(57)【要約】【課題】  静電容量型の超音波トランスデューサが形成されたチップを用いて超音波探触子を組み立てる際のダメージ抑制と動作信頼性の確保を両立する。【解決手段】  静電容量型の超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）が、第１主面上に形成された半導体基板において、前記半導体基板の第１主面上に形成された前記超音波トランスデューサの表面に保護膜を形成し（２）、半導体基板の第１主面と対向する第２主面を研磨することにより、半導体基板を薄膜化し（３）、半導体基板から超音波トランスデューサチップを切り出し（４）、超音波トランスデューサが形成された表面と対向する面に吸音材を設け（５）、超音波トランスデューサの表面に形成された前記保護膜を除去する（６）。【選択図】  図３
2014120874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第１主面に形成される静電容量型の超音波トランスデューサを用いた超音波探触子の製造方法であって、
前記基板の第１主面上に形成された前記超音波トランスデューサの表面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を形成する工程の後に、前記基板の第１主面と対向する第２主面側を薄膜化する工程と、
前記薄膜化の工程の後に、前記基板から超音波トランスデューサチップを切り出す工程と、
前記切り出す工程の後に、前記超音波トランスデューサチップの前記超音波トランスデューサが形成された表面と対向する面に吸音材を設ける工程と、
前記吸音材を設ける工程の後に、前記超音波トランスデューサの表面に形成された前記保護膜を除去する第１除去工程と、を含む、
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子の製造方法であって、
前記超音波トランスデューサは、第１電極と、前記第１電極上に形成された第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、前記第２電極を覆うように形成された第３絶縁膜を備え、
前記第１除去工程において、前記超音波トランスデューサが形成された表面の前記保護膜のうち、上面から見て、前記空洞部と重なる前記保護膜を除去する、
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の超音波探触子の製造方法であって、
前記超音波トランスデューサは、第１電極と、前記第１電極上に形成された第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、前記第２電極を覆うように形成された第３絶縁膜を備え、
前記薄膜化工程の前に、
前記超音波トランスデューサが形成された表面の前記保護膜のうち、上面から見て、前記第１電極、及び前記第２電極の電極パッド上の前記保護膜を除去する第２除去工程を、更に備える、
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項４】
請求項２記載の超音波探触子の製造方法であって、
前記超音波トランスデューサは、第１電極と、前記第１電極上に形成された第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、前記第２電極を覆うように形成された第３絶縁膜を備え、
前記薄膜化工程の前に、
前記超音波トランスデューサが形成された表面の前記保護膜のうち、上面から見て、前記第１電極、及び前記第２電極の電極パッド上の前記保護膜を除去する第２除去工程を、更に備える、
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項５】
請求項２記載の超音波探触子の製造方法であって、
前記吸音材を設ける工程の後に、前記電極パッドに配線を行う電極パッド配線工程を、更に備え、
前記第１除去工程を前記電極パッド配線工程の後で行う、
こと特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の超音波探触子の製造方法であって、
前記保護膜は有機高分子材料からなる膜である、
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の超音波探触子の製造方法であって、
前記有機高分子材料は感光性を備える膜である、
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の超音波探触子の製造方法で製造される超音波探触子であって、
前記超音波探触子の前記トランスデューサは、
第１電極と、前記第１電極上に形成された第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、前記第２電極を覆うように形成された第３絶縁膜を備える、
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項９】
請求項４記載の超音波探触子の製造方法で製造される超音波探触子であって、
前記保護膜は有機高分子材料からなる膜である、
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項１０】
請求項８記載の超音波探触子と、前記超音波探触子を制御する制御部を備える、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項９記載の超音波探触子と、前記超音波探触子を制御する制御部を備える、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に用いる超音波探触子、特に、それに使用する超音波トランスデューサの最適な製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサを用いた超音波探触子は超音波を送信、受信することにより、人体内の腫瘍などの診断に用いられている。
【０００３】
これまでは、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が、近年のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術による製造技術の進歩により、振動部をシリコンウェハ上に作製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盛んに開発されている。このＣＭＵＴは、従来の圧電体を用いた超音波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、あるいは高感度であるなどの利点がある。またＬＳＩ加工技術を用いて作製するので微細加工が可能である。関連する先行技術として例えば、特許文献１や、本件発明者等が先に出願した、簡単な構造で超音波送受信の性能を向上させる超音波トランスデューサの構造に関する特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５０２８７１号公報
【特許文献２】特開２０１２−０２３７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したＣＭＵＴは、超音波素子をアレイ状に並べて、それぞれの素子を独立に制御を行う場合には必須となると考えられる。何故ならば、各素子への配線が必要になり、アレイ内の配線数は膨大な数になることが考えられるが、配線や、さらには超音波送受信部からの信号処理回路の１チップへの混載も、ＣＭＵＴでは可能だからである。
【０００６】
ＣＭＵＴの基本的な構造にあっては、下部電極の上層に絶縁膜に囲まれた空洞部が、空洞部上には絶縁膜を介して上部電極が配置される。上部電極と下部電極の間に直流電圧と交流電圧を重畳すると、空洞部上の絶縁膜と上部電極で構成されるメンブレンが、印加した交流電圧の周波数で振動することで超音波が発信される。受信の場合は、メンブレンの表面に到達した超音波の圧力により、メンブレンが振動し、上部電極と下部電極との間の距離が変化するため、静電容量の変化として超音波が検出される。
【０００７】
一般的な半導体チップでは、デバイスが形成された半導体基板からチップを切り出すダイシング工程でのチップ表面の保護や、チップをパッケージングする際のパッケージング材料の応力によるチップの割れ等の抑制のための緩衝層として、ポリイミドなどの有機高分子膜をチップ表面に形成する。ＣＭＵＴが形成されたチップでも同様である。
【０００８】
しかしながら、メンブレンの上層に保護膜を形成し、そのままＣＭＵＴが形成されたチップを超音波探触子として使用することは、保護膜によるメンブレンの剛性の増大や質量の増加によるメンブレン振動への影響や、メンブレンの繰り返し振動による保護膜自体の塑性変形などが生じて、ＣＭＵＴを駆動中に、所望のＣＭＵＴの音響特性から変化してしまい、動作信頼性を確保することができなくなる。
【０００９】
本発明の目的は、ＣＭＵＴが形成されたチップを超音波探触子に組み立てる際のメンブレンへのダメージを抑制し、ＣＭＵＴを駆動中のデバイス動作信頼性を確保できる超音波探触子の製造方法、超音波探触子、及びそれを用いた超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明においては、基板の第１主面に形成される静電容量型の超音波トランスデューサを用いた超音波探触子の製造方法であって、基板の第１主面上に形成された超音波トランスデューサの表面に保護膜を形成する工程と、保護膜を形成する工程の後に、基板の第１主面と対向する第２主面側を薄膜化する工程と、薄膜化の工程の後に、基板から超音波トランスデューサチップを切り出す工程と、切り出す工程の後に、超音波トランスデューサチップの前記超音波トランスデューサが形成された表面と対向する面に吸音材を設ける工程と、吸音材を設ける工程の後に、超音波トランスデューサの表面に形成された保護膜を除去する第１除去工程と、を含む超音波探触子の製造方法を提供する。
【００１１】
また、上記の目的を達成するため、この製造方法で製造される超音波探触子であって、超音波探触子の前記トランスデューサは、第１電極と、第１電極上に形成された第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に、上面から見て第１電極と重なるよう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第２電極と、第２電極を覆うように形成された第３絶縁膜を備える構成の超音波探触子、更には、この超音波探触子と、当該超音波探触子を制御する制御部を備えた超音波診断装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＣＭＵＴが形成されたチップを用いて超音波探触子を組み立てる際のＣＭＵＴへのダメージの抑制とＣＭＵＴ駆動時の動作信頼性の確保を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明者らが検討した超音波トランスデューサの断面図である。
【図２】本発明者らが検討した超音波探触子の組み立てフローを示す図である。
【図３】実施例１における超音波探触子の組み立てフローの図である。
【図４Ａ】実施例１における組み立てフローにより製造した超音波探触子を示した上面図である。
【図４Ｂ】実施例１における組み立てフローにより製造した超音波探触子を示した図４ＡのＡ−Ａ’線で切断した断面図である。
【図５】実施例１における超音波トランスデューサが形成されたチップの上面図である。
【図６Ａ】図５の超音波トランスデューサが形成されたチップのＡ−Ａ’線で切断した断面図である。
【図６Ｂ】図５の超音波トランスデューサが形成されたチップのＢ−Ｂ’線で切断した断面図である。
【図６Ｃ】図５の超音波トランスデューサが形成されたチップのＣ−Ｃ’線で切断した断面図である。
【図６Ｄ】図５の超音波トランスデューサが形成されたチップのＤ−Ｄ’線で切断した断面図である。
【図７】図５に示した超音波トランスデューサが形成されたチップが作製されたシリコンウェハの上面図である。
【図８】図７のシリコンウェハの表面に保護膜を形成した上面図である。
【図９Ａ】図８のシリコンウェハ上の超音波トランスデューサが形成されたチップにおける超音波トランスデューサのＡ−Ａ’線で切断した断面図である。
【図９Ｂ】図８のシリコンウェハ上の超音波トランスデューサが形成されたチップにおける超音波トランスデューサのＢ−Ｂ’ 線で切断した断面図である。
【図９Ｃ】図８のシリコンウェハ上の超音波トランスデューサが形成されたチップにおける超音波トランスデューサのＣ−Ｃ’ 線で切断した断面図である。
【図９Ｄ】図８のシリコンウェハ上の超音波トランスデューサが形成されたチップにおける超音波トランスデューサのＤ−Ｄ’ 線で切断した断面図である。
【図１０Ａ】図８で示したシリコンウェハの裏面をグラインダーで研磨することで薄膜化を行う際の裏面の上面図である。
【図１０Ｂ】図ＡのＡ−Ａ’線で切断した断面に対応する断面図である。
【図１１Ａ】図１０で示した薄膜化工程時の超音波トランスデューサが形成されたシリコンウェハの表面側のＡ−Ａ’線で切断した拡大断面図である。（ｂ）は図５のＢ−Ｂ’ 線で切断した断面、（ｃ）は図５のＣ−Ｃ’ 線で切断した断面、（ｄ）は図５のＤ−Ｄ’ 線で切断した断面に対応する。
【図１１Ｂ】図１０で示した薄膜化工程時の超音波トランスデューサが形成されたシリコンウェハの表面側のＢ−Ｂ’ 線で切断した拡大断面図である。
【図１１Ｃ】図１０で示した薄膜化工程時の超音波トランスデューサが形成されたシリコンウェハの表面側のＣ−Ｃ’ 線で切断した拡大断面図である。
【図１１Ｄ】図１０で示した薄膜化工程時の超音波トランスデューサが形成されたシリコンウェハの表面側のＤ−Ｄ’ 線で切断した拡大断面図である。
【図１２Ａ】シリコンウェハの表面のバックグラインドテープを剥離している状態を、Ａ−Ａ’ 線で切断した断面で示す図である。
【図１２Ｂ】シリコンウェハの表面のバックグラインドテープを剥離している状態を、図１１Ａの断面に対応する断面で示す図である。
【図１３Ａ】シリコンウェハから超音波トランスデューサが形成されたチップを切り出すダイシング工程を示した上面図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＡ−Ａ’ 線で切断した断面に対応する図である。
【図１４】図１３Ｂの超音波トランスデューサが形成されたシリコンウェハの表面側の、図５のＡ−Ａ’ 線で切断した断面に対応する拡大断面図である。
【図１５Ａ】超音波トランスデューサが形成されたチップをバッキング材へ貼り付ける工程を示す、チップの表面側から見た上面図である。
【図１５Ｂ】図１５ＡのＡ−Ａ’線で切断した断面図である。
【図１６】図１５Ｂのチップの表面側の、図５のＡ−Ａ’線で切断した断面に対応する拡大断面図である。
【図１７Ａ】超音波トランスデューサが形成されたチップの表面側の、図５のＡ−Ａ’線で切断した拡大断面図である。
【図１７Ｂ】超音波トランスデューサが形成されたチップの表面側の、図５のＢ−Ｂ’線で切断した拡大断面図である。
【図１７Ｃ】超音波トランスデューサが形成されたチップの表面側の、図５のＣ−Ｃ’線で切断した拡大断面図である。
【図１７Ｄ】超音波トランスデューサが形成されたチップの表面側の、図５のＤ−Ｄ’線で切断した拡大断面図である。
【図１８】保護膜の残渣が残った超音波トランスデューサが形成されたチップの表面側の、図５のＡ−Ａ’線で切断した断面に対応する拡大断面図である。
【図１９Ａ】電極パッドへワイヤボンディングを行ったチップの表面側から見た上面図である。
【図１９Ｂ】電極パッドへワイヤボンディングを行ったチップの、図１９ＡのＡ−Ａ’線で切断した断面に対応する断面図である。
【図２０Ａ】図１９で示すチップのパッド開口部の、図５のＣ−Ｃ’線で切断した断面に対応する断面図である。
【図２０Ｂ】図１９で示すチップのパッド開口部、図５のＤ−Ｄ’線で切断した断面に対応する断面図である。
【図２１Ａ】超音波トランスデューサが形成されたチップの表面に音響レンズを装着した上面図である。
【図２１Ｂ】図２１ＡのＡ−Ａ’線で切断した断面図である。
【図２２】図２１Ｂで示すチップの表面側の、図５のＡ−Ａ’線で切断した断面に対応する拡大断面図である。
【図２３】実施例２における超音波探触子の組み立てフローを示す図である。
【図２４Ａ】図２３の（１１）の工程での、図５のＡ−Ａ’線で切断した断面に対応する図である。
【図２４Ｂ】図２３の（１１）の工程での、図５のＢ−Ｂ’線で切断した断面に対応する図である。
【図２４Ｃ】図２３の（１１）の工程での、図５のＣ−Ｃ’線で切断した断面に対応する図である。
【図２４Ｄ】図２３の（１１）の工程での、図５のＤ−Ｄ’線で切断した断面に対応する図である。
【図２５】実施例１、２の超音波探触子を用いる超音波診断装置の一構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明するが、それに先立ち本発明者が検討した、超音波トランスデューサの断面図と、超音波探触子の組み立てフローを図１、図２を用いて説明する。
【００１５】
図１に示すＣＭＵＴの基本的な構造においては、下部電極１０１の上層に絶縁膜１０３に囲まれた空洞部１０２が配置されている。空洞部１０２上には絶縁膜１０３を介して上部電極１０４が配置されている。上部電極１０４と下部電極１０１の間に直流電圧と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の間に働き、空洞部１０２上の絶縁膜１０３と上部電極１０４で構成されるメンブレン１０５が印加した交流電圧の周波数で振動することで、超音波が発信される。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ため、静電容量の変化として超音波が検出される。この動作原理では、上部電極１０４と下部電極１０１の間に印加された静電気力と、メンブレンに到達した超音波の圧力によるメンブレン１０５の変形により超音波の送受信がなされる。
【００１６】
図２に、本発明者が検討した、ＣＭＵＴを形成する半導体基板としてシリコンウェハを用いた場合での超音波探触子を組み立てる工程のフローを示す。基板の厚さを薄くしたチップを実現するためには、シリコンウェハの裏面側を研磨するバックグラインド工程（図２の（２））が必要であり、ＣＭＵＴが形成されたシリコンウェハからチップを切り出す際のダイシング工程（図２の（３））、さらに、バッキング材をＣＭＵＴが形成されたチップの裏面に配置する構成とするためには、チップへのバッキング材の装着工程（図２の（４））が必須である。
【００１７】
図２の（２）であるバックグラインド工程では、シリコンウェハの表面側にバックグラインドテープと呼ばれるテープを貼り付けて、そのテープをシリコンウェハ表面の保護膜あるいはバックグラインド工程での土台として、ウェハの裏面側をグラインダーによる研磨や、ガス、液体によるエッチングを行い、その後、ウェハ表面に貼り付けたバックグラインドテープを剥がす工程が必要である。
【００１８】
その際に、ＣＭＵＴが形成されたウェハの表面側に、バックグラインドテープの接着、剥離処理が必要となる。しかし、ＣＭＵＴのような空洞構造の上部に薄膜のメンブレンを持つデバイスでは、バックグラインドテープの接着、剥離の際に、メンブレンに力が加わり、メンブレンの割れや剥がれ等のダメージが入ってしまう。
【００１９】
図２の（３）であるダイシング工程でも、ダイシング中の切り屑を除去するために、高い水圧の水をウェハ表面側に吹き付けながら行われるため、ウェハ表面側のメンブレンへ圧力が加わることになり、メンブレンのダメージは避けられない。
【００２０】
図２の（４）であるダイシングによって切り出したＣＭＵＴが形成されたチップとバッキング材を接着する工程では、接着剤を介してバッキング材へチップを貼り付ける処理を行うが、接着性を確保するためには、バッキング材とチップを押し付ける必要があり、その際にチップの表面側に圧力が加わることで、チップ表面側のメンブレンへのダメージは避けられない。
【００２１】
下記で説明する本発明の実施の形態では、超音波探触子を組み立てる際に生じるＣＭＵＴへのダメージの抑制と、ＣＭＵＴ駆動時の動作信頼性の確保を両立するという目的を、超音波探触子の組み立て工程において、ＣＭＵＴへのダメージが発生する工程の前に、ＣＭＵＴが形成されたチップ表面に保護膜を形成しておき、超音波探触子の組み立て工程の中で、ＣＭＵＴへのダメージが発生する工程が終了した後に保護膜を除去することで実現する。
【００２２】
なお、以下の実施例を説明するための全図において、同一の部材に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。また、以下の実施例おいては、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例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。
【００２３】
また、以下の実施例において、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よい。更に、以下の実施例において、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。
【００２４】
同様に、以下の実施例において、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は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。なお、平面図であっても理解を容易にするため、ハッチングを付す場合がある。
【実施例１】
【００２５】
第１の実施例の超音波探触子の製造方法、製造される超音波探触子、およびそれを利用する超音波診断装置は、ＣＭＵＴが形成されたチップを超音波探触子に組み立てる際のＣＭＵＴへのダメージ抑制と、ＣＭＵＴ駆動時の動作信頼性の確保を両立するため、超音波探触子を組み立てる工程の前に、ＣＭＵＴが形成された基板に保護膜を形成し、超音波探触子を組み立てる工程の中で、ＣＭＵＴのメンブレンにダメージが入る工程が終了後、保護膜を除去することで実現する実施例に関するものである。
【００２６】
すなわち、第１の実施例は、基板の第１主面に形成される静電容量型の超音波トランスデューサを用いた超音波探触子の製造方法であって、基板の第１主面上に形成された超音波トランスデューサの表面に保護膜を形成する工程と、保護膜を形成する工程の後に、基板の第１主面と対向する第２主面側を薄膜化する工程と、薄膜化の工程の後に、基板から超音波トランスデューサチップを切り出す工程と、切り出す工程の後に、超音波トランスデューサチップの超音波トランスデューサが形成された表面と対向する面に吸音材を設ける工程と、吸音材を設ける工程の後に、超音波トランスデューサの表面に形成された保護膜を除去する第１除去工程と、を含む超音波探触子の製造方法の実施例である。
【００２７】
また、上記の超音波探触子の製造方法で製造される超音波探触子であって、そのトランスデューサは、第１電極と、第１電極上に形成された第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に、上面から見て第１電極と重なるよう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第２電極と、第２電極を覆うように形成された第３絶縁膜を備える構成の超音波探触子の実施例である。更に、その超音波探触子と、超音波探触子を制御する制御部を備える構成の超音波診断装置の実施例である。
【００２８】
図３は、ＣＭＵＴを形成する基板としてシリコンウェハを用いた場合の本実施例における超音波探触子の組み立てフローである。図４Ａは、図３の組み立てフローにより作製し、図３の（１０）で完成した超音波探触子の上面図、図４Ｂは、図４ＡのＡ−Ａ’線での切断面を示す断面図である。
【００２９】
図４Ａ、図４Ｂにおいて、４０１はＣＭＵＴが形成されたＣＭＵＴチップ、４０２はバッキング材、４０３はＣＭＵＴが形成されたチップとの電気接続のためのフレキシブル配線基板、４０５はフレキシブル配線基板４０３とＣＭＵＴが形成されたチップ４０１を電気接続するためのワイヤ、４０７は音響レンズ、４０８は超音波探触子のケースである。４０４は、ＣＭＵＴが形成されたチップ４０１、フレキシブル配線基板とバッキング材を接着する接着層、４０６はＣＭＵＴが形成されたチップ４０１と音響レンズ４０７を接着する接着層である。
【００３０】
図３の組み立てフローでは、空洞部を含むＣＭＵＴを形成したシリコンウェハの表面に保護膜を形成し（図３の（２））、その後、バックグラインド工程で、保護膜を形成したシリコンウェハ表面と対向する裏面を削ることで、シリコンウェハの薄膜化を行う（図３の（３））。薄膜化を行ったシリコンウェハから、ダイシング工程によりＣＭＵＴが形成されたチップに切り出す（図３の（４））。切り出したチップとバッキング材を接着する工程（図３の（５））の後に、図３の（２）で形成した保護膜を除去する（図３の（６））。その後、電極パッドにワイヤボンディングを行い（図３の（７））、ＣＭＵＴのチップ表面と音響レンズを接着し（図３の（８））、ケース４０８に封止する（図３の（９））ことで図４に示す超音波探触子が完成する（図３の（１０））。
【００３１】
図５は、本実施例によって、ＣＭＵＴが形成されたチップ４０１の上面図であり、図３の（１）のシリコンウェハ上に形成された段階を示している。２チャンネルの下部電極１０１と４チャンネルの上部電極１０４が直交し、それぞれの交点に、下部電極の配列方向が１００μｍ、上部電極の配列方向が４０μｍの矩形の空洞部１０２が配置されたアレイ構成となっている。５０１は上部電極へ電気接続するためのパッド開口部であり、５０２は下部電極へ電気接続するためのパッド開口部である。これらのパッド開口部５０１、５０２にそれぞれ対応する上部電極１０４、下部電極１０１は、電極パッドとなる。下部電極１０１の上層や下層、上部電極１０４の上層、下層には絶縁膜が配置されているが、図５では示していない。
【００３２】
図６Ａ〜図６Ｄは、図５に示したＣＭＵＴが形成されたチップ４０１に形成されたＣＭＵＴの断面構造を示しており、図６Ａは図５のＡ−Ａ’線での切断面、図６Ｂは図５のＢ−Ｂ’線での切断面、図６Ｃは図５のＣ−Ｃ’線での切断面、図６Ｄは図５のＤ−Ｄ’線での切断面に対応する。図６Ａ〜図６Ｄにおいて、６０１は半導体基板であり、本実施例では８インチのシリコンウェハを使用してチップを作製する場合を示している。８インチのシリコンウェハの厚さは７２５μｍであるが、図６Ａ〜図６ＤではＣＭＵＴデバイスの近傍部のみを示している。
【００３３】
６０２、６０３、６０４、６０５、６０６、６０８は絶縁膜であり、例えばシリコン酸化膜で形成される。それぞれの厚さは、例えば、６０２は５００ｎｍ、６０３は８００ｎｍ、６０４、６０５は２００ｎｍ、６０６は５００ｎｍ、６０８は８００ｎｍである。１０１は下部電極であり、例えば、窒化チタン膜とアルミニウム合金膜と窒化チタン膜をそれぞれ１００ｎｍ、６００ｎｍ、１００ｎｍで形成される。１０２は空洞部であり、厚さは例えば１００ｎｍである。１０４は上部電極であり、例えば、窒化チタン膜とアルミニウム合金膜と窒化チタン膜をそれぞれ１００ｎｍ、３００ｎｍ、１００ｎｍで形成される。
【００３４】
なお、図５には示していないが、６０７は空洞部１０２を形成するための開口部であり、開口部６０７を介して、空洞部１０２の型となる材料を除去することで空洞部１０２を形成する。空洞部１０２を形成した後に、開口部６０７は、絶縁膜６０８で埋め込まれ、空洞部１０２が密封される。１０５は空洞部上のメンブレンであり、本実施例では厚さは、上部電極の厚さを含めると２μｍ程度となる。上記の膜厚や、空洞部の寸法、ＣＭＵＴを構成する材料は一例であり、所望する送受信できる超音波の周波数等により決定される。したがって、空洞部１０２上のメンブレンも上記の例よりも薄膜になる場合もあることは言うまでもない。
【００３５】
図７は、図５に示した本実施例のＣＭＵＴが形成されたチップ４０１が２列×８列の合計１６個が配列、作製されたシリコンウェハ７０１を示しており、図３の（１）の工程後の状態に対応する。以下では、図３に示した超音波探触子の組み立てフロー（２）〜（１０）について図面を用いて説明する。
【００３６】
図８、図９は図３の（２）のシリコンウェハへの保護膜の形成工程を示している。図８は、図７のチップが形成されたシリコンウェハの表面に保護膜８０１を形成した図であり、保護膜としては塗布型のポリイミドを使用した例を示している。ポリイミドからなる保護膜８０１をシリコンウェハの表面に塗布した後に、３５０℃、１時間の熱処理を行うことで、ポリイミドからなる保護膜８０１を硬化させる。保護膜８０１の材料としては、有機高分子材料が好ましく、ポリイミドの他に、ポリベンゾオキサゾールや半導体プロセスのホトリソグラフィーで使用されるフォトレジスト等でもよい。すなわち、本実施例の超音波探触子の製造方法においては、好適には保護膜は有機高分子材料からなる膜を用いる。有機高分子材料は弾性率が低いため外力に対して緩衝効果が高く、またＣＭＵＴを構成する材料が無機材料であるため、保護膜を除去する際に選択的に除去できることから保護膜として好適である。塗布型の膜の他に、気相化学成長法で形成できるパリレン等でもよい。
【００３７】
図９Ａ〜図９Ｄは、図８のシリコンウェハ７０１上のＣＭＵＴが形成されたチップ４０１に形成したＣＭＵＴの断面図であり、図９Ａは図５のＡ−Ａ’線での切断面、図９Ｂは図５のＢ−Ｂ’ 線での切断面、図９Ｃは図５のＣ−Ｃ’ 線での切断面、図９Ｄは図５のＤ−Ｄ’ 線での切断面に対応する。図９Ａ、図９ＢではＣＭＵＴ最表面の絶縁膜６０８の上層にポリイミドからなる保護膜８０１が５μｍの厚さで形成されている。図９Ｃ、図９Ｄでは、ポリイミドからなる保護膜が絶縁膜６０８の上層とパッド開口部５０１、５０２も塗布型の保護膜であるために埋め込まれている。
【００３８】
このように、図３の（１）と（３）の間で（２）の保護膜を形成する工程を行うことで、（３）のシリコンウェハの薄膜化のためのバックグラインド工程、および（４）の基板からＣＭＵＴが形成されたチップを切り出すためのダイシング工程、（５）のバッキング材へのＣＭＵＴが形成されたチップの接着、貼り付け工程でのメンブレンへのダメージを抑制できることになる。また、シリコンウェハの状態で保護膜を形成することは、通常の半導体製造装置を使用できることも利点となる。
【００３９】
図３の（２）の保護膜形成工程に引き続き、図３の（３）のシリコンウェハの薄膜化工程を行う。図１０Ａ、図１０Ｂは、シリコンウェハ７０１の表面、すなわち、ＣＭＵＴが形成されている面にバックグラインドテープ１００２を貼り付けて、シリコンウェハの裏面１００１、すなわち、ＣＭＵＴが形成されている面と対向する面をグラインダー１００３で研磨することで薄膜化を行う図である。図１０Ａは、シリコンウェハの裏面１００１を上面から見た図である。研磨のためのグラインダー１００３は、シリコンウェハ７０１を示すため図示していない。図１０Ｂは図１０ＡのＡ−Ａ’線での切断面であり、７２５μｍのシリコンウェハが、グラインダー１００３により、図中の点線で示した厚さである２００μｍまで薄膜化される。
【００４０】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、図１０Ａ、図１０Ｂで示した薄膜化工程時のＣＭＵＴが形成されたシリコンウェハ７０１の表面側の拡大断面図であり、図１１Ａは図５のＡ−Ａ’線での切断面、図１１Ｂは図５のＢ−Ｂ’線での切断面、図１１Ｃは図５のＣ−Ｃ’線での切断面、図１１Ｄは図５のＤ−Ｄ’線での切断面に対応し、ポリイミドからなる保護膜８０１とバックグラインドテープ１００２が密着している。
【００４１】
図１２Ａ、図１２Ｂはシリコンウェハ７０１の研磨による薄膜化が終了し、シリコンウェハ７０１の表面（ＣＭＵＴが形成されている面）のバックグラインドテープ１００２の剥離処理を行っている図であり、図１２Ａは図１０Ｂの断面に対応し、図１２Ｂは図１１Ａの断面に対応する。バックグラインドテープの剥離は、そのまま基板から剥離する場合や、紫外線をバックグラインドテープに照射してバックグラインドテープの接着力を低下させてから剥離するなどの方法が一般的である。
【００４２】
図１０Ｂからわかるように、シリコンウェハ７０１の研磨の最中は、グライダーをシリコンウェハ７０１の裏面に接触させて、グラインダーを回転や横移動をさせることで研磨を行う。つまり、シリコンウェハ７０１には、基板の厚さ方向への圧力や、基板と水平方向の摩擦力が印加され、同様に図１１Ａ〜図１１Ｄに示したＣＭＵＴが形成されたシリコンウェハ７０１の表面とバックグラインドテープ１００２の間にも同等の力が印加されることになる。メンブレンを持たない通常の半導体デバイスでは問題が生じない力であっても、ＣＭＵＴは薄膜のメンブレンを有しており、シリコンウェハ７０１の表面に印加される力によって、メンブレンの割れや剥がれが生じる可能性がある。特に、バックグラインドテープ１００２とシリコンウェハ７０１の間に異物が挟まった場合、異物によるデバイス表面のえぐれや傷が発生し、メンブレンでは割れや剥がれに繋がる恐れがある。
【００４３】
また、図１２Ａ、図１２Ｂに示したバックグラインドテープ１００２を剥がす処理でも同様であり、バックグラインドテープ１００２を剥がす際の力がＣＭＵＴのメンブレンに印加される。紫外線照射によりバックグラインドテープの接着力を低下させることにより、メンブレンを持たない通常の半導体デバイスでは問題が生じなくても、ＣＭＵＴの場合は薄膜のメンブレン１０５を有しているため、バックグラインドテープ１００２の剥離の際に、メンブレン１０５の剥離や割れが生じる可能性がある。
【００４４】
生成された剥離や割れが微小であっても、完成したＣＭＵＴが形成されたチップを超音波探触子に組み立てて、実際にＣＭＵＴを駆動する際に、メンブレンが振動することによるメンブレンの歪みにより、割れや剥がれが拡大する。したがって、微小な剥離や割れであっても、ＣＭＵＴにとって致命的な欠陥となり、超音波探触子の信頼性を低下させることになる。
【００４５】
しかし、本実施例では、保護膜８０１が図３の（２）の段階でシリコンウェハ７０１のＣＭＵＴが形成されている表面に形成されているので、保護膜８０１はＣＭＵＴ表面に印加される力に対する緩衝層となり、例えば異物に対しても、保護膜に傷がつくことはあっても、ＣＭＵＴデバイスへは異物による傷が到達しない。後述するように、保護膜８０１は超音波探触子の組み立て工程の途中で除去するので、保護膜８０１に傷が生じてもＣＭＵＴを用いた超音波探触子の信頼性には影響を与えることがなく、ＣＭＵＴ駆動時の動作信頼性を確保することができる。
【００４６】
次に、図３の（３）の工程に引き続き、図３の（４）のシリコンウェハからＣＭＵＴが形成されたチップを切り出す工程を行う。
図１３Ａ、図１３Ｂは、図３の（３）のシリコンウェハ７０１の薄膜化の工程が終了し、シリコンウェハ７０１の裏面、すなわち、ＣＭＵＴが形成されている面と対向する面にダイシングテープ１３０１を貼り付けて、シリコンウェハ７０１からＣＭＵＴが形成されたチップ４０１を切り出すダイシング工程を示した図である。
【００４７】
図１３Ａは、シリコンウェハの表面、すなわち、ＣＭＵＴが形成されている面を上面から見た図である。ダイシングのためのダイシングブレードや切り屑除去のための水の照射ノズル等は図示していない。図１３Ｂは図１３ＡのＡ−Ａ’線での切断面であり、ダイシングブレード１３０２により、ＣＭＵＴが形成されたチップ４０１の外形に沿ってシリコンウェハ７０１の切断を行っている。１３０３は高圧水の噴射ノズルを示しており、ダイシングの最中にシリコンウェハ７０１の表面へ水１３０４を噴射することにより、ダイシングにより発生した切り屑を除去する。
【００４８】
図１４は、図１３Ｂで示したダイシング工程時のＣＭＵＴが形成されたシリコンウェハ７０１の表面側の拡大断面図であり、図５のＡ−Ａ’線での切断面に対応し、ノズルからの高圧水がシリコンウェハ表面へ吹き付けられている。吹きつけられる水の圧力が、メンブレンを持たない通常の半導体デバイスでは問題が生じない水圧であっても、ＣＭＵＴは薄膜のメンブレンを有しており、シリコンウェハ７０１の表面に吹き付けられる水の水圧により、メンブレンの歪みが生じて、メンブレンの割れや剥がれが生じる可能性がある。その抑制のために吹き付ける水圧を低下させることは、ダイシング最中の切り屑の除去ができないことになる。ＣＭＵＴの表面に残存した切り屑は、後述する図３の（５）のバッキング材へのＣＭＵＴが形成されたチップを接着する工程の際に、ＣＭＵＴが形成されたチップへ傷や割れを発生させることになり、完成したＣＭＵＴを使用して組み立てた超音波探触子の信頼性を低下させる。
【００４９】
生成された剥離や割れが微小であっても、完成したＣＭＵＴが形成されたチップを超音波探触子に組み立てて、実際にＣＭＵＴを駆動する際に、メンブレンが振動することによるメンブレンの歪みにより、割れや剥がれが拡大する。したがって、微小な剥離や割れであっても、ＣＭＵＴにとって致命的な欠陥となり、超音波探触子の信頼性を低下させることになる。また、ＣＭＵＴが形成されたチップ表面の切り屑は、ＣＭＵＴが形成されたチップの表面に形成する音響レンズとの密着性を低下させて、ＣＭＵＴからの超音波の送信、受信へも影響を与えることとなる。
【００５０】
しかし、本実施例では、保護膜８０１が図３の（２）の段階でシリコンウェハ７０１のＣＭＵＴが形成されている表面に形成されており、保護膜８０１がＣＭＵＴ表面に印加される力に対する緩衝層となるため、メンブレンへ水圧がそのまま伝わらず、通常の半導体デバイスへ適用されている圧力の水を噴射して切り屑を除去することができ、かつメンブレンの割れや剥がれの発生も抑制でき、ＣＭＵＴを用いた超音波探触子の信頼性の低下を抑制できる。
【００５１】
次に、図３の（４）のダイシングによるＣＭＵＴが形成されたチップの切り出し工程に引き続き、図３の（５）である切り出したＣＭＵＴが形成されたチップとバッキング材を接着する工程を行う。
図１５Ａ、図１５Ｂは、切り出したＣＭＵＴが形成されたチップ４０１をバッキング材４０２へ貼り付ける工程を示す図である。
【００５２】
図１５Ａは、ＣＭＵＴが形成されたチップの表面側を上面から見た図であり、図１５Ｂは図１５ＡのＡ−Ａ’線での切断面である。ＣＭＵＴが形成されたチップの裏面、すなわち、ＣＭＵＴ形成されている面と対向する面にバッキング材を接着層４０４により接着させている。接着剤としては、エポキシ樹脂やシリコン接着剤、あるいは、ダイアタッチフィルム等でよい。１５０１はＣＭＵＴが形成されたチップとバッキング材の接着させるためにチップ表面に印加する圧力を示している。例えば、接着層としてダイアタッチフィルムを使用する場合は、１ｋｇ/ｃｍ２程度の圧力を印加しながら１５０〜１８０℃の熱を加えることで接着することができる。この圧力により、バッキング材へＣＭＵＴが形成されたチップを密着させる。密着性が低い場合は、ＣＭＵＴが形成されたチップとバッキング材の間に隙間ができることになる。この隙間は、ＣＭＵＴからの超音波を送信する際に、チップの裏面へ放出される成分や、超音波の受信時にチップの裏面に透過する成分が、その部分でバッキング材へ透過せずに再反射され、音響特性を著しく劣化させる。
【００５３】
図１６は、図１５Ａ、図１５Ｂで示したＣＭＵＴが形成されたチップをバッキング材へ貼り付ける工程でのＣＭＵＴが形成されたチップ４０１の表面側の拡大断面図であり、図５のＡ−Ａ’線での切断面に対応し、ＣＭＵＴのメンブレン１０５上のポリイミドからなる保護膜８０１の表面に、接着のための圧力１５０１が印加されている。
【００５４】
保護膜８０１が形成されていない場合は、印加される圧力により、薄膜のメンブレンに歪みが生じて、メンブレンの割れや剥がれが生じる可能性がある。特に、ＣＭＵＴのメンブレン表面に異物が存在する場合、ＣＭＵＴのメンブレンに異物を直接的に押し付けることになり、メンブレンの割れや剥がれに繋がる。生成された剥離や割れが微小であっても、完成したＣＭＵＴが形成されたチップを超音波探触子に組み立てて、実際にＣＭＵＴを駆動する際に、メンブレンが振動することによるメンブレンの歪みにより、割れや剥がれが拡大する。したがって、微小な剥離や割れであっても、ＣＭＵＴにとって致命的な欠陥となり、超音波探触子の信頼性を低下させることになる。
【００５５】
しかし、本実施例では、保護膜８０１が図３の（２）の段階でＣＭＵＴが形成されたチップの表面に形成されているので、ＣＭＵＴ表面に印加される力に対して、保護膜８０１が緩衝層となり、例えば異物に対しては、保護膜に傷がつくことはあっても、ＣＭＵＴデバイスへは異物による傷が到達しない。後述するように、保護膜８０１は超音波探触子の組み立て工程の途中で除去するので、保護膜８０１に傷が生じてもＣＭＵＴを用いた超音波探触子の信頼性には影響を与えることがなく、ＣＭＵＴ駆動時の動作信頼性を確保することができる。
【００５６】
次に、本実施例においては、図３の（５）であるＣＭＵＴが形成されたチップをバッキング材へ貼り付ける工程に引き続き、図３の（６）である空洞部を含むＣＭＵＴが形成されたチップの表面の保護膜の除去を行う第１除去工程を行う。この第１除去工程において、ＣＭＵＴが形成された表面の保護膜のうち、上面から見て、空洞部と重なる保護膜を除去することが必要である。
図１７Ａ〜図１７Ｃは、ＣＭＵＴが形成されたチップの裏面にバッキング材を接着した後に、ポリイミドからなる保護膜を除去したＣＭＵＴが形成されたチップ４０１の表面側の拡大断面図であり、図１７Ａは図５のＡ−Ａ’線での切断面、図１７Ｂは図５のＢ−Ｂ’線での切断面、図１７Ｃは図５のＣ−Ｃ’線での切断面、図１７Ｄは図５のＤ−Ｄ’線での切断面に対応する。構成としては、保護膜が除去されているので図６と同じであるが、ＣＭＵＴが形成されたチップの裏面には、接着剤を介してバッキング材が装着されている。
【００５７】
本実施例では、図３で示したＣＭＵＴを用いた超音波探触子の組み立てフローの中で、（５）の工程以降は、ＣＭＵＴが形成されたチップの表面に直接的な力が加わり、ＣＭＵＴのメンブレンにダメージを与える工程はないため、この段階で保護膜を除去する。この工程により、メンブレンの剛性増大、質量増加によるメンブレン振動への影響や、メンブレンの繰り返し振動による保護膜自体の塑性変形などによるＣＭＵＴ駆動中の特性変化が抑制され、ＣＭＵＴを駆動中のデバイス動作信頼性を確保できる。
【００５８】
また、図１７Ｃ、図７Ｄに示すように上部電極への電気接続するためのパッド開口部５０１、下部電極へ電気接続するためのパッド開口部５０２上の保護膜も除去され、図３の（７）の電極パッドへのワイヤボンディングが可能となる。保護膜の除去は、保護膜としてポリイミドや他の有機高分子材料を用いた場合は、酸素プラズマによるドライエッチング処理を行うことにより可能である。ＣＭＵＴを構成する材料が無機材料であり、酸素プラズマによるエッチングではＣＭＵＴのメンブレンやその他の部分が削れることがなく、保護膜を選択的に除去できるので、ＣＭＵＴの特性へ影響を及ぼすことはない。
【００５９】
他の保護膜の除去の方法としては、ポリイミドや他の有機高分子材料を用いた場合は、ヒドラジンなどの除去液によるウェットエッチングを施すことにより保護膜を除去できる。また、通常の半導体チップの保護膜として使用されるポリイミド系樹脂にはシランカップリング剤が混合されていることがあるため、図１８に示すように、酸素プラズマによる処理では、保護膜の残渣１８０１が残ってしまうこともあるが、保護膜が分断されて、絶縁膜６０８の表面まで保護膜の除去が到達していれば、メンブレンの剛性増大や質量増加によるメンブレン振動への影響や、メンブレンの繰り返し振動による保護膜自体の塑性変形などへも影響が小さく、同様の効果が得られる。
【００６０】
次に、図３の（６）であるＣＭＵＴが形成されたチップの表面保護膜の除去の第１除去工程に引き続き、図３の（７）である電極パッドへのワイヤボンディング工程を行う。
図１９Ａ、図１９Ｂは、ＣＭＵＴが形成されたチップの電極パッドへワイヤボンディングを行った図である。図１９ＡはＣＭＵＴが形成されたチップ４０１の表面側から見た上面図であり、図１９Ｂは図１９ＡのＡ−Ａ’線での切断面を示している。ＣＭＵＴが形成されたチップをバッキング材へ貼り付けるのと同様方法で、フレキシブル配線基板４０３をバッキング材４０２へ接着剤を介して貼り付けて、ＣＭＵＴの電極パッドとなるパッド開口部５０１、５０２と、フレキシブル配線基板４０３の電極パッド１９０１をワイヤで接続する。
【００６１】
図２０Ａ、図２０ＢはＣＭＵＴが形成されたチップの電極パッドのパッド開口部の断面図であり、図２０Ａは図５のＣ−Ｃ’線で切断した断面、図２０Ｂは図５のＤ−Ｄ’線で切断した断面に対応する断面図である。保護膜の除去をワイヤボンディング工程の前に実施しているので、パッド開口部５０１、５０２上の保護膜が除去されており、ワイヤボンディングが可能となる。
【００６２】
引き続き、図３の（８）の音響レンズをチップへ貼り付ける工程を行う。
図２１ＡはＣＭＵＴが形成されたチップ４０１の表面に音響レンズを装着した上面図であり、図２１Ｂは図２１ＡのＡ−Ａ’線での断面図である。接着層４０６を介してＣＭＵＴが形成されたチップ４０１へ音響レンズ４０７を接着している。図２２は、ＣＭＵＴが形成されたチップ４０１の表面側の拡大断面図であり、図５のＡ−Ａ’線で切断した断面に対応する。接着層の材料としては、音響レンズと類似の材料が望ましく、例えば、音響レンズとしてシリコンゴムを用いた場合、接着層もシリコン接着剤が望ましい。
最後に、図４Ｂにその断面図を示したケース４０８を装着して超音波探触子が完成する。
【００６３】
このように本実施例によれば、ＣＭＵＴが形成されたチップの表面に直接的な力を印加する工程は、図３の（５）までであるため、ワイヤボンディング前に保護膜を除去することができる。また、チップの電極パッド上の保護膜も一緒に除去するため、工程の簡略化が図れる。さらに、保護膜除去のプロセスである酸素プラズマ処理やウェットエッチング等により、チップの電極パッドとワイヤボンディングで接続されるフレキシブル基板等が受けるダメージ、すなわち、フレキシブル基板が削れる、基板上の配線が溶ける等を排除することができる。
【００６４】
以上説明したように、本実施例の超音波探触子の製造方法では、ＣＭＵＴが形成されたシリコンウェハの薄膜化処理を行う前に保護膜を形成することで、引き続く、シリコンウェハの薄膜化、シリコンウェハからのＣＭＵＴが形成されたチップの切り出し、ＣＭＵＴが形成されたチップのバッキング材への貼り付け工程で生じるＣＭＵＴのメンブレンへのダメージ、特に、ＣＭＵＴのメンブレンの割れ、剥がれを抑制することができ、また、ＣＭＵＴが形成されたチップへのワイヤボンディング工程の前に保護膜を除去することにより、ワイヤボンディングが容易に行え、組み立てた超音波探触子において、ＣＭＵＴのメンブレンの剛性増大や質量増加によるメンブレン振動への影響や、メンブレンの繰り返し振動による保護膜自体の塑性変形の影響も抑制でき、ＣＭＵＴへのダメージ抑制とＣＭＵＴ駆動時の動作信頼性の確保を両立することができる。
【００６５】
なお、図５において、ＣＭＵＴセルの平面形状は矩形の形状をしているが、形状はこれに限らず、例えば、特許文献２に開示されたような、多角形状でも円形形状をしていてもよい。また、本実施例として示したＣＭＵＴや超音波探触子を構成する材料や、各部材の厚さは、その組み合わせの一つを示したものである。例えば、下部電極に関しても、半導体基板でも、図５に示したように、半導体基板上に形成した絶縁膜上の導電膜や、信号処理回路を形成した半導体基板上の導電膜であっても良い。さらに、図５では、下部電極が２チャンネル、上部電極が４チャンネルのアレイ構成を示したが、アレイ構成でなくても、あるいは、さらに多数のチャンネルのアレイ構成でもよいことは言うまでもない。
【実施例２】
【００６６】
続いて第２の実施例の超音波探触子の製造方法を、図２３、図２４Ａ〜図２４Ｄを用いて説明する。上述した実施例１では、図３の（１）のシリコンウェハ上にＣＭＵＴを形成する工程と、（３）のシリコンウェハを薄膜化する工程の間に、（２）の保護膜を形成する工程を行い、（５）のバッキング材とＣＭＵＴが形成されたチップを接着する工程と、（７）の電極パッドへのワイヤボンディング工程の間に、（６）の保護膜を除去する第１除去工程を行ったが、実施例２は、図２３に示すように（２）での保護膜の形成と（３）のシリコンウェハの薄膜化の間に、（１１）としてＣＭＵＴの電極パッド上の保護膜を除去する第２除去工程を行うこと特徴とする超音波探触子の製造方法である。
【００６７】
すなわち、第２の実施例は、基板の第１主面に形成される静電容量型の超音波トランスデューサを用いた超音波探触子の製造方法であって、基板の第１主面上に形成された超音波トランスデューサの表面に保護膜を形成する工程と、保護膜を形成する工程の後に、基板の第１主面と対向する第２主面側を薄膜化する工程と、薄膜化の工程の後に、基板から超音波トランスデューサチップを切り出す工程と、切り出す工程の後に、超音波トランスデューサチップの超音波トランスデューサが形成された表面と対向する面に吸音材を設ける工程と、吸音材を設ける工程の後に、超音波トランスデューサの表面に形成された保護膜を除去する第１除去工程とを含み、更に上記の超音波トランスデューサは、第１電極と、第１電極上に形成された第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に、上面から見て第１電極と重なるよう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第２電極と、第２電極を覆うように形成された第３絶縁膜を備え、薄膜化工程の前に、超音波トランスデューサが形成された表面の保護膜のうち、上面から見て、第１電極、及び第２電極の電極パッド上の保護膜を除去する第２除去工程を、更に備える超音波探触子の製造方法に関するものである。  これにより、図３の（６）のチップ表面の保護膜除去の第１除去工程を、（７）の電極パッドへのワイヤボンディング工程の後に実施することができ、（８）の音響レンズの貼り付けによるＣＭＵＴが形成されたチップ表面の被覆する工程の直前まで、ＣＭＵＴが形成されたチップ表面を保護できる効果がある。
【００６８】
図２４Ａ〜図２４Ｄは図２３の（１１）の工程での断面図を示しており、図２４Ａは図５のＡ−Ａ’線での切断面、図２４Ｂは図５のＢ−Ｂ’線での切断面、図２４Ｃは図５のＣ−Ｃ’線での切断面、図２４Ｄは図５のＤ−Ｄ’線での切断面に対応する。図２４Ｃ、図２４Ｄでわかるように、ＣＭＵＴのパッド開口部５０１、５０２上に保護膜８０１の開口部２４０１、２４０２が形成されている。保護膜の開口は、例えば、感光性の有機高分子材料を保護膜として用いる場合は、シリコンウェハへの通常のホトリソグラフィーにより、パッド開口部５０１、５０２上に保護膜の開口部２５０１、２５０２を形成できる。すなわち、本実施例の超音波探触子の製造方法においては、好適な一態様として保護膜である有機高分子材料は感光性を備える膜である。この場合は、図１８で示したシランカップリング剤が混合されているポリイミドであっても、図１８に示すような残渣がパッド開口部には残ることがなく、ワイヤボンディングの信頼性も向上できる。
【００６９】
また、保護膜が感光性ではない場合でも、保護膜上に、保護膜の開口部２５０１、２５０２を加工するためにマスク材料を形成し、そのマスク材料をマスクとして、保護膜を加工することができる。例えば、ポリイミドを保護膜として用いる場合は、ポリイミド上に、シリコン酸化膜を形成して、シリコン酸化膜にリソグラフィーとエッチングによって、保護膜の開口部２５０１、２５０２のパターンを転写する。次に、ポリイミド上のシリコン酸化膜をマスクとして、ポリイミドを酸素エッチングすることにより、パッド開口部５０１、５０２上のポリイミドだけを除去することができる。次に、ポリイミド上のシリコン酸化膜の除去は、バッファードフッ酸を用いることで、ポリイミドやＣＭＵＴの電極材料へ影響を与えることなく除去できる。また、パッド開口部にポリイミドの除去の際の残渣が残る場合でも、上記のバッファードフッ酸での処理により残渣を除去できる。
【００７０】
なお、図２３の他の工程に関しては、実施例１で示した製造方法と同じである。本実施例によれば、ワイヤボンディング前にＣＭＵＴが形成されたチップの電極パッド上の保護膜を除去し、電極パッドへのワイヤボンディング後にその余の保護膜除去することにより、音響レンズによりＣＭＵＴが形成されたチップ表面を被覆する工程の直前に保護膜を除去することになり、ワイヤボンディング前に除去する場合と比較して、チップ表面へダメージが入る可能性を低くできる。これは、ワイヤボンディング工程では、チップ表面に直接的な力を印加することはないが、チップボンディング中の異物付などが発生する可能性があるためである。
【００７１】
以上説明したように、実施例２の特徴は、シリコンウェハの表面に保護膜を形成する工程と、シリコンウェハの薄膜化の工程の間に、ＣＭＵＴの電極パッド上の保護膜のみ除去する工程を挿入したところにある。それによって、ＣＭＵＴが形成されたチップへワイヤボンディングを行う工程の前に保護膜の除去の工程を行う必要がなく、音響レンズによってＣＭＵＴが形成されたチップの表面を被覆する工程の直前まで、保護膜によりＣＭＵＴが形成されたチップを保護できるので、一層のＣＭＵＴへのダメージ抑制とＣＭＵＴ駆動時の動作信頼性の確保を両立することができる。
【００７２】
また、図２３の（７）の工程において、図１９Ａ、図１９Ｂに示したように、フレキブル配線基板をバッキング材へ接着する必要がある。そのため、吸音材を設ける工程の後に、電極パッドに配線を行う電極パッド配線工程を更に備え、第１除去工程を電極パッド配線工程の後で行うようにしている。しかしながら、（６）の保護膜の除去のために酸素プラズマ処理を行うと、フレキシブル配線基板も酸素プラズマによりエッチングされてしまう可能性もある。その場合は図２３の工程の（７）と（６）の処理の順番を入れ替えても良い。シランカップリング剤が混合されているポリイミドであっても、図１８に示すような残渣がパッド開口部には残ることがなく、ワイヤボンディングの信頼性も向上できる点が特徴となる。
【００７３】
最後に、図２５を参照しながら、超音波診断装置における上述した各実施例の超音波トランスデューサからなる超音波探触子を備えた超音波診断装置の一構成例とその役割について説明する。
図２５において、超音波診断装置は、超音波診断装置本体２５０１と、超音波探触子２５０２で構成され、超音波診断装置本体２５０１は、送受分離部２５０３、送信部２５０４、バイアス部２５０５、受信部２５０６、整相加算部２５０７、画像処理部２５０８、表示部２５０９、制御部２５１０、操作部２５１１から構成される。
【００７４】
超音波探触子２５０２は、被検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、上述した各実施例の製法で製造された超音波トランスデューサを用いて作成される。超音波探触子２５０２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２５０２により受波される。実施例１、２のいずれかの超音波探触子は、後述する送受分離部２５０３と電気的に接続される。送信部２５０４及びバイアス部２５０５は、超音波探触子２５０２に駆動信号を供給する装置である。受信部２５０６は、超音波探触子２５０２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２５０６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等の処理を行う。送受分離部２５０３は、送信時には送信部２５０４から超音波探触子２５０２へ駆動信号を渡し、受信時には超音波探触子２５０２から受信部２５０６へ受信信号を渡すよう送信と受信とを切換、分離するものである。整相加算部２５０７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２５０８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、断層像や血流像)を構成する装置である。表示部２５０９は、画像処理された診断画像を表示する表示装置である。制御部２５１０は、上述した各構成要素を制御する装置であり、制御部２５１０は、超音波探触子２５０２の超音波の送受信を制御する。操作部２５１１は、制御部２５１０に指示を与える装置である。操作部２５１１は、例えば、トラックボールやキーボードやマウス等の入力機器である。
【００７５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１０１  下部電極
１０２  空洞部
１０３、６０２、６０３、６０４、６０５、６０６、６０８  絶縁膜
１０４  上部電極
１０５  メンブレン
４０１  ＣＭＵＴが形成されたチップ
４０２  バッキング材
４０３  フレキシブル配線基板
４０４、４０６  接着層
４０５  ワイヤ
４０７  音響レンズ
４０８  ケース
５０１、５０２パッド開口部
６０１  半導体基板
６０７  開口部
７０１  シリコンウェハ
８０１  保護膜
１００１  シリコンウェハの裏面
１００２  バックグラインドテープ
１００３  グラインダー
１３０１  ダイシングテープ
１３０２  ダイシングブレード
１３０３  高圧水噴射ノズル
１３０４  高圧水
１５０１  ＣＭＵＴが形成されたチップ表面に印加する圧力
１８０１  残渣
１９０１  フレキシブル配線基板の電極パッド
２４０１、２４０２  保護膜の開口部
２５０１  超音波診断装置本体
２５０２  超音波探触子
２５０３  送受分離部
２５０４  送信部
２５０５  バイアス部
２５０６  受信部
２５０７  整相加算部
２５０８  画像処理部
２５０９  表示部
２５１０  制御部
２５１１  操作部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２５】
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