JP2010045430A

JP2010045430A - 静電型トランスデューサ

Info

Publication number: JP2010045430A
Application number: JP2008206012A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Honda; 由明本多; Yoshifumi Watabe; 祥文渡部; Yuichi Inaba; 雄一稲葉
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-25

Abstract

【課題】真空層の高真空化による高性能化が可能な静電型トランスデューサを提供する。
【解決手段】シリコン基板１０と、シリコン基板１０の一表面側に形成された多孔質ポリシリコン層からなる真空封止用多孔質層１９と、真空封止用多孔質層１９におけるシリコン基板１０側とは反対側に積層されたキャップ層２２とを備え、真空封止用多孔質層１９とシリコン基板１０の上記一表面との間に真空層２１が形成され、真空層２１のシリコン基板１０側にコンデンサの一方の電極となる固定電極１３が形成され、真空層２１のシリコン基板１０側とは反対側にコンデンサの他方の電極となる可動電極２４が形成されている。真空封止用多孔質層１９は、シリコン基板１０の上記一表面側にポリシリコン層１８を当該ポリシリコン層１８が上記一表面から離間する形で形成し当該ポリシリコン層１８の一部を陽極酸化することにより形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電型トランスデューサに関するものである。

従来から、マイクロマシニング技術などを利用して形成される静電型トランスデューサが知られている（例えば、非特許文献１，２参照）。

ここにおいて、上記非特許文献１に開示された静電型トランスデューサは、図１０に示すように、シリコン基板１０’の一表面上にシリコン酸化膜（以下、第１のシリコン酸化膜と称する）１１’が形成され、第１のシリコン酸化膜１１’におけるシリコン基板１０’側とは反対側に所定形状にパターニングされた導電性ポリシリコン層からなる固定電極（下部電極）１３’が形成され、第１のシリコン酸化膜１１’におけるシリコン基板１０’側とは反対側に固定電極１３’を覆うシリコン酸化膜（以下、第２のシリコン酸化膜と称する）３２’が形成され、第２のシリコン酸化膜３２’上にシリコン窒化膜３３’が形成され、シリコン窒化膜３３’上で所定形状にパターニングされ一部がシリコン窒化膜３３’の複数の貫通孔３３ａ’に埋設された導電性多孔質ポリシリコン層からなる真空封止用多孔質層１９’と、真空封止用多孔質層１９’上に積層されたＡｌ膜からなるキャップ層２２’とを備え、真空封止用多孔質層１９’とキャップ層２２’とで可動電極２４’（上部電極）が構成され、固定電極１３’とシリコン窒化膜３３’との間に真空層２１’が形成されている。

上述の静電型トランスデューサでは、固定電極１３’と可動電極２４’とを電極とするコンデンサが形成されるから、可動電極２４’が音波を受波することにより固定電極１３’と可動電極２４’との間の距離が変化し、コンデンサの静電容量が変化する。したがって、固定電極１３’と可動電極２４’との間に直流バイアス電圧を印加しておけば、固定電極１３’と可動電極２４’との間には音波の音圧に応じて微小な電圧変化が生じるから、音波の音圧によって生じる可動電極２４’の振動エネルギを電気信号に変換する音響センサとして用いることができる。

また、上述の静電型トランスデューサは、固定電極１３’と可動電極２４’との間に電圧を印加すると、固定電極１３’と可動電極２４’との間に発生する静電引力によって可動電極２４’が固定電極１３’に近づく向きに変位するので、固定電極１３’と可動電極２４’との間に印加する電圧を変化させることで可動電極２４’を振動させることにより、音波を発生させることができるから、スピーカとして用いることができる。

以下、図１０に示した構成の静電型トランスデューサの製造方法について図１１を参照しながら簡単に説明する。

まず、シリコン基板１０’の上記一表面上に膜厚が１０００ｎｍの第１のシリコン酸化膜１１’を形成してから、第１のシリコン酸化膜１１’上に膜厚が４００ｎｍのポリシリコン層を形成し、当該ポリシリコン層にイオン注入を行ってからアニールを行うことにより導電性ポリシリコン層を形成し、当該導電性ポリシリコン層をパターニングすることによりパターニングされた当該導電性ポリシリコン層からなる固定電極１３’を形成し、続いて、シリコン基板１０’の上記一表面側にＴＥＯＳを原料とするＣＶＤ法により膜厚が３００ｎｍの第２のシリコン酸化膜３２’を成膜することによって、図１１（ａ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１０の上記一表面側に膜厚が２００ｎｍで引張応力が２８０ＭＰａ〜１０８９ＭＰａのシリコン窒化膜３３’をＬＰＣＶＤ法により成膜し、続いて、シリコン窒化膜３３’に内径が２μｍ程度の複数の貫通孔３３ａ’をプラズマエッチングにより形成し、続いて、シリコン基板１０’の上記一表面側にフッ酸を透過可能な多孔質ポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成し、当該多孔質ポリシリコン層に対してイオン注入およびアニールを行って導電性多孔質ポリシリコン層１９ａ’を形成することによって、図１１（ｂ）に示す構造を得る。なお、ＬＰＣＶＤ法による多孔質ポリシリコン層の成膜にあたっては、成膜時に多数のピンホールが形成されるようなプロセス条件を設定してあり、ピンホールのサイズが１〜１０ｎｍ、ピンホールの密度が１０〜１００μｍ^−２程度であり、ピンホールのサイズと密度はＬＰＣＶＤ法のプロセスパラメータを変えることで調整することができる。

上述の導電性多孔質ポリシリコン層１９ａ’を形成した後、導電性多孔質ポリシリコン層１９ａ’のピンホールを通してフッ酸系溶液（例えば、ＢＨＦなど）を導入して第２のシリコン酸化膜３２’の一部をエッチングすることで真空層２１’を形成することによって、図１１（ｃ）に示す構造を得る。

その後、導電性多孔質ポリシリコン層１９ａ’をパターニングすることで真空封止用多孔質層１９’を形成してから、固定電極１３’およびシリコン基板１０’それぞれの一部を露出させるコンタクトホール３４’，３５’を形成することによって、図１１（ｄ）に示す構造を得る。その後、シリコン基板１０’の上記一表面側の全面にＡｌ膜を成膜してからパターニングすることでキャップ層２２’などを形成することによって、図１１（ｅ）に示す構造を得ている。

また、上記特許文献２に開示された静電型トランスデューサは、図１２に示すように、固定電極１３”を兼ねるシリコン基板１０”と、シリコン基板１０”の一表面側に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜４１”と、絶縁膜４１”におけるシリコン基板１０”側とは反対側に形成されたＳｉ_３Ｎ_４からなるメンブレン４２”と、メンブレン４２”上に形成され所定形状にパターニングされた可動電極２４”と、メンブレン４２”の表面側に可動電極２４”を覆う形で形成されたシリコン酸化膜からなるパッシベーション膜４４”とを備え、メンブレン４２”と絶縁膜４１”との間に真空層２１”が形成されており、固定電極１３”と可動電極２４”とを電極とするコンデンサが形成される。

以下、図１２に示した構成の静電型トランスデューサの製造方法について図１３を参照しながら簡単に説明する。

まず、下部電極１３”を兼ねるシリコン基板１０”の上記一表面上にシリコン窒化膜からなる絶縁膜４１”を形成してから、絶縁膜４１”上にアモルファスシリコン膜を形成し当該アモルファスシリコン膜をパターニングすることで真空層形成用の犠牲層１５”を形成することによって、図１３（ａ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１０”の上記一表面側にシリコン窒化膜４２”を形成することによって、図１３（ｂ）に示す構造を得る。

その後、シリコン窒化膜４２”に犠牲層１５”の表面の一部を露出させるエッチングホール４２ｂ”を形成し、エッチングホール４２ａ”を通してＫＯＨにより犠牲層１５”を選択的にエッチングすることによって、図１３（ｃ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１０”の上記一表面側にエッチングホール４２ａ”が封止されるように減圧下でシリコン窒化膜を堆積させることにより当該シリコン窒化膜と上記シリコン窒化膜４２”とで構成されるＳｉ_３Ｎ_４からなるメンブレン４３”を形成するとともにメンブレン４３”直下に真空層２１”を形成し、続いて、シリコン基板１０の上記一表面側に所定形状の可動電極２４”を形成し、その後、シリコン酸化膜からなるパッシベーション膜４４”を形成することによって、図１３（ｄ）に示す構造を得ている。
Saarilahti et al,「A Novel Method for cMUT fabrication」、3rd International Workshop on Micromachined Ultrasonic Transducers(2003),June,2003 Omer Oralkan,et al,「Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers: Next-GenerationArrays for Acoustic Imaging?」，IEEE TRANSACTIONS OFULTRASONICS,FERROELECTRICS,AND FREQUENCYCONTROL,VOL.49,NO.11,p1596-1610,NOVEMBER 2002

ところで、図１０に示した構成の静電型トランスデューサでは、製造時に、導電性多孔質ポリシリコン層１９ａ’のピンホールを通してフッ酸系溶液（例えば、ＢＨＦなど）を導入し第２のシリコン酸化膜３２’の一部をエッチングすることで真空層２１’を形成しているが、第２のシリコン酸化膜３２’のエッチング時にシリコン窒化膜３３’が厚み方向の両側から低エッチングレート（フッ酸系溶液がＢＨＦであれば１ｎｍ／ｍｉｎ程度）ではあるもののエッチングされてしまうので、導電性多孔質ポリシリコン層１９ａ’とシリコン窒化膜３３’との密着性が低下してしまうから、真空層２１’の真空度の高真空化による高性能化が難しく、また、設計上の特性が得られないことが考えられる。また、真空層２１’のサイズによって真空層２１’形成前後のシリコン窒化膜３３’の厚みの変化量が異なってしまうので、デバイス設計の自由度が低かった。

また、図１２に示した構成の静電型トランスデューサでは、製造時に、シリコン窒化膜４２”にエッチングホール４２ａ’を形成し、当該エッチングホール４２ａ”を通して犠牲層１５”を選択的にエッチングしてから、シリコン基板１０”の上記一表面側にエッチングホール４２ａ”が封止されるように減圧下でシリコン窒化膜を堆積させることにより当該シリコン窒化膜と上記シリコン窒化膜４２”とで構成されるＳｉ_３Ｎ_４からなるメンブレン４３”を形成するとともにメンブレン４３”直下に真空層２１”を形成しているので、真空層２１’の真空度の高真空化による高性能化が難しく、また、犠牲層１５”をエッチングした後に絶縁膜４１”上にもシリコン窒化膜が堆積されてしまうので、設計上の特性が得られないことが考えられる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、真空層の高真空化による高性能化が可能な静電型トランスデューサを提供することにある。

請求項１の発明は、シリコン基板と、シリコン基板の一表面側に形成された多孔質ポリシリコン層からなる真空封止用多孔質層と、真空封止用多孔質層におけるシリコン基板側とは反対側に積層されたキャップ層とを備え、真空封止用多孔質層とシリコン基板の前記一表面との間に真空層が形成され、真空層のシリコン基板側にコンデンサの一方の電極となる固定電極が形成され、真空層のシリコン基板側とは反対側にコンデンサの他方の電極となる可動電極が形成されてなり、真空封止用多孔質層は、シリコン基板の前記一表面側にポリシリコン層を当該ポリシリコン層が前記一表面から離間する形で形成し当該ポリシリコン層の一部を陽極酸化することにより形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、シリコン基板の一表面側に形成された多孔質ポリシリコン層からなる真空封止用多孔質層と、真空封止用多孔質層におけるシリコン基板側とは反対側に積層されたキャップ層とを備え、真空封止用多孔質層とシリコン基板の前記一表面との間に真空層が形成され、真空封止用多孔質層が、シリコン基板の前記一表面側にポリシリコン層を当該ポリシリコン層が前記一表面から離間する形で形成し当該ポリシリコン層の一部を陽極酸化することにより形成されているので、製造時に、シリコン基板の前記一表面側に真空封止用多孔質層を形成した後で、シリコン基板の前記一表面側において真空封止用多孔質層直下に形成されている犠牲層であるシリコン酸化膜を真空封止用多孔質層の微細孔を通してフッ酸系溶液により選択的にエッチングすることによって真空層となる空間を形成し、その後、真空封止用多孔質層にキャップ層を積層することによって真空封止用多孔質層の微細孔を封孔して真空層を所望の真空度とするような製造プロセスを採用することができ、真空層の高真空化による高性能化が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記固定電極は、前記シリコン基板の前記一表面側に形成したノンドープポリシリコン層において部分的にドーピングされた領域からなり、前記可動電極は、前記ポリシリコン層において部分的にドーピングされた領域を陽極酸化することにより形成された導電性多孔質ポリシリコン層からなり、前記真空封止用多孔質層を兼ねていることを特徴とする。

この発明によれば、前記固定電極および前記可動電極が前記真空層を挟んで対向し、前記真空層の形成時に前記固定電極および前記可動電極がエッチングされるのを防止することができるので、前記固定電極と前記真空封止用多孔質層との間の前記真空層のギャップ長の高精度化を図れ、また、前記可動電極は、前記ポリシリコン層において部分的にドーピングされた領域を陽極酸化することにより形成された導電性多孔質ポリシリコン層からなるので、前記ポリシリコン層全体がドーピングされている場合に比べて寄生容量を低減できるとともに、前記真空封止用多孔質層とは別に前記可動電極を形成する場合に比べて前記可動電極が変位しやすくなり、例えば音響センサとして使用する場合に感度を向上させることができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記可動電極の両端部それぞれにパッドが形成されてなり、パッド間への通電に伴う前記可動電極の温度変化に伴って音波を発生する熱励起型音源としても使用可能であることを特徴とする。

この発明によれば、熱励起型音源から発生させ物体で反射された超音波を受波することができるので、コンパクトで低コストの超音波送受波素子や超音波距離計を実現することが可能となり、しかも、熱励起型音源では共振現象を利用せずに音波を発生させるから、残響が短く発生期間の短い超音波あるいはインパルス状の音波を送波させることができるので、不感帯を短くすることができ、超音波送受波素子や超音波計測計の高精度化を図れる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記シリコン基板の前記一表面側に前記コンデンサが複数形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、音響センサとして用いる場合に音波の到来方向を求めることが可能となる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記シリコン基板の前記一表面側に前記コンデンサの出力を信号処理する信号処理回路が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記コンデンサと信号処理回路との間の配線長を短くすることができるとともに、また、信号処理回路が別の基板に形成されている場合に比べて、小型化および低コスト化を図れる。

請求項１の発明では、真空層の高真空化による高性能化が可能になるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の静電型トランスデューサは、図１に示すように、シリコン基板１０と、シリコン基板１０の一表面側に形成された多孔質ポリシリコン層からなる真空封止用多孔質層１９と、真空封止用多孔質層１９におけるシリコン基板１０側とは反対側に積層されたキャップ層２２とを備え、真空封止用多孔質層１９とシリコン基板１０の上記一表面との間に真空層２１が形成され、真空層２１のシリコン基板１０側にコンデンサの一方の電極となる固定電極１３が形成され、真空層２１のシリコン基板１０側とは反対側にコンデンサの他方の電極となる可動電極２４が形成されている。

真空封止用多孔質層１９は、後述のようにシリコン基板１０の上記一表面側にポリシリコン層１８を当該ポリシリコン層１８が上記一表面から離間する形で形成し当該ポリシリコン層１８の一部を陽極酸化することにより形成されている。ここで、本実施形態では、ポリシリコン層１８が不純物をドーピングしたポリシリコン層により構成されており、真空封止用多孔質層１９となる多孔質ポリシリコン層が導電性多孔質ポリシリコン層により構成されるとともにキャップ層２２が導電性膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）により構成されており、真空封止用多孔質層１９とキャップ層２２とで可動電極２４を構成している。

また、本実施形態の静電型トランスデューサは、シリコン基板１０の上記一表面上にシリコン酸化膜１１が形成されており、固定電極１３は、シリコン酸化膜１１上に形成したノンドープポリシリコン層１２に囲まれた導電性ポリシリコン層により構成されており、当該導電性ポリシリコン層は、後述のようにシリコン基板１０の上記一表面側の全体にノンドープポリシリコン層１２を形成してから、当該ノンドープポリシリコン層１２に部分的に不純物をドーピングすることにより形成されている。ここで、固定電極１３とポリシリコン層１８とは、シリコン基板１０の上記一表面側でノンドープポリシリコン層１２とポリシリコン層１８との間に形成されたシリコン窒化膜１４により絶縁されている。

また、本実施形態の静電型トランスデューサは、シリコン基板１０の上記一表面側の最表面側にシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜２３が形成されており、固定電極１３の露出部位上に形成され固定電極１３に電気的に接続されたパッド２５と、可動電極２４の露出部位上に形成され可動電極２４に電気的に接続されたパッド２６とを備えている。

本実施形態の静電型トランスデューサでは、固定電極１３と可動電極２４とを電極とするコンデンサが形成されるから、可動電極２４が音波を受波することにより固定電極１３と可動電極２４との間の距離が変化し、コンデンサの静電容量が変化する。したがって、固定電極１３に電気的に接続されたパッド２５と可動電極２４に電気的に接続されたパッド２６との間に直流バイアス電圧を印加しておけば、両パッド２５，２６間には音波の音圧に応じて微小な電圧変化が生じるから、音波の音圧によって生じる可動電極２４の振動エネルギを電気信号に変換する音響センサとして用いることができる。また、本実施形態の静電型トランスデューサは、圧力センサとしても用いることができる。

また、本実施形態の静電型トランスデューサは、固定電極１３に電気的に接続されたパッド２５と可動電極２４に電気的に接続されたパッド２６との間に電圧を印加すると、固定電極１３と可動電極２４との間に発生する静電引力によって可動電極２４が固定電極１３に近づく向きに変位するので、両パッド２５，２６間に印加する電圧を変化させることで可動電極２４を振動させることにより、音波を発生させることができるから、スピーカとして用いることができる。

以下、本実施形態の静電型トランスデューサの製造方法について図２および図３を参照しながら説明する。

まず、単結晶のシリコン基板１０の上記一表面側の全面にシリコン酸化膜１１をＣＶＤ法や熱酸化法などにより形成することによって、図２（ａ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にノンドープポリシリコン層１２をＣＶＤ法などにより形成することによって、図２（ｂ）に示す構造を得てから、ノンドープポリシリコン層１２にｐ形の不純物をドーピングすることで固定電極１３を形成することによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。なお、固定電極１３の形成にあたっては、ノンドープポリシリコン層１２における固定電極１３の形成予定領域に不純物をイオン注入してアニールすることで固定電極１３を形成している。

上述の固定電極１３を形成した後、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にシリコン窒化膜１４を形成することによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にＮＳＧ膜からなるシリコン酸化膜を形成してから、当該シリコン酸化膜をパターニングすることで当該シリコン酸化膜の一部からなる真空層２１形成用の犠牲層１５を形成することによって、図２（ｅ）に示す構造を得る。

次に、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にポリシリコン層１６をＣＶＤ法などにより形成し、続いて、ポリシリコン層１６上にＰＳＧ膜１７を形成することによって、図２（ｆ）に示す構造を得る。

その後、ＰＳＧ膜１７中の不純物をポリシリコン層１６へドーピングするアニールを行うことで導電性を有するポリシリコン層１８を形成してから、ＰＳＧ膜１７を除去することによって、図３（ａ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１０の上記一表面側に真空封止用多孔質層１９形成用にパターニングされたレジスト層２０を形成し、続いて、ポリシリコン層１８の一部を陽極酸化することで多孔質ポリシリコン層からなる真空封止用多孔質層１９を形成することによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。なお、ポリシリコン層１８の上記一部を陽極酸化するための電解液としては、ポリシリコン層１８の構成元素であるＳｉの酸化物であるＳｉＯ_２をエッチング除去する溶液として、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを１：１で混合したフッ酸系溶液を用いているが、フッ化水素水溶液の濃度やフッ化水素水溶液とエタノールとの混合比は特に限定するものではない。また、フッ化水素水溶液と混合する液体もエタノールに限らず、メタノール、プロパノール、イソプロパノール（ＩＰＡ）などのアルコールなど、陽極酸化反応で発生した気泡を除去できる液体であれば、特に限定するものではない。

上述の真空封止用多孔質層１９を形成した後、レジスト層２０を除去し、続いて、真空封止用多孔質層１９直下のシリコン酸化膜からなる犠牲層１５を真空封止用多孔質層１９の微細孔を通してフッ酸系溶液（例えば、フッ化水素水溶液など）により選択的にエッチングすることで真空層となる空間２１ａを形成することによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１０の上記一表面側に真空封止用多孔質層１９に導電性膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなるキャップ層２２を積層し、キャップ層２２をパターニングしてから、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜２３を形成し、続いて、パッシベーション膜２３をパターニングしてから、各パッド２５，２６を形成することによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。

以上説明した本実施形態の静電型トランスデューサでは、シリコン基板１０の上記一表面側に形成された多孔質ポリシリコン層からなる真空封止用多孔質層１９、真空封止用多孔質層１９におけるシリコン基板１０側とは反対側に積層されたキャップ層２２とを備え、真空封止用多孔質層１９とシリコン基板１０の上記一表面との間に真空層２１が形成され、真空封止用多孔質層１９が、シリコン基板１０の上記一表面側にポリシリコン層１８を当該ポリシリコン層１８が上記一表面から離間する形で形成し当該ポリシリコン層１８の一部を陽極酸化することにより形成されているので、製造時に、上述のように、シリコン基板１０の上記一表面側に真空封止用多孔質層１９を形成した後で、シリコン基板１０の上記一表面側において真空封止用多孔質層１９直下に形成されているシリコン酸化膜からなる犠牲層１５を真空封止用多孔質層１９の微細孔を通してフッ酸系溶液により選択的にエッチングすることによって真空層２１となる空間２１ａを形成し、その後、真空封止用多孔質層１９にキャップ層２２を積層することによって真空封止用多孔質層１９の微細孔を封孔して真空層２１を所望の真空度とするような製造プロセスを採用することができ、真空層２１の高真空化による高性能化が可能となる。また、本実施形態の静電型トランスデューサでは、真空層２１の高真空化を図れるので、結露などに起因したスティッキングや埃などの影響で特性が劣化するのを防止することができる。

（実施形態２）
本実施形態の静電型トランスデューサの基本構成は実施形態１と略同じであって、キャップ層２２がシリコン酸化膜により構成されており、可動電極２４が、図４に示すように、キャップ層２２上に形成され、可動電極２４がパッシベーション膜２３に覆われずに露出するとともに可動電極２４の両端部それぞれにパッド２６，２７が形成されていて、パッド２６，２７間への通電に伴う可動電極２４の温度変化に伴って音波を発生する熱励起型音源としても使用可能である点が相違する。ここにおいて、熱励起型音源として用いる場合には、可動電極２４が発熱体層として機能し、キャップ層２２と真空封止用多孔質層１９と真空層２１とが発熱体層とシリコン基板１０とを熱絶縁する断熱層として機能する。なお、他の構成は実施形態１と同じなので、説明を省略する。

しかして、本実施形態の静電型トランスデューサによれば、熱励起型音源から発生させ物体で反射された超音波を受波することができるので、コンパクトで低コストの超音波送受波素子や超音波距離計を実現することが可能となり、しかも、熱励起型音源では共振現象を利用せずに音波を発生させるから、残響が短く発生期間の短い超音波あるいはインパルス状の音波を送波させることができるので、不感帯を短くすることができ、超音波送受波素子や超音波計測計の高精度化を図れる。

（実施形態３）
本実施形態の静電型トランスデューサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図５に示すように、シリコン基板１０の上記一表面が真空層２１に直接接し、シリコン基板１０の他表面側に導電性膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる裏面電極１３ａが形成されており、シリコン基板１０と裏面電極１３ａとで固定電極１３が構成されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の静電型トランスデューサでは、実施形態１にて説明したシリコン窒化膜１４（図１（ａ）参照）が設けられていないので、シリコン酸化膜１１の成膜時の膜厚によって固定電極１３と可動電極２４とのギャップ長が高精度に決まることとなる。なお、本実施形態の静電型トランスデューサに、実施形態２と同様の熱励起型音源を形成してもよい。

（実施形態４）
本実施形態の静電型トランスデューサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図６に示すように、可動電極２４が、シリコン基板１０の上記一表面側に形成したポリシリコン層１６において部分的にドーピングされた領域を陽極酸化することにより形成された導電性多孔質ポリシリコン層からなり、真空封止用多孔質層１９を兼ねている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

以下、本実施形態の静電型トランスデューサの製造方法について図７および図８を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。

まず、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にシリコン酸化膜１１をＣＶＤ法や熱酸化法などにより形成することによって、図７（ａ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にノンドープポリシリコン層１２をＣＶＤ法などにより形成することによって、図７（ｂ）に示す構造を得てから、ノンドープポリシリコン層１２にｐ形の不純物をドーピングすることで固定電極１３を形成することによって、図７（ｃ）に示す構造を得る。

上述の固定電極１３を形成した後、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にシリコン窒化膜１４を形成することによって、図７（ｄ）に示す構造を得る。その後、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にＮＳＧ膜からなるシリコン酸化膜を形成してから、当該シリコン酸化膜をパターニングすることで当該シリコン酸化膜の一部からなる真空層２１形成用の犠牲層１５を形成することによって、図７（ｅ）に示す構造を得る。

次に、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にポリシリコン層１６をＣＶＤ法などにより形成し、続いて、ポリシリコン層１６上にＰＳＧ膜１７を形成し、当該ＰＳＧ膜１７をパターニングすることによって、図７（ｆ）に示す構造を得る。

その後、ＰＳＧ膜１７中の不純物をポリシリコン層１６へドーピングするアニールを行うことで導電性を有するポリシリコン層１８を形成してから、ＰＳＧ膜１７を除去することによって、図８（ａ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１０の上記一表面側に真空封止用多孔質層１９形成用にパターニングされたレジスト層２０を形成し、続いて、ポリシリコン層１８の一部を陽極酸化することで多孔質ポリシリコン層（導電性多孔質ポリシリコン層）からなる真空封止用多孔質層１９を形成することによって、図８（ｂ）に示す構造を得る。

上述の真空封止用多孔質層１９を形成した後、レジスト層２０を除去し、続いて、真空封止用多孔質層１９直下のシリコン酸化膜からなる犠牲層１５を真空封止用多孔質層１９の微細孔を通してフッ酸系溶液（例えば、フッ化水素水溶液など）により選択的にエッチングすることで真空層となる空間２１ａを形成することによって、図８（ｃ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１０の上記一表面側に真空封止用多孔質層１９に導電性膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなるキャップ層２２を積層し、キャップ層２２をパターニングしてから、シリコン基板１０の上記一表面側の全面にシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜２３を形成し、続いて、パッシベーション膜２３をパターニングしてから、各パッド２５，２６を形成することによって、図８（ｄ）に示す構造を得る。

以上説明した本実施形態の静電型トランスデューサによれば、固定電極１３および可動電極２４が真空層２１を挟んで対向し、真空層２１の形成時に固定電極１３および可動電極２４がフッ酸系溶液によりエッチングされるのを防止することができるので、固定電極１３と真空封止用多孔質層１９との間の真空層２１のギャップ長の高精度化を図れ、また、可動電極２４が、ポリシリコン層１６において部分的にドーピングされた領域（ポリシリコン層１８）を陽極酸化することにより形成された導電性多孔質ポリシリコン層からなるので、ポリシリコン層１６全体がドーピングされている場合に比べて寄生容量を低減できるとともに、真空封止用多孔質層１９とは別に可動電極２４を形成する場合に比べて可動電極２４が変位しやすくなり、例えば音響センサや圧力センサとして使用する場合に感度を向上させることができる。また、本実施形態の静電型トランスデューサでは、真空層２１を挟んで固定電極１３に対向するポリシリコン層１６に部分的に真空封止用多孔質層１９が形成されているので、実施形態１に比べて真空封止用多孔質層１９が形成されている領域を小さくすることができ、実施形態１に比べて構造的な強度を高めることができる。なお、本実施形態の静電型トランスデューサに、実施形態２と同様の熱励起型音源を形成してもよい。

（実施形態５）
本実施形態の静電型トランスデューサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図９に示すように、シリコン基板１０の上記一表面側に上述の固定電極１３と可動電極２４とを電極とするコンデンサの出力を信号処理する信号処理回路４０が形成されている点が相違する。ここで、信号処理回路４０は、ＭＯＳＦＥＴなどにより構成され、上記コンデンサの出力信号を増幅する増幅回路を含んでいる。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の静電型トランスデューサでは、上記コンデンサと信号処理回路４０との間の配線長を短くすることができてノイズを低減できるとともに、また、信号処理回路４０が別の基板に形成されている場合に比べて、小型化および低コスト化を図れる。なお、本実施形態の静電型トランスデューサに、実施形態２と同様の熱励起型音源を形成してもよい。また、他の実施形態１〜４においても信号処理回路４０を形成してもよい。

ところで、上記各実施形態において、シリコン基板１０の上記一表面側に上記コンデンサを複数形成すれば、音響センサとして用いる場合には音波の到来方向を求めることが可能となり、例えば、超音波送波素子や実施形態２の熱励起型音源などと組み合わせて用いることで、物体などの３次元形状の計測が可能となる。

実施形態１を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。実施形態２を示す概略断面図である。実施形態３を示す概略断面図である。実施形態４を示す概略断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。実施形態５を示す概略断面図である。従来例を示す概略断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。他の従来例を示す概略断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。

符号の説明

１０シリコン基板
１１シリコン酸化膜
１２ノンドープポリシリコン層
１３固定電極
１４シリコン窒化膜
１８ポリシリコン層
１９真空封止用多孔質層
２１真空層
２２キャップ層
２４可動電極

Claims

シリコン基板と、シリコン基板の一表面側に形成された多孔質ポリシリコン層からなる真空封止用多孔質層と、真空封止用多孔質層におけるシリコン基板側とは反対側に積層されたキャップ層とを備え、真空封止用多孔質層とシリコン基板の前記一表面との間に真空層が形成され、真空層のシリコン基板側にコンデンサの一方の電極となる固定電極が形成され、真空層のシリコン基板側とは反対側にコンデンサの他方の電極となる可動電極が形成されてなり、真空封止用多孔質層は、シリコン基板の前記一表面側にポリシリコン層を当該ポリシリコン層が前記一表面から離間する形で形成し当該ポリシリコン層の一部を陽極酸化することにより形成されてなることを特徴とする静電型トランスデューサ。
前記固定電極は、前記シリコン基板の前記一表面側に形成したノンドープポリシリコン層において部分的にドーピングされた領域からなり、前記可動電極は、前記ポリシリコン層において部分的にドーピングされた領域を陽極酸化することにより形成された導電性多孔質ポリシリコン層からなり、前記真空封止用多孔質層を兼ねていることを特徴とする請求項１記載の静電型トランスデューサ。
前記可動電極の両端部それぞれにパッドが形成されてなり、パッド間への通電に伴う前記可動電極の温度変化に伴って音波を発生する熱励起型音源としても使用可能であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電型トランスデューサ。
前記シリコン基板の前記一表面側に前記コンデンサが複数形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の静電型トランスデューサ。
前記シリコン基板の前記一表面側に前記コンデンサの出力を信号処理する信号処理回路が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の静電型トランスデューサ。