(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の基板と、
前記基板の第１の面に配置された複数の電気機械変換部と、を有し、
前記基板には、前記複数の電気機械変換部を互いに電気的に分離するための前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面側から該第１の面側へ伸びる溝が形成され、
前記基板の第１の面側の前記溝の幅は、前記基板の第２の面側の前記溝の幅より狭いことを特徴とする電気機械変換装置。
【請求項２】
前記溝の幅は、前記第１の面側から前記第２の面側に向かって連続的又は非連続的に広くなる断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の電気機械変換装置。
【請求項３】
前記溝の側壁が階段状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気機械変換装置。
【請求項４】
前記溝の側壁が前記基板に対して傾斜した平面状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気機械変換装置。
【請求項５】
前記電気機械変換部は、支持部と、前記支持部に設けられたメンブレンと、前記メンブレンと対向して設けられた第１の電極と、前記メンブレンに設けられた第２の電極と、を有し、
前記第１の電極は、前記溝で囲まれた前記基板の部分と電気的に繋がっていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項６】
前記基板の第１の面側における前記溝の開口部上には、前記電気機械変換部のメンブレンを支持する支持部を備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項７】
前記基板は単結晶シリコンであることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項８】
前記溝に充填材が導入されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項９】
前記基板と回路基板が前記充填材を介在させて接合されていることを特徴とする請求項８に記載の電気機械変換装置。
【請求項１０】
導電性のシリコン基板の第１の面に配置され、支持部に変位可能に支持されたメンブレンと、前記メンブレンと対向して設けられた第１の電極と、前記メンブレンに設けられた第２の電極をそれぞれ有する複数の電気機械変換部を有する電気機械変換装置の作製方法であって、
前記シリコン基板に、該基板の前記第１の面とは反対側の第２の面側から該第１の面側へ伸びて前記基板の前記第１の面側の幅が前記基板の前記第２の面側の幅より狭い溝をアルカリウェットエッチングで形成し、互いに分離された複数の前記第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極に対向するキャビティを形成する工程と、
前記キャビティに対向する前記メンブレンを形成する工程と、
前記メンブレンに前記第２の電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする電気機械変換装置の作製方法。
【請求項１１】
導電性のシリコン基板の第１の面に配置され、支持部に変位可能に支持されたメンブレンと、前記メンブレンと対向して設けられた第１の電極と、前記メンブレンに設けられた第２の電極をそれぞれ有する複数の電気機械変換部を有する電気機械変換装置の作製方法であって、
前記シリコン基板に、該基板の前記第１の面とは反対側の第２の面側から該第１の面側へ伸びて前記基板の前記第１の面側の幅が前記基板の前記第２の面側の幅より狭い溝を複数回のドライエッチングで形成し、互いに分離された複数の前記第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極に対向するキャビティを形成する工程と、
前記キャビティに対向する前記メンブレンを形成する工程と、
前記メンブレンに前記第２の電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする電気機械変換装置の作製方法。
【請求項１２】
前記溝に充填材を導入する工程を含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電気機械変換装置の作製方法。
【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などの電気機械変換装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサは、電気信号から超音波への変換、超音波から電気信号への変換を行うものであり、医用イメージング、非破壊検査用の探触子として用いられる。超音波トランスデューサの一形態に、容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＣＭＵＴ）がある。ＣＭＵＴは、例えば、下部電極を有する基板と、この基板上に形成された支持部で支えられたメンブレンと、上部電極とで構成される。１つのキャビティは、下部電極、メンブレン、上部電極、支持部で画されて形成される。ＣＭＵＴは、下部電極と上部電極間に印加する電圧でメンブレンを振動させ、音波を放出する。また、受け取った音波でメンブレンが振動させられ、下部電極と上部電極間の静電容量の変化により音波が検出される。
【０００３】
従来、ＣＭＵＴは、いわゆるサーフェスマイクロマシニング、バルクマイクロマシニングなどを利用して作製されてきた。また、配線方法として、シリコン基板上の複数のメンブレンとキャビティを１つのエレメントとし、前記シリコン基板そのものを下部電極及び貫通配線として回路基板にエレメントを接続する方法がある（特許文献１参照）。この方法を図６で説明する。ＣＭＵＴ１００７は複数のエレメント１００８で構成され、エレメントを１つのユニットとして超音波の送受信を行う。エレメント１００８は、上部電極１０００、メンブレン１００１、キャビティ１００２、下部電極１００３で構成されている。隣り合うエレメント１００８同士を電気的に分離して絶縁を図るため、溝１００４が形成されている。ＣＭＵＴ１００７はバンプ１００５によりＡＳＩＣ基板１００６と接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ−Ａ１−２００６００７５８１８明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のＣＭＵＴは、１つのキャビティ又は複数のキャビティの集合体からなる単位素子であるエレメントを電気的に分離するために数百ミクロンの幅を有する分離溝を必要とする。しかし、この分離溝の部分にはキャビティを配置できないため、基板の単位面積あたりに配置できるキャビティの数が少なくなり、フィルファクター（本明細書では、基板の単位面積あたりの電気機械変換部の占有率を意味する）が低下する。従って、デバイス全体としての感度が低下し易い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の電気機械変換装置は、導電性の基板と、前記基板の第１の面に配置された複数の静電容量型等の電気機械変換部と、を有する。前記基板には、前記複数の電気機械変換部を互いに電気的に分離するために、前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面側から前記基板の第１の面側へ伸びる溝が形成されている。そして、前記基板の第１の面側の前記溝の幅は、前記基板の第２の面側の前記溝の幅より狭くなっている。
【０００７】
また、上記課題に鑑み、本発明の電気機械変換装置の作製方法は次の工程を含む。シリコン基板に溝をアルカリウェットエッチングで形成し、互いに分離された複数の第１の電極を形成する工程。前記第１の電極に対向するキャビティを形成する工程。前記キャビティに対向するメンブレンを形成する工程。前記メンブレン上に第２の電極を形成する工程。前記アルカリウェットエッチングにより互いに分離された複数の第１の電極を形成する工程は、シリコン基板に溝を複数回のドライエッチングで形成し、互いに分離された複数の第１の電極を形成する工程に置き換えることもできる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前記基板の第１の面側の溝の幅を第２の面側の溝の幅よりも狭くすることで、第１の面側には複数の電気機械変換部を比較的高い密度で配置することができる。そして、第１の面側から第２の面側に向かって溝の幅を大きくすることで分離溝全体としては十分な幅を確保しているので、電気機械変換部間の電気的分離を確保し、寄生容量を抑えることができる。その結果、第１の面側の溝の幅が小さいことによる感度低下を抑えることができる。また、感度低下を抑えつつ第１の面側の溝の幅を狭くできるので、電気機械変換部を高い密度で配置することが可能となり、フィルファクターの向上が可能となる。この点からも、ＣＭＵＴなどの電気機械変換装置の感度を向上することができる。言い換えれば、本発明により、電気機械変換部間の寄生容量の低減と電気機械変換装置の信号出力の向上を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１のＣＭＵＴを説明する図である。
【図２】本発明の実施例２のＣＭＵＴの作製方法を説明する工程図である。
【図３】本発明の実施例３のＣＭＵＴを説明する図である。
【図４】本発明の実施例３のＣＭＵＴの作製方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施例４のＣＭＵＴを説明する図である。
【図６】従来のＣＭＵＴを説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の電気機械変換装置及びその作製方法の特徴は次の点にある。すなわち、複数の電気機械変換部の配置に対応して、導電性基板の第１の面側の幅（底部の幅ともいう）が第２の面側の幅（開口部の幅ともいう）よりも狭い溝を形成して該基板を複数の部分に分割し、電極を兼ねる該基板の複数の部分を互いに絶縁する。
【００１１】
上記考え方に基づき、本発明の電気機械変換装置及びその作製方法の基本的な形態は、課題を解決するための手段のところで述べた様な構成を有する。この基本的な形態を基に、以下に述べる様な実施形態が可能である。
【００１２】
前記溝は、例えば、開口部から底部に向かって連続的又は非連続的に小さくなる（第１の面側から該第１の面とは反対側の第２の面側に向かって連続的又は非連続的に広くなる）断面形状を有することができる。こうした構造は、静電容量型等の電気機械変換部間の寄生容量の低減と電気機械変換部のフィルファクターの向上の観点から、好ましいものである。また、シリコン基板に溝をアルカリウェットエッチングで形成する方法で、容易に実現できる構造である。この方法では、基板面に対して５４．７度の角度を成す溝斜面が形成できるので、基板の厚さとエッチング用マスクの開口部の幅を適切に設定することで、上記の如き溝を容易に形成できる（後述の実施例２参照）。この場合、溝の側壁は、基板に対して傾斜した平面状となる。
【００１３】
前記溝の側壁を階段状にすることもできる。こうした構造は、複数回のドライエッチング、つまりドライの多段エッチングで容易に作製できる。すなわち、複数の電気機械変換部の配置に対応した適当なパターンでマスクをシリコン基板の底面に形成して１回目のドライエッチングを実行した後、マスクの開口部を適当に拡大して次のドライエッチングを実行する。この様なエッチング工程を、溝を階段状に深くしつつ基板の他方の面に達するまで繰り返すことで、側壁が階段状の溝を形成できる。この方法でも、底部の幅が開口部よりも小さい溝形状にすることができる。
【００１４】
以下、本発明の複数の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明はこれら実施例の具体的形態に限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１を、図１を参照して説明する。実施例１は、溝でエレメントが分離されたＳｉ基板からなる静電容量型超音波トランスデューサであって、メンブレン１０５をＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の接合により作製したデバイスに関する。本実施例の電気機械変換装置の断面図の図１（ａ）に示す様に、本電気機械変換装置１００は、回路基板１０１、シリコン基板１０３で構成される。回路基板１０１は、シリコン基板１０３の真下に配置されている。
【００１５】
図１（ａ）の上面図である図１（ｂ）に示す様に、本実施例の電気機械変換装置１００は４×４のエレメント１０４で構成されている。図１（ｂ）の１０４で示す領域が１エレメントである。ここで、上記静電容量型の電気機械変換部であるエレメント１０４は、超音波を送受信する１ユニットである。１エレメントにつき、１つの下部電極１０８とそれに続く貫通配線１０９が配置されている。ここでは、４×４個のエレメント１０４が配列されているが、これに限定されない。図１（ｂ）の一部を拡大した図である図１（ｃ）と図１（ｃ）のＡ−Ａ’断面図である図１（ａ）を用いて、エレメント１０４を説明する。基板１０３の第１の面である一方の面に配置されたエレメント１０４は、メンブレン１０５、キャビティ１０６、上部電極１０７、下部電極１０８などで構成される。それぞれの材質は、メンブレンがＳｉ、キャビティ周りの材料（メンブレン側を除く）がＳｉＯ２、上部電極がＡｌ、下部電極がＳｉ、貫通配線である下部引き出し配線がＳｉである。Ｓｉ基板１０３と回路基板１０１とは、はんだ１１０と電極パッド１１６を介して接合されている。この様に、本実施例では、電気機械変換部であるエレメント１０４は、支持部と、支持部に設けられたメンブレンと、メンブレンと対向して設けられた第１の電極である下部電極と、メンブレン上に設けられた第２の電極である上部電極を有する。そして、下部電極１０８は、溝１１１で囲まれた基板１０３の部分（貫通配線１０９）と電気的に繋がっている。ここにおいて、メンブレンが上部電極を兼ねる構成にすることも可能である。また本実施例では、下部電極１０８と貫通配線１０９とを、「電極」及び「配線」に分けて説明したが、本発明においては、下部電極１０８と貫通配線１０９とが一体となった構成を採用することもできる。
【００１６】
溝１１１と下部電極１０８について説明する。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す様に、溝１１１は、隣り合うエレメント１０４間の領域に略対応する基板１０３の部分に形成されている。これは、隣り合うエレメント１０４間の絶縁を図るためである。図１（ａ）に示す様に、溝１１１は、下部電極１０８と貫通配線１０９であるシリコン基板１０３の部分を完全に貫通していることが必要である。溝１１１を、基板の第１の面側の底部が基板の第２の面である他方の面側の開口部より狭い断面形状とすることで、隣り合うエレメント１０４間での寄生容量を低減し、かつ、１つのエレメント１０４の有効面積をより大きくできる。本実施例では、溝１１１の側壁はＳｉ基板１０３に対し傾斜した平面で構成される。これにより、隣り合うエレメント１０４間での放電が起こりにくい。溝の断面形状の側壁は、直線状又は曲線状に連続的に傾斜する面であっても、例えば非連続的に階段状になった面であってもよい。
【００１７】
上部電極１０７について図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。１エレメント１０４内に形成された上部電極１０７同士を電気的に接続するために配線１１２が形成されている。隣り合うエレメント１０４の上部電極１０７を電気的に接続するために、溝１１１に略対応するメンブレン１０５の部分である梁１１３の上部に配線が形成されている。最終的に全ての上部電極１０７は、引き出し配線１１４に接続されている。図１（ａ）に示す様に、上部電極１０７は引き出し配線１１４とシリコン基板１０３を経由して回路基板１０１に接続されている。
【００１８】
各部の寸法について説明する。キャビティ１０６を持つ各セルのメンブレン１０５の幅ｗｍは２００μｍ、厚さｔｍは１．５μｍである。キャビティ１０６の幅はメンブレンの幅と同様に２００μｍ、深さｔｃは１μｍである。溝１１１の底部の幅ｗｔは１００μｍ、深さｔｔ１は１００μｍである。図１（ｃ）に示す上部電極１０７の幅ｗe１は１００μｍ、厚さte１は３３０ｎｍである。図１（ｃ）に示す上部電極１０７を繋ぐ配線１１２の幅ｗe２は１０μｍ、厚さは上部電極と同じである。引き出し配線１１４の幅ｗe３は１００μｍである。下部電極１０８の幅ｗe４は９００μｍ、厚さ（貫通配線１０９も含む）は溝１１１の深さｔｔ１と同じである。下部電極パッド１１６の平面サイズは１００μｍ×１００μｍ、厚さは３３０ｎｍである。ただし、これらの値は一例であり、他の値をとることも可能である。また、図面では、各部の寸法の割合は、見易くするために実際とは異なる。溝１１１の斜面を基板面に対して角度５４．７度で形成する異方性エッチングを用いると考えると、溝１１１の底部の幅と深さでもって、溝１１１の開口部の幅は２００μｍ以上に容易にできる。こうして、第１の面側の溝１１１の幅を第２の面側の溝１１１の幅よりも狭くする構造が容易に形成できる。
【００１９】
ＣＭＵＴの動作原理について説明する。超音波を受信する場合、メンブレン１０５が変位し上部電極１０７と下部電極１０８とのギャップが変化する。それによる静電容量の変化量を検出し信号処理することにより、超音波画像などを得ることができる。また、超音波を発信する場合は、回路基板１０１より、上部電極１０７或いは下部電極１０８に変調電圧を印加することでメンブレン１０５を振動させる。
【００２０】
本実施例によれば、隣り合うエレメント間での寄生容量の影響を低減し、かつ、１つのエレメントの有効面積をより大きくでき、ＣＭＵＴの感度を向上させられる。また、シリコン基板自体を配線として用いる上記構成は、キャビティの形成方法として、サーフェスマイクロマシニング、実施例２で述べるバルクマイクロマシニングのどちらも適用できる点で優れている。貫通配線を形成する方法としては、シリコン基板に貫通孔を形成しそこにポリシリコンなどを成膜して配線とする方法や、Ｃｕなどをメッキして配線とする方法があるが、これらの方法は、キャビティ形成が多様な方法で行えるか否かの点で劣る。
【００２１】
（実施例２）
実施例２を説明する。本実施例は、実施例１で説明したＣＭＵＴの作製方法に係る。図２は本実施例のＣＭＵＴの作製方法を説明する工程図であり、図２のプロセスフローでは説明の簡易化のために２つのエレメントの断面図を示しているが、他のエレメントも同様に作製される。また、図２において、図１に示す部分と同様な機能を担う部分には同符号が付されている。
【００２２】
まず、Ｓｉ基板１０３を用意する。典型的には、これは、半導体加工技術を容易に適用できる単結晶シリコンである。Ｓｉ基板１０３は、後に下部電極１０８及び貫通配線１０９となるため、抵抗率の低いもの（すなわち或る程度の導電性を有するもの）が好ましい。本実施例では、比抵抗０．０２Ω・ｃｍ未満のＳｉ基板を用いた。次に、パイロジェニック酸化によりＳｉ基板１０３に酸化膜２０１を形成し、フォトリソグラフィによりキャビティパターンを形成する。更に、酸化膜２０１をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）によりエッチングして、キャビティ１０６を形成する。例えば、Ｓｉ基板１０３は厚さ５２５μｍ、酸化膜２０１の厚さは１μｍである。図２（Ａ）はキャビティパターン形成後の上面図であり、図２（Ａ’）はＡ−Ａ’断面図である。
【００２３】
次に、キャビティ１０６底面の絶縁を図るため、再び基板１０３を熱酸化する。これにより酸化膜２０３を厚さ１５００Åで形成する。酸化膜２０３は基板１０３の下面にも形成する。図２（Ｂ）は熱酸化膜２０３形成後の上面図であり、図２（Ｂ’）はＢ−Ｂ’断面図である。
【００２４】
次に、図２（Ｂ）の基板１０３にＳＯＩ基板２０５を接合する。図２（Ｃ）はＳＯＩ基板接合後の上面図であり、図２（Ｃ’）はＣ−Ｃ’断面図である。ＳＯＩ基板２０５は、デバイス層（厚さ１．５μｍ）、埋め込み酸化膜層（厚さ０．４μｍ）、支持基板層（厚さ５００μｍ）で構成されている。接合工程は次の通りである。まず、基板１０３とＳＯＩ基板２０５の接合表面をＮ２プラズマ処理する。次に、基板１０３と基板２０５とをオリフラを突き合わせて位置合わせする。最後に、真空チャンバー内で、温度３００℃、荷重５００Ｎの条件で、両者を接合する。
【００２５】
次に、ＳＯＩ基板２０５の支持基板層、埋め込み酸化膜層をエッチングにより除去する。ＳＯＩ基板２０５の支持基板層はＳＦ６を用いたドライエッチングで除去され、埋め込み酸化膜層はバッファードフッ酸（ＢＨＦ）によるエッチングで除去される。これにより、メンブレン１０５を形成する。図２（Ｄ）はＳＯＩ基板２０５の支持基板層と埋め込み酸化膜層をエッチング後の上面図であり、図２（Ｄ’）はＤ−Ｄ’断面図である。
【００２６】
次に、上部電極引き出し電極１１４を形成する。図２（Ｄ）で作製した基板１０３のメンブレン１０５側にフォトリソグラフィにより上部電極引き出し電極のレジストパターンを形成する。このレジストをマスクとして、メンブレン１０５はＣＦ４ガスを用いたドライエッチングによりエッチングされる。同様に、レジストをマスクとして、酸化膜２０１、２０３はＣＦ４ガスを用いたドライエッチングによりエッチングされる。図２（Ｅ）は上部電極引き出し電極１１４形成後の上面図であり、図２（Ｅ’）はＥ−Ｅ’断面図である。
【００２７】
次に、上部電極１０７を形成する。図２（Ｅ）で作製した基板のレジストを除去した後、Ａｌを蒸着する。Ａｌが蒸着された面にフォトリソグラフィにより上部電極のレジストパターンを形成する。最後に、このレジストパターンをマスクとしてＡｌをウェットエッチングすることより上部電極１０７を形成する。図２（Ｆ）は上部電極１０７形成後の上面図であり、図２（Ｆ’）はＦ−Ｆ’断面図である。
【００２８】
次に、図２（Ｆ）で作製した基板のレジストを除去した後、４×４のエレメント１０４に分離するためのレジストパターンをフォトリソグラフィにより形成する。更に、酸化膜２０３をＢＨＦによりエッチングした後、レジストを除去する。エッチングされた酸化膜２０３は溝１１１を形成するためのエッチングマスクとなる。図２（Ｇ）はエッチングマスク形成後の上面図であり、図２（Ｇ’）はＧ−Ｇ’断面図である。
【００２９】
次に、Ｓｉ層１０３に溝１１１を形成する。図２（Ｈ）は溝形成後の上面図であり、図２（Ｈ’）はＨ−Ｈ’断面図である。図２（Ｇ）で形成した酸化膜２０３をエッチングマスクとして、Ｓｉ基板１０３のウェットエッチングを行う。ウェットエッチングは、アルカリ性溶液を使用した異方性ウェットエッチングを用いる。アルカリ性溶液としては、例えば、水酸化カリウム水溶液や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ）を用いるとよい。エッチング後、酸化膜２０３を除去する。溝１１１の断面は開口部より底面が狭い台形の形状となる。
【００３０】
最後に、図２（Ｈ）で作製した基板と回路基板１０１とを接合する。図２（Ｉ）は回路基板１０１接合後の上面図であり、図２（Ｉ’）はＩ−Ｉ’断面図である。接合には、はんだを用いる。基板１０１の電極パッド１１６の部分にソルダーペーストを印刷する。次に、ソルダーペーストをリフローすることによりはんだボールを形成する。最後に、回路基板１０１の各回路素子の電極パッド１１６と基板１０３の下部電極とを位置合わせし、はんだ１１６のリフローにより基板１０１、１０３を接合する。これにより、超音波の送受信における信号処理が可能となる構成が作製される。
【００３１】
本実施例は、上述した様に、基板に溝をアルカリウェットエッチングで形成して複数の下部電極を形成する工程、下部電極に対向するキャビティを形成する工程、キャビティに対向するメンブレンを形成する工程、メンブレン上に上部電極を形成する工程を含む。また、本実施例では、シリコン基板上にキャビティ構造を形成し、ＳＯＩ基板を接合させるバルクマイクロマシニングを利用した方法を用いた。この方法で作製した構成では、シリコン単結晶がメンブレンとして用いられるため、メンブレンの機械的特性が向上する。ただし、この他にも、サーフェスマイクロマシニングを利用する作製方法を用いてもよい。具体的には、例えば、次の様にする。ポリシリコン層が犠牲層として形成された基板上にシリコン窒化膜をメンブレンとして成膜し、メンブレンの部分にエッチングホールを形成する。このエッチングホールを介して犠牲層のポリシリコン層をエッチング液でエッチングし、キャビティを形成する。最後にエッチングホールをシリコン窒化膜で埋めることにより封止されたキャビティを形成する。この方法でも、エレメントが形成された基板に、上述した様に溝を形成すればよい。
【００３２】
（実施例３）
実施例３を、図３（ａ）を参照して説明する。実施例３は実施例１で説明したＣＭＵＴと基本的に同じであるが、溝１１１の断面形状が階段型となっている部分が異なる。溝１１１はエレメント１０４に近い部分の幅が狭いことを特徴としている。この様な断面形状とすることで、隣り合うエレメント１０４間に発生する寄生容量の増加を最小限に抑えつつ、より多くのキャビティを配置することができる。ここで、図３（ｂ）の様にエレメント１０４から遠い部分で幅が広くなる溝について考える。配置できるキャビティの数は図３（ａ）と同じであるが、隣り合うエレメント１０４間に発生する寄生容量は増加し、ノイズが増加する。深さ方向に平均した溝の幅が大きいほど、隣り合うエレメント１０４間に発生する寄生容量は小さくなる。従って、溝１１１のエレメント１０４に近い部分の幅を狭くし、その他の部分の幅を広くすることにより、寄生容量に起因するノイズを最小限に抑えつつ、キャビティ数の増加による感度向上を実現することができる。
【００３３】
次に、図３（ａ）のＣＭＵＴの作製方法について、図４を用いて説明する。基本的な作製方法は実施例２と同様であるが、溝１１１を形成する図２（Ｈ）にあたる工程のみ異なる。ここでは溝の形成方法についてのみ説明する。まず、図２（Ｇ）で形成した酸化膜２０３上にレジストマスク３０１を形成し、Ｓｉ基板１０３の途中までドライエッチングを行なう（図４（Ａ）、（Ａ’））。レジストマスク３０１の開口部は酸化膜２０３の開口部より狭いことが特徴である。次に、レジストマスク３０１剥離し、酸化膜２０３上にレジストマスク３０２を形成し、酸化膜２０１（図２（Ｂ’）参照）が露出するまでドライエッチングする（図４（Ｂ）、（Ｂ’））。ドライエッチングは、ボッシュプロセスと呼ばれるドライエッチング方式を用いる。この方式は、エッチングと保護膜形成とを交互に行なうことで、高エッチングレートと高アスペクト比とを両立することができる。ドライエッチング後、レジストマスク３０２を剥離し、酸化膜２０３を除去する。溝１１１の断面は底面が大きく窄まる階段形状となる。
【００３４】
実施例２のウェットエッチングによる方法では、シリコンの結晶異方性のために溝の配置に制約を受けるが、実施例３のドライエッチングを用いる方法であればこの様な制約が少なく、溝１１１の配置の自由度をより高くすることができる。
【００３５】
（実施例４）
実施例４を、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。実施例４は、実施例１で説明したＣＭＵＴの変形例である。本実施例は、図５（a）の断面図に示す様に、図１（a）で示したＣＭＵＴにアンダーフィルと呼ばれるエポキシ系充填材１１７を導入した構造を有する。図５（ｂ）はその上面図である。図５（ａ）に示す様に、シリコン基板１０３と回路基板１０１との間に充填材であるアンダーフィル１１７が導入され、この充填材を介在させてシリコン基板１０３と回路基板１０１が接合されている。アンダーフィル１１７は、トレンチ（溝）構造を取ることによって脆弱となる部分を補強するためと、はんだ接合時にシリコン基板１０３と回路基板１０１の熱膨張率の違いで発生するひずみを緩和させることなどを目的として導入される。
【００３６】
また、アンダーフィル１１７は、これでシリコン基板１０３と回路基板１０１の間の領域付近の音響インピーダンスの整合を取ることで、この領域付近の境界面における超音波の反射による影響を最小限に抑える（反射を抑制する）ことを目的としても導入される。音響インピーダンスを調整するために、エポキシ系の材料DEVCON-B（登録商標）にタングステンやアルミナの微粒子を混ぜて目標のインピーダンスに合わせ込む。例えば、回路基板１０１の音響インピーダンスは５．６kg/s・cm2である一方、DEVCON-Bの音響インピーダンスは４．７kg/s・cm2である。例えば、このDEVCON-Bにタングステンを質量比で４０％程混ぜて均等に分散させることで、目標である音響インピーダンス５．６kg/s・cm2を実現することができる。しかし、タングステンの含有量が多くなるに従って粘性が高くなるため、導入するときに空気の泡を含む可能性がある。空気の抜けが悪い垂直なトレンチでは泡は残ってしまうため、音響的な問題を発生させる可能性がある。つまり、泡があると、泡とエポキシの音響インピーダンスの違いから図５（a）の上方から飛来する超音波は泡のところでその殆どが反射され、その一部がＣＭＵＴに戻り新たな信号を発生させてしまう。それはノイズとなって、信号強度の低下をもたらしたり、本来の求める信号と干渉して信号を強めたり弱めたりする。
【００３７】
そこで、テーパー型となったトレンチ構造を有する本実施例の場合、上記エポキシが導入されるときに溝１１１の側壁を伝ってエポキシが流れる。その際、エポキシの液滴が粘性によって大きくなっても、溝１１１にテーパーがついているため、溝１１１の開口部の導入口で詰まることなく導入される。また、エポキシの導入を助けるためにプラズマ処理を行いトレンチ構造の溝１１１の表面を活性化することが考えられる。この場合も、テーパーがついているため、プラズマ自体が溝１１１の底部まで入り易くなり、結果としてエポキシを溝１１１の底部まで容易に導入することができる。更に、テーパーがあることで溝１１１の側壁とエポキシの間の隙間を保ったまま、空気が逃げる様にエポキシを導入することが可能となる。その結果、空気が残りにくく泡が発生しにくくなり、音響的な問題を低減ないし殆どなくすことができ、広帯域特性を実現することができる。つまり、元々、本実施例の様な静電容量型の電気機械変換装置は圧電方式のものと比較して水中及び空気中でも周波数帯域が広く優れた広帯域特性を有するが、この特徴を更に確実かつ安定的に実現できる様になる。
【符号の説明】
【００３８】
１００…ＣＭＵＴ（電気機械変換装置）、１０３…シリコン基板（導電性の基板）、１０４…エレメント（電気機械変換部）、１１１…溝
【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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