JP6904814B2 - 中空構造体の製造方法、及び中空構造体 - Google Patents
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Description
本発明は、静電容量型トランスデューサ等として用いられる中空構造体の製造方法、及び中空構造体に関する。
マイクロマシニング技術によって製造される静電容量型トランスデューサは、圧電素子の代替品として研究されている。静電容量型トランスデューサを以下ではCMUT(Capacitive micromachined ultrasonic transducers)と呼ぶことがある。CMUTは、一般に中空部と振動膜を有し、この振動膜の振動を用いて音響波(超音波)を送受信可能であり、特に液中において優れた広帯域特性を得られる。CMUTの製造方法の一つとして、シリコンなどの基板上に材料を積層させて形成する方法がある。特許文献1では、基板、絶縁膜、犠牲層であるシリコン膜、振動膜の順に積層し、振動膜の一部に設けたエッチング開口部を介して犠牲層をエッチングすることによって中空部を形成している。また、犠牲層を除去するために二フッ化キセノンを用いているが、犠牲層に接する絶縁膜と振動膜を酸化シリコン膜とすることで、犠牲層と絶縁膜や振動膜とのエッチング選択比を十分にとり、絶縁膜や振動膜がエッチングされてしまうことを抑制している。
一方、音響波の送受信感度を向上させるという観点からは、上記の絶縁膜や振動膜として、酸化シリコン膜よりも比誘電率の高い窒化シリコン膜を用いることが好ましい。
しかし、犠牲層としてシリコン膜を用い、犠牲層に接する絶縁膜や振動膜として窒化シリコン膜を用いる場合、二フッ化キセノンを用いた犠牲層のエッチング時に、選択比が十分にとれず、窒化シリコン膜もエッチングされる可能性がある。
しかし、犠牲層としてシリコン膜を用い、犠牲層に接する絶縁膜や振動膜として窒化シリコン膜を用いる場合、二フッ化キセノンを用いた犠牲層のエッチング時に、選択比が十分にとれず、窒化シリコン膜もエッチングされる可能性がある。
特許文献2にはシリコン膜と窒化シリコン膜とのエッチング選択比を向上させるために、二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスを用いる方法を開示している。
しかし、本発明者らは、二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスを用いて犠牲層をエッチングしている途中に、デポ物(deposits、析出物と言い換えることもできる)が成長してしまうことを見出した。デポ物の成長によって、エッチング開口部や中空部の閉塞が進行し、結果としてエッチングガスが犠牲層に供給できずエッチングが遅滞、または停止するというエッチング不良を起こすという課題が発生した。
本発明に係る中空構造体の製造方法は、第1の膜と、前記第1の膜と中空部を介して対向するように設けられる第2の膜とを有する中空構造体の製造方法であって、前記第1の膜の上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層の上に前記第2の膜を形成する工程と、
前記第1の膜及び前記第2の膜の少なくともいずれか一方を貫通して前記犠牲層に連通するエッチング開口部を形成する工程と、前記犠牲層を、前記エッチング開口部を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで前記中空部を形成する工程と、を有し、前記第1の膜および前記第2の膜のうち、前記エッチング開口部が形成される膜は窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜において、前記犠牲層と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする。
前記第1の膜及び前記第2の膜の少なくともいずれか一方を貫通して前記犠牲層に連通するエッチング開口部を形成する工程と、前記犠牲層を、前記エッチング開口部を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで前記中空部を形成する工程と、を有し、前記第1の膜および前記第2の膜のうち、前記エッチング開口部が形成される膜は窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜において、前記犠牲層と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする。
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、第1の電極の上に、第1の膜を形成する工程と、前記第1の膜の上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層の上に第2の膜を形成する工程と、前記第2の膜の上に第2の電極を形成する工程と、前記第2の膜を貫通して前記犠牲層に連通するエッチング開口部を形成する工程と、前記犠牲層を、前記エッチング開口部を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部を形成する工程と、を有し、前記第2の膜は窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜において、前記犠牲層と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする。
本発明に係る中空構造体は、第1の膜と、前記第1の膜と中空部を介して対向するように設けられる第2の膜とを有する中空構造体であって、前記第1の膜および前記第2の膜のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜において、前記中空部と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする。
本発明に係る静電容量型トランスデューサは、第1の電極と、前記第1の電極の上に設けられた第1の膜と、前記第1の膜と中空部を介して対向するように設けられる第2の膜と、前記第2の膜の上に設けられた第2の電極と、を有する静電容量型トランスデューサであって、前記第1の膜および前記第2の膜のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜において、前記中空部と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする。
本発明に係る中空構造体の製造方法によれば、窒化シリコン膜における窒素とシリコンの組成比を調整することで、エッチング中のデポ物の成長を抑制することでエッチング不良を解決できる。
(中空構造体の製造方法)
本発明の実施形態に係る中空構造体について図24を用いて説明するが、本発明はこれに限られない。
本発明の実施形態に係る中空構造体について図24を用いて説明するが、本発明はこれに限られない。
本実施形態に係る中空構造体100は、第1の膜101と、第1の膜101と中空部102を介して対向するように設けられる第2の膜103とを有する。中空構造体100の製造方法は、少なくとも以下の工程を有する。
(1)第1の膜101の上に犠牲層(102に相当する位置)を形成する工程。
(2)犠牲層の上に第2の膜103を形成する工程。
(3)第1の膜101及び第2の膜103の少なくともいずれか一方を貫通して犠牲層に連通するエッチング開口部104を形成する工程。
(4)犠牲層を、エッチング開口部104を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部102を形成する工程。
(1)第1の膜101の上に犠牲層(102に相当する位置)を形成する工程。
(2)犠牲層の上に第2の膜103を形成する工程。
(3)第1の膜101及び第2の膜103の少なくともいずれか一方を貫通して犠牲層に連通するエッチング開口部104を形成する工程。
(4)犠牲層を、エッチング開口部104を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部102を形成する工程。
第1の膜101及び第2の膜103のうち、エッチング開口部104が形成される膜(図24では第2の膜103)は窒化シリコン膜(103)を含む。また、窒化シリコン膜(103)は、犠牲層と接する面を含む第一の領域105と、第一の領域105を含まない第二の領域106を有する。第一の領域105における窒素に対するシリコンの組成比が、第二の領域106における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。以下では、2つの領域を比較したときに、窒素に対するシリコンの組成比が相対的に大きいことをシリコンリッチ(Siリッチ)と言うことがある。同様に、2つの領域を比較したときに、シリコンに対する窒素の組成比が相対的に大きいことを窒素リッチ(Nリッチ)と言うことがある。
このように、窒化シリコン膜のうち、犠牲層と接する領域をシリコンリッチとすることで、フッ素含有ガスと水素とを含むガスを用いても、デポ物が生じにくいため、エッチング不良が起こりにくい。なお、窒化シリコン膜の波長633nmにおける屈折率が1.90以上であると、後述のように、デポ物を生じにくいため好ましい。
なお、第1の膜101は、基板110の上に形成することができる。基板110がシリコンである場合、基板110を酸化して熱酸化膜を形成する工程を有していても良い。
本実施形態において、フッ素含有ガスは、二フッ化キセノン、三フッ化臭素、三フッ化塩素、及びフッ素を含むハロゲン間化合物からなる群から選択される少なくとも一種を含む。フッ素含有ガスとしては、二フッ化キセノンが好ましい。
なお、図24では、相対的にシリコンの割合が大きい第一の領域105と、相対的にシリコンの割合が小さい第二の領域106との2層構成を示しているがこのような構成に限らない。例えば、窒化シリコン膜において、窒素に対するシリコンの比率が、窒化シリコン膜が犠牲層と接する側の主面から、逆側の主面に向かうにつれて、連続的に小さくなるように構成されていてもよい。もちろん、窒化シリコン膜中のシリコン濃度の変化が、膜の積層方向に、単調減少となる構成でもよく、ステップ状に減少する構成や、曲線状に減少する構成でもよい。
また、窒化シリコン膜のうち、犠牲層と接する面と逆側の面を含む第三の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい構成としても良い。
また、窒化シリコン膜において、犠牲層と接する面を含む第一の領域におけるシリコンに対する窒素の組成比が、第二の領域におけるシリコンに対する窒素の組成比よりも小さいことが好ましい。
なお、上記本実施形態のプロセスを経ても、窒化シリコン膜上にはデポ物をゼロにすることは困難であるが、中空部を減圧条件下(例えば150Pa以下)で加熱することで、デポ物を昇華することができる。
(中空構造体)
本実施形態に係る中空構造体100について図24を用いて説明する。本実施形態に係る中空構造体100は、第1の膜101と、第1の膜101と中空部102を介して対向するように設けられる第2の膜103とを有する。そして、第1の膜101および第2の膜103のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含む。図24では、第2の膜103が窒化シリコン膜を含む。窒化シリコン膜(103)において、中空部102と接する面を含む第一の領域105における窒素に対するシリコンの組成比が、第一の領域105を含まない第二の領域106における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。
本実施形態に係る中空構造体100について図24を用いて説明する。本実施形態に係る中空構造体100は、第1の膜101と、第1の膜101と中空部102を介して対向するように設けられる第2の膜103とを有する。そして、第1の膜101および第2の膜103のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含む。図24では、第2の膜103が窒化シリコン膜を含む。窒化シリコン膜(103)において、中空部102と接する面を含む第一の領域105における窒素に対するシリコンの組成比が、第一の領域105を含まない第二の領域106における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。
なお、窒化シリコン膜の波長633nmにおける屈折率が1.90以上であることが好ましい。
このように窒化シリコン膜の一部が窒素リッチである構成は、窒化シリコン膜全体がシリコンリッチである構成に比べて、比誘電率が高くなる。その結果、後述のCMUTのような超音波センサの用途において、超音波の送受信感度が高くなる。
本実施形態に係る中空構造体は、インクジェットやマイクロポンプ等のピエゾデバイス、マイクロスピーカ、遺伝子診断等に用いられる流体デバイス、ボロメータ等のIRセンサに用いることができる。
(CMUTの製造方法)
上記中空構造体がCMUTである場合について図25を用いて説明する。本実施形態に係るCMUT200の製造方法は少なくとも以下の各工程を有する。
(1)第1の電極211の上に、第1の膜201を形成する工程。
(2)第1の膜201の上に犠牲層(202に相当する位置)を形成する工程。
(3)犠牲層(202)の上に第2の膜203を形成する工程。
(4)第2の膜203の上に第2の電極212を形成する工程。
(5)第2の膜203を貫通して犠牲層に連通するエッチング開口部(不図示)を形成する工程。
(6)犠牲層を、エッチング開口部を介して、二フッ化キセノンと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部を形成する工程。
上記中空構造体がCMUTである場合について図25を用いて説明する。本実施形態に係るCMUT200の製造方法は少なくとも以下の各工程を有する。
(1)第1の電極211の上に、第1の膜201を形成する工程。
(2)第1の膜201の上に犠牲層(202に相当する位置)を形成する工程。
(3)犠牲層(202)の上に第2の膜203を形成する工程。
(4)第2の膜203の上に第2の電極212を形成する工程。
(5)第2の膜203を貫通して犠牲層に連通するエッチング開口部(不図示)を形成する工程。
(6)犠牲層を、エッチング開口部を介して、二フッ化キセノンと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部を形成する工程。
そして、第2の膜203は窒化シリコン膜を含む。窒化シリコン膜203において、犠牲層と接する面を含む第一の領域205における窒素に対するシリコンの組成比が、第一の領域205を含まない第二の領域206における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。本実施形態に係る中空構造体における説明と同様に、上記のプロセスを経ることで、デポ物の発生を抑制でき、エッチング不良を解決できる。
なお、窒化シリコン膜の波長633nmにおける屈折率が1.90以上であることが好ましい。
(CMUT)
本実施形態に係るCMUTは、第1の電極211と、第1の電極211の上に設けられた第1の膜201と、第1の膜201と中空部202を介して対向するように設けられる第2の膜203と第2の膜203の上に設けられた第2の電極212とを有する。そして、第1の膜201および第2の膜203のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含む。図25においては、第2の膜203が窒化シリコン膜である。窒化シリコン膜203において、中空部202と接する面を含む第一の領域205における窒素に対するシリコンの組成比が、第一の領域205を含まない第二の領域206における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。
本実施形態に係るCMUTは、第1の電極211と、第1の電極211の上に設けられた第1の膜201と、第1の膜201と中空部202を介して対向するように設けられる第2の膜203と第2の膜203の上に設けられた第2の電極212とを有する。そして、第1の膜201および第2の膜203のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含む。図25においては、第2の膜203が窒化シリコン膜である。窒化シリコン膜203において、中空部202と接する面を含む第一の領域205における窒素に対するシリコンの組成比が、第一の領域205を含まない第二の領域206における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい。
なお、窒化シリコン膜の波長633nmにおける屈折率が1.90以上であることが好ましい。
(本発明の実施形態についての詳細な説明)
以下に、本発明の実施形態に係るCMUTの詳細について図1〜図7を用いて説明する。図1は本発明の実施形態に係るCMUTの上面図であり、図2は図1の全体図である。図1は分かり易く説明するため、封止膜11を透過させた図を用いている。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。図5は駆動の説明断面図である。図6は犠牲層エッチング後のA−B断面図である。図7は犠牲層エッチング前のA−B断面図である。本実施形態で示す上面図は、振動膜12を構成する封止膜11を透過させている。
以下に、本発明の実施形態に係るCMUTの詳細について図1〜図7を用いて説明する。図1は本発明の実施形態に係るCMUTの上面図であり、図2は図1の全体図である。図1は分かり易く説明するため、封止膜11を透過させた図を用いている。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。図5は駆動の説明断面図である。図6は犠牲層エッチング後のA−B断面図である。図7は犠牲層エッチング前のA−B断面図である。本実施形態で示す上面図は、振動膜12を構成する封止膜11を透過させている。
図中の番号は次の通りである。1はCMUT、2はセル、3は素子(エレメント)、4は基板、5は第一の絶縁膜、6は第一の電極、7は第二の絶縁膜、8は中空部、9は第三の絶縁膜、10は第二の電極、11は封止膜、12は振動膜、13はエッチング封止部、14は振動膜支持部である。15は第一の電圧印加手段、16は第二の電圧印加手段、17はエッチング開口部、18はテーパー形状、19はテーパー角度、20は振動膜部分の中空部高さ、21はエッチング開口部の中空部高さ、22はエッチング開口部17が形成される箇所である。23はテーパー形状18の中間の位置、24はテーパー斜面を第二の絶縁膜へ投影した時の距離、25は振動膜の開口、26は重なり幅である。41は第一の電極パッド、42は第二の電極パッド、55は犠牲層である。
本実施形態では、第三の絶縁膜9(第1の膜)が窒化シリコン膜であり、犠牲層(8に相当する位置)と接する面を含む第一の領域71と第一の領域71を含まない第二の領域72を含む。そして、第一の領域71における窒素に対するシリコンの組成比が、第二の領域72における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きい構成となっている。言い換えると、第三の絶縁膜9として中空部8側にSiリッチな窒化シリコン膜を、第二の電極10側にNリッチ窒化シリコン膜とする。なお、以下の各図においては示さないが、第三の絶縁膜9は、特に断りがない限り、図3のように中空部8側がSiリッチな第一の領域71、第二の電極10側がNリッチ(第一の領域に比べてSiの割合が少ない)な第二の領域72となっているものとする。
なお、本実施形態では、第一の電圧印加手段15、第二の電圧印加手段16の両方を備えた構成であるが、電圧印加手段は一方のみとし、他方はグラウンド(GND)に接続する構成としても良い。
図1と図2に示すCMUT1は、支持基板4上に形成された第一の電極6と、前記第一の電極6と中空部8を挟んで対向して配された第二の電極10を含む振動膜12が振動可能に支持されたセル2を有する素子3が複数個からなる。CMUT1はエッチング開口部17を有している。またエッチング開口部17とセル2が重なっている幅は、重なり幅26である。
図2では、3つの素子のみ記載しているが、素子数はいくつでも構わない。また、素子3は、セル2が72個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、セルの配列は格子状の配置でも千鳥配置でもどのような配列でも構わない。さらに、素子3の大まかな外形は図2に記載のような長方形でも、正方形や六角形でも構わない。
図1と図3、図4に示すように、セル2は基板4、基板4上に形成される第一の絶縁膜5、第一の絶縁膜5上に形成される第一の電極6、第一の電極6上に形成される第二の絶縁膜7を有する。さらに、第三の絶縁膜9と第二の電極10と封止膜11で振動膜12が形成され、振動膜12を支持する振動膜支持部14、中空部8とを有している。中空部8は、後述するが、エッチング開口部17を介して犠牲層をエッチングすることで形成する。エッチング開口部17は、最終的に封止膜11で封止され封止部13を形成する。エッチング開口部17は、後述するCMUT1を製造する過程において、前記中空部8の壁面がテーパー形状18をしている箇所に設けられる。
あるいは、図20と図21に示すようにエッチング流路をセルの外部へ引き出して、流路上にエッチング開口部を設ける配置としてもよい。図20は、CMUT1の上面拡大模式図の一例である。図21は図20のE−F断面図である。58はエッチング流路、59はエッチング流路幅、60はエッチング流路長さである。図20で構成されるCMUT1は、外形寸法及び素子3の外形、個数や配置は図2と同様である。図20のセル2は略円形の形状で、セル2を構成する中空部8の端にエッチング流路58があり、エッチング流路58の端部にエッチング開口部17が形成されている。こうすることで、エッチング開口部を封止するにあたり、中空部分に該当する犠牲層の高さよりもエッチング開口部と繋がるエッチング流路部分の犠牲層高さを低くできるため、封止の信頼性を向上させることもできる。
本実施形態においては、エッチング開口部の配置をいずれにしても問題ないが、以下では前記中空部8の壁面がテーパー形状18をしている箇所に設ける配置例で説明する。
CMUT1が製造された後には、エッチング開口部17は封止膜11で封止され封止部13となるため、該上面図には示していない。上面図において、第二の絶縁膜7が見えている部分が、エッチング開口部17を設けた場所であり、かつ封止部13を設けた場所である。
振動膜支持部14は、配線引き出しの為に第二の電極10を含んでいる場合と含んでいない場合が存在する。基板4がガラス基板などの絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜5はなくてもよい。また第二の絶縁膜7は、セルの耐圧向上や絶縁膜の帯電を防ぐために設けているため、不要であればなくてもよい。さらに封止膜11は、振動膜12の変形制御や中空部8を封止するために設けているため、不要であればなくてもよい。中空部8を上面から見た形状は、エッチング封止部13を除くと略円形であるが、正方形、長方形等の形状でも構わない。
また図5に示すように、セル2の第一の電極6と第二の電極10との間に電位差を生じさせる第一の電圧印加手段15と、第二の電極に送信電圧を印加する第二の電圧印加手段16を有している。
本実施形態のCMUTは、第一の電圧印加手段15で第一の電極6にバイアス電圧を印加する事ができる。第一の電極6にバイアス電圧が印加されると、第一の電極6と第二の電極10の間に電位差が生じる。この電位差により振動膜の復元力と静電引力が釣り合うところまで振動膜12は変位する。この状態で超音波が振動膜12に到達すると、振動膜12が振動する事で第一の電極6と第二の電極10の間の静電容量が変化して第二の電極10に電流が流れる。この電流を第二の電極10から引き出された第二の電極パッド42を介して取り出す事で、超音波を電気信号として取り出す事ができる。
第一の電圧印加手段15で第一の電極6にバイアス電圧を印加した状態で、第二の電圧印加手段16から第二の電極10に送信駆動電圧を印加すると、超音波を送信する事が出来る。送信駆動電圧は、所望の超音波を送信できる波形であればどのような波形でも良い。単極パルスや双極パルス、バースト波や連続波など、所望の波形を用いればよい。
次に図6と図7を用いてエッチング開口部17とテーパー形状18について説明する。図6に示すように本実施形態では、中空部8の壁面が前記第一の電極に向かってテーパー形状18をしており、前記中空部8を形成するためのエッチング開口部17を、前記中空部8の壁面がテーパー形状18をしている箇所に設けている。また図3に示すように、前記エッチング封止部13を、前記中空部8の壁面がテーパー形状18をしている箇所に設けている。エッチング開口部17を、前記中空部8の壁面がテーパー形状18をしている箇所に設けることで、エッチング開口部17を犠牲層55の中心の近くに配置できるため、犠牲層55のエッチング時間を短時間で完了させることができる。また、エッチング開口部17の中空部高さ21を振動膜部分の中空部高さ20よりも低くすることができる。これにより、中空部8を封止するために必要な封止膜11の厚さを低減することができ、封止の信頼性を向上するとともに、薄い振動膜12を形成することができる。
図7は、エッチング開口部17を設ける直前のA−B断面図である。犠牲層エッチング後に中空部8となる部分には犠牲層55が形成されている。破線22で囲んだ部分は、エッチング開口部17が形成される箇所である。エッチング開口部17は、確実にテーパー形状18をしている箇所に重なるように設ける必要があるため、エッチング開口部17を形成する露光装置のアライメント精度を考慮した配置と形状にするのが好ましい。
例えば、エッチング封止部13が図1に示す様な半円の場合には、エッチング開口部17も同様の半円であるので、エッチング開口部17の外周の一部がテーパー形状18の斜面に重なるように配置するのが好ましい。このとき、露光装置のアライメント精度を考慮して必ずエッチング開口部17の外周の一部がテーパー形状18の斜面に重なるように配置する。露光装置のアライメントずれなどでエッチング開口部17の外周の一部がテーパー形状18の斜面に重ならない場合、後述の犠牲層エッチングができなくなってしまう可能性が高い。例えば露光装置のアライメント精度が±50nmの場合、破線間の距離24(テーパー形状18を第二の絶縁膜7へ射影したときの長さ)は、100nmよりも大きくするのが好ましい。
また、エッチング開口部17の外周の一部(点線22で囲んだ部分の端)が、テーパー形状18の中間の位置を示す破線23と重なるようにエッチング開口部17を設けると確実に後述の犠牲層エッチングができる。図中の25は振動膜12の開口25であり、開口25の大きさで振動膜12の周波数特性が決まり、素子3を構成するセル2の開口25の総面積で受信感度や送信効率が決まる。
図8に破線間の距離24と開口率の関係を示す。図8の横軸は破線間の距離24であり、縦軸は素子3を構成するセル2の開口25の開口率である。図8に示す様に、破線間の距離24が大きくなると、開口率が小さくなることがわかる。そのため、露光装置のアライメント精度を小さくして破線間の距離24を小さくすることが好ましい。
図9にテーパー角度19と振動膜12の共振周波数の関係を示す。図9の横軸は中空部8の内壁と第二の絶縁層7の間のテーパー角度19であり、縦軸は素子3を構成するセル2が有する振動膜12の共振周波数である。また系列は振動膜部分の中空部高さ20であり、一般的なCMUTで形成される中空部高さ、100nm〜500nmを含んでいる。図9に示す様に、テーパー角度19や中空部高さ20によって共振周波数は変化するため、これらのばらつきの影響が小さいテーパー角度19にするのが好ましい。中空部高さ20が500nmでは、テーパー角度19が22.5度以下となると共振周波数の変化が大きくなり、中空部高さ20が300nmでは、テーパー角度19が67.5度を超えると共振周波数の変化が大きくなる。このことから、テーパー角度19は、22.5度から67.5度の範囲が好ましい。
図10から図13に、エッチング封止部13の配置と形状を変えた素子3の上面拡大図を示す。図中、説明の都合で、振動膜12を構成する封止膜11を透過させている。図中の26は、セル外周とエッチング封止部13との重なり幅である。上面図において、第二の絶縁膜7が見えている部分が、エッチング開口部17を設けた場所であり、かつ封止部13を設けた場所であるので、図中の26は、セル外周とエッチング開口部17との重なり幅でもある。エッチング開口部17の大きさは、エッチング開口部17を配置する位置や個数、最小パターニング精度、所望のエッチング時間に応じて決めるのが好ましい。エッチング開口部17は、図1に示す様に1つのセルに1つずつ設けてもよいし、図10に示す様に1つのセルに2つ以上設けてもよい。エッチング開口部17を2つ以上設ける場合には、犠牲層エッチングがセル2の中で等方的に進むように配置すると中空部8の高さ20のばらつきが低減できて好ましい。また、図11に示す様に、複数のセル毎に1つのエッチング開口部17を設けてもよいし、図12に示す様に複数のセル毎に複数のエッチング開口部17を設けてもよい。
図13に図11,図12と同じセルサイズで1つのセルに1つずつエッチング開口部17を設けた場合の配置を示す。図13の配置では、エッチング開口部17が隣接するセルと繋がらないように配置しているため、一部のセルで封止不良が生じても隣接するセルへ封止不良の影響が広がらないので好ましい。しかしエッチング開口部17を形成する露光装置のアライメント精度を考慮して隣接するセルと繋がらないようにする必要があるため、セル2をさらに高密度に配置することができない。図11や図12のように、いくつかのセル毎にエッチング開口部17を設けるとセル2をさらに高密度に配置することができ、素子3を構成するセル2の振動膜12の開口25の総面積を増加することができて好ましい。また一部のセルで封止不良が生じても、封止不良の影響をある領域内に抑えられるので好ましい。
例えば図11のような配置で、セルの直径が32um、犠牲層の最小パターニング精度を3um、露光装置のアライメント精度が±50nmの場合を考える。エッチング開口部17を六角形とすると、その外接円の直径は8.55umより大きく、そしてテーパー形状18の斜面の範囲に収まる大きさにするのが好ましい。エッチング開口部17の外周の一部がテーパー形状18の斜面に重なるように配置するときに、重なり幅26が小さいと犠牲層エッチングに長時間を有し、重なり幅26が大きいと振動膜の性能が変化するため、両者のバランスを考慮して決めるのが好ましい。
図14に、重なり幅26の長さがセル外周の長さに対する割合と、振動膜12の共振周波数および初期たわみの関係を示す。重なり幅26の長さとは、1つのセル2に設けられたエッチング開口部17の重なり幅26の合計の長さである。図14の横軸は、重なり幅26の長さをセル外周の長さで除した値であり、縦軸は重なり幅26が0の値で規格化した振動膜12の共振周波数および初期たわみである。系列は実線が共振周波数で破線が初期たわみである。初期たわみとは、CMUT1に駆動電圧を印加しない大気中の状態での振動膜12の−Z軸方向の変形量である。
図14に示す様に、セルの外周の長さに対して重なり幅26の長さが広くなると、封止部13を含む振動膜支持部の面積が増えることで共振周波数は高くなり、初期たわみは小さくなる。重なり幅26の長さがばらつく場合、共振周波数や初期たわみの変化が小さい範囲を選択するのが好ましい。より好ましくは、図14に点線で囲んで示したように、セルに対する重なり幅26の長さをセル外周の長さで除した値が、0よりも大きく0.15以下の範囲である。エッチング開口部17の形状は、半円だけでなく円形や多角形や他の形状でも良い。
エッチング開口部17は、犠牲層エッチング後に封止膜11で封止される。封止膜11は振動膜12の一部であり、封止膜11の厚さは素子3の周波数特性に影響を与えるため、所望の封止膜11の厚さでエッチング開口部17を封止する必要がある。そのため、所望の封止膜11の厚さでエッチング開口部17を封止できるように、テーパー角度19やエッチング開口部17の配置や大きさを決める。
(駆動装置)
図15に駆動装置の一例を示す。駆動装置42は、システム制御部27、バイアス電圧制御部28、送信駆動電圧制御部29、送受信回路30、超音波プローブ31、画像処理部32表示部33で構成される。超音波プローブ31は、被検体へ超音波を送信し、被検体から反射した超音波を受信するCMUT1から構成される。送受信回路30は、外部から供給されたバイアス電圧や送信駆動電圧を超音波プローブ31に供給したり、超音波プローブ31が受信した超音波を処理して画像処理部32へ出力する回路である。
図15に駆動装置の一例を示す。駆動装置42は、システム制御部27、バイアス電圧制御部28、送信駆動電圧制御部29、送受信回路30、超音波プローブ31、画像処理部32表示部33で構成される。超音波プローブ31は、被検体へ超音波を送信し、被検体から反射した超音波を受信するCMUT1から構成される。送受信回路30は、外部から供給されたバイアス電圧や送信駆動電圧を超音波プローブ31に供給したり、超音波プローブ31が受信した超音波を処理して画像処理部32へ出力する回路である。
バイアス電圧制御部28は、超音波プローブ31へバイアス電圧を供給する為に送受信回路30へバイアス電圧を供給している。バイアス電圧制御部28は、図示しない電源とスイッチから構成され、システム制御部27から指示されたタイミングで、バイアス電圧を送受信回路30へ供給する。送信駆動電圧制御部29は、超音波プローブ31へ送信駆動電圧を供給する為に送受信回路30へ送信駆動電圧を供給する。システム制御部27から指示されたタイミングで、所望の周波数特性と送信音圧の強度が得られる波形を、送受信回路30へ供給する。
画像処理部32は、送受信回路30から出力された信号を用いて画像変換(例えばBモード画像、Mモード画像など)を行い、表示部33へ出力する。表示部33は、画像処理部32から出力される画像信号を表示する表示装置である。画像表示部33は、駆動装置42とは別体の構成にすることもできる。システム制御部27は、バイアス電圧制御部28、送信駆動電圧制御部29、画像処理部32などを制御する回路である。
(超音波の送受信回路)
図16に送受信回路30の一例を示す。送受信回路30は、送信部34、受信部35とスイッチ36から構成される。送信駆動の際には、図15のシステム制御部27から指示された送信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部28から印加されたバイアス電圧を超音波プローブ31に印加する。同様にシステム制御部27から指示された送信電圧に従い、送信駆動電圧制御部29から印加された電圧を送信部34を介して超音波プローブ31に印加する。送信駆動電圧が印加されると、スイッチ36は開いた状態となり、受信部35には信号が流れないようになる。送信駆動電圧が印加されない状態では、スイッチ36は閉じた状態であり、受信の状態となる。スイッチ36は、図示しないダイオードなどで構成されており、受信部35が破壊されないようにする保護回路の役目を果たす。超音波プローブ31から超音波が送信され、被検体で反射された超音波が超音波プローブ31に戻ってくると、超音波プローブ31は超音波を受信する。受信の際には、図15のシステム制御部27から指示された受信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部28から印加されたバイアス電圧を超音波プローブ31に印加する。スイッチ36が閉じた状態であるため、受信信号は受信部35で増幅され、画像処理部32に送られる。
図16に送受信回路30の一例を示す。送受信回路30は、送信部34、受信部35とスイッチ36から構成される。送信駆動の際には、図15のシステム制御部27から指示された送信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部28から印加されたバイアス電圧を超音波プローブ31に印加する。同様にシステム制御部27から指示された送信電圧に従い、送信駆動電圧制御部29から印加された電圧を送信部34を介して超音波プローブ31に印加する。送信駆動電圧が印加されると、スイッチ36は開いた状態となり、受信部35には信号が流れないようになる。送信駆動電圧が印加されない状態では、スイッチ36は閉じた状態であり、受信の状態となる。スイッチ36は、図示しないダイオードなどで構成されており、受信部35が破壊されないようにする保護回路の役目を果たす。超音波プローブ31から超音波が送信され、被検体で反射された超音波が超音波プローブ31に戻ってくると、超音波プローブ31は超音波を受信する。受信の際には、図15のシステム制御部27から指示された受信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部28から印加されたバイアス電圧を超音波プローブ31に印加する。スイッチ36が閉じた状態であるため、受信信号は受信部35で増幅され、画像処理部32に送られる。
図17に超音波プローブ31の一例の斜視図を示す。超音波プローブ31は、静電容量型音響波トランスデューサ1と音響マッチング層37と音響レンズ38と回路基板39から構成される。図17の静電容量型音響波トランスデューサ1は、図17に示すように素子3が1次元アレイのようにX方向に多数個並んでいる。図17では1次元アレイだが、素子3を2次元アレイにしてもよいし、コンベックス型など他の形状としてもよい。
CMUT1は、回路基板39に実装され、電気的に接続される。回路基板39は、図16に示した送受信回路30と一体となった基板でも良いし、回路基板39を介して図16のような送受信回路30と接続させてもよい。CMUT1が超音波を送信する表面側には、被検体と音響インピーダンスの整合を取る為に、音響マッチング層37を設けている。音響マッチング層37は、被検体への漏電を防止する為の保護膜として設けてもよい。音響マッチング層37を介して音響レンズ38が配置されている。音響レンズ38は被検体と音響マッチング層37との間で、音響インピーダンスの整合が取れる物を用いるのが好ましい。
図17のようなY方向に曲率を持つ音響レンズ38を設けると、Y方向に広がる超音波を音響レンズの焦点位置で絞る事ができる。X方向に広がる超音波はそのままでは絞る事が出来ない為、素子3毎に超音波を送信するタイミングをずらしてビームフォーミングで送信駆動する事で、焦点位置で超音波を絞ることができる。音響レンズ38の形状は、所望の超音波の分布特性が得られる形状にするのが好ましい。また、用いる被検体の種類に応じて、音響マッチング層37や音響レンズ38の種類や形状を選択すれば良いし、設けなくてもよい。超音波プローブ31へのバイアス電圧や送信駆動電圧の供給や、被検体から反射した超音波を受信した受信信号は、図示しないケーブルを介して送受信回路30または画像処理部32へ伝送される。
(CMUTの製造方法)
次に図18を用いて本実施形態の中空構造を有するCMUT1の製造方法の一例を示す。図18は、図1のA−B断面図である。図18(a)に示すように、基板4上に第一の絶縁膜5を形成する。基板4はシリコン基板であり、第一の絶縁膜5は、基板4と第一の電極6との絶縁を形成するために設けられる。基板4がガラス基板のような絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜5は形成しなくともよい。また、基板4は、表面粗さの小さな基板が望ましい。表面粗さが大きい場合、本工程の後工程での成膜工程でも、表面粗さが転写されていくとともに、表面粗さによる第一の電極6と第二の電極10との間の距離が、各セル間でばらついてしまう。このばらつきは、変換効率のばらつきとなるため、感度、帯域ばらつきとなる。従って、基板4は、表面粗さの小さな基板が望ましい。
次に図18を用いて本実施形態の中空構造を有するCMUT1の製造方法の一例を示す。図18は、図1のA−B断面図である。図18(a)に示すように、基板4上に第一の絶縁膜5を形成する。基板4はシリコン基板であり、第一の絶縁膜5は、基板4と第一の電極6との絶縁を形成するために設けられる。基板4がガラス基板のような絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜5は形成しなくともよい。また、基板4は、表面粗さの小さな基板が望ましい。表面粗さが大きい場合、本工程の後工程での成膜工程でも、表面粗さが転写されていくとともに、表面粗さによる第一の電極6と第二の電極10との間の距離が、各セル間でばらついてしまう。このばらつきは、変換効率のばらつきとなるため、感度、帯域ばらつきとなる。従って、基板4は、表面粗さの小さな基板が望ましい。
さらに、第一の電極6を形成する。第一の電極6は、表面粗さが小さい導電材料が望ましく、例えば、チタン、タングステン、アルミ等である。基板4と同様に、第一の電極6の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極6と第二の電極10間の距離が、各セル間、各素子間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい導電材料が望ましい。第一の電極6の厚さは、厚さが増すと表面粗さが増加するため、薄い方が好ましい。
次に、図18(a)に示すように第二の絶縁膜7を形成する。第二の絶縁膜7は、表面粗さが小さい絶縁材料が望ましく、第一の電極と第二の電極との間に電圧が印加された場合の第一の電極6と第二の電極10間の電気的短絡あるいは絶縁破壊を防止するために形成する。また、本工程の後工程で実施する犠牲層除去時に第一の電極がエッチングされることを防止するために形成する。基板と同様に、第二の絶縁膜7の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極6と第二の電極間10の距離が、各セル間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい絶縁膜が望ましい。例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等である。また絶縁膜は、厚くなるほど表面粗さが増すため、絶縁性を保つのに最低限必要な厚さとする。
次に、図18(b)に示すように犠牲層55を形成する。犠牲層55の外周は、後にテーパー形状18をした中空部の壁面となるため、ここで犠牲層55の外周をテーパー形状にする。犠牲層55は表面粗さが小さい材料が望ましい。基板4と同様に、犠牲層55の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極6と第二の電極10間の距離が各セル間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい犠牲層55が望ましい。また、犠牲層55を除去するエッチングの時間を短くするために、エッチングレートの大きな材料が望ましい。
また、犠牲層55を除去するエッチャントに対して、第二の絶縁膜7や、振動膜12となる第三の絶縁膜9がほとんどエッチングされないような犠牲層材料と絶縁膜の組み合わせが求められる。犠牲層55を除去するエッチャントに対して、第二の絶縁膜7や、振動膜12となる第三の絶縁膜9がエッチングされる場合、振動膜12の厚さばらつき、第一の電極6と第二の電極10との間の距離ばらつきが発生する。振動膜12の厚さばらつき、第一の電極6と第二の電極10との間の距離ばらつきは、各セル間の感度、帯域ばらつきとなる。
第二の絶縁膜7や、振動膜12が酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜の場合、表面粗さが小さく、第二の絶縁膜7や、振動膜12がエッチングされにくいエッチャントを選べる犠牲層材料が望ましい。例えば、犠牲層55の材料としてアモルファスシリコン、エッチャントとして二フッ化キセノンを含むエッチングガスの組み合わせがあげられる。この組み合わせではドライプロセスで犠牲層エッチングが可能となるため、ウェットプロセスを用いた犠牲層エッチングと比べて、犠牲層のエッチングレートが大きく、さらにウェットプロセス特有のスティッキングが回避できる利点がある。
テーパー形状18は、次の方法で形成することができる。犠牲層55の材料を成膜し、犠牲層55を形成する部分にレジストを形成する。レジストの外周を後退させながら犠牲層パターンをエッチングすることで、図18(b)に示すような犠牲層55を形成することができる。また、レジストを形成する時に、フォトリソグラフィーの露光量やレジストの材質やベーク温度などを調節して、レジストの外周にテーパー形状を形成してもよい。
また、犠牲層をパターニングするエッチング時のガスの種類やガスの混合比率、プラズマのパワーや真空度などのパラメーターを変えることで、テーパー角度19を調整することができる。適宜所望のテーパー角度19が得られるようなガスの種類やガスの混合比率を選択するのが好ましい。例えば、犠牲層材料がアモルファスシリコンの場合、SF6/O2の流量比を変えることで、テーパー角度19を調整することができる。
次に、図18(c)に示すように、第三の絶縁膜9を形成する。第三の絶縁膜9は、低い引張り応力が望ましく、例えば、500MPa以下の引張り応力がよい。窒化シリコン膜は応力コントロールが可能であり、500MPa以下の低い引張り応力にすることができる。振動膜12が圧縮応力を有する場合、振動膜12が座屈を引き起こし、大きく変形する。また、大きな引張り応力の場合、第三の絶縁膜9が破壊されることがある。さらに、窒化シリコン膜は比誘電率が酸化シリコン膜より高いため、上下電極間ギャップを小さくして送受信感度を改善することができる。従って、第三の絶縁膜9としては窒化シリコン膜が好ましい。また、第三の絶縁膜9の厚さは、犠牲層55の上に成膜を行うため、犠牲層55を確実にカバレッジできる厚さとすることが好ましい。
さらに、本実施形態の特徴は、第三の絶縁膜9としての窒化シリコン膜のSi/N組成比が膜内において分布をもつ。この組成比分布はSi/N組成比の異なる窒化シリコン膜を二層以上積層することで作成してもよい。また、Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition(PE−CVD、プラズマ化学気相成長)を用いた成膜中に原料ガス流量比など成膜パラメーターを変化させることで傾斜的に分布を作成してもよい。ここで、犠牲層55と接する側をSi/N組成比でSiリッチ組成とし、犠牲層55と接しない第二の電極10に向かって膜内部のSi/N組成比を接する側のそれと比較してNリッチ組成とする。
次に、図18(d)に示すように、第二の電極10を形成する。第二の電極10は、残留応力が小さい材料が望ましく、アルミニウムなどである。犠牲層除去工程あるいは封止工程を第二の電極10の形成後に行う場合、第二の電極10は、犠牲層エッチングに対するエッチング耐性、耐熱性を有する材料が望ましい。例えばアルミネオジム合金やチタンなどである。第二の電極10を形成する時には、表面の段差のカバレッジを確実にできる厚さとすることが好ましい。
次に、図18(e)に示すように、第三の絶縁膜9にエッチング開口部17を形成する。エッチング開口部17は、犠牲層55をエッチングして除去するためにエッチングガスを導入するための孔である。前述したようにエッチング開口部17は、外周の一部が前記中空部の壁面がテーパー形状18をしている箇所に重なるように設けるのが好ましい。これによりエッチング開口部17を犠牲層55の中心の近くに配置でき、犠牲層55をエッチングする時間を短くできる。
次に、図18(f)に示すように、犠牲層55を除去して中空部8を形成する。犠牲層55をアモルファスシリコンとして、二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスで犠牲層材料のアモルファスシリコンを除去する。あるいは、後述する実施例1の図19に示すように第二の電極10を形成した後に第二の電極10上に第三の絶縁膜9と同じ窒化シリコンで絶縁膜56を形成し、その後エッチング開口部17を形成して犠牲層を除去してもよい。また、エッチングガスのうち、二フッ化キセノンの代わりとしてClF3なども使用することも可能である。
次に、図18(g)に示すように、エッチング開口部17を封止する為に、封止膜11を形成する。第三の絶縁膜9と第二の電極10と封止膜11で振動膜12が形成される。エッチング開口部17は封止膜11で封止され、封止部13となる。封止膜11は、中空部8に液体や外気が浸入しないことが求められる。中空部8が大気圧であると、温度変化によって中空部8内の気体が膨張したり収縮したりする。また中空部8には高い電界がかかる為、分子の電離などによる素子の信頼性低下の要因となる。そのため、封止は減圧した環境で行われることが求められる。中空部8内部を減圧する事で中空部8内部の空気抵抗を小さくすることができる。これにより振動膜12が振動しやすくなり、CMUT1の感度を高くすることができる。また封止する事でCMUT1を液体中で使用する事ができる。封止材料として、第三の絶縁膜9と同じ材料であれば密着性が高いため好ましい。また、表面の段差のカバレッジを確実にできる厚さとすることが好ましい。第三の絶縁膜9が窒化シリコンの場合、封止膜11も窒化シリコンが好ましい。
以上の工程を経る事で、図18(g)に示すような構成となり、図1で示したようなCMUTを作製する事ができる。図2の第二の電極パッド42に電気的に接続された図示しない引き出し配線を用いることで、第二の電極10から電気信号を引き出すことができる。CMUT1で超音波を受信する場合、直流電圧を第一の電極6に印加しておく。超音波を受信すると、第二の電極10を有する振動膜12が変形するため、第二の電極10と第一の電極6との間の中空部8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、引き出し配線に電流が流れる。この電流を図16に図示した送受信回路30で電流−電圧変換を行い、電圧として超音波を受信することができる。また、第一の電極6に直流電圧を印加し、送信駆動電圧を第二の電極10に印加すると、静電気力によって、振動膜12を振動させることができる。これによって、超音波を送信することができる。
(実施例1)
本実施例では、本発明の効果を説明する為に、CMUT1の構造とその製造方法について記載する。合わせて比較例についても記載する。図1、図2、図18、図19を用いて、本実施例のCMUT1について説明する。図19は、第四の絶縁膜56を設けた場合の図1のA−B断面図である。
本実施例では、本発明の効果を説明する為に、CMUT1の構造とその製造方法について記載する。合わせて比較例についても記載する。図1、図2、図18、図19を用いて、本実施例のCMUT1について説明する。図19は、第四の絶縁膜56を設けた場合の図1のA−B断面図である。
図2に示したCMUT1の外形寸法は、Y方向が12(mm)、X方向が45(mm)である。素子3の外形は、X方向が0.3(mm)、Y方向が4(mm)であり、素子3を196個1次元アレイ状に配置している。図1のA−B断面図が図18(g)である。素子3を構成するセル2はエッチング開口部17を除いて略円形の形状であり、中空部8の直径は32(μm)である。中空部8の直径とは、第二の絶縁膜7と第三の絶縁膜9が接している部分で構成される第二の絶縁膜7側の直径である。セル2は図1のように最密に配置されており、1つの素子3を構成するセル2は、隣接したセルと35(μm)の間隔で配置されている。つまり隣接しているセル2同士の中空部8の最短距離は3(μm)である。図1ではセル数は省略しているが、実際には1つの素子3には1013個のセルを配置させている。
図18を用いて断面構造と製造方法を説明する。図18に示すようにセル2は、725(μm)厚さのシリコン基板4、シリコン基板4上に形成される第一の絶縁膜5、第一の絶縁膜5上に形成される第一の電極6、第一の電極6上の第二の絶縁膜7を有する。さらに、第二の電極10と第三の絶縁膜9と封止膜11を含む振動膜12と、中空部8を有している。中空部8の高さは300nmである。さらに、第一の電極6と第二の電極10との間にバイアス電圧を印加する電圧印加手段15と、第二の電極に送信電圧を印加する電圧印加手段16を有している。
第一の絶縁膜5は、熱酸化により形成した厚さ1(μm)の熱酸化シリコン膜である。第二の絶縁膜7は、PE−CVDにより形成した400nmの酸化シリコン膜である。第一の電極6は厚さが100nmのタングステンである。第二の電極10は厚さが100nmのAl−Nd合金である。第三の絶縁膜9、第四の絶縁膜56および封止膜11はPE−CVDにより作製した窒化シリコン膜であり、450(MPa)以下の引張り応力で形成している。第三の絶縁膜9の厚みは400nmであり、封止膜11の厚さは440nmである。
本実施例では、図18(a)のように第二の絶縁膜7まで形成する。次に図18(b)のように犠牲層55であるアモルファスシリコンを形成する。アモルファスシリコン膜の厚みは300nmである。本実施例では、犠牲層55の外周のテーパー角度19が45度となるように犠牲層55をパターニング形成する。
次に図18(c)のように第三の絶縁膜9として窒化シリコン膜を形成する。この窒化シリコン膜は膜内部のSi/N組成比に分布を有する。Si/N組成比はPE−CVDによる窒化シリコン膜の成膜時の原料ガスであるシラン(SiH4)およびアンモニア(NH3)のガス流量比を変えることで実施した。まず、犠牲層55の直上に、ガス流量としてSiH4が50sccm、NH3が40sccm、窒素が625sccmでRFパワー480Wの成膜条件で200nm厚のSiリッチ窒化シリコン膜を成膜した。このSiリッチ窒化シリコン膜の成膜時のNH3/SiH4流量比は0.8である。次いで、ガス流量としてSiH4が20sccm、NH3が200sccm、窒素が600sccmでRFパワー275Wの成膜条件で200nm厚のNリッチ窒化シリコン膜を成膜した。このNリッチ窒化シリコン膜の成膜時のNH3/SiH4ガス流量比は10であり、NH3流量の割合がSiリッチ窒化シリコン膜の成膜時より大きい成膜条件である。
このように、犠牲層55と接する側をSiリッチ組成とし、犠牲層55と接しない第二の電極10に向かって膜内部のSi/N組成比を、接する側のそれと比較してNリッチ組成とした。このようなSi/N組成比の分布を持つ第三の絶縁膜9を厚さ400nmとなるように形成した。なお、本実施例におけるSiリッチあるいはNリッチという表記は第三の絶縁膜9内部における相対的な組成比の区別を指しており、化学量論組成のSi3N4に対してSiリッチあるいはNリッチという意味ではない。
また、このNリッチ窒化シリコン膜とSiリッチ窒化シリコン膜の組成評価のためエリプソメトリーによる屈折率測定および赤外吸収スペクトル(FT−IR)測定を実施した。屈折率は膜のSi/N組成比に対して非常に良い相関を持つことが知られており、Si/N組成比が大きい、つまりSiリッチであるほど屈折率は大きくなる。また、赤外吸収スペクトルからは窒化シリコン膜の3350cm−1付近のN−Hストレッチングモードと2160cm−1付近のSi−Hストレッチングモードのピーク面積からSi−H/N−H結合面積比を算出可能である。なお、本実施例で用いた上述のSiリッチ窒化シリコン膜の屈折率は2.0、Si−H/N−H結合面積比1.1であった。一方、Nリッチ窒化シリコン膜の屈折率は1.86、Si−H/N−H結合面積比0.05であった。このように屈折率や赤外吸収スペクトルからSiあるいはNの組成成分の偏りを評価できる。
次に図18(d)のように第二の電極10まで形成する。第二の電極10は膜厚100nmのアルミネオジム合金である。
次に図18(e)のようにエッチング開口部17を形成する。本実施例では、1つのセル2に対して1つのエッチング開口部17を形成する。エッチング開口部17の大きさと形状は、図1に示したように重なり幅26が9.0(um)の半円形状とする。エッチング開口部17を形成する位置は、エッチング開口部17と犠牲層55の外周との重なり距離65が、100nmとなるように形成する。
次に図18(f)のように犠牲層55を除去して中空部8を形成する。犠牲層55はアモルファスシリコンを用いて、二フッ化キセノンと水素とを含む混合ガスをエッチングガスとしたドライエッチングで犠牲層55を除去する。この際、犠牲層エッチングに用いた装置はMemsstar社製Sentry SVR−XeF2である。まず、このエッチング装置のサンプルステージにサンプルをセットした。その後、次のエッチング条件、チャンバー圧力9.5Torr、キャリア窒素流量50sccm、ニフッ化キセノン流量20sccm、水素流量20sccm、基板温度15℃、エッチング時間15分で犠牲層のエッチングを行い、中空部8を形成した。後述する比較例1でみられるような犠牲層エッチングの過程で第三の絶縁膜9の表面にデポ物が発生し中空部を閉塞しエッチングを阻害する問題は発生しなかった。
次に図18(g)のように、封止膜11を440nm形成する。封止膜11はPE−CVDにより作製した窒化シリコン膜である。最後にシリコン基板4の裏面をバックグラインドして基板厚みを750μmから300μm厚まで研磨した。
こうして得られた本実施例1のCMUT1は、所望の振動特性が得られた。また、200V電圧印可後の帯電電圧は0.01V、プルイン電圧260V印可後の帯電電圧は0.2Vと使用に耐えうる帯電量に抑制することができた。なお、第三の絶縁膜9の総厚400nmは維持しつつ、Siリッチ膜の膜厚を200nmではなく、薄い20nmから200nmまで変化させても同様の効果が得られた。
本実施例では、振動膜12が第三の絶縁膜9、第二の電極10、封止膜11からなる構成を説明したが、図19に示す様に、第二の電極10と封止膜11の間に第四の絶縁膜56を設けた構成にしても同様の結果が得られる。第四の絶縁膜56を設ける場合には、図18(d)で第二の電極10を形成した後に第四の絶縁膜56を設け、その後図18(e)以降の工程を実施すればよい。
この図19に示す構成での典型的な膜は、第一の絶縁膜5は、熱酸化により形成した厚さ1(μm)の熱酸化シリコン膜である。第二の絶縁膜7は、PE−CVDにより形成した400nmの酸化シリコン膜である。第一の電極6は厚さが100nmのタングステンである。第二の電極10は厚さが100nmのAl−Nd合金である。第三の絶縁膜9、第四の絶縁膜56および封止膜11はPE−CVDにより作製した窒化シリコン膜であり、450(MPa)以下の引張り応力で形成している。第三の絶縁膜は膜内にSi/N組成比の分布を持ち、犠牲層55と接する側をSiリッチ窒化シリコン膜として200nm厚、犠牲層55と接しない第二の電極10に向かってNリッチ窒化シリコン膜として400nmとした。このようにして厚さが600nmの第三の絶縁膜9を形成した。第四の絶縁膜56の厚みは450nm、封止膜11の厚さは1050nmである。また、中空部8の高さは350nmであり、それに対応する犠牲層55であるアモルファスシリコン膜の厚みも350nmである。
(比較例1)
次に第三の絶縁膜9として実施例1とは異なり、膜内部のSi/N組成比に分布を持たない単一のNリッチ窒化シリコン膜を用いる例を示す。第三の絶縁膜9として400nm厚のNリッチ窒化シリコン膜単層を用いる以外は実施例1と同様である。
次に第三の絶縁膜9として実施例1とは異なり、膜内部のSi/N組成比に分布を持たない単一のNリッチ窒化シリコン膜を用いる例を示す。第三の絶縁膜9として400nm厚のNリッチ窒化シリコン膜単層を用いる以外は実施例1と同様である。
この構成で犠牲層エッチング条件、チャンバー圧力9.5Torr、キャリア窒素流量50sccm、ニフッ化キセノン流量20sccm、水素流量20sccm、基板温度15℃、エッチング時間15分で犠牲層のエッチングを行った。しかしながら、実施例1とは異なり、犠牲層エッチングが途中で停滞し、エッチング時間15分では犠牲層の完全な除去には至らなかった。エッチング時間を延ばしてもエッチング進行は遅く、エッチング不良となった。
走査型電子顕微鏡により、このエッチング不良サンプルの中空部断面を観察したところ、第三の絶縁膜の中空部側の表面に粒状のデポ物が成長し、エッチングガスの流路である中空部を閉塞していることが明らかとなった。つまり、犠牲層をエッチングしている途中に、デポ物が成長するにつれて中空部が狭くなり、エッチングガスが犠牲層に到達する量が減少するのが停滞の原因である。
本比較例1のCMUT1は、中空部の形成がエッチング不良によりできなかったため、所望の振動特性が得られなかった。
(比較例2)
次に第三の絶縁膜9として実施例1とは異なり、膜内部のSi/N組成比に分布を持たない単一のSiリッチ窒化シリコン膜を用いる例を示す。第三の絶縁膜9として400nm厚のSiリッチ窒化シリコン膜を用いる以外は実施例1と同様である。
次に第三の絶縁膜9として実施例1とは異なり、膜内部のSi/N組成比に分布を持たない単一のSiリッチ窒化シリコン膜を用いる例を示す。第三の絶縁膜9として400nm厚のSiリッチ窒化シリコン膜を用いる以外は実施例1と同様である。
この構成で犠牲層エッチング条件、チャンバー圧力9.5Torr、キャリア窒素流量50sccm、ニフッ化キセノン流量20sccm、水素流量20sccm、基板温度15℃、エッチング時間15分で犠牲層のエッチングを行った。比較例1でみられた犠牲層エッチングの過程で第三の絶縁膜9の表面にデポ物が発生し中空部を閉塞しエッチングを阻害する問題は発生しなかった。
しかし、こうして得られた本比較例2のCMUT1は、中空部の形成こそ可能であったが、帯電特性に問題を生じた。200V電圧印可後の帯電電圧は21V、プルイン電圧260V印可後の帯電電圧は52Vと使用に耐えない帯電量となった。
窒化シリコン膜中には電荷トラップが存在している。その電荷トラップ密度は窒化シリコン膜のSi/N組成比に依存し、Siリッチであるほど電荷トラップ密度が大きい傾向があることが一般に知られている。本比較例2では第二の電極10に接する第三の絶縁膜9がSiリッチ窒化シリコン膜であり、電圧印可時に電荷トラップに電荷が蓄積されやすい。そのため、CMUTの電圧印可後の帯電が大きく、帯電の抑制ができなかった。
本比較例2のように、Siリッチ窒化シリコン膜のみを第三の絶縁膜9として用いた場合、二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスによる犠牲層のエッチングでエッチングの停滞や停止といったエッチング不良は発生しにくい。しかし、得られた窒素の割合が少ないため、CMUTの帯電特性は悪化した。
(実施例2)
本実施例2では、犠牲層としてシリコン、犠牲層を上下に挟む膜として少なくとも一方が窒化シリコン膜である中空構造の製造法について説明する。本実施例2では、まず、図22のような窒化シリコン膜の特性評価用の構造の断面模式図で示される構成を用いた。実施例1、比較例1および比較例2では示さなかった二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスによる犠牲層エッチング時の窒化シリコン膜上のデポ物の成長レートを測定した。その他、窒化シリコン膜自体の膜厚減少速度すなわちエッチングレートをSi/N組成比の異なる水準を作成し測定した。
本実施例2では、犠牲層としてシリコン、犠牲層を上下に挟む膜として少なくとも一方が窒化シリコン膜である中空構造の製造法について説明する。本実施例2では、まず、図22のような窒化シリコン膜の特性評価用の構造の断面模式図で示される構成を用いた。実施例1、比較例1および比較例2では示さなかった二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスによる犠牲層エッチング時の窒化シリコン膜上のデポ物の成長レートを測定した。その他、窒化シリコン膜自体の膜厚減少速度すなわちエッチングレートをSi/N組成比の異なる水準を作成し測定した。
図22のエッチング前の断面図で示すように支持基板4たるシリコン基板上にメンブレン43としてSi/N組成の異なる水準の窒化シリコン膜を全体の総厚1μm厚で製膜した。その後、エッチングガスが侵入できるエッチング開口17として100μm幅、長さ5mmの矩形開口部を設ける。この場合、シリコン基板のシリコンが犠牲層材料となり、シリコンがエッチングされた部分が中空部8となる。エッチング前にSi/N組成の異なる水準の窒化シリコン膜の屈折率をエリプソメトリー法で、Si−H/N−H結合面積比を赤外吸収スペクトルから求めた。
次に、実施例1と同じ流量比の二フッ化キセノンと水素およびキャリア窒素を含むガスをエッチングガスとして30分間、犠牲層エッチングを実施した。図22のエッチング後の断面図で示すように開口部17を中心としてシリコンが等方的にエッチングされ、その上の窒化シリコン膜43もエッチングによって若干薄化する。また、あわせて、窒化シリコン膜表面にはデポ物44が成長する。この窒化シリコン膜の膜厚減少およびデポ物の膜厚を走査型電子顕微鏡で観察した。
結果をまとめたものが表1である。なお、水準1の窒化シリコン膜の製膜条件は実施例1で示したSiリッチ窒化シリコン膜であり、水準3の窒化シリコン膜はNリッチ窒化シリコン膜である。水準2の窒化シリコン膜はガス流量としてSiH4が160sccm、NH3が127sccm、窒素が2000sccm、RFパワーが980Wの製膜条件で作成したものである。水準4はシリコン基板上に水準1と同じSiリッチ窒化シリコンを300nm、水準3と同じNリッチ窒化シリコン膜を400nm、水準1と同じSiリッチ窒化シリコン膜を300nmと順番に成膜して作成した積層膜である。そして、エッチングガスに暴露される面がSiリッチ窒化シリコン膜となっている水準である。表中の水準4については窒化シリコン膜の積層体であるので、屈折率とSi−H/N−H結合面積比は省略している。
表1の結果から明らかなように水準1(屈折率2.00)および水準2(屈折率1.90)の窒化シリコン膜では、デポ物成長レートが窒化シリコン膜のエッチングレートと同等である。それに対して、水準3(屈折率1.86)では、デポ物成長レートが窒化シリコン膜のエッチングレートよりも極めて大きい。これは、窒化シリコン膜自体はエッチング中に膜厚減少をするものの、窒化シリコン膜とデポ物層との合計膜厚が増大することを意味する。つまり、窒化シリコン膜エッチングレートよりもデポ物成長レートが大きい特徴を有する窒化シリコン膜を中空構造形成時のメンブレンとして使用する場合、比較例1で示されたように犠牲層エッチングが進行するとともに中空部の閉塞が進む。その結果、犠牲層エッチングの速度の低下、あるいは停止という問題に至ることがわかる。
赤外吸収スペクトル法による分析を行った結果、このデポ物はケイフッ化アンモニウムであると推定している。このデポ物は窒化シリコン膜表面にしか成長せず、さらに水素を添加しない二フッ化キセノンとキャリア窒素を含むエッチングガスではデポ物が成長しないことを確認した。これらの確認結果からケイフッ化アンモニウムは窒化シリコン膜表面の窒素原子を原料として成長していると推測される。つまり、デポ物の原料である窒素原子が多いNリッチな窒化シリコンであるほどデポ物の成長が早いと考えられる。なお、ケイフッ化アンモニウムは減圧条件下の200℃程度の加熱で昇華するため、後の工程で除去することも可能である。
また、水準4の結果から、水準3のようなデポ物の成長レートが大きな窒化シリコン膜であっても、エッチングガスに暴露される窒化シリコン膜の表面を水準1のような窒化シリコン膜で被覆すれば、デポ物の成長を抑制できることがわかる。
このように、二フッ化キセノンと水素を含むエッチングガスを用いた犠牲層エッチングによる中空構造の製造においては、その窒化シリコン膜のSi/N組成比が重要である。犠牲層エッチングでデポ物による中空部の閉塞が抑制できる好ましい窒化シリコン膜とは、所望の中空構造を形成する際に窒化シリコン膜のエッチングレートよりもデポ物成長レートが小さいという要件を満たす窒化シリコン膜である。この要件は本実施例においては、Siリッチ窒化シリコン膜と称した屈折率1.90以上の窒化シリコン膜で中空部が閉塞しにくいことがわかった。
図23は中空構造の製造における犠牲層エッチング前後の断面模式図を示したものである。支持基板4であるシリコン基板上に第1の膜45として窒化シリコン膜を400nm、犠牲層55としてアモルファスシリコンを300nm設けた。さらに第2の膜46として窒化シリコン膜を400nm成膜し、第2の膜46にエッチングガスが侵入できるエッチング開口17として100μm幅、長さ5mmの矩形開口部を設けている。また、実施例1と同じ流量比の二フッ化キセノンと水素およびキャリア窒素を含むガスをエッチングガスとして30分間、犠牲層エッチングを実施した。なお、犠牲層エッチング後には犠牲層55は中空部8となる。
第1の膜45と第2の膜46とに水準1あるいは水準2のSiリッチ窒化シリコン膜を用いた場合、犠牲層エッチングにおいてデポ物による中空部の閉塞は見られず、エッチングは良好に進行し、中空構造を得ることができた。一方、水準3のNリッチ窒化シリコン膜を用いた場合は、デポ物の成長が顕著で、中空部の閉塞傾向が確認され、犠牲層エッチング停滞の問題が発生した。
しかし、第1の膜45と第2の膜46それぞれで犠牲層55と接する面側を水準1のSiリッチ窒化シリコン膜(200nm)、接しない面側を水準3のNリッチ窒化シリコン膜(200nm)とした。この場合、エッチングガスに暴露されるのは、Siリッチ窒化シリコン膜だけとなり、この被覆の効果によりエッチングは良好に進行し、中空構造を得ることができた。このように閉塞が問題となるNリッチ窒化シリコン膜を使用する場合は、その表面にSiリッチ組成の窒化シリコン膜を設ける膜内に組成比分布をもつ構成とすることでエッチング特性を改善することができる。ここでは、第1の膜45と第2の膜46の双方にSi/N組成比に分布をもつ窒化シリコン膜を用いる構成を述べた。しかし、第1の膜45と第2の膜46の少なくとも一方がSi/N組成比に分布をもつ窒化シリコン膜であり、もう一方がエッチングガスに暴露されてもほとんどエッチングされない選択比の高い金属、誘電体、樹脂などを用いた構成でも構わない。例えば、アルミ、ニッケル、クロム、白金等の金属は二フッ化キセノンによってエッチングされにくいため好適である。また、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、酸化亜鉛、窒化アルミニウム等の誘電体は、ピエゾ素子の圧電材料として用いることができる。また、一般的なフォトレジスト、ポリジメチルシロキサン(PDMS)等の樹脂を用いることもできる。
なお、図23の積層構成ではSiリッチ窒化シリコン膜(200nm)、接しない面側を水準3のNリッチ窒化シリコン膜(200nm)と同じ膜厚にしたが、必ずしも同膜厚にする必要はない。なぜなら、本実施例の効果はSiリッチ窒化シリコン膜が、犠牲層エッチング中に、その窒化シリコン膜のエッチングレートよりもデポ物成長レートが小さいことを利用しているためである。
よってSiリッチ窒化シリコン膜の膜厚は好ましくは、所望の犠牲層エッチングの時間でSiリッチ窒化シリコン膜が消失しない必要最小限の膜厚以上の膜厚を設けて、Nリッチ窒化シリコン膜が露出しないようにすればよい。一例として、水準1のSiリッチ窒化シリコン膜を用いるならば、エッチング時間30分では42nmの膜厚減少が起きるため、膜厚を42nm以上とし、残りの358nmをNリッチ窒化シリコン膜とすることができる。さらに言えば、Siリッチ窒化シリコン膜の膜厚がこの最小膜厚未満であったとしても、Siリッチ窒化シリコン膜の膜厚に対応する分のエッチング時間だけではあるが、Nリッチ窒化シリコン膜が露出することを防ぐことができる。その結果、デポ物による中空部の閉塞を抑制できる。
1 静電容量型トランスデューサ(CMUT)
2 セル
3 素子(エレメント)
4 基板
5 第一の絶縁膜
6 第一の電極
7 第二の絶縁膜(第1の膜)
8 中空部
9 第三の絶縁膜(第2の膜)
10 第二の電極
11 封止膜
12 振動膜
13 エッチング封止部
14 振動膜支持部
17 エッチング開口部
100 中空構造体
101 第1の膜
102 中空部(犠牲層)
103 第2の膜
104 エッチング開口部
105 第一の領域
106 第二の領域
2 セル
3 素子(エレメント)
4 基板
5 第一の絶縁膜
6 第一の電極
7 第二の絶縁膜(第1の膜)
8 中空部
9 第三の絶縁膜(第2の膜)
10 第二の電極
11 封止膜
12 振動膜
13 エッチング封止部
14 振動膜支持部
17 エッチング開口部
100 中空構造体
101 第1の膜
102 中空部(犠牲層)
103 第2の膜
104 エッチング開口部
105 第一の領域
106 第二の領域
Claims (19)
- 第1の膜と、前記第1の膜と中空部を介して対向するように設けられる第2の膜とを有する中空構造体の製造方法であって、
前記第1の膜の上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に前記第2の膜を形成する工程と、
前記第1の膜及び前記第2の膜の少なくともいずれか一方を貫通して前記犠牲層に連通するエッチング開口部を形成する工程と、
前記犠牲層を、前記エッチング開口部を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで前記中空部を形成する工程と、
を有し、
前記第1の膜および前記第2の膜のうち、前記エッチング開口部が形成される膜は窒化シリコン膜を含み、
前記窒化シリコン膜において、前記犠牲層と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする中空構造体の製造方法。 - 前記フッ素含有ガスが、二フッ化キセノン、三フッ化臭素、三フッ化塩素、及びフッ素を含むハロゲン間化合物からなる群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記第1の膜および前記第2の膜のうち一方が窒化シリコン膜を含み、他方が酸化シリコン膜を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記窒化シリコン膜において、窒素に対するシリコンの比率が、前記窒化シリコン膜が前記犠牲層と接する側の主面から、逆側の主面に向かうにつれて、連続的に小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記窒化シリコン膜の前記第一の領域は、波長633nmにおける屈折率が1.90以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記犠牲層がアモルファスシリコンを含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記窒化シリコン膜はプラズマ化学気相成長によって形成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記窒化シリコン膜はSiH4とNH3とを含むガスを用いて形成されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記中空部を150Pa以下で加熱する工程をさらに有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記第一の領域の、前記窒化シリコン膜が形成される方向における膜厚が42nm以上であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記窒化シリコン膜のうち、前記犠牲層と接する面と逆側の面を含む第三の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の中空構造体の製造方法。
- 第1の電極の上に、第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜の上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に第2の膜を形成する工程と、
前記第2の膜の上に第2の電極を形成する工程と、
前記第2の膜を貫通して前記犠牲層に連通するエッチング開口部を形成する工程と、
前記犠牲層を、前記エッチング開口部を介して、フッ素含有ガスと水素とを含むガスによってエッチングすることで中空部を形成する工程と、
を有し、
前記第2の膜は窒化シリコン膜を含み、
前記窒化シリコン膜において、前記犠牲層と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする静電容量型トランスデューサの製造方法。 - 前記フッ素含有ガスが、二フッ化キセノン、三フッ化臭素、三フッ化塩素、及びフッ素を含むハロゲン間化合物からなる群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項12に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
- 前記第1の膜が酸化シリコン膜を含むことを特徴とする請求項12または13に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
- 前記窒化シリコン膜の前記第一の領域は、波長633nmにおける屈折率が1.90以上であることを特徴とする請求項12乃至14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。
- 第1の膜と、前記第1の膜と中空部を介して対向するように設けられる第2の膜とを有する中空構造体であって、
前記第1の膜および前記第2の膜のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含み、
前記窒化シリコン膜において、前記中空部と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする中空構造体。 - 前記窒化シリコン膜の波長633nmにおける屈折率が1.90以上であることを特徴とする請求項16に記載の中空構造体。
- 第1の電極と、
前記第1の電極の上に設けられた第1の膜と、
前記第1の膜と中空部を介して対向するように設けられる第2の膜と、
前記第2の膜の上に設けられた第2の電極と、
を有する静電容量型トランスデューサであって、
前記第1の膜および前記第2の膜のうち、少なくともいずれか一方は窒化シリコン膜を含み、
前記窒化シリコン膜において、前記中空部と接する面を含む第一の領域における窒素に対するシリコンの組成比が、前記窒化シリコン膜において、前記第一の領域を含まない第二の領域における窒素に対するシリコンの組成比よりも大きいことを特徴とする静電容量型トランスデューサ。 - 前記窒化シリコン膜の波長633nmでの屈折率が1.90以上であることを特徴とする請求項18に記載の静電容量型トランスデューサ。
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