成される箇所の一部を黒丸で示している。このように２つのセル２０から発振された超音波が強め合う箇所は、第１垂直方向に沿う箇所に存在している。これは、第１垂直方向に沿って音圧の高い超音波が送信されることを意味する。つまり、複数のセル２０から発振される超音波のそれぞれは、特に半導体チップ１１の直上で強め合う。これは、半導体チップ１１の直上に向けて、超音波を送信することが可能であることを意味する。
【００６４】
図３では、隣り合う支持パターン３同士の間で並ぶセル２０同士の発する超音波が強め合う様子を示しているが、例えば、支持パターン３を挟んで隣り合うセル２０同士は発する超音波も、互いに強め合う。また、複数のセル２０を相互間に挟んで配置された２つのセル２０同士であっても、互いのセル２０の発する超音波は合成されて強め合う。すなわち、超音波を第１垂直方向に沿って半導体チップ１１の上方に送信するためには、互いに同様の性能および同様の振動面の傾斜角を有する複数のセル２０を、基板１の上面に沿う方向において同じ高さの位置に並べることが重要であり、セル２０を等間隔で配置すること、および、セル２０を線対称に配置することも重要である。言い換えれば、全てのセル２０の振動面の傾斜角を同一に揃えるべきである。また、Ｘ方向またはＹ方向に並ぶ複数のセル２０の他に、それらのセル２０と異なる高さにＣＭＵＴのセルを配置すべきではない。
【００６５】
以上より、全てのセル２０の振動面が基板１の上面に対して傾斜していても、超音波を第１垂直方向に沿って半導体チップ１１の上方に送信することができる。つまり、振動面の振動方向（第２垂直方向）とは異なる方向（第１垂直方向）に超音波を送信することができる。また、受信動作時においては、全てのセル２０の振動面が基板１の上面に対して傾斜していても、振動面の合計面積に応じて高い感度で超音波を受信することができる。
【００６６】
なお、所定のセル２０から発振される超音波のうち、Ｘ方向に進む超音波は、他のセル２０の空洞部５に遮られるため、セル２０を透過しない。よって、所定のセル２０から発振された超音波を、検査対象に反射する前に他のセル２０が誤検出することを防ぐことができる。また、セル２０から発振された超音波の一部は、隣り合う支持パターン３同士の間の領域の下方にも伝わり得る。その場合、超音波装置内での超音波の反射に起因する誤検出を防ぐ観点などから、絶縁膜２を、超音波が減衰し易い材料で形成することが考えられる。また、セル２０と基板１との間に、超音波を反射し易い材料から成る膜を形成することで、超音波を半導体チップ１１の上方に送信し易くしてもよい。
【００６７】
＜超音波装置の効果＞
以下に、本実施の形態の超音波装置の効果について、図１〜図５および図１０〜図１３を用いて説明する。図４は、本実施の形態の超音波装置の音圧と時間の関係を示すグラフである。図５は、本実施の形態の超音波装置の音圧レベルと周波数の関係を示すグラフである。図１２は、比較例である超音波装置の音圧と時間の関係を示すグラフである。図１３は、比較例である超音波装置の音圧レベルと周波数の関係を示すグラフである。
【００６８】
超音波装置に関しては、上述したように、超音波装置の送信音圧を増大させること、超音波装置の受信感度を高めること、および、癌治療などの際の治療効果を高めることが、改善の余地として存在する。半導体チップの素子アレイの面積に対する、素子アレイに並ぶ全ての振動子の振動面の面積（メンブレンの面積の総和）の割合（振動面の面積効率）を高めれば、上記課題を解決することができる。しかし、図１０および図１１に示すように、振動面と基板１の上面とが並行なセル５０を素子アレイ２２に並べた場合、振動面の面積効率は１００％が限界であり、さらに面積効率を高めることはできない。
【００６９】
そこで、本実施の形態では、図１〜図３に示すように、基板１の上面に対して傾斜したセル２０を素子アレイ１２に形成することにより、面積効率を高めることを可能としている。すなわち、振動面が傾斜しているセル２０を形成することで、各セル２０を構成するメンブレン９の表面積（振動面の面積）を増大させること、および、素子アレイ１２内において単位面積当たりに配置可能なセル２０の数を増大させることができる。言い換えれば、各セル２０の振動面の面積の減少を防ぎ、かつ、素子アレイ１２内におけるセル２０の密度を高めることができる。
【００７０】
本実施の形態では、ＣＭＵＴの面積効率を高めること、つまり、素子アレイ１２の平面視の面積に対する、複数の振動子の振動面の面積の総和の割合を高めることが可能となる。例えば、素子アレイ１２の面積に対する振動面の面積効率を１００％よりも高くすることができる。具体的には、例えば振動面の面積効率を、２００％とすることが可能である。
【００７１】
本実施の形態の半導体チップから送信される超音波の音圧および音圧レベルが、比較例の半導体チップから送信される超音波の音圧および音圧レベルのそれぞれよりも増大していることは、図４、図５、図１２および図１３に示すグラフから読み取ることができる。図４および図１２に示すグラフにおいて、縦軸は、半導体チップから送信される超音波の音圧を示しており、横軸は、時間の経過を示している。図５および図１３に示すグラフにおいて、縦軸は、半導体チップから送信される超音波の音圧レベルを示しており、横軸は、周波数を示している。
【００７２】
図４、図５、図１２および図１３に示すグラフは、図１および図２に示す本実施の形態の超音波装置と、図１０および図１１に比較例の超音波装置とのそれぞれについて、同じ条件で本発明者らが送信音圧を測定した結果を示すものである。すなわち、本実施の形態および比較例において、１つの振動子（ＣＭＵＴのセル）の振動面の面積は同じであり、いずれも振動面の幅は２０μｍである。また、本実施の形態および比較例のそれぞれにおいて、メンブレンの厚さは３μｍであり、振動方向における空洞部の長さ（高さ、厚さ）は、１００ｎｍである。音圧の測定位置は、絶縁膜２（図２および図１１参照）の上面から上方に１２０μｍ離れた箇所である。また、本実施の形態および比較例のそれぞれの入力電圧条件として、駆動電圧は１２０Ｖであり、駆動周波数は３５ＭＨｚである。また、本実施の形態および比較例のそれぞれの素子アレイ領域の面積は同じである。ただし、素子アレイ内に並べられたセルの単位面積当たりの数は、比較例よりも本実施の形態の方が多い。
【００７３】
比較例に係る図１２のグラフと、本実施の形態に係る図４のグラフとを比べると、本実施の形態の方が、送信波の音圧の最大値が高い。
【００７４】
図１３の縦軸では、比較例の半導体チップが発信する超音波の最大の音圧レベルを基準の値である０（ｄＢ）としている。また、図５の縦軸でも、比較例の半導体チップが発信する超音波の最大の音圧レベルを基準の値である０（ｄＢ）としている。つまり、図５のグラフにおいて、音圧レベルが縦軸の０ｄＢの値より高いということは、本実施の形態の超音波装置の音圧レベルが、比較例の超音波装置の音圧レベルを上回っていることを意味する。比較例に係る図１３のグラフの音圧レベルの最大値と、本実施の形態に係る図５のグラフの音圧レベルの最大値とを比べると、比較例よりも本実施の形態の方が、送信波の最大の音圧レベルが約１２．２ｄＢ高いことが分かる。
【００７５】
このように、本実施の形態では、比較例に比べ、超音波装置の送信音圧を増大させることができる。これにより、癌治療などの際の治療効果を高めることができる。また、振動面の面積効率を高めることで、超音波装置の受信感度を高めることができる。すなわち、超音波装置の性能を向上させることができる。
【００７６】
また、ここでは、図１および図２に示すように、Ｘ方向において隣り合うセル２０のそれぞれの振動面の傾斜角（角度θ）を同じ大きさに設定している。つまり、支持パターン３を挟んで隣り合うセル２０同士は、線対称に配置されている。また、隣り合う支持パターン３同士の間で向かい合うセル２０同士は、線対称に配置されている。これにより、第１垂直方向に沿って半導体チップ１１の上方（直上方向）に超音波を送信することが容易となる。すなわち、ここでは、第１垂直方向に沿って半導体チップ１１の上方に超音波を送信するため、各セル２０の傾斜角度を揃え、複数のセル２０をＸ方向に並べて互いに同じ高さに配置している。また、支持パターン３を挟んで隣り合うセル２０同士が線対称に配置されていることで、各セル２０のメンブレン９が振動する際、支持パターン３が振動することを防ぐことができる。したがって、支持パターン３の振動に起因する不要な音波の発生を防ぐことができる。
【００７７】
また、角度θが９０度より小さい場合、超音波装置の製造工程を簡便化することができる。すなわち、支持パターン３を形成する際は、絶縁膜２上に形成した絶縁膜上にフォトレジスト膜などのマスクを形成し、当該マスクから露出する領域の当該絶縁膜をドライエッチング法により除去し、当該絶縁膜を貫通する溝を形成することで、当該絶縁膜から成る複数の支持パターン３を形成することが考えられる。この場合、当該溝は、絶縁膜２に近づく程、開口幅が小さくなる。よって、当該溝の側面、つまり支持パターン３の側面は、傾斜を有する面となる。
【００７８】
このような製造方法であれば、例えば、角度θが９０度である場合、または鈍角である場合に比べて、少ない工程で支持パターン３を形成することができる。よって、超音波装置の製造工程を簡便化し、超音波装置の製造コストを低減することができる。
【００７９】
また、角度θが４５以上、１３５度以下であれば、特に面積効率を高めることができる。つまり、面積効率を１００％以上とすることが容易となり、比較例に比べ、音圧を向上させる効果を顕著に得ることができる。この場合、角度θは、４５≦θ≦１３５で表される。つまり、メンブレン９の振動面の高さ方向（第１垂直方向）の長さ（高さ）は、Ｘ方向の長さ以上の大きさであることが特に望ましい。
【００８０】
さらに、角度θは９０度に近いことが望ましい。具体的には、２つのセルの振動面の振動方向における高さ（長さ）の和は、単位セルの水平幅より大きいことが望ましい。ここでいうセルの振動面の振動方向の高さとは、振動方向（第２垂直方向）におけるセルの厚さを意味し、図２に示す長さＸ１に当たる。長さＸ１は、振動方向における振動面と、セルが固定されている下地との間の長さ、つまり、第２垂直方向における支持パターン３とセル２０の第１電極７との界面から、当該セル２０の振動面（メンブレン９の表面）までの長さである。また、ここでいう単位セルの水平幅とは、図２に示す１つのセル２０の長さＸ２であって、基板１の上面および絶縁膜２の上面のそれぞれに沿う方向におけるセル２０の幅である。長さＸ２は、ここではＸ方向に沿う長さである。つまり、単位セルの水平幅は、セル２０の平面視の幅のうち、短手方向の幅、つまり最短幅である。また、長さＸ１、Ｘ２の大きさの基準となるセルとは、メンブレンと、空洞部と、当該メンブレンおよび当該空洞部の両方と振動方向で重なる範囲の第１電極とにより構成される。
【００８１】
すなわち、２Ｘ１＞Ｘ２の式が成り立つ程度に、振動面の傾斜角を９０度に近付け、平面視におけるセル２０の幅Ｘ２を小さくすることが望ましい。例えば、図１０および図１１に示す比較例では、振動面の傾斜角は０度であり、セル５０が基板１の上面に沿って広がっている。よって、長さＸ２（図２参照）に対応するセル５０の水平幅が例えば２０μｍ程度あり、２つのセル５０のそれぞれの振動方向の長さＸ１（図２参照）に対応する高さ（例えば３μｍ）の和（例えば６μｍ）は、当該水平幅を超えない。これに対し、本実施の形態では、２Ｘ１＞Ｘ２の式が成り立つことで、角度θは９０度により近くなり、面積効率を向上させる効果を顕著に得ることができる。
【００８２】
＜変形例１＞
図６に、本実施の形態の変形例１である超音波装置の断面図を示す。図６に示すように、メンブレン９の振動面は、絶縁膜２および基板１のそれぞれの上面に対し、垂直に形成されていてもよい。すなわち、本変形例の超音波装置は、角度θが９０度である点を除き、図１および図２を用いて説明した超音波装置と同様の構造を有している。ここで、支持パターン３の側面も、絶縁膜２の上面および基板１の上面のそれぞれに対して直角であることは、言うまでもない。ここでは、Ｘ方向に沿う断面において、支持パターン３は矩形の構造を有している。
【００８３】
すなわち、セル２０のメンブレン９の振動面と、当該セル２０の下面との成す角度θは、直角である。ここでは、メンブレン９が振動する方向である第２垂直方向は、基板１および絶縁膜２のそれぞれの上面に対して並行である。
【００８４】
このように、隣り合う支持パターン３同士の間で、Ｘ方向において互いに対向するセル２０の振動面同士のそれぞれの振動方向（第２垂直方向）が、絶縁膜２および基板１のそれぞれの上面と平行である場合であっても、送信動作時には、超音波を第１垂直方向に沿って半導体チップ１１の上方に送信することができる。
【００８５】
本変形例のように、絶縁膜２および基板１のそれぞれの上面と振動面との角度θが９０度である場合、平面視におけるセル２０のＸ方向の幅を最小にすることができるため、０＜θ＜９０または９０＜θ＜１８０の場合に比べて、図１に示す素子アレイ１２内に配置することができるセル２０の数を増大させることができる。すなわち、振動面の面積効率を高めることができるため、超音波装置の送信音圧および感度をより高めることができる。
【００８６】
＜変形例２＞
図７に、本実施の形態の変形例２である超音波装置の断面図を示す。図７に示すように、メンブレン９の振動面は、絶縁膜２および基板１のそれぞれの上面に対し、逆テーパーの傾斜を有している。すなわち、本変形例の超音波装置は、角度θが９０＜θ＜１８０の関係にある点を除き、図１および図２を用いて説明した超音波装置と同様の構造を有している。ここで、支持パターン３の側面も、絶縁膜２の上面および基板１の上面のそれぞれに対して角度θの傾斜を有していることは、言うまでもない。つまり、支持パターン３の側面も、絶縁膜２および基板１のそれぞれの上面に対し、逆テーパーの傾斜を有している。このため、Ｘ方向に沿う断面において、支持パターン３は下面の幅が上面の幅よりも小さい台形の構造を有している。
【００８７】
セル２０は、セル２０および支持パターン３から露出する絶縁膜２の上面上に庇状に形成されている。また、隣り合う支持パターン３同士の間において対向するセル２０同士の間隔は、下方（基板１側）より上方の方が小さい。すなわち、セル２０のメンブレン９の振動面と絶縁膜２の上面および基板１の上面のそれぞれとの成す角度θは、鈍角である。つまり、セル２０のメンブレン９の振動面と、当該セル２０の下面面との成す角度θは、鈍角である。
【００８８】
本変形例２のように、セル２０の振動面が逆テーパーを有していても、図１０および図１１を用いて説明した比較例に比べて振動面の面積効率を高めることができる。このため、図１〜図５を用いて説明した超音波装置と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
（実施の形態２）
次に、前記実施の形態１のＣＭＵＴを搭載した半導体チップを、例えば超音波エコー診断装置（超音波診断装置、超音波画像装置）などの超音波装置に適用した場合について、図８および図９を用いて説明する。図８は、本実施の形態の超音波装置を示す斜視図である。図９は、本実施の形態の超音波装置の構成を示すブロック図である。
【００９０】
超音波装置の一種である超音波画像装置は、音波の透過性を利用し、外から見ることのできない生体内部を、可聴音領域を超えた超音波を用いてリアルタイムで画像化して目視可能にした医療用診断装置である。図８に示すように、超音波画像装置３０は、本体３２と、本体３２の上部に設置された表示部３３と、本体の前面部分に取り付けられた操作部３６と、半導体チップ３４を含む超音波探触子（プローブ）３５とを備えている。超音波探触子３５からはコードが伸びており、当該コードは接続部３７において本体３２に接続されている。この半導体チップ３４は、例えば図１に示す半導体チップ１１に相当する。
【００９１】
図９に示すように、超音波画像装置（超音波装置）３０は、超音波探触子３５、送受信分離部４０、送信部４２、バイアス部４３、受信部４４、整相加算部４５、画像処理部４６、表示部３３、制御部４７および操作部３６により構成されている。超音波探触子３５は送受信分離部４０に接続されており、操作部３６は制御部４７に接続されている。送信部４２およびバイアス部４３は、送受信分離部４０と制御部４７との間に並列に接続されている。送受信分離部４０は受信部４４に接続されており、受信部４４は整相加算部４５および表示部３３に接続されており、画像処理部４６は制御部４７、整相加算部４５および表示部３３に接続されている。
【００９２】
超音波探触子３５は、被検体（生体）に接触させて被検体との間で超音波を送受波する装置であり、被検体との接触面の内側にＣＭＵＴ素子のアレイを備えた半導体チップ３４を有している。この半導体チップ３４として、前記実施の形態１の半導体チップが採用されている。
【００９３】
次に、本実施の形態の超音波装置である超音波画像装置３０の動作について説明する。超音波画像装置３０を用いて検査をする際には、超音波探触子３５から超音波が被検体に送波され、被検体からの反射エコー信号が超音波探触子３５により受波される。送信部４２およびバイアス部４３は、超音波探触子３５に駆動信号を供給する装置である。
【００９４】
受信部４４は、超音波探触子３５から出力される反射エコー信号を受信する装置である。受信部４４は、さらに、受信した反射エコー信号に対してアナログデジタル変換などの処理を行う。送受信分離部４０は、送信時には送信部４２から超音波探触子３５へ駆動信号を渡し、受信時には超音波探触子３５から受信部４４へ受信信号を渡すよう送信と受信とを切り換え、分離するものである。
【００９５】
整相加算部４５は、受信された反射エコー信号を整相加算する装置である。画像処理部４６は、整相加算された反射エコー信号に基づいて診断画像（例えば、断層像または血流像など）を構成する装置である。表示部３３は、画像処理された診断画像を表示する表示装置である。
【００９６】
制御部４７は、上述した各構成要素を制御する装置である。操作部３６は、制御部４７に指示を与える装置である。操作部３６は、例えば、トラックボール、キーボード若しくはマウスなどの入力機器またはそれらを組み合わせたものである。
【００９７】
図８に示す超音波探触子３５は、超音波の送受信部である。超音波探触子３５を形成するプローブケースの先端面の内側には、半導体チップ３４が、その主面（複数の振動子の形成面）を外部に向けた状態で取り付けられている。
【００９８】
超音波診断に際しては、超音波探触子３５の先端を被検体（生体）の表面に当てた後、超音波探触子３５の先端が被検体の表面に当たる位置を徐々にずらしながら走査する。このとき、体表に当てた超音波探触子３５から被検体内に数ＭＨｚの超音波パルスを送波し、音響インピーダンスの異なる組織境界からの反射波（反響またはエコー）を受波する。これにより、表示部３３に表示された生体組織の断層像を得て、診断対象に関する情報を知ることができる。超音波を送波してから受波するまでの時間間隔によって反射体の距離情報が得られる。また、反射波のレベルなどから反射体の存在または質に関する情報が得られる。
【００９９】
また、このように生体組織の断層像を得ながら、超音波を患部に照射し、治療を行うこともできる。治療を行うことが可能な超音波装置としては、例えばＨＩＦＵ（High Intensity Focused Ultrasound：高密度焦点式超音波治療法）を用いる装置が挙げられる。ＨＩＦＵは、生体内の患部に超音波を集めることで治療を行う方法である。Ｘ照射または粒子線照射法などに比べ、ＣＭＵＴ技術を用いた癌治療は、安価かつ簡易な装置を使用することができ、治療を安価かつ簡易に行うことができ、当該装置を小スペース化し、生体への影響（副作用）を低減することができる。
【０１００】
超音波探触子３５としては、手に持って被検体の外部から被検体の表面に当てて検査などを行うために用いられるものが考えられるが、超音波探触子３５は、被検体の内部に挿入して使用されるものであってもよい。例えば、超音波探触子３５は、生体の血管内に挿入して血管の拡張具合または詰まりなどを検査する血管カテーテルであってもよい。また、本実施の形態の超音波装置は、顕微鏡として用いることもできる。
【０１０１】
本実施の形態の超音波装Ｃ置は、超音波探触子が備える半導体チップとして、前記実施の形態１で説明した半導体チップを採用している。すなわち、当該超音波装置は、基板の上面に対してメンブレンの振動面が傾斜しているＣＭＵＴセルを複数有するものであり、振動面の面積効率の向上を実現している。これにより、超音波装置の超音波探触子３５から送信する超音波の音圧を高めることができる。また、送信音圧の向上により、超音波の照射による治療効果を向上させることができる。また、振動面の面積効率の向上により、超音波の受信感度を高めることができる。よって、超音波装置の性能を向上させることができる。
【０１０２】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１０３】
１    基板
２、４、６、２４、２６    絶縁膜
３    支持パターン
５、２５    空洞部
７、２７    第１電極
８、２８    第２電極
９、２９    メンブレン
２０、５０    セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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