(57)【要約】【課題】超音波トランスデューサの受信感度を向上し、絶縁耐圧を向上できる技術を提供する。【解決手段】超音波トランスデューサは、下部電極３０１と、下部電極３０１を覆う絶縁膜３０２と、絶縁膜３０２上に下部電極３０１と重なるように配置された空洞部３０３と、空洞部３０３と重なるように配置された上部電極３０６を備えている。この超音波トランスデューサにおいて、その空洞部３０３以外の下部電極３０１と上部電極３０６の間に絶縁膜３０４を挿入したことにより、空洞部３０３での下部電極３０１と上部電極３０６の間の絶縁膜の厚さの総和より空洞部３０３以外での下部電極３０１と上部電極３０６の間の絶縁膜の厚さの総和が大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極を覆う第１絶縁膜と、
前記第１電極と重なるように配置された空洞部と、
前記空洞部と重なるように配置された第２電極とを有する超音波トランスデューサであって、
前記空洞部以外の前記第１電極と前記第２電極の間に第２絶縁膜が挿入されていることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記空洞部での前記第１電極と前記第２電極の間の絶縁膜の厚さの総和より、前記空洞部以外での前記第１電極と前記第２電極の間の絶縁膜の厚さの総和が大きいことを特徴とする請求項１記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
第１電極と、
前記第１電極を覆う第１絶縁膜と、
前記第１電極と重なるように配置された空洞部と、
前記空洞部と重なるように配置された第２電極とを有する超音波トランスデューサであって、
前記空洞部での前記第１電極と前記第２電極との距離より、前記空洞部以外の前記第１電極と前記第２電極との距離が大きいことを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項４】
第１電極と、
前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の空洞部と、
前記空洞部を除いた前記第１電極と前記第２電極との間の絶縁膜とを有する超音波トランスデューサであって、
前記空洞部の中央部がある前記第１電極と前記２電極との距離より、前記空洞部がない前記第１電極と第２電極との距離が大きいことを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記空洞部がある前記第１電極と前記２電極との間の前記絶縁膜の厚さの総和より、前記空洞部がない前記第１電極と前記第２電極との間の前記絶縁膜の厚さの総和が大きいことを特徴とする請求項４記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記空洞部は前記絶縁膜によって囲まれていることを特徴とする請求項４記載の超音波トランスデューサ。
【請求項７】
以下の工程を有する超音波トランスデューサの製造方法：
（ａ）第１電極を覆う第１絶縁膜を形成する工程と、
（ｂ）前記第１絶縁膜上に前記第１電極と重なるように犠牲層を形成する工程と、
（ｃ）前記犠牲層および前記第１絶縁膜を覆う第２絶縁膜を形成する工程と、
（ｄ）前記犠牲層上の前記第２絶縁膜に、前記犠牲層に達し、上面から見て、前記犠牲層の大きさよりも小さい開口部を形成する工程と、
（ｅ）前記開口部および前記第２絶縁膜を覆う第３絶縁膜を形成する工程と、
（ｆ）前記第３絶縁膜上に前記犠牲層と重なる第２電極を形成する工程と、
（ｇ）前記第２電極および前記第３絶縁膜を覆う第４絶縁膜を形成する工程と、
（ｈ）前記第４絶縁膜および前記第３絶縁膜を貫通して前記犠牲層に達する孔を形成する工程と、
（ｉ）前記孔を介したウェットエッチングを用いて、前記犠牲層を除去することにより空洞部を形成する工程と、
（ｊ）第５絶縁膜により前記孔を埋め込み、前記空洞部を封止する工程。
【請求項８】
以下の工程を有する超音波トランスデューサの製造方法：
（ａ）前記第１電極を覆う第１絶縁膜を形成する工程と、
（ｂ）前記第１絶縁膜を覆う第２絶縁膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第２絶縁膜に前記第１絶縁膜に達する開口部を形成する工程と、
（ｄ）前記第２絶縁膜および前記開口部上に前記第１電極と重なり、上面から見て、前記開口部の大きさより大きい犠牲層を形成する工程と、
（ｅ）前記犠牲層および前記第２絶縁膜を覆う第３絶縁膜を形成する工程と、
（ｆ）前記第３絶縁膜上に前記犠牲層と重なる第２電極を形成する工程と、
（ｇ）前記第２電極および前記第３絶縁膜を覆う第４絶縁膜を形成する工程と、
（ｈ）前記第４絶縁膜および前記第３絶縁膜を貫通して前記犠牲層に達する孔を形成する工程と、
（ｉ）前記孔を介したウェットエッチングを用いて、前記犠牲層を除去することにより空洞部を形成する工程と、
（ｊ）第５絶縁膜により前記孔を埋め込み、前記空洞部を封止する工程。
【請求項９】
以下の工程を有する超音波トランスデューサの製造方法：
（ａ）第１電極を覆う第１絶縁膜を形成する工程と、
（ｂ）前記第１絶縁膜に前記第１電極に達しない開口部を形成する工程と、
（ｃ）前記第１絶縁膜および前記第１絶縁膜の開口部を覆う第２電極を形成する工程と、
（ｄ）前記第２電極に前記第１絶縁膜に達する孔を形成する工程と、
（ｅ）前記孔を介したウェットエッチングを用いて、前記第２電極下の第１絶縁膜を除去することにより空洞部を形成する工程と、
（ｆ）第２絶縁膜により前記孔を埋め込み、前記空洞部を封止する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサおよびその製造技術に関し、特に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により製造した超音波トランスデューサと、その最適な製造技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサは超音波を送信、受信することにより、人体内の腫瘍などの診断装置に用いられている。
【０００３】
これまでは、圧電体の振動を利用した超音波トランスデューサが用いられてきたが、近年のＭＥＭＳ技術の進歩により、電極の間に空洞部（ギャップ）を挟みこんだ構造による振動部をシリコン基板上に作製した容量検出型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）が実用化を目指して盛んに開発されている。
【０００４】
例えば、米国特許第５８９４４５２号明細書（特許文献１）には、電極間に挟まれた絶縁膜をエッチングすることで空洞部を形成したＣＭＵＴセルが開示されている。このＣＭＵＴセルは、メンブレンに孔を開口し、その配置により空洞部の形状を制御したものである。
【０００５】
また、米国特許第２００４/００８５８５８Ａ１号明細書（特許文献２）には、窪みを形成した絶縁膜上に、シリコン基板を貼り付けることで、空洞を形成した構造のＣＭＵＴセルが開示されている。
【０００６】
また、米国特許第５９８２７０９号明細書（特許文献３）には、空洞部の大きさを予め犠牲層として規定した構造のＣＭＵＴセルを形成する技術が開示されている。
【特許文献１】米国特許第５８９４４５２号明細書
【特許文献２】米国特許第２００４/００８５８５８Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許第５９８２７０９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＣＭＵＴは、従来の圧電体を用いた超音波トランスデューサと比較して、使用できる超音波の周波数帯域が広い、あるいは高感度であるなどの利点がある。
【０００８】
また、ＣＭＵＴは、ＬＳＩ加工技術を用いて作製するので微細加工が可能である。特に、１つの超音波素子（ＣＭＵＴセル）をアレイ状に並べて、それぞれの素子を独立に制御を行う場合には、超音波素子としてＣＭＵＴは必須となると考えられる。何故ならば、各素子への配線が必要になり、アレイ内の配線数は膨大な数になることが考えられるが、配線や、さらには超音波送受信部からの信号処理回路の１チップへの混載も、ＣＭＵＴでは可能だからである。
【０００９】
そこで、本発明者らは超音波トランスデューサの中でもＣＭＵＴに関する検討を行っている。図３６および図３７に、本発明者らが検討したＣＭＵＴセルの断面を模式的に示す。以下に本発明者らが検討したＣＭＵＴセルの基本的な構造およびその動作について説明する。
【００１０】
図中の符号１０１は下部電極、符号１０２は絶縁膜、符号１０３は空洞部、符号１０４は絶縁膜、符号１０５は上部電極である。このＣＭＵＴセルは、上下の上部電極１０５と下部電極１０１とに空洞部１０３が挟まれた構造となっている。絶縁膜１０４と上部電極１０５がメンブレン１０６を構成し、このメンブレン１０６が超音波を発信、受信するときに振動する。
【００１１】
まず、超音波を発信する動作について説明する。上部電極１０５と下部電極１０１へ直流電圧と交流電圧を重畳すると、上部電極１０５と下部電極１０１の間に静電気力が働き、メンブレン１０６を構成する空洞部１０３上の上部電極１０５および絶縁膜１０４が印加した交流電圧の周波数で振動し、超音波を発信する。
【００１２】
次に、超音波を受信する動作について説明する。ＣＭＵＴセルの表面に到達した超音波の圧力により、空洞部１０３上のメンブレン１０６が振動する。この振動により、上部電極１０５と下部電極１０１との間の距離が変化するため、電極間の電気容量の変化として超音波を検出できる。すなわち、電極間の距離が変化することにより、電極間の電気容量が変わり、電流が流れる。この電流を検知することにより超音波を検出することができる。
【００１３】
上記動作原理からも明らかであるが、電極間の電圧印加に起因する静電力によるメンブレンの振動と、振動による電極間の電気容量変化を利用して超音波の発信および受信を行うので、電極間の耐電圧の向上や、空洞部以外の電極間の寄生容量の抑制が、デバイスの信頼性向上や超音波の発信強度の増大、受信感度の向上に対して重要な点となる。
【００１４】
前記特許文献１では、電極間に挟まれた絶縁膜をエッチングすることで空洞部を形成したＣＭＵＴセルが開示されている。ここではメンブレンに孔を開口し、その配置により空洞部の形状を制御している。また、前記特許文献２では、下部電極上に形成した絶縁膜に溝を形成しておき、溝上に蓋としてシリコン基板を貼り付けてメンブレンを形成したＣＭＵＴセルが開示されている。
【００１５】
前記特許文献１、２に開示されたような構造と同様の構造が示されている図３６のＣＭＵＴセルでは、上部電極１０５と下部電極１０１との間隔が、空洞部１０３とそれ以外の部分（上部電極１０５と下部電極１０１との間であって絶縁膜１０２を含む部分）で同じとなり、独立に制御することができない。したがって、例えば、空洞部１０３以外の電気寄生容量を抑制する、あるいは電極間の耐電圧を向上するために絶縁膜１０２の厚さを厚くすると、空洞部１０３を挟む電極間距離も大きくなり、超音波受信時の電気容量変化量が小さくなってしまう。すなわち、空洞部１０３を挟む電極間距離が大きくなると、受信感度が低下してしまう。
【００１６】
前記特許文献３では、空洞部の型となる犠牲層を下部電極上に形成し、犠牲層を覆うように絶縁膜と上部電極を形成し、その後、犠牲層を除去して空洞部を形成したＣＭＵＴセルが開示されている。
【００１７】
前記特許文献３に開示されたような構造と同様の構造が示されている図３７のＣＭＵＴセルでは、上部電極１０５と下部電極１０１との間隔が、空洞部１０３では、空洞部１０３の厚さと絶縁膜１０２の厚さの和であり、空洞部１０３以外の部分（上部電極１０５と下部電極１０１との間であって絶縁膜１０２を含む部分）では、絶縁膜１０２のみの厚さとなり、独立に制御することができない。したがって、前記特許文献１、２で開示されている構造のＣＭＵＴセルと同様に、空洞部１０３以外の電気寄生容量を抑制する、あるいは電極間の耐電圧を向上するために絶縁膜１０２の厚さを厚くすると、空洞部１０３での電極間距離も大きくなり、超音波受信時の電気容量変化量が小さくなってしまう。また、上部電極１０５が空洞部１０３の段差を乗り越える構造となり、段差による電極角部に電界集中が生じ、一層、耐電圧が低下してしまう。
【００１８】
本発明の目的は、超音波トランスデューサ、特に、ＣＭＵＴの受信感度の低下を抑制し、かつ耐電圧を向上させることのできる技術を提供することにある。
【００１９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２１】
本発明による超音波トランスデューサは、第１電極と、前記第１電極を覆う第１絶縁膜と、前記第１電極と重なるように配置された空洞部と、前記空洞部と重なるように配置された第２電極とを有する超音波トランスデューサであって、前記空洞部以外の前記第１電極と前記第２電極の間に第２絶縁膜が挿入されていることを特徴とするものである。そして、前記空洞部での前記第１電極と前記第２電極の間の絶縁膜の厚さの総和より、前記空洞部以外での前記第１電極と前記第２電極の間の絶縁膜の厚さの総和が大きいことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明による超音波トランスデューサは、第１電極と、前記第１電極を覆う第１絶縁膜と、前記第１電極と重なるように配置された空洞部と、前記空洞部と重なるように配置された第２電極とを有する超音波トランスデューサであって、前記空洞部での前記第１電極と前記第２電極との距離より、前記空洞部以外の前記第１電極と前記第２電極との距離が大きいことを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明による超音波トランスデューサは、第１電極と、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の空洞部と、前記空洞部を除いた前記第１電極と前記第２電極との間の絶縁膜とを有する。ここで、前記空洞部の中央部がある前記第１電極と前記２電極との距離より、前記空洞部がない前記第１電極と第２電極との距離が大きいことを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明による超音波トランスデューサは、（ａ）第１電極を形成する工程と、（ｂ）前記第１電極を覆う第１絶縁膜を形成する工程と、（ｃ）前記第１絶縁膜上に前記第１電極と重なるように犠牲層を形成する工程と、（ｄ）前記犠牲層および前記第１絶縁膜を覆う第２絶縁膜を形成する工程と、（ｅ）前記犠牲層上の前記第２絶縁膜に、前記犠牲層に達し、上面から見て、前記犠牲層の大きさよりも小さい開口部を形成する工程と、（ｆ）前記開口部および前記第２絶縁膜を覆う第３絶縁膜を形成する工程と、（ｇ）前記第３絶縁膜上に前記犠牲層と重なる第２電極を形成する工程と、（ｈ）前記第２電極および前記第３絶縁膜を覆う第４絶縁膜を形成する工程と、（ｉ）前記第３絶縁膜および前記第４絶縁膜を貫通して前記犠牲層に達する開口部を形成する工程と、（ｊ）前記開口部を利用して前記犠牲層を除去することにより空洞部を形成する工程と、（ｋ）第５絶縁膜により前記開口部を埋め込み、前記空洞部を封止する工程とを備えることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明による超音波トランスデューサは、（ａ）第１電極を形成する工程と、（ｂ）前記第１電極を覆う第１絶縁膜を形成する工程と、（ｃ）前記第１絶縁膜を覆う第２絶縁膜を形成する工程と、（ｄ）前記第２絶縁膜に前記第１絶縁膜に達する開口部を形成する工程と、（ｅ）前記第２絶縁膜および前記開口部上に前記第１電極と重なり、上面から見て、前記開口部の大きさより大きい犠牲層を形成する工程と、（ｆ）前記犠牲層および前記第２絶縁膜を覆う第３絶縁膜を形成する工程と、（ｇ）前記第３絶縁膜上に前記犠牲層と重なる第２電極を形成する工程と、（ｈ）前記第２電極および前記第３絶縁膜を覆う第４絶縁膜を形成する工程と、（ｉ）前記第３絶縁膜および前記第４絶縁膜を貫通して前記犠牲層に達する開口部を形成する工程と、（ｊ）前記開口部を利用して前記犠牲層を除去することにより空洞部を形成する工程と、（ｋ）第５絶縁膜により前記開口部を埋め込み、前記空洞部を封止する工程とを備えることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明による超音波トランスデューサは、（ａ）第１電極を形成する工程と、（ｂ）前記第１電極を覆う第１絶縁膜を形成する工程と、（ｃ）前記第１絶縁膜に前記第１電極に達しない溝を形成する工程と、（ｄ）前記第１絶縁膜をおよび前記第１絶縁膜の溝を覆う第２電極を形成する工程と、（ｅ）前記第１絶縁膜の溝部の前記第２電極に前記第１絶縁膜に達する開口部を形成する工程と、（ｆ）前記開口部を利用して前記第１絶縁膜を除去することにより空洞部を形成する工程と、（ｇ）第２絶縁膜により前記開口部を埋め込み、前記空洞部を封止する工程とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２８】
本発明によれば、空洞部と空洞部以外の電極間距離を独立に制御することで、ＣＭＵＴの受信感度の低下を抑制し、かつ耐電圧が向上できる構造と、その製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００３０】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００３１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００３２】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００３３】
なお、平面図であっても理解を容易にするため、ハッチングを付す場合がある。
【００３４】
下記の実施の形態の記載では、超音波トランスデューサの受信感度の低下を抑制し、耐電圧を向上するという目的を、空洞部と空洞部以外の電極間距離を独立に制御できる構造とすることで実現している。
【００３５】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１におけるＣＭＵＴセルの構造について図１および図２を参照して説明する。図１はＣＭＵＴセルの上面を模式的に示す平面図であり、図２はＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）はＢ−Ｂ’方向の断面を示している。
【００３６】
図１および図２中の符号３０１は下部電極、符号３０２、３０４、３０５、３０７、３０９は絶縁膜、符号３０３は空洞部、符号３０６は上部電極、符号３０８は空洞部３０３を形成するためのウェットエッチング孔である。すなわち、ウェットエッチング孔３０８は、空洞部３０３に接続されている。また、符号３１０は、上部電極３０６へ電源供給するためのパッド開口部であり、符号３１１は下部電極３０１に電源供給するためのパッド開口部である。なお、図１において、空洞部３０３と上部電極３０６を示すために、絶縁膜３０５、３０７、３０９は図示していない。同様の目的で、絶縁膜３０４も図示していないが、絶縁膜３０４の開口の位置関係を示すために開口部の側面３１２を示している。また、本実施の形態１におけるＣＭＵＴセルのメンブレンは絶縁膜３０５、３０７、３０９と上部電極３０６とから構成される。
【００３７】
ここで、本願においてはパッド開口部３１０から電源供給するためのパッド、配線を含めて上部電極３０６としているが、実際に超音波の送受信に適用されるのは空洞部３０３の中央部上の上部電極３０６である。
【００３８】
本実施の形態１におけるＣＭＵＴセルでは、図２に示すように、下部電極３０１上には、絶縁膜３０２、絶縁膜３０４、絶縁膜３０５、絶縁膜３０７および絶縁膜３０９が、その順で配置されている。これら絶縁膜３０２、３０４、３０５、３０７、３０９において絶縁膜３０９から下部電極３０１の一部（パッド）にかけて配置された開口部３１１によって、下部電極３０１の一部（パッド）が露出されている。また、絶縁膜３０５と絶縁膜３０７との間に挟まれるように上部電極３０６が配置されており、絶縁膜３０９、３０７において絶縁膜３０９から上部電極３０６の一部（パッド）にかけて配置された開口部３１０によって、上部電極３０６の一部（パッド）が露出されている。また、絶縁膜３０４には開口部が配置されており、その開口部を埋め込むように絶縁膜３０５が配置されている。
【００３９】
また、下部電極３０１と上部電極３０６との間には空洞部３０３が配置されている。この空洞部３０３は、その下面側に配置された絶縁膜３０２と、側面側および空洞部３０３の段差を乗り越えるように上面側の一部に配置された絶縁膜３０４と、上面側の他部に配置された絶縁膜３０５とによって囲まれている。この空洞部３０３の上面側の他部に配置された絶縁膜３０５は、空洞部３０３上の絶縁膜３０４の開口部を埋め込んだものである。なお、この絶縁膜３０４を配置しない場合には、図３８で示したようなＣＭＵＴセルと同様の構造となる。言い換えると、本実施の形態１のＣＭＵＴセルは、図３８に示したようなＣＭＵＴセルの構造に、開口部を有する絶縁膜３０４を挿入した構造である。
【００４０】
このように本実施の形態１によるＣＭＵＴセルは、下部電極３０１と、下部電極３０１を覆う絶縁膜３０２と、下部電極３０１と重なるように配置された空洞部３０３と、空洞部３０３と重なるように配置された上部電極３０６とを有し、空洞部３０３以外の下部電極３０１と上部電極３０６の間に絶縁膜３０４が挿入されているものである。これにより、空洞部３０３での下部電極３０３と上部電極３０６の間の絶縁膜３０１、３０５の厚さの総和より、空洞部３０３以外での下部電極３０１と上部電極３０６の間の絶縁膜３０２、３０４、３０５の厚さの総和が大きい。
【００４１】
また、ＣＭＵＴセルの空洞部３０３は、図１に示すように、その平面形状が六角形で示されている。前述したように空洞部３０３の段差を乗り越えるように上面側の一部には絶縁膜３０４が設けられており、上面側の他部すなわち絶縁膜３０４の開口部には絶縁膜３０５が埋め込まれていることから、平面形状が六角形状の空洞部３０３の上面側では、空洞部３０３の中央部に絶縁膜３０５、端部（外周部）に絶縁膜３０４が配置されていることになる。
【００４２】
また、空洞部３０３上の絶縁膜３０４の開口部の平面形状は、図１に示す開口部の側面３１２から、空洞部３０３の平面形状より小さいものとなっている。言い換えると空洞部３０３上に空洞部３０３よりも小さな径の開口部を有する絶縁膜３０４が配置されている。さらに、空洞部３０３上方の上部電極３０６の平面形状は、絶縁膜３０４の開口部より小さいものとなっている。この空洞部３０３上方の上部電極３０６の平面形状は、空洞部３０３の平面形状と相似した六角形である。この六角形形状した部分からパッドまで配線が引き出されて上部電極３０６が構成されている。なお、絶縁膜３０４の開口部の平面形状は、空洞部３０３の平面形状より大きくならないように形成されている。
【００４３】
本実施の形態１によるＣＭＵＴセルは、前述したように空洞部３０３上に空洞部３０３よりも小さな径の開口部を有する絶縁膜３０４を挿入することによって、空洞部３０３以外の電極間の絶縁膜を厚くしている。このような構成にすることにより、空洞部３０３が位置している電極間隔と、その空洞部３０３以外の電極間隔とを独立に制御でき、異ならせることができる。これにより、空洞部３０３での下部電極３０１と上部電極３０６の間隔を大きくすることなく、空洞部３０３以外の下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くすることができる。したがって、本実施の形態１のＣＭＵＴセルは、受信感度の低下を抑制し、かつ耐電圧を向上できる。すなわち、空洞部３０３での上部電極３０６と下部電極３０１の電極間隔は不変であるので、超音波受信時での電気容量変化量は変化させず、かつ、空洞部３０３以外の上部電極３０６および下部電極３０１に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。
【００４４】
また、空洞部３０３の上面側の端部（外周部）では絶縁膜３０４が乗り越えるように配置され、さらにその絶縁膜３０４上に絶縁膜３０５が配置されているので、乗り越えられた端部周辺の段差部３１５で絶縁膜の厚さを厚くすることができる。したがって、絶縁膜３０５上に配置された上部電極３０６も空洞部３０３の段差を乗り越える構造となるが、空洞部３０３の端部周辺において、段差部３１５の絶縁膜の厚さも厚くなるので、上部電極３０６の角部から下部電極３０１に係る電界集中に対して絶縁耐性を向上することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態１におけるＣＭＵＴセルでは、空洞部３０３がある下部電極３０１と上部電極３０６との間には、下部電極３０１側に絶縁膜３０２、上部電極３０６側に絶縁膜３０５が設けられている。これら絶縁膜３０２および絶縁膜３０５は、ＣＭＵＴセルが超音波を送受信するときに上部電極３０６が振動しても下部電極３０１と直接的に接触するのを防止する。したがって、上部電極３０６が振動時に下部電極３０１との接触を防止することができれば、下部電極３０１側または上部電極３０６側の少なくともいずれか一方に絶縁膜を設けることができる。
【００４６】
次に、本発明の実施の形態１におけるＭＥＭＳ技術を用いたＣＭＵＴセルの製造方法を図３〜図１２を参照して説明する。図３〜図１２は、製造工程中のＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、それぞれの（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）はＢ−Ｂ’方向の断面を示している。
【００４７】
まず、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、導電膜よりなる下部電極３０１上にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法でシリコン酸化膜による絶縁膜３０２を１００ｎｍ堆積する。
【００４８】
次に、絶縁膜３０２の上面に多結晶シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積する。そして、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、下部電極３０１上に多結晶シリコン膜を残す。この残された部分が犠牲層３１３となり、その後の工程で空洞部３０３となる。
【００４９】
続いて、犠牲層３１３、絶縁膜３０２を覆うように、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜による絶縁膜３０４を２００ｎｍ堆積する（図４（ａ）、（ｂ））。
【００５０】
次に、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、絶縁膜３０４に、犠牲層３１３に重なるように開口部を形成する。開口部の側面３１２は、空洞部３０３となる犠牲層３１３上に重なるように配置する（図５（ａ）、（ｂ））。
【００５１】
この配置にすることにより、絶縁膜３０４に開口部を形成するドライエッチングでの下地膜が犠牲層３１３となる。この場合、シリコン酸化膜による絶縁膜３０４と犠牲層３１３である多結晶ポリシリコンとのエッチング選択比が十分に確保できるため、絶縁膜３０４のエッチングを犠牲層３１３で停止することが容易である。開口部の側面３１２を犠牲層３１３上に重ねる幅は、絶縁膜３０４の開口部を形成するリソグラフィでの、犠牲層３１３との合わせズレを考慮した幅以上であれば良い。
【００５２】
次にプラズマＣＶＤ法により、絶縁膜３０４とその開口部を覆うようにシリコン酸化膜による絶縁膜３０５を２００ｎｍ堆積する（図６（ａ）、（ｂ））。すなわち、絶縁膜３０４の開口部は、絶縁膜３０５によって埋め込まれる。
【００５３】
引き続き、ＣＭＵＴセルの上部電極３０６を形成するため、スパッタリング法により窒化チタン膜とアルミニウム合金膜と窒化チタン膜の積層膜をそれぞれ５０ｎｍ、３００ｎｍ、５０ｎｍ堆積する。そして、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、上部電極３０６を形成する（図７（ａ）、（ｂ））。
【００５４】
次にプラズマＣＶＤ法により、シリコン窒化膜による絶縁膜３０７を絶縁膜３０５、上部電極３０６を覆うように５００ｎｍ堆積する（図８(ａ)、（ｂ））。
【００５５】
続いて、絶縁膜３０７および絶縁膜３０５にフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を使用して犠牲層３１３に到達するウェットエッチング孔３０８を形成する（図９(ａ)、（ｂ））。図９では、ウェットエッチング孔３０８は、絶縁膜３０４の開口部の側面３１２よりも内側に形成したが、犠牲層３１３に達すれば、開口部の側面３１２の外側でも良いことは明らかである。
【００５６】
その後、ウェットエッチング孔３０８を介して、犠牲層３１３を水酸化カリウムでウェットエッチングすることにより空洞部３０３を形成する（図１０（ａ）、（ｂ））。
【００５７】
次に、ウェットエッチング孔３０８を埋め込むために、プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜による絶縁膜３０９を８００ｎｍ堆積する（図１１(ａ)、（ｂ））。
【００５８】
次に、下部電極３０１へ電気接続するための開口部３１１、上部電極３０６へ電気接続するための開口部３１０を、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を使用して形成する（図１２(ａ)、（ｂ））。
【００５９】
このようにして、本実施の形態１におけるＣＭＵＴセルを形成することができる。
【００６０】
以上説明したように、本実施の形態１のＣＭＵＴセルによれば、下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれる絶縁膜の厚さが、空洞部３０３よりも空洞部３０３以外で絶縁膜３０４の厚さ分、厚く出来る。したがって、空洞部３０３のある下部電極３０１と上部電極３０６との電極間隔は不変であり、超音波受信時での電気容量変化量は変化させずに、空洞部３０３のない下部電極３０１と上部電極３０６とに挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。さらに、空洞段差部３１５での絶縁膜の厚さも厚くなるので、段差部３１５での上部電極角部での電界集中に対しても耐性を向上することができる。
【００６１】
次に、本実施の形態１におけるＣＭＵＴセルをアレイ状に配置したＣＭＵＴについて図１３および図１４を参照して説明する。図１などにおいて示したＣＭＵＴセルは、単体のＣＭＵＴセルの形態であるが、ＣＭＵＴセルをアレイ状に配置し、かつ下部電極を分割した場合でも同様である。図１３には３行４列のＣＭＵＴアレイを下部電極３０１と上部電極３０６のクロスポイントに配置した形態の上面図を示してある。図１４は、図１３中のＡ−Ａ’断面、Ｂ−Ｂ’断面に対応している。図１３、１４中の各要素を示す記号は、図１〜図１２で使用した記号と同じ要素を示している。図１４中で、符号３１４は絶縁膜であり、下部電極３０１の下地となる。
【００６２】
この場合も、下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれる絶縁膜の厚さが、空洞部３０３よりも空洞部３０３以外で絶縁膜３０４の厚さ分、厚く出来る。したがって、空洞部３０３のある下部電極３０１と上部電極３０６との電極間隔は不変であり、超音波受信時での電気容量変化量は変化させずに、空洞部３０３のない下部電極３０１と上部電極３０６とに挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。さらに、空洞段差部３１５での絶縁膜の厚さも厚くなるので、段差部３１５での上部電極角部での電界集中に対しても耐性を向上することができる。
【００６３】
なお、図１、図１３において、ＣＭＵＴセルの平面形状は六角形の形状をしているが、形状はこれに限らず、例えば、円形形状でも矩形をしていてもよい。
【００６４】
また、本実施の形態１として示したＣＭＵＴセルを構成する材料は、その組み合わせの一つを示したものである。犠牲層の材料も、犠牲層の周りを囲む材料とのウェットエッチング選択性が確保することができればよい。したがって、多結晶シリコン膜の他に、ＳＯＧ膜（Ｓｐｉｎ−ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）あるいは金属膜などであってもよい。
【００６５】
さらに、ＣＭＵＴの下部電極は導電膜であればよく、半導体基板でも、図１４で示したように、半導体基板上に形成した絶縁膜上の導電膜や、信号処理回路を形成した半導体基板上の導電膜であっても良いことは自明である。
【００６６】
（実施の形態２）
まず、本発明の実施の形態２におけるＣＭＵＴセルの構造について図１５および図１６を参照して説明する。図１５はＣＭＵＴセルの上面を模式的に示す平面図であり、図１６はＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図１５のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１５のＢ−Ｂ’方向の断面を示している。
【００６７】
図１５および図１６中の符号３０１は下部電極、符号３０２、３０４、３０５、３０７、３０９は絶縁膜、符号３０３は空洞部、符号３０６は上部電極、符号３０８は空洞部３０３を形成するためのウェットエッチング孔である。すなわち、ウェットエッチング孔３０８は、空洞部３０３に接続されている。また、符号３１０は、上部電極３０６へ電源供給するためのパッド開口部であり、符号３１１は下部電極３０１に電源供給するためのパッド開口部である。なお、図１５において、空洞部３０３と上部電極３０６を示すために、絶縁膜３０５、３０７、３０９は図示していない。同様の目的で、絶縁膜３０４も図示していないが、絶縁膜３０４の開口の位置関係を示すために開口部の側面３１２を示している。また、本実施の形態２におけるＣＭＵＴセルのメンブレンは絶縁膜３０５、３０７、３０９と上部電極３０６とから構成される。
【００６８】
本実施の形態２におけるＣＭＵＴセルでは、図１５および図１６に示すように、空洞部３０３下に空洞部３０３よりも小さな径の開口部を設けた絶縁膜３０４を挿入し、空洞部３０３以外の電極間の絶縁膜を厚くしている。このような構成にすることにより、空洞部３０３と空洞部３０３以外の電極間隔を独立に制御でき、空洞部３０３での下部電極３０１と上部電極３０６の間隔を大きくすることなく、空洞部３０３以外の下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くすることができ、受信感度の低下を抑制し、かつ耐電圧を向上できる。すなわち、空洞部３０３での電極間隔は同じであり、超音波受信時での電気容量変化量は変化させずに、空洞部３０３以外の電極に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。さらに、空洞段差部３１５での絶縁膜の厚さも厚くなるので、段差部３１５での上部電極３０６角部での電界集中に対しても耐性を向上することができる。
【００６９】
また、本実施の形態２では、図１６で示すように、空洞部３０３が段差を持つ構造となる。この場合、メンブレンが空洞部３０３の端部で畝状形状となる。超音波を送受信する場合、この畝部（本実施の形態２の空洞部３０３の端部）がバネとなり、メンブレン全面で平均した振幅を大きくすることができる。
【００７０】
次に、本発明の実施の形態２におけるＣＭＵＴセルの動作について図１７を参照して説明する。図１７には、空洞部３０３の端部が畝形状ではない場合（（ａ）、（ｂ））と、本実施の形態２である畝形状の場合（（ｃ）、（ｄ））を示してある。また、図１７（ａ）、（ｃ）は超音波を送受信していない状態、図１７（ｂ）、（ｄ）は超音波を送受信時で、メンブレンの振動が最大振幅となっている状態を示している。なお、図１６では示してある上部電極３０６よりも上層の絶縁膜は図１７では省略してある。
【００７１】
空洞部３０３の端部が畝形状ではない場合は（図１７（ａ）、（ｂ））は、メンブレンの振幅は、上面から見て空洞部３０３の中心が最大となり、空洞部３０３の端部に近づくに従い小さくなる。したがって、メンブレン振動時の上部電極３０６と下部電極３０１の間の距離の変化量も空洞部３０３の端部に近づくに従い小さくなる。
【００７２】
一方、空洞部３０３の端部が畝形状の場合（図１７（ｃ）、（ｄ））は、畝部がバネとなるために、メンブレンの振幅は空洞部３０３の端部でも最大値に近い値をとることができ、したがって、メンブレン振動時の上部電極３０６と下部電極３０１の間の距離の変化量も空洞部３０３の端部に近づくに従い小さくなることはない。つまり、メンブレン全面で平均した振幅を大きくすることができ、超音波を送受信時の効率を向上することができる。
【００７３】
次に、本発明の実施の形態２におけるＭＥＭＳ技術を用いたＣＭＵＴセルの製造方法を図１８〜図２０を参照して説明する。図１８〜図２０は、製造工程中のＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、それぞれの（ａ）は図１５のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）はＢ−Ｂ’方向の断面を示している。
【００７４】
まず、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、導電膜よりなる下部電極３０１上にプラズマＣＶＤ法でシリコン酸化膜による絶縁膜３０２を１００ｎｍ堆積し、続いて、絶縁膜３０２を覆うように、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜による絶縁膜３０４を２００ｎｍ堆積する。次に、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、絶縁膜３０４に、絶縁膜３０２に達する開口部を形成する。
【００７５】
次に、絶縁膜３０２および絶縁膜３０４の上面に多結晶シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積する。そして、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、絶縁膜３０４の開口部を覆うように多結晶シリコン膜を残す。この残された部分が犠牲層３１３となり、その後の工程で空洞部３０３となる（図１９（ａ）、（ｂ））。
【００７６】
続いて、犠牲層３１３、絶縁膜３０４を覆うように、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜による絶縁膜３０５を２００ｎｍ堆積する（図２０（ａ）、（ｂ））。以後の製造方法は、図７〜図１２に示した前記実施の形態１の製造方法と同様であるので、その説明は省略する。
【００７７】
絶縁膜３０４に開口部を形成する際に、下地膜が絶縁膜３０２となる。この場合、絶縁膜３０４と絶縁膜３０２が同材料であると、開口部のエッチングの際のオーバーエッチングで、下地となる絶縁膜３０２が削れてしまう可能性がある。絶縁膜３０２が削れると、空洞部３０３での下部電極３０１と上部電極３０６の間の電気容量が設計した値から変化することになり、ＣＭＵＴセルの電気容量ばらつきの原因となる。そこで、図１８〜２０では、ともにシリコン酸化膜とした絶縁膜３０４と絶縁膜３０２の材料を、それぞれ、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜にすることで、絶縁膜３０４の開口部を形成するエッチングの際のオーバーエッチングでの絶縁膜３０２の削れ量を低減できる。
【００７８】
本実施の形態２の単体ＣＭＵＴセルをアレイ状に配置し、かつ下部電極を分割した場合でも、前記実施の形態１で述べた効果と同様の効果を得られる。
【００７９】
なお、図１５において、ＣＭＵＴセルの平面形状は六角形の形状をしているが、形状はこれに限らず、例えば、円形形状でも矩形をしていてもよい。
【００８０】
また、本実施の形態２として示したＣＭＵＴセルを構成する材料は、その組み合わせの一つを示したものである。犠牲層の材料も、犠牲層の周りを囲む材料とのウェットエッチング選択性が確保することができればよい。したがって、多結晶シリコン膜の他に、ＳＯＧ膜（Ｓｐｉｎ−ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）あるいは金属膜などであってもよい。
【００８１】
さらに、ＣＭＵＴの下部電極は導電膜であればよく、半導体基板でも、半導体基板上に形成した絶縁膜上の導電膜や、信号処理回路を形成した半導体基板上の導電膜であっても良いことは自明である。
【００８２】
（実施の形態３）
まず、本発明の実施の形態３におけるＣＭＵＴセルの構造について図２１および図２２を参照して説明する。図２１はＣＭＵＴセルの上面を模式的に示す平面図であり、図２２はＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図２１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２１のＢ−Ｂ’方向の断面を示している。
【００８３】
図２１および図２２中の符号３０１は下部電極、符号３０２、３０４、３０５、３０７、３０９は絶縁膜、符号３０３は空洞部、符号３０６は上部電極、符号３０８は空洞部３０３を形成するためのウェットエッチング孔である。すなわち、ウェットエッチング孔３０８は、空洞部３０３に接続されている。また、符号３１０は、上部電極３０６へ電源供給するためのパッド開口部であり、符号３１１は下部電極３０１に電源供給するためのパッド開口部である。なお、図２１において、空洞部３０３と上部電極３０６を示すために、絶縁膜３０５、３０７、３０９は図示していない。同様の目的で、絶縁膜３０４も図示していないが、絶縁膜３０４の開口の位置関係を示すために開口部の側面３１２を示している。また、本実施の形態３におけるＣＭＵＴセルのメンブレンは絶縁膜３０５、３０７、３０９と上部電極３０６とから構成される。
【００８４】
本実施の形態３におけるＣＭＵＴセルでは、図２１および図２２に示すように、空洞部３０３下に空洞部３０３よりも小さな径の開口部を設けた絶縁膜３０４を挿入し、空洞部３０３以外の電極間の絶縁膜を厚くしている。このような構成にすることにより、空洞部３０３と空洞部３０３以外の電極間隔を独立に制御でき、空洞部３０３での下部電極３０１と上部電極３０６の間隔を大きくすることなく、空洞部３０３以外の下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くすることができ、受信感度の低下を抑制し、かつ耐電圧を向上できる。すなわち、空洞部３０３での電極間隔は同じであり、超音波受信時での電気容量変化量は変化させずに、空洞部３０３以外の電極に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。さらに、空洞段差部３１５での絶縁膜の厚さも厚くなるので、段差部３１５での上部電極角部での電界集中に対しても耐性を向上することができる。
【００８５】
また、前記実施の形態２では、絶縁膜３０４の開口部を形成する際の下地膜が絶縁膜３０２であるのに対して、本実施の形態３では、絶縁膜３０４の開口部を形成する際の下地膜が下部電極となる。したがって、絶縁膜３０４の開口部を形成するためのエッチング下地膜は異種材料となり、絶縁膜３０４の開口部のエッチングの際のオーバーエッチング時に、下地膜である下部電極３０１は削れにくい。さらに、本実施の形態３では、空洞部３０３での下部電極３０１と上部電極３０６の間の絶縁膜は、絶縁膜３０４の開口部を形成する際のエッチングに晒されることがないので、膜厚が薄くなることなく、したがって、電気容量の変動も抑制できる。
【００８６】
また、本実施の形態３では、図２２で示すように、空洞部３０３が段差を持つ構造となる。この場合、前記実施の形態２と同様に、メンブレンが空洞部３０３の端部で畝状形状となる。超音波を受信した場合、この畝部がバネとなり、メンブレン全面で平均した振幅を大きくすることができる。
【００８７】
次に、本発明の実施の形態３におけるＭＥＭＳ技術を用いたＣＭＵＴセルの製造方法を図２３〜図２５を参照して説明する。図２３〜図２５は、製造工程中のＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、それぞれの（ａ）は図２１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）はＢ−Ｂ’方向の断面を示している。
【００８８】
まず、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、導電膜よりなる下部電極３０１上にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法でシリコン酸化膜による絶縁膜３０４を２００ｎｍ堆積し、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、絶縁膜３０４に、下部電極３０１に達する開口部を形成する。
【００８９】
続いて、絶縁膜３０４および下部電極３０１を覆うように、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜による絶縁膜３０２を１００ｎｍ堆積する。
【００９０】
次に、絶縁膜３０２の上面に多結晶シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積する。そして、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、絶縁膜３０４の開口部を覆うように多結晶シリコン膜を残す。この残された部分が犠牲層３１３となり、その後の工程で空洞部３０３となる（図２４（ａ）、（ｂ））。
【００９１】
続いて、犠牲層３１３、絶縁膜３０２を覆うように、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜による絶縁膜３０５を２００ｎｍ堆積する（図２５（ａ）、（ｂ））。以後の製造方法は、図７〜図１２に示した前記実施の形態１の製造方法と同様であるので、その説明は省略する。
【００９２】
また、本実施の形態３の単体ＣＭＵＴセルをアレイ状に配置し、かつ下部電極を分割した場合でも、前記実施の形態１で述べた効果と同様の効果を得られる。
【００９３】
なお、図２１において、ＣＭＵＴセルの平面形状は六角形の形状をしているが、形状はこれに限らず、例えば、円形形状でも矩形をしていてもよい。
【００９４】
また、本実施の形態３として示したＣＭＵＴセルを構成する材料は、その組み合わせの一つを示したものである。犠牲層の材料も、犠牲層の周りを囲む材料とのウェットエッチング選択性が確保することができればよい。したがって、多結晶シリコン膜の他に、ＳＯＧ膜（Ｓｐｉｎ−ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）あるいは金属膜などであってもよい。
【００９５】
さらに、ＣＭＵＴの下部電極は導電膜であればよく、半導体基板でも、半導体基板上に形成した絶縁膜上の導電膜や、信号処理回路を形成した半導体基板上の導電膜であっても良いことは自明である。
【００９６】
（実施の形態４）
まず、本発明の実施の形態４におけるＣＭＵＴセルの構造について図２６および図２７を参照して説明する。図２６はＣＭＵＴセルの上面を模式的に示す平面図であり、図２７はＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図２６のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２６のＢ−Ｂ’方向の断面を示している。
【００９７】
図２６および図２７中の符号３０１は下部電極、符号３０２、３０７は絶縁膜、符号３０３は空洞部、符号３０６は上部電極、符号３０８は空洞部を形成するためのウェットエッチング孔である。すなわち、ウェットエッチング孔３０８は、空洞部３０３に接続されている。符号３１０は、上部電極３０６へ電源供給するためのパッド開口部であり、符号３１１は下部電極３０１に電源供給するためのパッド開口部である。なお、図２６において、下部電極３０１、上部電極３０６を示すために、絶縁膜３０２、３０７は図示していない。また空洞部３０３と絶縁膜３０２の開口部の位置関係を示すために、空洞部３０３と上部電極開口部の側面３１２を示してある。また、本実施の形態４におけるＣＭＵＴセルのメンブレンは上部電極３０６および絶縁膜３０７から構成される。
【００９８】
本実施の形態４におけるＣＭＵＴセルでは、図２６および図２７に示すように、上部電極３０６と下部電極３０１の間の絶縁膜３０２に開口部を形成し、開口部を覆うように上部電極を形成している。このような構成にすることにより、空洞部３０３と空洞部３０３以外の電極間隔を独立に制御でき、空洞部３０３での下部電極３０１と上部電極３０６の間隔を大きくすることなく、空洞部３０３以外の下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くすることができ、受信感度の低下を抑制し、かつ耐電圧を向上できる。すなわち、空洞部３０３での電極間隔は同じであり、超音波受信時での電気容量変化量は変化させずに、空洞部３０３以外の電極に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。
【００９９】
次に、本発明の実施の形態４におけるＭＥＭＳ技術を用いたＣＭＵＴセルの製造方法を図２８〜図３３を参照して説明する。図２８〜図３３は、製造工程中のＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、それぞれの（ａ）は図２６のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）はＢ−Ｂ’方向の断面を示している。
【０１００】
まず、図２８（ａ）、（ｂ）に示すように、導電膜よりなる下部電極３０１上にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法でシリコン酸化膜による絶縁膜３０２を４００ｎｍ堆積する。
【０１０１】
次に、絶縁膜３０２に、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、絶縁膜３０２を３００ｎｍエッチングすることにより、下部電極３０１に達しない開口部を形成する。開口部の側面を符号３１２として示してある（図２９（ａ）、（ｂ））。
【０１０２】
続いて、絶縁膜３０２上にタングステン（Ｗ）をスパッタ法により２００ｎｍ堆積し、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、上部電極３０６を形成する。このときに、絶縁膜３０２の開口部に堆積したＷに空洞部３０３を形成するためのウェットエッチング孔３０８を同時に形成する（図３０（ａ）、（ｂ））。このときの上面から見たウェットエッチング孔３０８の配置により、空洞部の形状を決定できる。
【０１０３】
次に、ウェットエッチング孔３０８を介して、絶縁膜３０２をフッ酸水溶液によりウェットエッチングすることにより、厚さ１００ｎｍの空洞部３０３を形成する（図３１（ａ）、（ｂ））。
【０１０４】
次に、上部電極３０６に開口したウェットエッチング孔３０８を埋め込むために、プラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜による絶縁膜３０７を絶縁膜３０２、上部電極３０６を覆うように５００ｎｍ堆積する。このときに、空洞部３０３の内壁にもシリコン酸化膜による絶縁膜３０７が堆積するので、上部電極３０６と下部電極３０１が接触した場合でも、両電極の絶縁性を確保できる。段差被覆性のよいＣＶＤ法、例えば、大気圧ＣＶＤ法を用いれば、空洞部３０３の内壁への絶縁膜堆積が促進し、両電極の絶縁性を一層確保できる（図３２(ａ)、（ｂ））。
【０１０５】
次に、下部電極３０１へ電気接続するための開口部３１１、上部電極３０６へ電気接続するための開口部３１０を、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を使用して形成する（図３３(ａ)、（ｂ））。
【０１０６】
このようにして、本実施の形態４におけるＣＭＵＴセルを形成することができる。
【０１０７】
以上説明したように、本実施の形態４のＣＭＵＴセルによれば、下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれる絶縁膜の厚さが、空洞部３０３よりも空洞部３０３以外で厚く出来る。したがって、空洞部３０３での電極間隔は不変であり、超音波受信時での電気容量変化量は変化させずに、空洞部３０３以外の電極に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。
【０１０８】
図２６において示したＣＭＵＴセルは、単体のＣＭＵＴセルの形態であるが、ＣＭＵＴセルをアレイ状に配置し、かつ下部電極を分割した場合でも、下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれる絶縁膜の厚さが、空洞部３０３よりも空洞部３０３以外で厚く出来る。したがって、空洞部３０３での電極間隔は不変であり、超音波受信時での電気容量変化量は変化させずに、空洞部以外の電極に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。
【０１０９】
なお、図２６において、ＣＭＵＴセルの平面形状は八角形の形状をしているが、形状はこれに限らず、例えば、円形形状でも矩形をしていてもよい。
【０１１０】
また、本実施の形態４として示したＣＭＵＴセルを構成する材料は、その組み合わせの一つを示したものである。
【０１１１】
さらに、ＣＭＵＴの下部電極は導電膜であればよく、半導体基板でも、半導体基板上に形成した絶縁膜上の導電膜や、信号処理回路を形成した半導体基板上の導電膜であっても良いことは自明である。
【０１１２】
（実施の形態５）
まず、本発明の実施の形態５におけるＣＭＵＴセルの構造について図３４および図３５を参照して説明する。図３４はＣＭＵＴセルの上面を模式的に示す平面図であり、図３５はＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図３４のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図３４のＢ−Ｂ’方向の断面を示している。
【０１１３】
図３４および図３５中の符号３０１は下部電極、符号３０２、３０５、３０７は絶縁膜、符号３０３は空洞部、符号３０６は上部電極、符号３０８は空洞部を形成するためのウェットエッチング孔である。すなわち、ウェットエッチング孔３０８は、空洞部３０３に接続されている。また、符号３１０は、上部電極３０６へ電源供給するためのパッド開口部であり、３１１は下部電極３０１に電源供給するためのパッド開口部である。図３４において、下部電極３０１と上部電極３０６を示すために、絶縁膜３０２、３０７は図示していない。また空洞部３０３と絶縁膜３０２の開口部の位置関係を示すために、空洞部３０３と上部電極開口部の側面３１２を示してある。また、本実施の形態５におけるＣＭＵＴセルのメンブレンは上部電極３０６および絶縁膜３０７から構成される。
【０１１４】
本実施の形態５におけるＣＭＵＴセルでは、図３４、図３５に示すように、上部電極３０６と下部電極３０１の間に絶縁膜３０２と絶縁膜３０５を堆積し、絶縁膜３０５に絶縁膜３０２に達する開口部を形成し、開口部を覆うように上部電極を形成している。このような構成では、絶縁膜３０２と絶縁膜３０５を異種材料の絶縁膜とすることにより、絶縁膜３０５に開口部を形成する際のエッチングで、エッチング深さが制御性よくエッチングできる。つまり、空洞部３０３の厚さを制御できる。また、前記実施の形態４と同様に、空洞部と空洞部以外の電極間隔を独立に制御でき、空洞部３０３での下部電極３０１と上部電極３０６の間隔を大きくすることなく、空洞部以外の下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くすることができ、受信感度の低下を抑制し、かつ耐電圧を向上できる。すなわち、空洞部での電極間隔は同じであり、超音波受信時での電気容量変化量は変化させずに、空洞部以外の電極に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。
【０１１５】
次に、本発明の実施の形態５におけるＭＥＭＳ技術を用いたＣＭＵＴセルの製造方法を説明する。本実施の形態５に記載されたＣＭＵＴセルの製造方法は、図２８〜図３３に示した前記実施の形態４の製造方法とほぼ同一である。相違点は、前記実施の形態４では、図２８、図２９で示したように、４００ｎｍの絶縁膜３０２を形成し、その後、絶縁膜３０２の３００ｎｍエッチングすることで、絶縁膜３０２に開口部を形成したが、本実施の形態５では、１００ｎｍの絶縁膜３０２の形成後、３００ｎｍの絶縁膜３０５を形成し、その後、絶縁膜３０５を絶縁膜３０２に達するようにエッチングすることで開口部を形成する。
【０１１６】
以上説明したように、本実施の形態５のＣＭＵＴセルによれば、下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれる絶縁膜の厚さが、空洞部３０３よりも空洞部３０３以外で厚く出来る。したがって、空洞部３０３での電極間隔は不変であり、超音波受信時での電気容量変化量は変化させずに、空洞部３０３以外の電極に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。
【０１１７】
また、上部電極３０６と下部電極３０１に挟まれる絶縁膜を絶縁膜３０２と絶縁膜３０５の２層とすることで、空洞部３０３の厚さを制御良く形成できる。
【０１１８】
図３４および図３５において示したＣＭＵＴセルは、単体のＣＭＵＴセルの形態であるが、ＣＭＵＴセルをアレイ状に配置し、かつ下部電極を分割した場合でも、下部電極３０１と上部電極３０６に挟まれる絶縁膜の厚さが、空洞部３０３よりも空洞部３０３以外で厚く出来る。したがって、空洞部３０３での電極間隔は不変であり、超音波受信時での電気容量変化量は変化させずに、空洞部３０３以外の電極に挟まれた絶縁膜の厚さを厚くできるので、電気寄生容量を抑制できる。
【０１１９】
なお、図３４において、ＣＭＵＴセルの平面形状は八角形の形状をしているが、形状はこれに限らず、例えば、円形形状でも矩形をしていてもよい。
【０１２０】
また、本実施の形態５として示したＣＭＵＴセルを構成する材料は、その組み合わせの一つを示したものである。
【０１２１】
さらに、ＣＭＵＴの下部電極は導電膜であればよく、半導体基板でも、半導体基板上に形成した絶縁膜上の導電膜や、信号処理回路を形成した半導体基板上の導電膜であっても良いことは自明である。
【０１２２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明の超音波トランスデューサは、医療用を始めとする超音波を用いた検査を行う機関、および検査装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。また、製造方法は超音波トランスデューサを製造する製造業に幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＣＭＵＴセルを模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図３】本発明の実施の形態１におけるＣＭＵＴセルの製造工程中の断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図４】図３に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図５】図４に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図６】図５に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図７】図６に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図８】図７に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図９】図８に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図１０】図９に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図１１】図１０に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図１２】図１１に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図１３】本発明の実施の形態１におけるＣＭＵＴを模式的に示す平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１におけるＣＭＵＴを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図１３のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１３のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図１５】本発明の実施の形態２におけるＣＭＵＴセルを模式的に示す平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２におけるＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図１５のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１５のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図１７】本発明の実施の形態２におけるＣＭＵＴセルの動作を説明するための図であり、（ａ）は非動作時の畝部を有しないＣＭＵＴセル、（ｂ）は動作時の畝部を有しないＣＭＵＴセル、（ｃ）は非動作時の畝部を有するＣＭＵＴセル、（ｄ）は動作時の畝部を有するＣＭＵＴセルを示す。
【図１８】本発明の実施の形態２におけるＣＭＵＴセルの製造工程中の断面図であり、（ａ）は図１５のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１５のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図１９】図１８に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１５のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１５のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図２０】図１９に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図１５のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図１５のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図２１】本発明の実施の形態３におけるＣＭＵＴセルを模式的に示す平面図である。
【図２２】本発明の実施の形態３におけるＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図２１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図２３】本発明の実施の形態３におけるＣＭＵＴセルの製造工程中の断面図であり、（ａ）は図２１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図２４】図２３に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図２１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図２５】図２３に続くＣＭＵＴセルの製造工程中における断面図であり、（ａ）は図２１のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２１のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図２６】本発明の実施の形態４におけるＣＭＵＴセルを模式的に示す平面図である。
【図２７】本発明の実施の形態４におけるＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図２６のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２６のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図２８】本発明の実施の形態４におけるＣＭＵＴセルの製造工程中の断面図であり、（ａ）は図２６のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２６のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図２９】図２８に続くＣＭＵＴセルの製造工程中の断面図であり、（ａ）は図２６のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２６のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図３０】図２９に続くＣＭＵＴセルの製造工程中の断面図であり、（ａ）は図２６のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２６のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図３１】図３０に続くＣＭＵＴセルの製造工程中の断面図であり、（ａ）は図２６のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２６のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図３２】図３１に続くＣＭＵＴセルの製造工程中の断面図であり、（ａ）は図２６のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２６のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図３３】図３２に続くＣＭＵＴセルの製造工程中の断面図であり、（ａ）は図２６のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図２６のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図３４】本発明の実施の形態５におけるＣＭＵＴセルを模式的に示す平面図である。
【図３５】本発明の実施の形態５におけるＣＭＵＴセルを模式的に示す断面図であり、（ａ）は図３４のＡ−Ａ’方向の断面、（ｂ）は図３４のＢ−Ｂ’方向の断面を示す。
【図３６】本発明者らが検討したＣＭＵＴセルの一例を模式的に示す断面図である。
【図３７】本発明者らが検討したＣＭＵＴセルの他の一例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０１  下部電極
１０２  絶縁膜
１０３  空洞部
１０４  絶縁膜
１０５  上部電極
１０６  メンブレン
３０１  下部電極
３０２  絶縁膜
３０３  空洞部
３０４、３０５  絶縁膜
３０６  上部電極
３０７  絶縁膜
３０８  ウェットエッチング孔
３０９  絶縁膜
３１０、３１１  パッド開口部
３１２  側面
３１３  犠牲層
３１４  絶縁膜
３１５  段差部
【図１】
2008098697.tif 000003
【図２】
2008098697.tif 000004
【図３】
2008098697.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008098697.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008098697.tif 000009
【図８】
2008098697.tif 000010
【図９】
2008098697.tif 000011
【図１０】
2008098697.tif 000012
【図１１】
2008098697.tif 000013
【図１２】
2008098697.tif 000014
【図１３】
2008098697.tif 000015
【図１４】
2008098697.tif 000016
【図１５】
2008098697.tif 000017
【図１６】
2008098697.tif 000018
【図１７】
2008098697.tif 000019
【図１８】
2008098697.tif 000020
【図１９】
2008098697.tif 000021
【図２０】
2008098697.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2008098697.tif 000025
【図２４】
2008098697.tif 000026
【図２５】
2008098697.tif 000027
【図２６】
2008098697.tif 000028
【図２７】
2008098697.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
2008098697.tif 000031
【図３０】
2008098697.tif 000032
【図３１】
2008098697.tif 000033
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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