(57)【要約】【課題】  ＣＭＵＴの製造方法において、基板による超音波の反射を抑制するための、基板の厚さを薄くする工程を、振動膜の応力特性等の変化を抑制しつつ、簡易に行うこと。【解決手段】  ＣＭＵＴの製造方法で、空隙部が設けられた領域の積層方向の高さよりも、その領域の外の積層方向の高さの方を高くすることで支柱を形成する工程を有し、この支柱を用いて、基板の積層方向の厚さを薄くする工程を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の積層方向に下部電極層を設ける工程と、
前記下部電極層上の前記積層方向に、犠牲層を設ける工程と、
前記犠牲層上の前記積層方向に、第１のメンブレン層を形成する工程と、
前記第１のメンブレン層上の前記積層方向に、上部電極層を設ける工程と、
前記第１のメンブレン層にエッチングホールを設ける工程と、
前記エッチングホールを介して前記犠牲層を除去することで、空隙部を形成する工程と、
を有する静電容量型トランスデューサの製造方法であって、
前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さよりも、前記領域の外の少なくとも一部の領域における前記積層方向の高さの方を高くすることで支柱を形成する工程をさらに有し、
前記支柱を用いて、前記基板の前記積層方向の厚さを薄くする工程を有する、
静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項２】
前記支柱を形成する工程は、前記領域の外のみに層を形成する工程を有する、請求項１に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項３】
前記支柱を形成する工程は、前記領域の外に設けられる層の層厚が、前記領域内に設けられる層の層厚よりも厚くなるように層を形成する工程を有する、請求項１または２に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項４】
前記下部電極層を設ける工程の前に、前記基板上の前記積層方向に前記下部電極層を保護する第１の電極保護層を設ける工程を有する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項５】
前記第１の電極保護層を設ける工程の後、かつ、前記下部電極層を設ける工程の前に、前記第１の電極保護層を一部除去する工程と、前記第１の電極保護層が除去された前記基板の領域上、及び前記第１の電極保護層上に、前記下部電極層と電気的に接続するための第１の配線を設ける工程を有する、
請求項４に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項６】
前記犠牲層を設ける工程の前に、前記下部電極層上の前記積層方向に前記下部電極層を保護する第２の電極保護層を設ける工程を有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項７】
前記第一のメンブレン層を設ける工程の後に、前記第一のメンブレン層上の前記積層方向に第二のメンブレン層を形成する工程を有する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項８】
前記第二のメンブレン層を形成する工程の後に、前記第二のメンブレン層上の前記積層方向に第三のメンブレン層を形成する工程を有する、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項９】
前記第一のメンブレン層、前記第二のメンブレン層、及び前記第三のメンブレン層は、同一の材料である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項１０】
前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さと、前記支柱の前記積層方向の高さとの差が、２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である請求項１乃至９のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項１１】
前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さと、前記支柱の前記積層方向の高さとの差が、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項１２】
静電容量型トランスデューサであって、基板と、前記基板上の積層方向に、該基板側から、第一の電極と、絶縁膜と、振動膜とを、この順に、且つ該絶縁膜と該振動膜との間に空隙部を介して、有しており、前記振動膜は、第一のメンブレンと第二の電極とを、該第一のメンブレンが前記空隙部側に位置するように構成されており、
前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さよりも、前記領域の外の少なくとも一部の領域における前記積層方向の高さの方が高い部位を備える、静電容量型トランスデューサ。
【請求項１３】
前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さと、前記部位の前記積層方向の高さとの差が、２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である請求項１２に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１４】
前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さと、前記部位の前記積層方向の高さとの差が、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１２または１３に記載の静電容量型トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型トランスデューサ、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシンニングを用いたトランスデューサの研究が盛んに行われている。中でも静電容量型のトランスデューサは、軽量の振動膜を用いて超音波等の弾性波を送信、又は受信するデバイスであり、液中および空中でも広帯域特性が容易に得られるため、従来の医用診断モダリティより高精度な超音波診断が有望な技術と注目されつつある。静電容量型のトランスデューサ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を以下ではＣＭＵＴと呼ぶことがある。ＣＭＵＴは、検査対象物に光が照射されることで発生した光音響波や、検査対象物に超音波が照射されることで発生した音響波（超音波）を検出することで、検査対象物の情報を取得する光音響装置や超音波プローブ、あるいは両者を備えたプローブに用いられる。
【０００３】
ＣＭＵＴは、基板と振動膜である薄膜との間に空隙部（以下、キャビティという）が設けられたセルが複数形成され、セル同士が電気的に接続された素子（エレメント）からなる。
【０００４】
ここで、ＣＭＵＴでは超音波を受信する際、振動膜を透過して基板で反射された超音波がノイズとなる場合がある。特許文献１では、このようにして生じるノイズを抑制するため、基板を薄くすることで、基板で反射される超音波の周波数を、ＣＭＵＴで受信する超音波の周波数帯域よりも大きくすることの開示がある。反射する超音波の周波数を、ＣＭＵＴの受信周波数帯域からずらすことにより、ノイズを抑制することができる。
【０００５】
一方、特許文献２では、接合型のＣＭＵＴにおいて、エレメント毎に信号を検出するために、振動膜が形成された面の裏面の一部を切削、研摩、エッチング等によって除去して凹部を形成するトレンチ加工を行うことの開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３−０１０３４１２号明細書
【特許文献２】特開２０１０−３５１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１には、基板の裏面を薄くする工程の具体的な方法について開示がない。
【０００８】
また、特許文献２では、ＣＭＵＴの振動膜にハンドリング部材を固定して、トレンチ加工を行っている。そのため、トレンチ加工の際に、ハンドリング部材が振動膜に押しつけられることで、振動膜の応力特性等を変えてしまう可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る静電容量型トランスデューサの製造方法は、基板の積層方向に下部電極層を設ける工程と、前記下部電極層上の前記積層方向に、犠牲層を設ける工程と、  前記犠牲層上の前記積層方向に、第１のメンブレン層を形成する工程と、前記第１のメンブレン層上の前記積層方向に、上部電極層を設ける工程と、前記第１のメンブレン層にエッチングホールを設ける工程と、前記エッチングホールを介して前記犠牲層を除去することで、空隙部を形成する工程と、を有する静電容量型トランスデューサの製造方法であって、前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さよりも、前記領域の外の少なくとも一部の領域における前記積層方向の高さの方を高くすることで支柱を形成する工程をさらに有し、前記支柱を用いて、前記基板の前記積層方向の厚さを薄くする工程を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るＣＭＵＴの製造方法によれば、基板による超音波の反射を抑制するための、基板の厚さを薄くする工程を、振動膜の応力特性等の変化を抑制しつつ、簡易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る静電容量型トランスデューサの製造方法の各プロセスについて説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る静電容量型トランスデューサの構成について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係るＣＭＵＴの製造方法について説明するが、本発明はそれらに限られない。
【００１３】
本実施形態におけるＣＭＵＴの製造方法は、超音波の送受信を行うＣＭＵＴのセルと、セルを構成する基板を薄くする際の支柱となる構造体を、基板の主面上に一体形成する。本実施形態において、ＣＭＵＴのセルは、基板、第１の電極保護層、下部電極層、第１の配線層、第２の電極保護層、犠牲層、第１メンブレン層、上部電極層、第２メンブレン層、第３メンブレン層、第２の配線層の順に形成される。下部電極層を形成する工程、犠牲層を形成する工程、第一のメンブレン層を形成する工程、上部電極層を形成する工程のうち、少なくともいずれか１つの工程によって支柱を形成する。具体的には、セル領域の積層方向の高さよりも、セル領域外の少なくとも一部の領域における積層方向の高さの方が高くなるようにする。その結果、セル領域外に支柱が形成される。ここで、セル領域の積層方向の高さとは、の高さ（後述の図１（１３）のセル領域βにおける高さｈ１）である。そして、セル領域外の少なくとも一部の領域における積層方向の高さｈ２（図１（１３））は、ｈ１よりも高くなっている。以下では、セル領域外の少なくとも一部の領域を、単にセル領域外と略すことがある。
【００１４】
次に形成された支柱をステージに固定して、基板の積層方向の厚さを薄くする。このようにセルを形成するとともに支柱を形成し、セルを構成する材料を支柱として用いるため、プロセスを増やすことがなく、簡易に支柱を形成できる。また、セル領域外に支柱を設けるため、支柱を用いて積層体であるＣＭＵＴを固定する際に、セルの振動膜の応力特性等の変化を抑制できる。  ここで、支柱を形成する方法は大きく分けて２つある。１つは、セル領域外のみに、ある層が残るようにする方法である。これは、一旦セル領域内外に層を設け、セル領域内の層を除去するようにしてもよいし、セル領域外のみにある層を形成してもよい。一旦、セル領域外のみに、ある層が形成されれば、その後に別の層を形成しても、セル領域外に相対的に高い部分ができ、これが支柱となる。この方法は、各層を設ける際の厚さを一定にすることができ、プロセスが簡易になるというメリットがある。本方法において、セル領域外のみにある層は、支柱としての機能のみでなく、ＣＭＵＴの駆動に必要な層であることが好ましい。例えば、セル領域外のみにある層として、電極に接続される配線の層が挙げられる。
【００１５】
支柱を形成するもう１つの方法は、ある層を設ける工程で、セル領域外に設けられる層の層厚が、セル領域内に設けられる層の層厚よりも厚くする方法である。なお、１つの工程だけでなく、複数の工程において、セル領域外に設けられる層厚が、セル領域内に設けられる層厚よりも厚くしても良い。
【００１６】
なお、下部電極層、上部電極層、犠牲層は、第１、２の電極保護層よりも、積層方向に対して垂直な平面内において、狭い領域に形成することが望ましい。下部電極層、上部電極層、犠牲層の端面が支柱の表面に露出している場合、エッチングことを抑制できる。
また、基板を薄くする工程は、ＣＭＵＴ形成の途中で行ってもよい。支柱は基板を薄くする工程を行う時点で、セル領域内よりもセル領域外に少なくとも一部の領域において、高く形成されていればよい。
支柱はセル同士の間隙に配置してもよい。セル領域外に広い面積の支柱を配置してもよい。
【００１７】
本実施形態に係るＣＭＵＴの製造方法は少なくとも以下の工程を有していればよい。
（ａ）基板の積層方向に、下部電極層を設ける工程。
（ｂ）下部電極層上に、犠牲層を設ける工程。
（ｃ）犠牲層上に、第１のメンブレン層を形成する工程。
（ｄ）第１のメンブレン層上に、上部電極層を設ける工程。
（ｅ）第１のメンブレン層にエッチングホールを設ける工程。
（ｆ）エッチングホールを介して犠牲層を除去することで、空隙部を形成する工程。
なお、これら各層はいずれも積層方向に設けられる。
【００１８】
そして、空隙部が設けられたセル領域の積層方向の高さよりも、セル領域の外の少なくとも一部の領域における、積層方向の高さの方を高くすることで支柱を形成する。
【００１９】
そして、形成した支柱を用いて、基板の積層方向の厚さを薄くする。
【００２０】
なお、本実施形態に係る静電容量型トランスデューサの製造方法は、上述の工程で製造された静電容量型トランスデューサの最上部の層にさらに、下記の被覆層を設ける工程を有していても良い。本実施形態における被覆層は、前述の最上部の層に近い方から接着層、音響マッチング層、光反射層支持層、光反射層の順に積層された層である。なお、これらに挙げた層以外の層を適宜含みうる。光反射層は、例えば金等を含み、外部から入射してくる光を検査対象物へ反射する光反射層である。光反射層支持層は、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）を含み、一般的に厚さの薄い光反射層を支持する層である。音響マッチング層は、例えばフッ素置換したポリジメチルシロキサンを含み、光反射層の音響インピーダンスの値と、前述の最上部の層の音響インピーダンスの値の中間の値を持つことで、光音響波（超音波）の反射を抑制する。接着層は、例えばフッ素置換なしのポリジメチルシロキサンを含み、音響マッチング層と前述の最上部の層との接着性向上のために設けられる。
【００２１】
ここで、最上部の層の上に、接着層を設ける際に気泡が入りにくくするために、空隙部が設けられたセル領域の積層方向の高さと、支柱の高さとの差は、小さい方が好ましい。空隙部が設けられたセル領域の積層方向の高さと、支柱の高さとの差は１０００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましく、１００ｎｍ以下が特に好ましい。
【００２２】
一方、空隙部が設けられたセル領域の積層方向の高さと、支柱の高さとの差が小さすぎると、基板を薄くする際に用いられるステージが、振動膜等に接触しやすくなるため、ある程度の差がある必要がある。このような観点から、空隙部が設けられたセル領域の積層方向の高さと、支柱の高さとの差は、２０ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上が好ましく、５０ｎｍ以上が特に好ましい。
したがって、空隙部が設けられた領域の積層方向の高さと、支柱の積層方向の高さとの差は、２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００２３】
なお、後述の実施形態１や２において、被覆層について特に述べていないが、上述の内容が適用される。
（実施形態１：ＣＭＵＴの製造方法）
以下、本実施形態１に係るＣＭＵＴの製造方法の各工程について、図１を用いて詳細に説明する。
【００２４】
（１−１）基板を設ける工程（図１（１））
本実施形態において、まず基板１０１を設ける。基板は平滑性や耐熱性に優れた材料を用いる。例えば基板１０１として、厚さが１００μｍから１０００μｍのシリコンやガラスの基板を用いることができる。
【００２５】
（１−２）第１の電極保護層を設ける工程（図１（１））
次に、第１の電極保護層１０２を、基板１０１の主面上の積層方向αに、に形成する。本実施形態において、第１の電極保護層１０２は、電気絶縁性が高く、表面粗度が小さい材料を用いる。また、第１の電極保護層１０２は、被覆性が高く、欠陥の少ない成膜方法によって設けられる。このような観点から、第１の電極保護層は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、ガラスなどの絶縁膜を用いることができ、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの成膜方法を用いることができる。基板１０１がシリコン基板である場合、形成が容易であることから、第１の電極保護層１０２は熱酸化膜であることが好ましい。
なお、基板が絶縁性の高いガラス等の材料である場合は第１の電極保護層を形成しなくてもよい。
【００２６】
以下の図１（２）〜（１４）において基板上に設けられる各層、各部材は、特に断りがない限り、上述の積層方向αに設けられる。
【００２７】
（２）第１の配線層を設ける工程（図１（２））
次に、下部電極層に電気的に接続される第１の配線層１０３を設ける。第１の配線層１０３は、第１の電極保護層１０２を一部除去した基板の領域上に設けられる。そして、下部電極層の保護層１０２が除去されていない第１の電極保護層１０２上に、第１の配線層１０３’が設けられる。１０３、１０３’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。
【００２８】
（３）下部電極層を設ける工程（図１（３））
次に、下部電極層１０４は第１の配線層１０３及び第１の電極保護層１０２上に設けられる。そして、第１の配線層１０３’上に下部電極層１０４’が設けられる。１０４、１０４’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。
【００２９】
なお、基板１０１が絶縁性である場合、直接、基板１０１の表面上に下部電極層１０４を形成してもよい。下部電極層１０４、１０４’は、表面粗度が小さく、耐熱性に優れ、電気抵抗が小さい材料を用いる。
【００３０】
下部電極層１０４、１０４’は、被覆性が高く、欠陥の少ない成膜方法を用いる。このような観点から、下部電極層１０４、１０４’は、例えばチタン、タングステン、アルミニウムを単層、または複数層としてＣＶＤ、ＰＶＤなどにより３０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の膜厚で成膜し、エッチング法により形成する。これら下部電極層を構成する材料は合金としてもよい。下部電極層１０４’は、下部電極層１０４と同材料で同時に形成することが好ましい。下部電極層１０４’は、例えば直径１μｍ以上１００μｍ以下で、セルとセルが間に設置してもよいし、セル群より外周のチップ内の余白の全面に設けてもよい。
【００３１】
（４）第２の電極保護層を設ける工程（図１（４））
次に、下部電極層を保護する、第２の電極保護層１０５が、下部電極層１０４上に設けられる。そして、第２の電極保護層１０５’が、下部電極層１０４’上に設けられる。１０５、１０５’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。第２の電極保護層１０５、１０５’は、極電気絶縁性が高く、表面粗度が小さい材料を用いる。また、第２の電極保護層１０５、１０５’は、電極保護層は被覆性が高く、欠陥の少ない成膜方法を用いる。このような観点から、第２の電極保護層１０５、１０５’は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、ガラスなどの材料を用いることができ、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの成膜方法を用いることができる。特に、酸化シリコン１０５は、プルイン時に帯電をしにくくするために下部電極層との界面での電位ポテンシャルが高い材料を用いることが好ましい。そのため、第１のメンブレン層として、酸化シリコンを用いることが好ましい。
【００３２】
（５）犠牲層を設ける工程（図１（５））
次に、第２の電極保護層１０５上に犠牲層１０６を設ける。そして、第２の電極保護層１０５’上に、犠牲層１０６’を設ける。１０６、１０６’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。犠牲層１０６，１０６’は、後述する第１のメンブレン層形成以降の工程で犠牲層エッチングにより除去し、セル内に空隙部を形成することをために形成する。
【００３３】
犠牲層１０６、１０６’は、表面粗度が小さく、耐熱性が高く、犠牲層の周囲の材料と選択的にエッチングが可能な材料を用いる。このような観点から、犠牲層１０６、１０６’は、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコン、クロム、チタン、タングステン、モルブデン、またはそれらの合金材料を用いることができ、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの成膜方法を用いることができる。犠牲層エッチングには犠牲層の材料に合わせてＸｅＦ２、混酸、過酸化水素水を主溶液としたエッチング液を用いることができる。
【００３４】
（６）第１のメンブレン層を設ける工程（図１（６））
次に、犠牲層１０６上の前記積層方向αに、第１のメンブレン層１０７を設ける。そして、犠牲層１０６’上の前記積層方向αに、第１のメンブレン層１０７’を設ける。１０７、１０７’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。第１のメンブレン層１０７、１０７’は、電気絶縁性が高く、表面粗度が小さい材料を用いる。
【００３５】
第１のメンブレン層１０７、１０７’は、被覆性と応力制御性に優れた成膜方法を用いる。このような観点から、第１のメンブレン層は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、炭化ケイ素などの材料を用いることができ、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの成膜方法を用いることができる。第１のメンブレン層１０７は、超音波の受信や送信の際の振動膜として機能する。そのため、第１のメンブレン層として、適度な引っ張り応力を有する窒化シリコンを用いることが好ましい。
【００３６】
（７）上部電極層を設ける工程（図１（７））
次に、第１のメンブレン層上の前記積層方向に、上部電極層１０８を設ける。また、第１のメンブレン層１０７’上に、上部電極層１０８’を設ける。１０８、１０８’は同一の工程、方法、で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。
【００３７】
上部電極層は、表面粗度が小さく、耐熱性が高く、電気抵抗が小さい材料を用いる。
【００３８】
上部電極層は、被覆性が高く、欠陥の少ない成膜方法を用いる。
【００３９】
上部電極層は、例えばチタン、タングステン、アルミニウム、ネオジウムを単層、または複数層としてＣＶＤ、ＰＶＤなどにより３０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の膜厚で成膜し、エッチング法により形成する。これら上部電極層を構成する材料は合金としてもよい。
【００４０】
（８）第２のメンブレン層を設ける工程（図１（８））
次に、上部電極層上の前記積層方向に、第２のメンブレン層１０９を設ける。また、上部電極層１０８’上に、第２のメンブレン層１０９’を設ける。１０９、１０９’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。第２のメンブレン層１０９、１０９’は、電気絶縁性が高く、表面粗度が小さい材料を用いる。また、第２のメンブレン層１０９、１０９’は、被覆性と応力制御性に優れた成膜方法を用いる。この様な観点から、第２のメンブレン層は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、炭化ケイ素などの材料を用いることができ、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの成膜方法を用いることができる。第２のメンブレン層１０９は、超音波の受信や送信の際の振動膜として機能する。そのため、第２のメンブレン層として、適度な引っ張り応力を有する窒化シリコンを用いることが好ましい。また、第１のメンブレン層と第２のメンブレン層とが接触するように設けられる場合、第２のメンブレン層と第１のメンブレン層とは同じ材料であることが好ましい。
【００４１】
（９）エッチングホールを設ける工程（図１（９））
エッチングホール１１０は、第１のメンブレン層１０７と第２のメンブレン層１０９と上部電極層１０８の一部を加工し犠牲層を露出するために設けられる。なお、第２のメンブレン層１０９が設けられない場合、エッチングホール１１０は、第１のメンブレン層１０７、上部電極層１０８に設けられる。また、上部電極層１０８が形成される面積が、第１のメンブレン層が形成される面積より狭い場合、エッチングホール１１０は、第１のメンブレン層に設けられる。エッチングホール１１０は、加工精度が高い加工方法により形成する。
【００４２】
エッチングホールは、例えばエッチングによって形成することできる。
【００４３】
（１０）空隙部を設ける工程（図１（１０））
エッチングホールを介して、犠牲層１１０をエッチングすることで空隙部１１１を設ける。空隙部１１１は、液体を使用した犠牲層エッチングを行うことで設けられる場合は、表面張力の小さい薬液と置換してから乾燥させる。
【００４４】
例えば空隙部は、犠牲層の材料に合わせてＸｅＦ２、混酸、過酸化水素水を主溶液としたエッチングガスもしくはエッチング液を用いることができ、表面張力の小さい薬液としてＩＰＡ、ＨＦＥ、超臨界状態の二酸化炭素を用いることができる。犠牲層の材料にアモルファスシリコン、ポリシリコンを用いる場合は、フッ化水素酸を用いてアモルファスシリコン、ポリシリコンの表面の酸化シリコンを除去したのちに、ＸｅＦ２--を用いてエッチングを行う。
【００４５】
（１１）第３のメンブレン層を設ける工程（図１（１１））
第２のメンブレン層上の、前記積層方向に、第３のメンブレン層１１２が設けられる。第３のメンブレン層１１２は、少なくともエッチングホール１１０上に形成する。また、第３のメンブレン層１１２は、上述の空隙部１１０を密閉するように形成することが好ましい。また、第２のメンブレン層１０９’上に、第３のメンブレン層１１２’を設ける。１１２、１１２’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。
【００４６】
第３のメンブレン層１１２、１１２’は、電気絶縁性が高い材料を用いる。また、第３のメンブレン層１１２、１１２’は、被覆性と応力制御性に優れた成膜方法を用いる。このような観点から、
第３のメンブレン層１１２、１１２’は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、炭化ケイ素などの材料を用いることができ、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの成膜方法を用いることができる。第３のメンブレン層１１２は、超音波の受信や送信の際の振動膜として機能する。そのため、第３のメンブレン層１１２として、適度な引っ張り応力を有する窒化シリコンを用いることが好ましい。また、第３のメンブレン層と第２のメンブレン層とが接触するように設けられる場合、第３のメンブレン層と第２のメンブレン層とは同じ材料であることが好ましい。
【００４７】
（１２）コンタクトホールを設ける工程（図１（１２））
第２のメンブレン層１０９、第３のメンブレン層１１２上の前記積層方向に、上述の上部電極層１０８を露出させて配線を接続させるための、第１のコンタクトホール１１３が設けられる。また、第１のメンブレン層１０７、第２のメンブレン層１０９、第３のメンブレン層１１２、第２の電極保護層１０５に孔を形成し、下部電極層１０４を露出させて配線を接続させるための、第２のコンタクトホール１１３’が設けられる。コンタクトホール１１３、１１３’はエッチング法により形成することができる。
【００４８】
（１３）第２、第３の配線を設ける工程（図１（１３））
第２の配線１１４は、下部電極層１０４に設けられる。第２の配線１１４’は、第３のメンブレン層１１２上に設けられる。
【００４９】
第３の配線１１５が上部電極層１０８と電気的な接続をとるために設けられる。１１４、１１４’、１１５は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。
【００５０】
第２の配線１１４、第３の配線１１５は、超音波の送受信の際に、静電容量型トランスデューサの外部から電気信号を入出力できるように設ける。
【００５１】
上述の、（３）下部電極層を設ける工程、（５）犠牲層を設ける工程、（６）第一のメンブレン層を設ける工程、（７）上部電極層を設ける工程、の少なくともいずれか１つの工程によって支柱を形成する。具体的には、空隙部が設けられた領域βの積層方向の高さｈ１よりも、領域βの外の積層方向の高さｈ２の方を高くする。その結果、支柱１２０が形成される。
【００５２】
（１４）基板の厚さを薄くする工程（図１（１４））
支柱１２０を、ステージ１３０に固定し、研削砥石等を用いて、基板１０１を薄くする。上述のように、支柱は１２０、トランスデューサの形成工程と同時に形成することができ、新たなプロセスを加える必要はない。そのため、簡易に支柱を設け、基板の薄化を行うことが出来る。また、支柱は、空隙部が設けられた領域、すなわち、超音波の送受信を行う際に、振動膜が振動する領域の外に設けられる。そのため、振動膜の応力特性等の変化を抑制することができる。
また、プラズマエッチングによって基板を薄くしてもよい。真空状態でエッチングガスを電離させ、フッ素ラジカル、もしくは塩素ラジカルを用いて基板のエッチングを行う。この際、支柱はエッチング装置のチャック面もしくはトレイと接するため、振動膜への荷重の印加を抑制することができる。
【００５３】
（実施形態２：ＣＭＵＴ）
本実施形態に係るＣＭＵＴの構成についてＣＭＵＴの断面図（図２）を用いて説明する。本実施形態に係るＣＭＵＴは、基板と、前記基板上の積層方向に、該基板側から、第一の電極と、絶縁膜と、振動膜とを、この順に、且つ該絶縁膜と該振動膜との間に空隙部を介して、有する。振動膜は、第一のメンブレンと第二の電極とを、第一のメンブレンが前記空隙部側に位置するように構成されている。そして、空隙部が設けられた領域の積層方向の高さよりも、領域の外の少なくとも一部の領域における前記積層方向の高さの方が高い部位を備える。
【００５４】
以下、具体構成の一例を説明する。
本実施形態に係るＣＭＵＴ２０１は、セル構造２０２を有する。ＣＭＵＴは複数のセル構造２０２を有する素子（エレメント）を構成してもよい。さらに、素子は複数あってもよい。セル構造の形状の例として、円形、四角形、六角形等が挙げられる。
【００５５】
セル構造２０１は、基板２１１、基板上に形成される第１の電極保護層（第一の絶縁膜）２１２、第１の電極保護層上に形成される第一の電極層２１３、第一の電極層上の第２の電極保護層（第二の絶縁膜）２１４を有している。さらに、セル構造２０２は、第一のメンブレン層２１６と第二のメンブレン層２１８と第二の電極層２１９と第三のメンブレン層２２２で構成される振動膜を有する。第一のメンブレン層２１６、第二のメンブレン層２１８、第三のメンブレン層２２２は例えば窒化シリコンを含む絶縁膜である。振動膜は、メンブレン支持部２１７により支持されており、間隙であるキャビティ２２０を隔てて配置されている。図２に示されるように、キャビティ２２０の設けられた領域２０２の積層方向の高さよりも高い部位が、領域２０２の外に設けられている。これを実施形態１のように支柱と呼ぶこともできる。図２のように、支柱は、キャビティ２２０を設ける過程で積層された犠牲層２２１を含んでいてもよい。
第一の電極層２１３と第二の電極層２１９とは対向しており、第一の電極層２１３と第二の電極層２１９との間には、不図示の電圧印加手段により電圧が印加される。
【００５６】
また、引き出し配線２２５を用いることで、第二の電極層２１９から電気信号を引き出すことができる。また、引き出し配線２１５を用いることで、第一の電極層２１３から電気信号を引き出すことができる。引き出し配線の代わりに、貫通配線等を用いて電気信号を引き出してもよい。
【００５７】
なお、第一の電極層２１３を共通電極とし、第二の電極層を素子毎に配置することで、第二の電極層２１９から電気信号を引き出してもよいし、逆の構成にしても構わない。つまり、第二の電極層２１９を共通電極とし、第一の電極層２１３を素子毎に配置することで、素子毎の電気信号を引き出してもよい。
【００５８】
ＣＭＵＴの駆動原理を説明する。ＣＭＵＴで超音波を受信する場合、図示しない電圧印加手段で、第一の電極層と第二の電極層との間に電位差が生じるように、第一の電極層２１３に直流電圧を印加しておく。超音波を受信すると、第二の電極層２１９を有する振動膜が撓むため、第二の電極層２１９と第一の電極層２１３との間隔（キャビティ２２０の深さ方向の距離）が変わり、静電容量が変化する。この静電容量変化によって、引き出し配線（不図示）に電流が流れる。
【００５９】
この電流を図示しない電流−電圧変換素子によって電圧に変換し、超音波の受信信号とする。上述したように、引き出し配線の構成を変更することによって、第二の電極層２１９に直流電圧を印加し、第一の電極層２１３から素子毎に電気信号を引き出してもよい。
【００６０】
また、超音波を送信する場合、第一の電極層に直流電圧を、第二の電極層に交流電圧を印加し、静電気力によって振動膜を振動させることができる。この振動によって、超音波を送信することができる。超音波を送信する場合も、引き出し配線の構成を変更することによって、第二の電極層に直流電圧を、第一の電極層に交流電圧を印加し、振動膜を振動させてもよい。また、第一の電極層あるいは第二の電極層に直流電圧と交流電圧を印加し、静電気力によって振動膜を振動させることもできる。  本実施形態に係るＣＭＵＴは、空隙部が設けられた領域の積層方向の高さよりも、領域の外の少なくとも一部の領域における前記積層方向の高さの方が高い部位を備えることにより、立体障害となり、振動膜に外部の物体が接触しにくくなる。その結果、実際使用するときに、振動膜の応力特性等を変える可能性を低くすることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０１  基板
１０２  第１の電極保護層
１０３  第１の配線層
１０４  下部電極層
１０５  第２の電極保護層
１０６  犠牲層
１０７  第１のメンブレン層
１０８  上部電極層
１０９  第２のメンブレン層
１１０  エッチングホール
１１１  空隙部
１１２  第３のメンブレン層
１１３  第１のコンタクトホール
１１４  第２の配線層
１１５  第３の配線層
１２０  支柱
１３０  ステージ
【図１】
2018019339.tif 000003
【図２】
2018019339.tif 000004