(57)【要約】【課題】  ＤＣ電圧を用いないで、ＲＦパルス信号のみで駆動する静電容量型超音波振動子を提供する。【解決手段】  低抵抗シリコン単結晶基板及びシリコン化合物からなり、該低抵抗シリコン単結晶基板上に第１の電極を配し、空隙を隔てて配設した第２の電極を支持するメンブレンを、前記両電極間に電圧を印加することによって、高周波振動させ、超音波を送受信する静電容量型超音波振動子において、誘電体膜９をコロナ放電処理によりエレクトレット化させて、誘電体膜９を帯電させておくことにより、上記課題の解決を図る。【選択図】      図１
2006050314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子であって、
当該静電容量型超音波振動子の一部が帯電していることを特徴とする静電容量型超音波振動子。
【請求項２】
前記静電容量型超音波振動子の一部は、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくともいずれかの電極近傍に形成された誘電体膜であって、該誘電体膜のうち少なくとも一層が表面電位形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子。
【請求項３】
前記誘電体膜に形成された表面電位の極性が、当該静電容量型超音波振動子を構成するいずれの前記誘電体膜についても同方向であることを特徴とする請求項２に静電容量型超音波振動子。
【請求項４】
前記誘電体膜の表面電位の絶対値が、飽和値で５０Ｖ以上であることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型超音波振動子。
【請求項５】
前記表面電位を有する前記誘電体膜が、前記シリコン基板と前記第１の電極との間に配設されることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型超音波振動子。
【請求項６】
前記表面電位形成された前記誘電体膜が、前記第１の電極表面及び前記第２の電極表面のうち少なくともいずれかに接するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型超音波振動子。
【請求項７】
前記帯電している前記静電容量型超音波振動子の一部は、前記メンブレンであることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子。
【請求項８】
前記第２の電極は、前記メンブレンの表面のうち前記第１の電極と対向する側の面に配設されていることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型超音波振動子。
【請求項９】
前記誘電体膜は、２層以上からなることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型超音波振動子。
【請求項１０】
前記誘電体膜は、ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜の２層からなることを特徴とする請求項９に記載の静電容量型超音波振動子。
【請求項１１】
前記誘電体膜は、ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜とＳｉＯ2膜の３層からなることを特徴とする請求項９に記載の静電容量型超音波振動子。
【請求項１２】
前記第２の電極は、高誘電率誘電体膜により被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子。
【請求項１３】
少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、
前記シリコン基板に前記第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の表面に誘電体膜を形成する工程と、
前記第１の電極を接地し、前記誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う工程と、
前記メンブレンと該メンブレンを支持するための支持部とを形成する工程と、
前記メンブレンに前記第２の電極を形成する工程と、
からなることを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法。
【請求項１４】
少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、
前記シリコン基板に前記第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の表面に誘電体膜を形成する第１の誘電体膜形成工程と、
前記第１の電極を接地し、前記第１の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第１の放電工程と、
前記メンブレンと該メンブレンを支持するための支持部を形成する工程と、
前記メンブレンに前記第２の電極を形成する工程と、
前記第２の電極に誘電体膜を形成する第２の誘電体膜形成工程と、
前記第２の電極を接地し、前記第２の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第２の放電工程と、
を行うことを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法。
【請求項１５】
少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、
第１の前記シリコン基板に前記第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の表面に誘電体膜を形成する第１の誘電体膜形成工程と、
前記第１の電極を接地し、前記第１の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第１の放電工程と、
前記メンブレンを支持するための支持部を形成する工程と、
によって第１の構造体を生成する第１の構造体生成工程と、
表面を酸化処理した第２のシリコン基板を接地し、該表面の酸化膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第２の放電工程と、
前記第２の放電工程により表面電位を有した前記酸化膜に前記第２の電極を形成する工程と、
によって第２の構造体を生成する第２の構造体生成工程と、
前記第１の構造体生成工程によって生成した前記第１の構造体と、前記第２の構造体生成工程によって生成した前記第２の構造体とを接合する工程と、
を行うことを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法。
【請求項１６】
少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、
第１の前記シリコン基板に前記第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の表面に誘電体膜を形成する第１の誘電体膜形成工程と、
前記第１の電極を接地し、前記第１の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第１の放電工程と、
前記メンブレンを支持するための支持部を形成する工程と、
によって第１の構造体を生成する第１の構造体生成工程と、
表面を酸化処理した第２のシリコン基板を接地し、該表面の酸化膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第２の放電工程と、
前記第２の放電工程により表面電位を有した前記酸化膜に前記第２の電極を形成する工程と、
前記第２の電極表面に高誘電率誘電体膜を形成する工程と、
前記第２の電極を接地し、前記高誘電率誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第３の放電工程と、
によって第２の構造体を生成する第２の構造体生成工程と、
前記第１の構造体生成工程によって生成した前記第１の構造体と、前記第２の構造体生成工程によって生成した前記第２の構造体とを接合する工程と、
を行うことを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法。
【請求項１７】
前記誘導体膜は、ｒｆマグネトロンスパッタ、プラズマＣＶＤ、又は真空アークプラズマによって形成されることを特徴とする請求項１３〜請求項１６のうちのいずれか１項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
【請求項１８】
前記誘導体を形成後、熱処理を行うことを特徴とする請求項１３〜請求項１５のうちのいずれか１項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
【請求項１９】
前記コロナ放電処理後に枯化を行う工程を含むことを特徴とする請求項１３〜請求項１５のうちのいずれか１項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の静電容量型超音波振動子を備えた超音波内視鏡装置。
【請求項２１】
請求項１３から１５のうちいずれかに記載の製造方法によって製造された静電容量型超音波振動子を備えた超音波内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてシリコン半導体基板を加工した静電容量型超音波振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
体腔内に超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。この超音波診断法に用いられる機材の１つに超音波内視鏡がある。超音波内視鏡は、体腔内へ挿入する挿入部の先端に超音波振動子（超音波トランスデューサ）が取り付けてあり、このトランスデューサは電気信号を超音波に変換し体腔内へ照射したり、また体腔内で反射した超音波を受信して電気信号に変換したりするものである。
【０００３】
従来、超音波トランスデューサでは、電気信号を超音波に変換させる圧電素子として、セラミック圧電材ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）が使用されてきたが、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてシリコン半導体基板を加工した静電容量型超音波トランスデューサ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ（以下、ｃ−ＭＵＴと称する））が注目を集めている。これは、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  、超小型電気的・機械的複合体）と総称される素子の１つである。
【０００４】
ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成されており、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を駆動する駆動機構と、駆動機構を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更には機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われる。
【０００５】
さて、静電容量型超音波トランスデューサ（ｃ−ＭＵＴ）は、２つの平面状の電極が向かい立った素子であり、その間には空洞（キャビティ）があり、ＤＣバイアスに重畳したＲＦ信号を送ると、そのうちの一方の電極を含んだ層（メンブレン）が調和的に振動して、超音波を発生させるものである（例えば、特許文献１）。
【０００６】
図２１（ａ）は、従来の静電容量型超音波振動子３１０のセル構造を示す。同図において、シリコン基板３１２の底面（背面）に下部電極３２２が形成され、メンブレン３１４がメンブレン支持部３１６によって支持されている。メンブレン３１４上には上部電極３２０が形成され、これらによって空隙部３１８が形成される。
【０００７】
図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の動作説明図である。下部電極３１２を接地し、上部電極３２０に端子３２６からの超音波発生の為のＲＦ信号を、端子３２４からＤＣバイアス電圧ＶBを両信号が重畳するように印加する。この様に超音波送信時にも受信時にもＤＣバイアス電圧が必要であった。
【特許文献１】特表２００４−５０３３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２１（ｂ）に示すように、超音波の送信時、送信及び受信時において、端子３２６からのＲＦパルス信号に重畳させてＤＣバイアス電圧ＶBを必要とした。
図２２は、従来の駆動電圧のタイムチャートを示す。超音波診断は通常ＲＦパルス信号を送受信することによって、パルスエコー信号をもとに、これを画像信号に変換して診断像を得ている。しかし、図２２（ａ）において、送信パルス信号送信期間が数μｓｅｃに対し、パルスエコー信号を受信する受信期間は０．１〜１．０ｍｓｅｃと長い。送信パルス信号送信期間の数μｓｅｃだけであれば送信パルス電圧が数百Ｖあっても実効電圧は微々たるものである。しかしながら、図２２（ｂ）に示すように、受信期間の全てに亘って通常数百ＶDCのＤＣ電圧を印加し続けることは駆動電圧の実効値が大きくなり過ぎて好ましくない。
【０００９】
上記の課題に鑑み、本発明では、ＤＣ電圧を用いないで、ＲＦパルス信号のみで駆動する静電容量型超音波振動子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子であって、当該静電容量型超音波振動子の一部が帯電していることを特徴とする静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００１１】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２に記載の発明によれば、前記静電容量型超音波振動子の一部は、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくともいずれかの電極近傍に形成された誘電体膜であって、該誘電体膜のうち少なくとも一層が表面電位形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００１２】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、前記誘電体膜に形成された表面電位の極性が、当該静電容量型超音波振動子を構成するいずれの前記誘電体膜においても同方向であることを特徴とする請求項２に静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００１３】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、前記誘電体膜の表面電位の絶対値が、飽和値で５０Ｖ以上であることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００１４】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、前記表面電位を有する前記誘電体膜が、前記シリコン基板と前記第１の電極との間に配設されることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００１５】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、前記表面電位形成された前記誘電体膜が、前記第１の電極表面及び前記第２の電極表面のうち少なくともいずれかに接するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００１６】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、前記帯電している前記静電容量型超音波振動子の一部は、前記メンブレンであることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００１７】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項８に記載の発明によれば、前記第２の電極は、前記メンブレンの表面のうち前記第１の電極と対向する側の面に配設されていることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００１８】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項９に記載の発明によれば、前記誘電体膜は、２層以上からなることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００１９】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１０に記載の発明によれば、前記誘電体膜は、ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜の２層からなることを特徴とする請求項９に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００２０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１１に記載の発明によれば、前記誘電体膜は、ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜とＳｉＯ2膜の３層からなることを特徴とする請求項９に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００２１】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１２に記載の発明によれば、前記第２の電極は、高誘電率誘電体膜により被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。
【００２２】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１３に記載の発明によれば、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、前記シリコン基板に前記第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極の表面に誘電体膜を形成する工程と、前記第１の電極を接地し、前記誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う工程と、前記メンブレンと該メンブレンを支持するための支持部とを形成する工程と、前記メンブレンに前記第２の電極を形成する工程と、からなることを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。
【００２３】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１４に記載の発明によれば、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、前記シリコン基板に前記第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極の表面に誘電体膜を形成する第１の誘電体膜形成工程と、前記第１の電極を接地し、前記第１の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第１の放電工程と、前記メンブレンと該メンブレンを支持するための支持部を形成する工程と、前記メンブレンに前記第２の電極を形成する工程と、前記第２の電極に誘電体膜を形成する第２の誘電体膜形成工程と、前記第２の電極を接地し、前記第２の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第２の放電工程と、を行うことを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。
【００２４】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１５に記載の発明によれば、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、第１の前記シリコン基板に前記第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極の表面に誘電体膜を形成する第１の誘電体膜形成工程と、前記第１の電極を接地し、前記第１の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第１の放電工程と、前記メンブレンを支持するための支持部を形成する工程と、によって第１の構造体を生成する第１の構造体生成工程と、表面を酸化処理した第２のシリコン基板を接地し、該表面の酸化膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第２の放電工程と、前記第２の放電工程により表面電位を有した前記酸化膜に前記第２の電極を形成する工程と、によって第２の構造体を生成する第２の構造体生成工程と、前記第１の構造体生成工程によって生成した前記第１の構造体と、前記第２の構造体生成工程によって生成した前記第２の構造体とを接合する工程と、を行うことを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。
【００２５】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１６に記載の発明によれば、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、第１の前記シリコン基板に前記第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極の表面に誘電体膜を形成する第１の誘電体膜形成工程と、前記第１の電極を接地し、前記第１の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第１の放電工程と、前記メンブレンを支持するための支持部を形成する工程と、によって第１の構造体を生成する第１の構造体生成工程と、表面を酸化処理した第２のシリコン基板を接地し、該表面の酸化膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第２の放電工程と、前記第２の放電工程により表面電位を有した前記酸化膜に前記第２の電極を形成する工程と、前記第２の電極表面に高誘電率誘電体膜を形成する工程と、前記第２の電極を接地し、前記高誘電率誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第３の放電工程と、によって第２の構造体を生成する第２の構造体生成工程と、前記第１の構造体生成工程によって生成した前記第１の構造体と、前記第２の構造体生成工程によって生成した前記第２の構造体とを接合する工程と、を行うことを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。
【００２６】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１７に記載の発明によれば、前記誘導体膜は、ｒｆマグネトロンスパッタ、プラズマＣＶＤ、又は真空アークプラズマによって形成されることを特徴とする請求項１３〜請求項１６のうちのいずれか１項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。
【００２７】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１８に記載の発明によれば、前記誘導体を形成後、熱処理を行うことを特徴とする請求項１３〜請求項１５のうちのいずれか１項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。
【００２８】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１９に記載の発明によれば、前記コロナ放電処理後に枯化を行う工程を含むことを特徴とする請求項１３〜請求項１５のうちのいずれか１項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。
【００２９】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２０に記載の発明によれば、請求項１に記載の静電容量型超音波振動子を備えた超音波内視鏡装置を提供することによって達成できる。
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２１に記載の発明によれば、請求項１３から１５のうちいずれかに記載の製造方法によって製造された静電容量型超音波振動子を備えた超音波内視鏡装置を提供することによって達成できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明を用いることにより、ＤＣバイアス電圧を印加したのと同様の効果を得ることができる。したがって、ＤＣバイアス電圧を印加しなくても、ＲＦ信号のみ又は送信時直流パルスを重畳させるだけで本発明にかかる静電容量型超音波振動子を駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、静電容量型超音波振動子の所定部分に誘電体膜（絶縁体膜）を成膜し、その誘電体膜を帯電させることにある。このようにすることで、この静電容量型超音波振動子について、ＤＣバイアス電圧を印加したのと同様の効果を得ることができる。したがって、ＤＣバイアス電圧を印加しなくても、ＲＦ信号のみで本発明にかかる静電容量型超音波振動子を駆動させることができる。この効果は、帯電させるための誘電体膜の成膜位置や材質・組成によって調整することができるので、様々なバリエーションの静電容量型超音波振動子を製造することができる。それでは、以下に本発明にかかる実施形態を以下に示す。
【００３２】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板２、誘電体膜９、下部電極４、メンブレン支持部３、メンブレン６、空隙部７、上部電極５、導通孔（ビアホール）８、配線膜１５から構成され、静電容量型超音波振動子１は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。
【００３３】
メンブレン６は、端部がメンブレン支持部３で固定された振動膜である。メンブレン６の上表面には、上部電極５が配設されている。メンブレン支持部３間におけるシリコン基板２の表面（凹部の底部分）には誘電体膜９（例えば、ＳｉＯ2）が形成され、その上に下部電極４が配設されている。下部電極４には、下部電極４とシリコン基板２とを電気的に導通させるためのビアホール８が設けられ、更に、下部電極と同じ材質の導電体が埋設されている。上部電極５には配線膜１５がパターン化され、静電容量型超音波振動子を構成するセル外部まで引き出されている。配線膜１５は、上部電極５に電気信号を入出力する為の金属膜である。
【００３４】
なお、空隙部７は、メンブレン６とメンブレン支持部３と下部電極４及び誘電体膜９とで囲まれた空間のことをいう。なお、メンブレン６は、図２で後述するように、製造工程上複数のメンブレン膜から構成されている。
【００３５】
静電容量型超音波振動子１の動作について説明すると、上部電極５と下部電極４の一対の電極に電圧をかけることで電極間が引っ張りあい、電圧を０にすると元に戻る。この振動動作によってメンブレン６が振動した結果、超音波が発生し、上部電極５の上方向に超音波が照射される。
【００３６】
図２（図２Ａ、図２Ｂ）は、本実施形態における静電容量型超音波振動子１の製造工程を示す。なお、図２Ｂは図２Ａ（ｄ）の工程の詳細を示す図である。まず、低抵抗のシリコン基板２上に熱酸化、ｒｆマグネトロンスパッタ、プラズマＣＶＤ、真空アークプラズマ、ゾルゲル等の手段でシリコン酸化膜を形成する。次いで、３００℃〜８００℃の空気中または窒素雰囲気中で最初の熱処理を行う（図２Ａ（ａ））。
【００３７】
次に、シリコン基板２を接地し（１２）、これと、ワイヤ状の電極１０との間に数ｋＶの高電圧ＤＣ電圧１１を印加し、コロナ放電をさせてシリコン酸化膜９を帯電させる（図２Ａ（ｂ）、図３）。シリコン酸化膜９の表面側には−電荷、シリコン基板側には＋電荷が帯電する。このことについて、図３で詳述する。
【００３８】
図３は、本実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。同図では、ワイヤ状の電極１０が、図面に対して垂直方向に伸びている。高電圧ＤＣ電圧１１のマイナス側が電極１０に接続され、プラス側は１２で設置されている。シリコン酸化膜９が形成されたシリコン基板の上方に電極１０が設置されている。
【００３９】
このとき、数ｋＶの高電圧ＤＣ電圧１１を印加し、コロナ放電をさせると、電極１０からは−電荷が放電されるために、シリコン酸化膜９の表面側には−電荷（２０）、シリコン基板側には＋電荷（２１）が帯電する。
【００４０】
なお、帯電量は、誘電体膜の材質、組成比等により調整することができる。また、誘電体膜の帯電は、上部電極５−下部電極４間の電界の強度を強める方向に帯電させるようにする。例えば、上部電極５が負極で、下部電極４が正極であるとすると、電界は下部電極４から上部電極５への向きになるので、誘電体膜の帯電はこの電界を強める方向（図３でいえば上方向へ向かう方向）にするために、シリコン酸化膜９の表面側には−電荷（２０）、シリコン基板側には＋電荷（２１）に帯電させる。なお、本実施形態では、このようなコロナ放電により誘電体膜を帯電させることをエレクトレット化処理という。なお、ムラなく帯電させるために、基板側を紙面の横方向に往復移動させながら、コロナ放電処理を行ってもよい。また、電極を帯電処理する対象物の間にクリッド電極を配置して、コロナ放電状況の安定性を向上させてもよい。それでは、引き続き、図２Ａの説明をする。
【００４１】
次に、帯電したシリコン酸化膜９の電荷状態が安定化させるための処理（枯化処理）、例えば空気中で１５０℃で１時間の熱処理を行う（図２Ａ（ｂ））。帯電電荷の経時的安定性は重要で、安定化の為に上記熱処理と帯電処理後の枯化処理は不可欠である（図５で説明する）。
【００４２】
次に、シリコン酸化膜９にビアホール１３を形成後、ＡｕやＡｌからなる下部電極４を形成する（図２Ａ（ｃ））。この工程でビアホール１３には、下部電極材であるＡｕやＡｌが堆積して埋っており、下部電極４とシリコン基板２の間の導通路を形成することになる。
【００４３】
次に、メンブレン支持部３（例えば、Ｓｉ3Ｎ4膜）を形成する（図２Ｂ（ｄ−１））。その後、Ｓｉ3Ｎ4からなるメンブレン６ｃと空隙部７とを犠牲層エッチング等の手段で形成する。具体的には、空洞部等を形成するために犠牲になる（換言すると後で除去される一時的な層としての）犠牲層１６を形成する（図２Ｂ（ｄ−２））。この犠牲層１６は、エッチング等で除去し易い、例えばポリシリコンで形成される。
【００４４】
次に、犠牲層１６の上面を覆うようにメンブレン基材を用い、メンブレン膜となるメンブレン６ｃを形成する（図２Ｂ（ｄ−３））。メンブレン６ｃからこの下の犠牲層１６に届く犠牲層材料放出孔６ａを形成する（図２Ｂ（ｄ−４））。そして、エッチング等により、犠牲層１６を除去する。更に犠牲層エッチングの際に設けた犠牲層材料放出孔６ａを遮蔽するため第２のメンブレン膜６ｂを形成する（図２Ｂ（ｄ−５））。第２のメンブレン膜の材質は、メンブレン支持部３（例えば、Ｓｉ3Ｎ4）と同じでも良いが、ＳｉＯ2であればより好ましい。
【００４５】
最後にＡｕ，Ａｌなどからなる上部電極５と配線膜１５を形成する（図２（ｅ））。
なお、誘電体膜９はシリコン酸化膜に限定されるものでなく、シリコン窒化膜でも良いし、最も好ましいのはＳｉＯ2とＳｉ3Ｎ4の２層積層膜である（図４で説明する）。また、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3、チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ3、チタン酸バリウム・ストロンチウム、五酸化タンタル、酸化ニオブ安定化五酸化タンタル、酸化アルミニウム、または酸化チタンＴｉＯ2等の高誘電率を有する材料を誘電体膜として用いてもよい。
【００４６】
図４は、本実施形態における日数経過に対する誘電体膜の表面電位の変化の様子を示す。表面電位（ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）とは、着目する系（例：誘電体膜）の内部と外部との静電的電位差のことである。固体の表面は、その表面で２相（例えば固体（誘電体）と気体（空気））が接しており、この状態でその界面には電子、イオンまたは双極子が不均一に分布して電気二重層が生じる。それとは別に固体中に遊離した電荷が、その電荷密度は様々であるが、存在するのが普通である。この様な状態（系）に対し、遠方（定義では無限遠）から荷電粒子を着目する系の内部に運び込むことを考えてみる（コロナ放電で両電極間に放電電流を流すことに相当）。無限遠から荷電粒子を着目する系の内部に運び込むのに必要な仕事量を電気化学ポテンシャルと呼び、前記した電気二重層も遊離電荷も無い状態の系があったとして、その系の内部に電荷を、運び込む時の仕事Ｗ’と、電気二重層と遊離電荷とのみからなる殻（材料の実体がなく、真空中に電気二重層と遊離電荷とが浮遊している状態）の内部に荷電粒子を運び込む時の仕事Ｗ”との和で表さすことができる。Ｗ’は荷電粒子と着目する系（例：誘電体膜）との間の真の相互作用であり、化学ポテンシャルと呼ばれ、材料の種類や格子の配列状態から決まる定数である。一方、Ｗ”は電荷が運びこまれる殻内部と無限遠との電位差φα（系の”内部電位”と呼ばれる）と電荷との積で表される。この内部電位は、更に、電気二重層による部分χαと遊離電荷による部分φαに分けることが出来る。このうち、電気二重層による部分χαが、内部と外部との静電的電位差であり、これを表面電位と呼ぶ。
【００４７】
同図では、Ｓｉ基板上に各種薄膜を形成し、それぞれの薄膜の表面電位が時間の経過によってどのように変化するのかを追跡したものである。曲線３０は、ＳｉＯ2／ＳｉＮｘからなる２層誘電体膜の表面電位の変化を示す。曲線３１は、ＳｉＯ2／ＳｉＮｘ／ＳｉＯ2からなる３層誘電体膜の表面電位の変化を示す。曲線３２は、ＳｉＯ2誘電体膜の表面電位の変化を示す。曲線３３は、ＳｉＯＮ誘電体膜の表面電位の変化を示す。
【００４８】
帯電電荷は帯電処理直後の枯化によって多少は安定するものの、数年以上に亘る経時変化を問題にすると、誘電体膜の材質や熱処理条件が影響してくる。同図は誘電体膜の材質や層数を変えた時の表面電荷状態の劣化状態を比較プロットしたもので、ＳｉＯ2-αＮα膜単層（３３）は劣化が大きく、ＳｉＯ2（３２）、ＳｉＯ2／ＳｉＮｘ／ＳｉＯ2  ３層積層膜（３１）、ＳｉＯ2／ＳｉＮｘ  ２層膜（３０）の順で劣化特性が良くなっている。表面電位が高いほど、メンブレンが振動する効率が高くなる。
【００４９】
誘電体膜の表面電位の低下は、このように、薄膜材料や層構造によって異なる。表面電位の変化が最も少ないのはＳｉＯ2／ＳｉＮｘ  ２層構造膜（曲線３０）である。単独でＳｉＯ2を使う場合に比較して、表面電位の劣化がはるかに少ない。
【００５０】
図５は、誘電体膜成膜後の熱処理有無の効果を示す。すなわち、成膜後に熱処理をした場合としていない場合とで、表面電位が時間の経過によってどのように変化するのかを追跡したものである。曲線４０は、成膜後に熱処理及び枯化させた場合の表面電位の経時変化曲線を示す。曲線４１は、成膜後に熱処理及び枯化をしなかった場合の表面電位の経時変化曲線を示す。
【００５１】
同図より、成膜後に熱処理及び枯化した場合の方が、熱処理及び枯化をしなかった場合よりも表面電位の劣化は少ない。図２では、成膜後に全て熱処理をしたものである。いずれの膜でもそうであるが、ＳｉＯ2／ＳｉＮｘ積層膜で熱処理をしていない場合は、曲線３８のように表面電位が大きく劣化する。
【００５２】
図６は、本実施形態における大きな表面電位を有する誘電体膜を含む静電容量型超音波振動子を用いて行ったＤＣバイアス印加試験の結果を示す。２５１は、高周波側ピーク周波数のＤＣバイアス電圧依存性曲線（メンブレン表面電位が−１００Ｖの時）を示している。２５０は、曲線２５１における振幅が最小になる電圧（＝Ｖsurface1）を示している。２５４は、高周波側ピーク周波数のＤＣバイアス電圧依存性曲線（メンブレン表面電位が−１５０Ｖの時）を示している。２５３は、曲線２５４における振幅が最小になる電圧（＝Ｖsurface2）を示している。矢印２５２はＶsurfaceの増加を示している。矢印２５５は０Ｖにおける受信信号振幅の増加を示している。
【００５３】
この結果より、ＤＣバイアス電圧に対しＶ字特性（曲線２５１、曲線２５４）を示すことを確認した。同図より、ＤＣバイアス電圧が０Ｖの時に、大きな受信信号電圧が得られることを確認することができた。Ｖ字特性（２５１）の谷に相当するＤＣバイアス電圧は、誘電体膜の表面電位Ｖsurfaceに対応していて、Ｖsurfaceが５０Ｖより小さい時は超音波振動子として機能しない。しかし、Ｖsurfaceが５０Ｖ以上であれば、Ｖsurfaceが大きくなるに従って、Ｖ字曲線も曲線２５１から曲線２５４へシフトする。その結果、ＤＣバイアス電圧０Ｖにおける受信信号の最大振幅が大きくなり、感度増加やＳ／Ｎの増加に繋がり、好ましくなる。図５において飽和時の表面電位が５０Ｖ以上を示すのは、ＳｉＯ2（３２）、ＳｉＯ2／ＳｉＮｘ／ＳｉＯ2  ３層積層膜（３１）、ＳｉＯ2／ＳｉＮｘ  ２層膜（３１）であり、これらの膜はいずれも成膜後の熱処理と帯電処理後の枯化処理を行っている。
【００５４】
以上より、誘電体膜を帯電することにより、ＤＣバイアス電圧が０Ｖでも、大きな振幅の受信信号を得ることができる。そして、この効果は、表面電位が大きいほどＤＣバイアス電圧が０Ｖの時の振幅が大きくなる。
【００５５】
よって、表面電位を有する誘電体膜を静電容量型超音波振動子に構成することで、ＤＣバイアス電圧を印加した場合と同様の作用を発揮することができるので、ＤＣバイアス電圧を印加しなくでも、ＲＦ信号のみで静電容量型超音波振動子を駆動させることができる。
【００５６】
＜第２の実施の形態＞
図７は、本実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板５２、誘電体膜５８，５９、下部電極５４、メンブレン支持部５３、メンブレン５６、上部電極５５、配線膜６５から構成され、静電容量型超音波振動子５１は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。第１の実施形態と異なるのは、シリコン基板５２の上表面に下部電極５４を配設した上から誘電体膜５９を形成したことと、上部電極５５の上から誘電体膜５８を形成したことである。このとき、下部電極５４はシリコン基板５２に接しているのでビアホールを設ける必要はない。なお、５７は空隙部である。なお、メンブレン５６は、第１の実施形態と同様に、製造工程上複数のメンブレン膜から構成されている。
【００５７】
このように構成することにより、第１の実施形態よりもより安定な効果（すなわち、ＤＣバイアス電圧が印加された状態に相当する状態）を得ることができる。
図８（図８Ａ及び図８Ｂ）は、本実施形態における静電容量型超音波振動子５１の製造工程を示す。まず、低抵抗のシリコン基板５２上に白金等耐熱性のある金属からなる下部電極５４を形成（図８Ａ（ａ））し、その後、その上にｒｆマグネトロンスパッタ、プラズマＣＶＤ、真空アークプラズマ、ゾルゲル等の手段でシリコン酸化膜５９を形成する（図８Ａ（ｂ））。次に、３００℃〜８００度空気中または窒素雰囲気中で熱処理を行う（図８Ａ（ｃ））。
【００５８】
次に、シリコン基板５２を接地（１２）し、これと、ワイヤ状の電極１０との間に数ｋＶの高電圧ＤＣ電圧１１を印加し、コロナ放電をさせて、シリコン酸化膜５９を帯電させる。これによって膜の表面側に−電荷が帯電する（図８Ａ（ｃ）、図９）。このことについて、図９で詳述する。
【００５９】
図９は、本実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。同図では、ワイヤ状の電極１０が、図面に対して垂直方向に伸びている。高電圧ＤＣ電圧１１のマイナス側が電極１０に接続され、プラス側は１２で設置されている。シリコン酸化膜５９が形成されたシリコン基板の上方に電極１０が設置されている。
【００６０】
このとき、数ｋＶの高電圧ＤＣ電圧１１を印加し、コロナ放電をさせると、電極１０からは−電荷が放電されるために、シリコン酸化膜５９の表面側には−電荷（６０）、シリコン基板側には＋電荷（６１）が帯電する。なお、ムラなく帯電させるために、基板側を紙面の横方向に往復移動させながら、コロナ放電処理を行ってもよい。また、電極を帯電処理する対象物の間にクリッド電極を配置して、コロナ放電状況の安定性を向上させてもよい。それでは、引き続き、図８の説明をする。
【００６１】
次に、帯電したシリコン酸化膜５９の電荷状態が電荷状態が安定する様に枯化処理、例えば空気中で１５０℃で１時間の熱処理を行う（図８Ａ（ｃ））。帯電電荷の経時的安定性は重要で、安定化の為に上記熱処理と帯電処理後の枯化処理は不可欠である（図５）。
【００６２】
次に、メンブレン支持部５３（例えば、Ｓｉ3Ｎ4膜）を形成する（図８Ｂ（ｄ））。Ｓｉ3Ｎ4からなるメンブレン５６ｃと空隙部５７とを犠牲層エッチング等の手段で形成する。５６ｃと５６ａはそれぞれ、犠牲層エッチングプロセス時に必要なメンブレンと孔である。その後、この孔５６ａを遮蔽するための第２のメンブレン膜５６ｂを形成する。なお、この工程は図２Ｂと同様である。
【００６３】
次に、Ａｕ，Ａｌなどからなる上部電極５５と配線膜６５を形成する（図８Ｂ（ｅ））。更にその上にＳｉＯ2からなる誘電体膜をｒｆマグネトロンスパッタ、プラズマＣＶＤ、真空アークプラズマ等の手段で形成する。次いで更にコロナ帯電処理を行う（図８Ｂ(ｆ)）。ここでは、上部電極５５接地（１２）して、図８Ａ（ｃ）と同様にコロナ帯電処理を行う。その後、枯化処理、例えば空気中で１５０℃で１時間の熱処理を行う。
【００６４】
なお、誘電体膜はシリコン酸化膜に限定されるものでなく、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）でも良いし、最も好ましいのはＳｉＯ2とＳｉ3Ｎ4の積層膜である（図４）。また、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3、チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ3、チタン酸バリウム・ストロンチウム、五酸化タンタル、酸化ニオブ安定化五酸化タンタル、酸化アルミニウム、または酸化チタンＴｉＯ2等の高誘電率を有する材料を誘電体膜として用いてもよい。
【００６５】
＜第３の実施の形態＞
図１０は、本実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板７２、誘電体膜７９、下部電極７４、メンブレン支持部７３、メンブレン７６、上部電極７５、配線膜８５から構成され、静電容量型超音波振動子７１は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。なお、７７は空隙部である。第１の実施形態と異なるのは、シリコン基板７２の上表面に下部電極７４を配設した上から誘電体膜７９を形成したことと、メンブレン７６の下表面（空隙部７７側の表面）に上部電極７５を形成したことである。このとき、下部電極７４はシリコン基板７２に接しているのでビアホールを設ける必要はない。
【００６６】
このように構成することにより、第１の実施形態よりもより安定な効果（すなわち、ＤＣバイアス電圧が印加された状態に相当する状態）を得ることができる。
図１１（図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃ）は、本実施形態における静電容量型超音波振動子７１の製造工程を示す。図１１（ａ）−（ｃ）までは、第２の実施の形態（図８（ａ）−（ｃ））と同様である。
【００６７】
その後、Ｓｉ3Ｎ4等の絶縁膜からなるメンブレン支持部７３をｒｆマグネトロンスパッタ等の成膜手段で形成する（図１１Ｂ（ｄ））。
以上のプロセス図１１（ａ）〜（ｄ）（図１１（ａ）〜（ｄ）で作成したものを構造体Ａという）とは別途のプロセスで、図１１Ｃに示すもの（これを構造体Ｂという）を作成する。まず、構造体Ａとは異なる別のシリコン基板８０の表面に、熱酸化、ｒｆマグネトロンスパッタ、プラズマＣＶＤ、真空アークプラズマ、ゾルゲル等の手段で高誘電率誘電体膜、例えばシリコン窒化膜７６を形成する（図１１Ｃ（ａ−１））。この膜７６を３００〜８００℃で熱処置後、コロナ放電法による帯電処理により表面電荷を形成する（図１１Ｃ（ｂ−１））。なお、この場合、高誘電率誘電体膜７６の表面（図１１Ｃ（ｂ−１）の上面側）は正（＋）に帯電した方が良いので、コロナ放電電圧の極性は逆極性となる（図１２）。このことについて、図１２で詳述する。
【００６８】
図１２は、本実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。同図では、ワイヤ状の電極１０が、図面に対して垂直方向に伸びている。高電圧ＤＣ電圧１１のプラス側が電極１０に接続され、マイナス側は１２で設置されている。高誘電率誘電体膜７６が形成されたシリコン基板８０の上方に電極１０が設置されている。
【００６９】
このとき、数ｋＶの高電圧ＤＣ電圧１１を印加し、コロナ放電をさせると、電極１０からは＋電荷が放電されるために、高誘電率誘電体膜７６の表面側には＋電荷（８２）、シリコン基板側には−電荷（８１）が帯電する。なお、図１１Ａ（ｃ）と比較して逆電圧を印加するのは、第１の実施形態で説明したように電界強度を強める向きに帯電させるためである。後に示すように、この構造体Ｂは図１１Ｃ（ｄ−１）でひっくり返して構造体Ａと接合させるので、ひっくり返したときに、電界を強める向きに帯電させたのである。なお、ムラなく帯電させるために、基板側を紙面の横方向に往復移動させながら、コロナ放電処理を行ってもよい。また、電極を帯電処理する対象物の間にクリッド電極を配置して、コロナ放電状況の安定性を向上させてもよい。それでは、引き続き、図１１Ｃの説明をする。
【００７０】
次に、帯電したシリコン窒化膜７６の電荷状態が安定する様に枯化処理、例えば空気中で１５０℃で１時間の熱処理を行う（図１１Ｃ（ｃ−１））。帯電電荷の経時的安定性は重要で、安定化の為に上記熱処理と帯電処理後の枯化処理は不可欠である（図５）。
【００７１】
次に、Ａｕ，Ａｌなどからなる上部電極７５と配線膜８５を高誘電率誘電体膜７６の上に形成する（図１１Ｃ（ｃ−１））。ここで出来上がった構造体Ｂをひっくり返して（図１１Ｃ（ｄ−１））、上記した別工程で作成した構造体Ａに接合し、空隙部７７が形成される（図１１（ｅ））。更にＫＯＨなどのシリコンエッチング液を用いて、シリコン酸化膜７６表面をエンドポイントとしたエッチングをして、シリコン酸化膜７６と上部電極７５からなるメンブレンが形成される（図１１（ｆ））。
【００７２】
なお、誘電体膜はシリコン窒化膜に限定されるものでなく、シリコン以外の金属化合物膜でも良いし、最も好ましいのはＳｉＯ2とＳｉ3Ｎ4の２層積層膜である（図４）。また、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3、チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ3、チタン酸バリウム・ストロンチウム、五酸化タンタル、酸化ニオブ安定化五酸化タンタル、酸化アルミニウム、または酸化チタンＴｉＯ2等の高誘電率を有する材料を誘電体膜として用いてもよい。
【００７３】
＜第４の実施の形態＞
図１３は、本実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板９２、誘電体膜９８，９９、下部電極９４、メンブレン支持部９３、メンブレン９６、上部電極９５、配線膜９０から構成され、静電容量型超音波振動子９１は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。なお、９７は空隙部である。第３の実施形態と異なるのは、上部電極９５の表面を誘電体膜９５で被覆したことである。
【００７４】
このように構成することにより、第１の実施形態よりもより安定な効果（すなわち、ＤＣバイアス電圧が印加された状態に相当する状態）を得ることができる。
図１４（図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃ）は、本実施形態における静電容量型超音波振動子９１の製造工程を示す。第３の実施の形態と異なる点は別工程で準備する構造体Ｂ（図１４Ｃ参照）が、シリコン基板１００上に誘電体膜９６を形成し、上部電極９５を形成した後に、更に他の誘電体膜９８（例えば、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3、チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ3、チタン酸バリウム・ストロンチウム、五酸化タンタル、酸化ニオブ安定化五酸化タンタル、酸化アルミニウム、または酸化チタンＴｉＯ2等の高誘電率誘電体膜）を形成し、熱処理を行った（図１４Ｃ（ａ−１））。
【００７５】
次に、コロナ放電法などの手段で、シリコン酸化膜９６と高誘電率誘電体膜９８について一気に帯電処理を行い表面電位を形成させる（図１４Ｃ（ｂ−１））。なお、この場合、高誘電率誘電体膜９８の表面（図１４Ｃ（ｂ−１）の上面側）は、正に帯電した方が良いので、コロナ放電電圧の極性は逆極性となる（図１５）。このことについて、図１５で詳述する。
【００７６】
図１５は、本実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。同図では、ワイヤ状の電極１０が、図面に対して垂直方向に伸びている。高電圧ＤＣ電圧１１のプラス側が電極１０に接続され、マイナス側は１２で設置されている。シリコン酸化膜９６誘電体膜９８が形成されたシリコン基板１００の上方に電極１０が設置されている。
【００７７】
このとき、数ｋＶの高電圧ＤＣ電圧１１を印加し、コロナ放電をさせると、電極１０からは＋電荷が放電されるために、誘電体膜９８の表面側には＋電荷（１０４）、上部電極９５側には−電荷（１０３）が帯電する。また、上部電極９５側に帯電した−電荷（１０３）に誘起されて、誘電体膜９６の上部電極９５側には＋電荷（１０２）、シリコン基板側には−電荷（１０１）が帯電する。このようにすることで、シリコン酸化膜９６と誘電体膜９８を一括して帯電させることができる。これ以降は第３の実施形態と同様である。
【００７８】
なお、高誘電率誘電体膜９８は必ずしもエレクトレット化処理により帯電させる必要はなく、シリコン酸化膜９６のみエレクトレット化処理により帯電させてもよい。また、逆にシリコン酸化膜９６は必ずしもエレクトレット化処理により帯電させる必要はなく、高誘電率誘電体膜９８のみエレクトレット化処理されていてもよい。なぜなら、高誘電率誘電体膜９８またはシリコン酸化膜９６を成膜するだけでも、帯電の効果を増加させることができるからである。前者の場合には、構造体Ｂの製造に関し、図１１Ｃ（ｃ−１）の後、図１４（ａ−1）をして図１４（ｃ−1）の工程を行えばよい。後者の場合には、図１１Ｃ（ｃ−１）の後、高誘電率誘電体膜９８を形成し、図１４Ｃ（ｃ−１）以降の工程を行えばよい。また、帯電電荷の経時的安定性は重要で、安定化の為に上記熱処理と帯電処理後の枯化処理は不可欠である（図５）。
【００７９】
なお、誘電体膜はシリコン酸化膜に限定されるものでなく、シリコン窒化膜でも良いし、最も好ましいのはＳｉＯ2とＳｉ3Ｎ4の積層膜である（図４）。また、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3、チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ3、チタン酸バリウム・ストロンチウム、五酸化タンタル、酸化ニオブ安定化五酸化タンタル、酸化アルミニウム、または酸化チタンＴｉＯ2等の高誘電率を有する材料を誘電体膜として用いてもよい。
【００８０】
＜第５の実施の形態＞
図１６は、本実施形態における静電容量型超音波振動子の基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板１１２、誘電体膜１１９、下部電極１１４、メンブレン支持部１１３、メンブレン１１６（犠牲層材料放出孔１１６ａ、メンブレン１１６ｂ，１１６ｃ）、上部電極１１５、配線膜１１０から構成され、静電容量型超音波振動子１１１は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。なお、１１７は空隙部である。
【００８１】
このように構成することにより、第１の実施形態よりもより安定な効果（すなわち、ＤＣバイアス電圧が印加された状態に相当する状態）を得ることができる。
図１７は、本実施形態における静電容量型超音波振動子１１１の製造工程を示す。まず、低抵抗のシリコン基板１１２上にＡｕ，Ｐｔなどの金属からなる下部電極１１４を形成（図１７（ａ））する。その後、熱酸化、ｒｆマグネトロンスパッタ、プラズマＣＶＤ、真空アークプラズマ、ゾルゲル等の手段でシリコン酸化膜等の誘電体膜１１９を形成して、３００℃〜１０００℃の空気中または窒素雰囲気中で熱処理を行う（図１７（ｂ））。
【００８２】
次に、シリコン基板１１２を接地（１２）し、これと、ワイヤ状の電極１０との間に数ｋＶの高電圧ＤＣ電圧１１を印加し、コロナ放電をさせてシリコン酸化膜を帯電させる（図１７（ｃ））。膜の表面側には−電荷が帯電する（図３）。なお、ムラなく帯電させるために、基板側を紙面の横方向に往復移動させながら、コロナ放電処理を行ってもよい。また、電極を帯電処理する対象物の間にクリッド電極を配置して、コロナ放電状況の安定性を向上させてもよい。この電荷状態が安定する様に枯化処理、例えば空気中で１５０℃で１時間の熱処理を行う。
【００８３】
次に、メンブレン支持部（例えば、Ｓｉ3Ｎ4膜）を形成する（図１７（ｄ））。Ｓｉ3Ｎ4からなるメンブレン１１６ｃと空隙部１１７とを犠牲層エッチング等の手段で形成する。なお、１１６ａは犠牲層エッチングで犠牲層材料を放散させる為の孔であり、メンブレン１１６ｂは孔１１６ａを塞ぐ為の層である。なお、この工程は図２Ｂと同様である。
【００８４】
その後にＡｕ，Ａｌなどからなる上部電極１１５と配線膜１１０を形成する（図１７（ｅ））。
なお、誘電体膜はシリコン酸化膜に限定されるものでなく、シリコン窒化膜でも良いし、最も好ましいのはＳｉＯ2とＳｉ3Ｎ4の積層膜である（図４）。また、帯電電荷の経時的安定性は重要で、安定化の為に上記熱処理と帯電処理後の枯化処理は不可欠である（図５）。
【００８５】
＜第６の実施の形態＞
図１８は、本実施形態における静電容量型超音波振動子の基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板１２２、シリコン窒化膜１２８ａ，高誘電率誘導体膜１２８ｂ，誘電体膜１２９ａ，１２９ｂ、下部電極１２４、メンブレン支持部１２３、メンブレン１２６（犠牲層材料放出孔１２６ａ、メンブレン１２６ｂ，１２６ｃ）、上部電極１２５、配線膜１３０から構成され、静電容量型超音波振動子１２１は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。なお、１２７は空隙部である。第４の実施形態と異なるのは、下部電極１２４とシリコン基板１２２の間に誘電体膜を設けたことと、上部電極１２５を被覆している誘電体膜をさらに被覆したことである。
【００８６】
このように構成することにより、第１の実施形態よりもより安定な効果（すなわち、ＤＣバイアス電圧が印加された状態に相当する状態）を得ることができる。
構造体Ａの製造工程は第４の実施形態の構造体Ａの製造方法とほとんど同じで（但し、下部電極１２４とシリコン基板１２２の間に誘電体膜を成膜する工程が追加される。具体的には図１４Ａ（ａ）で誘電体膜を成膜後、下部電極を成膜する）、構造体Ｂの製造工程が異なる。即ち、図１４Ｃにおいてシリコン基板（１００に相当する）上にシリコン酸化膜１２６（９６に相当する）を形成し、その上に上部電極１２５（９５に相当する）及び配線膜１３０（９０に相当する）を形成後、シリコン窒化物膜１２８ａ（９８に相当する）を形成し、更にその上に高誘電率誘電体膜１２８ｂを形成する。
【００８７】
次にシリコン基板（１００に相当する）を接地（１２）し、高誘電率誘電体膜１２８ｂ側に配置した線状電極に高電圧の直流電圧を印加し、コロナ放電法によって高誘電率誘電体膜１２８ｂの表面を帯電させる（図１４Ｃ（ｂ−１）に相当する）。
【００８８】
図１９に示すように、この帯電電荷の極性は、構造体Ａの下部電極１２４上に形成した誘電体膜１２９ｂを帯電して形成した表面電荷の極性と異なる極性の表面電荷１３２を形成する。かかる後、構造体Ａに上記した工程によって得られた構造体Ｂを裏返しに接合する。接合以降の工程は続いて、第４の実施形態と同様である。
【００８９】
図２０（図２０Ａ，図２０Ｂ，図２０Ｃ，図２０Ｄ）では、本実施形態における静電容量型超音波振動子の製造工程について説明する。
まず、シリコン基板２０１の上下表面に酸化膜（ＳｉＯ2）２０２を付与して（ステップ１）、ビアホール２０２ａ（ＳｉＯ2）を設ける（ステップ２）。次に、スパッタ（ｓｕｐｐｔｅｒ）によりＰｉ／Ｔｉで電極２０３を成膜する（ステップ３）。次に、レジスト２０４（例えば、フォトレジスト材料）を成膜した電極表面に塗布してパターンニングをする（ステップ４）。次に、エッチングを行い、レジストが塗布されていないＰｔ／Ｔｉを除去した後、レジスト２０４を除去する（ステップ５）。こうして下部電極が生成される。
【００９０】
次に、ＳｉＮｘ（例えば、Ｓｉ3Ｎ4）２０５で成膜する（ステップ６）。次に、レジスト２０６を成膜したＳｉＮｘ２０５に塗布してパターンニングをする（ステップ７）。パターンニングは、下部電極２０３の上方にレジスト２０６が塗布されないように行う。次に、エッチングを行い、レジストが塗布されていないＳｉＮｘを除去した後、レジスト２０６を除去する（ステップ８）。そうすると、下部電極表面がＳｉＮｘで被覆された状態になっている。
【００９１】
次に、熱処理、コロナ放電（基板側を図面内の横方向に移動させて全体的にムラなく帯電させる）、及び枯化を行う（ステップ９）。これらは、上記した実施形態と同様の処理を行う。これにより、ＳｉＮｘ２０５が帯電する。次に、ポリシリコン２０７を成膜する（ステップ１０）。このとき、下部電極のある部分が盛り上がるようにポリシリコン２０７を成膜する。次に、ステップ１０でポリシリコン２０７を盛り上げた部分にレジストを塗布してパターンニングする（ステップ１１）。
【００９２】
次に、エッチングを行い、レジストが塗布されていないポリシリコン２０７を除去した後、レジスト２０８を除去する（ステップ１２）。次に、レジスト２０９を塗布した（ステップ１３）後、ポリシリコン２０７の両端部分のみレジスト２０９を残すようにパターンニングする（ステップ１４）。
【００９３】
次に、スパッタ（ｓｕｐｐｔｅｒ）によりＰｉ／Ｔｉで電極２１０を成膜した（ステップ１５）後に、レジスト２０９を除去する（ステップ１６）。次に、ＳｉＮｘ（例えば、Ｓｉ3Ｎ4）２１１で成膜する（ステップ１７）。
【００９４】
次に、レジスト２１２を塗布して、犠牲層２０７（ポリシリコン）を外部へ放出するための犠牲層放散孔２１３を設けるためにパターンニングしてエッチングする（ステップ１８）。次に、エッチング（例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥ法によるエッチング）を行い、犠牲層放散孔２１３から犠牲層２０７（ポリシリコン）を除去した後、レジスト２１２を除去する（ステップ１９）。次に、ＳｉＯ2により成膜２１４して犠牲層放散孔２１３を封止する（ステップ２０）。最後に、コロナ放電及び枯化をすることで、ＳｉＮｘ膜２１１及びＳｉＯ2膜２１４が帯電する。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】第１の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。
【図２Ａ】第１の実施形態における静電容量型超音波振動子１の製造工程を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａ（ｄ）の詳細な工程を示す図である。
【図３】第１の実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。
【図４】第１の実施形態における日数経過に対する誘電体膜の表面電位の変化の様子を示す図である。
【図５】第１の実施形態における誘電体膜成膜後の熱処理有無の効果を示す図である。
【図６】第１の実施形態におけるＤＣバイアス印加試験の結果を示す図である。
【図７】第２の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。
【図８Ａ】第２の実施形態における静電容量型超音波振動子５１の製造工程を示す図（その１）である。
【図８Ｂ】第２の実施形態における静電容量型超音波振動子５１の製造工程を示す図（その２）である。
【図９】第２の実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。
【図１０】第３の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。
【図１１Ａ】第３の実施形態における静電容量型超音波振動子７１の製造工程を示す図（その１）である。
【図１１Ｂ】第３の実施形態における静電容量型超音波振動子７１の製造工程を示す図（その２）である。
【図１１Ｃ】第３の実施形態における静電容量型超音波振動子７１の製造工程を示す図（その３）である。
【図１２】第３の実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。
【図１３】第４の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。
【図１４Ａ】第４の実施形態における静電容量型超音波振動子９１の製造工程を示す図（その１）である。
【図１４Ｂ】第４の実施形態における静電容量型超音波振動子９１の製造工程を示す図（その２）である。
【図１４Ｃ】第４の実施形態における静電容量型超音波振動子９１の製造工程を示す図（その３）である。
【図１５】第４の実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。
【図１６】第５の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。
【図１７】第５の実施形態における静電容量型超音波振動子１１１の製造工程を示す図である。
【図１８】第６の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。
【図１９】第６の実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。
【図２０Ａ】第７の実施形態における静電容量型超音波振動子の製造工程を示す図（その１）である。
【図２０Ｂ】第７の実施形態における静電容量型超音波振動子の製造工程を示す図（その２）である。
【図２０Ｃ】第７の実施形態における静電容量型超音波振動子の製造工程を示す図（その３）である。
【図２０Ｄ】第７の実施形態における静電容量型超音波振動子の製造工程を示す図（その４）である。
【図２１】従来の静電容量型超音波振動子に関する説明図である。
【図２２】従来の駆動電圧のタイムチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１      静電容量型超音波振動子
２      シリコン基板
３      メンブレン支持部
４      下部電極
５      上部電極
６      メンブレン
７      空隙部
８      導通孔（ビアホール）
９      誘電体膜
１５    配線膜
５１    静電容量型超音波振動子
５２    シリコン基板
５３    メンブレン支持部
５４    誘電体膜下部電極
５５    上部電極
５６    メンブレン
５７    空隙部
６５    配線膜
７１    静電容量型超音波振動子
７２    シリコン基板
７３    メンブレン支持部
７４    誘電体膜下部電極
７５    上部電極
７６    メンブレン
７７    空隙部
８５    配線膜
９０    配線膜
９１    静電容量型超音波振動子
９２    シリコン基板
９３    メンブレン支持部
９４    下部電極
９５    上部電極
９６    メンブレン
９７    空隙部
９８，９９誘電体膜
１１０  配線膜
１１１  静電容量型超音波振動子
１１２  シリコン基板
１１３  メンブレン支持部
１１４  下部電極
１１５  上部電極
１１６  メンブレン１１６
１１６ａ  犠牲層材料放出孔、
１１６ｂ，１１６ｃ  メンブレン
１１７  空隙部である。
【００９７】
１１９  誘電体膜
１２１  静電容量型超音波振動子
１２２  シリコン基板
１２３  メンブレン支持部
１２４  下部電極
１２５  上部電極
１２６  メンブレン
１２６ａ  犠牲層材料放出孔
１２６ｂ，１２６ｃ  メンブレン
１２７  空隙部
１２８ａ  シリコン窒化膜
１２８ｂ  高誘電率誘導体膜
１２９ａ，１２９ｂ  誘電体膜
１３０  配線膜
【図４】
2006050314.tif 000003
【図５】
2006050314.tif 000004
【図６】
2006050314.tif 000005
【図２２】
2006050314.tif 000006
【図１】
2006050314.tif 000007
【図２Ａ】
2006050314.tif 000008
【図２Ｂ】
2006050314.tif 000009
【図３】
2006050314.tif 000010
【図７】
2006050314.tif 000011
【図８Ａ】
2006050314.tif 000012
【図８Ｂ】
2006050314.tif 000013
【図９】
2006050314.tif 000014
【図１０】
2006050314.tif 000015
【図１１Ａ】
2006050314.tif 000016
【図１１Ｂ】
2006050314.tif 000017
【図１１Ｃ】
2006050314.tif 000018
【図１２】
2006050314.tif 000019
【図１３】
2006050314.tif 000020
【図１４Ａ】
2006050314.tif 000021
【図１４Ｂ】
2006050314.tif 000022
【図１４Ｃ】
2006050314.tif 000023
【図１５】
2006050314.tif 000024
【図１６】
2006050314.tif 000025
【図１７】
2006050314.tif 000026
【図１８】
2006050314.tif 000027
【図１９】
2006050314.tif 000028
【図２０Ａ】
2006050314.tif 000029
【図２０Ｂ】
2006050314.tif 000030
【図２０Ｃ】
2006050314.tif 000031
【図２０Ｄ】
2006050314.tif 000032
【図２１】
2006050314.tif 000033