(57)【要約】【課題】容量検出型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）において、高送信音圧と高受信感度とを実現することのできる技術を提供する。【解決手段】上部電極７の中央部分に、例えば直径が１０μｍ程度の開口部７ａを形成する。超音波トランスデューサの駆動時に、上面から見て、上部電極７の下面を覆う第２絶縁膜の下面と、下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜の上面とが接触する接触領域１４を内包するように開口部７ａを設けることにより、接触領域１４において、第１および第２絶縁膜が上部電極７と下部電極３とによって挟まれない構造とする。【選択図】図１
2010004199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極を覆うように形成された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に、上面から見て、前記第１電極と重なるように形成された空洞部と、
前記空洞部を覆うように形成された第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に、上面から見て、前記空洞部と重なるように形成された第２電極とを備えた超音波トランスデューサであって、
前記第２電極の中央部分に開口部が形成され、前記超音波トランスデューサの駆動時に、上面から見て、前記第２電極に形成された前記開口部が前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包することを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
請求項１記載の超音波トランスデューサにおいて、上面から見て、前記第２電極に形成された前記開口部が、前記第１電極と前記第２電極との電位差が最大になったときの前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包することを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項３】
請求項１記載の超音波トランスデューサにおいて、上面から見て、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域の形状が円形であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項４】
請求項１記載の超音波トランスデューサにおいて、上面から見て、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域の形状が四角形であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項５】
請求項３または４記載の超音波トランスデューサにおいて、前記第２電極に形成された前記開口部の面積が、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域の面積の３倍程度であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項６】
第１電極と、
前記第１電極を覆うように形成された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に、上面から見て、前記第１電極と重なるように形成された空洞部と、
前記空洞部を覆うように形成された第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に、上面から見て、前記空洞部と重なるように形成された第２電極とを備えた超音波トランスデューサであって、
前記第１電極の中央部分に開口部が形成され、前記超音波トランスデューサの駆動時に、上面から見て、前記第１電極に形成された前記開口部が前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包することを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項７】
請求項６記載の超音波トランスデューサにおいて、上面から見て、前記第１電極に形成された前記開口部が、前記第１電極と前記第２電極との電位差が最大になったときの前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包することを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項８】
請求項６記載の超音波トランスデューサにおいて、上面から見て、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域の形状が円形であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項９】
請求項６記載の超音波トランスデューサにおいて、上面から見て、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域の形状が四角形であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項１０】
請求項８または９記載の超音波トランスデューサにおいて、前記第１電極に形成された前記開口部の面積が、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域の面積の３倍程度であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項１１】
第１電極と、
前記第１電極を覆うように形成された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に、上面から見て、前記第１電極と重なるように形成された空洞部と、
前記空洞部を覆うように形成された第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に、上面から見て、前記空洞部と重なるように形成された第２電極とを備えた超音波トランスデューサであって、
前記第１電極の中央部分に第１開口部が形成され、前記第２電極の中央部分に第２開口部が形成され、前記超音波トランスデューサの駆動時に、上面から見て、前記第１および第２開口部が前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包することを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項１２】
請求項１１記載の超音波トランスデューサにおいて、上面から見て、前記第１および第２開口部が、前記第１電極と前記第２電極との電位差が最大になったときの前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包することを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項１３】
請求項１１記載の超音波トランスデューサにおいて、上面から見て、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域の形状が円形であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項１４】
請求項１１記載の超音波トランスデューサにおいて、上面から見て、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域の形状が四角形であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載の超音波トランスデューサにおいて、前記第１および第２開口部の面積が、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域の面積の３倍程度であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項１６】
（ａ）半導体基板の主面上に第１電極を形成する工程と、
（ｂ）前記第１電極を覆うように第１絶縁膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第１絶縁膜上に、上面から見て、前記第１電極と重なるように犠牲パターンを形成する工程と、
（ｄ）前記犠牲パターンを覆うように第２絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）前記第２絶縁膜上に、上面から見て、中央部分に開口部を有する第２電極を前記犠牲パターンと重なるように形成する工程と、
（ｆ）前記第２電極を覆うように第３絶縁膜を形成する工程と、
（ｇ）前記第２および第３絶縁膜に、前記犠牲パターンに達するエッチング孔を形成する工程と、
（ｈ）前記エッチング孔を介して前記犠牲パターンを除去することにより、空洞部を形成する工程と、
（ｉ）前記エッチング孔および前記第２絶縁膜を覆うように第４絶縁膜を形成する工程と、
を含み、
前記（ｅ）工程において、前記第２電極が振動する際に、上面から見て、前記開口部が、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包するように前記第２電極に形成されることを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１７】
（ａ）半導体基板の主面上に、上面から見て、中央部分に開口部を有する第１電極を形成する工程と、
（ｂ）前記開口部の内部を第５絶縁膜で埋め込む工程と、
（ｃ）前記第１電極および前記第５絶縁膜を覆うように第１絶縁膜を形成する工程と、
（ｄ）前記第１絶縁膜上に、上面から見て、前記第１電極および前記第５絶縁膜と重なるように犠牲パターンを形成する工程と、
（ｅ）前記犠牲パターンを覆うように第２絶縁膜を形成する工程と、
（ｆ）前記第２絶縁膜上に、上面から見て、第２電極を前記犠牲パターンと重なるように形成する工程と、
（ｇ）前記第２電極を覆うように第３絶縁膜を形成する工程と、
（ｈ）前記第２および第３絶縁膜に、前記犠牲パターンに達するエッチング孔を形成する工程と、
（ｉ）前記エッチング孔を介して前記犠牲パターンを除去することにより、空洞部を形成する工程と、
（ｊ）前記エッチング孔および前記第２絶縁膜を覆うように第４絶縁膜を形成する工程と、
を含み、
前記（ａ）工程において、前記第２電極が振動する際に、上面から見て、前記開口部が、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包するように前記第１電極に形成されることを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１８】
（ａ）半導体基板の主面上に、上面から見て、中央部分に第１開口部を有する第１電極を形成する工程と、
（ｂ）前記第１開口部の内部を第５絶縁膜で埋め込む工程と、
（ｃ）前記第１電極および前記第５絶縁膜を覆うように第１絶縁膜を形成する工程と、
（ｄ）前記第１絶縁膜上に、上面から見て、前記第１電極および前記第５絶縁膜と重なるように犠牲パターンを形成する工程と、
（ｅ）前記犠牲パターンを覆うように第２絶縁膜を形成する工程と、
（ｆ）前記第２絶縁膜上に、上面から見て、中央部分に第２開口部を有する第２電極を前記犠牲パターンと重なるように形成する工程と、
（ｇ）前記第２電極を覆うように第３絶縁膜を形成する工程と、
（ｈ）前記第２および第３絶縁膜に、前記犠牲パターンに達するエッチング孔を形成する工程と、
（ｉ）前記エッチング孔を介して前記犠牲パターンを除去することにより、空洞部を形成する工程と、
（ｊ）前記エッチング孔および前記第２絶縁膜を覆うように第４絶縁膜を形成する工程と、
を含み、
前記（ａ）工程において、前記第２電極が振動する際に、上面から見て、前記第１開口部が、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包するように前記第１電極に形成され、
前記（ｆ）工程において、前記第２電極が振動する際に、上面から見て、前記第２開口部が、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包するように前記第２電極に形成されることを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１９】
請求項１６、１７または１８記載の超音波トランスデューサの製造方法において、上面から見て、前記第１および第２開口部が、前記第１電極と前記第２電極との電位差が最大になったときの前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが接触する領域を内包することを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサおよびその製造技術に関し、特に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により製造した超音波トランスデューサ、およびその製造に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサは、人体内の腫瘍などの診断または構造物の非破壊検査などに用いられている。これまでは、主として圧電体の振動を利用した超音波トランスデューサが用いられてきた。しかし、近年のＭＥＭＳ技術の進歩に伴い、振動部をシリコン基板上に形成した容量検出型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）が実用化を目指して、現在開発されている。
【０００３】
例えば米国特許第６３２０２３９Ｂ１号明細書（特許文献１）には、単体のＣＭＵＴおよびアレイ状に配置されたＣＭＵＴが開示されている。
【０００４】
また、米国特許第６５７１４４５Ｂ２号明細書（特許文献２）には、シリコン基板上に形成された信号処理回路の上層にＣＭＵＴを形成する技術が開示されている。
【０００５】
また、２００７  アイ・イー・イー・イー  ウルトラソニックス  シンポジウム（IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM）、ｐ．５１１−５１４（非特許文献１）には、振動するメンブレンの下部に支柱を形成した構造のＣＭＵＴが記載されている。
【特許文献１】米国特許第６３２０２３９Ｂ１号明細書
【特許文献２】米国特許第６５７１４４５Ｂ２号明細書
【非特許文献１】２００７  アイ・イー・イー・イー  ウルトラソニックス  シンポジウム（IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM）、ｐ．５１１−５１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＭＵＴは、圧電体を用いたトランスデューサと比較して、使用できる超音波の周波数帯域が広いまたは高感度であるなどの利点を有している。またＣＭＵＴは、ＬＳＩ（Large Scale Integration）加工技術を用いて作製されるので微細加工が可能である。特に、超音波素子をアレイ状に並べて、それぞれの超音波素子を独立に制御するトランスデューサでは、ＣＭＵＴは必須となると考えられる。何故ならば、上記トランスデューサでは、各超音波素子への配線が必要であることからアレイ内の配線数が膨大な数になることが考えられるが、ＣＭＵＴはＬＳＩ加工技術を用いて作製されるので、それらの配線が容易であるからである。さらには超音波送受信部からの信号処理回路を１つの半導体チップに混載することも、ＣＭＵＴでは可能だからである。
【０００７】
図２６を用いてＣＭＵＴを構成する超音波素子の基本的な構造および動作を説明する。図２６（ａ）はＣＭＵＴ駆動のための直流電圧および交流電圧が印加されず、メンブレンが振動していない状態での超音波素子の要部断面図を示し、（ｂ）はＣＭＵＴ駆動のための直流および交流の電圧が印加されて、メンブレンが振動している状態での超音波素子の要部断面図を示している。
【０００８】
下部電極１０１の上層に空洞部１０２が形成されており、絶縁膜１０３が空洞部１０２を囲む構造をしている。絶縁膜１０３の上層には上部電極１０４が配置されている。絶縁膜１０３および上部電極１０４がＣＭＵＴ駆動時に振動するメンブレン１０５を構成する。図中、符号１０６および１０７はそれぞれ、メンブレンの下面および下部電極の上面を表しており、また、符号１０８および１０９はそれぞれ、半導体基板および絶縁膜を表している。
【０００９】
上部電極１０４と下部電極１０１との間に直流電圧および交流電圧を重畳すると、静電気力が上部電極１０４と下部電極１０１との間に働き、印加した交流電圧の周波数によりメンブレン１０５が振動することで、超音波を発信する。
【００１０】
逆に、受信の場合は、メンブレン１０５の表面に到達した超音波の圧力により、メンブレン１０５が振動する。すると、上部電極１０４と下部電極１０１との間の距離が変化するので、容量の変化として超音波を検出することができる。
【００１１】
上記動作原理から明らかであるが、超音波の送信時には、メンブレン１０５の振動幅を大きくすればするほど、高い超音波圧力を発生させることができる。従って、空洞部１０２の厚さを最大限使用して、メンブレン１０５を振動させることが望ましい。一方、超音波の受信時には、上部電極１０４と下部電極１０１との間の容量変化により超音波を検出するので、上部電極１０４と下部電極１０１との間隔が狭ければ狭いほど、感度が良いことになる。従って、空洞部１０２の厚さは狭い方が望ましい。つまり、超音波の高音圧送信と高感度受信とは、空洞部１０２の厚さに関して、相反する関係となっている。そこで、所望の超音波の音圧および感度を得るために、空洞部１０２の厚さの最適化を行う必要がある。その場合、最大送信音圧を得るためには、メンブレン１０５の振動幅を最適化された空洞部１０２の厚さ分にすればよいことになる。
【００１２】
しかし、メンブレン１０５の振動時に、メンブレン１０５の下面１０６が下部電極１０１の上面１０７にわずかにでも接触すると（図２６（ｂ）の状態）、上部電極１０４と下部電極１０１とに挟まれた絶縁膜１０３での電流の集中、または接触による局所的な温度上昇に起因した絶縁膜１０３への注入電流量の増加などが生じて、接触領域（細かい点線で囲まれた領域）１１０において上部電極１０４と下部電極１０１とに挟まれた絶縁膜１０３の絶縁耐圧が劣化してしまう。また、メンブレン１０５の振動を繰返し行い、メンブレン１０５の下面１０６が下部電極１０１の上面１０７に繰返し接触すると、絶縁膜１０３の絶縁耐圧が著しく劣化して、絶縁膜１０３の絶縁耐圧がＣＭＵＴの駆動電圧よりも低い値になってしまうこともある。この場合、ＣＭＵＴ駆動中に絶縁膜１０３の絶縁破壊が起きる可能性があり、ＣＭＵＴの長期間駆動の信頼性を低下させる原因の１つとなる。
【００１３】
前述した特許文献１または特許文献２に開示されたＣＭＵＴでは、長期信頼性を確保するために、直流電圧および交流電圧を調整して、メンブレンの下面が下部電極の上面に接触することを防止する必要がある。しかも、ＣＭＵＴの製造ばらつき、または駆動時の電圧源の出力ばらつきなどを考慮すると、メンブレンの下面が下部電極の上面に接触することを防止するためには、マージンをもって、ＣＭＵＴの駆動電圧をメンブレンの下面が下部電極の上面に接触しない最大の電圧よりも低い電圧に設定する必要がある。このため、最大送信音圧が低くなってしまう。
【００１４】
前述した非特許文献１では、下部電極の上面よりも突き出た絶縁膜の支柱を形成し、メンブレンが下部電極に接触しない構造が示されている。しかし、この構造では、支柱が下部電極の上面から突き出た構造となっているため、空洞部の厚さを最大限利用した振動をさせることができず、最大送信音圧が低くなってしまう。
【００１５】
本発明の目的は、容量検出型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）において、高送信音圧と高受信感度とを実現することのできる技術を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、容量検出型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）において、長期間駆動の信頼性を向上することのできる技術を提供することにある。
【００１７】
本発明の前記ならびにその他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】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、一実施例を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１９】
本実施例は、下部電極と、下部電極を覆うように形成された第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に、上面から見て、下部電極と重なるように形成された空洞部と、空洞部を覆うように形成された第２絶縁膜と、第２絶縁膜上に、上面から見て、空洞部と重なるように形成された上部電極とを備えた超音波トランスデューサである。上部電極の中央部分に開口部が形成され、超音波トランスデューサの駆動時に、上面から見て、上記開口部が下部電極と上部電極との電位差が最大になったときの第１絶縁膜と第２絶縁膜とが接触する領域を内包するものである。
【００２０】
本実施例は、超音波トランスデューサの製造方法である。まず、半導体基板の主面上に下部電極を形成した後、下部電極を覆うように第１絶縁膜を形成する。その後、第１絶縁膜上に、上面から見て、下部電極と重なるように犠牲パターンを形成した後、犠牲パターンを覆うように第２絶縁膜を形成し、さらに第２絶縁膜上に、上面から見て、中央部分に開口部を有する上部電極を犠牲パターンと重なるように形成した後、上部電極を覆うように第３絶縁膜を形成する。その後、犠牲パターンに達するエッチング孔を第２および第３絶縁膜に形成し、エッチング孔を介して犠牲パターンを除去することにより、空洞部を形成した後、エッチング孔および第２絶縁膜を覆うように第４絶縁膜を形成する。上部電極に形成された開口部は、上部電極が振動する際に、上面から見て、第１絶縁膜と第２絶縁膜とが接触する領域を内包するように上部電極に形成されるものである。
【発明の効果】
【００２１】
本願において開示される発明のうち、一実施例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。
【００２２】
容量検出型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）において、高送信音圧と高受信感度とを実現することができ、また、長期間駆動の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２４】
また、本実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２５】
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、本実施の形態において、ウエハと言うときは、Ｓｉ（Silicon）単結晶ウエハを主とするが、それのみではなく、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハ、集積回路をその上に形成するための絶縁膜基板等を指すものとする。その形も円形またはほぼ円形のみでなく、正方形、長方形等も含むものとする。
【００２６】
また、本実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。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。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態１によるＣＭＵＴを構成する超音波素子を図１〜図３を用いて説明する。図１はＣＭＵＴを構成する１つの超音波素子の要部上面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’線に沿った要部断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線に沿った要部断面図である。また、図３はＣＭＵＴ駆動時に振動しているメンブレンの１つの形態を示す図１のＢ−Ｂ’線に沿った要部断面図である。
【００２８】
図１および図２に示すように、半導体基板１の主面上に形成された絶縁膜２の上層に超音波素子Ｍ１の下部電極（第１電極）３が形成されている。下部電極３の上層には第１絶縁膜４を介して空洞部５が形成されている。上面から見た空洞部５の形状は六角形であり、その一辺の長さは、例えば２０〜３０μｍ程度である。また、空洞部５を囲むように第２絶縁膜６が形成され、第２絶縁膜６の上層に上部電極（第２電極）７が形成されている。上面から見た上部電極７の形状は、空洞部５の形状に沿った六角形であり、上部電極７の中央部分には、例えば直径１０μｍ程度の開口部７ａが設けられている。上部電極７の上層には第３絶縁膜８および第４絶縁膜９が順次形成されている。
【００２９】
また、六角形の空洞部５の引き出し部には、第２絶縁膜６および第３絶縁膜８を貫通するエッチング孔１０が形成されている。このエッチング孔１０は、空洞部５を形成するために設けられたものであり、空洞部５を形成した後、第４絶縁膜９によって埋め込まれている。空洞部５および上部電極７が形成されていない領域の第１、第２、第３および第４絶縁膜４，６，８，９には、下部電極３に達するパッド開口部１１が形成されており、このパッド開口部１１を介して下部電極３へ電圧を供給することができる。また、上部電極７上の第３および第４絶縁膜８，９には、上部電極７に達するパッド開口部１２が形成されており、このパッド開口部１２を介して上部電極７へ電圧を供給することができる。ＣＭＵＴ駆動時に振動するメンブレン１３は第２絶縁膜６、第３絶縁膜８、第４絶縁膜９および上部電極７で構成される。
【００３０】
超音波素子Ｍ１は、前述したように、上面から見た空洞部５の形状は六角形をしている。このため、上部電極７と下部電極３との間に直流電圧および交流電圧を印加した場合、メンブレン１３の振動の最大変位点は六角形の中心点となる。従って、メンブレン１３の下面（第２絶縁膜６の下面）が、下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４に接触する点は、まず、六角形の空洞部５の中心点となり、上部電極７と下部電極３との電位差の上昇とともに、上記接触する点が接触領域（相対的に細かい点線で囲まれた領域）１４となって空洞部５の中心点から外周部へと広がっていき、電位差が最大になったときに接触領域１４の面積が最大となる。前述した上部電極７の中央部分に形成された開口部７ａは、上面から見て、面積が最大となったときの接触領域１４を内包するように設けられている。
【００３１】
図３は、メンブレン１３の振動により、上部電極７の下面を覆う第２絶縁膜６の下面が、下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４の上面に接触し、接触領域１４の面積が最大になった瞬間の図である。上部電極７の中央部分に開口部７ａが形成されていることから、ＣＭＵＴ駆動時に、第２絶縁膜６の下面が第１絶縁膜４の上面に接触する電圧でメンブレン１３を振動させた場合でも、接触領域１４において上部電極７と下部電極３とによって第１および第２絶縁膜４，６が挟まれることがない。これにより、接触領域１４では電流が流れにくくなり、第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化を抑制することができる。
【００３２】
すなわち、上部電極７の中央部分に開口部７ａが形成されていない場合は、接触領域１４では第１および第２絶縁膜４，６は上部電極７と下部電極３とによって挟まれる構造となるため、接触領域１４において第１および第２絶縁膜４，６に電流が流れて第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧が劣化してしまう。しかし、本実施の形態１では、上面から見て、面積が最大となった時の接触領域１４を内包する開口部７ａが上部電極７に設けられているので、メンブレン１３が振動しても、接触領域１４では第１および第２絶縁膜４，６が上部電極７と下部電極３とによって挟まれない構造となるため、接触領域１４において第１および第２絶縁膜４，６に電流が流れないので第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化を抑制することができる。
【００３３】
第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化が抑制できることにより、メンブレン１３の振動幅を第１絶縁膜４と第２絶縁膜６との間に設けられている空洞部５の厚さ分とすることができるので、空洞部５の厚さを最大限利用したメンブレン１３の振動が可能となる。その結果、所望の送信音圧および受信感度を得るために空洞部５の厚さの最適化を行った場合、メンブレン１３の振動幅を最適化された空洞部５の厚さ分にすることにより、最大送信音圧が得られるので、ＣＭＵＴの高送信音圧と高受信感度とを実現させることができる。また、第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化が抑制できることにより、ＣＭＵＴの長期動作の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
上部電極７の中央部分に設けられた開口部７ａの面積は、上面から見て、接触領域１４の３倍程度が望ましい。つまり、上面から見て、開口部７ａの内壁が、接触領域１４の外周から接触領域１４の幅程度、離れていればよい。
【００３５】
また、開口部７ａを設けることにより、上面から見た上部電極７と下部電極３との重なり面積が小さくなり、受信時の電気容量変化が小さくなることが考えられるが、開口部７ａの面積が接触領域１４の３倍程度であれば、上部電極７と下部電極３との重なり面積の減少も無視できる程度となる。
【００３６】
次に、本実施の形態１によるＣＭＵＴを構成する超音波素子の製造方法を図４〜図１３を用いて順次説明する。図４〜図１３の各（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線に沿った要部断面図、図４〜図１３の各（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線に沿った要部断面図を示している。
【００３７】
まず、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、半導体基板１上に酸化シリコン膜からなる絶縁膜２を形成し、さらに絶縁膜２上に窒化チタン膜、アルミニウム合金膜および窒化チタン膜を順次堆積して積層構造の下部電極３を形成する。絶縁膜２の厚さは、例えば４００ｎｍ、下部電極３を構成する下層の窒化チタン膜、アルミニウム合金膜および上層の窒化チタン膜の厚さはそれぞれ、例えば５０ｎｍ、６００ｎｍおよび５０ｎｍである。続いて、下部電極３上に、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により酸化シリコン膜からなる第１絶縁膜４を堆積する。第１絶縁膜４の厚さは、例えば２００ｎｍである。
【００３８】
次に、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第１絶縁膜４上に、例えばプラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン膜１６を堆積する。アモルファスシリコン膜１６の厚さは、例えば１００ｎｍである。
【００３９】
次に、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術により、アモルファスシリコン膜１６を加工して犠牲パターン１６ａを形成する。この犠牲パターン１６ａは後の工程で除去されて、その除去された部分に空洞部５が形成される。
【００４０】
次に、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、犠牲パターン１６ａを覆うように、例えばプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜からなる第２絶縁膜６を堆積する。第２絶縁膜６の厚さは２００ｎｍである。
【００４１】
次に、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、第２絶縁膜６上に、例えばスパッタリング法により窒化チタン膜、アルミニウム合金膜および窒化チタン膜を順次堆積して積層膜を形成する。続いて、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術により、上記積層膜を加工して上部電極７を形成する。上部電極７を構成する下層の窒化チタン膜、アルミニウム合金膜および上層の窒化チタン膜の厚さはそれぞれ、例えば５０ｎｍ、３００ｎｍおよび５０ｎｍである。このときに、上部電極７に開口部７ａも同時に形成する。
【００４２】
次に、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法により、上部電極７を覆うように窒化シリコン膜からなる第３絶縁膜８を堆積する。第３絶縁膜８の厚さは、例えば３００ｎｍである。このときに、上部電極７に設けられた開口部７ａの内部も第３絶縁膜８により埋め込まれる。
【００４３】
次に、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術により、第２および第３絶縁膜６，８を加工して犠牲パターン１６ａに到達するエッチング孔１０を形成する。その後、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、エッチング孔１０を介して、犠牲パターン１６ａをフッ化ゼノンガス（ＸｅＦ２）によりエッチングすることにより、犠牲パターン１６ａが除去された部分に空洞部５を形成する。
【００４４】
次に、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、エッチング孔１０の内部を埋め込むために、例えばプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなる第４絶縁膜９を堆積する。第４絶縁膜９の厚さは、例えば８００ｎｍである。続いて、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術により、第１、第２、第３および第４絶縁膜４，６，８，９を加工して下部電極３に達するパッド開口部１１を形成し、第３および第４絶縁膜８，９を加工して上部電極７に達するパッド開口部１２を形成する。以上の製造過程により本実施の形態１によるＣＭＵＴを構成する超音波素子Ｍ１が略完成する。
【００４５】
なお、本実施の形態１では、前述した図１において、超音波素子Ｍ１の空洞部５は、上面から見て、六角形の形状をしているが、形状はこれに限定されるものではなく、任意の形状であってよい。その場合も、上面から見て、接触領域１４（メンブレン１３の振動によりメンブレン１３の下面（上部電極７の下面を覆う第２絶縁膜６の下面）が下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４に接触する領域）を内包する開口部７ａを上部電極７に設ければよい。
【００４６】
図１４（ａ）および（ｂ）にそれぞれ、本実施の形態１による空洞部が円形の場合の超音波素子の要部平面図および空洞部が四角形の場合の超音波素子の要部平面図を示す。
【００４７】
図１４（ａ）に示す空洞部５が円形の場合の超音波素子Ｍ２では、空洞部５が六角形の場合と同様にメンブレン１３の振動による接触領域１４は円形の中央部分となる。従って、上面から見て、上部電極７の中央部分に接触領域１４を内包する開口部７ａを設ければ、空洞部５が六角形の場合と同様の効果が得られる。
【００４８】
図１４（ｂ）に示す空洞部５が四角形の場合の超音波素子Ｍ３では、メンブレン１３の振動による接触領域１４は上部電極７の形状に沿った四角形の中央部分となる。従って、上面から見て、上部電極７に接触領域１４を内包する開口部７ａを設ければ、空洞部５が六角形または円形の場合と同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施の形態１で示したＣＭＵＴの超音波素子Ｍ１を構成する材料は、その組み合わせの一つを示したものであり、上部電極７または下部電極３の材料として、タングステンやその他の導電性を持つ材料を用いることができる。また、犠牲パターン１６ａの材料も、犠牲パターン１６ａの周りを囲む絶縁膜（例えば第１および第２絶縁膜４，６）とのエッチング選択性を確保することができる材料であればよい。従って、前述したアモルファスシリコン膜１６の他に、ＳＯＧ膜（Spin on Glass）などであってもよい。犠牲パターン１６ａをＳＯＧ膜とした場合は、エッチングにフッ化水素酸を使えば、犠牲パターン１６ａを取り囲む絶縁膜とのエッチング選択性を確保することができる。
【００５０】
また、前述した本実施の形態１によるＣＭＵＴの超音波素子Ｍ１の製造方法では、平坦化された面上ならばＣＭＵＴを製造できるので、下部電極３をシリコン基板（半導体基板１）で構成してもよく、また、下部電極３をＬＳＩの配線部の一部で構成してもよい。
【００５１】
このように、本実施の形態１によれば、上部電極７と下部電極３との間の第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化を抑制することができる。これにより、メンブレン１３の振幅を第１絶縁膜４と第２絶縁膜６との間に設けられている空洞部５の厚さ分とすることができるので、空洞部５の厚さを最大限利用したメンブレン１３の振動が可能となる。その結果、所望の送信音圧および受信感度を得るために空洞部５の厚さの最適化を行った場合、メンブレン１３の振動幅を最適化された空洞部５の厚さ分とすることにより、最大送信音圧が得られるので、ＣＭＵＴの高送信音圧と高受信感度とを実現させることができる。また、ＣＭＵＴの長期動作の信頼性を向上させることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態２によるＣＭＵＴは、前述した実施の形態１と同様であり、メンブレン１３が振動しても、上部電極７の下面を覆う第２絶縁膜６と下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４とが接触する接触領域１４では、第１および第２絶縁膜４，６が上部電極７と下部電極３とによって挟まれない構造となっている。本実施の形態２と前述した実施の形態１との相違点は、上部電極７に開口部７ａを設けずに、下部電極３に開口部３ａを設けている点である。
【００５３】
本実施の形態２によるＣＭＵＴを構成する超音波素子を図１５〜図１７を用いて説明する。図１５はＣＭＵＴを構成する１つの超音波素子の要部上面図、図１６（ａ）は図１５のＣ−Ｃ’線に沿った要部断面図、図１６（ｂ）は図１５のＤ−Ｄ’線に沿った要部断面図である。また、図１７はＣＭＵＴ駆動時に振動しているメンブレンの１つの形態を示す図１５のＤ−Ｄ’線に沿った要部断面図である。
【００５４】
図１５および図１６に示すように、半導体基板１の主面上に形成された絶縁膜２の上層に超音波素子Ｍ４の下部電極３が形成されており、この下部電極３には、例えば直径１０μｍ程度の開口部３ａが設けられている。下部電極３の上層には第１絶縁膜４を介して空洞部５が形成されている。上面から見た空洞部５の形状は六角形であり、その一辺の長さは、例えば２０〜３０μｍ程度である。上記下部電極３に設けられた開口部３ａは、上面から見て、この空洞部５の中央部分に位置するように設けられている。また、空洞部５を囲むように第２絶縁膜６が形成され、第２絶縁膜６の上層に上部電極７が形成されている。上面から見た上部電極７の形状は、空洞部５の形状に沿った六角形である。上部電極７の上層には第３絶縁膜８および第４絶縁膜９が順次形成されている。
【００５５】
また、六角形の空洞部５の引き出し部には、第２絶縁膜６および第３絶縁膜８を貫通するエッチング孔１０が形成されている。このエッチング孔１０は、空洞部５を形成するために設けられたものであり、空洞部５を形成した後、第４絶縁膜９によって埋め込まれている。空洞部５および上部電極７が形成されていない領域の第１、第２、第３および第４絶縁膜４，６，８，９には、下部電極３に達するパッド開口部１１が形成されており、このパッド開口部１１を介して下部電極３へ電圧を供給することができる。また、上部電極７上の第３および第４絶縁膜８，９には、上部電極７に達するパッド開口部１２が形成されており、このパッド開口部１２を介して上部電極７へ電圧を供給することができる。ＣＭＵＴ駆動時に振動するメンブレン１３は第２絶縁膜６、第３絶縁膜８、第４絶縁膜９および上部電極７で構成される。
【００５６】
前述した実施の形態１と同様に、超音波素子Ｍ４は、上面から見た空洞部５の形状は六角形をしている。このため、上部電極７と下部電極３との間に直流電圧および交流電圧を印加した場合、メンブレン１３の振動の最大変位点は六角形の中心点となる。従って、メンブレン１３の下面（第２絶縁膜６の下面）が、下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４に接触する点は、まず、六角形の空洞部５の中心点となり、上部電極７と下部電極３との電位差の上昇とともに、上記接触する点が接触領域１４となって空洞部５の中心点から外周部へと広がっていき、電位差が最大になったときに接触領域１４の面積が最大となる。前述した下部電極３の中央部分に形成された開口部３ａは、上面から見て、面積が最大となったときの接触領域１４を内包するように設けられている。
【００５７】
図１７は、メンブレン１３の振動により、上部電極７の下面を覆う第２絶縁膜６の下面が、下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４の上面に接触し、接触領域１４の面積が最大になった瞬間の図である。下部電極３の中央部分に開口部３ａが形成されていることから、ＣＭＵＴ駆動時に、第２絶縁膜６の下面が第１絶縁膜４の上面に接触する電圧でメンブレン１３を振動させた場合でも、接触領域１４において上部電極７と下部電極３とによって第１および第２絶縁膜４，６が挟まれることがない。これにより、接触領域１４では電流が流れにくくなり、第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化を抑制することができる。
【００５８】
すなわち、下部電極３の中央部分に開口部３ａが形成されていない場合は、接触領域１４では第１および第２絶縁膜４，６は上部電極７と下部電極３とによって挟まれる構造となるため、接触領域１４において第１および第２絶縁膜４，６に電流が流れて第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧が劣化してしまう。しかし、本実施の形態２では、上面から見て、面積が最大となった時の接触領域１４を内包する開口部３ａが下部電極３に設けられているので、メンブレン１３が振動しても、接触領域１４では第１および第２絶縁膜４，６が上部電極７と下部電極３とによって挟まれない構造となるため、接触領域１４において第１および第２絶縁膜４，６に電流が流れないので第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化を抑制することができる。その結果、前述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
下部電極３の中央部分に設けられた開口部３ａの面積は、上面から見て、接触領域１４の３倍程度が望ましい。つまり、上面から見て、開口部３ａの内壁が、接触領域１４の外周から接触領域１４の幅程度、離れていればよい。
【００６０】
また、開口部３ａを設けることにより、上面から見た上部電極７と下部電極３との重なり面積が小さくなり、受信時の電気容量変化が小さくなることが考えられるが、開口部３ａの面積が接触領域１４の３倍程度であれば、上部電極７と下部電極３との重なり面積の減少も無視できる程度となる。
【００６１】
次に、本実施の形態２によるＣＭＵＴを構成する超音波素子の製造方法を図１８〜図２１を用いて順次説明する。図１８〜図２１の各（ａ）は、図１５のＣ−Ｃ’線に沿った要部断面図、図１８〜図２１の各（ｂ）は、図１５のＤ−Ｄ’線に沿った要部断面図を示している。
【００６２】
まず、図１８（ａ）および（ｂ）に示すように、半導体基板１上に酸化シリコン膜からなる絶縁膜２を形成し、さらに絶縁膜２上に窒化チタン膜、アルミニウム合金膜および窒化チタン膜を順次堆積して積層構造の下部電極３を形成する。絶縁膜２の厚さは、例えば４００ｎｍ、下部電極３を構成する下層の窒化チタン膜、アルミニウム合金膜および上層の窒化チタン膜の厚さはそれぞれ、例えば５０ｎｍ、６００ｎｍおよび５０ｎｍである。
【００６３】
次に、図１９（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術により、下部電極３を加工して開口部３ａを形成する。続いて、図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、下部電極３上に、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により酸化シリコン膜からなる第５絶縁膜１７を堆積する。第５絶縁膜１７の厚さは、例えば１２００ｎｍである。このときに、下部電極３に設けられた開口部３ａの内部も第５絶縁膜１７により埋め込まれる。
【００６４】
次に、図２１（ａ）および（ｂ）に示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により、下部電極３の上面が露出するように第５絶縁膜１７の平坦化を行う。この場合、平坦化はＣＭＰ技術とドライエッチング技術との組み合わせで行ってもよい。これ以降の製造過程は、前述した実施の形態１の製造過程（図４〜図１３）と同様であるためその説明を省略する。但し、前述した実施の形態１では上部電極７を形成すると同時に、上部電極７に開口部７ａを形成しているが、本実施の形態２では上部電極７に開口部７ａは形成していない。以上の製造過程により本実施の形態２によるＣＭＵＴを構成する超音波素子Ｍ４が略完成する。
【００６５】
本実施の形態２では、前述した実施の形態１と比較して、下部電極３に形成された開口部３ａの内部を第５絶縁膜１７により埋め込む工程が追加されるが、メンブレン１３を構成する上部電極７に開口部７ａを設けないので、上部電極７に開口部７ａを形成することによる上部電極７の歪みの影響をメンブレン１３が受けないという利点がある。
【００６６】
なお、本実施の形態２では、前述した図１５において、超音波素子Ｍ４の空洞部５は、上面から見て、六角形の形状をしているが、形状はこれに限定されるものではなく、任意の形状であってよい。その場合も、上面から見て、接触領域１４（メンブレン１３の振動によりメンブレン１３の下面（上部電極７の下面を覆う第２絶縁膜６の下面）が下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４に接触する領域）を内包する開口部３ａを下部電極３に設ければよい。
【００６７】
図２２（ａ）および（ｂ）にそれぞれ、本実施の形態２による空洞部が円形の場合の超音波素子の要部平面図および空洞部が四角形の場合の超音波素子の要部平面図を示す。
【００６８】
図２２（ａ）に示す空洞部５が円形の場合の超音波素子Ｍ５では、空洞部５が六角形の場合と同様にメンブレン１３の振動による接触領域１４は円形の中央部分となる。従って、上面から見て、下部電極３の中央部分に接触領域１４を内包する開口部３ａを設ければ、空洞部５が六角形の場合と同様の効果が得られる。
【００６９】
図２２（ｂ）に示す空洞部５が四角形の場合の超音波素子Ｍ６では、メンブレン１３の振動による接触領域１４は上部電極７の形状に沿った四角形の中央部分となる。従って、上面から見て、下部電極３に接触領域１４を内包する開口部３ａを設ければ、空洞部５が六角形または円形の場合と同様の効果が得られる。
【００７０】
また、平坦化された面上ならばＣＭＵＴを製造できるので、下部電極３をシリコン基板（半導体基板１）で構成してもよく、また、下部電極３をＬＳＩの配線部の一部で構成してもよい。
【００７１】
このように、本実施の形態２によれば、下部電極３に開口部３ａを設けることにより、上部電極７と下部電極３との間の第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化を抑制することができるので、前述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態３によるＣＭＵＴは、前述した実施の形態１または実施の形態２と同様であり、メンブレン１３が振動しても、上部電極７の下面を覆う第２絶縁膜６と下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４とが接触する接触領域１４では、第１および第２絶縁膜４，６が上部電極７と下部電極３とによって挟まれない構造となっている。本実施の形態３と前述した実施の形態１または実施の形態２との相違点は、上部電極７および下部電極３のそれぞれに開口部７ａおよび開口部３ａを設けている点にある。
【００７３】
本実施の形態３によるＣＭＵＴを構成する超音波素子を図２３〜図２５を用いて説明する。図２３はＣＭＵＴを構成する１つの超音波素子の要部上面図、図２４（ａ）は図２３のＥ−Ｅ’線に沿った要部断面図、図２４（ｂ）は図２３のＦ−Ｆ’線に沿った要部断面図である。また、図２５はＣＭＵＴ駆動時に振動しているメンブレンの１つの形態を示す図２３のＦ−Ｆ’線に沿った要部断面図である。
【００７４】
図２３および図２４に示すように、半導体基板１の主面上に形成された絶縁膜２の上層に超音波素子Ｍ７の下部電極３が形成されており、この下部電極３には、例えば直径１０μｍ程度の開口部（第１開口部）３ａが設けられている。下部電極３の上層には第１絶縁膜４を介して空洞部５が形成されている。上面から見た空洞部５の形状は六角形であり、その一辺の長さは、例えば２０〜３０μｍ程度である。上記下部電極３に設けられた開口部３ａは、上面から見て、この空洞部５の中央部分に位置するように設けられている。また、空洞部５を囲むように第２絶縁膜６が形成され、第２絶縁膜６の上層に上部電極７が形成されている。上面から見た上部電極７の形状は、空洞部５の形状に沿った六角形であり、上部電極７の中央部分には、例えば直径１０μｍ程度の開口部（第２開口部）７ａが設けられている。上部電極７の上層には第３絶縁膜８および第４絶縁膜９が順次形成されている。
【００７５】
また、六角形の空洞部５の引き出し部には、第２絶縁膜６および第３絶縁膜８を貫通するエッチング孔１０が形成されている。このエッチング孔１０は、空洞部５を形成するために設けられたものであり、空洞部５を形成した後、第４絶縁膜９によって埋め込まれている。空洞部５および上部電極７が形成されていない領域の第１、第２、第３および第４絶縁膜４，６，８，９には、下部電極３に達するパッド開口部１１が形成されており、このパッド開口部１１を介して下部電極３へ電圧を供給することができる。また、上部電極７上の第３および第４絶縁膜８，９には、上部電極７に達するパッド開口部１２が形成されており、このパッド開口部１２を介して上部電極７へ電圧を供給することができる。ＣＭＵＴ駆動時に振動するメンブレン１３は第２絶縁膜６、第３絶縁膜８、第４絶縁膜９および上部電極７で構成される。
【００７６】
前述した実施の形態１または実施の形態２と同様に、超音波素子Ｍ７は、上面から見た空洞部５の形状は六角形をしている。このため、上部電極７と下部電極３との間に直流電圧および交流電圧を印加した場合、メンブレン１３の振動の最大変位点は六角形の中心点となる。従って、メンブレン１３の下面（第２絶縁膜６の下面）が、下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４に接触する点は、まず、六角形の空洞部５の中心点となり、上部電極７と下部電極３との電位差の上昇とともに、上記接触する点が接触領域１４となって空洞部５の中心点から外周部へと広がっていき、電位差が最大になったときに接触領域１４の面積が最大となる。前述した下部電極３の中央部分に形成された開口部３ａおよび上部電極７の中央部分に形成された開口部７ａは、上面から見て、面積が最大となったときの接触領域１４を内包するように設けられている。
【００７７】
図２５は、メンブレン１３の振動により、上部電極７の下面を覆う第２絶縁膜６の下面が、下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４の上面に接触し、接触領域１４の面積が最大になった瞬間の図である。下部電極３の中央部分に開口部３ａが形成され、上部電極７の中央部分に開口部７ａが形成されていることから、ＣＭＵＴ駆動時に、第２絶縁膜６の下面が第１絶縁膜４の上面に接触する電圧でメンブレン１３を振動させた場合でも、接触領域１４において上部電極７と下部電極３とによって第１および第２絶縁膜４，６が挟まれることがない。これにより、接触領域１４では電流が流れにくくなり、第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化を抑制することができる。
【００７８】
すなわち、下部電極３の中央部分に開口部３ａが形成されておらず、かつ上部電極７の中央部分に開口部７ａが形成されていない場合は、接触領域１４では第１および第２絶縁膜４，６は上部電極７と下部電極３とによって挟まれる構造となるため、接触領域１４において第１および第２絶縁膜４，６に電流が流れて第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧が劣化してしまう。しかし、本実施の形態３では、上面から見て、面積が最大となった時の接触領域１４を内包する開口部３ａが下部電極３に設けられており、かつ面積が最大となった時の接触領域１４を内包する開口部７ａが上部電極７に形成されているので、メンブレン１３が振動しても、接触領域１４では第１および第２絶縁膜４，６が上部電極７と下部電極３とによって挟まれない構造となるため、接触領域１４において第１および第２絶縁膜４，６に電流が流れないので第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化を抑制することができる。その結果、前述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施の形態３では、前述した実施の形態１および２と比較して、上部電極７および下部電極３にそれぞれ、開口部７ａおよび開口部３ａを設けているので、より一層の絶縁耐圧の劣化を抑制できる利点がある。
【００７９】
上部電極７および下部電極３にそれぞれ、開口部７ａおよび開口部３ａを設けることにより、上面から見た、上部電極７と下部電極３とが重なる面積が小さくなり、受信時の電気容量変化が小さくなることが考えられるが、開口部３ａ，７ａの面積が接触領域１４の３倍程度であれば、上部電極７と下部電極３との重なり面積の減少も無視できる程度となる。
【００８０】
また、前述した図２３では、接触領域１４の位置関係を示す都合上、上面から見て、上部電極７の開口部７ａよりも大きい開口部３ａを下部電極３に設けているが、上面から見て、開口部７ａと開口部３ａとの内壁が重なるように、開口部７ａと開口部３ａを設けることが望ましい。つまり、開口部３ａ，７ａの内壁は共に、上面から見て、接触領域１４の外周から接触領域１４の幅程度離れていれば電界強度が十分に低くなり、所望の効果が得られ、接触領域１４の外周よりも開口部３ａまたは開口部７ａのどちらか一方でも大きい場合は、上面から見て、上部電極７と下部電極３とが重なる面積が小さくなり、受信時の電気容量が小さくなってしまう。
【００８１】
本実施の形態３によるＣＭＵＴを構成する超音波素子の製造方法は、下部電極３を形成し、これに開口部３ａを形成した後、開口部３ａの内部に第５絶縁膜１７を埋め込むまでの製造過程は、前述した実施の形態２の図１８〜図２１の図面を用いて説明した製造過程と同様であり、それ以降の製造過程は、前述した実施の形態１の図４〜図１３の図面を用いて説明した製造過程と同様である。
【００８２】
なお、本実施の形態３では、前述した図２３において、超音波素子Ｍ７の空洞部５は、上面から見て、六角形の形状をしているが、形状はこれに限定されるものではなく、任意の形状であってよい。その場合も、前述した実施の形態１および実施の形態２において示したと同様に、上面から見て、接触領域１４（メンブレン１３の振動によりメンブレン１３の下面（上部電極７の下面を覆う第２絶縁膜６の下面）が下部電極３の上面を覆う第１絶縁膜４に接触する領域）を内包する開口部３ａおよび開口部７ａをそれぞれ下部電極３および上部電極７に設ければよい。
【００８３】
また、平坦化された面上ならばＣＭＵＴを製造できるので、下部電極３をシリコン基板（半導体基板１）で構成してもよく、また、下部電極３をＬＳＩの配線部の一部で構成してもよい。
【００８４】
このように、本実施の形態３によれば、下部電極３に開口部３ａを設け、かつ上部電極７に開口部７ａを設けることにより、上部電極７と下部電極３との間の第１および第２絶縁膜４，６の絶縁耐圧の劣化を抑制することができるので、前述した実施の形態１および実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
以上、本発明者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。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明のＣＭＵＴは、超音波探触子を用いる各種医療診断機器、機械内部の欠陥検査装置、超音波による各種イメージング機器システム（妨害物の検知等）、位置検知システム、温度分布計測システム等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施の形態１による超音波トランスデューサを構成する１つの超音波素子の要部上面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ’線に沿った要部断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線に沿った要部断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による超音波トランスデューサ駆動時に振動しているメンブレンの１つの形態を示す図１のＢ−Ｂ’線に沿った要部断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１による超音波トランスデューサを構成する超音波素子の製造方法を説明する要部断面図である。（ａ）は図１のＡ−Ａ’線に沿った要部断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線に沿った要部断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図４に続く超音波素子の製造工程中の図４（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図５に続く超音波素子の製造工程中の図４（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図６に続く超音波素子の製造工程中の図４（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図７に続く超音波素子の製造工程中の図４（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図８に続く超音波素子の製造工程中の図４（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図９に続く超音波素子の製造工程中の図４（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図１０に続く超音波素子の製造工程中の図４（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図１１に続く超音波素子の製造工程中の図４（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図１２に続く超音波素子の製造工程中の図４（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図１３に続く超音波素子の製造工程中の図４（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２による超音波トランスデューサを構成する１つの超音波素子の要部上面図である。
【図１６】（ａ）は図１５のＣ−Ｃ’線に沿った要部断面図、（ｂ）は図１５のＤ−Ｄ’線に沿った要部断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２による超音波トランスデューサ駆動時に振動しているメンブレンの１つの形態を示す図１５のＤ−Ｄ’線に沿った要部断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態２による超音波トランスデューサを構成する超音波素子の製造方法を説明する要部断面図である。（ａ）は図１５のＣ−Ｃ’線に沿った要部断面図、（ｂ）は図１５のＤ−Ｄ’線に沿った要部断面図である。
【図１９】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図１８に続く超音波素子の製造工程中の図１８（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図１９に続く超音波素子の製造工程中の図１８（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図２１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図２０に続く超音波素子の製造工程中の図１８（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部断面図である。
【図２２】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図２１に続く超音波素子の製造工程中の図１８（ａ）および（ｂ）と同じ箇所の要部平面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３による超音波トランスデューサを構成する１つの超音波素子の要部上面図である。
【図２４】（ａ）は図２３のＥ−Ｅ’線に沿った要部断面図、（ｂ）は図２３のＦ−Ｆ’線に沿った要部断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態３による超音波トランスデューサ駆動時に振動しているメンブレンの１つの形態を示す図２３のＦ−Ｆ’線に沿った要部断面図である。
【図２６】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明者らが検討した超音波トランスデューサの要部断面図および駆動中の超音波トランスデューサの要部断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  半導体基板
２  絶縁膜
３  下部電極
３ａ  開口部
４  第１絶縁膜
５  空洞部
６  第２絶縁膜
７  上部電極
７ａ  開口部
８  第３絶縁膜
９  第４絶縁膜
１０  エッチング孔
１１，１２  パッド開口部
１３  メンブレン
１４  接触領域
１６  アモルファスシリコン膜
１６ａ  犠牲パターン
１７  第５絶縁膜
１０１  下部電極
１０２  空洞部
１０３  絶縁膜
１０４  上部電極
１０５  メンブレン
１０６  メンブレンの下面
１０７  下部電極の上面
１０８  半導体基板
１０９  絶縁膜
１１０  接触領域
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７  超音波素子
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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