JP5875243B2 - 電気機械変換装置及びその作製方法 - Google Patents
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Description
図1(a)は、本発明の電気機械変換装置の上面図であり、図1(b)、図1(c)は、それぞれ、図1(a)のA−B断面図、C−D断面図である。本発明の電気機械変換装置は、セル構造1を有する素子2を複数有している。素子2は、電気的に接続された複数のセル構造1からなる。図1では、素子2は、9個のセル構造から構成されているが、個数はいくつであっても構わない。また、素子数も、4つの素子のみ記載しているが、個数はいくつでも構わない。セル構造の形状は、図1では円形であるが、四角形、六角形等の形状でも構わない。
本発明の駆動原理を説明する。電気機械変換装置で超音波を受信する場合、図示しない電圧印加手段で、第一の電極と第二の電極との間に電位差が生じるように、第一の電極13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4を有する振動膜が撓むため、第二の電極4と第一の電極13との間隔(キャビティ3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6に電流が流れる。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4に直流電圧を印加し、第一の電極13から素子毎に電気信号を引き出してもよい。
次に、図3、図4を用いて、本発明の作製方法を説明する。図3は、電気機械変換装置の断面図であり、図1とほぼ同様の構成である。図3は、図1のA−B断面図であり、図4は、図1のC−D断面図である。
次に、本発明において好適な形態を説明する。本発明では、第一のメンブレン55の厚さは犠牲層54の厚さの2倍以上となるように形成することが好ましい。第一のメンブレン55の厚さが犠牲層54の深さの2倍より薄い場合、犠牲層形成時の段差部分を第一のメンブレン55によって良好に覆うことができない可能性がある。特に、犠牲層54の側面と上面との角部の被覆状態が悪いと、犠牲層エッチングしてキャビティを形成した場合、各セル間、各素子間での第一のメンブレン55の機械特性がばらついてしまう。
2 電気機械変換装置素子
3 キャビティ
4 第二の電極
5 封止部の厚み
6 キャビティ深さ
7 第一のメンブレンの厚さ
8 第二のメンブレンの厚さ
11 基板
12 第一の絶縁膜
13 第一の電極
14 第二の絶縁膜
16 第一のメンブレン
18 第二のメンブレン
19 エッチングホール
20 メンブレン支持部
Claims (13)
- 電気機械変換装置の作製方法であって、
第一の電極上の積層方向に、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上の前記積層方向に、犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上の前記積層方向に、第一のメンブレンを、前記犠牲層と該第一のメンブレンとが接するように形成する工程と、
前記第一のメンブレン上の前記積層方向に、第二の電極を、該積層方向に直交する面内方向に関して、前記第一のメンブレンが形成されている領域よりも小さな領域となるように形成する工程と、
前記第一のメンブレンの、前記面内方向に関して前記第二の電極が形成されている領域の外側に、エッチングホールを形成し、前記エッチングホールを介して前記犠牲層を除去する工程と、
前記第二の電極上の前記積層方向に、第二のメンブレンを形成する工程と、前記エッチングホールを封止する工程と、を有し、
前記第二のメンブレンを形成する工程と、前記エッチングホールを封止する工程とは、同一工程であり、且つ前記第一のメンブレンと前記第二のメンブレンを構成する材料は同一であることを特徴とする電気機械変換装置の作製方法。 - 前記第一のメンブレンの前記積層方向の厚さを、前記犠牲層の前記積層方向の厚さの2倍以上に形成することを特徴とする請求項1に記載の電気機械変換装置の作製方法。
- 前記第二のメンブレンの前記積層方向の厚さを、前記犠牲層の前記積層方向の厚さの3倍以上に形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の電気機械変換装置の作製方法。
- 前記第二のメンブレンの前記積層方向の厚さを、前記第一のメンブレンの前記積層方向の厚さより厚く形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電気機械変換装置の作製方法。
- 前記第一のメンブレンとして、PECVDによりシリコン窒化膜を形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電気機械変換装置の作製方法。
- 前記犠牲層としてクロムを用い、前記犠牲層をウェットエッチングにより除去することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電気機械変換装置の作製方法。
- 前記第二のメンブレンが、窒化シリコンを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電気機械変換装置の作製方法。
- 前記エッチングホールを封止する封止部の厚さが、前記第二の電極上の前記第二のメンブレンの厚みの±10%の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電気機械変換装置の作製方法。
- 前記第二のメンブレンを形成する工程は、前記第二の電極上の前記積層方向に、前記第二の電極と接する前記第二のメンブレンを形成する工程であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電気機械変換装置の作製方法。
- 複数のセル構造を含み構成される素子を備えた電気機械変換装置の製造方法であって、
第一の電極上の積層方向に、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上の前記積層方向に、前記セル構造毎に独立したキャビティとなるように、複数の犠牲層領域を形成する工程と、
前記犠牲層領域上の前記積層方向に、第一のメンブレンを、前記犠牲層領域と該第一のメンブレンとが接するように形成する工程と、
前記第一のメンブレン領域上の前記積層方向に、第二の電極を、該積層方向に直交する面内方向に関して、前記第一のメンブレンが形成されている領域よりも小さな領域となるように形成する工程と、
前記第一のメンブレンの、前記面内方向に関して前記第二の電極が形成されている領域の外側に、エッチングホールを形成し、前記エッチングホールを介して前記犠牲層領域を除去し、前記セル構造毎に独立した前記キャビティを形成する工程と、
前記第二の電極上の前記積層方向に、第二のメンブレンを形成する工程と、前記エッチングホールを封止する工程と、を有し、
前記第二のメンブレンを形成する工程と、前記エッチングホールを封止する工程とは同一工程であり、且つ前記第一のメンブレンと前記第二のメンブレンを構成する材料は同一であることを特徴とする電気機械変換装置の製造方法。 - 前記第一のメンブレンの前記積層方向の厚さを、前記犠牲層の前記積層方向の厚さの2倍以上に形成することを特徴とする請求項10に記載の電気機械変換装置の製造方法。
- 前記第二のメンブレンの前記積層方向の厚さを、前記犠牲層の前記積層方向の厚さの3倍以上に形成することを特徴とする請求項10又は11に記載の電気機械変換装置の製造方法。
- 前記第二のメンブレンの前記積層方向の厚さを、前記第一のメンブレンの前記積層方向の厚さより厚く形成することを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の電気機械変換装置の製造方法。
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