(57)【要約】【課題】メンブレン利用効率の低下を抑制することで、送信効率及び受信感度の低下を抑制できる静電容量型トランスデューサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】静電容量型トランスデューサは、第一の電極２１０に対して空隙２０３を挟んで設けられた第二の電極２０５を少なくとも含む振動膜が支持された構造を含むセル１０１を有する素子１０４を１以上備える。素子１０４のセル１０１は、隣接するセルと、第二の電極２０５に繋がる配線１０２で電気的に接続されている。上方から平面視される第二の電極２０５の形状が、空隙２０３の形状と略一致している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極に対して空隙を挟んで設けられた第二の電極を少なくとも含む振動膜が支持された構造を含むセルを有する素子を１以上備え、前記素子の前記セルは、隣接するセルと、前記第二の電極に繋がる配線で電気的に接続されている静電容量型トランスデューサであって、
上方から平面視される前記第二の電極の形状が、前記空隙の形状と略一致していることを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
【請求項２】
前記第一の電極は半導体基板上に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トランスデューサ。
【請求項３】
上方から平面視される前記配線の形状が、前記空隙と繋がる空隙層の形状と略一致していることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項４】
前記配線及び前記素子に含まれる前記セルの前記第二の電極を集約し引き出す配線領域の下部に空隙が含まれることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項５】
前記振動膜は、前記空隙を形成する際に、前記空隙にあった犠牲層を除去するために用いた開口部を封止する絶縁層を含むことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項６】
前記第二の電極の下層において前記振動膜に含まれる膜の形状は、上方から平面視される前記第二の電極の形状に対し、縁が微小な等距離を隔てて平行に画されて順テーパーの側壁を有するか、または縁が微小な等距離を隔てて平行に画されて逆テーパーの側壁を有するか、または重なるか、または縁が微小な等距離を隔てて平行に画されてアンダーカットの側壁を有することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項７】
前記空隙の径が５μｍ以上４０μｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項８】
上方から平面視される前記空隙の面積と前記第二の電極の面積の差が、前記空隙の面積の５％以下であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項９】
上方から平面視される前記空隙の面積と前記第二の電極の面積の差が、前記空隙の面積の１％以下であることを特徴とする請求項８に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１０】
前記振動膜は、前記第二の電極、及び前記第二の電極の下層にある絶縁層を含み、前記絶縁層には、前記第二の電極の外周縁部に形成された微細な痕跡を引き継いだ痕跡が転写されていることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１１】
前記第一の電極の上に絶縁層が形成され、前記振動膜は別の絶縁層を含み、前記絶縁層と前記別の絶縁層は、それぞれ、シリコン酸化物またはシリコン窒化物で形成されていることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１２】
前記絶縁層と前記別の絶縁層は、異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１３】
第一の電極に対して空隙を挟んで設けられた第二の電極を少なくとも含む振動膜が支持された構造を含むセルを有する素子を１以上備える静電容量型トランスデューサの製造方法であって、
少なくとも、前記第一の電極の上に犠牲層を形成する工程、前記犠牲層の上に第一の絶縁層を形成する工程、前記第一の絶縁層の上に前記第二の電極を形成する工程、前記第二の電極の上に第二の絶縁層を形成する工程、前記犠牲層を除去して前記空隙を形成する工程、前記第二の絶縁層の上に第三の絶縁層を形成し前記犠牲層を除去するために用いた開口部を封止する工程を含み、
前記犠牲層を除去して前記空隙を形成する工程において、前記第二の電極を形成するマスク形状を用いて、前記第二の電極の下部領域に位置する前記犠牲層を含む位置までエッチング加工することを特徴とする静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項１４】
前記配線の領域の下部に位置する前記犠牲層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１３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１５】
前記セルの前記第二の電極を集約し引き出す配線領域の下部に位置する前記犠牲層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１４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１６】
前記エッチング加工する工程において、前記第二の電極及び前記配線の下部領域に位置する前記犠牲層を含む位置までドライエッチングにより加工するか、若しくはドライエッチングとウェットエッチングを併用して加工することを特徴とする請求項１３から１５の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波変換素子などとして用いられる静電容量型トランスデューサ、その製造方法などに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術の発展に伴い、マイクロメータオーダの精度で加工された様々な微小機械素子が実現されている。このような技術を用いて、静電容量型トランスデューサ（例えば、ＣＭＵＴ：Capasitive-Micromachined-Ultrasonic-Transducer）の開発が盛んとなっている。ＣＭＵＴは、空隙（キャビティ）を挟んで対向する層に一対の電極が設けられた構成を有する。そのメンブレン状の薄膜を振動させて超音波を送信、受信する超音波デバイスであり、液中および空気中で優れた広帯域特性が得られる。このため、従来から使用されている圧電素子からなる超音波デバイスよりも、分解能の高い測定が可能となるため、その代替として注目を集めている。
【０００３】
一般的にＣＭＵＴは、マイクロメータオーダの複数のセル構造を集合させた状態で駆動する。その際に、上記のような優れた特性を得るには、複数のセル構造においてメンブレンの径や厚さ、及び空隙距離（空隙の厚さ）が略均一であることが求められる。それを実現するための製造方法として、セルの空隙部を構成する領域に予め犠牲層を設け、セルのメンブレン構造を形成してから、犠牲層を除去することでメンブレン下の空隙を形成する方法がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８５２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、デバイスを上方から平面視したメンブレン上層の電極の領域が、空隙の領域より内側に位置している（つまり電極領域が空隙領域より小さい）場合においては、メンブレンの利用効率が低下し超音波デバイスの送信効率や受信感度が低下することがある。また、セルのメンブレンに含まれる電極と、セル間を電気的に接続する配線と、の間において段差が形成される場合においては、ステップカバレージが悪化することがある。その影響で配線抵抗が大きくなり、送信効率や受信感度が低下することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の一側面による静電容量型トランスデューサは、第一の電極に対して空隙を挟んで設けられた第二の電極を少なくとも含む振動膜が支持された構造を含むセルを有する素子を１以上備え、前記素子の前記セルは、隣接するセルと、前記第二の電極に繋がる配線で電気的に接続されている静電容量型トランスデューサであって、上方から平面視される前記第二の電極の形状が、前記空隙の形状と略一致している。
【０００７】
また上記課題に鑑み、本発明の他の側面による静電容量型トランスデューサの製造方法は、第一の電極に対して空隙を挟んで設けられた第二の電極を少なくとも含む振動膜が支持された構造を含むセルを有する素子を１以上備える静電容量型トランスデューサの製造方法である。そして、少なくとも、前記第一の電極の上に犠牲層を形成する工程、前記犠牲層の上に第一の絶縁層を形成する工程、前記第一の絶縁層の上に前記第二の電極を形成する工程、前記第二の電極の上に第二の絶縁層を形成する工程、前記犠牲層を除去して前記空隙を形成する工程、前記第二の絶縁層の上に第三の絶縁層を形成し前記犠牲層を除去するために用いた開口部を封止する工程を含み、前記犠牲層を除去して前記空隙を形成する工程において、前記第二の電極を形成するマスク形状を用いて、前記第二の電極の下部領域に位置する前記犠牲層を含む位置までエッチング加工する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、セルを上方から平面視したときの空隙領域に対応するメンブレン領域の略全てに電極を形成することができるため、メンブレンの利用効率の低下を抑制し、超音波デバイスとしての送信効率や受信感度の低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサの構成を示す上面図。
【図２】図１の静電容量型トランスデューサの構成を示すＡ−Ｂ断面図。
【図３】図１の静電容量型トランスデューサの構成を示すＣ−Ｄ断面図。
【図４−１】図１の静電容量型トランスデューサの製造方法の工程を示す断面図。
【図４−２】図１の静電容量型トランスデューサの製造方法の工程を示す断面図。
【図５】図１の静電容量型トランスデューサの電源との接続を示すＣ−Ｄ断面図。
【図６−１】静電容量型トランスデューサの製造工程の詳細を示す断面図。
【図６−２】静電容量型トランスデューサの製造工程の詳細を示す断面図。
【図７】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを含むプローブを示す図。
【図８】プローブを含む情報取得装置の構成図。
【図９】静電容量型トランスデューサの製造方法におけるアンダーカットを示す断面図。
【図１０】アンダーカットがある静電容量型トランスデューサのＡ−Ｂ断面図。
【図１１】アンダーカットがある静電容量型トランスデューサのＣ−Ｄ断面図。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る静電容量型トランスデューサの構成の上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一側面によれば、静電容量型トランスデューサにおいて、セルを上方から平面視したときの空隙領域に対応するメンブレン領域の略全てに電極が形成されている。一方、本発明の他の側面によれば、次の製造方法が提供される。即ち、この製造方法では、第一の電極上の犠牲層上に形成した第一の絶縁層上に形成した第二の電極の上に第二の絶縁層を形成した後に、犠牲層を除去して空隙を形成する。そして、空隙の形成に際し、第二の電極を形成するマスク形状を共通に用いて、第二の電極の下部領域に位置する犠牲層を含む位置までエッチング加工する。前記構成の静電容量型トランスデューサは、この製造方法により作製することができる。
【００１１】
[実施形態１]
本発明を実施するための一形態について図面を参照して説明する。図１は、実施形態１の静電容量型トランスデューサを説明する上面図である。静電容量型トランスデューサは、空隙ないし間隙を隔てて設けられた一対のうちの一方の電極を含む振動膜（メンブレン）が振動可能に支持されたセル１０１を有する素子１０４が１以上集まって構成されている。セル１０１は、隣接のセル１０１と配線１０２にて電気的に接続されており、複数のセル１０１を含む各素子１０４の信号を集約する引き出し配線領域１０５と電気的に接続されている。引き出し配線領域１０５の端部には、外部基板へ配線するために用いる開口部１０６がある。開口部１０６は、配線領域１０５上に形成される後述の層２０６、２０７が除去されて、配線領域１０５が露出した領域である。後述の犠牲層を除去する際に用いるエッチングホール１０３は、図１に示すように各セル１０１に１：１で配置してもよいし、複数セルに対して１つになるように配置しても構わない。
【００１２】
図１では１つの素子１０４のみを示しているが、素子数は１以上備えればよく、幾つでも構わない。素子１０４を構成するセル１０１の個数も幾つであっても構わない。セル１０１の配列は格子状の配置でも千鳥配置などでも、どのような配列でも構わない。本実施形態では、セル１０１を上方から見て平面視した形状は円形であり、振動するメンブレン部の形状は円形であるが、正方形、長方形、多角形等の形状でも構わない。
【００１３】
１個のセル１０１の層構成について図２及び図３を参照して説明する。図２はセル１０１の図１のＡＢ方向のＡ−Ｂ断面図、図３はセル１０１の図１のＣＤ方向のＣ−Ｄ断面図である。セル１０１は、第一の電極２０１（下電極）、絶縁層２０２、空隙ないし空隙層２０３、絶縁層２０４（第一の絶縁層）、第二の電極２０５（上電極）、絶縁層２０６（第二の絶縁層）、絶縁層２０７（第三の絶縁層）、エッチングホール２０８を含む。セル１０１を構成する各層について以下詳細に述べる。
【００１４】
下電極２０１は、熱酸化膜を形成したシリコン基板（図示なし）上に配置され、バイアス電圧を印加するために用いる。上電極２０５を含むメンブレン部は、このバイアス電圧により下電極２０１から静電引力を受ける。下電極２０１は、W、Ti、Aｌ、若しくはこれらの何れか１つを主成分とする材料の合金などから選択することが可能である。セルにおける下電極２０１は、この上に複数の膜を積層していくために、下地膜としては平坦性が高いこと、後工程における耐熱性が十分に確保されていること、電気抵抗の低いことが求められる。これらを満たしていれば他金属でも使用可能である。下電極２０１と上電極２０５との間での不要な寄生容量を低減するために、素子１０４のある領域以外への下電極の形成面積はできるだけ少なくすることが好ましい。
【００１５】
絶縁層２０２は下電極２０１の上に配置される。この層２０２は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物で形成されることが一般的である。絶縁層２０２は、上の絶縁層２０４とは異なる材料を用いる方が、静電容量型トランスデューサを製造する際には好適である。その理由は後述する。仮に絶縁層２０４をＳｉＮ化合物で形成するならば、絶縁層２０２をシリコン酸化物で形成する。但し、製造上のマージンが確保でき、更に上電極２０５と下電極２０１との間の絶縁性が確保できるならば、絶縁層２０２は無くても構わない。メンブレン下の空隙２０３は絶縁層２０２の上層に配置される。メンブレン下の空隙２０３は、後述するようにメンブレン構造を形成したのち犠牲層２０９を除去することで形成される。
【００１６】
メンブレンを構成する絶縁層２０４は空隙層２０３の上層に配置される。メンブレンの構成材料、及び上電極２０５と下電極２０１との間に位置する材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化物、これらを組み合わせた構成が一般的であり、その理由を以下に述べる。
【００１７】
まず、メンブレン構造を構成する膜を全体として弱引っ張り応力に調整でき、メンブレンの反りを防ぎ、空隙構造を保つことができるからである。次に、上電極２０５と下電極２０１間に位置する材料の絶縁性を高くでき、駆動時の膜中への電荷注入を抑制し、メンブレンの帯電を抑制できるからである。帯電が発生するとデバイス特性がドリフトするため、それを防ぐために帯電を抑制することが求められる。次に、メンブレンを構成する各層の表面を平坦に形成できるからである。メンブレン下の空隙の厚さ（高さ）はナノメートルオーダーであり、所望通りの空隙を確保し、メンブレンの動きを阻害しないことが必要である。次に、シリコン酸化物やシリコン窒化物は一般に広く普及している材料であり、コンフォーマルで緻密な成膜が可能であり、加工性も高いことが挙げられる。次に、メンブレン可動部を構成する材料として、密度を小さく且つヤング率を高くできることも挙げられる。これはＣＭＵＴの広帯域性を実現することに寄与する。これらを総合的に勘案してメンブレン材料や構成を決定することになるが、メンブレンの構成材料としては、シリコン窒化物を主体に構成することが好適である。
【００１８】
続いて、第二の電極２０５（上電極）は絶縁層２０４の上層に配置される。第二の電極２０５は、セル１０１の上電極、隣接セル同士を電気的に接続する配線１０２、また素子１０４の信号の入出力配線（引き出し配線領域１０５に配置）を兼ねる。第二の電極２０５は、W、Ti、Aｌ、Au若しくはこれらの何れか１つを主成分とする材料の合金を選択することが可能である。第二の電極２０５上にも複数の膜を積層していくため、平坦性が高いこと、後工程における耐熱性が十分に確保されていること、電気抵抗の低いことが求められる。これらを満たしていれば他金属でも使用可能である。
【００１９】
絶縁層２０６は第二の電極２０５上に配置される。メンブレン構造を担うこと、犠牲層２０９をエッチングする際の開口部（１０３、２０８）を形成する役割を担う。一般的にシリコン窒化膜を使用するが、設計上の特性を満たす材料なら他材料も使用可能である。絶縁層２０７は絶縁層２０６上に配置される。膜厚は、エッチングホールを封止できることと、メンブレンの振動特性と、を両立できる条件を満たすことが必要である。一般的にシリコン窒化膜を使用するが、これらの特性を満たす材料なら他材料も使用可能である。
【００２０】
本実施形態におけるセル１０１の特徴は、セル上方から見て、上電極２０５、絶縁層２０４、空隙２０３の形状が略同じであることである。つまり、全方向について、これらの層の縁が、一致しているか、微小な等距離を隔てて平行に画される（後述の図６−２（ｄ）参照）。このように空隙２０３の略全領域に上電極２０５を配置したい理由について述べる。
【００２１】
本実施形態のメンブレン部は、主に、絶縁層２０４、上電極２０５、絶縁層２０６、絶縁層２０７で構成される。ＣＭＵＴが超音波を発生することは、静電引力によって、ＭＨｚ帯域の周波数を持つ速度でメンブレンを変形させ、メンブレンが接触する媒質に変位を与えることにより実現される。より大きな超音波を発生させるには、メンブレンを大きく変位させることが必要である。そのためには、メンブレンの全領域で静電引力を発生させ、その力をメンブレンに与えることが好ましい。よって、メンブレンの略全領域に上電極を配置しておくことが好ましい。
【００２２】
また超音波の受信感度は、ＣＭＵＴの静電容量の変化で発生した電荷の時間変化（電流）に比例する。そのため、メンブレンの全領域において電極が配置されていれば、メンブレンが変位する領域で発生した電荷を余すことなく活用することができ、受信感度を高くできて、好ましい。
【００２３】
本実施形態において、ＣＭＵＴのセル１０１の径は最大で５０μｍ〜１００μｍ程度であり得るが、ＣＭＵＴの特徴である広帯域性を維持するためには約５μｍ〜４０μｍの範囲を選択する場合が多い。従来技術では犠牲層２０９の形状と上電極２０５の形状を別々のアライメント工程で製造していた。その場合は、各種誤差を見込むことで、上電極２０５の形状を犠牲層２０９の形状より小さく設計する必要があった。したがって、上電極２０５の面積が、空隙層２０３の面積に対して、８０％〜９０％まで、場合によっては７０％程度にしかできなかった。本実施形態によれば、メンブレンの面積の略１００％まで上電極２０５を配置することが可能となり、送受信の効率向上に寄与するものとなる。
【００２４】
次に、本実施形態における静電容量型トランスデューサの製造方法の各工程について図を参照して説明する。図４−１と図４−２は、セル１０１の図２の断面位置における製造工程の経過を示したものである。ここでは本実施形態における製造方法の特徴を主に説明する。図４−１（ａ）は、熱酸化膜が形成された半導体基板（図示なし）上に、下電極２０１、絶縁層２０２、犠牲層２０９、絶縁層２０４、上電極２０５が成膜された断面を示す。各層の形成方法として一般的には、物理蒸着、物理スパッタ成膜、ＣＶＤ（主にＰＥ-ＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition））を使用する。膜の物性、成膜ムラ、平坦性等の項目が設計仕様に収まるならば、どのような成膜手段を用いても構わない。
【００２５】
図４−１（ｂ）は、第二の電極２０５の形状をエッチング加工するためにホトレジストパターン５０１を配置した工程を示す。本実施形態においては、第二の電極２０５を加工するためのホトレジストパターン５０１を用いて、下層に位置する絶縁層２０４、犠牲層２０９までを一括で加工する。そのようにすることで、ホトレジストパターン５０１の形状で規定される第二の電極２０５の形状を、ほぼ維持したまま絶縁層２０４、犠牲層２０９まで転写することが可能となる。上電極２０５、絶縁層２０４、犠牲層２０９の合計厚さにもよるが、全ての層をプラズマエッチングで加工するならば、エッチング選択比を鑑みて、一般的なポジ型レジストで３μｍ〜４μｍ程度の厚さが必要となる。
【００２６】
図４−１（ｃ）は、ホトレジストパターン５０１を用い、第二の電極２０５をエッチングした工程の断面図である。電極材料を加工するには塩素系ガスを用いたプラズマエッチングが一般的であるが、主に加工精度が許容できるならばウェットエッチングでも構わない。もちろん電極材料によっては、Ａｒガスのような物理スパッタのみでのエッチング加工も可能である。
【００２７】
図４−１（ｄ）は、ホトレジストパターン５０１を用い、連続的に絶縁層２０４をエッチングした工程の断面図である。ホトレジストパターン５０１のまま加工することで第二の電極２０５とほぼ同じ形状（上方から見た平面視でほぼ重なる形状）を形成することができる。絶縁層２０４として、シリコン窒化膜を選択した場合は、フッ素系のガス（ＳＦ６やＣＦ４等）に切り替えてエッチングすることになる。第二の電極２０５のエッチングにおいて塩素系ガスでエッチングを行った場合は、第二の電極２０５の腐食を防ぐためにも基板を大気解放せず、連続的にエッチングを行うことが好ましい。その場合、同一のエッチング装置で塩素系ガス及びフッ素系ガスが使用できる環境が必要である。
【００２８】
図４−２（ｅ）は、ホトレジストパターン５０１を用い、連続的に犠牲層２０９をエッチングした工程の断面図である。この工程もホトレジストパターン５０１をそのままで加工することで、第二の電極２０５とほぼ同じ形状を形成することができる。犠牲層２０９としてシリコン系材料（ａ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉ）を用いるならば、塩素系若しくはフッ素系のガスを用いてプラズマエッチングすることが可能である。塩素系ガスでエッチングする場合は、犠牲層２０９の下地としてシリコン酸化膜（絶縁層２０２）を形成しておけばエッチング選択比が確保できる。よって、絶縁層２０２がエッチングストップ層として機能するため、製造の観点から好ましい。もちろんエッチング選択比を確保できるなら、犠牲層２０９の下層の絶縁層２０２は無くても構わない。
【００２９】
図４−２（ｆ）は、前工程で製造した構造を絶縁層２０６で覆い、犠牲層２０９を除去するための開口（エッチングホール２０８）を形成した断面図である。絶縁層２０６は、前工程の構造をムラ無く、隙間なく、均一に覆うためにも、ＣＶＤやＰＥ-ＣＶＤ等の気相成膜法で形成するのが好ましい。エッチングホール２０８の形成は、絶縁層２０６をエッチングし、露出した下層の第二の電極２０５をエッチングし、下層の絶縁層２０４をエッチングすることで行い、犠牲層２０９を露出させる。加工精度を鑑みて、１つのホトレジストパターンで連続的に加工することが好ましい。プラズマエッチングにて、各層毎に最適なガス種に切り替えながら加工するのが一般的である。
【００３０】
図４−２（ｇ）は、前工程で製造した構造に対して犠牲層２０９を除去し、空隙２０３を形成した断面図である。犠牲層２０９として用いる材料は、主にアモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ）、ポリ・シリコン（ｐ−Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）等、が一般的である。ａ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉであれば、ＸｅＦ２ガスを用いたドライエッチングで選択的に除去が可能である。ａ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉに対してエッチング選択比が高く、一般的に用いられる材料としてシリコン酸化物、シリコン窒化物、これらを組み合わせた構成がある。ドライエッチングで犠牲層２０９を除去する利点は、ウェットエッチング時に発生し得る空隙におけるメンブレンのスティッキングを防止できることである。この製造方法は、近年の製造装置の発展に伴い用いられることが多い。
【００３１】
図５は、絶縁層２０７を成膜することで各セル１０１の空隙２０３を減圧封止した断面図である。エッチングホール２０８を封止するために、絶縁層２０７は、ＣＶＤやＰＥ-ＣＶＤ等の気相成膜の手法で形成するのが好ましい。必要な絶縁層２０７の膜厚の目安は、空隙２０３の厚さ（高さ）の３倍程度としている。封止の確認は、封止面を表面張力の低い液体（イソプロピルアルコール等）に浸漬し、セル面の光学的な反射状況を確認することで可能である。あくまでエッチングホール２０８を封止するために必要な膜厚であり、メンブレンの機械特性を実現するために、封止後に絶縁層２０７を機械研磨、ドライエッチング等で薄化しても構わない。薄化すると、絶縁層２０７の厚さは空隙２０３の厚さの３倍以下にもなり得る。
【００３２】
本実施形態の製造方法の特徴である、上電極２０５から犠牲層２０９まで、上電極２０５のマスクパターンを用いて一括してドライエッチング加工した場合の特徴について図を参照して説明する。
【００３３】
図６−１（ａ）は、上電極２０５のエッチング工程のセル１０１の断面を示した図である。プラズマ１２０１から電離したガスのイオン種がエッチング装置の基板間のバイアスに引かれ、またガスのラジカル種にて、エッチングが進行する様子を示している。ここで、上電極２０５の領域端部（上方から見た領域の外周縁部）の微細なスジ形状１２０２などの痕跡に起因した跡が下層に転写される。微細なスジ形状１２０２などの痕跡は、レジストマスク５０１のエッジ起因であるもの、上電極２０５の結晶粒界によるもの等が考えられる。膜面に対する側壁の角度については、上から基板に対して裾広がりとなる順テーパーの角度が生じることが多い。もちろん、レジスト５０１の露光端面（図６−１に示すレジストの側壁の斜面）やエッチング条件を最適化することで、膜面に対する側壁の角度を垂直（９０°）に近づけることは可能である。製造方法によっては、逆テーパーの角度が生じることもある。
【００３４】
図６−１（ｂ）は、絶縁層２０４のエッチング工程のセル１０１の断面を示した図である。第二の電極２０５の加工で用いたホトレジストパターン５０１を用いて、絶縁層２０４をエッチング加工する。すると、マスク５０１により第二の電極層２０５で刻まれた前記外周縁部の微細なスジ形状１２０２などの痕跡の一部は引き継がれ、絶縁層２０４にも形成される。絶縁層２０４は、一般的にフッ素系ガスでドライエッチングすることが多く、上層の第二の電極２０５のエッチングは殆ど進行しない。その場合、絶縁層２０４のエッチングにおいては、ホトレジストパターン５０１と第二の電極２０５の２つがマスク材料となる。ここでも膜面に対する側壁の角度は、上から基板に対して裾広がりとなる順テーパーの角度が生じることが多い。もちろん、ここでもレジストの露光端面やエッチング条件を最適化することで垂直（９０°）に近づけることは可能である。また、エッチングガス成分にラジカル種が多い場合は、第二の電極２０５に対して若干のアンダーカット形状が生じる場合もある。このような場合、アンダーカット形状を避けるようにエッチング条件を調整することが好ましい。
【００３５】
図６−２（ｃ）は、犠牲層２０９のエッチング工程のセル１０１の断面を示した図である。上層のマスク５０１を用いて犠牲層２０９をエッチング加工するため、前記領域端部の微細なスジ形状１２０２などの痕跡に起因した跡が転写される。この工程においても側壁のアンダーカット形状を避けるようにエッチング条件を調整することが好ましい。図６−２（ｃ）に示されるように、第二の電極２０５、絶縁層２０４、犠牲層２０９の側壁角度は、殆ど連続的に滑らかに形成される場合もあるが、エッチング選択比や各層のエッチング条件における影響もあり、若干の側壁角度の違いが発生することもあり得る。
【００３６】
図６−２（ｄ）は、上電極２０５のマスクパターン５０１を用いて、第二の電極２０５、絶縁層２０４、犠牲層２０９を一括してドライエッチング加工した構造の上面相関図を示す。１５０１は絶縁層２０４と犠牲層２０９の形状差を示し、１５０２は第二の電極２０５と絶縁層２０４の形状差を示す。
【００３７】
高解像度の走査型電子顕微鏡（ＦＥ-ＳＥＭ）で観察した場合において、上層から基板に向かって緩やかに広がる形状が観察される。例えば側壁の角度が４５°だとすると片側で膜厚の７割程度の広がりが形成される。仮に犠牲層２０９の膜厚が２００ｎｍの場合、犠牲層の広がりは片側で１４０ｎｍ程度となる。側壁角度を略垂直に形成できれば、広がり幅は非常に小さくなる。また基板に対し上方から見た場合において、絶縁層２０４と犠牲層２０９の加工領域は、上電極２０５のマスクパターン５０１に対して略等方的な形状となる。つまり、図６−２（ｄ）に示す様に、全方向について、絶縁層２０４と犠牲層２０９の加工領域の縁はマスクパターン５０１の縁に対して微小な等距離を隔てて平行に画される。上方から見た空隙２０３の面積と第二の電極２０５の面積の差（絶対値）は、空隙２０３の面積の少なくとも５％以下、望ましくは１％以下に収めることが好ましい。セル径が１０μｍの場合において、１％以内であればアンダーカット量は約２５ｎｍ、５％以内であれば１２５ｎｍ程度となる。このアンダーカット量は、おおよそ、面積差（％で示す）の１／２にセル半径を掛けて計算することができる。面積差が１％である場合、セルの半径が５μｍで面積差の１／２が０.５％であるのでアンダーカット量は約２５ｎｍとなり、面積差が５％である場合、セルの半径が５μｍで面積差の１／２が２.５％であるのでアンダーカット量は約１２５ｎｍとなる。セル径が４０μｍの場合、１％以内であればアンダーカット量は約１００ｎｍ、５％以内であれば４８０ｎｍ程度となる。本実施形態においては、セル径すなわち空隙の径は、５μｍ以上４０μｍ以下の範囲においても設計することができる。
【００３８】
次に、本発明の静電容量型トランスデューサを用いた被検体情報取得装置の一実施形態について図を参照して説明する。図７は本発明の静電容量型トランスデューサを用いた超音波プローブの斜視図である。超音波プローブは、静電容量型トランスデューサ１６０１と音響マッチング層１６０２と音響レンズ１６０３と回路基板１６０４を含む。トランスデューサ１６０１は、図７に示すように素子１６０５が１次元アレイのようにＸ方向に多数個並んでいる。図７では１次元アレイであるが、素子を２次元アレイにしてもよいし、コンベックス型など他の形状としてもよい。トランスデューサ１６０１は、回路基板１６０４に実装され、電気的に接続される。回路基板１６０４は、送受信回路と一体となった基板でも良いし、回路基板を介して送受信回路と接続させてもよい。トランスデューサ１６０１が音響波を送信する表面側には、被検体と音響インピーダンスの整合を取る為に、音響マッチング層１６０２を設けている。音響マッチング層１６０２は、被検体への漏電を防止する為の保護膜として設けてもよい。音響マッチング層１６０２を介して音響レンズ１６０３が配置されている。音響レンズ１６０３は被検体と音響マッチング層１６０２との間で、音響インピーダンスの整合が取れるものを用いるのが好ましい。図７のようにＹ方向に曲率を持つ音響レンズ１６０３を設けると、Ｙ方向に広がる音響波を音響レンズ１６０３の焦点位置で絞る事ができる。Ｘ方向に広がる音響波ついては、そのままでは絞る事が出来ない為、素子１６０５毎に音響波を送信するタイミングをずらしてビームフォーミングで送信駆動する事で、焦点位置で音響波を絞ることができる。音響レンズ１６０３の形状は、所望の音響波の分布特性が得られる形状にするのが好ましい。また、用いる被検体の種類に応じて、音響マッチング層１６０２や音響レンズ１６０３の種類や形状を選択すれば良いし、またこれらを設けなくてもよい。
【００３９】
プローブは、機械的に走査するものであっても、医師や技師等のユーザーが被検体に対して移動させるもの（ハンドヘルド）であってもよい。音響波を送信する静電容量型トランスデューサは、受信する静電容量型トランスデューサ兼用であってもよいし、これらが別々であっても構わない。また、被検体にパルス光のエネルギーを照射し、発生した光音響波を受信するためのプローブとして使用しても構わない。
【００４０】
図８に、前記超音波プローブ１７０５を用いた被検体情報取得装置の処理・制御部の構成のブロック図を示す。システム制御部１７０１から、バイアス電圧制御部１７０２と送信駆動電圧制御部１７０３に制御信号が送信され、送受信回路１７０４を通じて静電容量型トランスデューサ（超音波プローブ）１７０５へ電圧が印加され、音響波が発生する。所望の送信音圧を発生するために、例えば、マイナス電位のＤＣバイアス電圧が素子の一方の電極に印加され、必要なパルス幅を持った双極波若しくは単極波が素子の他方の電極に印加される。
【００４１】
被検体に対して音響波を照射した後、被検体の体内から反射して超音波プローブで受信された受信信号は、送受信回路１７０４で信号増幅処理及びＡ／Ｄ変換された後、画像処理部１７０６へ伝送される。画像処理部１７０６においては、各素子１６０５の時間信号が２次元の画像に再構成され、ユーザーにとって視認しやすくなるための処理が行われる。処理された画像情報が表示部１７０７でユーザーに視認される。このブロック図は被検体情報取得装置としては一般的に公知であり、超音波プローブ１７０５の音響波の送信性能と受信性能、及び信頼性や安全性を保証するために必要となる機能を加えても構わない。
【００４２】
本実施形態によれば、セルを上方から平面視したときのメンブレン領域の略全てに電極を形成することができるため、メンブレンの利用効率の低下を抑制し、超音波デバイスとしての送信効率や受信感度の低下を抑制することができる。また、セルのメンブレンにある電極と、セル間を電気的に接続する配線と、の段差が略発生しないようにできるため、ステップカバレージの悪化に伴う電気抵抗の増加を抑制することが可能となる。これも送信効率や受信感度の低下の抑制に寄与する。更に、メンブレン領域の電極パターンを用いてその下層を加工するため、製造歩留まりの向上や、露光工程の削減による低コスト化にも寄与する。
【００４３】
[実施形態２]
実施形態２について説明する。第二の電極２０５を形成する工程までは、実施形態１に記載した説明と同じである。以下に記載する事項以外は実施形態１に準ずる。
【００４４】
本実施形態では、犠牲層２０９にＣｒ、Ｍｏを使用する場合、図４−２（ｅ）の犠牲層２０９の加工工程において、ドライエッチングだけでなく、市販されている専用の混酸溶液を用いて選択的に除去することも可能である。特にシリコン酸化物やシリコン窒化物に対するエッチング選択比が略無限大に確保できるため、セル１０１やメンブレンの構造次第ではこの方法も選択しうる。但し、犠牲層２０９のエッチングで酸系溶液を用いる場合は、第二の電極２０５の側壁が露出しているので、第二の電極２０５は、エッチング選択比の高い材料を選択することが好ましい。またエッチング選択比から見て、絶縁層２０４は、シリコン酸化物、シリコン窒化物が適当である。
【００４５】
図９は、第二の電極２０５をウェットエッチングで加工し、絶縁層２０４をドライエッチングで加工し、犠牲層２０９をウェットエッチングで加工した場合の断面相関図を示す。１８０２は第二の電極２０５と絶縁層２０４の形状差を示し、１８０１は絶縁層２０４と犠牲層２０９の形状差を示す。形状差１８０１及び１８０２は、ウェットエッチング加工に伴うアンダーカットを反映したものである。
【００４６】
犠牲層２０９の加工で酸系ウェットエッチングを選択する場合、第二の電極２０５にＡｌ合金を用いることは難しい。そのため、Ａｕ等のエッチング選択比のある材料を選択することになる。その場合、第二の電極２０５の加工において、ドライエッチング若しくはウェットエッチングを選択しても構わない。ここでは、第二の電極２０５の加工をウェットエッチングで加工した場合を示す。
【００４７】
第二の電極２０５の加工においてウェットエッチングを用いると、上層のホトレジストマスク５０１に対しては、若干のアンダーカット形状になる場合が多い。そして第二の電極２０５を加工した際のホトレジストを用いて、絶縁層２０４を形成するので、第二の電極２０５のアンダーカット形状がテラス形状（図９において１８０５で示す）として残る場合が多い。一般的にアンダーカット量は、最低でも膜厚の１倍以上は形成される。そして、犠牲層２０９の加工においてウェットエッチングを用いると、上層の絶縁層２０４に対しては、若干のアンダーカット形状（図９において１８０６で示す）になることが想定される。ここでも、アンダーカット量は、最低でも膜厚の１倍以上は形成されることが多い。
【００４８】
このようにドライエッチングだけでなく、一部の加工工程でウェットエッチングを用いる場合は、マスク５０１に対してのアンダーカットが形成され、最終的には断面に不連続な段差が形成される。但し、第二の電極２０５及び犠牲層２０９の厚さは大凡１００ｎｍから数１００ｎｍ程度と薄いので、上層２０４の形状に対してのアンダーカットは小さいものとなる。この場合の側壁形状は不連続な凹み段差になるが、下層の形状は上電極２０５の形状に対して上述した様に略等方的な形状となる。この場合も、空隙２０３の面積と第二の電極２０５の面積の差を、少なくとも５％以内、望ましくは１％以内に収めることが好ましい。この前提で形成したセル構造について図を参照して説明する。
【００４９】
図１０はセル１０１のＡＢ方向の断面図、図１１はセル１０１のＣＤ方向の断面図である。第二の電極２０５と犠牲層２０９の形状をウェットエッチングで形成した場合において、セル部の側壁に不連続な段差が形成される。最終的なメンブレン構造においては犠牲層２０９が除去され空隙２０３となるが、犠牲層２０９のあった側壁部の対向側に位置するメンブレン支持部（図１０、図１１において１９０１で示す）にその形状は転写される。このように本実施形態の製造方法で形成したＣＭＵＴのセル１０１の構造及び配線（１０２、１０５、１０６）の側壁部においては、特徴的な微細構造が形成される。これらの特徴は、高解像度の走査型電子顕微鏡（ＦＥ-ＳＥＭ）で容易に確認できる。
【００５０】
本実施形態によっても、セルを上方から平面視したときの空隙領域に対応するメンブレン領域の略全てに電極を形成することができるため、メンブレンの利用効率の低下を抑制し、超音波デバイスとしての送信効率や受信感度の低下を抑制することができる。また、ステップカバレージの悪化に伴う電気抵抗の増加を抑制し、製造歩留まりの向上や、露光工程の削減による低コスト化にも寄与する。
【００５１】
[実施形態３]
実施形態３について説明する。構成、製造方法は、実施形態１に記載した説明とほぼ同じであり、以下に記載した事項以外は実施形態１に準ずる。図１２は、本実施形態の静電容量型トランスデューサを説明する上面図である。複数のセル構造の信号を集約して引き出す引き出し配線領域１０５の下層の犠牲層２０９を除去した構成となっている。
【００５２】
一般的に受信感度を高めるにはＣＭＵＴのアクティブ容量に対する寄生容量の低減が必要で、そのため引き出し配線領域１０５にある下電極２０１は通常除去する。但し、半導体基板そのものを電気的にグランド設置とする場合においては、配線は完全にフロート状態にならず、基板を通じた寄生容量が若干残る。これに対し、配線領域１０５の下部領域7の犠牲層２０９を除去することで配線と基板間に空隙２０３を設け、膜中にかかる電界強度を減らし寄生容量を更に低減することが可能である。副次的な効果として、半導体基板直上の熱酸化膜を薄くすることができ（熱酸化工程の短縮）、また基板をグランド設置とするために熱酸化膜を開口する加工工程の時間も短縮することができる。
【００５３】
本実施形態において、例えば、犠牲層除去工程においてＸｅＦ２ガスを用いる場合は、エッチングガス供給口（エッチングホール１０３）からの距離、犠牲層２０９の断面積に依存してエッチング速度を推測することが可能である。そのため、配線下で犠牲層を除去したい領域に対しては、エッチングホール１０３を近接して配置する。引き出し配線領域１０５における犠牲層２０９を除去したい場合は、エッチングホール１０３を図１２のように引き出し配線領域１０５の配線に沿って配置する。逆に、引き出し配線領域１０５で犠牲層２０９を残しておきたい場合は、実施形態１に示すようエッチングホール１０３を遠ざけてエッチング時間に対し余裕をもたせることで、犠牲層の除去されない領域を残すことも可能である。
【００５４】
本実施形態によっても、セルを上方から平面視したときの空隙領域に対応するメンブレン領域の略全てに電極を形成することができるため、メンブレンの利用効率の低下を抑制し、超音波デバイスとしての送信効率や受信感度の低下を抑制することができる。また、寄生容量の更なる低減が可能となる。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は実施例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１)
図１は実施例１における静電容量型トランスデューサの上面図を示す。図２はセル１０１の断面図（ＡＢ断面）、図３はセル１０１の断面図（ＣＤ断面）を示す。本実施例においては、第二の電極２０５を加工するホトレジストパターン５０１を用いて、第二の電極２０５と絶縁層２０４と犠牲層２０９をドライエッチング加工する。セル径は５０μｍであり、０．３ｍｍ×４．０ｍｍの範囲にセル１０１を４５０個配置した１素子１０４を、１９６個配列する。
【００５６】
製造した静電容量型トランスデューサの構成及び製造方法について具体的に説明する。まず、図４−１（ａ）までの工程を具体的に説明する。図４−１（ａ）は、半導体基板の上層に第二の電極２０５を形成するまでの工程となる。Ｓｉ基板を１１００℃の水蒸気雰囲気で２時間３０分酸化し、熱酸化膜を１０００ｎｍ成膜する。Ｓｉ基板にＧＮＤ（グランド）電位を確保するためのホール部を形成し、ホール部にＡｌ膜をスパッタ成膜し、汎用のホトリソグラフィ工程、真空プラズマによるドライエッチング加工にて電極部を形成する。
【００５７】
次に静電容量型トランスデューサの素子領域に、Ｗ膜を１００ｎｍ、その上層にＴｉ膜を１０ｎｍスパッタリング装置にて成膜し、ホトリソグラフィ工程、真空プラズマによるドライエッチング加工にて下電極２０１を形成する。デバイスの寄生容量を抑制するために、外部基板へ配線を引き出しする配線領域１０５には下電極を配置しない。
【００５８】
次に下電極２０１の上層に、絶縁膜２０２としてＳｉＯ膜をＰＥ-ＣＶＤにて７００ｎｍ成膜し、下電極２０１と電気コンタクトをとるためのホールをホトリソ工程にて形成する。次に犠牲層２０９としてａ−Ｓｉ膜をＰＥ-ＣＶＤにて２４０ｎｍ成膜する。次に絶縁層２０４として、引っ張り応力（２００ＭＰａ以下）のＳｉＮ膜をＰＥ-ＣＶＤにて４００ｎｍ成膜する。この上層に、上電極２０５としてＡｌＮｄ膜をスパッタリング装置にて１００ｎｍ成膜する。
【００５９】
図４−１（ｂ）の工程で、上電極２０５に対して、セル径として５０μｍの丸形状、隣接セルを電気接続する配線、各セルに隣接するエッチングホール用の構造、配線を集約して外部基板へ接続するための配線のホトレジストパターン５０１を形成する。このパターン５０１を用いて複数の層をエッチングすることから、エッチング選択比を考慮しレジスト厚を３．５μｍとする。
【００６０】
図４−１（ｃ）から図４−２（ｅ）の工程で、高密度プラズマのドライエッチング装置にて、上電極２０５のＡｌＮｄ膜から犠牲層２０９のａ−Ｓｉ膜まで連続してエッチングを行う。上電極２０５のＡｌＮｄ膜のエッチングは、ＲＦパワー６００Ｗ、基板バイアス２００Ｗ、エッチングガスはＣｌ２とＢＣｌ３の混合ガスを用いて行う。
【００６１】
図４−１（ｄ）の工程で、上電極２０５の下層のＳｉＮ膜２０４は、塩素系ガスによるエッチングレートが低いので、ガス種をＳＦ６に切り替えてエッチングする。図４−２（ｅ）の工程で、絶縁層２０４のＳｉＮ膜の下層の犠牲層２０９のａ−Ｓｉ膜は塩素系ガスにてエッチングを行う。ａ−Ｓｉ膜の下層としてＳｉＯ膜２０２を形成してあり、塩素系ガスに対するＳｉＯ膜のエッチングレートは低いため、エッチングストップ層として良好に機能する。このように、プロセス歩留を考慮する。
【００６２】
以上のように上電極２０５／絶縁層２０４／犠牲層２０９を一括してエッチング加工し、上方から平面視した上電極２０５と犠牲層２０９の形状が略一致した形状を製造した。各層の側壁部のテーパー形状は８０°程度で、上電極２０５から犠牲層２０９まで略連続した滑らかな側壁形状が得られた。上電極２０５を形成するためのホトレジストマスク５０１を用いて下層を加工するので、上方から平面視した犠牲層２０９の形状は上電極２０５の形状に対して、上述したような略等方的な形状となった。
【００６３】
さらに、図４−２（ｆ）の工程で、引っ張り応力（２００ＭＰａ以下）の絶縁層２０６であるＳｉＮ膜をＰＥ-ＣＶＤにて４５０ｎｍ成膜する。次に犠牲層２０９を除去するための開口部（エッチングホール２０８）を形成する。まずＳｉＮ膜２０６はＳＦ６でエッチングを行い、露出した上電極２０５のＡｌＮｄ膜はＣｌ２とＢＣｌ３の混合ガスにて連続的にエッチングを行う。更に、下層に露出したＳｉＮ膜２０４はＳＦ６でエッチングを行い、犠牲層２０９のａ−Ｓｉ膜を露出させる。
【００６４】
図４−２（ｇ）の工程で、犠牲層２０９のａ−Ｓｉは、Ｍｅｍｓｓｔａｒ社製のエッチング装置でＸｅＦ２ガスを用いてエッチングを行う。エッチング条件は、９．５Ｔｏｒｒ、基板温度１５℃、キャリアガスとしてのＮ２ガスであり、ＳｉＮ膜２０４、２０６の選択比確保のため若干のＨ２ガスを添加した。ＸｅＦ２ガスにおける犠牲層のａ−ＳｉとＳｉＮの選択比を無限大に確保できないので、エッチング時間は素子１０４の領域がエッチングされる程度にとどめ、引き出し配線領域１０５の犠牲層２０９のａ−Ｓｉは除去しない。このように犠牲層２０９のa−Ｓｉを除去することでメンブレン下の空隙２０３が形成される。
【００６５】
図５の工程で、引っ張り応力（２００MPa以下）の絶縁層２０７のＳｉＮ膜をＰＥ-ＣＶＤにて２０００ｎｍ成膜して、エッチングホール２０８を封止する。次に外部の電気基板へ実装するために引き出し配線領域１０５の配線を集約した開口部１０６と、下電極２０１を引き出し配線するための開口部、基板ＧＮＤ（グランド）を引き出し配線するための開口部を汎用のホトリソグラフィ工程で形成する。そしてＡｌ膜を５００ｎｍスパッタ成膜し、汎用のホトリソグラフィ工程、真空プラズマによるドライエッチング加工で、外部基板へ引き出す配線（図示なし）を形成する。これは、外部信号線を素子部へ電気実装するために必要な配線の延長であり、延長に際して配線抵抗を上げないこと、及びワイヤーボンダ領域において必要となる下地の柔軟性を確保する機能を有する。その後にレジストで保護して、ダイシング装置にてウエハを各静電容量型トランスデューサに分割する。
【００６６】
次に、製造した静電容量型トランスデューサを外部基板に固定し、ワイヤーボンダにて外部基板へ配線接続を行う。下電極２０１には全素子に共通して負のＤＣ電圧を印加し、上電極２０５は各素子１０４へ独立に信号を入力できる構成となっている。静電容量型トランスデューサ面を油（セバシン酸ジイソデシルエステル）に浸し、バイアス電圧-２９０Ｖ、ＡＣ波形±１００Ｖを印加して駆動したところ、デバイス直上２ｍｍの位置にて送信音圧約０．９ＭＰａ（平面波換算）を得た。また、受信感度の目安であるノイズ特性（ＮＥＰ；Ｎｏｉｓｅ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）についても約２．５Ｐａと良好な値を得た。
【００６７】
図７は本実施例による静電容量型トランスデューサを用いた超音波プローブを示したものであり、図８は前記超音波プローブを用いた被検体情報取得装置を示したものである。超音波プローブについて図７で説明する。セルで構成された０．３ｍｍ×４ｍｍ程度の素子１６０５を、１次元方向に１９６個配列し、その上層に音響マッチング層１６０２及び音響レンズ１６０３を配置した超音波プローブを含む被検体情報取得装置を製造する。音響マッチング層１６０２は、音響インピーダンスが１．０８２ＭＲａｙｌｓ、減衰係数が１．４７×（周波数）１．４４dB/cm/MHzのシリコーン接着剤を用いる。さらに音響レンズ１６０３は、音響インピーダンスが１．２２ＭＲａｙｌｓ、減衰係数が３．１×（周波数）１．４dB/cm/MHz、平均厚さが５３０μｍの形状を用いる。
【００６８】
半導体基板の共通電極を介して各素子の下電極２０１へバイアス電位を供給できるようにし、上電極２０５は素子毎に引き出し、外部基板とワイヤーボンダにより配線接続する。その外部基板に送受信回路を配置し、全１９６チャンネルとシステム側でこれらに対応するチャンネルとをＡＷＧ４０サイズの同軸細線ケーブルで結線する。
【００６９】
次に被検体情報取得装置について図８で説明する。本システムでは、バイアス電圧制御部１７０２へプルイン電圧比８０％のＤＣ負電圧を出力するよう制御する。そして、ユーザーからのトリガー信号をもとに、送信駆動電圧制御部１７０３へトランスデューサの各チャンネルから、必要な位相差を持った音響波を発生させるよう制御する。ここでは４５ｎｓｅｃのパルス幅で、プルイン電圧の２０％の双極波（ＡＣ）を出力するよう制御する。送受信回路１７０４は、静電容量型トランスデューサ１７０５へ入出力される双極波の電圧閾値によって、音響波を送信する状態か、受信する状態かを自動的に判断できる機能を含む。
【００７０】
プローブ１７０５を医療画像用ファントムに接触させ、音響波を送信し、音響インピーダンスの違いを反映した波を受信した。チャンネル毎の時間軸画像を、Ｘ-Ｙの２次元画像に再構成し、必要なフィルタ等の画像処理を行い表示部１７０７に超音波像を得た。
【００７１】
（実施例２)
実施例２におけるセル１０１の断面構成について図１０、図１１を用いて説明する。図１０はセル１０１の断面図（図１のＡ−Ｂ断面）、図１１はセル１０１の断面図（図１のＣ−Ｄ断面）を示す。実施例１との違いは、第二の電極２０５を加工するホトレジストパターンを用いて、第二の電極２０５をウェットエッチング加工、絶縁層２０４をドライエッチング加工、犠牲層２０９をウェットエッチング加工する点である。つまり、ドライエッチングとウェットエッチングを併用して加工する。そのため、上電極２０５と空隙層２０３には、絶縁層２０４に対して若干のアンダーカット形状がある。セル径等の構成は実施例１と同等である。
【００７２】
まず図４−１（ａ）までの工程を具体的に説明する。図４−１（ａ）は、半導体基板の上層に第二の電極２０５を形成するまでの工程を示す。実施例１と同様に、Ｓｉ半導体基板上に、基板ＧＮＤに繋がる開口パターンを有する熱酸化膜を１０００ｎｍ形成し、素子１０４の領域へ下電極のＷを１００ｎｍ、Ｔｉを１０ｎｍ形成し、絶縁層２０２のＳｉＯ膜を７００ｎｍ形成する。
【００７３】
次に犠牲層２０９としてＣｒ膜をスパッタリング装置にて２４０ｎｍ成膜する。次に絶縁層２０４として引っ張り応力２００ＭＰａ程度のＳｉＮ膜をＰＥ-ＣＶＤにて４００ｎｍ成膜する。次に上電極２０５としてＡｕ膜をスパッタリング装置にて１００ｎｍ成膜する。
【００７４】
図４−１（ｂ）の工程で、上電極２０５上に、セル径の５０μｍの丸形状、隣接セルを電気接続する配線１０２、各セルに隣接するエッチングホール用の構造１０３、配線を集約して外部基板へ接続するための配線領域１０５のレジストパターンを形成する。図４−１（ｃ）の工程で、このパターンを用いて複数層をエッチングする。上電極２０５のＡｕと犠牲層２０９のＣｒはウェットエッチング、上電極２０５下の絶縁層２０４のＳｉＮをドライエッチングで加工するため、エッチングの選択比等を考慮しレジスト５０１の厚さを２．５μｍとする。上電極２０５のＡｕで構成される形状を市販溶液にてウェットエッチング加工したところ、マスク５０１に対して約２００ｎｍのアンダーカットが発生する（アンダーカット形状は図示なし）。
【００７５】
図４−１（ｄ）の工程で、上電極２０５を含むマスク形状のまま、下の絶縁層２０４のＳｉＮをドライエッチング装置でエッチング加工する。絶縁層２０４のＳｉＮにおいて約２００ｎｍのテラス領域が形成される。図４−２（ｅ）の工程で、そのマスク形状のまま、市販溶液にて犠牲層２０９のＣｒをエッチング加工する。犠牲層２０９のＣｒの側壁には、上電極２０５のマスク形状に対して約２５０ｎｍのアンダーカットが形成される。上電極２０５を形成するためのホトレジストマスク５０１を用いて下層を加工するので、アンダーカット形状のｎｍオーダーの段差はあるものの、犠牲層２０９の形状は、上述した様に上電極２０５の形状に対して略等方的な形状となる。
【００７６】
図４−２（ｆ）の工程で、引っ張り応力（２００ＭＰａ以下）の絶縁層２０６のＳｉＮ膜をＰＥ-ＣＶＤにて４５０ｎｍ成膜する。次に犠牲層２０９を除去するための開口部（エッチングホール２０８）を形成する。まずＳｉＮ膜はＳＦ６でエッチングを行い、露出した上電極２０５のＡｕは同一マスクのままウェットエッチングでエッチングを行い、更に下層に露出した絶縁層２０４のＳｉＮ膜はＳＦ６でエッチングを行い、犠牲層２０９のＣｒを露出させる。
【００７７】
図４−２（ｇ）の工程で、犠牲層２０９のＣｒをエッチングするが、犠牲層２０９のＣｒと絶縁層２０４のＳｉＮの選択比は略無限大に確保できるので、エッチャントに約５時間浸漬する。このように犠牲層２０９のＣｒを除去することでメンブレン下の空隙２０３が形成される。メンブレンを形成後の洗浄工程では、メンブレンのスティッキングを防ぐため、水洗後に段階的に表面張力の低い液体（イソプロピルアルコール、３Ｍ社製ＨＦＥ）へ置換し、最後はＨＦＥ雰囲気にてメンブレンの内部を乾燥する。
【００７８】
図５の工程で、引っ張り応力（２００ＭＰａ以下）の絶縁層２０７のＳｉＮ膜をＰＥ-ＣＶＤにて２０００ｎｍ成膜して、エッチングホール２０８を封止する。次に、上電極２０５を引き出す配線を形成するための開口部と、下電極２０１を引き出す配線を形成するための開口部、基板ＧＮＤを引き出す配線を形成するための開口部をホトリソグラフィ工程で形成する。そしてＡｌ膜を５００ｎｍスパッタ成膜し、ホトリソグラフィ工程、真空プラズマによるドライエッチング加工で、外部基板へ引き出す配線（図示なし）を形成する。
【００７９】
実施例１と同様にウエハを分割して、静電容量型トランスデューサに電気配線を実装し、油中にて特性評価を行ったところ、ＮＥＰが２．１Ｐａと実施例１に対して若干の向上がみられた。実施例１では、露出するＳｉＮ膜のＸｅＦ２に対する選択比が１０００以上の一定範囲程度であったが、本実施例ではＳｉＮ膜のＣｒエッチャント溶液に対する選択比が無限大に近いので、引き出し配線領域までの犠牲層も除去することができる。この結果、寄生容量を削減することができ受信感度の更なる向上に寄与する。
【００８０】
（実施例３）
図１２は実施例３における静電容量型トランスデューサの上面図を示したものである。実施例１と類似の構成及び製造方法のため、セルの断面構造は図２及び図３で兼ねる。本実施例においては、実施例１と同様に、第二の電極２０５を加工するホトレジストパターン５０１を用いて、第二の電極２０５と絶縁層２０４と犠牲層２０９をドライエッチング加工する。また寄生容量を削減するため、犠牲層除去工程において、引き出し配線領域１０５にある犠牲層も除去する。また、セル径を実施例１の５０μｍから３０μｍに変更したため、複数個のセルに対して１個のエッチングホール１０３を分担させる構成とする。セル径は３０μｍで、０．２ｍｍ×４．０ｍｍ範囲にセル１０１を７００個配置した１素子１０４を、１９６個配列する。各層の膜厚はセル径の違いを反映して変更する。
【００８１】
まず図４−１（ａ）までの工程を具体的に説明する。図４−１（ａ）は次の状態を示す。すなわち、素子１０４の領域へ、下電極２０１のＷを１００ｎｍ、Ｔｉを１０ｎｍ、絶縁層２０２のＳｉＯ膜を３００ｎｍ、犠牲層２０９のａ−Ｓｉを２００ｎｍ、上層の絶縁層２０４のＳｉＮを４００ｎｍ、上電極２０５のＡｌＮｄを１００ｎｍ形成する。
【００８２】
次に図４−１（ｂ）の工程で次の形成を行う。すなわち、上電極２０５上に、セル径としての３０μｍの丸形状、隣接セルを電気接続する配線１０２、各セル１０１に隣接するエッチングホール１０３用の構造、配線を集約して外部基板へ接続するための配線領域１０５のレジストパターン５０１を形成する。このパターンを用いて複数の層をエッチングすることから、エッチング選択比を考慮しレジスト厚を３．０μｍとする。
【００８３】
図４−１（ｃ）〜図４−２（ｅ）の工程で、高密度プラズマを用いたドライエッチング装置にて、上電極２０５のＡｌＮｄ膜から犠牲層２０９のａ−Ｓｉ膜まで連続してエッチングを行う。このようにして上電極２０５／絶縁層２０４／犠牲層２０９を一括してエッチング加工し、上電極２０５と犠牲層２０９の形状が略一致した形状を製造する。側壁部のテーパー形状は、８０°程度で、上電極２０５から犠牲層２０９まで略連続した滑らかな側壁形状が得られる。上電極２０５を形成するためのホトレジストマスク５０１を用いて下層を加工するので、犠牲層２０９の形状は上電極２０５の形状に対して、上述した様に略等方的な形状となる。
【００８４】
図４−２（ｆ）の工程で、引っ張り応力（２００ＭＰａ以下）の絶縁層２０６のＳｉＮ膜をＰＥ-ＣＶＤにて３５０ｎｍ成膜する。次に犠牲層２０９を除去するための開口部（エッチングホール２０８）を形成する。まずＳｉＮ膜はＳＦ６でエッチングを行い、露出した上電極２０５のＡｌＮｄ膜はＣｌ２とＢＣｌ３の混合ガスにて連続的にエッチングを行い、更に下層に露出したＳｉＮ膜はＳＦ６でエッチングを行い、犠牲層２０９のａ−Ｓｉ膜を露出させる。
【００８５】
図４−２（ｇ）の工程で、犠牲層２０９のａ−Ｓｉは、Ｍｅｍｓｓｔａｒ社製のエッチング装置でＸｅＦ２ガスを用いてエッチングを行う。エッチング条件は、９．５Ｔｏｒｒ、基板温度１５℃、キャリアガスとしてのＮ２ガスの導入であり、ＳｉＮ膜の選択比確保のため若干のＨ２ガスを添加する。実施例１に対してセル径を小さくしたため、１個のエッチングホール１０３が受け持つエッチング面積量の減少を考慮し、エッチングホール１０３は数を減らし配置を変更する。また本実施例では、引き出し配線領域１０５の犠牲層２０９のａ−Ｓｉも除去するため、配線領域１０５にエッチングホール１０３を積極的に配置する構成とする。このような構成で犠牲層２０９のa−Ｓｉを除去することで、メンブレン下の空隙２０３を形成する。
【００８６】
次に図５の工程で、引っ張り応力（２００ＭＰａ以下）の絶縁層２０７のＳｉＮ膜をＰＥ-ＣＶＤにて８００ｎｍ成膜して、エッチングホール２０８を封止する。次に、上電極２０５を引き出す配線を形成するための開口部、下電極を引き出す配線を形成するための開口部、基板ＧＮＤを引き出す配線を形成するための開口部を汎用のホトリソグラフィ工程で形成する。そしてＡｌ膜を５００ｎｍスパッタ成膜し、汎用のホトリソグラフィ工程、真空プラズマによるドライエッチング加工で、外部基板へ引き出す配線（図示なし）を形成する。これは、素子部へ電気実装するために必要な配線の延長であり、延長に際して配線抵抗を上げないこと、及びワイヤーボンダ領域において必要となる下地の柔軟性を確保する機能を有する。
【００８７】
製造した静電容量型トランスデューサに対して、実施例１と同様の電気的な実装を施し、油（セバシン酸ジイソデシルエステル）に浸し、バイアス電圧-１７０Ｖ、ＡＣ波形±６０Ｖを印加し駆動した。このとき、デバイス直上２ｍｍの位置にて送信音圧約０．５ＭＰａ（平面波換算）を得た。本実施例では、実施例１や実施例２よりもセル径を小さくしたため、受信感度の比帯域、送信効率の比帯域が、１２０％以上と広帯域な特性が得られた。また受信感度の目安であるノイズ特性（ＮＥＰ）についても約２．２Ｐａと良好な値が得られた。
【００８８】
本実施例では、ＳｉＮ膜のＸｅＦ２に対する選択比が１０００以上の一定範囲程度であることを考慮し、引き出し配線領域１０５の犠牲層を除去するためのエッチングホール１０３を配線領域１０５に配置する。この結果、寄生容量を更に削減することができ、受信感度の更なる向上に寄与する。
【符号の説明】
【００８９】
１０１：セル、１０２：配線、１０４：素子、２０１：第一の電極（下電極）、２０３：空隙、２０４：絶縁層、２０５：第二の電極（上電極）、２０９：犠牲層、５０１：ホトレジストパターン（マスクパターン）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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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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