JP4503423B2 - 容量性マイクロマシン超音波振動子及びその製造方法、並びに、超音波トランスデューサアレイ - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る容量性マイクロマシン超音波振動子(capacitive micromachined ultrasonic transducer:cMUT)の概観を示す斜視図であり、図2は、図1のII−IIにおける断面図である。
振動膜23は、例えば、窒化シリコン(Si3N4)、窒酸化シリコン(SiON)、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)等の無機材料によって形成されており、支持部23aと梁部23bとを含んでいる。支持部23aは、梁部23bをベースプレート30の上方に持ち上げるように支持している。それにより、梁部23bと下部電極25との間に空隙15が形成され、梁部23bが振動可能な状態で支持される。これらの支持部23aと梁部23bとは、最初から一体化して形成されており、継ぎ目は見られない。
まず、半導体製造プロセスに用いることができる無機材料の基板を用意する。そのような材料として、シリコン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)や、インジウム燐(InP)等の半導体材料が挙げられる。本実施形態においては、シリコン基板を用いる。
或いは、振動膜23として、窒酸化シリコン(SiON)や、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)等の無機材料膜を形成しても良い。
さらに、図8の(b)に示すように、シリコン基板20をドライエッチング等によって除去する。これにより、図1及び図2に示す容量性マイクロマシン超音波振動子が完成する。
この2次元超音波トランスデューサアレイは、樹脂材料によって形成されているベースプレート40と、ベースプレート40上に2次元マトリクス状に配列されている複数の振動子セル10とを含んでいる。複数の振動子セル10は、所定の数毎に振動子セルグループ41を構成している。これらの振動子セルグループ41の各々は、1画素に対応する超音波トランスデューサとして動作を制御される。即ち、1つの振動子セルグループ41において、複数の振動子セル10の上部電極及び下部電極から、グループ毎の配線42及び共通配線43がそれぞれ引き出されている。この振動子セルグループ41に含まれている複数の振動子セル10を同時に駆動することにより、所定の強度を有する超音波が送信される。さらに、このような複数の振動子セルグループ41を順次駆動することにより、所望の方向に超音波を送信することができる。また、伝搬してきた超音波は、各振動子セルグループ41によって受信され、各振動子セルグループ41に含まれる複数の振動子セル10から出力された検出信号の合成信号が、1画素に対応する超音波検出信号として処理される。
図12の(a)に示す2次元超音波トランスデューサアレイは、樹脂材料によって形成されているベースプレート50と、ベースプレート50上に配列されている複数の振動子セル10と、回路形成領域51とを含んでいる。回路形成領域51の表面には、保護層として、絶縁膜52が形成されている。このような、2次元超音波トランスデューサアレイは、図13に示すように、超音波撮像システム本体70とケーブル等を介して接続されている超音波用探触子60に収納されている。
15 空隙
20 シリコン基板
21、27、29 絶縁膜(酸化シリコン膜)
22、31 上部電極
23 振動膜
23a 支持部
23b 梁部
24 レジスト
25 下部電極
28 空孔
30、40、50 ベースプレート
41 振動子セルグループ
42 配線
43 共通配線
51 回路形成領域
52 絶縁膜
60 超音波用探触子
61 駆動回路
62 直流バイアス回路
62a 直流電圧源
62b 抵抗
62c デカップリングコンデンサ
63 受信回路
64、65 スイッチ回路
70 超音波撮像システム本体
Claims (11)
- 樹脂を含む材料によって形成されたベースプレートと、
前記ベースプレートに配置された振動子セルであって、第1の絶縁膜と第1の電極と振動膜と第2の電極と第2の絶縁膜と第3の絶縁膜とを含み、前記第1の電極が前記第1の絶縁膜と前記振動膜との間に形成されており、前記第2の電極が前記ベースプレート上に少なくとも前記第2及び第3の絶縁膜を介して形成されており、前記振動膜が、一体形成された支持部及び梁部を含み、前記梁部が前記支持部によって支持されることにより前記第2の電極との間に空隙を介して配置されており、前記第3の絶縁膜が前記ベースプレートと前記空隙との両方に接している、前記振動子セルと、
を具備する容量性マイクロマシン超音波振動子。 - 前記振動膜が、無機材料によって形成されている、請求項1記載の容量性マイクロマシン超音波振動子。
- 前記振動膜が、窒化シリコン(Si3N4)と、窒酸化シリコン(SiON)と、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)との内のいずれか1つを含む、請求項1又は2記載の容量性マイクロマシン超音波振動子。
- 樹脂を含む材料によって形成されたベースプレートと、
前記ベースプレートに配置された複数の振動子セルであって、各々が、第1の絶縁膜と第1の電極と振動膜と第2の電極と第2の絶縁膜と第3の絶縁膜とを含み、前記第1の電極が前記第1の絶縁膜と前記振動膜との間に形成されており、前記第2の電極が前記ベースプレート上に少なくとも前記第2及び第3の絶縁膜を介して形成されており、前記振動膜が、一体形成された支持部及び梁部を含み、前記梁部が前記支持部によって支持されることにより前記第2の電極との間に空隙を介して配置されており、前記第3の絶縁膜が前記ベースプレートと前記空隙との両方に接している、前記複数の振動子セルと、
前記第1の絶縁膜上に配置され、前記複数の振動子セルの各々に直流バイアスを印加する直流バイアス回路と、前記第1の絶縁膜上に配置され、前記複数の振動子セルの各々を駆動するための駆動信号を生成する駆動回路と、前記第1の絶縁膜上に配置され、前記複数の振動子セルの各々から出力される受信信号を処理する受信回路との内の少なくとも1つと、
を具備する超音波トランスデューサアレイ。 - 無機材料によって形成されている基板の主面に凹部を形成する工程(a)と、
凹部が形成された基板の主面を酸化させることにより第1の絶縁膜を形成する工程(b)と、
前記第1の絶縁膜が形成された前記基板の主面上に第1の電極を形成する工程(c)と、
前記第1の電極が形成された前記基板上に振動膜を形成する工程(d)と、
少なくとも前記基板の凹部に形成された前記振動膜上に犠牲層を形成する工程(e)と、
前記犠牲層上に第2の電極及び少なくとも第2の絶縁膜を形成する工程(f)と、
前記第2の絶縁膜に空孔を形成し、該空孔を介して前記犠牲層を除去することにより空隙を形成する工程(g)と、
前記第2の絶縁膜上に第3の絶縁膜を形成することにより前記空孔を塞ぐ工程(h)と、
前記第3の絶縁膜上に樹脂材料を形成すると共に、前記基板を除去する工程(i)と、
を具備する容量性マイクロマシン超音波振動子の製造方法。 - 工程(h)が、前記空隙内を真空状態にしながら前記第2の絶縁膜上に前記第3の絶縁膜を形成することにより前記空孔を塞ぐことを含む、請求項5記載の容量性マイクロマシン超音波振動子の製造方法。
- 前記基板が、シリコン(Si)と、ガリウム砒素(GaAs)と、インジウム燐(InP)との内のいずれかを含む、請求項5又は6記載の容量性マイクロマシン超音波振動子の製造方法。
- 前記振動膜が、窒化シリコン(Si3N4)と、窒酸化シリコン(SiON)と、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)との内のいずれか1つを含む、請求項5〜7のいずれか1項記載の容量性マイクロマシン超音波振動子の製造方法。
- 前記第2の絶縁膜が、酸化シリコン(SiO2)と、窒酸化シリコン(SiON)と、窒化シリコン(SiN)と、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)との内のいずれか1つを含む、請求項5〜8のいずれか1項記載の容量性マイクロマシン超音波振動子の製造方法。
- 前記基板が、前記振動膜との間でエッチング選択性を有する材料によって形成されている、請求項5〜9のいずれか1項記載の容量性マイクロマシン超音波振動子の製造方法。
- 工程(i)が、熱硬化性樹脂又は紫外線硬化性樹脂を用いて前記樹脂材料を形成することを含む、請求項5〜10のいずれか1項記載の容量性マイクロマシン超音波振動子の製造方法。
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