(57)【要約】【課題】静電容量型トランスデューサのセル径を精度良く制御でき、セル間接続部を形成する場合にも該接続部とセルの振動膜との間の段差が抑制された構造を実現できる技術を提供する。【解決手段】静電容量型トランスデューサは、第１の電極１０２と、これと間隙１０９を隔てた第２の電極１０６を含む振動膜１０５とを備える構造のセルを複数有する。第１の電極となる部分を含む第１層と、エッチングされて間隙となる部分を含む第２層と、振動膜の部分を含む第３層とが積層された基板を用いて形成される。セルに連結する接続部１１８、１１９及びセルを画する溝１２２が、第３層１１５に至るまで形成され、セル及び接続部の側の溝の側壁に、振動膜及び接続部を支持する支持部である絶縁膜１１２が形成される。間隙１０９は、第２層のエッチングにより形成され、接続部とセルは第３層を共通に含んで連結されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、前記第１の電極と間隙を隔てて設けられた第２の電極を含む振動膜と、を備える構造のセルを複数有する静電容量型トランスデューサであって、
前記第１の電極となる部分を含む第１層と、エッチングされて前記間隙となる部分を含む第２層と、前記振動膜の少なくとも一部となる部分を含む第３層と、が平板状にこの順に積層された基板を用いて形成され、
前記セルに連結する接続部及び前記セルを画する溝が、前記第３層と前記第２層を貫き第１層に至るまで形成され、
前記セル及び前記接続部の側の前記溝の側壁に、前記振動膜及び前記接続部を支持する支持部である絶縁膜が形成され、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙は、前記第２層のエッチングにより形成され、
前記接続部と前記セルは前記第３層を共通に含んで連結され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】
前記基板は、ハンドル層とボックス層と活性層を有するＳＯＩ基板であ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】
前記第１の電極の前記間隙に面する表面及び前記振動膜の前記間隙に面する表面に、同じ厚さの熱シリコン酸化膜を有することを特徴とする請求項２に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項４】
前記接続部は前記セルより幅が狭い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】
前記接続部は、前記第２層の部分がエッチングされた架橋構造を有する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】
前記支持部の少なくとも一部は窒化膜で形成されてい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】
前記支持部の少なくも一部は多結晶シリコン膜で形成されてい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】
前記セルの前記第３層の上に前記第２の電極が形成され、前記接続部の前記第３層の上に、前記第２の電極に電気的に接続された電気配線が形成されてい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】
第１の電極と、前記第１の電極と間隙を隔てて位置する第２の電極を含む振動膜と、前記第１の電極上に位置して前記振動膜を支持する支持部と、を備える構造のセルを複数有する静電容量型トランスデューサであって、
前記支持部は、前記振動膜を該支持部の側部で接して支持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１０】
前記セルに連結する接続部と、前記接続部を支持する支持部と、を更に備え、
前記接続部を支持する支持部は、前記接続部を該支持部の側部で接して支持し、
前記接続部と前記セルは共通層を含んで連結されていることを特徴とする請求項９に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１１】
前記セルの前記共通層の上に前記第２の電極が形成され、前記接続部の前記共通層の上に、前記第２の電極に電気的に接続された電気配線が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１２】
前記支持部の少なくとも一部は窒化膜で形成されていることを特徴とする請求項９から１１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１３】
前記支持部の少なくも一部は多結晶シリコン膜で形成されていることを特徴とする請求項９から１２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１４】
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の作製方法であって、
前記基板を用意する工程と、
前記第１層と前記第２層を貫き第３層に至るまでエッチングすることにより前記溝を形成する工程と、
前記支持部を構成する絶縁膜を前記溝の側壁に形成する工程と、
前記第２層のエッチングのためのエッチング孔を形成する工程と、
前記エッチング孔を介して前記第２層をエッチングして前記間隙を形成する工程と、
を含むことを特徴とする作製方法。
【請求項１５】
前記溝はドライエッチングにより形成することを特徴とする請求項１４に記載の作製方法。
【請求項１６】
前記支持部を構成する絶縁膜はＬＰＣＶＤにより形成することを特徴とする請求項１４または１５に記載の作製方法。
【請求項１７】
前記エッチング孔を封止する工程を含むことを特徴とする請求項１４から１６の何れか１項に記載の作製方法。
【請求項１８】
前記基板は、ハンドル層とボックス層と活性層を有するＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項１４から１７の何れか１項に記載の作製方法。
【請求項１９】
前記第２層のボックス層のエッチングの後に熱酸化して、大気に露出しているシリコン面に熱酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１８に記載の作製方法。
【請求項２０】
請求項１から１９の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサと、前記静電容量型トランスデューサが出力する電気信号を用いて被検体の情報を取得して処理する処理部と、を有し、
前記静電容量型トランスデューサは、被検体からの音響波を受信し、前記電気信号を出力することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２１】
光源を有し、
前記静電容量型トランスデューサは、前記光源から発振した光が被検体に照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換することを特徴とする請求項２０に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２２】
前記静電容量型トランスデューサは、被検体に対して音響波を発することを特徴とする請求項２０に記載の被検体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型のトランスデューサ、半導体プロセスなどを用いて作製するその作製方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波トランスデューサは、圧電材料を用いたものが多く使用されてきたが、近年、半導体プロセスを用いて製造される静電容量型の超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）が注目されている。静電容量型トランスデューサは、間隙（キャビティ）を隔てて対向する２つの平行平板電極を備える構造のセルを複数備え、一方の電極を含む振動可能な振動膜の振動により超音波の送受信が行われる。このようなトランスデューサの作製方法は、大きく言って、接合型と犠牲層型に分けられる。接合型は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の活性層のシリコンを振動膜とし、凹部を形成したシリコン基板とＳＯＩ基板を接合してセル構造を形成する方法である。一方、犠牲層型は、犠牲層と呼ばれる第１の膜を形成し、第１の膜上に第２の膜を覆い被せるように形成し、第１の膜の犠牲層を除去してキャビティを形成する方法である。
【０００３】
超音波距離計のように、空気中を伝播する超音波を生成するような場合、空気の音響インピーダンスは水の音響インピーダンスの約1/3600と小さいので、十分な音圧を出すために超音波素子の大きな振幅の振動が必要になる。また、医療における高密度焦点式超音波治療法（HIFU: High Intensity Focused Ultrasound）に用いるような超音波を生成するような場合にも、大きな音圧が必要になり、超音波素子の大きな振幅の振動が必要である。ＣＭＵＴでは、大きな振幅の振動を得るためには、上下電極間の間隙（ギャップ）を大きくする必要がある。実際に使用できる音圧を出すためには、このギャップは数μｍから数百μｍまで要求される。
【０００４】
こうした大きなギャップをもつＣＭＵＴでは、大きな振幅の振動に耐えられるような厚さと安定した機械特性を持つ振動膜であることが重要であり、ＳＯＩ基板の活性層のシリコン膜を振動膜として用いる例が、非特許文献１に記載されている。また、特許文献１には、接合を必要としない、一枚のＳＯＩ基板でＣＭＵＴを形成する例が記載されている。その方法は、ＳＯＩ基板の活性層（Active layer）をＣＭＵＴの振動膜とし、ハンドル層を下電極とし、ＢＯＸ層（Buried oxide layer：埋め込み酸化膜層）を犠牲層として、ＣＭＵＴを形成する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2009-165931号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectronics and Frequency control, vol56, 2009, 193
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の方法では、犠牲層のボックス層をパターニングした後、ＣＭＵＴのセル側壁としてＬＰＣＶＤ 法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）でシリコン窒化膜を形成する。そして、このシリコン窒化膜を、ボックス層を除去する際のエッチングストップ層として機能させ、セル構造を形成する。しかし、この方法は、セル径を精度良く形成できるが、セル間を接続する電気配線部に段差が発生することとなる。セル間の電気配線部としては多結晶シリコン（Polysilicon）や金属膜を用いるが、この作製方法で、上述した如き広ギャップのＣＭＵＴを形成すると、電気配線部の段差は抵抗をもち、さらには断線する可能性がある。
【０００８】
上記特許文献１は、犠牲層となるボックス層をパターニングしないで、セル構造を形成する方法も記載している。この方法は、犠牲層のエッチング時間でセル径を制御している。犠牲層のエッチング時間でセル径を制御する方法では、複数のセル径の基板内均一性や生産バッチ間の再現性が低くなってしまう可能性がある。以上のように、上述した作製方法には、振動膜としてＳＯＩ基板の活性層を用いることができるという利点があるが、ボックス層をパターニングした場合はセル間の電気配線部に段差ができ、配線抵抗の上昇や断線の可能性が発生する。また、ボックス層をパターニングしない場合は、セル径の基板内均一性などが低くなりやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題に鑑み、本発明は、第１の電極と、前記第１の電極と間隙を隔てて設けられた第２の電極を含む振動膜と、を備える構造のセルを複数有する静電容量型トランスデューサであって、以下の特徴を有する。即ち、前記第１の電極となる部分を含む第１層と、エッチングされて前記間隙となる部分を含む第２層と、前記振動膜の少なくとも一部となる部分を含む第３層と、が平板状にこの順に積層された基板を用いて形成され、前記セルに連結する接続部及び前記セルを画する溝が、前記第３層と前記第２層を貫き第１層に至るまで形成され、前記セル及び前記接続部の側の前記溝の側壁に、前記振動膜及び前記接続部を支持する支持部である絶縁膜が形成され、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙は、前記第２層のエッチングにより形成され、前記接続部と前記セルは前記第３層を共通に含んで連結されている。
【００１０】
また、上記課題に鑑み、本発明の他の静電容量型トランスデューサは、第１の電極と、前記第１の電極と間隙を隔てて位置する第２の電極を含む振動膜と、前記第１の電極上に位置して前記振動膜を支持する支持部と、を備える構造のセルを複数有し、前記支持部は、前記振動膜を該支持部の側部で接して支持していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、精度良くセル径を制御することができ、セル間接続部を形成する場合にも該接続部と振動膜との間の段差が抑制された構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の静電容量型トランスデューサの一実施形態を説明する図。
【図２−１】実施例１の静電容量型トランスデューサとその作製方法を説明する図。
【図２−２】実施例１の静電容量型トランスデューサとその作製方法を説明する図。
【図２−３】実施例１の静電容量型トランスデューサとその作製方法を説明する図。
【図３】実施例２の静電容量型トランスデューサとその作製方法を説明する図。
【図４】実施例３の静電容量型トランスデューサとその作製方法を説明する図。
【図５−１】実施例４の静電容量型トランスデューサとその作製方法を説明する図。
【図５−２】実施例４の静電容量型トランスデューサとその作製方法を説明する図。
【図５−３】実施例４の静電容量型トランスデューサとその作製方法を説明する図。
【図６】実施例５の静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図７】本発明のトランスデューサを含む情報取得装置の例を示す全体ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、静電容量型トランスデューサのセル径の制御と接続部における段差の抑制を両立することができる技術に係わる。その為に、本発明では、第１の電極となる部分を含む第１層と、エッチングされて間隙となる部分を含む第２層と、振動膜の少なくとも一部となる部分を含む第３層と、が平板状にこの順に積層された基板を用いて、静電容量型トランスデューサを作製する。そして、セルに連結する接続部及びセルを画する溝が、第３層と第２層を貫き第１層に至るまで形成され、セル及び接続部の側の溝の側壁に、振動膜と接続部を支持する支持部である絶縁膜が形成され、接続部とセルは前記第３層を共通に含んで連結される。前記基板は、例えばＳＯＩ基板であるが、第１層、第２層、第３層がそれぞれ上記の条件を満たす材料のものであれば、どの様な基板でもよい。また、別の観点から見て、本発明の静電容量型トランスデューサは、第１の電極と、該第１の電極と間隙を隔てて位置する第２の電極を含む振動膜と、第１の電極上に位置して振動膜を支持する支持部と、を備える構造のセルを複数有し、次の特徴を有する。即ち、前記支持部は、前記振動膜を該支持部の側部で接して支持する。支持部が振動膜を支持部上部ではなく、支持部の側部で接して支持するので、支持部の高さばらつきに起因した、振動膜の高さばらつきによるトランスデューサの特性ばらつきを抑制できる。また、振動膜の高さばらつきが抑制されているため、振動膜の上面に形成される配線電極の断線が抑制される。セルに連結する接続部と、該接続部を支持する支持部と、を更に備える構成では、接続部を支持する支持部が、接続部を該支持部の側部で接して支持し、接続部とセルは共通層を含んで連結される。この場合、セルの共通層の上に前記第２の電極を形成し、接続部の共通層の上に、前記第２の電極に電気的に接続された電気配線を形成することができる。
【００１４】
本発明の一実施形態の静電容量型トランスデューサについて図１（a）、（b）を用いて説明する。図１（a）は、本実施形態のトランスデューサの断面図を示し、図１（b）は本実施形態のトランスデューサの上面図を示す。図１（a）のＡ−Ａ’範囲は、図１（b）にある点線Ａ−Ａ’における断面図を示す。
【００１５】
本実施形態の構造は、複数のセルを含む一つのエレメントを示して説明するが、複数のエレメントを有する構造でもよい。図１（b）で示すように、該エレメントは、直列的に繋がった３個のセル１０１、２０１、３０１を有しているが、エレメントを構成するセル数はいくつであってもよい。ここでは、図１（a）に示すように、ハンドル層１１５とボックス層１１６と活性層１１７とを含むＳＯＩ基板のハンドル層１１５を第１の電極１０２として用いている。ハンドル層は低抵抗のシリコン基板であることが望ましく、好ましくは０．１Ωｃｍ以下の抵抗率が良い。ＳＯＩ基板の活性層１１７が振動膜１０５となる。活性層１１７の厚みは、本トランスデューサの望ましい機械特性により決められる。活性層１１７は、それ自体で第２の電極を兼ねてもよい。また、導電性をより良好にするために、活性層の上に導電膜を形成することもできる。
【００１６】
第１の電極１０２とキャビティ１０９を隔てて形成された第２の電極１０６を含む振動膜１０５は、支持部である側壁絶縁膜１１２で支持されている。図１（a）に示すように、支持部は、振動膜を該支持部の側部において接して支持している。次に述べる理由に加え、振動膜の高さばらつきが抑制されるという理由によって、振動膜の上面に形成される配線電極の断線や抵抗上昇が抑制される。振動膜１０５は溝１２２でセル毎に実質的に分離されており、セル間はセル間接続部１１８で連結されている。そのセル間接続部１１８もＳＯＩ基板の活性層１１７で形成されているため、セルの振動膜１０５とセル間接続部１１８との間に段差はない。つまり、接続部１１８も、支持部である側壁絶縁膜１１２の側部において接して支持されていて、セルの振動膜１０５の上面とセル間接続部１１８の上面とは同一平面内にある。本実施形態では、セル間接続部１１８の活性層１１７の下は、セルのキャビティ１０９に繋がった空洞になっている。すなわち、接続部は、第２層の部分がエッチングされた架橋構造を有する。ただし、ここに第２層のボックス層１１６が残っていてもよい。
【００１７】
本実施形態で、図１（b）に示す如く、セルの振動膜１０５上にある第２の電極（上電極）１０６、隣接するセル間接続部の最上層電気接続部（配線）１３１、セル・パッド間接続部１１９の電気接続部（配線）１３２は、同じ導電膜で構成される。ＳＯＩ基板の半導体活性層１１７は導電性を有するため、第２の電極１０６を設けなくても、セル間、及びセルとパッドとの間は通電できるが、さらにセル間の抵抗値を抑制するためには、第２の電極１０６や配線１３１を設けることが望ましい。第２の電極や配線１３１、１３２は必ずしも同一の導電性膜でなくてもよい。金属や多結晶シリコンなどの導電性材料を用いることができる。以上のように振動膜１０５とセル間接続部１１８やセル・パッド間接続部１１９との間に段差はないため、第２の電極１０６とセル間接続部の最上層電気接続部（配線）１３１や電気接続部（配線）１３２との間にも段差はなく、同一平面内で電気接続できて、断線を発生する可能性は低い。
【００１８】
図１に示すように、本トランスデューサに対して信号を出入力するため、配線用のパッド１２０やパッド１２１（後述）も用意する。配線する際に強固なパッドは好ましいので、第２の電極のパッド１２０は、図１（a）に示すようにキャビティ１０９のない振動膜１０５の上に形成する。もし振動膜１０５が十分厚くて頑丈であれば、キャビティないし空洞があっても、第２の電極のパッド１２０を振動膜１０５の上に形成することが可能である。また、側壁絶縁膜１１２を溝１２２の側壁に形成するので、セルの形状は、溝１２２の形状で制御することが可能である。側壁絶縁膜１１２の少なくとも一部は、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法による窒化シリコン膜などの窒化膜が好ましい。
【００１９】
図１に示すように、エッチング孔１０７を介して、キャビティ１０９は外部の空間に繋がっている。空気中で使用する超音波センサの場合、このエッチング孔１０７を封止しなくともよい。液中で超音波トランスデューサに使用する場合は、このエッチング孔１０７を封止するのが好ましい。キャビティの形状は、円形だけでなく、多角形などであっても良い。また、セルやエレメントの配置位置はどのようなものであっても良い。超音波の送信や受信の感度を向上させるためには、より密に配置されるのが好ましい。
【００２０】
本実施形態の駆動原理を説明する。第１の電極１０２あるいは第２の電極１０６は、バイアス電圧を印加する電極、あるいは電気信号を加えるか電気信号を取り出すための電極として用いる。図１（b）では、バイアス電圧を印加する電極として第１の電極１０２を用いており、信号取り出し電極として第２の電極１０６を用いているが、逆にしてもよい。静電容量型トランスデューサで超音波を受信する場合、電圧印加手段（図示せず）で、直流電圧を第１の電極１０２に印加しておく。超音波を受信すると、第２の電極１０６を有する振動膜１０５が変形するため、第２の電極１０６と第１の電極１０２との間の間隙の距離が変わり、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、電流−電圧変換素子（図示せず）によって電圧として超音波を受信することができる。
【００２１】
本実施形態によれば、犠牲層のボックス層を除去する際にセルの側壁（溝の側壁）の絶縁膜（シリコン窒化膜）がエッチングストップ層としてセル径を制御できる。さらに、隣接するセル間に活性層による連結があって、段差のない接続部を形成するため、セル間の配線断線を抑制できる。よって、容易に一枚のＳＯＩ基板で、精度の良いセル径制御と段差抑制されたセル間接続部の形成とを両立した静電容量型トランスデューサを作製することができ、とりわけ広ギャップの静電容量型トランスデューサを実現できる。
【００２２】
以下、より具体的な実施例を説明する。
（実施例１）
実施例１では、エッチング孔を封止せず、かつ振動膜の上に導電性膜を覆うＣＭＵＴの作製方法について説明する。図２−１〜図２−３に、実施例１におけるＣＭＵＴの作製方法を示す。
【００２３】
まず、図２−１（a）に示すように、ＳＯＩ基板を洗浄して用意する。そのハンドル層１１５は第１の電極（下電極）１０２として利用する。ハンドル層１１５は、第１の電極として用いるため低抵抗のシリコン基板であることが望ましく、ここでは抵抗率は０．０１Ωｃｍである。その後、所望のセル形状に従ってＳＯＩ基板をパターニングし、活性層１１７、ボックス層１１６、さらにハンドル層１１５までドライエッチングする。こうして図２−１（b）に示すように、セル間に溝１２２を形成する。ただし、セル間接続部（接続部）１１８は残す。ボックス層をエッチングしてキャビティを良好に形成する観点から、接続部１１８はセルの中央部間を接続するのが好ましいが、中央部から偏ったところに形成されてもよい。そして、図２−１（c）に示すように、ＬＰＣＶＤを用いて基板上にシリコン窒化膜を成膜する。このシリコン窒化膜は、その後の側壁絶縁膜１１２となる。なお、基板の裏面にもシリコン窒化膜が堆積するが、ドライエッチングして除去する。
【００２４】
次に基板上にパターニングし、エッチングして、エッチング孔１０７を形成する。図２−１（d）に示すように、エッチング孔１０７はハンドル層１１５までエッチングして形成したが、ボックス層１１６を犠牲層として除去するためのものであるので、ボックス層１１６まで掘れていればよい。図２−１（e）は、図２−１（d）にあるボックス層レベルの点線Ａ−Ａ’における水平面図を示す。言い換えれば、図２−１（d）のＡ−Ａ’範囲は、図２−１（e）にある点線Ａ−Ａ’における断面図を示す。
【００２５】
次に図２−２（f）に示すように犠牲層であるボックス層を除去するために、基板をＢＨＦ液（Buffered Hydrogen Fluoride Acid）に浸漬する。ＢＨＦ液は、エッチング孔１０７を通じてボックス層のシリコン酸化膜をエッチングして除去し、除去された空間はキャビティ１０９になる。ＬＰＣＶＤで成膜したシリコン窒化膜１１２はＢＨＦ液で殆どエッチングされず、エッチングストップ層として機能し、セルの形状を決定する。
【００２６】
図２−２（g）は、図２−２（f）にあるボックス層レベルの点線Ａ−Ａ’の水平面図を示す。つまり、図２−２（f）のＡ−Ａ’範囲は、図２−２（g）にある点線Ａ−Ａ’の断面図を示す。図２−２（f）と図２−２（g）を参照して分かるように、セル１０１、セル２０１、セル３０１はセル間接続部１１８で連結されている。ＢＨＦ液がエッチング孔１０７に流入して、まずセル３０１にあるボックス層を除去し、そして、セル間流路１３０のボックス層も除去して、流路１３０を介してセル２０１のボックス層を除去する。セル１０１とパッド１２５との間にある流路１３３までエッチングされたら、エッチングを止める。こうして図２−２（g）に示すように、３つのセルのボックス層を完全に除去し、そのセルの形状も制御できる。この隣接するセル間流路１３０、及びセルとパッド１２５との間の流路１３３の流路幅は、セルの有効径（セル面積／円周率の比率の平方根）の３／２以下が好ましく、さらには、セルの有効径の１／２以下がより好ましい。つまり、接続部はセルより幅が狭い。エッチング孔の形成箇所は上記のものには限らない。例えば、各セルの部分に、エッチング孔を形成してもよい。この場合、エッチング時間の制御で、セル間接続部１１８のボックス層の少なくとも一部を残すこともできる（後述の図６の実施例を参照）。
【００２７】
次に基板を洗浄、乾燥して、熱酸化を行い、図２−２（h）に示すように絶縁膜のシリコン熱酸化膜１０３を形成する。前記シリコン窒化膜である側壁絶縁膜１１２の成膜工程では酸素を遮断する。一方この工程では、空気中にシリコンが露出する部位だけに熱酸化膜（絶縁層１０３）が形成される。酸素がエッチング孔１０７を通じて、キャビティ１０９内に入るので、キャビティ１０９の上下にも酸化膜の絶縁層１０３が形成される。この絶縁層１０３を形成することにより、ＣＭＵＴを操作する際にコラプス電圧より大きな直流バイアス電圧を印加して上下電極が接触しても、短絡しないという保護効果が得られる。
【００２８】
次に図２−２（i）に示すように、ドライエッチングで基板表面にある絶縁膜１１２（シリコン窒化膜）及び基板裏面にある絶縁膜１０３（シリコン酸化膜）を除去する。ドライエッチングは異方性を有するので、側壁にある側壁絶縁膜１１２だけを残すことができる。基板表面にある窒化膜を除去する目的は、単結晶シリコン半導体の振動膜１０５を露出させてその上に導電性膜を形成し、第２の電極（上電極）を配線するためである。基板裏面にある酸化膜を除去する目的は、第１の電極（下電極）とするハンドル層１１５を露出させ、第１の電極（下電極）のパッドを設置することである。こうすれば、ＣＭＵＴの上下電極の電気配線が形成できる。また、第２の電極（上電極）を含む振動膜１０５と第１の電極（下電極）１０２は、絶縁膜１０３とキャビティ１０９を介して近い距離で面することになり、素子の電気機械変換効率を高くすることができる。図２−２（i）では、セル間の電気抵抗値を減らしかつ工程を簡便にするため、基板表面の窒化膜をパターニングしていないが、低抵抗の活性層であれば、仕様に応じて適当な形状にパターニングしても構わない。同じように低抵抗のハンドル層であれば、基板裏面の酸化膜を仕様に応じて適当な形状にパターニングしてもよい。
【００２９】
次に図２−３（j）に示すように、基板の表面に振動膜１０５上の導電性膜を形成し、パターニングして第２の電極（上電極）１０６及び第２の電極のパッド１２０を形成する。そして、基板裏面にも第１の電極（下電極）のパッド１２１を成膜してパターニングする。図２−３（k）は、図２−３（j）にあるＡ−Ａ’範囲の上面図を示す。言い換えれば、図２−３（j）のＡ−Ａ’範囲は、図２−３（k）にある点線Ａ−Ａ’の断面図を示す。図２−３（j）、図２−３（k）を参照して分かるように、セルの第２の電極（上電極）１０６、セル間電気接続部１３１、第２の電極のパッド１２０、セルとパッドとの電気接続部１３２は、全て活性層１１７の上に載せるので、段差のない電気接続ができる。
【００３０】
（実施例２）
実施例２では、エッチング孔を封止し、かつ導電性膜を振動膜の上に形成するＣＭＵＴの作製方法について説明する。図３に本発明の実施例２におけるＣＭＵＴの作製方法を説明する図を示す。
【００３１】
本実施例のＣＭＵＴ作製方法では、まず上記実施例１の図２−１（a）〜図２−２（h）に示す工程と同じように基板を形成する。その後、図３（a）に示すように、基板の表面に封止膜１１３を成膜し、エッチング孔１０７を封止して封止部１０８を形成する。この封止膜１１３は、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)で形成したシリコン窒化膜である。封止膜はシリコン酸化膜でもよいし、 ＬＰＣＶＤで形成したシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜でもよい。図３（a）において封止部１０８にある封止膜１１３はエッチング孔１０７を塞いているが、エッチング孔の径により（例えば径を大きくすることにより）、エッチング孔付近のキャビティ１０９までを塞ぐことも可能である。
【００３２】
次に図３（b）に示すように、基板表面にある封止膜１１３及び絶縁膜１１２をドライエッチングで除去する。基板裏面も、ドライエッチングで絶縁膜１０３（シリコン酸化膜）を除去する。その目的と効果は、上記実施例１の図２−２（i）に示す工程と同じである。ドライエッチングが異方性を有するので、キャビティ１０９の側壁は、側壁絶縁膜１１２及び封止膜１１３で構成される。つまり、振動膜の支持部の少なくも一部は多結晶シリコン膜で形成されている。
【００３３】
次に図３（c）に示すように、振動膜１０５の上に導電性膜を形成し、パターニングして第２の電極（上電極）１０６及び第２の電極のパッド１２０を形成する。そして基板裏面に第１の電極（下電極）のパッド１２１を成膜してパターニングする。図３（d）は図３（c）にあるＡ−Ａ’範囲の上面図を示す。つまり、図３（c）のＡ−Ａ’範囲は、図３（d）にある点線Ａ−Ａ’の断面図を示す。ここでも図３（c）と図３（d）から分かるように、セルの第２の電極（上電極）１０６、セル間電気接続部１３１、第２の電極のパッド１２０、セルとパッドとの間の電気接続部１３２は全て活性層１１７の上に載っているので、段差のない電気接続ができる。
【００３４】
（実施例３）
実施例３では、エッチング孔を封止し、かつ振動膜自体を第２の電極（上電極）とするＣＭＵＴの作製方法について説明する。図４に実施例３におけるＣＭＵＴの作製方法を示す。
【００３５】
本実施例のＣＭＵＴ作製方法では、まず上記実施例２の図３（a）に示す工程までと同じように基板を形成する。その後、図４（a）に示すように、基板の表面にパターニングして絶縁膜１１２及び封止膜１１３をエッチングし、導電性膜で第２の電極（上電極）のパッド１２０を形成する。基板の裏面も絶縁膜１０３（酸化膜）をパターニングしてエッチングし、第１の電極（下電極）のパッド１２１を形成する。
【００３６】
図４（b）は、図４（a）にあるボックス層レベルの点線Ａ−Ａ’の水平面図を示す。言い換えれば、図４（a）のＡ−Ａ’範囲は、図４（b）にある点線Ａ−Ａ’の断面図を示す。本実施例によれば、エッチング孔を封止でき、かつ低抵抗半導体の活性層である振動膜自体を第２の電極（上電極）とする。よって、セル間の電気接続部も振動膜と同じ活性層１１７で形成するため、断線の可能性が低い。
【００３７】
（実施例４）
実施例４は、上記実施例３の特徴（エッチング孔の封止及び振動膜自体が第２の電極）に加えて、振動膜の上下に同じ厚さの絶縁膜を有する特徴及び基板裏面に取り出す貫通配線を有する特徴を持つ。図５−１〜図５−３に、実施例４におけるＣＭＵＴの作製方法を説明する図を示す。
【００３８】
本実施例のＣＭＵＴ作製方法では、まず上記実施例１の図２−１（c）に示す工程までと同じように基板を形成する。その後、図５−１（a）に示すように、基板表面を全面ドライエッチングして、側壁のみを残して絶縁膜１１２（窒化膜）を除去する。基板表面にある窒化膜を除去する目的は、単結晶シリコン半導体の振動膜１０５を露出させ、その後に熱酸化工程で熱酸化膜を形成することにある。
【００３９】
次に、図５−１（b）に示すように、パターニング及びドライエッチングによりエッチング孔１０７を形成する。その後、図５−１（c）に示すように、犠牲層のボックス層１１６を除去する。この工程は、上記実施例１の図２−２（f）、図２−２（g）に示す工程と同じである。図５−１（d）は、図５−１（c）にあるボックス層レベルの点線Ａ−Ａ’の水平面図を示す。つまり、図５−１（c）のＡ−Ａ’範囲は、図５−１（d）にある点線Ａ−Ａ’の断面図を示す。
【００４０】
次に、上記実施例１の図２−２（h）に示す工程と同じように基板を熱酸化して、大気に露出しているシリコン面に図５−２（e）に示すようにシリコン熱酸化膜で構成する絶縁膜１０３を形成する。熱酸化工程は供給律速ではなく、表面反応律速であるため、キャビティ１０９内の上下表面にも熱酸化膜が同じ速度で形成できる。即ち、振動膜１０５の上下にある絶縁膜１０３が同時的に形成され、これらは同じ厚さであり、応力も同じである。こうして第１の電極の間隙に面する表面及び振動膜の間隙に面する表面に、同じ厚さの熱シリコン酸化膜が形成される。これにより上下応力のバランスが取れるため、振動膜１０５は撓みが少なく、ほぼ水平であるという利点がある。次に、上記実施例２の図３（a）に示す工程と同じように封止膜１１３を堆積し、図５−２（f）に示すようにエッチング孔１０７を封止して封止部１０８を形成する。
【００４１】
次に、上記実施例２の図３（b）に示す工程と同じようにパターニングなしでドライエッチングして、図５−２（g）に示すように基板表面にある封止膜１１３（シリコン窒化膜）を除去する。ドライエッチングが異方性を有するので、形成されたキャビティ１０９の側壁には、側壁絶縁膜１１２及び封止膜１１３が残る。
【００４２】
次に、図５−３（h）に示すように基板の表面にパターニングし、ドライエッチングして、エッチング孔１３８を形成する。そして深堀ドライエッチングで、基板の裏面にシリコン貫通配線の周辺のエッチング溝１３６を形成する。第２の電極１０６とする振動膜１０５を、ハンドル層にあるシリコン貫通配線１３５に電気的に接続するため、このエッチング孔１３８は、ハンドル層１１５まで掘る必要がある。即ち、このシリコン貫通配線１３５によって、第２の電極とする振動膜１０５に発生する信号を基板の裏面側に引き出すことが可能である。このシリコン貫通配線１３５と第１の電極のハンドル層１１５とを絶縁させるため、エッチング溝１３６はボックス層１１６まで掘る必要がある。図５−３（i）は、図５−３（h）にあるボックス層レベルの点線Ａ−Ａ’の水平面図を示す。言い換えれば、図５−３（h）のＡ−Ａ’範囲は、図５−３（i）にある点線Ａ−Ａ’の断面図を示す。
【００４３】
次に、図５−３（j）に示すように、前記エッチング孔１３８に導電性膜を成膜して導電性の貫通配線部１３７を形成する。一方、基板の裏面に、前記シリコン貫通配線１３５の表面及び第１の電極１０２の一部の表面をエッチングしてシリコンを露出させ、導電性膜を成膜して第２の電極のパッド１２０及び第１の電極のパッド１２１を形成する。図５−３（k）は、図５−３（j）にあるボックス層レベルの点線Ａ−Ａ’の水平面図を示す。言い換えれば、図５−３（j）のＡ−Ａ’範囲は、図５−３（k）にある点線Ａ−Ａ’の断面図を示す。
【００４４】
上記実施例１〜４において、複数のセルが直列的に配置される場合、単一のエッチング孔を介するエッチング工程で該直列する複数のセルのキャビティを一括形成することが可能である。即ち、エッチング孔１０７をパッド（もしくは貫通配線部）の反対位置に配置すれば、直列的に隣接する複数のセルを形成でき、該直列的に複数接続するセル群は１つのエレメントを構成することができる。
【００４５】
（実施例５）
上記実施例１〜４では、３つの隣接するセルがパッド（もしくは貫通配線部）に直列的に接続する例を示した。実施例５では、３つのセルを直列的に隣接させず、パッド（もしくは貫通配線部）に並列的に接続する例を示す。実施例５のＣＭＵＴを説明する図６は、３つのセルを並列的に貫通配線部に接続したボックス層レベルの水平面図を示す。本実施例におけるＣＭＵＴは、上記実施例４と同様に形成する。図６に示すように、複数のセル１０１、２０１、３０１は１つパッド（もしくは貫通配線部１３７）に並列的に接続している。本実施例によって、複数のセルを同じパッド（もしくは貫通配線部）に並列的に接続することが可能である。
【００４６】
（他の実施形態）
上記トランスデューサは、超音波診断装置などの被検体情報取得装置に適用することができる。被検体からの音響波をトランスデューサで受信し、出力される電気信号を用い、光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報や音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報を取得できる。
【００４７】
より詳しくは、情報取得装置の一例は、被検体に光（可視光線、赤外線などを含む電磁波）を照射する。このことにより被検体内の複数の位置（部位）で発生した光音響波を受信し、被検体内の複数の位置に夫々対応する特性情報の分布を示す特性分布を取得する。光音響波により取得される特性情報とは、光の吸収に関わる特性情報を示し、光照射によって生じた光音響波の初期音圧、或いは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や、吸収係数、組織を構成する物質の濃度、等を反映した特性情報を含む。物質の濃度とは、例えば、酸素飽和度やトータルヘモグロビン濃度や、オキシヘモグロビン或いはデオキシヘモグロビン濃度などである。また、情報取得装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的とすることもできる。よって、被検体としては生体、具体的には人や動物の乳房、頸部、腹部などの診断対象が想定される。被検体内部にある光吸収体としては、被検体内部で相対的に吸収係数が高い組織がある。例えば、人体の一部が被検体であれば、オキシヘモグロビン或いはデオキシヘモグロビンやそれらを多く含む血管、或いは新生血管を多く含む腫瘍、頸動脈壁のプラークなどがある。さらには、金粒子やグラファイトなどを利用して、悪性腫瘍などと特異的に結合する分子プローブや、薬剤を伝達するカプセルなども光吸収体となる。
【００４８】
また、光音響波の受信だけでなく、トランスデューサを含むプローブから送信される超音波が被検体内で反射した超音波エコーによる反射波を受信することにより、被検体内の音響特性に関する分布を取得することもできる。この音響特性に関する分布は、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した分布を含む。
【００４９】
図７（ａ）は、光音響効果を利用した情報取得装置を示す。光源２０１０が発振したパルス光は、レンズ、ミラー、光ファイバー等の光学部材２０１２を介して、被検体２０１４に照射される。被検体２０１４の内部にある光吸収体２０１６は、パルス光のエネルギーを吸収し、音響波である光音響波２０１８を発生する。探触子部２０２２内の本発明のトランスデューサ２０２０は、光音響波２０１８を受信して電気信号に変換し、探触子部のフロントエンド回路に出力する。フロントエンド回路ではプリアンプ等の信号処理を行い、接続部を介してこれを本体部の信号処理部２０２４に送る。信号処理部２０２４では、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、同じく本体部のデータ処理部２０２６へ出力する。データ処理部２０２６は、入力された信号を用いて被検体情報（光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した特性情報）を画像データとして取得する。ここでは、信号処理部２０２４とデータ処理部２０２６を含めて、処理部という。表示部２０２８は、データ処理部２０２６から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。探触子部２０２２と本体部を一体にした構成とすることもできる。
【００５０】
図７（ｂ）は、音響波の反射を利用した超音波エコー診断装置などの情報取得装置を示す。探触子部２１２２内の本発明のトランスデューサ２１２０から被検体２１１４へ送信された音響波は、反射体２１１６により反射される。トランスデューサ２１２０は、反射された音響波（反射波）２１１８を受信して電気信号に変換し、探触子部内のフロントエンド回路に出力する。フロントエンド回路ではプリアンプ等の信号処理を行い、接続部を介してこれを本体部の信号処理部２１２４に送る。信号処理部２１２４は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、同じく本体部のデータ処理部２１２６へ出力する。データ処理部２１２６は、入力された信号を用いて被検体情報（音響インピーダンスの違いを反映した特性情報）を画像データとして取得する。ここでも、信号処理部２１２４とデータ処理部２１２６を含めて、処理部という。表示部２１２８は、データ処理部２１２６から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。ここでも、探触子部２１２２と本体部を一体にした構成とすることもできる。
【００５１】
探触子部は、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が被検体に対して移動させるもの（ハンドヘルド型）であってもよい。また、図７（ｂ）のように反射波を用いる装置の場合、音響波を発する探触子は受信する探触子と別に設けても良い。さらに、図７（ａ）と図７（ｂ）の装置の機能をどちらも兼ね備えた装置とし、被検体の光学特性値を反映した被検体情報と、音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報と、をどちらも取得するようにしてもよい。この場合、図７（ａ）のトランスデューサ２０２０が光音響波の受信だけでなく、音響波の送信と反射波の受信を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０１、２０１、３０１・・セル、１０２・・第１の電極（下電極）、１０５・・振動膜、１０６・・第２の電極（上電極）、１０９・・ キャビティ（間隙）、１１２・・支持部（側壁絶縁膜、エッチングストップ絶縁膜）、１１５・・ハンドル層（第１層）、１１６・・ボックス層（第２層）、１１７・・活性層（第３層）、１１８、１１９・・接続部（セル間接続部、セル・パッド間接続部）、１２２・・溝
【図７】
2016039476.tif 000003
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
2016039476.tif 000010
【図５−２】
2016039476.tif 000011
【図５−３】
2016039476.tif 000012
【図６】
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