JP2018019339A - Capacitance type transducer and manufacturing method of the same - Google Patents

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豊 ▲瀬▼戸本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simply perform a step of thinning a substrate thickness for suppressing reflection of ultrasonic waves by the substrate in a manufacturing method of a CMUT while suppressing a change of stress characteristics, etc. of a vibrating film.SOLUTION: The method of manufacturing a CMUT includes steps of: forming a support by raising a height in a stacking direction of a region outside a region where a gap is provided than a height in the stacking direction of the region where the gap is provided; and thinning a substrate thickness in the stacking direction by using the support.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、静電容量型トランスデューサ、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a capacitive transducer and a method for manufacturing the same.

近年、マイクロマシンニングを用いたトランスデューサの研究が盛んに行われている。中でも静電容量型のトランスデューサは、軽量の振動膜を用いて超音波等の弾性波を送信、又は受信するデバイスであり、液中および空中でも広帯域特性が容易に得られるため、従来の医用診断モダリティより高精度な超音波診断が有望な技術と注目されつつある。静電容量型のトランスデューサ(Capacitive micromachined ultrasonic transducer)を以下ではCMUTと呼ぶことがある。CMUTは、検査対象物に光が照射されることで発生した光音響波や、検査対象物に超音波が照射されることで発生した音響波(超音波)を検出することで、検査対象物の情報を取得する光音響装置や超音波プローブ、あるいは両者を備えたプローブに用いられる。   In recent years, research on transducers using micromachining has been actively conducted. In particular, capacitive transducers are devices that transmit or receive elastic waves such as ultrasonic waves using a lightweight vibrating membrane, and can easily obtain broadband characteristics in liquids and in the air. Ultrasonic diagnosis with higher accuracy than modality is attracting attention as a promising technology. A capacitive transducer (capacitive micromachined ultrasonic transducer) may be hereinafter referred to as a CMUT. CMUT detects an inspection object by detecting a photoacoustic wave generated by irradiating the inspection object with light and an acoustic wave (ultrasonic wave) generated by irradiating the inspection object with ultrasonic waves. It is used for the photoacoustic apparatus which acquires the information of this, an ultrasonic probe, or a probe provided with both.

CMUTは、基板と振動膜である薄膜との間に空隙部(以下、キャビティという)が設けられたセルが複数形成され、セル同士が電気的に接続された素子(エレメント)からなる。   The CMUT includes an element (element) in which a plurality of cells each having a gap (hereinafter referred to as a cavity) are formed between a substrate and a thin film that is a vibration film, and the cells are electrically connected to each other.

ここで、CMUTでは超音波を受信する際、振動膜を透過して基板で反射された超音波がノイズとなる場合がある。特許文献1では、このようにして生じるノイズを抑制するため、基板を薄くすることで、基板で反射される超音波の周波数を、CMUTで受信する超音波の周波数帯域よりも大きくすることの開示がある。反射する超音波の周波数を、CMUTの受信周波数帯域からずらすことにより、ノイズを抑制することができる。   Here, when receiving ultrasonic waves in the CMUT, the ultrasonic waves that are transmitted through the vibration film and reflected by the substrate may become noise. In Patent Document 1, in order to suppress the noise generated in this way, it is disclosed that the frequency of the ultrasonic wave reflected by the substrate is made larger than the frequency band of the ultrasonic wave received by the CMUT by thinning the substrate. There is. Noise can be suppressed by shifting the frequency of the reflected ultrasonic wave from the reception frequency band of the CMUT.

一方、特許文献2では、接合型のCMUTにおいて、エレメント毎に信号を検出するために、振動膜が形成された面の裏面の一部を切削、研摩、エッチング等によって除去して凹部を形成するトレンチ加工を行うことの開示がある。   On the other hand, in Patent Document 2, in a junction type CMUT, in order to detect a signal for each element, a part of the back surface of the surface on which the vibration film is formed is removed by cutting, polishing, etching, or the like to form a recess. There is disclosure of performing trench processing.

米国特許出願公開第2003−0103412号明細書US Patent Application Publication No. 2003-0103412 特開2010−35156号公報JP 2010-35156 A

ここで、特許文献1には、基板の裏面を薄くする工程の具体的な方法について開示がない。   Here, Patent Document 1 does not disclose a specific method of the process of thinning the back surface of the substrate.

また、特許文献2では、CMUTの振動膜にハンドリング部材を固定して、トレンチ加工を行っている。そのため、トレンチ加工の際に、ハンドリング部材が振動膜に押しつけられることで、振動膜の応力特性等を変えてしまう可能性がある。   In Patent Document 2, trenching is performed by fixing a handling member to a CMUT diaphragm. For this reason, when the handling member is pressed against the vibration film during the trench processing, there is a possibility that stress characteristics of the vibration film and the like are changed.

本発明に係る静電容量型トランスデューサの製造方法は、基板の積層方向に下部電極層を設ける工程と、前記下部電極層上の前記積層方向に、犠牲層を設ける工程と、 前記犠牲層上の前記積層方向に、第1のメンブレン層を形成する工程と、前記第1のメンブレン層上の前記積層方向に、上部電極層を設ける工程と、前記第1のメンブレン層にエッチングホールを設ける工程と、前記エッチングホールを介して前記犠牲層を除去することで、空隙部を形成する工程と、を有する静電容量型トランスデューサの製造方法であって、前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さよりも、前記領域の外の少なくとも一部の領域における前記積層方向の高さの方を高くすることで支柱を形成する工程をさらに有し、前記支柱を用いて、前記基板の前記積層方向の厚さを薄くする工程を有する。   The method of manufacturing a capacitive transducer according to the present invention includes a step of providing a lower electrode layer in a stacking direction of a substrate, a step of providing a sacrificial layer in the stacking direction on the lower electrode layer, Forming a first membrane layer in the laminating direction, providing an upper electrode layer in the laminating direction on the first membrane layer, and providing an etching hole in the first membrane layer; And removing the sacrificial layer through the etching hole to form a void, and a method of manufacturing a capacitive transducer, wherein the stacking direction of the region where the void is provided Forming a support column by increasing the height in the stacking direction in at least a part of the region outside the region, and using the support column, A step of reducing the thickness of the stacking direction of.

本発明に係るCMUTの製造方法によれば、基板による超音波の反射を抑制するための、基板の厚さを薄くする工程を、振動膜の応力特性等の変化を抑制しつつ、簡易に行うことができる。   According to the CMUT manufacturing method of the present invention, the step of reducing the thickness of the substrate for suppressing the reflection of the ultrasonic wave by the substrate is simply performed while suppressing the change in the stress characteristics and the like of the vibrating membrane. be able to.

本発明の実施形態1に係る静電容量型トランスデューサの製造方法の各プロセスについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating each process of the manufacturing method of the capacitive transducer which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係る静電容量型トランスデューサの構成について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the electrostatic capacitance type transducer which concerns on Embodiment 2 of this invention.

本発明の実施形態に係るCMUTの製造方法について説明するが、本発明はそれらに限られない。   Although the manufacturing method of CMUT which concerns on embodiment of this invention is demonstrated, this invention is not limited to them.

本実施形態におけるCMUTの製造方法は、超音波の送受信を行うCMUTのセルと、セルを構成する基板を薄くする際の支柱となる構造体を、基板の主面上に一体形成する。本実施形態において、CMUTのセルは、基板、第1の電極保護層、下部電極層、第1の配線層、第2の電極保護層、犠牲層、第1メンブレン層、上部電極層、第2メンブレン層、第3メンブレン層、第2の配線層の順に形成される。下部電極層を形成する工程、犠牲層を形成する工程、第一のメンブレン層を形成する工程、上部電極層を形成する工程のうち、少なくともいずれか1つの工程によって支柱を形成する。具体的には、セル領域の積層方向の高さよりも、セル領域外の少なくとも一部の領域における積層方向の高さの方が高くなるようにする。その結果、セル領域外に支柱が形成される。ここで、セル領域の積層方向の高さとは、の高さ(後述の図1(13)のセル領域βにおける高さh1)である。そして、セル領域外の少なくとも一部の領域における積層方向の高さh2(図1(13))は、h1よりも高くなっている。以下では、セル領域外の少なくとも一部の領域を、単にセル領域外と略すことがある。   In the CMUT manufacturing method according to the present embodiment, a CMUT cell that transmits and receives ultrasonic waves and a structure that serves as a support for thinning the substrate constituting the cell are integrally formed on the main surface of the substrate. In this embodiment, the CMUT cell includes a substrate, a first electrode protective layer, a lower electrode layer, a first wiring layer, a second electrode protective layer, a sacrificial layer, a first membrane layer, an upper electrode layer, a second A membrane layer, a third membrane layer, and a second wiring layer are formed in this order. The support column is formed by at least one of a step of forming a lower electrode layer, a step of forming a sacrificial layer, a step of forming a first membrane layer, and a step of forming an upper electrode layer. Specifically, the height in the stacking direction in at least a part of the region outside the cell region is higher than the height in the stacking direction of the cell region. As a result, pillars are formed outside the cell region. Here, the height of the cell region in the stacking direction is the height (height h1 in the cell region β of FIG. 1 (13) described later). The height h2 (FIG. 1 (13)) in the stacking direction in at least a part of the area outside the cell area is higher than h1. Hereinafter, at least a part of the area outside the cell area may be simply abbreviated as outside the cell area.

次に形成された支柱をステージに固定して、基板の積層方向の厚さを薄くする。このようにセルを形成するとともに支柱を形成し、セルを構成する材料を支柱として用いるため、プロセスを増やすことがなく、簡易に支柱を形成できる。また、セル領域外に支柱を設けるため、支柱を用いて積層体であるCMUTを固定する際に、セルの振動膜の応力特性等の変化を抑制できる。 ここで、支柱を形成する方法は大きく分けて2つある。1つは、セル領域外のみに、ある層が残るようにする方法である。これは、一旦セル領域内外に層を設け、セル領域内の層を除去するようにしてもよいし、セル領域外のみにある層を形成してもよい。一旦、セル領域外のみに、ある層が形成されれば、その後に別の層を形成しても、セル領域外に相対的に高い部分ができ、これが支柱となる。この方法は、各層を設ける際の厚さを一定にすることができ、プロセスが簡易になるというメリットがある。本方法において、セル領域外のみにある層は、支柱としての機能のみでなく、CMUTの駆動に必要な層であることが好ましい。例えば、セル領域外のみにある層として、電極に接続される配線の層が挙げられる。   Next, the formed support column is fixed to the stage, and the thickness of the substrate in the stacking direction is reduced. In this way, since the cell is formed and the support is formed, and the material constituting the cell is used as the support, the support can be easily formed without increasing the number of processes. In addition, since the support is provided outside the cell region, a change in the stress characteristics of the vibrating membrane of the cell can be suppressed when the CMUT that is a stacked body is fixed using the support. Here, there are roughly two methods for forming the support columns. One is a method in which a certain layer remains only outside the cell region. In this case, a layer may be provided once inside and outside the cell region, and the layer inside the cell region may be removed, or a layer only outside the cell region may be formed. Once a certain layer is formed only outside the cell region, even if another layer is formed thereafter, a relatively high portion is formed outside the cell region, which becomes a support column. This method has an advantage that the thickness at the time of providing each layer can be made constant and the process becomes simple. In this method, it is preferable that the layer only outside the cell region is not only a function as a support but also a layer necessary for driving the CMUT. For example, as a layer only outside the cell region, a layer of wiring connected to an electrode can be given.

支柱を形成するもう1つの方法は、ある層を設ける工程で、セル領域外に設けられる層の層厚が、セル領域内に設けられる層の層厚よりも厚くする方法である。なお、1つの工程だけでなく、複数の工程において、セル領域外に設けられる層厚が、セル領域内に設けられる層厚よりも厚くしても良い。   Another method for forming the support is a method in which, in the step of providing a certain layer, the layer thickness of the layer provided outside the cell region is thicker than the layer thickness of the layer provided in the cell region. Note that the layer thickness provided outside the cell region may be thicker than the layer thickness provided inside the cell region in a plurality of steps as well as in one step.

なお、下部電極層、上部電極層、犠牲層は、第1、2の電極保護層よりも、積層方向に対して垂直な平面内において、狭い領域に形成することが望ましい。下部電極層、上部電極層、犠牲層の端面が支柱の表面に露出している場合、エッチングことを抑制できる。
また、基板を薄くする工程は、CMUT形成の途中で行ってもよい。支柱は基板を薄くする工程を行う時点で、セル領域内よりもセル領域外に少なくとも一部の領域において、高く形成されていればよい。
支柱はセル同士の間隙に配置してもよい。セル領域外に広い面積の支柱を配置してもよい。
Note that the lower electrode layer, the upper electrode layer, and the sacrificial layer are desirably formed in a narrower region in a plane perpendicular to the stacking direction than the first and second electrode protective layers. When the end surfaces of the lower electrode layer, the upper electrode layer, and the sacrificial layer are exposed on the surface of the support column, etching can be suppressed.
Further, the step of thinning the substrate may be performed during the CMUT formation. It is only necessary that the column is formed higher in at least a part of the region outside the cell region than in the cell region at the time of performing the step of thinning the substrate.
You may arrange | position a support | pillar in the clearance gap between cells. You may arrange | position the support | pillar of a large area outside a cell area | region.

本実施形態に係るCMUTの製造方法は少なくとも以下の工程を有していればよい。
(a)基板の積層方向に、下部電極層を設ける工程。
(b)下部電極層上に、犠牲層を設ける工程。
(c)犠牲層上に、第1のメンブレン層を形成する工程。
(d)第1のメンブレン層上に、上部電極層を設ける工程。
(e)第1のメンブレン層にエッチングホールを設ける工程。
(f)エッチングホールを介して犠牲層を除去することで、空隙部を形成する工程。
なお、これら各層はいずれも積層方向に設けられる。
The CMUT manufacturing method according to the present embodiment only needs to include at least the following steps.
(A) A step of providing a lower electrode layer in the stacking direction of the substrates.
(B) A step of providing a sacrificial layer on the lower electrode layer.
(C) forming a first membrane layer on the sacrificial layer.
(D) A step of providing an upper electrode layer on the first membrane layer.
(E) A step of providing an etching hole in the first membrane layer.
(F) The process of forming a space | gap part by removing a sacrificial layer through an etching hole.
Each of these layers is provided in the stacking direction.

そして、空隙部が設けられたセル領域の積層方向の高さよりも、セル領域の外の少なくとも一部の領域における、積層方向の高さの方を高くすることで支柱を形成する。   And the support | pillar is formed by making the height of the lamination direction in the at least one part area | region outside a cell area higher than the height of the cell area in which the space | gap part was provided.

そして、形成した支柱を用いて、基板の積層方向の厚さを薄くする。   And the thickness of the lamination direction of a board | substrate is made thin using the formed support | pillar.

なお、本実施形態に係る静電容量型トランスデューサの製造方法は、上述の工程で製造された静電容量型トランスデューサの最上部の層にさらに、下記の被覆層を設ける工程を有していても良い。本実施形態における被覆層は、前述の最上部の層に近い方から接着層、音響マッチング層、光反射層支持層、光反射層の順に積層された層である。なお、これらに挙げた層以外の層を適宜含みうる。光反射層は、例えば金等を含み、外部から入射してくる光を検査対象物へ反射する光反射層である。光反射層支持層は、例えばポリエチレンテレフタラート(PET)を含み、一般的に厚さの薄い光反射層を支持する層である。音響マッチング層は、例えばフッ素置換したポリジメチルシロキサンを含み、光反射層の音響インピーダンスの値と、前述の最上部の層の音響インピーダンスの値の中間の値を持つことで、光音響波(超音波)の反射を抑制する。接着層は、例えばフッ素置換なしのポリジメチルシロキサンを含み、音響マッチング層と前述の最上部の層との接着性向上のために設けられる。   Note that the method for manufacturing a capacitive transducer according to this embodiment may further include the step of providing the following coating layer on the uppermost layer of the capacitive transducer manufactured in the above-described steps. good. The covering layer in the present embodiment is a layer in which an adhesive layer, an acoustic matching layer, a light reflecting layer support layer, and a light reflecting layer are laminated in this order from the side closest to the uppermost layer. Note that layers other than those listed above may be included as appropriate. The light reflection layer is a light reflection layer that includes, for example, gold or the like and reflects light incident from the outside to the inspection object. The light reflection layer support layer is, for example, a layer that includes polyethylene terephthalate (PET) and generally supports a light reflection layer having a small thickness. The acoustic matching layer includes, for example, fluorine-substituted polydimethylsiloxane, and has an intermediate value between the acoustic impedance value of the light reflection layer and the acoustic impedance value of the uppermost layer described above. Sonic) reflection is suppressed. The adhesive layer contains, for example, polydimethylsiloxane without fluorine substitution, and is provided to improve the adhesiveness between the acoustic matching layer and the uppermost layer.

ここで、最上部の層の上に、接着層を設ける際に気泡が入りにくくするために、空隙部が設けられたセル領域の積層方向の高さと、支柱の高さとの差は、小さい方が好ましい。空隙部が設けられたセル領域の積層方向の高さと、支柱の高さとの差は1000nm以下が好ましく、500nm以下がより好ましく、100nm以下が特に好ましい。   Here, in order to make it difficult for bubbles to enter when an adhesive layer is provided on the uppermost layer, the difference between the height in the stacking direction of the cell region in which the void is provided and the height of the support column is smaller. Is preferred. The difference between the height in the stacking direction of the cell region provided with the void and the height of the support is preferably 1000 nm or less, more preferably 500 nm or less, and particularly preferably 100 nm or less.

一方、空隙部が設けられたセル領域の積層方向の高さと、支柱の高さとの差が小さすぎると、基板を薄くする際に用いられるステージが、振動膜等に接触しやすくなるため、ある程度の差がある必要がある。このような観点から、空隙部が設けられたセル領域の積層方向の高さと、支柱の高さとの差は、20nm以上が好ましく、30nm以上が好ましく、50nm以上が特に好ましい。
したがって、空隙部が設けられた領域の積層方向の高さと、支柱の積層方向の高さとの差は、20nm以上1000nm以下であることが好ましく、50nm以上100nm以下であることがより好ましい。
On the other hand, if the difference between the height in the stacking direction of the cell region in which the void is provided and the height of the support column is too small, the stage used when thinning the substrate is likely to come into contact with the vibrating membrane, etc. There must be a difference. From such a viewpoint, the difference between the height in the stacking direction of the cell region provided with the void and the height of the support is preferably 20 nm or more, preferably 30 nm or more, and particularly preferably 50 nm or more.
Therefore, the difference between the height in the stacking direction of the region in which the void portion is provided and the height in the stacking direction of the columns is preferably 20 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 100 nm or less.

なお、後述の実施形態1や2において、被覆層について特に述べていないが、上述の内容が適用される。
(実施形態1:CMUTの製造方法)
以下、本実施形態1に係るCMUTの製造方法の各工程について、図1を用いて詳細に説明する。
In addition, in Embodiment 1 and 2 mentioned later, although the coating layer is not specifically described, the above-mentioned content is applied.
(Embodiment 1: Manufacturing method of CMUT)
Hereafter, each process of the manufacturing method of CMUT which concerns on this Embodiment 1 is demonstrated in detail using FIG.

(1−1)基板を設ける工程(図1(1))
本実施形態において、まず基板101を設ける。基板は平滑性や耐熱性に優れた材料を用いる。例えば基板101として、厚さが100μmから1000μmのシリコンやガラスの基板を用いることができる。
(1-1) Step of providing a substrate (FIG. 1 (1))
In this embodiment, first, the substrate 101 is provided. For the substrate, a material excellent in smoothness and heat resistance is used. For example, as the substrate 101, a silicon or glass substrate having a thickness of 100 μm to 1000 μm can be used.

(1−2)第1の電極保護層を設ける工程(図1(1))
次に、第1の電極保護層102を、基板101の主面上の積層方向αに、に形成する。本実施形態において、第1の電極保護層102は、電気絶縁性が高く、表面粗度が小さい材料を用いる。また、第1の電極保護層102は、被覆性が高く、欠陥の少ない成膜方法によって設けられる。このような観点から、第1の電極保護層は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、ガラスなどの絶縁膜を用いることができ、CVD、PVDなどの成膜方法を用いることができる。基板101がシリコン基板である場合、形成が容易であることから、第1の電極保護層102は熱酸化膜であることが好ましい。
なお、基板が絶縁性の高いガラス等の材料である場合は第1の電極保護層を形成しなくてもよい。
(1-2) Step of providing a first electrode protective layer (FIG. 1 (1))
Next, the first electrode protective layer 102 is formed in the stacking direction α on the main surface of the substrate 101. In the present embodiment, the first electrode protective layer 102 is made of a material having high electrical insulation and low surface roughness. The first electrode protective layer 102 is provided by a film formation method with high coverage and few defects. From such a viewpoint, for the first electrode protective layer, an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or glass can be used, and a film formation method such as CVD or PVD can be used. When the substrate 101 is a silicon substrate, the first electrode protective layer 102 is preferably a thermal oxide film because it can be easily formed.
Note that when the substrate is made of a material such as highly insulating glass, the first electrode protective layer is not necessarily formed.

以下の図1(2)〜(14)において基板上に設けられる各層、各部材は、特に断りがない限り、上述の積層方向αに設けられる。   In the following FIGS. 1 (2) to (14), each layer and each member provided on the substrate are provided in the above-described stacking direction α unless otherwise specified.

(2)第1の配線層を設ける工程(図1(2))
次に、下部電極層に電気的に接続される第1の配線層103を設ける。第1の配線層103は、第1の電極保護層102を一部除去した基板の領域上に設けられる。そして、下部電極層の保護層102が除去されていない第1の電極保護層102上に、第1の配線層103’が設けられる。103、103’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。
(2) Step of providing a first wiring layer (FIG. 1 (2))
Next, a first wiring layer 103 that is electrically connected to the lower electrode layer is provided. The first wiring layer 103 is provided on a region of the substrate from which the first electrode protective layer 102 has been partially removed. A first wiring layer 103 ′ is provided on the first electrode protective layer 102 from which the lower electrode protective layer 102 has not been removed. 103 and 103 ′ are preferably provided by the same process and method, but may be provided by different processes and methods.

(3)下部電極層を設ける工程(図1(3))
次に、下部電極層104は第1の配線層103及び第1の電極保護層102上に設けられる。そして、第1の配線層103’上に下部電極層104’が設けられる。104、104’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。
(3) Step of providing a lower electrode layer (FIG. 1 (3))
Next, the lower electrode layer 104 is provided on the first wiring layer 103 and the first electrode protective layer 102. Then, a lower electrode layer 104 ′ is provided on the first wiring layer 103 ′. 104 and 104 ′ are preferably provided by the same process and method, but may be provided by different processes and methods.

なお、基板101が絶縁性である場合、直接、基板101の表面上に下部電極層104を形成してもよい。下部電極層104、104’は、表面粗度が小さく、耐熱性に優れ、電気抵抗が小さい材料を用いる。   Note that in the case where the substrate 101 is insulative, the lower electrode layer 104 may be formed directly on the surface of the substrate 101. The lower electrode layers 104 and 104 'are made of a material having a small surface roughness, excellent heat resistance, and low electrical resistance.

下部電極層104、104’は、被覆性が高く、欠陥の少ない成膜方法を用いる。このような観点から、下部電極層104、104’は、例えばチタン、タングステン、アルミニウムを単層、または複数層としてCVD、PVDなどにより30nm以上1000nm以下の膜厚で成膜し、エッチング法により形成する。これら下部電極層を構成する材料は合金としてもよい。下部電極層104’は、下部電極層104と同材料で同時に形成することが好ましい。下部電極層104’は、例えば直径1μm以上100μm以下で、セルとセルが間に設置してもよいし、セル群より外周のチップ内の余白の全面に設けてもよい。   For the lower electrode layers 104 and 104 ′, a film formation method with high coverage and few defects is used. From this point of view, the lower electrode layers 104 and 104 'are formed by etching, for example, by forming titanium, tungsten, or aluminum as a single layer or multiple layers by CVD, PVD, or the like to a thickness of 30 nm to 1000 nm. To do. The material constituting these lower electrode layers may be an alloy. The lower electrode layer 104 ′ is preferably formed simultaneously with the same material as the lower electrode layer 104. The lower electrode layer 104 ′ has a diameter of 1 μm or more and 100 μm or less, for example, and may be provided between the cells, or may be provided on the entire blank space in the outer periphery of the cell group.

(4)第2の電極保護層を設ける工程(図1(4))
次に、下部電極層を保護する、第2の電極保護層105が、下部電極層104上に設けられる。そして、第2の電極保護層105’が、下部電極層104’上に設けられる。105、105’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。第2の電極保護層105、105’は、極電気絶縁性が高く、表面粗度が小さい材料を用いる。また、第2の電極保護層105、105’は、電極保護層は被覆性が高く、欠陥の少ない成膜方法を用いる。このような観点から、第2の電極保護層105、105’は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、ガラスなどの材料を用いることができ、CVD、PVDなどの成膜方法を用いることができる。特に、酸化シリコン105は、プルイン時に帯電をしにくくするために下部電極層との界面での電位ポテンシャルが高い材料を用いることが好ましい。そのため、第1のメンブレン層として、酸化シリコンを用いることが好ましい。
(4) Step of providing a second electrode protective layer (FIG. 1 (4))
Next, a second electrode protective layer 105 that protects the lower electrode layer is provided on the lower electrode layer 104. A second electrode protective layer 105 ′ is provided on the lower electrode layer 104 ′. 105 and 105 ′ are preferably provided by the same process and method, but may be provided by different processes and methods. The second electrode protective layers 105 and 105 ′ are made of a material having a high polar electrical insulation and a small surface roughness. For the second electrode protective layers 105 and 105 ′, a film formation method in which the electrode protective layer has high coverage and few defects is used. From such a viewpoint, the second electrode protective layers 105 and 105 ′ can be made of a material such as silicon oxide, silicon nitride, or glass, and can be formed using a film formation method such as CVD or PVD. In particular, the silicon oxide 105 is preferably made of a material having a high potential potential at the interface with the lower electrode layer in order to make it difficult to be charged during pull-in. Therefore, it is preferable to use silicon oxide as the first membrane layer.

(5)犠牲層を設ける工程(図1(5))
次に、第2の電極保護層105上に犠牲層106を設ける。そして、第2の電極保護層105’上に、犠牲層106’を設ける。106、106’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。犠牲層106,106’は、後述する第1のメンブレン層形成以降の工程で犠牲層エッチングにより除去し、セル内に空隙部を形成することをために形成する。
(5) Step of providing a sacrificial layer (FIG. 1 (5))
Next, a sacrificial layer 106 is provided over the second electrode protective layer 105. Then, a sacrificial layer 106 ′ is provided on the second electrode protective layer 105 ′. 106 and 106 ′ are preferably provided by the same process and method, but may be provided by different processes and methods. The sacrificial layers 106 and 106 ′ are formed in order to remove the sacrificial layer by a sacrificial layer etching in a process after the formation of the first membrane layer, which will be described later, and form a void in the cell.

犠牲層106、106’は、表面粗度が小さく、耐熱性が高く、犠牲層の周囲の材料と選択的にエッチングが可能な材料を用いる。このような観点から、犠牲層106、106’は、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコン、クロム、チタン、タングステン、モルブデン、またはそれらの合金材料を用いることができ、CVD、PVDなどの成膜方法を用いることができる。犠牲層エッチングには犠牲層の材料に合わせてXeF、混酸、過酸化水素水を主溶液としたエッチング液を用いることができる。 For the sacrificial layers 106 and 106 ′, a material having a small surface roughness, high heat resistance, and a material that can be selectively etched with a material around the sacrificial layer is used. From such a viewpoint, for example, amorphous silicon, polysilicon, chromium, titanium, tungsten, morbden, or an alloy material thereof can be used for the sacrificial layers 106 and 106 ′, and a film formation method such as CVD or PVD is used. be able to. For the sacrificial layer etching, an etching solution containing XeF 2 , a mixed acid, and a hydrogen peroxide solution as a main solution according to the material of the sacrificial layer can be used.

(6)第1のメンブレン層を設ける工程(図1(6))
次に、犠牲層106上の前記積層方向αに、第1のメンブレン層107を設ける。そして、犠牲層106’上の前記積層方向αに、第1のメンブレン層107’を設ける。107、107’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。第1のメンブレン層107、107’は、電気絶縁性が高く、表面粗度が小さい材料を用いる。
(6) Step of providing the first membrane layer (FIG. 1 (6))
Next, a first membrane layer 107 is provided in the stacking direction α on the sacrificial layer 106. Then, a first membrane layer 107 ′ is provided in the stacking direction α on the sacrificial layer 106 ′. 107 and 107 ′ are preferably provided by the same process and method, but may be provided by different processes and methods. The first membrane layers 107 and 107 ′ are made of a material having high electrical insulation and low surface roughness.

第1のメンブレン層107、107’は、被覆性と応力制御性に優れた成膜方法を用いる。このような観点から、第1のメンブレン層は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、炭化ケイ素などの材料を用いることができ、CVD、PVDなどの成膜方法を用いることができる。第1のメンブレン層107は、超音波の受信や送信の際の振動膜として機能する。そのため、第1のメンブレン層として、適度な引っ張り応力を有する窒化シリコンを用いることが好ましい。   For the first membrane layers 107 and 107 ′, a film forming method having excellent coverage and stress controllability is used. From such a viewpoint, the first membrane layer can be made of a material such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon carbide, and a film forming method such as CVD or PVD can be used. The first membrane layer 107 functions as a vibrating membrane when receiving and transmitting ultrasonic waves. Therefore, it is preferable to use silicon nitride having an appropriate tensile stress as the first membrane layer.

(7)上部電極層を設ける工程(図1(7))
次に、第1のメンブレン層上の前記積層方向に、上部電極層108を設ける。また、第1のメンブレン層107’上に、上部電極層108’を設ける。108、108’は同一の工程、方法、で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。
(7) Step of providing the upper electrode layer (FIG. 1 (7))
Next, the upper electrode layer 108 is provided in the stacking direction on the first membrane layer. An upper electrode layer 108 ′ is provided on the first membrane layer 107 ′. 108 and 108 'are preferably provided in the same process and method, but may be provided in different processes and methods.

上部電極層は、表面粗度が小さく、耐熱性が高く、電気抵抗が小さい材料を用いる。   The upper electrode layer is made of a material having a small surface roughness, high heat resistance, and low electrical resistance.

上部電極層は、被覆性が高く、欠陥の少ない成膜方法を用いる。   For the upper electrode layer, a film forming method with high coverage and few defects is used.

上部電極層は、例えばチタン、タングステン、アルミニウム、ネオジウムを単層、または複数層としてCVD、PVDなどにより30nm以上1000nm以下の膜厚で成膜し、エッチング法により形成する。これら上部電極層を構成する材料は合金としてもよい。   The upper electrode layer is formed by etching, for example, by depositing titanium, tungsten, aluminum, or neodymium as a single layer or a plurality of layers with a film thickness of 30 nm to 1000 nm by CVD, PVD, or the like. The material constituting these upper electrode layers may be an alloy.

(8)第2のメンブレン層を設ける工程(図1(8))
次に、上部電極層上の前記積層方向に、第2のメンブレン層109を設ける。また、上部電極層108’上に、第2のメンブレン層109’を設ける。109、109’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。第2のメンブレン層109、109’は、電気絶縁性が高く、表面粗度が小さい材料を用いる。また、第2のメンブレン層109、109’は、被覆性と応力制御性に優れた成膜方法を用いる。この様な観点から、第2のメンブレン層は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、炭化ケイ素などの材料を用いることができ、CVD、PVDなどの成膜方法を用いることができる。第2のメンブレン層109は、超音波の受信や送信の際の振動膜として機能する。そのため、第2のメンブレン層として、適度な引っ張り応力を有する窒化シリコンを用いることが好ましい。また、第1のメンブレン層と第2のメンブレン層とが接触するように設けられる場合、第2のメンブレン層と第1のメンブレン層とは同じ材料であることが好ましい。
(8) Step of providing the second membrane layer (FIG. 1 (8))
Next, a second membrane layer 109 is provided in the stacking direction on the upper electrode layer. A second membrane layer 109 ′ is provided on the upper electrode layer 108 ′. 109 and 109 ′ are preferably provided by the same process and method, but may be provided by different processes and methods. The second membrane layers 109 and 109 ′ are made of a material having high electrical insulation and low surface roughness. For the second membrane layers 109 and 109 ′, a film forming method having excellent coverage and stress controllability is used. From such a viewpoint, for example, a material such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon carbide can be used for the second membrane layer, and a film forming method such as CVD or PVD can be used. The second membrane layer 109 functions as a vibration film when receiving and transmitting ultrasonic waves. Therefore, it is preferable to use silicon nitride having an appropriate tensile stress as the second membrane layer. In the case where the first membrane layer and the second membrane layer are provided so as to be in contact with each other, the second membrane layer and the first membrane layer are preferably made of the same material.

(9)エッチングホールを設ける工程(図1(9))
エッチングホール110は、第1のメンブレン層107と第2のメンブレン層109と上部電極層108の一部を加工し犠牲層を露出するために設けられる。なお、第2のメンブレン層109が設けられない場合、エッチングホール110は、第1のメンブレン層107、上部電極層108に設けられる。また、上部電極層108が形成される面積が、第1のメンブレン層が形成される面積より狭い場合、エッチングホール110は、第1のメンブレン層に設けられる。エッチングホール110は、加工精度が高い加工方法により形成する。
(9) Process of providing an etching hole (FIG. 1 (9))
The etching hole 110 is provided to process a part of the first membrane layer 107, the second membrane layer 109, and the upper electrode layer 108 to expose the sacrificial layer. Note that when the second membrane layer 109 is not provided, the etching hole 110 is provided in the first membrane layer 107 and the upper electrode layer 108. In addition, when the area where the upper electrode layer 108 is formed is narrower than the area where the first membrane layer is formed, the etching hole 110 is provided in the first membrane layer. The etching hole 110 is formed by a processing method with high processing accuracy.

エッチングホールは、例えばエッチングによって形成することできる。   The etching hole can be formed by etching, for example.

(10)空隙部を設ける工程(図1(10))
エッチングホールを介して、犠牲層110をエッチングすることで空隙部111を設ける。空隙部111は、液体を使用した犠牲層エッチングを行うことで設けられる場合は、表面張力の小さい薬液と置換してから乾燥させる。
(10) Step of providing a void (FIG. 1 (10))
The gap 111 is provided by etching the sacrificial layer 110 through the etching hole. When the gap 111 is provided by performing sacrificial layer etching using a liquid, the gap 111 is dried after being replaced with a chemical having a low surface tension.

例えば空隙部は、犠牲層の材料に合わせてXeF、混酸、過酸化水素水を主溶液としたエッチングガスもしくはエッチング液を用いることができ、表面張力の小さい薬液としてIPA、HFE、超臨界状態の二酸化炭素を用いることができる。犠牲層の材料にアモルファスシリコン、ポリシリコンを用いる場合は、フッ化水素酸を用いてアモルファスシリコン、ポリシリコンの表面の酸化シリコンを除去したのちに、XeF2--を用いてエッチングを行う。 For example, an etching gas or an etchant containing XeF 2 , a mixed acid, or a hydrogen peroxide solution as a main solution can be used for the gap portion according to the material of the sacrificial layer. Of carbon dioxide can be used. In the case where amorphous silicon or polysilicon is used as the material of the sacrificial layer, etching is performed using XeF 2− after removing hydrofluoric acid to remove silicon oxide on the surface of the amorphous silicon and polysilicon.

(11)第3のメンブレン層を設ける工程(図1(11))
第2のメンブレン層上の、前記積層方向に、第3のメンブレン層112が設けられる。第3のメンブレン層112は、少なくともエッチングホール110上に形成する。また、第3のメンブレン層112は、上述の空隙部110を密閉するように形成することが好ましい。また、第2のメンブレン層109’上に、第3のメンブレン層112’を設ける。112、112’は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。
(11) Step of providing a third membrane layer (FIG. 1 (11))
A third membrane layer 112 is provided in the stacking direction on the second membrane layer. The third membrane layer 112 is formed at least on the etching hole 110. In addition, the third membrane layer 112 is preferably formed so as to seal the gap 110 described above. A third membrane layer 112 ′ is provided on the second membrane layer 109 ′. 112 and 112 ′ are preferably provided by the same process and method, but may be provided by different processes and methods.

第3のメンブレン層112、112’は、電気絶縁性が高い材料を用いる。また、第3のメンブレン層112、112’は、被覆性と応力制御性に優れた成膜方法を用いる。このような観点から、
第3のメンブレン層112、112’は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、炭化ケイ素などの材料を用いることができ、CVD、PVDなどの成膜方法を用いることができる。第3のメンブレン層112は、超音波の受信や送信の際の振動膜として機能する。そのため、第3のメンブレン層112として、適度な引っ張り応力を有する窒化シリコンを用いることが好ましい。また、第3のメンブレン層と第2のメンブレン層とが接触するように設けられる場合、第3のメンブレン層と第2のメンブレン層とは同じ材料であることが好ましい。
The third membrane layers 112 and 112 ′ are made of a material having high electrical insulation. For the third membrane layers 112 and 112 ′, a film forming method having excellent coverage and stress controllability is used. From this perspective,
For the third membrane layers 112 and 112 ′, for example, a material such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon carbide can be used, and a film formation method such as CVD or PVD can be used. The third membrane layer 112 functions as a vibration film when receiving and transmitting ultrasonic waves. Therefore, it is preferable to use silicon nitride having an appropriate tensile stress as the third membrane layer 112. When the third membrane layer and the second membrane layer are provided so as to be in contact with each other, it is preferable that the third membrane layer and the second membrane layer are made of the same material.

(12)コンタクトホールを設ける工程(図1(12))
第2のメンブレン層109、第3のメンブレン層112上の前記積層方向に、上述の上部電極層108を露出させて配線を接続させるための、第1のコンタクトホール113が設けられる。また、第1のメンブレン層107、第2のメンブレン層109、第3のメンブレン層112、第2の電極保護層105に孔を形成し、下部電極層104を露出させて配線を接続させるための、第2のコンタクトホール113’が設けられる。コンタクトホール113、113’はエッチング法により形成することができる。
(12) Step of providing a contact hole (FIG. 1 (12))
A first contact hole 113 is provided in the stacking direction on the second membrane layer 109 and the third membrane layer 112 to expose the upper electrode layer 108 and connect a wiring. Also, a hole is formed in the first membrane layer 107, the second membrane layer 109, the third membrane layer 112, and the second electrode protective layer 105, and the lower electrode layer 104 is exposed to connect the wiring. A second contact hole 113 ′ is provided. The contact holes 113 and 113 ′ can be formed by an etching method.

(13)第2、第3の配線を設ける工程(図1(13))
第2の配線114は、下部電極層104に設けられる。第2の配線114’は、第3のメンブレン層112上に設けられる。
(13) Step of providing second and third wirings (FIG. 1 (13))
The second wiring 114 is provided in the lower electrode layer 104. The second wiring 114 ′ is provided on the third membrane layer 112.

第3の配線115が上部電極層108と電気的な接続をとるために設けられる。114、114’、115は同一の工程、方法で設けられることが好ましいが、異なる工程、方法で設けられても良い。   A third wiring 115 is provided for electrical connection with the upper electrode layer 108. 114, 114 ', and 115 are preferably provided by the same process and method, but may be provided by different processes and methods.

第2の配線114、第3の配線115は、超音波の送受信の際に、静電容量型トランスデューサの外部から電気信号を入出力できるように設ける。   The second wiring 114 and the third wiring 115 are provided so that electric signals can be input / output from the outside of the capacitive transducer when ultrasonic waves are transmitted and received.

上述の、(3)下部電極層を設ける工程、(5)犠牲層を設ける工程、(6)第一のメンブレン層を設ける工程、(7)上部電極層を設ける工程、の少なくともいずれか1つの工程によって支柱を形成する。具体的には、空隙部が設けられた領域βの積層方向の高さh1よりも、領域βの外の積層方向の高さh2の方を高くする。その結果、支柱120が形成される。   At least one of the above-mentioned (3) a step of providing a lower electrode layer, (5) a step of providing a sacrificial layer, (6) a step of providing a first membrane layer, and (7) a step of providing an upper electrode layer The support is formed by the process. Specifically, the height h2 in the stacking direction outside the region β is set higher than the height h1 in the stacking direction of the region β in which the gap is provided. As a result, the support column 120 is formed.

(14)基板の厚さを薄くする工程(図1(14))
支柱120を、ステージ130に固定し、研削砥石等を用いて、基板101を薄くする。上述のように、支柱は120、トランスデューサの形成工程と同時に形成することができ、新たなプロセスを加える必要はない。そのため、簡易に支柱を設け、基板の薄化を行うことが出来る。また、支柱は、空隙部が設けられた領域、すなわち、超音波の送受信を行う際に、振動膜が振動する領域の外に設けられる。そのため、振動膜の応力特性等の変化を抑制することができる。
また、プラズマエッチングによって基板を薄くしてもよい。真空状態でエッチングガスを電離させ、フッ素ラジカル、もしくは塩素ラジカルを用いて基板のエッチングを行う。この際、支柱はエッチング装置のチャック面もしくはトレイと接するため、振動膜への荷重の印加を抑制することができる。
(14) Step of reducing the thickness of the substrate (FIG. 1 (14))
The support column 120 is fixed to the stage 130, and the substrate 101 is thinned using a grinding wheel or the like. As described above, the strut 120 can be formed simultaneously with the transducer forming process, and no additional process is required. For this reason, it is possible to easily provide a support and thin the substrate. Moreover, the support | pillar is provided outside the area | region in which the space | gap part was provided, ie, the area | region where a vibration film vibrates, when transmitting / receiving an ultrasonic wave. Therefore, it is possible to suppress changes in the stress characteristics of the vibrating membrane.
Further, the substrate may be thinned by plasma etching. The etching gas is ionized in a vacuum state, and the substrate is etched using fluorine radicals or chlorine radicals. At this time, since the support is in contact with the chuck surface or tray of the etching apparatus, application of a load to the vibration film can be suppressed.

(実施形態2:CMUT)
本実施形態に係るCMUTの構成についてCMUTの断面図(図2)を用いて説明する。本実施形態に係るCMUTは、基板と、前記基板上の積層方向に、該基板側から、第一の電極と、絶縁膜と、振動膜とを、この順に、且つ該絶縁膜と該振動膜との間に空隙部を介して、有する。振動膜は、第一のメンブレンと第二の電極とを、第一のメンブレンが前記空隙部側に位置するように構成されている。そして、空隙部が設けられた領域の積層方向の高さよりも、領域の外の少なくとも一部の領域における前記積層方向の高さの方が高い部位を備える。
(Embodiment 2: CMUT)
The configuration of the CMUT according to the present embodiment will be described with reference to a cross-sectional view (FIG. 2) of the CMUT. In the CMUT according to the present embodiment, the first electrode, the insulating film, and the vibration film are arranged in this order from the substrate side in the stacking direction on the substrate, and the insulating film and the vibration film. With a gap between them. The vibrating membrane is configured such that the first membrane and the second electrode are positioned on the gap portion side. And the height of the said lamination direction in the at least one part area | region outside a area | region is provided rather than the height of the lamination direction of the area | region in which the space | gap part was provided.

以下、具体構成の一例を説明する。
本実施形態に係るCMUT201は、セル構造202を有する。CMUTは複数のセル構造202を有する素子(エレメント)を構成してもよい。さらに、素子は複数あってもよい。セル構造の形状の例として、円形、四角形、六角形等が挙げられる。
Hereinafter, an example of a specific configuration will be described.
The CMUT 201 according to this embodiment has a cell structure 202. The CMUT may constitute an element having a plurality of cell structures 202. Furthermore, there may be a plurality of elements. Examples of the shape of the cell structure include a circle, a quadrangle, and a hexagon.

セル構造201は、基板211、基板上に形成される第1の電極保護層(第一の絶縁膜)212、第1の電極保護層上に形成される第一の電極層213、第一の電極層上の第2の電極保護層(第二の絶縁膜)214を有している。さらに、セル構造202は、第一のメンブレン層216と第二のメンブレン層218と第二の電極層219と第三のメンブレン層222で構成される振動膜を有する。第一のメンブレン層216、第二のメンブレン層218、第三のメンブレン層222は例えば窒化シリコンを含む絶縁膜である。振動膜は、メンブレン支持部217により支持されており、間隙であるキャビティ220を隔てて配置されている。図2に示されるように、キャビティ220の設けられた領域202の積層方向の高さよりも高い部位が、領域202の外に設けられている。これを実施形態1のように支柱と呼ぶこともできる。図2のように、支柱は、キャビティ220を設ける過程で積層された犠牲層221を含んでいてもよい。
第一の電極層213と第二の電極層219とは対向しており、第一の電極層213と第二の電極層219との間には、不図示の電圧印加手段により電圧が印加される。
The cell structure 201 includes a substrate 211, a first electrode protective layer (first insulating film) 212 formed on the substrate, a first electrode layer 213 formed on the first electrode protective layer, a first A second electrode protective layer (second insulating film) 214 is provided on the electrode layer. Further, the cell structure 202 has a vibration film including a first membrane layer 216, a second membrane layer 218, a second electrode layer 219, and a third membrane layer 222. The first membrane layer 216, the second membrane layer 218, and the third membrane layer 222 are insulating films containing, for example, silicon nitride. The vibrating membrane is supported by the membrane support portion 217, and is disposed with a cavity 220 as a gap therebetween. As shown in FIG. 2, a portion higher than the height in the stacking direction of the region 202 in which the cavity 220 is provided is provided outside the region 202. This can also be called a column as in the first embodiment. As shown in FIG. 2, the support column may include a sacrificial layer 221 that is stacked in the process of providing the cavity 220.
The first electrode layer 213 and the second electrode layer 219 are opposed to each other, and a voltage is applied between the first electrode layer 213 and the second electrode layer 219 by a voltage application unit (not shown). The

また、引き出し配線225を用いることで、第二の電極層219から電気信号を引き出すことができる。また、引き出し配線215を用いることで、第一の電極層213から電気信号を引き出すことができる。引き出し配線の代わりに、貫通配線等を用いて電気信号を引き出してもよい。   Further, by using the lead wiring 225, an electric signal can be drawn from the second electrode layer 219. In addition, an electrical signal can be extracted from the first electrode layer 213 by using the extraction wiring 215. Instead of the lead wiring, an electrical signal may be drawn using a through wiring or the like.

なお、第一の電極層213を共通電極とし、第二の電極層を素子毎に配置することで、第二の電極層219から電気信号を引き出してもよいし、逆の構成にしても構わない。つまり、第二の電極層219を共通電極とし、第一の電極層213を素子毎に配置することで、素子毎の電気信号を引き出してもよい。   Note that the first electrode layer 213 may be a common electrode, and the second electrode layer may be arranged for each element, whereby an electrical signal may be extracted from the second electrode layer 219, or the reverse configuration may be employed. Absent. That is, the second electrode layer 219 may be used as a common electrode, and the first electrode layer 213 may be arranged for each element, thereby extracting an electrical signal for each element.

CMUTの駆動原理を説明する。CMUTで超音波を受信する場合、図示しない電圧印加手段で、第一の電極層と第二の電極層との間に電位差が生じるように、第一の電極層213に直流電圧を印加しておく。超音波を受信すると、第二の電極層219を有する振動膜が撓むため、第二の電極層219と第一の電極層213との間隔(キャビティ220の深さ方向の距離)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(不図示)に電流が流れる。   The drive principle of CMUT will be described. When receiving ultrasonic waves by CMUT, a DC voltage is applied to the first electrode layer 213 by a voltage application unit (not shown) so that a potential difference is generated between the first electrode layer and the second electrode layer. deep. When the ultrasonic wave is received, the vibration film having the second electrode layer 219 bends, so the distance between the second electrode layer 219 and the first electrode layer 213 (the distance in the depth direction of the cavity 220) changes. The capacitance changes. This capacitance change causes a current to flow through the lead-out wiring (not shown).

この電流を図示しない電流−電圧変換素子によって電圧に変換し、超音波の受信信号とする。上述したように、引き出し配線の構成を変更することによって、第二の電極層219に直流電圧を印加し、第一の電極層213から素子毎に電気信号を引き出してもよい。   This current is converted into a voltage by a current-voltage conversion element (not shown) to obtain an ultrasonic reception signal. As described above, by changing the configuration of the lead wiring, a DC voltage may be applied to the second electrode layer 219 and an electrical signal may be drawn from the first electrode layer 213 for each element.

また、超音波を送信する場合、第一の電極層に直流電圧を、第二の電極層に交流電圧を印加し、静電気力によって振動膜を振動させることができる。この振動によって、超音波を送信することができる。超音波を送信する場合も、引き出し配線の構成を変更することによって、第二の電極層に直流電圧を、第一の電極層に交流電圧を印加し、振動膜を振動させてもよい。また、第一の電極層あるいは第二の電極層に直流電圧と交流電圧を印加し、静電気力によって振動膜を振動させることもできる。 本実施形態に係るCMUTは、空隙部が設けられた領域の積層方向の高さよりも、領域の外の少なくとも一部の領域における前記積層方向の高さの方が高い部位を備えることにより、立体障害となり、振動膜に外部の物体が接触しにくくなる。その結果、実際使用するときに、振動膜の応力特性等を変える可能性を低くすることができる。   When transmitting ultrasonic waves, a DC voltage can be applied to the first electrode layer, an AC voltage can be applied to the second electrode layer, and the vibrating membrane can be vibrated by electrostatic force. Ultrasound can be transmitted by this vibration. Also in the case of transmitting an ultrasonic wave, the vibration film may be vibrated by applying a DC voltage to the second electrode layer and an AC voltage to the first electrode layer by changing the configuration of the lead wiring. Further, it is possible to apply a DC voltage and an AC voltage to the first electrode layer or the second electrode layer, and to vibrate the vibrating membrane by electrostatic force. The CMUT according to the present embodiment includes a portion in which the height in the stacking direction in at least a part of the region outside the region is higher than the height in the stacking direction of the region in which the gap is provided. It becomes an obstacle and makes it difficult for an external object to contact the vibrating membrane. As a result, it is possible to reduce the possibility of changing the stress characteristics and the like of the diaphragm when actually used.

101 基板
102 第1の電極保護層
103 第1の配線層
104 下部電極層
105 第2の電極保護層
106 犠牲層
107 第1のメンブレン層
108 上部電極層
109 第2のメンブレン層
110 エッチングホール
111 空隙部
112 第3のメンブレン層
113 第1のコンタクトホール
114 第2の配線層
115 第3の配線層
120 支柱
130 ステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Board | substrate 102 1st electrode protective layer 103 1st wiring layer 104 Lower electrode layer 105 2nd electrode protective layer 106 Sacrificial layer 107 1st membrane layer 108 Upper electrode layer 109 2nd membrane layer 110 Etching hole 111 Space | gap Portion 112 Third membrane layer 113 First contact hole 114 Second wiring layer 115 Third wiring layer 120 Post 130 Stage

Claims (14)

基板の積層方向に下部電極層を設ける工程と、
前記下部電極層上の前記積層方向に、犠牲層を設ける工程と、
前記犠牲層上の前記積層方向に、第1のメンブレン層を形成する工程と、
前記第1のメンブレン層上の前記積層方向に、上部電極層を設ける工程と、
前記第1のメンブレン層にエッチングホールを設ける工程と、
前記エッチングホールを介して前記犠牲層を除去することで、空隙部を形成する工程と、
を有する静電容量型トランスデューサの製造方法であって、
前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さよりも、前記領域の外の少なくとも一部の領域における前記積層方向の高さの方を高くすることで支柱を形成する工程をさらに有し、
前記支柱を用いて、前記基板の前記積層方向の厚さを薄くする工程を有する、
静電容量型トランスデューサの製造方法。
Providing a lower electrode layer in the stacking direction of the substrates;
Providing a sacrificial layer in the stacking direction on the lower electrode layer;
Forming a first membrane layer in the stacking direction on the sacrificial layer;
Providing an upper electrode layer in the stacking direction on the first membrane layer;
Providing an etching hole in the first membrane layer;
Removing the sacrificial layer through the etching hole to form a void;
A method of manufacturing a capacitive transducer having
The method further includes the step of forming the column by increasing the height in the stacking direction in at least a part of the region outside the region than the height in the stacking direction of the region in which the gap is provided. ,
Using the support pillars to reduce the thickness of the substrate in the stacking direction,
A method for manufacturing a capacitive transducer.
前記支柱を形成する工程は、前記領域の外のみに層を形成する工程を有する、請求項1に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。   The method of manufacturing a capacitive transducer according to claim 1, wherein the step of forming the support includes a step of forming a layer only outside the region. 前記支柱を形成する工程は、前記領域の外に設けられる層の層厚が、前記領域内に設けられる層の層厚よりも厚くなるように層を形成する工程を有する、請求項1または2に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。   The step of forming the support column includes a step of forming a layer so that a layer thickness of a layer provided outside the region is larger than a layer thickness of a layer provided in the region. A method for producing the capacitive transducer according to claim 1. 前記下部電極層を設ける工程の前に、前記基板上の前記積層方向に前記下部電極層を保護する第1の電極保護層を設ける工程を有する、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
Before the step of providing the lower electrode layer, the step of providing a first electrode protective layer for protecting the lower electrode layer in the stacking direction on the substrate,
The method for manufacturing a capacitive transducer according to any one of claims 1 to 3.
前記第1の電極保護層を設ける工程の後、かつ、前記下部電極層を設ける工程の前に、前記第1の電極保護層を一部除去する工程と、前記第1の電極保護層が除去された前記基板の領域上、及び前記第1の電極保護層上に、前記下部電極層と電気的に接続するための第1の配線を設ける工程を有する、
請求項4に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
After the step of providing the first electrode protective layer and before the step of providing the lower electrode layer, a step of partially removing the first electrode protective layer, and the removal of the first electrode protective layer Providing a first wiring for electrically connecting to the lower electrode layer on the region of the substrate and on the first electrode protective layer,
A method for manufacturing the capacitive transducer according to claim 4.
前記犠牲層を設ける工程の前に、前記下部電極層上の前記積層方向に前記下部電極層を保護する第2の電極保護層を設ける工程を有する、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
Before the step of providing the sacrificial layer, including a step of providing a second electrode protective layer for protecting the lower electrode layer in the stacking direction on the lower electrode layer.
A method for manufacturing a capacitive transducer according to claim 1.
前記第一のメンブレン層を設ける工程の後に、前記第一のメンブレン層上の前記積層方向に第二のメンブレン層を形成する工程を有する、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
After the step of providing the first membrane layer, the step of forming a second membrane layer in the stacking direction on the first membrane layer,
A method for manufacturing the capacitive transducer according to claim 1.
前記第二のメンブレン層を形成する工程の後に、前記第二のメンブレン層上の前記積層方向に第三のメンブレン層を形成する工程を有する、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
After the step of forming the second membrane layer, the step of forming a third membrane layer in the stacking direction on the second membrane layer,
A method for manufacturing a capacitive transducer according to any one of claims 1 to 7.
前記第一のメンブレン層、前記第二のメンブレン層、及び前記第三のメンブレン層は、同一の材料である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。   The method for manufacturing a capacitive transducer according to any one of claims 1 to 8, wherein the first membrane layer, the second membrane layer, and the third membrane layer are made of the same material. . 前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さと、前記支柱の前記積層方向の高さとの差が、20nm以上1000nm以下である請求項1乃至9のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。   The electrostatic discharge according to any one of claims 1 to 9, wherein a difference between the height in the stacking direction of the region in which the gap is provided and the height in the stacking direction of the support column is 20 nm or more and 1000 nm or less. Manufacturing method of capacitive transducer. 前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さと、前記支柱の前記積層方向の高さとの差が、50nm以上100nm以下である請求項1乃至10のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。   The electrostatic discharge according to any one of claims 1 to 10, wherein a difference between the height in the stacking direction of the region in which the gap is provided and the height in the stacking direction of the support columns is 50 nm or more and 100 nm or less. Manufacturing method of capacitive transducer. 静電容量型トランスデューサであって、基板と、前記基板上の積層方向に、該基板側から、第一の電極と、絶縁膜と、振動膜とを、この順に、且つ該絶縁膜と該振動膜との間に空隙部を介して、有しており、前記振動膜は、第一のメンブレンと第二の電極とを、該第一のメンブレンが前記空隙部側に位置するように構成されており、
前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さよりも、前記領域の外の少なくとも一部の領域における前記積層方向の高さの方が高い部位を備える、静電容量型トランスデューサ。
A capacitive transducer comprising a substrate, a first electrode, an insulating film, and a vibrating film in this order from the substrate side in the stacking direction on the substrate, and the insulating film and the vibration in this order. The vibrating membrane includes a first membrane and a second electrode, and the first membrane is positioned on the gap side. And
An electrostatic capacitance type transducer comprising a portion in which the height in the stacking direction in at least a part of the region outside the region is higher than the height in the stacking direction of the region in which the gap is provided.
前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さと、前記部位の前記積層方向の高さとの差が、20nm以上1000nm以下である請求項12に記載の静電容量型トランスデューサ。   The capacitive transducer according to claim 12, wherein a difference between the height in the stacking direction of the region where the gap is provided and the height in the stacking direction of the portion is 20 nm or more and 1000 nm or less. 前記空隙部が設けられた領域の前記積層方向の高さと、前記部位の前記積層方向の高さとの差が、50nm以上100nm以下である請求項12または13に記載の静電容量型トランスデューサ。   14. The capacitive transducer according to claim 12, wherein a difference between the height in the stacking direction of the region in which the gap portion is provided and the height in the stacking direction of the portion is 50 nm or more and 100 nm or less.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108423632A (en) * 2018-05-04 2018-08-21 李扬渊 A kind of electronic equipment and its manufacturing method that can realize supersonic sensing
KR20210098173A (en) * 2020-01-31 2021-08-10 한국과학기술원 Ultrasonic transducer with multi-layerd membrane, and method of manufacturing the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108423632A (en) * 2018-05-04 2018-08-21 李扬渊 A kind of electronic equipment and its manufacturing method that can realize supersonic sensing
KR20210098173A (en) * 2020-01-31 2021-08-10 한국과학기술원 Ultrasonic transducer with multi-layerd membrane, and method of manufacturing the same
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