(57)【要約】      （修正有）【課題】犠牲層エッチング途中のデポ物の成長を抑制することでエッチング不良を解決する中空構造体の製造方法及び中空構造体を提供する。【解決手段】中空構造体１００の製造方法は、第１の膜１０１の上に犠牲層１０２を形成する工程と、犠牲層の上に第２の膜１０３を形成する工程と、第１の膜及び第２の膜の少なくともいずれか一方を貫通して犠牲層に連通するエッチング開口部１０４を形成する工程と、犠牲層を、エッチング開口部を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部を形成する工程とを有する。犠牲層と接する面を含む第一の領域１０５における窒素に対するシリコンの組成比が、第一の領域を含まない第二の領域１０６における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。【選択図】図２４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の膜と、前記第１の膜と中空部を介して対向するように設けられる第２の膜とを有する中空構造体の製造方法であって、
前記第１の膜の上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に前記第２の膜を形成する工程と、
前記第１の膜及び前記第２の膜の少なくともいずれか一方を貫通して前記犠牲層に連通するエッチング開口部を形成する工程と、
前記犠牲層を、前記エッチング開口部を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで前記中空部を形成する工程と、
を有し、
前記第１の膜および前記第２の膜のうち、前記エッチング開口部が形成される膜は窒化シリコン膜を含み、
前記窒化シリコン膜において、前記犠牲層と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする中空構造体の製造方法。
【請求項２】
前記フッ素含有ガスが、二フッ化キセノン、三フッ化臭素、三フッ化塩素、及びフッ素を含むハロゲン間化合物からなる群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１に記載の中空構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第１の膜および前記第２の膜のうち一方が窒化シリコン膜を含み、他方が酸化シリコン膜を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の中空構造体の製造方法。
【請求項４】
前記窒化シリコン膜において、窒素に対するシリコンの比率が、前記窒化シリコン膜が前記犠牲層と接する側の主面から、逆側の主面に向かうにつれて、連続的に小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
【請求項５】
前記窒化シリコン膜の前記第一の領域は、波長６３３ｎｍにおける屈折率が１．９０以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
【請求項６】
前記犠牲層がアモルファスシリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
【請求項７】
前記窒化シリコン膜はプラズマ化学気相成長によって形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
【請求項８】
前記窒化シリコン膜はＳｉＨ４とＮＨ３とを含むガスを用いて形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
【請求項９】
前記中空部を１５０Ｐａ以下で加熱する工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記第一の領域の、前記窒化シリコン膜が形成される方向における膜厚が４２ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記窒化シリコン膜のうち、前記犠牲層と接する面と逆側の面を含む第三の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
【請求項１２】
第１の電極の上に、第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜の上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に第２の膜を形成する工程と、
前記第２の膜の上に第２の電極を形成する工程と、
前記第２の膜を貫通して前記犠牲層に連通するエッチング開口部を形成する工程と、
前記犠牲層を、前記エッチング開口部を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部を形成する工程と、
を有し、
前記第２の膜は窒化シリコン膜を含み、
前記窒化シリコン膜において、前記犠牲層と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい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１３】
前記フッ素含有ガスが、二フッ化キセノン、三フッ化臭素、三フッ化塩素、及びフッ素を含むハロゲン間化合物からなる群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１２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１４】
前記第１の膜が酸化シリコン膜を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項１５】
前記窒化シリコン膜の前記第一の領域は、波長６３３ｎｍにおける屈折率が１．９０以上であることを特徴とする請求項１２乃至１４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１６】
第１の膜と、前記第１の膜と中空部を介して対向するように設けられる第２の膜とを有する中空構造体であって、
前記第１の膜および前記第２の膜のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含み、
前記窒化シリコン膜において、前記中空部と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする中空構造体。
【請求項１７】
前記窒化シリコン膜の波長６３３ｎｍにおける屈折率が１．９０以上であることを特徴とする請求項１６に記載の中空構造体。
【請求項１８】
第１の電極と、
前記第１の電極の上に設けられた第１の膜と、
前記第１の膜と中空部を介して対向するように設けられる第２の膜と、
前記第２の膜の上に設けられた第２の電極と、
を有する静電容量型トランスデューサであって、
前記第１の膜および前記第２の膜のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含み、
前記窒化シリコン膜において、前記中空部と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
【請求項１９】
前記窒化シリコン膜の波長６３３ｎｍでの屈折率が１．９０以上であることを特徴とする請求項１８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等として用いられる中空構造体の製造方法、及び中空構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニング技術によって製造される静電容量型トランスデューサは、圧電素子の代替品として研究されている。静電容量型トランスデューサを以下ではＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）と呼ぶことがある。ＣＭＵＴは、一般に中空部と振動膜を有し、この振動膜の振動を用いて音響波（超音波）を送受信可能であり、特に液中において優れた広帯域特性を得られる。ＣＭＵＴの製造方法の一つとして、シリコンなどの基板上に材料を積層させて形成する方法がある。特許文献１では、基板、絶縁膜、犠牲層であるシリコン膜、振動膜の順に積層し、振動膜の一部に設けたエッチング開口部を介して犠牲層をエッチングすることによって中空部を形成している。また、犠牲層を除去するために二フッ化キセノンを用いているが、犠牲層に接する絶縁膜と振動膜を酸化シリコン膜とすることで、犠牲層と絶縁膜や振動膜とのエッチング選択比を十分にとり、絶縁膜や振動膜がエッチングされてしまうことを抑制している。
【０００３】
一方、音響波の送受信感度を向上させるという観点からは、上記の絶縁膜や振動膜として、酸化シリコン膜よりも比誘電率の高い窒化シリコン膜を用いることが好ましい。
しかし、犠牲層としてシリコン膜を用い、犠牲層に接する絶縁膜や振動膜として窒化シリコン膜を用いる場合、二フッ化キセノンを用いた犠牲層のエッチング時に、選択比が十分にとれず、窒化シリコン膜もエッチングされる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８８８１３号公報
【特許文献２】特表２０１３−５０６２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２にはシリコン膜と窒化シリコン膜とのエッチング選択比を向上させるために、二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスを用いる方法を開示している。
【０００６】
しかし、本発明者らは、二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスを用いて犠牲層をエッチングしている途中に、デポ物（ｄｅｐｏｓｉｔｓ、析出物と言い換えることもできる）が成長してしまうことを見出した。デポ物の成長によって、エッチング開口部や中空部の閉塞が進行し、結果としてエッチングガスが犠牲層に供給できずエッチングが遅滞、または停止するというエッチング不良を起こすという課題が発生した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る中空構造体の製造方法は、第１の膜と、前記第１の膜と中空部を介して対向するように設けられる第２の膜とを有する中空構造体の製造方法であって、前記第１の膜の上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層の上に前記第２の膜を形成する工程と、
前記第１の膜及び前記第２の膜の少なくともいずれか一方を貫通して前記犠牲層に連通するエッチング開口部を形成する工程と、前記犠牲層を、前記エッチング開口部を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで前記中空部を形成する工程と、を有し、前記第１の膜および前記第２の膜のうち、前記エッチング開口部が形成される膜は窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜において、前記犠牲層と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
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、第１の電極の上に、第１の膜を形成する工程と、前記第１の膜の上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層の上に第２の膜を形成する工程と、前記第２の膜の上に第２の電極を形成する工程と、前記第２の膜を貫通して前記犠牲層に連通するエッチング開口部を形成する工程と、前記犠牲層を、前記エッチング開口部を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部を形成する工程と、を有し、前記第２の膜は窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜において、前記犠牲層と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る中空構造体は、第１の膜と、前記第１の膜と中空部を介して対向するように設けられる第２の膜とを有する中空構造体であって、前記第１の膜および前記第２の膜のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜において、前記中空部と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る静電容量型トランスデューサは、第１の電極と、前記第１の電極の上に設けられた第１の膜と、前記第１の膜と中空部を介して対向するように設けられる第２の膜と、前記第２の膜の上に設けられた第２の電極と、を有する静電容量型トランスデューサであって、前記第１の膜および前記第２の膜のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜において、前記中空部と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る中空構造体の製造方法によれば、窒化シリコン膜における窒素とシリコンの組成比を調整することで、エッチング中のデポ物の成長を抑制することでエッチング不良を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴを説明するための上面図である。
【図２】図１で示すＣＭＵＴの全体図である。
【図３】図１で示すＣＭＵＴのＡ−Ｂ断面図である。
【図４】図１で示すＣＭＵＴのＣ−Ｄ断面図である。
【図５】ＣＭＵＴの駆動方法を説明するための断面図である。
【図６】ＣＭＵＴの製造プロセスにおいて、犠牲層エッチング後のＡ−Ｂ断面図である。
【図７】ＣＭＵＴの製造プロセスにおいて、犠牲層エッチング前のＡ−Ｂ断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴを説明するための破線間の距離２４と開口率の関係を示したグラフである。
【図９】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴを説明するためのテーパー角度１９と振動膜の共振周波数の関係を示したグラフである。
【図１０】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴのセル配置の一例である。
【図１１】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴのセル配置の一例である。
【図１２】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴのセル配置の一例である。
【図１３】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴのセル配置の一例である。
【図１４】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴの重なり長さ／セル外周長さと振動膜の共振周波数及び初期たわみの関係を示したグラフである。
【図１５】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴの駆動装置の一例である。
【図１６】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴを駆動するための送受信回路の一例である。
【図１７】本発明の実施形態に係る超音波プローブの一例である。
【図１８】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴの製造方法を説明するための断面図（図１のＡ−Ｂ断面図）である。
【図１９】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴにおいて、第四の絶縁膜５６を設けた場合の図１のＡ−Ｂ断面図である。
【図２０】エッチング流路がセル外部に存在するＣＭＵＴを説明するための上面図である。
【図２１】エッチング流路がセル外部に存在するＣＭＵＴの製造方法を説明するための断面図（図２０のＥ−Ｆ断面図）である。
【図２２】犠牲層エッチング前後の窒化シリコン膜の特性評価用の構造の断面模式図
【図２３】犠牲層エッチング前後の中空構造の断面模式図
【図２４】本発明の実施形態に係る中空構造体及びその製造方法について説明するための図である。
【図２５】本発明の実施形態に係るＣＭＵＴ及びその製造方法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】
【００１３】
（中空構造体の製造方法）
本発明の実施形態に係る中空構造体について図２４を用いて説明するが、本発明はこれに限られない。
【００１４】
本実施形態に係る中空構造体１００は、第１の膜１０１と、第１の膜１０１と中空部１０２を介して対向するように設けられる第２の膜１０３とを有する。中空構造体１００の製造方法は、少なくとも以下の工程を有する。
（１）第１の膜１０１の上に犠牲層（１０２に相当する位置）を形成する工程。
（２）犠牲層の上に第２の膜１０３を形成する工程。
（３）第１の膜１０１及び第２の膜１０３の少なくともいずれか一方を貫通して犠牲層に連通するエッチング開口部１０４を形成する工程。
（４）犠牲層を、エッチング開口部１０４を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部１０２を形成する工程。
【００１５】
第１の膜１０１及び第２の膜１０３のうち、エッチング開口部１０４が形成される膜（図２４では第２の膜１０３）は窒化シリコン膜（１０３）を含む。また、窒化シリコン膜（１０３）は、犠牲層と接する面を含む第一の領域１０５と、第一の領域１０５を含まない第二の領域１０６を有する。第一の領域１０５における窒素に対するシリコンの組成比が、第二の領域１０６における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。以下では、２つの領域を比較したときに、窒素に対するシリコンの組成比が相対的に大きいことをシリコンリッチ（Ｓｉリッチ）と言うことがある。同様に、２つの領域を比較したときに、シリコンに対する窒素の組成比が相対的に大きいことを窒素リッチ（Ｎリッチ）と言うことがある。
【００１６】
このように、窒化シリコン膜のうち、犠牲層と接する領域をシリコンリッチとすることで、フッ素含有ガスと水素とを含むガスを用いても、デポ物が生じにくいため、エッチング不良が起こりにくい。なお、窒化シリコン膜の波長６３３ｎｍにおける屈折率が１．９０以上であると、後述のように、デポ物を生じにくいため好ましい。
【００１７】
なお、第１の膜１０１は、基板１１０の上に形成することができる。基板１１０がシリコンである場合、基板１１０を酸化して熱酸化膜を形成する工程を有していても良い。
【００１８】
本実施形態において、フッ素含有ガスは、二フッ化キセノン、三フッ化臭素、三フッ化塩素、及びフッ素を含むハロゲン間化合物からなる群から選択される少なくとも一種を含む。フッ素含有ガスとしては、二フッ化キセノンが好ましい。
【００１９】
なお、図２４では、相対的にシリコンの割合が大きい第一の領域１０５と、相対的にシリコンの割合が小さい第二の領域１０６との２層構成を示しているがこのような構成に限らない。例えば、窒化シリコン膜において、窒素に対するシリコンの比率が、窒化シリコン膜が犠牲層と接する側の主面から、逆側の主面に向かうにつれて、連続的に小さくなるように構成されていてもよい。もちろん、窒化シリコン膜中のシリコン濃度の変化が、膜の積層方向に、単調減少となる構成でもよく、ステップ状に減少する構成や、曲線状に減少する構成でもよい。
【００２０】
また、窒化シリコン膜のうち、犠牲層と接する面と逆側の面を含む第三の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい構成としても良い。
【００２１】
また、窒化シリコン膜において、犠牲層と接する面を含む第一の領域におけるシリコンに対する窒素の組成比が、第二の領域におけるシリコンに対する窒素の組成比よりも小さいことが好ましい。
【００２２】
なお、上記本実施形態のプロセスを経ても、窒化シリコン膜上にはデポ物をゼロにすることは困難であるが、中空部を減圧条件下（例えば１５０Ｐａ以下）で加熱することで、デポ物を昇華することができる。
【００２３】
（中空構造体）
本実施形態に係る中空構造体１００について図２４を用いて説明する。本実施形態に係る中空構造体１００は、第１の膜１０１と、第１の膜１０１と中空部１０２を介して対向するように設けられる第２の膜１０３とを有する。そして、第１の膜１０１および第２の膜１０３のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含む。図２４では、第２の膜１０３が窒化シリコン膜を含む。窒化シリコン膜（１０３）において、中空部１０２と接する面を含む第一の領域１０５における窒素に対するシリコンの組成比が、第一の領域１０５を含まない第二の領域１０６における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。
【００２４】
なお、窒化シリコン膜の波長６３３ｎｍにおける屈折率が１．９０以上であることが好ましい。
【００２５】
このように窒化シリコン膜の一部が窒素リッチである構成は、窒化シリコン膜全体がシリコンリッチである構成に比べて、比誘電率が高くなる。その結果、後述のＣＭＵＴのような超音波センサの用途において、超音波の送受信感度が高くなる。
【００２６】
本実施形態に係る中空構造体は、インクジェットやマイクロポンプ等のピエゾデバイス、マイクロスピーカ、遺伝子診断等に用いられる流体デバイス、ボロメータ等のＩＲセンサに用いることができる。
【００２７】
（ＣＭＵＴの製造方法）
上記中空構造体がＣＭＵＴである場合について図２５を用いて説明する。本実施形態に係るＣＭＵＴ２００の製造方法は少なくとも以下の各工程を有する。
（１）第１の電極２１１の上に、第１の膜２０１を形成する工程。
（２）第１の膜２０１の上に犠牲層（２０２に相当する位置）を形成する工程。
（３）犠牲層（２０２）の上に第２の膜２０３を形成する工程。
（４）第２の膜２０３の上に第２の電極２１２を形成する工程。
（５）第２の膜２０３を貫通して犠牲層に連通するエッチング開口部（不図示）を形成する工程。
（６）犠牲層を、エッチング開口部を介して、二フッ化キセノンと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部を形成する工程。
【００２８】
そして、第２の膜２０３は窒化シリコン膜を含む。窒化シリコン膜２０３において、犠牲層と接する面を含む第一の領域２０５における窒素に対するシリコンの組成比が、第一の領域２０５を含まない第二の領域２０６における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。本実施形態に係る中空構造体における説明と同様に、上記のプロセスを経ることで、デポ物の発生を抑制でき、エッチング不良を解決できる。
【００２９】
なお、窒化シリコン膜の波長６３３ｎｍにおける屈折率が１．９０以上であることが好ましい。
【００３０】
（ＣＭＵＴ）
本実施形態に係るＣＭＵＴは、第１の電極２１１と、第１の電極２１１の上に設けられた第１の膜２０１と、第１の膜２０１と中空部２０２を介して対向するように設けられる第２の膜２０３と第２の膜２０３の上に設けられた第２の電極２１２とを有する。そして、第１の膜２０１および第２の膜２０３のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含む。図２５においては、第２の膜２０３が窒化シリコン膜である。窒化シリコン膜２０３において、中空部２０２と接する面を含む第一の領域２０５における窒素に対するシリコンの組成比が、第一の領域２０５を含まない第二の領域２０６における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。
【００３１】
なお、窒化シリコン膜の波長６３３ｎｍにおける屈折率が１．９０以上であることが好ましい。
【００３２】
（本発明の実施形態についての詳細な説明）
以下に、本発明の実施形態に係るＣＭＵＴの詳細について図１〜図７を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係るＣＭＵＴの上面図であり、図２は図１の全体図である。図１は分かり易く説明するため、封止膜１１を透過させた図を用いている。図３は図１のＡ−Ｂ断面図であり、図４は図１のＣ−Ｄ断面図である。図５は駆動の説明断面図である。図６は犠牲層エッチング後のＡ−Ｂ断面図である。図７は犠牲層エッチング前のＡ−Ｂ断面図である。本実施形態で示す上面図は、振動膜１２を構成する封止膜１１を透過させている。
【００３３】
図中の番号は次の通りである。１はＣＭＵＴ、２はセル、３は素子（エレメント）、４は基板、５は第一の絶縁膜、６は第一の電極、７は第二の絶縁膜、８は中空部、９は第三の絶縁膜、１０は第二の電極、１１は封止膜、１２は振動膜、１３はエッチング封止部、１４は振動膜支持部である。１５は第一の電圧印加手段、１６は第二の電圧印加手段、１７はエッチング開口部、１８はテーパー形状、１９はテーパー角度、２０は振動膜部分の中空部高さ、２１はエッチング開口部の中空部高さ、２２はエッチング開口部１７が形成される箇所である。２３はテーパー形状１８の中間の位置、２４はテーパー斜面を第二の絶縁膜へ投影した時の距離、２５は振動膜の開口、２６は重なり幅である。４１は第一の電極パッド、４２は第二の電極パッド、５５は犠牲層である。
【００３４】
本実施形態では、第三の絶縁膜９（第１の膜）が窒化シリコン膜であり、犠牲層（８に相当する位置）と接する面を含む第一の領域７１と第一の領域７１を含まない第二の領域７２を含む。そして、第一の領域７１における窒素に対するシリコンの組成比が、第二の領域７２における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい構成となっている。言い換えると、第三の絶縁膜９として中空部８側にＳｉリッチな窒化シリコン膜を、第二の電極１０側にＮリッチ窒化シリコン膜とする。なお、以下の各図においては示さないが、第三の絶縁膜９は、特に断りがない限り、図３のように中空部８側がＳｉリッチな第一の領域７１、第二の電極１０側がＮリッチ（第一の領域に比べてＳｉの割合が少ない）な第二の領域７２となっているものとする。
【００３５】
なお、本実施形態では、第一の電圧印加手段１５、第二の電圧印加手段１６の両方を備えた構成であるが、電圧印加手段は一方のみとし、他方はグラウンド（ＧＮＤ）に接続する構成としても良い。
【００３６】
図１と図２に示すＣＭＵＴ１は、支持基板４上に形成された第一の電極６と、前記第一の電極６と中空部８を挟んで対向して配された第二の電極１０を含む振動膜１２が振動可能に支持されたセル２を有する素子３が複数個からなる。ＣＭＵＴ１はエッチング開口部１７を有している。またエッチング開口部１７とセル２が重なっている幅は、重なり幅２６である。
【００３７】
図２では、３つの素子のみ記載しているが、素子数はいくつでも構わない。また、素子３は、セル２が７２個から構成されているが、個数はいくつであっても構わない。また、セルの配列は格子状の配置でも千鳥配置でもどのような配列でも構わない。さらに、素子３の大まかな外形は図２に記載のような長方形でも、正方形や六角形でも構わない。
【００３８】
図１と図３、図４に示すように、セル２は基板４、基板４上に形成される第一の絶縁膜５、第一の絶縁膜５上に形成される第一の電極６、第一の電極６上に形成される第二の絶縁膜７を有する。さらに、第三の絶縁膜９と第二の電極１０と封止膜１１で振動膜１２が形成され、振動膜１２を支持する振動膜支持部１４、中空部８とを有している。中空部８は、後述するが、エッチング開口部１７を介して犠牲層をエッチングすることで形成する。エッチング開口部１７は、最終的に封止膜１１で封止され封止部１３を形成する。エッチング開口部１７は、後述するＣＭＵＴ１を製造する過程において、前記中空部８の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に設けられる。
【００３９】
あるいは、図２０と図２１に示すようにエッチング流路をセルの外部へ引き出して、流路上にエッチング開口部を設ける配置としてもよい。図２０は、ＣＭＵＴ１の上面拡大模式図の一例である。図２１は図２０のＥ−Ｆ断面図である。５８はエッチング流路、５９はエッチング流路幅、６０はエッチング流路長さである。図２０で構成されるＣＭＵＴ１は、外形寸法及び素子３の外形、個数や配置は図２と同様である。図２０のセル２は略円形の形状で、セル２を構成する中空部８の端にエッチング流路５８があり、エッチング流路５８の端部にエッチング開口部１７が形成されている。こうすることで、エッチング開口部を封止するにあたり、中空部分に該当する犠牲層の高さよりもエッチング開口部と繋がるエッチング流路部分の犠牲層高さを低くできるため、封止の信頼性を向上させることもできる。
【００４０】
本実施形態においては、エッチング開口部の配置をいずれにしても問題ないが、以下では前記中空部８の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に設ける配置例で説明する。
【００４１】
ＣＭＵＴ１が製造された後には、エッチング開口部１７は封止膜１１で封止され封止部１３となるため、該上面図には示していない。上面図において、第二の絶縁膜７が見えている部分が、エッチング開口部１７を設けた場所であり、かつ封止部１３を設けた場所である。
【００４２】
振動膜支持部１４は、配線引き出しの為に第二の電極１０を含んでいる場合と含んでいない場合が存在する。基板４がガラス基板などの絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜５はなくてもよい。また第二の絶縁膜７は、セルの耐圧向上や絶縁膜の帯電を防ぐために設けているため、不要であればなくてもよい。さらに封止膜１１は、振動膜１２の変形制御や中空部８を封止するために設けているため、不要であればなくてもよい。中空部８を上面から見た形状は、エッチング封止部１３を除くと略円形であるが、正方形、長方形等の形状でも構わない。
【００４３】
また図５に示すように、セル２の第一の電極６と第二の電極１０との間に電位差を生じさせる第一の電圧印加手段１５と、第二の電極に送信電圧を印加する第二の電圧印加手段１６を有している。
【００４４】
本実施形態のＣＭＵＴは、第一の電圧印加手段１５で第一の電極６にバイアス電圧を印加する事ができる。第一の電極６にバイアス電圧が印加されると、第一の電極６と第二の電極１０の間に電位差が生じる。この電位差により振動膜の復元力と静電引力が釣り合うところまで振動膜１２は変位する。この状態で超音波が振動膜１２に到達すると、振動膜１２が振動する事で第一の電極６と第二の電極１０の間の静電容量が変化して第二の電極１０に電流が流れる。この電流を第二の電極１０から引き出された第二の電極パッド４２を介して取り出す事で、超音波を電気信号として取り出す事ができる。
【００４５】
第一の電圧印加手段１５で第一の電極６にバイアス電圧を印加した状態で、第二の電圧印加手段１６から第二の電極１０に送信駆動電圧を印加すると、超音波を送信する事が出来る。送信駆動電圧は、所望の超音波を送信できる波形であればどのような波形でも良い。単極パルスや双極パルス、バースト波や連続波など、所望の波形を用いればよい。
【００４６】
次に図６と図７を用いてエッチング開口部１７とテーパー形状１８について説明する。図６に示すように本実施形態では、中空部８の壁面が前記第一の電極に向かってテーパー形状１８をしており、前記中空部８を形成するためのエッチング開口部１７を、前記中空部８の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に設けている。また図３に示すように、前記エッチング封止部１３を、前記中空部８の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に設けている。エッチング開口部１７を、前記中空部８の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に設けることで、エッチング開口部１７を犠牲層５５の中心の近くに配置できるため、犠牲層５５のエッチング時間を短時間で完了させることができる。また、エッチング開口部１７の中空部高さ２１を振動膜部分の中空部高さ２０よりも低くすることができる。これにより、中空部８を封止するために必要な封止膜１１の厚さを低減することができ、封止の信頼性を向上するとともに、薄い振動膜１２を形成することができる。
【００４７】
図７は、エッチング開口部１７を設ける直前のＡ−Ｂ断面図である。犠牲層エッチング後に中空部８となる部分には犠牲層５５が形成されている。破線２２で囲んだ部分は、エッチング開口部１７が形成される箇所である。エッチング開口部１７は、確実にテーパー形状１８をしている箇所に重なるように設ける必要があるため、エッチング開口部１７を形成する露光装置のアライメント精度を考慮した配置と形状にするのが好ましい。
【００４８】
例えば、エッチング封止部１３が図１に示す様な半円の場合には、エッチング開口部１７も同様の半円であるので、エッチング開口部１７の外周の一部がテーパー形状１８の斜面に重なるように配置するのが好ましい。このとき、露光装置のアライメント精度を考慮して必ずエッチング開口部１７の外周の一部がテーパー形状１８の斜面に重なるように配置する。露光装置のアライメントずれなどでエッチング開口部１７の外周の一部がテーパー形状１８の斜面に重ならない場合、後述の犠牲層エッチングができなくなってしまう可能性が高い。例えば露光装置のアライメント精度が±５０ｎｍの場合、破線間の距離２４（テーパー形状１８を第二の絶縁膜７へ射影したときの長さ）は、１００ｎｍよりも大きくするのが好ましい。
【００４９】
また、エッチング開口部１７の外周の一部（点線２２で囲んだ部分の端）が、テーパー形状１８の中間の位置を示す破線２３と重なるようにエッチング開口部１７を設けると確実に後述の犠牲層エッチングができる。図中の２５は振動膜１２の開口２５であり、開口２５の大きさで振動膜１２の周波数特性が決まり、素子３を構成するセル２の開口２５の総面積で受信感度や送信効率が決まる。
【００５０】
図８に破線間の距離２４と開口率の関係を示す。図８の横軸は破線間の距離２４であり、縦軸は素子３を構成するセル２の開口２５の開口率である。図８に示す様に、破線間の距離２４が大きくなると、開口率が小さくなることがわかる。そのため、露光装置のアライメント精度を小さくして破線間の距離２４を小さくすることが好ましい。
【００５１】
図９にテーパー角度１９と振動膜１２の共振周波数の関係を示す。図９の横軸は中空部８の内壁と第二の絶縁層７の間のテーパー角度１９であり、縦軸は素子３を構成するセル２が有する振動膜１２の共振周波数である。また系列は振動膜部分の中空部高さ２０であり、一般的なＣＭＵＴで形成される中空部高さ、１００ｎｍ〜５００ｎｍを含んでいる。図９に示す様に、テーパー角度１９や中空部高さ２０によって共振周波数は変化するため、これらのばらつきの影響が小さいテーパー角度１９にするのが好ましい。中空部高さ２０が５００ｎｍでは、テーパー角度１９が２２．５度以下となると共振周波数の変化が大きくなり、中空部高さ２０が３００ｎｍでは、テーパー角度１９が６７．５度を超えると共振周波数の変化が大きくなる。このことから、テーパー角度１９は、２２．５度から６７．５度の範囲が好ましい。
【００５２】
図１０から図１３に、エッチング封止部１３の配置と形状を変えた素子３の上面拡大図を示す。図中、説明の都合で、振動膜１２を構成する封止膜１１を透過させている。図中の２６は、セル外周とエッチング封止部１３との重なり幅である。上面図において、第二の絶縁膜７が見えている部分が、エッチング開口部１７を設けた場所であり、かつ封止部１３を設けた場所であるので、図中の２６は、セル外周とエッチング開口部１７との重なり幅でもある。エッチング開口部１７の大きさは、エッチング開口部１７を配置する位置や個数、最小パターニング精度、所望のエッチング時間に応じて決めるのが好ましい。エッチング開口部１７は、図１に示す様に１つのセルに１つずつ設けてもよいし、図１０に示す様に１つのセルに２つ以上設けてもよい。エッチング開口部１７を２つ以上設ける場合には、犠牲層エッチングがセル２の中で等方的に進むように配置すると中空部８の高さ２０のばらつきが低減できて好ましい。また、図１１に示す様に、複数のセル毎に１つのエッチング開口部１７を設けてもよいし、図１２に示す様に複数のセル毎に複数のエッチング開口部１７を設けてもよい。
【００５３】
図１３に図１１，図１２と同じセルサイズで１つのセルに１つずつエッチング開口部１７を設けた場合の配置を示す。図１３の配置では、エッチング開口部１７が隣接するセルと繋がらないように配置しているため、一部のセルで封止不良が生じても隣接するセルへ封止不良の影響が広がらないので好ましい。しかしエッチング開口部１７を形成する露光装置のアライメント精度を考慮して隣接するセルと繋がらないようにする必要があるため、セル２をさらに高密度に配置することができない。図１１や図１２のように、いくつかのセル毎にエッチング開口部１７を設けるとセル２をさらに高密度に配置することができ、素子３を構成するセル２の振動膜１２の開口２５の総面積を増加することができて好ましい。また一部のセルで封止不良が生じても、封止不良の影響をある領域内に抑えられるので好ましい。
【００５４】
例えば図１１のような配置で、セルの直径が３２ｕｍ、犠牲層の最小パターニング精度を３ｕｍ、露光装置のアライメント精度が±５０ｎｍの場合を考える。エッチング開口部１７を六角形とすると、その外接円の直径は８．５５ｕｍより大きく、そしてテーパー形状１８の斜面の範囲に収まる大きさにするのが好ましい。エッチング開口部１７の外周の一部がテーパー形状１８の斜面に重なるように配置するときに、重なり幅２６が小さいと犠牲層エッチングに長時間を有し、重なり幅２６が大きいと振動膜の性能が変化するため、両者のバランスを考慮して決めるのが好ましい。
【００５５】
図１４に、重なり幅２６の長さがセル外周の長さに対する割合と、振動膜１２の共振周波数および初期たわみの関係を示す。重なり幅２６の長さとは、１つのセル２に設けられたエッチング開口部１７の重なり幅２６の合計の長さである。図１４の横軸は、重なり幅２６の長さをセル外周の長さで除した値であり、縦軸は重なり幅２６が０の値で規格化した振動膜１２の共振周波数および初期たわみである。系列は実線が共振周波数で破線が初期たわみである。初期たわみとは、ＣＭＵＴ１に駆動電圧を印加しない大気中の状態での振動膜１２の−Ｚ軸方向の変形量である。
【００５６】
図１４に示す様に、セルの外周の長さに対して重なり幅２６の長さが広くなると、封止部１３を含む振動膜支持部の面積が増えることで共振周波数は高くなり、初期たわみは小さくなる。重なり幅２６の長さがばらつく場合、共振周波数や初期たわみの変化が小さい範囲を選択するのが好ましい。より好ましくは、図１４に点線で囲んで示したように、セルに対する重なり幅２６の長さをセル外周の長さで除した値が、０よりも大きく０．１５以下の範囲である。エッチング開口部１７の形状は、半円だけでなく円形や多角形や他の形状でも良い。
【００５７】
エッチング開口部１７は、犠牲層エッチング後に封止膜１１で封止される。封止膜１１は振動膜１２の一部であり、封止膜１１の厚さは素子３の周波数特性に影響を与えるため、所望の封止膜１１の厚さでエッチング開口部１７を封止する必要がある。そのため、所望の封止膜１１の厚さでエッチング開口部１７を封止できるように、テーパー角度１９やエッチング開口部１７の配置や大きさを決める。
【００５８】
（駆動装置）
図１５に駆動装置の一例を示す。駆動装置４２は、システム制御部２７、バイアス電圧制御部２８、送信駆動電圧制御部２９、送受信回路３０、超音波プローブ３１、画像処理部３２表示部３３で構成される。超音波プローブ３１は、被検体へ超音波を送信し、被検体から反射した超音波を受信するＣＭＵＴ１から構成される。送受信回路３０は、外部から供給されたバイアス電圧や送信駆動電圧を超音波プローブ３１に供給したり、超音波プローブ３１が受信した超音波を処理して画像処理部３２へ出力する回路である。
【００５９】
バイアス電圧制御部２８は、超音波プローブ３１へバイアス電圧を供給する為に送受信回路３０へバイアス電圧を供給している。バイアス電圧制御部２８は、図示しない電源とスイッチから構成され、システム制御部２７から指示されたタイミングで、バイアス電圧を送受信回路３０へ供給する。送信駆動電圧制御部２９は、超音波プローブ３１へ送信駆動電圧を供給する為に送受信回路３０へ送信駆動電圧を供給する。システム制御部２７から指示されたタイミングで、所望の周波数特性と送信音圧の強度が得られる波形を、送受信回路３０へ供給する。
【００６０】
画像処理部３２は、送受信回路３０から出力された信号を用いて画像変換（例えばＢモード画像、Ｍモード画像など）を行い、表示部３３へ出力する。表示部３３は、画像処理部３２から出力される画像信号を表示する表示装置である。画像表示部３３は、駆動装置４２とは別体の構成にすることもできる。システム制御部２７は、バイアス電圧制御部２８、送信駆動電圧制御部２９、画像処理部３２などを制御する回路である。
【００６１】
（超音波の送受信回路）
図１６に送受信回路３０の一例を示す。送受信回路３０は、送信部３４、受信部３５とスイッチ３６から構成される。送信駆動の際には、図１５のシステム制御部２７から指示された送信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部２８から印加されたバイアス電圧を超音波プローブ３１に印加する。同様にシステム制御部２７から指示された送信電圧に従い、送信駆動電圧制御部２９から印加された電圧を送信部３４を介して超音波プローブ３１に印加する。送信駆動電圧が印加されると、スイッチ３６は開いた状態となり、受信部３５には信号が流れないようになる。送信駆動電圧が印加されない状態では、スイッチ３６は閉じた状態であり、受信の状態となる。スイッチ３６は、図示しないダイオードなどで構成されており、受信部３５が破壊されないようにする保護回路の役目を果たす。超音波プローブ３１から超音波が送信され、被検体で反射された超音波が超音波プローブ３１に戻ってくると、超音波プローブ３１は超音波を受信する。受信の際には、図１５のシステム制御部２７から指示された受信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部２８から印加されたバイアス電圧を超音波プローブ３１に印加する。スイッチ３６が閉じた状態であるため、受信信号は受信部３５で増幅され、画像処理部３２に送られる。
【００６２】
図１７に超音波プローブ３１の一例の斜視図を示す。超音波プローブ３１は、静電容量型音響波トランスデューサ１と音響マッチング層３７と音響レンズ３８と回路基板３９から構成される。図１７の静電容量型音響波トランスデューサ１は、図１７に示すように素子３が１次元アレイのようにＸ方向に多数個並んでいる。図１７では１次元アレイだが、素子３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。
【００６３】
ＣＭＵＴ１は、回路基板３９に実装され、電気的に接続される。回路基板３９は、図１６に示した送受信回路３０と一体となった基板でも良いし、回路基板３９を介して図１６のような送受信回路３０と接続させてもよい。ＣＭＵＴ１が超音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３７を設けている。音響マッチング層３７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３７を介して音響レンズ３８が配置されている。音響レンズ３８は被検体と音響マッチング層３７との間で、音響インピーダンスの整合が取れる物を用いるのが好ましい。
【００６４】
図１７のようなＹ方向に曲率を持つ音響レンズ３８を設けると、Ｙ方向に広がる超音波を音響レンズの焦点位置で絞る事ができる。Ｘ方向に広がる超音波はそのままでは絞る事が出来ない為、素子３毎に超音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、焦点位置で超音波を絞ることができる。音響レンズ３８の形状は、所望の超音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３７や音響レンズ３８の種類や形状を選択すれば良いし、設けなくてもよい。超音波プローブ３１へのバイアス電圧や送信駆動電圧の供給や、被検体から反射した超音波を受信した受信信号は、図示しないケーブルを介して送受信回路３０または画像処理部３２へ伝送される。
【００６５】
（ＣＭＵＴの製造方法）
次に図１８を用いて本実施形態の中空構造を有するＣＭＵＴ１の製造方法の一例を示す。図１８は、図１のＡ−Ｂ断面図である。図１８（ａ）に示すように、基板４上に第一の絶縁膜５を形成する。基板４はシリコン基板であり、第一の絶縁膜５は、基板４と第一の電極６との絶縁を形成するために設けられる。基板４がガラス基板のような絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜５は形成しなくともよい。また、基板４は、表面粗さの小さな基板が望ましい。表面粗さが大きい場合、本工程の後工程での成膜工程でも、表面粗さが転写されていくとともに、表面粗さによる第一の電極６と第二の電極１０との間の距離が、各セル間でばらついてしまう。このばらつきは、変換効率のばらつきとなるため、感度、帯域ばらつきとなる。従って、基板４は、表面粗さの小さな基板が望ましい。
【００６６】
さらに、第一の電極６を形成する。第一の電極６は、表面粗さが小さい導電材料が望ましく、例えば、チタン、タングステン、アルミ等である。基板４と同様に、第一の電極６の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極６と第二の電極１０間の距離が、各セル間、各素子間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい導電材料が望ましい。第一の電極６の厚さは、厚さが増すと表面粗さが増加するため、薄い方が好ましい。
【００６７】
次に、図１８（ａ）に示すように第二の絶縁膜７を形成する。第二の絶縁膜７は、表面粗さが小さい絶縁材料が望ましく、第一の電極と第二の電極との間に電圧が印加された場合の第一の電極６と第二の電極１０間の電気的短絡あるいは絶縁破壊を防止するために形成する。また、本工程の後工程で実施する犠牲層除去時に第一の電極がエッチングされることを防止するために形成する。基板と同様に、第二の絶縁膜７の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極６と第二の電極間１０の距離が、各セル間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい絶縁膜が望ましい。例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等である。また絶縁膜は、厚くなるほど表面粗さが増すため、絶縁性を保つのに最低限必要な厚さとする。
【００６８】
次に、図１８（ｂ）に示すように犠牲層５５を形成する。犠牲層５５の外周は、後にテーパー形状１８をした中空部の壁面となるため、ここで犠牲層５５の外周をテーパー形状にする。犠牲層５５は表面粗さが小さい材料が望ましい。基板４と同様に、犠牲層５５の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極６と第二の電極１０間の距離が各セル間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい犠牲層５５が望ましい。また、犠牲層５５を除去するエッチングの時間を短くするために、エッチングレートの大きな材料が望ましい。
【００６９】
また、犠牲層５５を除去するエッチャントに対して、第二の絶縁膜７や、振動膜１２となる第三の絶縁膜９がほとんどエッチングされないような犠牲層材料と絶縁膜の組み合わせが求められる。犠牲層５５を除去するエッチャントに対して、第二の絶縁膜７や、振動膜１２となる第三の絶縁膜９がエッチングされる場合、振動膜１２の厚さばらつき、第一の電極６と第二の電極１０との間の距離ばらつきが発生する。振動膜１２の厚さばらつき、第一の電極６と第二の電極１０との間の距離ばらつきは、各セル間の感度、帯域ばらつきとなる。
【００７０】
第二の絶縁膜７や、振動膜１２が酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜の場合、表面粗さが小さく、第二の絶縁膜７や、振動膜１２がエッチングされにくいエッチャントを選べる犠牲層材料が望ましい。例えば、犠牲層５５の材料としてアモルファスシリコン、エッチャントとして二フッ化キセノンを含むエッチングガスの組み合わせがあげられる。この組み合わせではドライプロセスで犠牲層エッチングが可能となるため、ウェットプロセスを用いた犠牲層エッチングと比べて、犠牲層のエッチングレートが大きく、さらにウェットプロセス特有のスティッキングが回避できる利点がある。
【００７１】
テーパー形状１８は、次の方法で形成することができる。犠牲層５５の材料を成膜し、犠牲層５５を形成する部分にレジストを形成する。レジストの外周を後退させながら犠牲層パターンをエッチングすることで、図１８（ｂ）に示すような犠牲層５５を形成することができる。また、レジストを形成する時に、フォトリソグラフィーの露光量やレジストの材質やベーク温度などを調節して、レジストの外周にテーパー形状を形成してもよい。
【００７２】
また、犠牲層をパターニングするエッチング時のガスの種類やガスの混合比率、プラズマのパワーや真空度などのパラメーターを変えることで、テーパー角度１９を調整することができる。適宜所望のテーパー角度１９が得られるようなガスの種類やガスの混合比率を選択するのが好ましい。例えば、犠牲層材料がアモルファスシリコンの場合、ＳＦ６／Ｏ２の流量比を変えることで、テーパー角度１９を調整することができる。
【００７３】
次に、図１８（ｃ）に示すように、第三の絶縁膜９を形成する。第三の絶縁膜９は、低い引張り応力が望ましく、例えば、５００ＭＰａ以下の引張り応力がよい。窒化シリコン膜は応力コントロールが可能であり、５００ＭＰａ以下の低い引張り応力にすることができる。振動膜１２が圧縮応力を有する場合、振動膜１２が座屈を引き起こし、大きく変形する。また、大きな引張り応力の場合、第三の絶縁膜９が破壊されることがある。さらに、窒化シリコン膜は比誘電率が酸化シリコン膜より高いため、上下電極間ギャップを小さくして送受信感度を改善することができる。従って、第三の絶縁膜９としては窒化シリコン膜が好ましい。また、第三の絶縁膜９の厚さは、犠牲層５５の上に成膜を行うため、犠牲層５５を確実にカバレッジできる厚さとすることが好ましい。
【００７４】
さらに、本実施形態の特徴は、第三の絶縁膜９としての窒化シリコン膜のＳｉ／Ｎ組成比が膜内において分布をもつ。この組成比分布はＳｉ／Ｎ組成比の異なる窒化シリコン膜を二層以上積層することで作成してもよい。また、Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＥ−ＣＶＤ、プラズマ化学気相成長）を用いた成膜中に原料ガス流量比など成膜パラメーターを変化させることで傾斜的に分布を作成してもよい。ここで、犠牲層５５と接する側をＳｉ／Ｎ組成比でＳｉリッチ組成とし、犠牲層５５と接しない第二の電極１０に向かって膜内部のＳｉ／Ｎ組成比を接する側のそれと比較してＮリッチ組成とする。
【００７５】
次に、図１８（ｄ）に示すように、第二の電極１０を形成する。第二の電極１０は、残留応力が小さい材料が望ましく、アルミニウムなどである。犠牲層除去工程あるいは封止工程を第二の電極１０の形成後に行う場合、第二の電極１０は、犠牲層エッチングに対するエッチング耐性、耐熱性を有する材料が望ましい。例えばアルミネオジム合金やチタンなどである。第二の電極１０を形成する時には、表面の段差のカバレッジを確実にできる厚さとすることが好ましい。
【００７６】
次に、図１８（ｅ）に示すように、第三の絶縁膜９にエッチング開口部１７を形成する。エッチング開口部１７は、犠牲層５５をエッチングして除去するためにエッチングガスを導入するための孔である。前述したようにエッチング開口部１７は、外周の一部が前記中空部の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に重なるように設けるのが好ましい。これによりエッチング開口部１７を犠牲層５５の中心の近くに配置でき、犠牲層５５をエッチングする時間を短くできる。
【００７７】
次に、図１８（ｆ）に示すように、犠牲層５５を除去して中空部８を形成する。犠牲層５５をアモルファスシリコンとして、二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスで犠牲層材料のアモルファスシリコンを除去する。あるいは、後述する実施例１の図１９に示すように第二の電極１０を形成した後に第二の電極１０上に第三の絶縁膜９と同じ窒化シリコンで絶縁膜５６を形成し、その後エッチング開口部１７を形成して犠牲層を除去してもよい。また、エッチングガスのうち、二フッ化キセノンの代わりとしてＣｌＦ３なども使用することも可能である。
【００７８】
次に、図１８（ｇ）に示すように、エッチング開口部１７を封止する為に、封止膜１１を形成する。第三の絶縁膜９と第二の電極１０と封止膜１１で振動膜１２が形成される。エッチング開口部１７は封止膜１１で封止され、封止部１３となる。封止膜１１は、中空部８に液体や外気が浸入しないことが求められる。中空部８が大気圧であると、温度変化によって中空部８内の気体が膨張したり収縮したりする。また中空部８には高い電界がかかる為、分子の電離などによる素子の信頼性低下の要因となる。そのため、封止は減圧した環境で行われることが求められる。中空部８内部を減圧する事で中空部８内部の空気抵抗を小さくすることができる。これにより振動膜１２が振動しやすくなり、ＣＭＵＴ１の感度を高くすることができる。また封止する事でＣＭＵＴ１を液体中で使用する事ができる。封止材料として、第三の絶縁膜９と同じ材料であれば密着性が高いため好ましい。また、表面の段差のカバレッジを確実にできる厚さとすることが好ましい。第三の絶縁膜９が窒化シリコンの場合、封止膜１１も窒化シリコンが好ましい。
【００７９】
以上の工程を経る事で、図１８（ｇ）に示すような構成となり、図１で示したようなＣＭＵＴを作製する事ができる。図２の第二の電極パッド４２に電気的に接続された図示しない引き出し配線を用いることで、第二の電極１０から電気信号を引き出すことができる。ＣＭＵＴ１で超音波を受信する場合、直流電圧を第一の電極６に印加しておく。超音波を受信すると、第二の電極１０を有する振動膜１２が変形するため、第二の電極１０と第一の電極６との間の中空部８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、引き出し配線に電流が流れる。この電流を図１６に図示した送受信回路３０で電流−電圧変換を行い、電圧として超音波を受信することができる。また、第一の電極６に直流電圧を印加し、送信駆動電圧を第二の電極１０に印加すると、静電気力によって、振動膜１２を振動させることができる。これによって、超音波を送信することができる。
【実施例】
【００８０】
（実施例１）
本実施例では、本発明の効果を説明する為に、ＣＭＵＴ１の構造とその製造方法について記載する。合わせて比較例についても記載する。図１、図２、図１８、図１９を用いて、本実施例のＣＭＵＴ１について説明する。図１９は、第四の絶縁膜５６を設けた場合の図１のＡ−Ｂ断面図である。
【００８１】
図２に示したＣＭＵＴ１の外形寸法は、Ｙ方向が１２（ｍｍ）、Ｘ方向が４５（ｍｍ）である。素子３の外形は、Ｘ方向が０．３（ｍｍ）、Ｙ方向が４（ｍｍ）であり、素子３を１９６個１次元アレイ状に配置している。図１のＡ−Ｂ断面図が図１８（ｇ）である。素子３を構成するセル２はエッチング開口部１７を除いて略円形の形状であり、中空部８の直径は３２（μｍ）である。中空部８の直径とは、第二の絶縁膜７と第三の絶縁膜９が接している部分で構成される第二の絶縁膜７側の直径である。セル２は図１のように最密に配置されており、１つの素子３を構成するセル２は、隣接したセルと３５（μｍ）の間隔で配置されている。つまり隣接しているセル２同士の中空部８の最短距離は３（μｍ）である。図１ではセル数は省略しているが、実際には１つの素子３には１０１３個のセルを配置させている。
【００８２】
図１８を用いて断面構造と製造方法を説明する。図１８に示すようにセル２は、７２５（μｍ）厚さのシリコン基板４、シリコン基板４上に形成される第一の絶縁膜５、第一の絶縁膜５上に形成される第一の電極６、第一の電極６上の第二の絶縁膜７を有する。さらに、第二の電極１０と第三の絶縁膜９と封止膜１１を含む振動膜１２と、中空部８を有している。中空部８の高さは３００ｎｍである。さらに、第一の電極６と第二の電極１０との間にバイアス電圧を印加する電圧印加手段１５と、第二の電極に送信電圧を印加する電圧印加手段１６を有している。
【００８３】
第一の絶縁膜５は、熱酸化により形成した厚さ１（μｍ）の熱酸化シリコン膜である。第二の絶縁膜７は、ＰＥ−ＣＶＤにより形成した４００ｎｍの酸化シリコン膜である。第一の電極６は厚さが１００ｎｍのタングステンである。第二の電極１０は厚さが１００ｎｍのＡｌ−Ｎｄ合金である。第三の絶縁膜９、第四の絶縁膜５６および封止膜１１はＰＥ−ＣＶＤにより作製した窒化シリコン膜であり、４５０（ＭＰａ）以下の引張り応力で形成している。第三の絶縁膜９の厚みは４００ｎｍであり、封止膜１１の厚さは４４０ｎｍである。
【００８４】
本実施例では、図１８（ａ）のように第二の絶縁膜７まで形成する。次に図１８（ｂ）のように犠牲層５５であるアモルファスシリコンを形成する。アモルファスシリコン膜の厚みは３００ｎｍである。本実施例では、犠牲層５５の外周のテーパー角度１９が４５度となるように犠牲層５５をパターニング形成する。
【００８５】
次に図１８（ｃ）のように第三の絶縁膜９として窒化シリコン膜を形成する。この窒化シリコン膜は膜内部のＳｉ／Ｎ組成比に分布を有する。Ｓｉ／Ｎ組成比はＰＥ−ＣＶＤによる窒化シリコン膜の成膜時の原料ガスであるシラン（ＳｉＨ４）およびアンモニア（ＮＨ３）のガス流量比を変えることで実施した。まず、犠牲層５５の直上に、ガス流量としてＳｉＨ４が５０ｓｃｃｍ、ＮＨ３が４０ｓｃｃｍ、窒素が６２５ｓｃｃｍでＲＦパワー４８０Ｗの成膜条件で２００ｎｍ厚のＳｉリッチ窒化シリコン膜を成膜した。このＳｉリッチ窒化シリコン膜の成膜時のＮＨ３／ＳｉＨ４流量比は０．８である。次いで、ガス流量としてＳｉＨ４が２０ｓｃｃｍ、ＮＨ３が２００ｓｃｃｍ、窒素が６００ｓｃｃｍでＲＦパワー２７５Ｗの成膜条件で２００ｎｍ厚のＮリッチ窒化シリコン膜を成膜した。このＮリッチ窒化シリコン膜の成膜時のＮＨ３／ＳｉＨ４ガス流量比は１０であり、ＮＨ３流量の割合がＳｉリッチ窒化シリコン膜の成膜時より大きい成膜条件である。
【００８６】
このように、犠牲層５５と接する側をＳｉリッチ組成とし、犠牲層５５と接しない第二の電極１０に向かって膜内部のＳｉ／Ｎ組成比を、接する側のそれと比較してＮリッチ組成とした。このようなＳｉ／Ｎ組成比の分布を持つ第三の絶縁膜９を厚さ４００ｎｍとなるように形成した。なお、本実施例におけるＳｉリッチあるいはＮリッチという表記は第三の絶縁膜９内部における相対的な組成比の区別を指しており、化学量論組成のＳｉ３Ｎ４に対してＳｉリッチあるいはＮリッチという意味ではない。
【００８７】
また、このＮリッチ窒化シリコン膜とＳｉリッチ窒化シリコン膜の組成評価のためエリプソメトリーによる屈折率測定および赤外吸収スペクトル（ＦＴ−ＩＲ）測定を実施した。屈折率は膜のＳｉ／Ｎ組成比に対して非常に良い相関を持つことが知られており、Ｓｉ／Ｎ組成比が大きい、つまりＳｉリッチであるほど屈折率は大きくなる。また、赤外吸収スペクトルからは窒化シリコン膜の３３５０ｃｍ−１付近のＮ−Ｈストレッチングモードと２１６０ｃｍ−１付近のＳｉ−Ｈストレッチングモードのピーク面積からＳｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ結合面積比を算出可能である。なお、本実施例で用いた上述のＳｉリッチ窒化シリコン膜の屈折率は２．０、Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ結合面積比１．１であった。一方、Ｎリッチ窒化シリコン膜の屈折率は１．８６、Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ結合面積比０．０５であった。このように屈折率や赤外吸収スペクトルからＳｉあるいはＮの組成成分の偏りを評価できる。
【００８８】
次に図１８（ｄ）のように第二の電極１０まで形成する。第二の電極１０は膜厚１００ｎｍのアルミネオジム合金である。
【００８９】
次に図１８（ｅ）のようにエッチング開口部１７を形成する。本実施例では、１つのセル２に対して１つのエッチング開口部１７を形成する。エッチング開口部１７の大きさと形状は、図１に示したように重なり幅２６が９．０（ｕｍ）の半円形状とする。エッチング開口部１７を形成する位置は、エッチング開口部１７と犠牲層５５の外周との重なり距離６５が、１００ｎｍとなるように形成する。
【００９０】
次に図１８（ｆ）のように犠牲層５５を除去して中空部８を形成する。犠牲層５５はアモルファスシリコンを用いて、二フッ化キセノンと水素とを含む混合ガスをエッチングガスとしたドライエッチングで犠牲層５５を除去する。この際、犠牲層エッチングに用いた装置はＭｅｍｓｓｔａｒ社製Ｓｅｎｔｒｙ  ＳＶＲ−ＸｅＦ２である。まず、このエッチング装置のサンプルステージにサンプルをセットした。その後、次のエッチング条件、チャンバー圧力９．５Ｔｏｒｒ、キャリア窒素流量５０ｓｃｃｍ、ニフッ化キセノン流量２０ｓｃｃｍ、水素流量２０ｓｃｃｍ、基板温度１５℃、エッチング時間１５分で犠牲層のエッチングを行い、中空部８を形成した。後述する比較例１でみられるような犠牲層エッチングの過程で第三の絶縁膜９の表面にデポ物が発生し中空部を閉塞しエッチングを阻害する問題は発生しなかった。
【００９１】
次に図１８（ｇ）のように、封止膜１１を４４０ｎｍ形成する。封止膜１１はＰＥ−ＣＶＤにより作製した窒化シリコン膜である。最後にシリコン基板４の裏面をバックグラインドして基板厚みを７５０μｍから３００μｍ厚まで研磨した。
【００９２】
こうして得られた本実施例１のＣＭＵＴ１は、所望の振動特性が得られた。また、２００Ｖ電圧印可後の帯電電圧は０．０１Ｖ、プルイン電圧２６０Ｖ印可後の帯電電圧は０．２Ｖと使用に耐えうる帯電量に抑制することができた。なお、第三の絶縁膜９の総厚４００ｎｍは維持しつつ、Ｓｉリッチ膜の膜厚を２００ｎｍではなく、薄い２０ｎｍから２００ｎｍまで変化させても同様の効果が得られた。
【００９３】
本実施例では、振動膜１２が第三の絶縁膜９、第二の電極１０、封止膜１１からなる構成を説明したが、図１９に示す様に、第二の電極１０と封止膜１１の間に第四の絶縁膜５６を設けた構成にしても同様の結果が得られる。第四の絶縁膜５６を設ける場合には、図１８（ｄ）で第二の電極１０を形成した後に第四の絶縁膜５６を設け、その後図１８（ｅ）以降の工程を実施すればよい。
【００９４】
この図１９に示す構成での典型的な膜は、第一の絶縁膜５は、熱酸化により形成した厚さ１（μｍ）の熱酸化シリコン膜である。第二の絶縁膜７は、ＰＥ−ＣＶＤにより形成した４００ｎｍの酸化シリコン膜である。第一の電極６は厚さが１００ｎｍのタングステンである。第二の電極１０は厚さが１００ｎｍのＡｌ−Ｎｄ合金である。第三の絶縁膜９、第四の絶縁膜５６および封止膜１１はＰＥ−ＣＶＤにより作製した窒化シリコン膜であり、４５０（ＭＰａ）以下の引張り応力で形成している。第三の絶縁膜は膜内にＳｉ／Ｎ組成比の分布を持ち、犠牲層５５と接する側をＳｉリッチ窒化シリコン膜として２００ｎｍ厚、犠牲層５５と接しない第二の電極１０に向かってＮリッチ窒化シリコン膜として４００ｎｍとした。このようにして厚さが６００ｎｍの第三の絶縁膜９を形成した。第四の絶縁膜５６の厚みは４５０ｎｍ、封止膜１１の厚さは１０５０ｎｍである。また、中空部８の高さは３５０ｎｍであり、それに対応する犠牲層５５であるアモルファスシリコン膜の厚みも３５０ｎｍである。
【００９５】
（比較例１）
次に第三の絶縁膜９として実施例１とは異なり、膜内部のＳｉ／Ｎ組成比に分布を持たない単一のＮリッチ窒化シリコン膜を用いる例を示す。第三の絶縁膜９として４００ｎｍ厚のＮリッチ窒化シリコン膜単層を用いる以外は実施例１と同様である。
【００９６】
この構成で犠牲層エッチング条件、チャンバー圧力９．５Ｔｏｒｒ、キャリア窒素流量５０ｓｃｃｍ、ニフッ化キセノン流量２０ｓｃｃｍ、水素流量２０ｓｃｃｍ、基板温度１５℃、エッチング時間１５分で犠牲層のエッチングを行った。しかしながら、実施例１とは異なり、犠牲層エッチングが途中で停滞し、エッチング時間１５分では犠牲層の完全な除去には至らなかった。エッチング時間を延ばしてもエッチング進行は遅く、エッチング不良となった。
【００９７】
走査型電子顕微鏡により、このエッチング不良サンプルの中空部断面を観察したところ、第三の絶縁膜の中空部側の表面に粒状のデポ物が成長し、エッチングガスの流路である中空部を閉塞していることが明らかとなった。つまり、犠牲層をエッチングしている途中に、デポ物が成長するにつれて中空部が狭くなり、エッチングガスが犠牲層に到達する量が減少するのが停滞の原因である。
【００９８】
本比較例１のＣＭＵＴ１は、中空部の形成がエッチング不良によりできなかったため、所望の振動特性が得られなかった。
【００９９】
（比較例２）
次に第三の絶縁膜９として実施例１とは異なり、膜内部のＳｉ／Ｎ組成比に分布を持たない単一のＳｉリッチ窒化シリコン膜を用いる例を示す。第三の絶縁膜９として４００ｎｍ厚のＳｉリッチ窒化シリコン膜を用いる以外は実施例１と同様である。
【０１００】
この構成で犠牲層エッチング条件、チャンバー圧力９．５Ｔｏｒｒ、キャリア窒素流量５０ｓｃｃｍ、ニフッ化キセノン流量２０ｓｃｃｍ、水素流量２０ｓｃｃｍ、基板温度１５℃、エッチング時間１５分で犠牲層のエッチングを行った。比較例１でみられた犠牲層エッチングの過程で第三の絶縁膜９の表面にデポ物が発生し中空部を閉塞しエッチングを阻害する問題は発生しなかった。
【０１０１】
しかし、こうして得られた本比較例２のＣＭＵＴ１は、中空部の形成こそ可能であったが、帯電特性に問題を生じた。２００Ｖ電圧印可後の帯電電圧は２１Ｖ、プルイン電圧２６０Ｖ印可後の帯電電圧は５２Ｖと使用に耐えない帯電量となった。
【０１０２】
窒化シリコン膜中には電荷トラップが存在している。その電荷トラップ密度は窒化シリコン膜のＳｉ／Ｎ組成比に依存し、Ｓｉリッチであるほど電荷トラップ密度が大きい傾向があることが一般に知られている。本比較例２では第二の電極１０に接する第三の絶縁膜９がＳｉリッチ窒化シリコン膜であり、電圧印可時に電荷トラップに電荷が蓄積されやすい。そのため、ＣＭＵＴの電圧印可後の帯電が大きく、帯電の抑制ができなかった。
【０１０３】
本比較例２のように、Ｓｉリッチ窒化シリコン膜のみを第三の絶縁膜９として用いた場合、二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスによる犠牲層のエッチングでエッチングの停滞や停止といったエッチング不良は発生しにくい。しかし、得られた窒素の割合が少ないため、ＣＭＵＴの帯電特性は悪化した。
【０１０４】
（実施例２）
本実施例２では、犠牲層としてシリコン、犠牲層を上下に挟む膜として少なくとも一方が窒化シリコン膜である中空構造の製造法について説明する。本実施例２では、まず、図２２のような窒化シリコン膜の特性評価用の構造の断面模式図で示される構成を用いた。実施例１、比較例１および比較例２では示さなかった二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスによる犠牲層エッチング時の窒化シリコン膜上のデポ物の成長レートを測定した。その他、窒化シリコン膜自体の膜厚減少速度すなわちエッチングレートをＳｉ／Ｎ組成比の異なる水準を作成し測定した。
【０１０５】
図２２のエッチング前の断面図で示すように支持基板４たるシリコン基板上にメンブレン４３としてＳｉ／Ｎ組成の異なる水準の窒化シリコン膜を全体の総厚１μｍ厚で製膜した。その後、エッチングガスが侵入できるエッチング開口１７として１００μｍ幅、長さ５ｍｍの矩形開口部を設ける。この場合、シリコン基板のシリコンが犠牲層材料となり、シリコンがエッチングされた部分が中空部８となる。エッチング前にＳｉ／Ｎ組成の異なる水準の窒化シリコン膜の屈折率をエリプソメトリー法で、Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ結合面積比を赤外吸収スペクトルから求めた。
【０１０６】
次に、実施例１と同じ流量比の二フッ化キセノンと水素およびキャリア窒素を含むガスをエッチングガスとして３０分間、犠牲層エッチングを実施した。図２２のエッチング後の断面図で示すように開口部１７を中心としてシリコンが等方的にエッチングされ、その上の窒化シリコン膜４３もエッチングによって若干薄化する。また、あわせて、窒化シリコン膜表面にはデポ物４４が成長する。この窒化シリコン膜の膜厚減少およびデポ物の膜厚を走査型電子顕微鏡で観察した。
【０１０７】
結果をまとめたものが表１である。なお、水準１の窒化シリコン膜の製膜条件は実施例１で示したＳｉリッチ窒化シリコン膜であり、水準３の窒化シリコン膜はＮリッチ窒化シリコン膜である。水準２の窒化シリコン膜はガス流量としてＳｉＨ４が１６０ｓｃｃｍ、ＮＨ３が１２７ｓｃｃｍ、窒素が２０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーが９８０Ｗの製膜条件で作成したものである。水準４はシリコン基板上に水準１と同じＳｉリッチ窒化シリコンを３００ｎｍ、水準３と同じＮリッチ窒化シリコン膜を４００ｎｍ、水準１と同じＳｉリッチ窒化シリコン膜を３００ｎｍと順番に成膜して作成した積層膜である。そして、エッチングガスに暴露される面がＳｉリッチ窒化シリコン膜となっている水準である。表中の水準４については窒化シリコン膜の積層体であるので、屈折率とＳｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ結合面積比は省略している。
【０１０８】
【表１】
2019012961.tif 000003
【０１０９】
表１の結果から明らかなように水準１（屈折率２．００）および水準２（屈折率１．９０）の窒化シリコン膜では、デポ物成長レートが窒化シリコン膜のエッチングレートと同等である。それに対して、水準３（屈折率１．８６）では、デポ物成長レートが窒化シリコン膜のエッチングレートよりも極めて大きい。これは、窒化シリコン膜自体はエッチング中に膜厚減少をするものの、窒化シリコン膜とデポ物層との合計膜厚が増大することを意味する。つまり、窒化シリコン膜エッチングレートよりもデポ物成長レートが大きい特徴を有する窒化シリコン膜を中空構造形成時のメンブレンとして使用する場合、比較例１で示されたように犠牲層エッチングが進行するとともに中空部の閉塞が進む。その結果、犠牲層エッチングの速度の低下、あるいは停止という問題に至ることがわかる。
【０１１０】
赤外吸収スペクトル法による分析を行った結果、このデポ物はケイフッ化アンモニウムであると推定している。このデポ物は窒化シリコン膜表面にしか成長せず、さらに水素を添加しない二フッ化キセノンとキャリア窒素を含むエッチングガスではデポ物が成長しないことを確認した。これらの確認結果からケイフッ化アンモニウムは窒化シリコン膜表面の窒素原子を原料として成長していると推測される。つまり、デポ物の原料である窒素原子が多いＮリッチな窒化シリコンであるほどデポ物の成長が早いと考えられる。なお、ケイフッ化アンモニウムは減圧条件下の２００℃程度の加熱で昇華するため、後の工程で除去することも可能である。
【０１１１】
また、水準４の結果から、水準３のようなデポ物の成長レートが大きな窒化シリコン膜であっても、エッチングガスに暴露される窒化シリコン膜の表面を水準１のような窒化シリコン膜で被覆すれば、デポ物の成長を抑制できることがわかる。
【０１１２】
このように、二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスを用いた犠牲層エッチングによる中空構造の製造においては、その窒化シリコン膜のＳｉ／Ｎ組成比が重要である。犠牲層エッチングでデポ物による中空部の閉塞が抑制できる好ましい窒化シリコン膜とは、所望の中空構造を形成する際に窒化シリコン膜のエッチングレートよりもデポ物成長レートが小さいという要件を満たす窒化シリコン膜である。この要件は本実施例においては、Ｓｉリッチ窒化シリコン膜と称した屈折率１．９０以上の窒化シリコン膜で中空部が閉塞しにくいことがわかった。
【０１１３】
図２３は中空構造の製造における犠牲層エッチング前後の断面模式図を示したものである。支持基板４であるシリコン基板上に第１の膜４５として窒化シリコン膜を４００ｎｍ、犠牲層５５としてアモルファスシリコンを３００ｎｍ設けた。さらに第２の膜４６として窒化シリコン膜を４００ｎｍ成膜し、第２の膜４６にエッチングガスが侵入できるエッチング開口１７として１００μｍ幅、長さ５ｍｍの矩形開口部を設けている。また、実施例１と同じ流量比の二フッ化キセノンと水素およびキャリア窒素を含むガスをエッチングガスとして３０分間、犠牲層エッチングを実施した。なお、犠牲層エッチング後には犠牲層５５は中空部８となる。
【０１１４】
第１の膜４５と第２の膜４６とに水準１あるいは水準２のＳｉリッチ窒化シリコン膜を用いた場合、犠牲層エッチングにおいてデポ物による中空部の閉塞は見られず、エッチングは良好に進行し、中空構造を得ることができた。一方、水準３のＮリッチ窒化シリコン膜を用いた場合は、デポ物の成長が顕著で、中空部の閉塞傾向が確認され、犠牲層エッチング停滞の問題が発生した。
【０１１５】
しかし、第１の膜４５と第２の膜４６それぞれで犠牲層５５と接する面側を水準１のＳｉリッチ窒化シリコン膜（２００ｎｍ）、接しない面側を水準３のＮリッチ窒化シリコン膜（２００ｎｍ）とした。この場合、エッチングガスに暴露されるのは、Ｓｉリッチ窒化シリコン膜だけとなり、この被覆の効果によりエッチングは良好に進行し、中空構造を得ることができた。このように閉塞が問題となるＮリッチ窒化シリコン膜を使用する場合は、その表面にＳｉリッチ組成の窒化シリコン膜を設ける膜内に組成比分布をもつ構成とすることでエッチング特性を改善することができる。ここでは、第１の膜４５と第２の膜４６の双方にＳｉ／Ｎ組成比に分布をもつ窒化シリコン膜を用いる構成を述べた。しかし、第１の膜４５と第２の膜４６の少なくとも一方がＳｉ／Ｎ組成比に分布をもつ窒化シリコン膜であり、もう一方がエッチングガスに暴露されてもほとんどエッチングされない選択比の高い金属、誘電体、樹脂などを用いた構成でも構わない。例えば、アルミ、ニッケル、クロム、白金等の金属は二フッ化キセノンによってエッチングされにくいため好適である。また、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛、窒化アルミニウム等の誘電体は、ピエゾ素子の圧電材料として用いることができる。また、一般的なフォトレジスト、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等の樹脂を用いることもできる。
【０１１６】
なお、図２３の積層構成ではＳｉリッチ窒化シリコン膜（２００ｎｍ）、接しない面側を水準３のＮリッチ窒化シリコン膜（２００ｎｍ）と同じ膜厚にしたが、必ずしも同膜厚にする必要はない。なぜなら、本実施例の効果はＳｉリッチ窒化シリコン膜が、犠牲層エッチング中に、その窒化シリコン膜のエッチングレートよりもデポ物成長レートが小さいことを利用しているためである。
【０１１７】
よってＳｉリッチ窒化シリコン膜の膜厚は好ましくは、所望の犠牲層エッチングの時間でＳｉリッチ窒化シリコン膜が消失しない必要最小限の膜厚以上の膜厚を設けて、Ｎリッチ窒化シリコン膜が露出しないようにすればよい。一例として、水準１のＳｉリッチ窒化シリコン膜を用いるならば、エッチング時間３０分では４２ｎｍの膜厚減少が起きるため、膜厚を４２ｎｍ以上とし、残りの３５８ｎｍをＮリッチ窒化シリコン膜とすることができる。さらに言えば、Ｓｉリッチ窒化シリコン膜の膜厚がこの最小膜厚未満であったとしても、Ｓｉリッチ窒化シリコン膜の膜厚に対応する分のエッチング時間だけではあるが、Ｎリッチ窒化シリコン膜が露出することを防ぐことができる。その結果、デポ物による中空部の閉塞を抑制できる。
【符号の説明】
【０１１８】
１  静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ）
２  セル
３  素子（エレメント）
４  基板
５  第一の絶縁膜
６  第一の電極
７  第二の絶縁膜（第１の膜）
８  中空部
９  第三の絶縁膜（第２の膜）
１０  第二の電極
１１  封止膜
１２  振動膜
１３  エッチング封止部
１４  振動膜支持部
１７  エッチング開口部
１００  中空構造体
１０１  第１の膜
１０２  中空部（犠牲層）
１０３  第２の膜
１０４  エッチング開口部
１０５  第一の領域
１０６  第二の領域
【図１】
2019012961.tif 000004
【図２】
2019012961.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019012961.tif 000010
【図８】
2019012961.tif 000011
【図９】
2019012961.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019012961.tif 000016
【図１４】
2019012961.tif 000017
【図１５】
2019012961.tif 000018
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2019012961.tif 000022
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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