JP5708364B2 - 超音波アレイセンサーおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
図10において、符号B1は下部電極のパターンである。符号B2は上部電極および圧電体層のパターンである。符号B31は上部電極の引き出し配線のパターンである。符号B32は下部電極の引き出し配線のパターンである。符号B4は裏面空洞部のパターンである。なお、これらのパターンはこれらの構成要素を形成する工程で用いるフォトマスクのパターンに対応している。
図11(a)〜(c)に示すように、シリコン基板101上に第1絶縁膜102、第2絶縁膜103、下部電極となる第1金属膜104を積層する。その後、図10のパターンB1に相当する第1フォトマスクを用いたフォトリソグラフィー、異方性エッチング、レジスト剥離を順に行い、第1金属膜104をパターニングすることにより下部電極105を形成する。
以上の工程により、圧電素子113が完成する。その後、圧電素子113を覆うように基板全面に保護膜(図示せず)を塗布する。
なお、図16(a)には下部電極引き回し配線112が表されており、図16(b)には上部電極引き回し配線111が表されており、図16(c)にはセンサー素子113が表されている。
図12(a)〜(c)に示す工程において、ゾル・ゲル法を用いて圧電材料層106を成膜する際、シリコン基板101上には下部電極105が存在する領域と下部電極105が存在しない領域との間に下部電極105の膜厚分の段差ができる。そのため、圧電材料のゾルを塗布し、乾燥すると、後で圧電素子の中央部となる箇所と圧電素子の周縁部となる箇所との間で圧電材料層106の膜厚に差が生じる。具体的には、図12(c)の符号Aの箇所に対して符号Bの箇所では膜厚が薄くなる。
上述したように、図13(a)〜(c)に示す工程において、図13(a)の符号Cで示す下部電極105の引き出し部105aは、後で引き回し配線とのコンタクトを取る必要があるため、圧電材料層106の異方性エッチングを行う際に断線しないように条件設定する必要がある。そのため、圧電材料層106に過剰なオーバーエッチングを施すことができない。すると、圧電材料層106が本来除去されるべき箇所、すなわち図13(b)の符号Dの箇所において、圧電材料層106が残渣として残る場合があり、以降の製造工程で種々の不具合が発生する。
図15(a)〜(c)に示す工程において、上部電極引き回し配線111および下部電極引き回し配線112のパターニングを行う際、圧電素子113の上部にあたる図15(a)の符号Eの箇所と、後で振動板114となる図15(c)の符号Fの箇所とを同時にパターニングすることになる。ところが、圧電体層109の膜厚が例えば数μmと厚いため、露光工程においてEの箇所、Fの箇所のいずれか一方に露光装置の焦点を合わすと、他方に焦点が合わず、所望のパターン形状が得られない。パターン形状が崩れた場合、隣り合う引き回し配線の短絡や断線が生じる虞がある。
この構成によれば、1回のフォトリソグラフィー工程で圧電体層と第1電極とを同時に形成することができる。
この構成によれば、第2電極と圧電体層との位置合わせにマージンを持たせることができ、第2電極の平面パターンの外縁が前記圧電体層の平面パターンの外縁よりも外側にはみ出さない構成を確実に実現できる。
この構成によれば、第2電極と圧電体層との位置合わせにマージンを持たせることができ、第2電極の平面パターンの外縁が前記圧電体層の平面パターンの外縁よりも外側にはみ出さない構成を確実に実現できる。
この構成によれば、膜厚バラツキを十分に小さくすることができ、所望の膜厚の圧電材料層を容易に形成することができる。
なお、図1〜図9においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
次いで、圧電材料層16の上面に、後で上部電極3となる第2金属膜17(第2導電膜)をスパッタ法もしくは熱CVD法により形成する。
以上の工程により、図2、および図3(a)〜(c)に示すセンサー素子2が完成する。
Claims (6)
- 基板と、前記基板上に配列された複数のセンサー素子と、を備え、
前記センサー素子は、振動板と、前記振動板の一面に形成された第1電極と、前記第1電極に連続する第1電極の引き出し部と、前記第1電極および前記第1電極の引き出し部の一面に形成された圧電体層と、前記圧電体層の前記第1電極および前記第1電極の引き出し部が形成された側と反対側の面に形成された第2電極と、前記第1電極の引き出し部と電気的に接続された第1電極引き回し配線と、前記第2電極と電気的に接続された第2電極引き回し配線と、を備え、
前記圧電体層の平面パターンの外縁が前記第1電極および前記第1電極の引き出し部の平面パターンの外縁よりも外側にはみ出しておらず、
前記第2電極の平面パターンの外縁が前記圧電体層の平面パターンの外縁よりも外側にはみ出しておらず、
前記圧電体層を貫通して前記第1電極の引き出し部に達するコンタクトホールが設けられ、
前記第1電極引き回し配線が、前記コンタクトホールの内壁に沿って形成されて前記第1電極の引き出し部と電気的に接続されるとともに、前記コンタクトホールの箇所を除いて前記圧電体層の一面上に配置され、
前記第2電極引き回し配線が、前記第1電極引き回し配線の延在方向と交差する方向に延在して前記第2電極と一体に形成されるとともに、前記圧電体層の一面上に配置されたことを特徴とする超音波アレイセンサー。 - 前記圧電体層の平面パターンの外縁と前記第1電極および前記第1電極の引き出し部の平面パターンの外縁とが一致していることを特徴とする請求項1に記載の超音波アレイセンサー。
- 前記第2電極の平面パターンの外縁が前記圧電体層の平面パターンの外縁よりも内側に位置していることを特徴とする請求項1または2に記載の超音波アレイセンサー。
- 基板の一面に振動板となる絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に第1電極および前記第1電極に連続する第1電極の引き出し部となる第1導電膜、圧電体層となる圧電材料層、第2電極となる第2導電膜を順次積層する工程と、
第1フォトマスクを用いて前記第2導電膜および前記圧電材料層を開孔することにより、前記第2導電膜および前記圧電材料層を貫通して前記第1導電膜に達するコンタクトホールを形成する工程と、
第1電極引き回し配線および第2電極引き回し配線となる第3導電膜を成膜する工程と、
第2フォトマスクを用いて前記第3導電膜および前記第2導電膜をパターニングすることにより、前記第2電極、前記第2電極引き回し配線、および前記第1電極引き回し配線を形成する工程と、
第3フォトマスクを用いて前記圧電材料層および前記第1導電膜をパターニングすることにより、前記圧電体層、前記第1電極および前記第1電極の引き出し部を形成する工程と、
第4フォトマスクを用いて前記絶縁膜が形成された側と反対側の面から前記基板を前記絶縁膜が露出するまで開孔することにより、前記基板に空洞部を形成して前記絶縁膜からなる前記振動板を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする超音波アレイセンサーの製造方法。 - 前記第3フォトマスクの前記圧電体層、前記第1電極および前記第1電極の引き出し部の平面パターンの外縁が、前記第2フォトマスクの前記第2電極の平面パターンの外縁よりも外側に位置していることを特徴とする請求項4に記載の超音波アレイセンサーの製造方法。
- ゾル・ゲル法を用いて前記圧電材料層を形成することを特徴とする請求項4または5に記載の超音波アレイセンサーの製造方法。
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