JP2005512478A - 小型機械の超音波変換器及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、小型機械の超音波変換器（ＭＵＴｓ）で使用するための改善された構造及び該改善された構造の製造方法を導く。一つの態様において、基板上のＭＵＴは、ＭＵＴの下で基板内に形成された音響孔を有する。音響孔は、基板内で音波を吸収し、寄生の静電容量を減少するために、音響減衰物質で満たされる。別の実施態様において、音響孔は、複数のＭＵＴの下で形成され、減衰物質で満たされる。さらに別の実施態様において、減衰物質は、複数のＭＵＴを誘電層上で実質的に閉じ込める。さらにまた別の実施態様において、少なくとも一つの単一体の半導体回路は、信号処理及び／又は制御操作を実行するために、ＭＵＴと機能的に結合してよい基板に形成される。

Description

本発明は、一般的に、超音波映像により身体内部に関する診断情報を提供するために超音波変換器を使用する超音波診断システムに関し、より詳細には、該システムで使用される小型機械の超音波変換器に関する。

超音波診断映像システムは、超音波での映像及び測定を実行するために多岐にわたって使用されている。例えば、心臓科医、放射線技師及び産科医は、心臓、様々な内臓器官又は発育している胎児をそれぞれ検査するために超音波診断映像システムを使用する。一般的に、映像情報は、患者の皮膚に対して超音波プローブを配置して、皮膚を介して超音波エネルギーを患者の身体内に伝達するためにプローブ内に位置する超音波変換器を実行することによってシステムから得られる。身体内への超音波エネルギーの伝達に反応して、超音波エコーが身体の内部構造から放射する。戻ってくる音響エコーは、診断システムとプローブをつなぐケーブルによって診断システムに転送されるプローブ内の変換器によって電気信号に変換される。

超音波診断プローブで共通に使用される音響変換器は、多くの細かな製造段階の適用によって圧電物質から形成された、個々の圧電素子のアレイで構成される。一つの共通の手法において、圧電変換器のアレイは、音響減衰（acoustic attenuation）を提供するバッキング（backing）要素に圧電物質の単一ブロックを結合することによって形成される。次いで、単一のブロックは、アレイの長方形の要素を形成するように物質を切断又は方形切断することによって、横に細分される。電気的な接触パッドは、電気的なコンダクタをアレイの個々の素子に接続させる、様々な金属被覆処理を使用して個々の素子上に形成される。次いで、電気的なコンダクタは、接合、スポット溶接を有する様々な電気的な結合方法によって接触パッドに結合されるか、又は粘着的に結合することによってコンダクタを接触パッドに結合する。

前述の方法は数百までの素子を有する音響変換器のアレイを形成するために一般的に適切であるが、小型サイズの素子を有する多数のアレイの変換器の素子は、前述の方法を使用して容易に形成されない。結果として、シリコンの小型電子デバイスの組立てに使用される様々な技術は、一般的に、複雑な細部の小型構造の反復した組立てを許容するので、超音波変換器の素子を形成するために適応される。

半導体組立方法を使用して形成されてよいデバイスの例は、小型機械の超音波変換器（ＭＵＴ）である。ＭＵＴは、従来の圧電性の超音波変換器に対して数多の相当な利点を有する。例えば、ＭＵＴの構造は、一般的に、従来の圧電デバイスで典型的に利用可能以上の最適化パラメータに関したさらなる柔軟性を提供する。さらに、ＭＵＴは、比較的多数の変換器の形成を有利に可能にし、次いで、大型の変換器のアレイに統合されてよい、様々な半導体組立方法を使用して半導体基板上に簡便に形成されてよい。加えて、アレイのＭＵＴとアレイに対する外部の電子デバイスとの間の相互接続はまた、組立処理中に簡便に形成されてよい。ＭＵＴは容量的に操作されるかもしれないし、特許文献１で示されるように、ｃＭＵＴと呼ばれる。代替として、圧電物質は、特許文献２で示されるように、一般的にｐＭＵＴと呼ばれるＭＵＴの組立のために使用されてよい。したがって、ＭＵＴは、超音波システムの従来の圧電性の超音波変換器に対して、さらに魅力的な代替となる。

図１は、従来技術によるＭＵＴ１の部分的な断面図である。ＭＵＴ１は、長方形、円形又は他の規則的な形状であってよいプラットフォームを有してよい。ＭＵＴ１は、一般的に、シリコン基板５に接する下面３と離れた上面２を有する。代替として、誘電層４は、ＭＵＴ１の基礎となる基板５上に形成されてよい。時間で変化する励起電圧（示されていない）がＭＵＴ１に印加される場合、ＭＵＴ１の電気機械的特質から生じる、上面２の震動の歪みが現われる。したがって、印加された時間で変化する電圧に応じて上面２から外側に放射する、音波６が生成される。同様に、ＭＵＴ１の電気機械的特質は、上面２に衝突する音波７から生じる歪みにＭＵＴ１を反応させる。

ＭＵＴ１によって生じた超音波エネルギーの一部が、ＭＵＴ１の放射されたエネルギーの部分的な損失となる音波６で外に向かって放射されるよりも基礎となる基板５内に戻る方向に投入されることが、前述の従来技術のデバイスの一つの問題である。さらに、超音波エネルギーが基礎となる基板５にカップリングされる場合、下記に簡素に記載される様々な望ましくない影響が生じる。

図２を参照するに、従来技術によるＭＵＴアレイ１０の部分的な断面図が示される。アレイ１０は、シリコン基板５上に形成された複数のＭＵＴ変換器１を有する。各変換器１は、基板５に形成される複数の電気的な相互接続を介して時間で変化する電圧源に接続される。図面を簡素にするために、電圧源及び電気的な相互接続は示されていない。音波２１は、背面３を介して基板５に導かれてよい。音波２１は基板５内で伝播し、基板５の上面１９に向かって導かれる反射波２３を形成するように基板５の下面１８で内部に反射される。結果として、複数の反射波２３は、上面１９とした面１８との間で基板５内に伝播する。各反射波２３に存在する一部のエネルギーは、複数の漏出波２５を形成するために表面１８を介して基板５を去る。アレイ１０の端部２４からの内部の反射２７は、さらなる反射波２７及び漏出波２６を導く。

上述したように基板５の音波２３及び２７の伝播は、他の望ましくない干渉効果と同様に、超音波エネルギーを基板５上の複数のＭＵＴ変換器１間でクロスカップリング（cross-coupling）させて、複数のＭＵＴ間で望ましくない“クロストーク”信号を生成させる。さらに、基板５での波の内部反射は、受け角度、又はアレイ１０の方向性に悪影響を及ぼすかもしれない。

様々な従来技術のデバイスは、基板で波の伝播を妨害する素子を含む。例えば、一つの従来のデバイスは、基板５内で波の伝播を妨害するように基板５内で下方に向かって延在するＭＵＴ１間の複数のトレンチを採用する。別の従来技術のデバイスは、同様に下方に突出するトレンチを採用し、反射波２３のエネルギーを少なくとも部分的に吸収するために音響吸収物質でトレンチを満たす。他の従来技術のデバイスは、アレイのさらなる他の幾何学的な細部を制御することによって横の波の伝播を最小限にする。前述の従来技術のデバイスは、基板での望ましくない横の波の伝播を一般的に削減するが、個別に変更してよい、多数の設計のパラメータを減少することによってＭＵＴに固有の設計の柔軟性を一般的に制限する。さらに、追加的な製造段階は、ＭＵＴを使用するアレイの製造コストをかなり高める。

図１及び２に示される従来技術のデバイスに関するさらなる問題点は、比較的多大な寄生の静電容量が、一つ以上のＭＵＴ１と基礎となる基板５との間に形成されるかもしれないということである。ＭＵＴ１がメガヘルツ範囲の周波数によって一般的に励起される電気機械デバイスであるので、ＭＵＴ１と基板５との間の寄生の静電容量の形成は、ＭＵＴの感度を一般的に劣化させる、追加的な容量性ロード（capacitive load）を生じることによってＭＵＴ１の性能をさらに劣化させる。
米国特許第５，８９４，４５２号明細書 米国特許第６，０４９，１５８号明細書

したがって、小型機械の超音波変換器の構造において、基礎となる基板で音波の伝播を相当に削減可能にする必要がある。さらに、小型機械の超音波変換器の構造において、ＭＵＴと基礎となる基板との間で寄生の容量性カップリング（parasitic capacitive coupling）を抑制する必要がある。

本発明は、小型機械の超音波変換器（ＭＵＴｓ）で使用するための改善された構造及び該改善された構造の製造方法を導く。一つの態様において、ＭＵＴは基板上に形成され、音響孔がＭＵＴの下で基板内に形成される。音響孔は、基板内で伝播された音波を吸収し、ＭＵＴの操作上の寄生の静電容量の影響を減少するために、音響減衰物質で満たされる。別の実施態様において、音響孔は、アレイを有する複数のＭＵＴの下に形成される。音響孔と音響減衰物質は、基板での波の伝播を防ぐことによって、ＭＵＴ間のクロスカップリングを実質的に減少する。さらに別の態様において、複数のＭＵＴは、音響減衰物質によって実質的に閉じ込められているＭＵＴを備える誘電層と接触する。さらなる別の態様において、少なくとも一つの単一体の半導体回路は、ＭＵＴと機能的に結合してよい基板に形成され、該回路は基板のエッチングされていない部分に位置している。さらなる別の態様において、該少なくとも一つの単一体の半導体回路は、基板に形成され、音響孔上の薄い基板層に位置する。さらなる別の態様において、複数のＭＵＴは半導体物質の層の一つの側に取り付けられ、誘電層は反対側に形成される。少なくとも一つの単一体の半導体回路は、ＭＵＴと機能的に結合されてよい半導体物質に形成される。

本発明は、一般的に、超音波映像により身体の内部に関する診断情報を提供するために小型機械の超音波変換器（ＭＵＴｓ）を使用する超音波診断システムを導く。本発明のある実施態様の多数の特定の詳細は下記に記載され、そのような実施態様の完全な理解を提供するために図３乃至１６に記載される。しかしながら、本発明は下記の詳細な記載の数多を備えずに実行してよいことを当業者は理解するであろう。さらに、下記の実施態様に記載のＭＵＴが、時間で変化する電圧によって励起される場合に音波を放射でき、音波によって刺激される場合に時間で変化する電気信号を生成できる半導体基板上に形成されてよい任意の電気機械デバイスを有してよいことが理解される。したがって、ＭＵＴは、容量性の小型機械の超音波変換器（ｃＭＵＴ）、圧電性の小型機械の超音波変換器（ｐＭＵＴ）、又は、さらに別の小型機械の超音波デバイスを有してよい。さらに、下記の記載において、様々な実施態様に関する図は、いずれの特定のあるいは相対的な物理的規模を伝えるように解釈されず、その様々な実施態様に関する特定のあるいは相対的な規模は、請求項で明らかに述べていないのであれば、制限することを考慮しないことを理解される。

図３は、本発明の実施態様によるＭＵＴ変換器アレイ３０の部分的な断面図である。ＭＵＴ変換器アレイ３０は、基板３４上に形成されたＭＵＴ３２を有する。アレイ３０は音波の受信が可能であり、出力電気信号を生じることが可能であり、さらに入力電気信号に応じて超音波を生じることが可能である。入力信号と出力信号は、基板３４内に位置する複数の相互接続により超音波システム（示されていない）で交換される。簡素に例示するために、図３では相互接続は示されていない。ＭＵＴ３２は、一連の周知の半導体組立工程の適用により基板３４上に形成されてよい。例えば、ＭＵＴ３２は、フォトリソグラフィック処理を使用して基板の表面をパターン化することによって、さらに様々な物質の沈着工程により基板３４に物質層を連続的に追加することによって形成されてよい。さらにＭＵＴ３２の構造的な特徴は、様々なエッチング工程の適用により沈着された物質の選択された部分を除去することによって形成されてよい。誘電層は、基礎となる基板３４からＭＵＴ３２を電気的に分離する、上部の基板表面３５上にオプションで形成されてよい。代替として、誘電層はＭＵＴ３２に直接的に組み込まれてよい。

さらに図３を参照するに、アレイ３０はさらに、基板３４内に形成される孔３６を有する。孔３６は、上部の孔の表面３７から延在し、下部の基板表面３９に向かって下方に続く。孔３６はまた、上部の孔表面３７から下部の基板表面３９に下方に向かって依存する一対の側壁３８を有する。上部の孔表面３７は、基板３４の他の部分への音波のかなりの伝播を防ぐために十分に薄い分離層３１によって上面３５から分離される。孔３６は、ＭＵＴ３２下の音響的に減衰した地域（acoustically-damped region）を提供するように比較的高い音響減衰を有する音響減衰物質３３で満たされてよい。孔３６の規模及び物質３３の特徴は、アレイ３０全体の音響設計と互換性のある音響インピーダンスを協力的に生じる。例えば、孔３６の深さ“ｄ”は、物質３３が波に存在する音響エネルギーを消すために十分な損失があるので、ＭＵＴ３２から表面３５まで伝達された波が比較的無視できるレベルに減じられることを可能にすることが十分であってよい。したがって、物質３３は、室温バルカナイジング（vulcanizing）（ＲＴＶ）エラストマーなどのエラストマー物質、又は、選択された密度の分散した固体金属、セラミック、あるいは重合体のフィラー粒子を有する様々なエポキシマトリックスを有してよい。さらにまた、エポキシマトリックスは、所望の音響特性を達成するためにエラストマー状の粒子又は空気で満たされた“マイクロバルーン”で充填されてよい。アレイ３０は、アレイ３０を支持し、さらにさらなる音響減衰を提供するために、音響バッキング要素（示されていない）に位置してよい。

図４は、本発明の別の実施態様によるＭＵＴ変換器アレイ４０の部分的な断面図である。ＭＵＴ変換器アレイ４０は、アレイ４０を形成するために所定パターンで基板３４上に形成された複数のＭＵＴ３２を有する。孔３６は、上部の孔表面３７から下部の基板表面３９に向けて外に向かって延在する、複数のＭＵＴ３２の下に形成される。孔３６は、孔３６が選択された音響物質３３で充填された場合に所定の音響インピーダンスを生じるような規模とされる。

図５乃至８は、本発明の別の実施態様によるＭＵＴアレイの組立方法の段階を例示する部分的な断面図である。図５を参照するに、ＭＵＴ３２は、基板３４の上面５１上の誘電層５０の形成を有してよい、一連の周知の半導体組立段階によって、基板３４上に形成される。オキシ窒化ケイ素を有する他の誘電物質が使用されても良いが、誘電層５０は、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素を有してよい。二酸化ケイ素又は窒化ケイ素の層５３は、下面５２上に沈着される。層５３は、層５３に基板３４の背面５２へのアクセスを提供する開口部を生成するために、標準的なフォトリソグラフィック処理を使用してパターン化される。

図６を参照するに、基板３４は、図７に示されるように下面５２から上部の孔表面３７まで延在する、孔３６を形成するようにエッチングされてよい。基板３４の選択的なドーピングなどの他のエッチングを停止する装置が使用されてもよいが、誘電層５０はまたエッチング処理中にエッチングを停止する層としての役割をしてよい。基板３４は、孔３６を形成するためにエッチングバス内で様々な等方性又は異方性溶液を使用してエッチングされてよい。基板３４の物質的な特性及びエッチング槽の構成は、一般的に協力して孔３６の形状を決定する。例えば、基板３４が＜１１１＞結晶の方位を有するモノクリスタルのシリコンである場合、フッ化水素酸と硝酸のエッチング溶液は、ほぼ４５度で内部に向かって延在する側壁３８を有する孔３６を形成するだろう。代替として、水酸化カリウムのエッチング溶液でエッチングされた＜１００＞モノクリスタルの物質は、ほぼ５４．７度で内部に向かって延在する側壁を生じるだろう。孔３６における他の内部形状は、他のエッチング溶液と共に基板３４で他の結晶形態を使用して得られてよく、本発明の範囲内であると考慮される。同様に、湿式エッチング以外の方法が孔３６を形成するために使用されてよい。例えば、プラズマエッチング、イオンビーム粉砕及び反応性イオンエッチングを有する乾式エッチング方法が使用されてよい。

図８を参照するに、孔３６は、上記に同定したいずれかの物質から構成される音響物質３３で充填されてよい。他の方法もあるが、物質３３は、孔３６に物質を直接的に注入することによって音響孔３６に沈着されてよい。例えば、物質３３は孔３６内にスプレーされてよい。物質３３の適用に続いて、層５３は表面５２を露出するために剥がれてよい。層５３は、湿式化学ストリッピング又はプラズマストリッピング方法を有する様々なストリッピング方法を使用して剥がされてよい。音響バッキング要素は、さらなる音響減衰を提供するためにアレイの下に位置してよい。

前述した先の実施態様は、基板で音波の伝播を実質的に防止する音響物質で充填される一つ以上のＭＵＴデバイスの下に音響孔を有利に提供する。加えて、減衰物質は、一般的に、ＭＵＴに超音波信号のより効果的な送信及び受信をさせる基板物質とは実質的に異なる、音響インピーダンスを有する。さらに、実質的に非電気的な伝導性の減衰物質を一つ以上のＭＵＴの下に位置することによって、ＭＵＴの性能に悪影響を与える寄生の容量性カップリング効果が減少される。

図９は、本発明のまた別の実施態様によるＭＵＴ変換器アレイ６０の部分的な断面図である。アレイ６０は、誘電層５０に取り付けられる複数のＭＵＴ３２を有する。ＭＵＴ３２はさらに、実質的にＭＵＴ３２を閉じ込めて、位置６４で誘電層５０に接する音響減衰物質６２に埋め込まれる。物質６２はさらに、クロスカップリング効果に対して追加的な抵抗を提供するように隣接するＭＵＴ３２間の空間６６を実質的に満たす。音響減衰物質６２は、物質６２内に伝播した波が実質的に弱められることを保証するように層５０の下において距離“ｄ”で延在する。音響減衰物質６２は、室温バルカナイジング（ＲＴＶ）エラストマーなどのエストラマー物質、又は、選択された密度の分散した固体金属、セラミック、あるいは重合体のフィラー粒子を有する様々なエポキシマトリックスを有してよい。さらにまた、エポキシマトリックスは、所望の音響特性を達成するためにエラストマー状の粒子又は空気で満たされた“マイクロバルーン”で充填されてよい。

さらに図９を参照するに、誘電層５０は、アレイ６０での各ＭＵＴ３２によって生じる音波６を外側に向かって伝達させ、対応して反射された音波７をＭＵＴ３２によって受けさせる薄い構造である。他の代替物があるが、したがって、層５０は二酸化ケイ素又は窒化ケイ素の薄膜から構成される。

図１０乃至１２は、本発明の別の実施態様によるＭＵＴアレイの製造方法の段階を例証する、部分的な断面図である。図１０を参照するに、誘電層５０は基板３４上に形成される。複数のＭＵＴ３２は、ＭＵＴ３２と基板３４との間に置かれた誘電層５０を備えて、基板３４上に同様に形成される。代替として、基板３４は、ＭＵＴ３２から間隔が置かれ、基板３２内に位置する誘電物質の層を有する絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）基板から構成されてよく、その結果、ＭＵＴ３２はシリコン表面上に直接的に位置される。音響減衰物質６２は、図１１に示されるように、ＭＵＴ３２を実質的に閉じ込める、複数のＭＵＴ３２上に形成される。

図１２を参照するに、基板３４は、上部の誘電表面６４を露出するように実質的に除去される。次いで、基板３４がＳＯＩ基板である場合、基板３４は絶縁層を露出するように薄くされる。他の代替方法はあるが、いずれの場合でも、基板３４は適切な溶液で基板３４を湿式エッチングすることによって除去されてよい。例えば、基板３４は、基板３４を除去するように湿式スピンエッチングを採用することによって除去されてよい。誘電層５０はエッチング工程段階でエッチングを停止する層としての役割をしてよい。基板３４はまた、表面６４を露出するように基板３４をバックグラインドする（backgrinding）ことによって除去されてよい。

別の実施態様と関連して既に特定された利点に加えて、前述までの実施態様は、全体のＭＵＴを有利に閉じ込める制限されない音響孔を追加的に提供し、結果として隣接するＭＵＴ間の空間は音響減衰物質で満たされ、したがってさらにクロスカップリング効果を減少する。

図１３は、本発明の別の実施態様によるＭＵＴ変換器アレイ７０の部分的な断面図である。ＭＵＴ変換器アレイ７０は、所定のパターンで基板３４上に形成された複数のＭＵＴ３２を有する。誘電層５０は、電気的な分離を提供するために複数のＭＵＴ３２と基板３４との間に置かれてよい。減衰孔３６は、上部の孔表面３７から下部の基板表面３９に向かって下方に延在する複数のＭＵＴ３２の下に形成される。孔３６は、アレイ７０のための選択された音響特性を生じるように音響減衰物質３３で充填されてよい。さらにアレイ７０は、減衰孔３６の側面に隣接して位置する基板３４に単一体で形成された、少なくとも一つの半導体回路７２を有する。回路７２は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの単一の半導体デバイス、又はＭＵＴを駆動するために使用される同様のデバイスを有してよい。代替として、回路７２は、より完全に統合されたデバイスを有してよい。例えば、回路７２は、レシーバ機能、ビーム形成処理、又はアレイ７０のための他の“前端”処理を少なくとも部分的に実行する、単一体で形成された回路を有してよい。さらに、回路７２はまた、アレイ７０のための制御操作を実行する回路を有してよい。半導体回路７２は、複数のＭＵＴ３２と相互接続されてよく、さらに基板に形成される要素を相互接続することによってアレイの外部の他の回路と相互接続されてよい（示されていない）。ＭＵＴ変換器アレイ７０は、アレイ７０を支持し、さらなる音響減衰を提供するために音響バッキング要素（示されていない）上に位置してよい。

図１４は、本発明のさらに別の実施態様によるＭＵＴ変換器アレイ８０の部分的な断面図である。ＭＵＴ変換器アレイ８０は、複数のＭＵＴ３２と基板３４との間に置かれた誘電層５０を有してよい、基板３４上に形成された複数のＭＵＴ３２を有してよい。減衰孔３６は、上部の孔表面３７から下部の基板表面３９に向かって下方に延在する、複数のＭＵＴ３２の下に形成される。孔３６は、アレイ８０のための選択された音響特性を生じるように音響減衰物質３３で充填されてよい。さらにアレイ８０は、複数のＭＵＴ３２に隣接して、減衰孔３６上の位置で分離層３１に単一体で形成された、少なくとも一つの半導体回路８２を有する。前述した実施態様でのように、回路８２は単一の半導体デバイスを有してよく、又は回路８２はより完全な集積デバイスを有してよい。半導体回路８２は、複数のＭＵＴ３２と相互接続されてよく、さらに基板に形成される要素を相互接続することによってアレイの外部の他の回路と相互接続されてよい（示されていない）。代替として、少なくとも一つの回路８２は、複数のＭＵＴ３２のほぼ下の位置で分離層３１に形成されてよく、ＭＵＴ３２から少なくとも一つの回路８２まで延在するバイアス（示されていない）によりＭＵＴ３２との相互接続（示されていない）を形成してよい。ＭＵＴ変換器アレイ８０は、アレイ８０を支持し、さらなる音響減衰を提供するために音響バッキング要素（示されていない）上に位置してよい。

図１５は、本発明のさらに別の実施態様によるＭＵＴ変換器アレイ９０の部分的な断面図である。アレイ９０は、ＭＵＴ３２を実質的に閉じ込める、音響減衰物質６２に埋め込まれる複数のＭＵＴを有する。層９４は、誘電層９６と複数のＭＵＴ３２との間に置かれる半導体物質から構成される。他の代案はあるが、誘電層９６は二酸化ケイ素又は窒化ケイ素の薄膜から構成されてよい。さらに、アレイ９０は、複数のＭＵＴ３２に隣接した位置で層９４に単一体で形成される、少なくとも一つの半導体回路９２を有する。本発明の別の実施態様と関連して詳細に記載されたように、回路９２は単一のデバイスを有してよく、又はレシーバ、ビーム形成処理、又はさらに他の操作を少なくとも部分的に実行する回路を有する、より完全な集積デバイスを有してよい。半導体回路９２は複数のＭＵＴ３２と相互接続されてよく、基板に形成された伝導性要素によってアレイに対して外部の他の回路と相互接続されてよい（示されていない）。代替として、少なくとも一つの回路９２は、複数のＭＵＴ３２のほぼ下の位置で層９４に形成されてよく、さらに、ＭＵＴ３２から少なくとも一つの回路９２まで延在するバイアス（示されていない）によりＭＵＴ３２との相互接続（示されていない）を形成してよい。

図１５のアレイ９０の組立は、一般的に、図１０から１２に示されるように進んでよい。誘電層９６は、シリコン基板３４上に形成されてよい（図１０に示されるように）。代替として、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）基板は、基板３４と誘電層９６の両者を提供するように使用されてよい。いずれの場合でも、半導体回路９２は、層９４で望ましい際に形成される。次いで、ＭＵＴ３２は層９４に形成されてよく、ＭＵＴを有するアレイ９０の表面は音響減衰物質６２でカバーされてよい。次いで、基板３４は、図１５に示されるアレイ９０を生じるようにバックグラインド、エッチング又は他の同様の方法によって除去されてよい。

図１６は、本発明のまたさらに他の実施態様によるＭＵＴ変換器アレイ１００の部分的な断面図である。アレイ１００は、誘電層９６が除去され、さらに層９４の少なくとも一部分が除去されたか又は形成されない、図１５に示される実施態様と同様である。層９６及び９４が除去されて、層９６及び９４による音響減衰が多大に除去されるので、ＭＵＴ３２の受け性能及び伝達性能が増幅される。加えて、層９４は、ＭＵＴ３２に隣接するか、あるいはＭＵＴ３２間のいずれかで追加的な回路９２を形成するために使用されてよい島（示されていない）として残されるか、又は形成されてよい。

本発明の他の実施態様に存在する利点に加えて、前述までの実施態様は、基板に単一体で形成されて、ＭＵＴに隣接した位置で基板に位置した、少なくとも一つの半導体回路を有する。半導体回路は、信号処理の少なくとも一部分及び／又は制御回路が、共通の基板上で形成されることを可能にし、削減されたハードウェアの必要性により相当な費用の節減となり、製造コストを節約する。

本発明の例示された実施態様の上記の記載は、本発明が開示された正確な形式に徹底するか、又は制限するように意図されない。本発明の特定の実施態様及び実施例が実例となる目的のために先に記載されているが、様々な等価な修正が本発明の範囲内で可能であることを当業者は認識するだろう。例えば、上記に言及したＭＵＴの背後に形成された孔は、一般的に音響物質で満たされ、さらに満たされた孔又は薄い基板層は、一般的に、層の形態の音響バッキング物質で支持されるか、又は特定の適用の必要性と一致して選択された弱める特性及びインピーダンス特性を有するバッキングブロックで支持される。孔及びバッキングの一つ又はもう一方あるいは両者は、低周波数の適用で所望であるか、又は音波が大気に伝達する場合、代替として、空気で満たされてよい。孔及びバッキング物質は、特定の適用に依存して、強力な減衰的な（損失的な）特性を有するか、又は反射的あるいは合致的な特性を有してよい。さらにまた、上記の様々な実施態様は、さらなる実施態様を提供するように組み合わせることができる。したがって、本発明は当該開示によって制限されないが、本発明の範囲は請求項によって完全に決定されることになる。

従来技術によるＭＵＴ変換器の部分的な断面図である。 従来技術によるＭＵＴ変換器アレイの部分的な断面図である。 本発明の実施態様によるＭＵＴ変換器アセンブリの部分的な断面図である。 本発明の別の実施態様によるＭＵＴ変換器アレイの部分的な断面図である。 本発明のさらなる別の実施態様によるＭＵＴ変換器の組立て方法の一つの段階を例示するＭＵＴ変換器の部分的な断面図である。 本発明のさらなる別の実施態様によるＭＵＴ変換器の組立て方法の一つの段階を例示するＭＵＴ変換器の部分的な断面図である。 本発明のさらなる別の実施態様によるＭＵＴ変換器の組立て方法の一つの段階を例示するＭＵＴ変換器の部分的な断面図である。 本発明のさらなる別の実施態様によるＭＵＴ変換器の組立て方法の一つの段階を例示するＭＵＴ変換器の部分的な断面図である。 本発明のさらなる別の実施態様によるＭＵＴ変換器アレイの部分的な断面図である。 本発明のさらにまた別の実施態様によるＭＵＴ変換器の組立て方法の一つの段階を例示するＭＵＴ変換器の部分的な断面図である。 本発明のさらにまた別の実施態様によるＭＵＴ変換器の組立て方法の一つの段階を例示するＭＵＴ変換器の部分的な断面図である。 本発明のさらにまた別の実施態様によるＭＵＴ変換器の組立て方法の一つの段階を例示するＭＵＴ変換器の部分的な断面図である。 本発明の別の実施態様によるＭＵＴ変換機アレイの部分的な断面図である。 本発明のまた別の実施態様によるＭＵＴ変換機アレイの部分的な断面図である。 本発明のさらに別の実施態様によるＭＵＴ変換機アレイの部分的な断面図である。 本発明のさらにまた別の実施態様によるＭＵＴ変換機アレイの部分的な断面図である。

Claims (10)

1. 上面と、該上面に対する下面と、該上下面との間の厚さとを有する基板と、
   前記下面から前記基板内の中間位置まで前記基板内で上方に突出する前記基板に形成された窪みと、
   前記窪み上に位置されて、前記基板の前記上面によって支持される少なくとも一つの小型機械の超音波変換器（ＭＵＴ）とを有し、
   前記窪みは、所定の音響特性を有する物質で実質的に満たされていることを特徴とする小型機械の超音波変換器アレイ。
2. 前記小型機械の超音波変換器はさらに、容量性の小型機械の超音波変換器（ｃＭＵＴ）、又は圧電性の小型機械の超音波変換器（ｐＭＵＴ）から構成されることを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
3. 前記基板と前記少なくとも一つの小型機械の超音波変換器との間に置かれた誘電層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
4. 前記物質はさらに、エラストマー物質から構成されることを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
5. 前記物質はさらに、エポキシ樹脂物質から構成されることを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
6. 前記エポキシ樹脂物質はさらに、フィラー物質で満たされたエポキシ樹脂物質から構成されることを特徴とする請求項５に記載のアレイ。
7. 前記下面に接するバッキング要素をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
8. 実質的に完全に除去されており、基板上に形成された少なくとも一つの小型機械の超音波変換器（ＭＵＴ）と、
   前記少なくとも一つの小型機械の超音波変換器を実質的に閉じ込める所定の音響特性の音響物質とを有することを特徴とする小型機械の超音波変換器アレイ。
9. 小型機械の超音波変換器アレイの組立方法であって、該方法は、
   基板表面に少なくとも一つの小型機械の超音波変換器を形成する段階と、
   前記少なくとも一つの小型機械の超音波変換器の基礎をなす窪みを形成するために該基板の一部を除去する段階と、
   前記窪みに音響減衰物質を置く段階とを有することを特徴とする方法。
10. 小型機械の超音波アレイの組立方法であって、該方法は、
    基板物質上に少なくとも一つの小型機械の超音波変換器（ＭＵＴ）を形成する段階と、
    前記少なくとも一つの小型機械の超音波変換器を実質的に閉じ込める前記基板上に音響減衰物質を沈着する段階と、
    前記音響減衰物質及び小型機械の超音波変換器から前記基板物質の少なくとも本質的な部分を除去する段階とを有することを特徴とする方法。

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