JP5417835B2 - Ultrasonic sensor and method for manufacturing ultrasonic sensor - Google Patents

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Description

この発明は、超音波センサー及び超音波センサーの製造方法に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic sensor and a method for manufacturing the ultrasonic sensor.

従来から、ダイアフラム型の超音波センサーが知られている。従来の超音波センサーは、ダイアフラムの一方の面側に２つの電極で挟んだＰＺＴセラミックスの薄膜層を有し、これらの電極から出力される電気信号を用いて超音波を検出する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１ではシリコン基板を強アルカリ性の液体とピロカテコールと水の混合液による異方性エッチングを行うことにより、０．７ｍｍ角のダイアフラム構造を作製している。
２００６−３１９９４５号公報 Conventionally, a diaphragm type ultrasonic sensor is known. A conventional ultrasonic sensor has a thin film layer of PZT ceramic sandwiched between two electrodes on one surface side of a diaphragm, and detects ultrasonic waves using electrical signals output from these electrodes (for example, patents) Reference 1). In Patent Document 1, a 0.7 mm square diaphragm structure is manufactured by performing anisotropic etching on a silicon substrate using a mixture of a strongly alkaline liquid, pyrocatechol, and water.
2006-319945

しかしながら、上記従来の超音波センサーにおいては、シリコン基板をエッチングする際に所望の形状を得ることが困難である。特許文献１では、シリコン基板の両面を熱酸化し、片方の面の酸化膜をＢＨＦ（緩衝弗酸）によるエッチングで開口させ、開口を形成した酸化膜を介してシリコン基板を上記の混合液により異方性エッチングしている。   However, in the conventional ultrasonic sensor, it is difficult to obtain a desired shape when the silicon substrate is etched. In Patent Document 1, both sides of a silicon substrate are thermally oxidized, an oxide film on one side is opened by etching with BHF (buffered hydrofluoric acid), and the silicon substrate is made of the above mixed liquid through the oxide film having the opening formed therein. Anisotropic etching.

そのため、基板の異方性エッチングが進行すると、エッチングにより基板に形成された開口部が基板の反対側の面に形成された酸化膜に到達し、酸化膜の基板側の面が開口部に露出される。開口部に露出した酸化膜は、上記の混合液によって僅かながらエッチングされる。これにより、基板の開口部を閉塞する酸化膜が設計値よりも目減りして薄くなってしまう。そのため、ダイアフラムとして機能する酸化膜において、所望の共振周波数を得ることが困難になるという課題がある。   Therefore, when anisotropic etching of the substrate proceeds, the opening formed in the substrate by etching reaches the oxide film formed on the opposite surface of the substrate, and the substrate side surface of the oxide film is exposed to the opening. Is done. The oxide film exposed in the opening is slightly etched by the above mixed solution. As a result, the oxide film that closes the opening of the substrate becomes thinner than the design value and becomes thin. Therefore, there is a problem that it is difficult to obtain a desired resonance frequency in the oxide film functioning as a diaphragm.

また、開口部の径を例えば４００μｍとし、開口部に露出した酸化膜の共振周波数を約３００ｋＨｚと設定すると、必要な酸化膜の厚さは約３μｍとなる。そのため、上記のように酸化膜が目減りして薄くなることを考慮して、酸化膜の厚さを設計値よりも厚く形成する必要がある。ところが、酸化膜の厚さが厚くなると、酸化膜を基板の表面に熱酸化によって形成する場合に基板に反りが発生して後の工程に不具合を生じてしまうという課題がある。   Further, when the diameter of the opening is set to 400 μm, for example, and the resonance frequency of the oxide film exposed to the opening is set to about 300 kHz, the required thickness of the oxide film is about 3 μm. For this reason, it is necessary to make the oxide film thicker than the design value in consideration of the fact that the oxide film becomes thinner and thinner as described above. However, when the thickness of the oxide film is increased, there is a problem that when the oxide film is formed on the surface of the substrate by thermal oxidation, the substrate is warped, causing a problem in a subsequent process.

また、異方性エッチングにおいては、基板の表面が浸食されて荒れた状態となってしまうという課題がある。   Further, anisotropic etching has a problem that the surface of the substrate is eroded and becomes rough.

そこで、本発明は、ダイアフラムの共振周波数を容易に所望の値に設定することができると共に、製造工程における不具合を防止することができ、さらに開口部が形成された基部の表面を平滑にすることができる超音波センサー及び超音波センサーの製造方法を提供するものである。   Therefore, the present invention can easily set the resonance frequency of the diaphragm to a desired value, can prevent problems in the manufacturing process, and smoothes the surface of the base where the opening is formed. The present invention provides an ultrasonic sensor and a method for manufacturing the ultrasonic sensor.

上記の課題を解決するために、本発明の超音波センサーは、超音波を発信又は受信する超音波センサーであって、開口部が形成された基部と、前記基部に設けられ前記開口部を閉塞する振動板と、該振動板に設けられた圧電体と、を備え、前記基部及び振動板の前記圧電体が設けられた側と反対側が保護機能膜によって覆われており、前記圧電体は前記振動板の前記基部とは反対側で前記開口部と平面的に重なる振動領域に設けられ、前記振動領域において、前記振動板と前記保護機能膜とが積層されることでダイアフラムを形成し、前記振動板は、シリコンにより形成された前記基部を熱酸化することでシリコン酸化物から形成される第１酸化膜と、前記第１酸化膜における前記保護機能膜と反対側に設けられた第２酸化膜と、を含むことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, an ultrasonic sensor according to the present invention is an ultrasonic sensor that transmits or receives ultrasonic waves, and includes a base portion in which an opening is formed, and a base provided on the base that closes the opening. And a piezoelectric body provided on the diaphragm, the base and the side of the diaphragm opposite to the side on which the piezoelectric body is provided are covered with a protective functional film, and the piezoelectric body is Provided in a vibration region that is planarly overlapped with the opening on the opposite side of the base of the diaphragm, and in the vibration region, the diaphragm and the protective functional film are laminated to form a diaphragm, The diaphragm includes a first oxide film formed from silicon oxide by thermally oxidizing the base portion formed of silicon, and a second oxide provided on the opposite side of the first oxide film to the protective function film. that include a film, a And features.

このように構成することで、基部の開口部を閉塞する振動板の厚さを保護機能膜の厚さによって補うことができる。したがって、基部の開口部を閉塞する振動板の厚さが設計値よりも目減りして薄くなった場合であっても、振動板を覆う保護機能膜の厚さを調整することで、振動板と保護機能膜からなるダイアフラムの共振周波数を容易に所望の値とすることができる。
また、振動板の厚さを変更せず、保護機能膜を厚くすることで振動板と保護機能膜からなるダイアフラムの共振周波数を低下させることができる。したがって、振動板を例えば熱酸化等によって形成する場合であっても、振動板の厚さ薄くして基部の反りを防止し、後の製造工程における不具合を防止することができる。
また、基部に開口部を形成する際に基部の表面が荒れた状態になった場合であっても、基部の表面を覆う保護機能膜によって基部の表面を平滑にすることができる。 By comprising in this way, the thickness of the diaphragm which obstruct | occludes the opening part of a base can be supplemented with the thickness of a protective function film | membrane. Therefore, even if the thickness of the diaphragm that closes the opening of the base is reduced from the design value and becomes thinner, by adjusting the thickness of the protective functional film that covers the diaphragm, The resonance frequency of the diaphragm made of the protective function film can be easily set to a desired value.
Further, by increasing the thickness of the protective function film without changing the thickness of the diaphragm, the resonance frequency of the diaphragm composed of the diaphragm and the protective function film can be lowered. Therefore, even when the diaphragm is formed, for example, by thermal oxidation, the thickness of the diaphragm can be reduced to prevent warping of the base, and problems in subsequent manufacturing processes can be prevented.
Further, even when the surface of the base becomes rough when the opening is formed in the base, the surface of the base can be smoothed by the protective function film covering the surface of the base.

また、本発明の超音波センサーは、前記圧電体は前記振動板の前記基部とは反対側で前記開口部と平面的に重なる振動領域に設けられ、前記振動領域において、前記振動板と前記保護機能膜とが積層されていることを特徴とする。   In the ultrasonic sensor according to the present invention, the piezoelectric body may be provided in a vibration region that overlaps the opening in a plane opposite to the base portion of the vibration plate, and the vibration plate and the protection member are provided in the vibration region. A functional film is laminated.

このように構成することで、圧電体に所定の電圧を印加して振動領域において振動板と保護機能膜からなるダイアフラムを振動させ、超音波を発信することができる。
また、振動領域のダイアフラムに入射した超音波によりダイアフラムが振動し、圧電体が変形する。したがって、超音波によるダイアフラムの振動を電気信号に変換して外部に出力することができる。 With such a configuration, it is possible to transmit ultrasonic waves by applying a predetermined voltage to the piezoelectric body to vibrate the diaphragm including the diaphragm and the protective function film in the vibration region.
Further, the diaphragm is vibrated by the ultrasonic wave incident on the diaphragm in the vibration region, and the piezoelectric body is deformed. Therefore, diaphragm vibration caused by ultrasonic waves can be converted into an electrical signal and output to the outside.

また、本発明の超音波センサーは、前記保護機能膜の厚さは、前記振動領域における前記振動板及び前記保護機能膜の共振周波数に基づいて決定されていることを特徴とする。   In the ultrasonic sensor according to the present invention, the thickness of the protective function film is determined based on a resonance frequency of the diaphragm and the protective function film in the vibration region.

このように構成することで、保護機能膜の膜厚を調整し、前記振動板と前記保護機能膜からなるダイアフラムの共振周波数を所望の値にすることができる。   With this configuration, the thickness of the protective function film can be adjusted, and the resonance frequency of the diaphragm including the diaphragm and the protective function film can be set to a desired value.

また、本発明の超音波センサーは、前記基部はシリコンにより形成され、前記振動板はシリコン酸化物により形成されていることを特徴とする。   In the ultrasonic sensor according to the present invention, the base is made of silicon, and the diaphragm is made of silicon oxide.

このように構成することで、基部の表面を熱酸化させて振動板を形成することができる。これにより、超音波センサーの製造工程を容易にして、生産性を向上させることができる。   By comprising in this way, the surface of a base can be thermally oxidized and a diaphragm can be formed. Thereby, the manufacturing process of an ultrasonic sensor can be facilitated and productivity can be improved.

また、本発明の超音波センサーは、前記保護機能膜はシリコン酸化物により形成されていることを特徴とする。   The ultrasonic sensor according to the present invention is characterized in that the protective function film is formed of silicon oxide.

このように構成することで、保護機能膜を例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いた化学気相成長（ＣＶＤ）法等により所定の膜厚に精密に形成し、振動板と保護機能膜からなるダイアフラムの共振周波数を所望の値にすることができる。また、振動板がシリコン酸化物により形成されている場合には、振動板と保護機能膜との結合を強固にすることができると共に、ダイアフラムの固有振動数の設定を容易にすることができる。   With this configuration, the protective function film is precisely formed to a predetermined film thickness by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method using tetraethoxysilane (TEOS), and includes a diaphragm and a protective function film. The resonance frequency of the diaphragm can be set to a desired value. In addition, when the diaphragm is formed of silicon oxide, the coupling between the diaphragm and the protective function film can be strengthened, and the natural frequency of the diaphragm can be easily set.

また、本発明の超音波センサーの製造方法は、超音波を発信又は受信する超音波センサーの製造方法であって、シリコンからなる基部を熱酸化することで前記基部の一方の表面にシリコン酸化膜からなる第１酸化膜を形成する工程と、前記第１酸化膜の表面に第２酸化膜を形成し、前記第１酸化膜及び前記第２酸化膜からなる振動板を形成する工程と、前記基部の前記第１酸化膜とは反対側に、前記第１酸化膜を露出させる開口部を形成する工程と、前記基部の前記酸化膜とは反対側に前記基部及び前記酸化膜を覆う保護機能膜を形成する工程と、を有し、前記保護機能膜を形成する工程は、前記開口部と平面的に重なる振動領域において前記振動板と前記保護機能膜とを積層してダイアフラムとすることを特徴とする。 The ultrasonic sensor manufacturing method of the present invention is an ultrasonic sensor manufacturing method for transmitting or receiving ultrasonic waves, and a silicon oxide film is formed on one surface of the base by thermally oxidizing the base made of silicon. Forming a first oxide film comprising: forming a second oxide film on a surface of the first oxide film; and forming a diaphragm comprising the first oxide film and the second oxide film; on the side opposite to the first oxide layer of the base portion, forming an opening exposing the first oxide layer, the base and the protective function of covering the oxide layer on the opposite side to the oxide layer of the base forming a film, it has a step of forming the protection film, to the diaphragm by laminating a said protection film and the diaphragm in the vibration region overlapping the opening in plan view Features.

このように製造することで、基部の開口部を閉塞する振動板の厚さを保護機能膜の厚さによって補うことができる。したがって、基部の開口部を閉塞する振動板の厚さが設計値よりも目減りして薄くなった場合であっても、振動板を覆う保護機能膜の厚さを調整することで、振動板と保護機能膜からなるダイアフラムの共振周波数を容易に所望の値とすることができる。
また、保護機能膜を厚くすることで振動板と保護機能膜からなるダイアフラムの共振周波数を低下させることができ、振動板の厚さを従来よりも薄くすることができる。したがって、振動板を例えば熱酸化等によって形成する場合であっても、振動板の厚さ薄くして基部の反りを防止し、後の製造工程における不具合を防止することができる。
また、基部に開口部を形成する際に基部の表面が荒れた状態になった場合であっても、基部の表面を覆う保護機能膜によって基部の表面を平滑にすることができる。 By manufacturing in this way, the thickness of the diaphragm that closes the opening of the base can be supplemented by the thickness of the protective functional film. Therefore, even if the thickness of the diaphragm that closes the opening of the base is reduced from the design value and becomes thinner, by adjusting the thickness of the protective functional film that covers the diaphragm, The resonance frequency of the diaphragm made of the protective function film can be easily set to a desired value.
Further, by increasing the thickness of the protective function film, the resonance frequency of the diaphragm including the diaphragm and the protective function film can be reduced, and the thickness of the diaphragm can be made thinner than before. Therefore, even when the diaphragm is formed, for example, by thermal oxidation, the thickness of the diaphragm can be reduced to prevent warping of the base, and problems in subsequent manufacturing processes can be prevented.
Further, even when the surface of the base becomes rough when the opening is formed in the base, the surface of the base can be smoothed by the protective function film covering the surface of the base.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や部材毎に縮尺を適宜変更している。
図１は本実施形態のＰＤＡ（Personal Data Assistance）１００の構成を模式的に表す斜視図である。図２は本実施形態のＰＤＡ１００が備える超音波センサーアレイ１０の構成を模式的に表す分解斜視図である。図３は本実施形態の超音波センサーアレイ１０の制御部４０の構成を模式的に表すシステム構成図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each of the following drawings, the scale is appropriately changed for each layer or member so that each layer or member can be recognized in the drawing.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a PDA (Personal Data Assistance) 100 according to the present embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the ultrasonic sensor array 10 provided in the PDA 100 of the present embodiment. FIG. 3 is a system configuration diagram schematically showing the configuration of the control unit 40 of the ultrasonic sensor array 10 of the present embodiment.

図１に示すように、本実施形態のＰＤＡ１００は本体３０に表示部２０を備えている。表示部２０は例えば液晶パネルや有機ＥＬパネル等からなり、本体３０内部に収容された演算・制御部に接続され、種々の操作画像やその他の情報を表示するように構成されている。また、本体３０の外周には、超音波センサーアレイ１０が設置されている。超音波センサーアレイ１０は、例えば人間の手、指、入力用のペン等の形状や動作を検出してＰＤＡ１００への入力とする入力装置として機能する。   As shown in FIG. 1, the PDA 100 of this embodiment includes a display unit 20 in a main body 30. The display unit 20 includes, for example, a liquid crystal panel, an organic EL panel, and the like, and is connected to a calculation / control unit housed in the main body 30 and configured to display various operation images and other information. An ultrasonic sensor array 10 is installed on the outer periphery of the main body 30. The ultrasonic sensor array 10 functions as an input device that detects the shape and operation of, for example, a human hand, finger, input pen, and the like and inputs it to the PDA 100.

図２に示すように、超音波センサーアレイ１０は複数の開口部１１ａがアレイ状に形成された基部１１を備えている。基部１１は例えば単結晶シリコン基板等により形成されている。開口部１１ａの各々には、超音波センサー１が設けられている。すなわち、超音波センサーアレイ１０は基部１１の一面に複数の超音波センサー１がアレイ状に配置された構成となっている。   As shown in FIG. 2, the ultrasonic sensor array 10 includes a base 11 having a plurality of openings 11a formed in an array. The base 11 is formed of, for example, a single crystal silicon substrate. An ultrasonic sensor 1 is provided in each of the openings 11a. That is, the ultrasonic sensor array 10 has a configuration in which a plurality of ultrasonic sensors 1 are arranged in an array on one surface of the base 11.

各々の超音波センサー１にはそれぞれ配線（図示略）が接続され、各配線は基部１１に接続されたフレキシブルプリント基板１２を介して制御基板１３の端子部１３ａに接続されている。制御基板１３には演算部、記憶部等からなる制御部４０が設けられている。制御部４０は、超音波センサー１に入力する入力信号を制御すると共に、超音波センサー１から出力された出力信号を処理するように構成されている。   Each ultrasonic sensor 1 is connected to a wiring (not shown), and each wiring is connected to a terminal portion 13 a of the control board 13 via a flexible printed board 12 connected to the base 11. The control board 13 is provided with a control unit 40 including a calculation unit, a storage unit, and the like. The control unit 40 is configured to control an input signal input to the ultrasonic sensor 1 and process an output signal output from the ultrasonic sensor 1.

図３に示すように、制御部４０は超音波センサーアレイ１０に接続され、主に制御・演算部４１と、記憶部４２と、超音波発生部４３と、超音波検出部４４と、送受信を切り替えるＴ／Ｒスイッチ４５とを備えている。超音波発生部４３は、サイン波を発生させるサイン波発生部４３ａと、個々の超音波センサー１に設けられサイン波の位相を変化させる移相部４３ｂと、ドライバー４３ｃとにより構成されている。超音波検出部４４は、主に増幅部４４ａと、Ａ／Ｄ変換部４４ｂとにより構成されている。   As shown in FIG. 3, the control unit 40 is connected to the ultrasonic sensor array 10, and mainly performs control / calculation unit 41, storage unit 42, ultrasonic generation unit 43, ultrasonic detection unit 44, and transmission / reception. And a T / R switch 45 for switching. The ultrasonic wave generator 43 includes a sine wave generator 43a that generates a sine wave, a phase shifter 43b that is provided in each ultrasonic sensor 1 and changes the phase of the sine wave, and a driver 43c. The ultrasonic detection unit 44 mainly includes an amplification unit 44a and an A / D conversion unit 44b.

制御・演算部４１は、超音波センサーアレイ１０による超音波の発信時には、サイン波発生部４３ａによりサイン波を発生させ、移相部４３ｂによりサイン波を個々の超音波センサー１に対応する位相に変化させる。また、制御・演算部４１は、超音波センサーアレイ１０の超音波の受信時には、Ｔ／Ｒスイッチ４５を切り換えて超音波センサーアレイ１０から出力された出力信号を増幅部４４ａに伝送させる。また、制御・演算部４１は、記憶部４２に記憶された情報をＰＤＡ１００の制御・演算部（図示略）に出力可能に構成されている。   The control / calculation unit 41 generates a sine wave by the sine wave generation unit 43a and transmits the sine wave to a phase corresponding to each ultrasonic sensor 1 by the phase shift unit 43b when the ultrasonic sensor array 10 transmits the ultrasonic wave. Change. In addition, when receiving ultrasonic waves from the ultrasonic sensor array 10, the control / calculation unit 41 switches the T / R switch 45 to transmit the output signal output from the ultrasonic sensor array 10 to the amplification unit 44a. The control / calculation unit 41 is configured to be able to output information stored in the storage unit 42 to a control / calculation unit (not shown) of the PDA 100.

図４は、図２に示す超音波センサーアレイをＡ−Ａ’線で切断し、超音波センサー１の一つを拡大した拡大断面図である。
ここで、図２では基部１１に設けられた開口部１１ａの形状を平面視で矩形状に表したが、以下では開口部１１ａの形状が平面視で円形状である場合について説明する。 4 is an enlarged cross-sectional view in which one of the ultrasonic sensors 1 is enlarged by cutting the ultrasonic sensor array shown in FIG. 2 along the line AA ′.
Here, in FIG. 2, the shape of the opening 11 a provided in the base portion 11 is shown in a rectangular shape in plan view, but the case where the shape of the opening portion 11 a is circular in plan view will be described below.

図４に示す本実施形態の超音波センサー１は、超音波を発信又は受信する超音波センサーである。超音波センサー１は、開口部１１ａが形成された基部１１と、基部１１の開口部１１ａを閉塞するように設けられた振動板２と、振動板２の基部１１と反対側に設けられた圧電体３と、圧電体３に接続された下部電極４及び上部電極５とを備えている。
基部１１に形成された開口部１１ａの深さｄは、例えば約１８０μｍ〜２００μｍ程度である。 The ultrasonic sensor 1 of the present embodiment shown in FIG. 4 is an ultrasonic sensor that transmits or receives ultrasonic waves. The ultrasonic sensor 1 includes a base 11 in which an opening 11 a is formed, a diaphragm 2 provided so as to close the opening 11 a of the base 11, and a piezoelectric provided on the opposite side of the base 11 of the diaphragm 2. A body 3 and a lower electrode 4 and an upper electrode 5 connected to the piezoelectric body 3 are provided.
The depth d of the opening 11a formed in the base 11 is, for example, about 180 μm to 200 μm.

振動板２は、基部１１側に設けられ例えばＳｉＯ２により形成された第１酸化膜２ａと、第１酸化膜２ａの基部１１とは反対側に積層され例えばＺｒＯ２により形成された第２酸化膜２ｂとの二層構造となっている。第１酸化膜２ａは例えば単結晶シリコン基板の表面を熱酸化させることにより約２μｍ程度の厚さに形成されている。第２酸化膜２ｂは例えばＣＶＤ（化学気相成長）法等により例えば約４００ｎｍ程度の厚さに形成されている。 Diaphragm 2, a first oxide film 2a formed by being for example SiO 2 is provided on the base 11 side, a second oxide formed by being laminated on the opposite side e.g. ZrO 2 is the base 11 of the first oxide film 2a It has a two-layer structure with the film 2b. The first oxide film 2a is formed to a thickness of about 2 μm, for example, by thermally oxidizing the surface of a single crystal silicon substrate. The second oxide film 2b is formed to a thickness of about 400 nm, for example, by a CVD (chemical vapor deposition) method or the like.

振動板２が開口部１１ａと平面的に重なって開口部１１ａに露出された領域は、振動板２の振動領域Ｖとなっている。開口部１１ａの径Ｄは振動領域Ｖの振動板２の固有振動数に応じて例えば約１００μｍ〜数百μｍ程度の範囲で適宜設定されている。
振動板２の振動領域Ｖで基部１１と反対側の面には下部電極４が設けられている。 A region where the diaphragm 2 is planarly overlapped with the opening 11 a and exposed to the opening 11 a is a vibration region V of the diaphragm 2. The diameter D of the opening 11a is appropriately set in a range of about 100 μm to several hundred μm, for example, according to the natural frequency of the diaphragm 2 in the vibration region V.
A lower electrode 4 is provided on the surface opposite to the base 11 in the vibration region V of the diaphragm 2.

下部電極４は、超音波センサーアレイ１０の制御部４０に接続された配線（図示略）に接続されている。下部電極４は例えばＩｒ等の導電性金属材料により約２００ｎｍ程度の厚さに形成されている。下部電極４上には下部電極４を覆うように振動領域Ｖ及びその境界の外側に圧電体３が設けられている。   The lower electrode 4 is connected to wiring (not shown) connected to the control unit 40 of the ultrasonic sensor array 10. The lower electrode 4 is formed to a thickness of about 200 nm from a conductive metal material such as Ir. On the lower electrode 4, the piezoelectric body 3 is provided outside the vibration region V and its boundary so as to cover the lower electrode 4.

圧電体３は振動板の基部１１とは反対側で開口部１１ａと平面的に重なる振動領域Ｖに島状に設けられている。圧電体３は例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）等により形成されている。圧電体３の上には上部電極５が形成されている。 The piezoelectric body 3 is provided in an island shape in a vibration region V that overlaps with the opening 11a on the opposite side of the base 11 of the diaphragm. The piezoelectric body 3 is made of, for example, PZT (lead zirconate titanate), BaTiO 3 (barium titanate) or the like. An upper electrode 5 is formed on the piezoelectric body 3.

上部電極５は例えばＩｒ等の導電性金属材料により形成され、圧電体３に接触して電気的に接続されている。上部電極５の厚さは例えば約５０ｎｍ程度となっている。また、上部電極５は配線７ａ，７ｂを介して超音波センサーアレイ１０の制御部４０に接続されている。   The upper electrode 5 is made of a conductive metal material such as Ir, and is in contact with and electrically connected to the piezoelectric body 3. The thickness of the upper electrode 5 is about 50 nm, for example. The upper electrode 5 is connected to the control unit 40 of the ultrasonic sensor array 10 via wirings 7a and 7b.

基部１１及び振動板２の圧電体３が設けられた側と反対側は保護機能膜６によって覆われており、振動領域Ｖにおいて振動板２と保護機能膜６とが積層されている。すなわち、振動領域Ｖにおいて振動板２と保護機能膜６とが超音波センサー１のダイアフラム８を形成している。   The side of the base 11 and the diaphragm 2 opposite to the side on which the piezoelectric body 3 is provided is covered with a protective function film 6, and the diaphragm 2 and the protective function film 6 are laminated in the vibration region V. That is, in the vibration region V, the diaphragm 2 and the protective functional film 6 form a diaphragm 8 of the ultrasonic sensor 1.

保護機能膜６は例えばＳｉＯ２等のシリコン酸化物により形成されている。保護機能膜６は例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いた化学気相成長（ＣＶＤ）法等により形成され、厚さＴは振動領域Ｖにおけるダイアフラム８の共振周波数に基づいて決定されている。 The protective function film 6 is made of, for example, silicon oxide such as SiO 2 . The protective functional film 6 is formed by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method using tetraethoxysilane (TEOS), and the thickness T is determined based on the resonance frequency of the diaphragm 8 in the vibration region V.

具体的には、ダイアフラム８の径Ｄが例えば約４００μｍ程度の場合に、ダイアフラム８の共振周波数を３００ｋＨｚに設定すると、必要なダイアフラム８の厚さＴｄは約３μｍ程度となる。そのため、振動領域Ｖにおける振動板２の厚さＴｖが例えば約２μｍ程度の場合には、保護機能膜６の厚さＴは、予め設定したダイアフラム８の共振周波数に基づいて約１μｍ程度に決定される。   Specifically, when the diameter D of the diaphragm 8 is about 400 μm, for example, if the resonance frequency of the diaphragm 8 is set to 300 kHz, the required thickness Td of the diaphragm 8 is about 3 μm. Therefore, when the thickness Tv of the diaphragm 2 in the vibration region V is about 2 μm, for example, the thickness T of the protective functional film 6 is determined to be about 1 μm based on the preset resonance frequency of the diaphragm 8. The

次に、本実施形態のＰＤＡ１００、超音波センサーアレイ１０及び超音波センサー１の作用について説明する。
図１に示すように、ＰＤＡ１００において人間の手や指の形状や動作を検出する際には、超音波センサーアレイ１０により検出領域に超音波を発信する。 Next, operations of the PDA 100, the ultrasonic sensor array 10, and the ultrasonic sensor 1 of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, when detecting the shape and movement of a human hand or finger in the PDA 100, ultrasonic waves are transmitted to the detection area by the ultrasonic sensor array 10.

まず、超音波センサーアレイ１０の制御部４０により、発信用の超音波センサー１の上部電極５と下部電極４との間に電圧を印加する。
具体的には、図３に示すように制御部４０のサイン波発生部４３ａによりサイン波を発生させ、移相部４３ｂ、ドライバー４３ｃ、Ｔ／Ｒスイッチ４５を介して超音波センサーアレイ１０の各々の超音波センサー１の第１下部電極１４ａに少しずつ位相をずらしたサイン波電圧を印加する。 First, a voltage is applied between the upper electrode 5 and the lower electrode 4 of the transmitting ultrasonic sensor 1 by the control unit 40 of the ultrasonic sensor array 10.
Specifically, as shown in FIG. 3, a sine wave is generated by a sine wave generation unit 43 a of the control unit 40, and each of the ultrasonic sensor arrays 10 is transmitted via a phase shift unit 43 b, a driver 43 c, and a T / R switch 45. A sine wave voltage whose phase is gradually shifted is applied to the first lower electrode 14a of the ultrasonic sensor 1.

図４に示すように振動板２の振動領域Ｖに形成された圧電体３は、上部電極５と下部電極４との間にサイン波電圧が印加されると、振動板２の面方向に伸長されたり圧縮されたりする。
圧電体３が振動板２の面方向に伸長されると、振動板２の圧電体３側が面方向に伸長され、振動板２の振動領域Ｖが基部１１側に凸（図の下方向に凸）となるように撓む。 As shown in FIG. 4, the piezoelectric body 3 formed in the vibration region V of the diaphragm 2 expands in the plane direction of the diaphragm 2 when a sine wave voltage is applied between the upper electrode 5 and the lower electrode 4. Or compressed.
When the piezoelectric body 3 is extended in the plane direction of the diaphragm 2, the piezoelectric body 3 side of the diaphragm 2 is extended in the plane direction, and the vibration region V of the diaphragm 2 protrudes toward the base 11 side (protrudes downward in the figure). ) To bend.

また、圧電体３が振動板２の面方向に圧縮されると、振動板２の圧電体３側が面方向に圧縮され、振動板２の振動領域Ｖが基部１１側に凹（図の上方向に凸）となるように撓む。
これにより、ダイアフラム８の振動領域Ｖが振動板２の法線方向に振動し、各々の超音波センサー１の振動領域Ｖからサイン波電圧の周期に応じた振動数の超音波が発信される。 When the piezoelectric body 3 is compressed in the plane direction of the diaphragm 2, the piezoelectric body 3 side of the diaphragm 2 is compressed in the plane direction, and the vibration region V of the diaphragm 2 is recessed on the base 11 side (upward direction in the figure). Bend).
As a result, the vibration region V of the diaphragm 8 vibrates in the normal direction of the diaphragm 2, and ultrasonic waves having a frequency corresponding to the period of the sine wave voltage are transmitted from the vibration regions V of the respective ultrasonic sensors 1.

このとき、各々の超音波センサー１の第１下部電極４ａに少しずつ位相をずらしたサイン波電圧を印加することで、各々の超音波センサー１の振動領域Ｖのダイアフラム８は、少しずつ位相がずれた状態で振動する。
各々の超音波センサー１の振動領域Ｖのダイアフラム８が少しずつ位相のずれた状態で振動することで、各々の超音波センサー１から発せられる超音波が干渉する。この超音波の干渉により、超音波の進行方向がダイアフラム８の法線方向に対して傾いた状態となり、超音波に指向性が付与される。 At this time, by applying a sine wave voltage slightly shifted in phase to the first lower electrode 4a of each ultrasonic sensor 1, the diaphragm 8 in the vibration region V of each ultrasonic sensor 1 has a phase slightly changed. Vibrates in a shifted state.
The diaphragms 8 in the vibration regions V of the respective ultrasonic sensors 1 vibrate little by little in phase, so that the ultrasonic waves emitted from the respective ultrasonic sensors 1 interfere with each other. Due to the interference of the ultrasonic waves, the traveling direction of the ultrasonic waves is inclined with respect to the normal direction of the diaphragm 8, and directivity is imparted to the ultrasonic waves.

この超音波の指向性の変化を利用し、各々の超音波センサー１の圧電体３に印加するサイン波電圧の位相のずれを変化させることで、図１に示す超音波センサーアレイ１０から発信される超音波の方向を変化させ、ＰＤＡ１００の検出領域を走査する。   By utilizing this change in the directivity of ultrasonic waves and changing the phase shift of the sine wave voltage applied to the piezoelectric body 3 of each ultrasonic sensor 1, the ultrasonic sensor array 10 shown in FIG. The detection area of the PDA 100 is scanned by changing the direction of the ultrasonic wave.

このとき、図１に示すように検出領域内に例えば人間の手や指が存在すると、超音波センサーアレイ１０から発信された超音波は人間の手や指によって反射する。人間の手や指によって反射した超音波が超音波センサーアレイ１０の受信用の超音波センサー１に到達すると、超音波センサー１の振動領域Ｖのダイアフラム８が振動する。振動領域Ｖのダイアフラム８が振動すると、圧電体３が振動板２の面方向の伸縮に伴って伸縮され、圧電体３に電位差が発生する。   At this time, if, for example, a human hand or finger is present in the detection region as shown in FIG. 1, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor array 10 is reflected by the human hand or finger. When the ultrasonic wave reflected by the human hand or finger reaches the ultrasonic sensor 1 for reception of the ultrasonic sensor array 10, the diaphragm 8 in the vibration region V of the ultrasonic sensor 1 vibrates. When the diaphragm 8 in the vibration region V vibrates, the piezoelectric body 3 expands and contracts along with the expansion and contraction in the surface direction of the diaphragm 2, and a potential difference is generated in the piezoelectric body 3.

圧電体３に発生した電位差は、上部電極５及び下部電極に接続された配線（図示略）によって超音波センサー１の出力信号として超音波センサーアレイ１０の制御部４０に伝送される。超音波センサーアレイ１０の制御部４０に伝送された個々の超音波センサー１からの出力信号は、Ｔ／Ｒスイッチ４５、増幅部４４ａ、Ａ／Ｄ変換部４４ｂを介して記憶部４２に記憶される。制御・演算部４１は、記憶部４２に記憶された個々の超音波センサー１の出力信号から検出領域の人間の手や指までの距離や移動速度を算出して出力する。   The potential difference generated in the piezoelectric body 3 is transmitted to the control unit 40 of the ultrasonic sensor array 10 as an output signal of the ultrasonic sensor 1 through wiring (not shown) connected to the upper electrode 5 and the lower electrode. Output signals from the individual ultrasonic sensors 1 transmitted to the control unit 40 of the ultrasonic sensor array 10 are stored in the storage unit 42 via the T / R switch 45, the amplification unit 44a, and the A / D conversion unit 44b. The The control / calculation unit 41 calculates and outputs the distance and moving speed from the output signal of each ultrasonic sensor 1 stored in the storage unit 42 to the human hand or finger in the detection area.

ＰＤＡ１００の演算制御部（図示略）は超音波センサーアレイ１０から出力された人間の手や指までの距離や移動速度から手や指の状態や動作を認識し、予め登録された手や指の状態や動作と比較する。比較の結果、検出した人間の手や指の状態や動作が予め登録されたものと一致すれば、ＰＤＡ１００の演算制御部は人間の手や指の形状や動作を所定の入力として認識し、例えば表示部２０に画像を表示させる等、予め登録された所定の動作を実行する。
したがって、本実施形態のＰＤＡ１００によれば、超音波センサーアレイ１０を入力装置として機能させることができる。 An arithmetic control unit (not shown) of the PDA 100 recognizes the state and operation of the hand and finger from the distance and moving speed to the human hand and finger output from the ultrasonic sensor array 10, and registers the hand and finger in advance. Compare with state and action. As a result of the comparison, if the detected state or action of the human hand or finger matches that registered in advance, the arithmetic control unit of the PDA 100 recognizes the shape or action of the human hand or finger as a predetermined input, for example, A predetermined operation registered in advance, such as displaying an image on the display unit 20, is executed.
Therefore, according to the PDA 100 of this embodiment, the ultrasonic sensor array 10 can function as an input device.

ここで、超音波センサーアレイ１０が備える超音波センサー１は、基部１１及び振動板２の圧電体３が設けられた側と反対側が保護機能膜６によって覆われ、振動領域Ｖにおいて、振動板２と保護機能膜６とが積層されてダイアフラム８を形成している。そのため、基部１１の開口部１１ａを閉塞する振動板２の厚さＴｖを保護機能膜６の厚さＴによって補うことができる。したがって、振動板２の厚さＴｖが設計値よりも目減りして薄くなった場合であっても、振動板２を覆う保護機能膜６の厚さＴを調整することで、振動板２と保護機能膜６からなるダイアフラム８の共振周波数を容易に所望の値とすることができる。   Here, in the ultrasonic sensor 1 included in the ultrasonic sensor array 10, the side of the base 11 and the diaphragm 2 opposite to the side on which the piezoelectric body 3 is provided is covered with the protective functional film 6, and the diaphragm 2 And the protective functional film 6 are laminated to form a diaphragm 8. Therefore, the thickness Tv of the diaphragm 2 that closes the opening 11 a of the base 11 can be supplemented by the thickness T of the protective functional film 6. Therefore, even if the thickness Tv of the diaphragm 2 is reduced from the design value and becomes thinner, the thickness of the protective functional film 6 that covers the diaphragm 2 is adjusted to protect the diaphragm 2 and the diaphragm 2. The resonance frequency of the diaphragm 8 made of the functional film 6 can be easily set to a desired value.

また、振動板２の厚さＴｖを変更せず保護機能膜６の厚さＴを厚くすることで、振動板２と保護機能膜６からなるダイアフラム８の共振周波数を低下させることができる。したがって、振動板２を例えば熱酸化等によって形成する場合であっても、振動板２の厚さＴを薄くして基部１１の反りを防止し、後の製造工程における不具合を防止することができる。   Further, by increasing the thickness T of the protective functional film 6 without changing the thickness Tv of the diaphragm 2, the resonance frequency of the diaphragm 8 including the diaphragm 2 and the protective functional film 6 can be lowered. Therefore, even when the diaphragm 2 is formed by, for example, thermal oxidation, the thickness T of the diaphragm 2 can be reduced to prevent the base 11 from warping and prevent problems in later manufacturing processes. .

また、基部１１の表面を覆う保護機能膜６を形成することで、基部１１に開口部１１ａを形成する際に基部１１の表面が荒れた状態になった場合であっても、保護機能膜６によって基部１１の表面を平滑にすることができる。
また、基部１１の表面をシリコン酸化物からなる保護機能膜６によって覆うことで、超音波センサー１の耐薬品性を向上させることができる。 Further, by forming the protective functional film 6 that covers the surface of the base 11, even when the surface of the base 11 becomes rough when the opening 11 a is formed in the base 11, the protective functional film 6 Thus, the surface of the base 11 can be smoothed.
Moreover, the chemical resistance of the ultrasonic sensor 1 can be improved by covering the surface of the base 11 with the protective functional film 6 made of silicon oxide.

また、超音波センサー１は、圧電体３が振動板２の基部１１とは反対側で開口部１１ａと平面的に重なる振動領域Ｖに設けられている。そのため、圧電体３によってダイアフラム８を振動させ、超音波を発信することができる。また、振動領域Ｖのダイアフラム８に入射した超音波によりダイアフラム８が振動し、圧電体３が変形する。したがって、超音波によるダイアフラム８の振動を電気信号に変換して出力することができる。   Further, the ultrasonic sensor 1 is provided in a vibration region V in which the piezoelectric body 3 overlaps with the opening 11 a on the opposite side of the base portion 11 of the diaphragm 2. Therefore, the diaphragm 8 can be vibrated by the piezoelectric body 3 and ultrasonic waves can be transmitted. In addition, the diaphragm 8 is vibrated by the ultrasonic wave incident on the diaphragm 8 in the vibration region V, and the piezoelectric body 3 is deformed. Therefore, vibration of the diaphragm 8 caused by ultrasonic waves can be converted into an electrical signal and output.

また、超音波センサー１は、保護機能膜６の厚さＴが振動領域Ｖにおけるダイアフラム８の共振周波数に基づいて決定されている。すなわち、保護機能膜６の厚さＴを調整することで、振動板２と保護機能膜６からなるダイアフラム８の共振周波数を所望の値にすることができる。   In the ultrasonic sensor 1, the thickness T of the protective functional film 6 is determined based on the resonance frequency of the diaphragm 8 in the vibration region V. That is, by adjusting the thickness T of the protective function film 6, the resonance frequency of the diaphragm 8 formed of the diaphragm 2 and the protective function film 6 can be set to a desired value.

また、超音波センサー１は、単結晶シリコン基板により形成された基部１１を備え、振動板２はＳｉＯ２等のシリコン酸化物により形成された第１酸化膜２ａと、ＺｒＯ２等により形成された第２酸化膜２ｂとにより形成されている。そのため、基部１１の表面を熱酸化させて振動板２の第１酸化膜２ａを形成することができる。これにより、超音波センサー１の製造を容易にして、生産性を向上させることができる。 The ultrasonic sensor 1 includes a base portion 11 formed of a single crystal silicon substrate, and the diaphragm 2 is formed of a first oxide film 2a formed of silicon oxide such as SiO 2 and ZrO 2 or the like. The second oxide film 2b is formed. Therefore, the first oxide film 2 a of the diaphragm 2 can be formed by thermally oxidizing the surface of the base portion 11. Thereby, manufacture of the ultrasonic sensor 1 can be facilitated and productivity can be improved.

また、超音波センサー１は、保護機能膜６がＳｉＯ２等のシリコン酸化物により形成されている。そのため、保護機能膜６を例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いた化学気相成長（ＣＶＤ）法等により所定の厚さＴに精密に形成し、振動板２と保護機能膜６からなるダイアフラム８の共振周波数を所望の値にすることができる。 The ultrasonic sensor 1, protection film 6 is formed of silicon oxide such as SiO 2. Therefore, the protective function film 6 is precisely formed to a predetermined thickness T by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method using tetraethoxysilane (TEOS), and the diaphragm 8 including the diaphragm 2 and the protective function film 6 is formed. Can be set to a desired value.

また、保護機能膜６と振動板２の第１酸化膜２ａの材質が等しくなり、保護機能膜６と振動板２とを強固に結合させることができる。また、保護機能膜６と振動板２の第１酸化膜２ａの材質を同一とすることで、密度を略等しくしてダイアフラム８の共振周波数の設定を容易にすることができる。   Further, the protective functional film 6 and the first oxide film 2a of the diaphragm 2 are made of the same material, so that the protective functional film 6 and the diaphragm 2 can be firmly bonded. Further, by making the material of the protective function film 6 and the first oxide film 2a of the diaphragm 2 the same, the density can be made substantially equal and the resonance frequency of the diaphragm 8 can be easily set.

以上説明したように、本実施形態の超音波センサー１によれば、ダイアフラム８の共振周波数を容易に所望の値に設定することができる。加えて、製造工程における不具合を防止することができ、さらに開口部１１ａが形成された基部１１の表面を平滑にすることができる。   As described above, according to the ultrasonic sensor 1 of the present embodiment, the resonance frequency of the diaphragm 8 can be easily set to a desired value. In addition, problems in the manufacturing process can be prevented, and the surface of the base 11 where the opening 11a is formed can be smoothed.

次に、図４を用いて本実施形態の超音波センサー１の製造方法について説明する。
まず、基部１１となる単結晶シリコン基板を用意し、表面を熱酸化することで図４に示す第１酸化膜２ａを形成する。このとき、第１酸化膜２ａの膜厚は例えば約２μｍ程度に形成する。 Next, the manufacturing method of the ultrasonic sensor 1 of this embodiment is demonstrated using FIG.
First, a single crystal silicon substrate to be the base 11 is prepared, and the surface is thermally oxidized to form the first oxide film 2a shown in FIG. At this time, the film thickness of the first oxide film 2a is, for example, about 2 μm.

次に、第１酸化膜２ａの表面に例えばＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法等により第２酸化膜２ｂを形成し、第１酸化膜２ａと第２酸化膜２ｂからなる振動板２を形成する。このとき、第２酸化膜２ｂの膜厚は、各々の超音波センサー１の共振周波数に対応して例えば約１μｍ程度に形成する。   Next, the second oxide film 2b is formed on the surface of the first oxide film 2a by, for example, a CVD method using TEOS, and the diaphragm 2 composed of the first oxide film 2a and the second oxide film 2b is formed. At this time, the film thickness of the second oxide film 2b is formed to be about 1 μm, for example, corresponding to the resonance frequency of each ultrasonic sensor 1.

次に、単結晶シリコン基板の振動板２が形成された面と反対側の面に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により露光・現像して基部１１の開口部１１ａの平面形状に対応する開口部を有するレジストパターンを形成する。
次に、振動板２の振動領域Ｖに公知の方法により下部電極４、圧電体３、上部電極５、配線７ａ，７ｂ等を形成する。
次いで、レジストパターンを介して単結晶シリコン基板の振動板２が形成された面と反対側の面を異方性エッチングすることで開口部１１ａを形成し、開口部１１ａに振動板２の第１酸化膜２ａを露出させ、基部１１を形成する。異方性エッチングは例えばドライエッチングにより行うことができる。 Next, a photoresist is applied to the surface of the single crystal silicon substrate opposite to the surface on which the diaphragm 2 is formed, and exposure and development are performed by a photolithography method to correspond to the planar shape of the opening 11a of the base 11. A resist pattern having an opening is formed.
Next, the lower electrode 4, the piezoelectric body 3, the upper electrode 5, the wirings 7 a and 7 b and the like are formed in the vibration region V of the diaphragm 2 by a known method.
Next, the opening 11a is formed by anisotropically etching the surface of the single crystal silicon substrate opposite to the surface on which the diaphragm 2 is formed through the resist pattern, and the first portion of the diaphragm 2 is formed in the opening 11a. The oxide film 2a is exposed and the base 11 is formed. The anisotropic etching can be performed by dry etching, for example.

このような異方性エッチングにおいては、開口部１１ａが第１酸化膜２ａに到達すると、第１酸化膜２ａがエッチングされて第１酸化膜２ａの膜厚が目減りする場合がある。また、開口部１１ａを形成する際に、例えば開口部１１ａの内側面等、基部１１の表面が荒れて平滑性が低下してしまう場合がある。   In such anisotropic etching, when the opening 11a reaches the first oxide film 2a, the first oxide film 2a may be etched to reduce the thickness of the first oxide film 2a. Moreover, when forming the opening part 11a, the surface of the base part 11, such as the inner surface of the opening part 11a, may be roughened and the smoothness may be reduced.

そこで、本実施形態では、単結晶シリコン基板を異方性エッチングして開口部１１ａを有する基部１１を形成した後、基部１１の第１酸化膜２ａが形成された面とは反対側の面に基部１１及び第１酸化膜２ａを覆う保護機能膜６を形成する。保護機能膜６は例えばＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法等により形成することができる。このとき、保護機能膜６の膜厚は、振動領域Ｖのダイアフラム８が所望の固有振動数となるように、振動板２の厚さＴｖを考慮して設定する。本実施形態では、ダイアフラム８の厚さＴｄが約３μｍ程度となるように膜厚を計測しながら保護機能膜６を形成する。   Therefore, in the present embodiment, the single crystal silicon substrate is anisotropically etched to form the base 11 having the opening 11a, and then the surface of the base 11 opposite to the surface on which the first oxide film 2a is formed is formed. A protective functional film 6 is formed to cover the base 11 and the first oxide film 2a. The protective function film 6 can be formed by, for example, a CVD method using TEOS. At this time, the film thickness of the protective functional film 6 is set in consideration of the thickness Tv of the diaphragm 2 so that the diaphragm 8 in the vibration region V has a desired natural frequency. In this embodiment, the protective functional film 6 is formed while measuring the film thickness so that the thickness Td of the diaphragm 8 is about 3 μm.

このように製造することで、基部１１の開口部１１ａを閉塞する振動板２の厚さＴｖを保護機能膜６の厚さＴによって補うことができる。したがって、基部１１の開口部１１ａを閉塞する振動板２の厚さＴｖが設計値よりも目減りして薄くなった場合であっても、振動板２を覆う保護機能膜６の厚さＴを調整することで、振動板２と保護機能膜６からなるダイアフラム７の共振周波数を容易に所望の値とすることができる。   By manufacturing in this way, the thickness Tv of the diaphragm 2 that closes the opening 11 a of the base 11 can be supplemented by the thickness T of the protective functional film 6. Therefore, even when the thickness Tv of the diaphragm 2 that closes the opening 11a of the base 11 is reduced from the design value, the thickness T of the protective functional film 6 that covers the diaphragm 2 is adjusted. Thus, the resonance frequency of the diaphragm 7 including the diaphragm 2 and the protective function film 6 can be easily set to a desired value.

また、振動板２の厚さＴｖを変更せず、保護機能膜６を厚くすることで振動板２と保護機能膜６からなるダイアフラム７の共振周波数を低下させることができる。したがって、振動板２を熱酸化等によって形成する場合であっても、振動板２の厚さＴｖを薄くして基部１１の反りを防止することができる。したがって、例えばフォトレジストの異常露光等、後の製造工程における不具合を防止することができる。
また、基部１１に開口部１１ａを形成する際に基部１１の表面が荒れた状態になった場合であっても、基部１１の表面を覆う保護機能膜６によって基部１１の表面を平滑にすることができる。 Further, by increasing the thickness of the protective function film 6 without changing the thickness Tv of the diaphragm 2, the resonance frequency of the diaphragm 7 including the diaphragm 2 and the protective function film 6 can be lowered. Therefore, even when the diaphragm 2 is formed by thermal oxidation or the like, the thickness Tv of the diaphragm 2 can be reduced to prevent the base 11 from warping. Accordingly, it is possible to prevent problems in later manufacturing processes such as abnormal exposure of the photoresist.
Further, even when the surface of the base 11 becomes rough when the opening 11 a is formed in the base 11, the surface of the base 11 is smoothed by the protective functional film 6 that covers the surface of the base 11. Can do.

このとき、基部１１の表面に保護機能膜６が形成されているので、基部１１の耐薬品性を向上させることができる。
以上により、本実施形態の超音波センサー１を製造することができる。また、複数の超音波センサー１を基部１１にアレイ状に形成することで、図２に示すような超音波センサーアレイ１０を製造することができる。 At this time, since the protective functional film 6 is formed on the surface of the base 11, the chemical resistance of the base 11 can be improved.
As described above, the ultrasonic sensor 1 of the present embodiment can be manufactured. Further, by forming a plurality of ultrasonic sensors 1 in an array on the base 11, an ultrasonic sensor array 10 as shown in FIG. 2 can be manufactured.

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、振動板の材料としては、シリコン酸化物以外にも、ニッケル、クロム、アルミニウムのような金属材料及び、それらの酸化物であるセラミック材料、シリコン、有機樹脂を用いた高分子有機物等を用いることができる。
また、酸化膜は基板表面の熱酸化以外に、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着、塗布等により形成してもよい。
また、保護機能膜は酸化物ではなく、ＳｉＮ等の窒化物により形成してもよい。
また、基部に形成する開口部の平面形状は矩形状や円形状に限られない。
また、ＰＤＡは複数の超音波センサーアレイを備えていてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, as a material for the diaphragm, in addition to silicon oxide, metal materials such as nickel, chromium, and aluminum, ceramic materials that are oxides thereof, silicon, and polymer organic materials using organic resins are used. be able to.
In addition to thermal oxidation of the substrate surface, the oxide film may be formed by CVD, sputtering, vapor deposition, coating, or the like.
Further, the protective function film may be formed of a nitride such as SiN instead of an oxide.
Further, the planar shape of the opening formed in the base is not limited to a rectangular shape or a circular shape.
The PDA may include a plurality of ultrasonic sensor arrays.

本発明の第一実施形態におけるＰＤＡの斜視図である。It is a perspective view of PDA in a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態における超音波センサーアレイの斜視図である。It is a perspective view of the ultrasonic sensor array in a first embodiment of the present invention. 図２に示す超音波センサーアレイの制御部のシステム構成図である。It is a system block diagram of the control part of the ultrasonic sensor array shown in FIG. 図２のＡ−Ａ’線に沿う超音波センサーの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the ultrasonic sensor along the line A-A ′ in FIG. 2.

符号の説明Explanation of symbols

１ 超音波センサー、２ 振動板、２ａ 第１酸化膜（酸化膜）、２ｂ 第２酸化膜（酸化膜）、３ 圧電体、６ 保護機能膜、１１ 基部、１１ａ 開口部、Ｔ 厚さ、Ｖ 振動領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic sensor, 2 Diaphragm, 2a 1st oxide film (oxide film), 2b 2nd oxide film (oxide film), 3 Piezoelectric body, 6 Protection function film, 11 Base, 11a Opening part, T thickness, V Vibration area

Claims (4)

超音波を発信又は受信する超音波センサーであって、
開口部が形成された基部と、前記基部に設けられ前記開口部を閉塞する振動板と、該振動板に設けられた圧電体と、を備え、
前記基部及び振動板の前記圧電体が設けられた側と反対側が保護機能膜によって覆われており、
前記圧電体は前記振動板の前記基部とは反対側で前記開口部と平面的に重なる振動領域に設けられ、
前記振動領域において、前記振動板と前記保護機能膜とが積層されることでダイアフラムを形成し、
前記振動板は、シリコンにより形成された前記基部を熱酸化することでシリコン酸化物から形成される第１酸化膜と、前記第１酸化膜における前記保護機能膜と反対側に設けられた第２酸化膜と、を含むことを特徴とする超音波センサー。 An ultrasonic sensor that transmits or receives ultrasonic waves,
A base formed with an opening; a diaphragm provided at the base for closing the opening; and a piezoelectric body provided at the diaphragm;
The side opposite to the side on which the piezoelectric body of the base and the diaphragm is provided is covered with a protective functional film ,
The piezoelectric body is provided in a vibration region that overlaps the opening in a plane opposite to the base of the diaphragm,
In the vibration region, the diaphragm and the protective functional film are laminated to form a diaphragm,
The diaphragm includes a first oxide film formed of silicon oxide by thermally oxidizing the base portion formed of silicon, and a second oxide film provided on the opposite side of the first oxide film from the protective function film. An ultrasonic sensor comprising an oxide film . 前記保護機能膜の厚さは、前記振動領域における前記振動板及び前記保護機能膜の共振周波数に基づいて決定されていることを特徴とする請求項１記載の超音波センサー。 The thickness of the protection film, an ultrasonic sensor according to claim 1, characterized in that said length is determined based on the resonance frequency of the vibration plate and the protection film in the vibration region. 前記保護機能膜はシリコン酸化物により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波センサー。 Ultrasonic sensor according to claim 1 or 2, wherein the protection film is formed of silicon oxide. 超音波を発信又は受信する超音波センサーの製造方法であって、
シリコンからなる基部を熱酸化することで前記基部の一方の表面にシリコン酸化膜からなる第１酸化膜を形成する工程と、
前記第１酸化膜の表面に第２酸化膜を形成し、前記第１酸化膜及び前記第２酸化膜からなる振動板を形成する工程と、
前記基部の前記第１酸化膜とは反対側に、前記第１酸化膜を露出させる開口部を形成する工程と、
前記基部の前記酸化膜とは反対側に前記基部及び前記酸化膜を覆う保護機能膜を形成する工程と、を有し、
前記保護機能膜を形成する工程は、前記開口部と平面的に重なる振動領域において前記振動板と前記保護機能膜とを積層してダイアフラムとすることを特徴とする超音波センサーの製造方法。 A method of manufacturing an ultrasonic sensor for transmitting or receiving ultrasonic waves,
Forming a first oxide film made of a silicon oxide film on one surface of the base by thermally oxidizing a base made of silicon ;
Forming a second oxide film on a surface of the first oxide film, and forming a diaphragm comprising the first oxide film and the second oxide film;
Forming an opening exposing the first oxide film on the opposite side of the base from the first oxide film;
Have a, a step of forming a protection film covering the base and the oxide film on the opposite side of the oxide film of the base,
The step of forming the protective function film is a method of manufacturing an ultrasonic sensor , wherein the diaphragm and the protective function film are laminated to form a diaphragm in a vibration region that is planarly overlapped with the opening .
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