WO2006013717A1

WO2006013717A1 - 静電容量型超音波振動子、及びその製造方法

Info

Publication number: WO2006013717A1
Application number: PCT/JP2005/013190
Authority: WO
Inventors: Hideo Adachi; Katsuhiro Wakabayashi; Shinji Yasunaga; Kiyoshi Nemoto; Miyuki Murakami
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2006-02-09
Also published as: EP1781067B1; JP4746291B2; EP1781067A1; US20070161896A1; EP1781067A4; JP2006050314A

Abstract

　少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第１の電極と、該第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、該第２の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子であって、当該静電容量型超音波振動子の一部が帯電していることを特徴とする静電容量型超音波振動子。

Description

静電容量型超音波振動子、及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、シリコンマイクロマシーユング技術を用いてシリコン半導体基板を力卩ェした静電容量型超音波振動子に関する。

背景技術

[0002] 体腔内に超音波を照射し、そのエコー信号力体内の状態を画像ィ匕して診断する超音波診断法が普及している。この超音波診断法に用いられる機材の 1つに超音波内視鏡がある。超音波内視鏡は、体腔内へ挿入する挿入部の先端に超音波振動子 (超音波トランスデューサ）が取り付けてあり、このトランスデューサは電気信号を超音波に変換し体腔内へ照射したり、また体腔内で反射した超音波を受信して電気信号に変換したりするものである。

[0003] 従来、超音波トランスデューサでは、電気信号を超音波に変換させる圧電素子として、セラミック圧電材 PZT (ジルコン酸チタン酸鉛）が使用されてきた力シリコンマイクロマシ一-ング技術を用いてシリコン半導体基板を加工した静電容量型超音波トランスァュ. ~~サ (じ apacitive Micromachmed Ultrasonic Transducer ( 下、 c MUTと称する））が注目を集めている。これは、マイクロマシン（MEMS : Micro Electro -Mechanical System,超小型電気的'機械的複合体）と総称される素子の 1つである。

[0004] MEMS素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成されており、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を駆動する駆動機構と、駆動機構を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更には機械的に結合させた素子である。 MEMS素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン B I力などを応用して電気的に行われる。

[0005] さて、静電容量型超音波トランスデューサ（c MUT)は、 2つの平面状の電極が向かい立った素子であり、その間には空洞（キヤビティ）があり、 DCバイアスに重畳した RF信号を送ると、そのうちの一方の電極を含んだ層（メンプレン）が調和的に振動して、超音波を発生させるものである（例えば、特許文献 1)。

[0006] 図 1 (a)は、従来の静電容量型超音波振動子 310のセル構造を示す。同図において、シリコン基板 312の底面 (背面）に下部電極 322が形成され、メンブレン 314がメンブレン支持部 316によって支持されている。メンブレン 314上には上部電極 320が形成され、これらによって空隙部 318が形成される。

[0007] 図 1 (b)は、図 1 (a)の動作説明図である。下部電極 312を接地し、上部電極 320に端子 326からの超音波発生の為の RF信号を、端子 324から DCバイアス電圧 Vを両

B

信号が重畳するように印加する。この様に超音波送信時にも受信時にも DCバイアス電圧が必要であった。

[0008] 図 1 (b)に示すように、超音波の送信時、送信及び受信時において、端子 326からの RFパルス信号に重畳させて DCバイアス電圧 Vを必要とした。

B

図 2は、従来の駆動電圧のタイムチャートを示す。図 2 (a)は、 RF信号の駆動電圧のタイムチャートであり、図 2 (b)は、 DCバイアス電圧 Vの駆動電圧のタイムチャート

B

を示す。超音波診断は通常 RFノルス信号を送受信することによって、ノルスエコー信号をもとに、これを画像信号に変換して診断像を得ている。しかし、図 2 (a)において、送信パルス信号送信期間 Taが数 secに対し、パルスエコー信号を受信する受信期間 Tbは 0. 1〜1. Omsecと長い。送信パルス信号送信期間の数/ z secだけであれば送信ノルス電圧が数百 Vあっても実効電圧は微々たるものである。しかしながら、図 2 (b)に示すように、受信期間の全てに亘つて通常数百 V の DC電圧を印加し

DC

続けることは駆動電圧の実効値が大きくなり過ぎて好ましくない。

[0009] 上記の課題に鑑み、本発明では、 DC電圧を用いな!/、で、 RFパルス信号のみで駆動する静電容量型超音波振動子を提供する。

特許文献 1：特表 2004— 503313号公報

発明の開示

[0010] 本発明にかかる静電容量型超音波振動子は、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第 1の電極と、該第 1の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第 2の電極と、該第 2の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子であって、当該静電容量型超音波振動子の一部が帯電していることを特徴とする。

[0011] また、本発明にかかる、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第 1 の電極と、該第 1の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第 2の電極と、該第 2の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法は、前記シリコン基板に前記第 1の電極を形成する工程と、前記第 1の電極の表面に誘電体膜を形成する工程と、前記第 1の電極を接地し、前記誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う工程と、前記メンブレンと該メンプレンを支持するための支持部とを形成する工程と、前記メンブレンに前記第 2の電極を形成する工程と、カゝらなることを特徴とする。

[0012] また、本発明にかかる、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第 1 の電極と、該第 1の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第 2の電極と、該第 2の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法は、前記シリコン基板に前記第 1の電極を形成する工程と、前記第 1の電極の表面に誘電体膜を形成する第 1の誘電体膜形成工程と、前記第 1の電極を接地し、前記第 1 の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 1の放電工程と、前記メンブレンと該メンプレンを支持するための支持部を形成する工程と、前記メンブレンに前記第 2の電極を形成する工程と、前記第 2の電極に誘電体膜を形成する第 2の誘電体膜形成工程と、前記第 2の電極を接地し、前記第 2の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 2の放電工程と、を行うことを特徴とする。

[0013] また、本発明にかかる、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第 1 の電極と、該第 1の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第 2の電極と、該第 2の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法は、第 1の前記シリコン基板に前記第 1の電極を形成する工程と、前記第 1の電極の表面に誘電体膜を形成する第 1の誘電体膜形成工程と、前記第 1の電極を接地し、前記第 1の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 1の放電工程と、前記メンブレンを支持するための支持部を形成する工程と、によって第 1の構造体を生成する第 1の構造体生成工程と、表面を酸ィ匕処理した第 2のシリコン基板を接地し、該表面の酸ィ匕膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 2の放電工程と、前記第 2の放電工程により表面電位を有した前記酸化膜に前記第 2の電極を形成する工程と、によって第 2の構造体を生成する第 2の構造体生成工程と、前記第 1の構造体生成工程によつて生成した前記第 1の構造体と、前記第 2の構造体生成工程によって生成した前記第 2の構造体とを接合する工程と、を行うことを特徴とする。

[0014] また、本発明にかかる、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第 1 の電極と、該第 1の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第 2の電極と、該第 2の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法は、第 1の前記シリコン基板に前記第 1の電極を形成する工程と、前記第 1の電極の表面に誘電体膜を形成する第 1の誘電体膜形成工程と、前記第 1の電極を接地し、前記第 1の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 1の放電工程と、前記メンブレンを支持するための支持部を形成する工程と、によって第 1の構造体を生成する第 1の構造体生成工程と、表面を酸ィ匕処理した第 2のシリコン基板を接地し、該表面の酸ィ匕膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 2の放電工程と、前記第 2の放電工程により表面電位を有した前記酸化膜に前記第 2の電極を形成する工程と、前記第 2 の電極表面に高誘電率誘電体膜を形成する工程と、前記第 2の電極を接地し、前記高誘電率誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 3 の放電工程と、によって第 2の構造体を生成する第 2の構造体生成工程と、前記第 1 の構造体生成工程によって生成した前記第 1の構造体と、前記第 2の構造体生成ェ程によって生成した前記第 2の構造体とを接合する工程と、を行うことを特徴とする。図面の簡単な説明

[0015] [図 1]従来の静電容量型超音波振動子に関する説明図である。

[図 2]従来の駆動電圧のタイムチャートを示す図である。

[図 3]第 1の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。

圆 4A]第 1の実施形態における静電容量型超音波振動子 1の製造工程を示す図である。

[図 4B]図 4A(d)の詳細な工程を示す図である。

圆 5]第 1の実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。

圆 6]第 1の実施形態における日数経過に対する誘電体膜の表面電位の変化の様子を示す図である。

圆 7]第 1の実施形態における誘電体膜成膜後の熱処理有無の効果を示す図である

[図 8]第 1の実施形態における DCバイアス印加試験の結果を示す図である。

圆 9]第 2の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。

圆 10A]第 2の実施形態における静電容量型超音波振動子 51の製造工程を示す図 (その 1)である。

圆 10B]第 2の実施形態における静電容量型超音波振動子 51の製造工程を示す図 (その 2)である。

圆 11]第 2の実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。

圆 12]第 3の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。

圆 13A]第 3の実施形態における静電容量型超音波振動子 71の製造工程を示す図 (その 1)である。

圆 13B]第 3の実施形態における静電容量型超音波振動子 71の製造工程を示す図 (その 2)である。

圆 13C]第 3の実施形態における静電容量型超音波振動子 71の製造工程を示す図 (その 3)である。

圆 14]第 3の実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。

圆 15]第 4の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。 [図 16A]第 4の実施形態における静電容量型超音波振動子 91の製造工程を示す図 (その 1)である。

[図 16B]第 4の実施形態における静電容量型超音波振動子 91の製造工程を示す図 (その 2)である。

[図 16C]第 4の実施形態における静電容量型超音波振動子 91の製造工程を示す図 (その 3)である。

[図 17]第 4の実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。

[図 18]第 5の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。

[図 19]第 5の実施形態における静電容量型超音波振動子 111の製造工程を示す図である。

[図 20]第 6の実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図である。

[図 21]第 6の実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。

[図 22A]第 7の実施形態における静電容量型超音波振動子の製造工程を示す図（その 1)である。

[図 22B]第 7の実施形態における静電容量型超音波振動子の製造工程を示す図（その 2)である。

[図 22C]第 7の実施形態における静電容量型超音波振動子の製造工程を示す図（その 3)である。

[図 22D]第 7の実施形態における静電容量型超音波振動子の製造工程を示す図（その 4)である。

発明を実施するための最良の形態

本発明は、静電容量型超音波振動子の所定部分に誘電体膜 (絶縁体膜)を成膜し、その誘電体膜を帯電させることにある。このようにすることで、この静電容量型超音波振動子にっ、て、 DCバイアス電圧を印加したのと同様の効果を得ることができる。したがって、 DCバイアス電圧を印加しなくても、 RF信号のみで本発明にカゝかる静電容量型超音波振動子を駆動させることができる。この効果は、帯電させるための誘電体膜の成膜位置や材質'組成によって調整することができるので、様々なバリエーシヨンの静電容量型超音波振動子を製造することができる。それでは、以下に本発明にかかる実施形態を以下に示す。

[0017] <第 1の実施の形態 >

図 3は、本実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板 2、誘電体膜 9、下部電極 4、メンブレン支持部 3、メンブレン 6、空隙部 7、上部電極 5、導通孔 (ビアホール） 8、配線膜 15から構成され、静電容量型超音波振動子 1は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されて！ヽる。

[0018] メンブレン 6は、端部がメンブレン支持部 3で固定された振動膜である。メンブレン 6 の上表面には、上部電極 5が配設されている。メンブレン支持部 3間におけるシリコン基板 2の表面（凹部の底部分）には誘電体膜 9 (例えば、 SiO )が形成され、その上に

2

下部電極 4が配設されている。下部電極 4には、下部電極 4とシリコン基板²とを電気的に導通させるためのビアホール 8が設けられ、更に、下部電極と同じ材質の導電体が埋設されている。上部電極 5には配線膜 15がパターン化され、静電容量型超音波振動子を構成するセル外部まで引き出されている。配線膜 15は、上部電極 5に電気信号を入出力する為の金属膜である。

[0019] なお、空隙部 7は、メンブレン 6とメンブレン支持部 3と下部電極 4及び誘電体膜 9とで囲まれた空間のことをいう。なお、メンブレン 6は、図 4で後述するように、製造工程上複数のメンブレン膜から構成されて、る。

[0020] 静電容量型超音波振動子 1の動作について説明すると、上部電極 5と下部電極 4 の一対の電極に電圧をかけることで電極間が引っ張りあい、電圧を 0にすると元に戻る。この振動動作によってメンブレン 6が振動した結果、超音波が発生し、上部電極 5 の上方向に超音波が照射される。

[0021] 図 4 (図 4A、図 4B)は、本実施形態における静電容量型超音波振動子 1の製造ェ程を示す。なお、図 4Bは図 4A(d)の工程の詳細を示す図である。まず、低抵抗のシリコン基板 2上に熱酸化、 rfマグネトロンスパッタ、プラズマ CVD、真空アークプラズマ、ゾルゲル等の手段でシリコン酸ィ匕膜を形成する（SiO膜成膜)。次いで、 300°C 〜800°Cの空気中または窒素雰囲気中で最初の熱処理を行う（図 4A(a) )。

[0022] 次に、シリコン基板 2を接地し（12)、これと、ワイヤ状の電極 10との間に数 kVの高電圧 DC電圧 11を印加し、コロナ放電をさせてシリコン酸ィ匕膜 9を帯電させる（エレクトレット化処理）（図 4A(b)、図 5)。シリコン酸ィ匕膜 9の表面側には—電荷、シリコン基板側には +電荷が帯電する。このことについて、図 5で詳述する。

[0023] 図 5は、本実施形態におけるコロナ放電 (エレクトレツトイ匕処理)を説明するための図である。同図では、ワイヤ状の電極 10が、図面に対して垂直方向に伸びている。高電圧 DC電圧 11のマイナス側が電極 10に接続され、プラス側は 12で設置されて、る。シリコン酸ィ匕膜 9が形成されたシリコン基板の上方に電極 10が設置されている。

[0024] このとき、数 kVの高電圧 DC電圧 11を印加し、コロナ放電をさせると、電極 10からは—電荷が放電されるために、シリコン酸ィ匕膜 9の表面側には—電荷（20)、シリコン基板側には +電荷 (21)が帯電する。

[0025] なお、帯電量は、誘電体膜の材質、組成比等により調整することができる。また、誘電体膜の帯電は、上部電極 5—下部電極 4間の電界の強度を強める方向に帯電させるようにする。例えば、上部電極 5が負極で、下部電極 4が正極であるとすると、電界は下部電極 4力上部電極 5への向きになるので、誘電体膜の帯電はこの電界を強める方向（図 5でいえば上方向へ向力う方向）にするために、シリコン酸ィ匕膜 9の表面側には—電荷（20)、シリコン基板側には +電荷（21)に帯電させる。なお、本実施形態では、このようなコロナ放電により誘電体膜を帯電させることをエレクトレットィ匕処理という。なお、ムラなく帯電させるために、基板側を紙面の横方向に往復移動させながら、コロナ放電処理を行ってもよい。また、電極を帯電処理する対象物の間にタリッド電極を配置して、コロナ放電状況の安定性を向上させてもよい。それでは、引き続き、図 4Aの説明をする。

[0026] 次に、帯電したシリコン酸化膜 9の電荷状態が安定化させるための処理 (枯化処理 )、例えば空気中で 150°Cで 1時間の熱処理を行う（図 4A(b) )。帯電電荷の経時的安定性は重要で、安定化の為に上記熱処理と帯電処理後の枯化処理は不可欠である（図 7で説明する)。

[0027] 次に、シリコン酸ィ匕膜 9にビアホール 13を形成後、 Auや A1からなる下部電極 4を形成する（下部電極成膜）（図 4A(c) )。この工程でビアホール 13には、下部電極材である Auや A1が堆積して埋つており、下部電極 4とシリコン基板 2の間の導通路を形成すること〖こなる。

[0028] 次に、空隙部を形成する（図 4A(d) )。そのために、支持部（SiN膜)形成、犠牲層ポリシリコン膜形成、メンブレン膜 (SiN膜)形成、犠牲層エッチング、エッチング孔遮蔽層形成を行う。これらの工程の詳細を図 4Bを用いて説明する。

[0029] まず、メンブレン支持部 3 (例えば、 Si N膜)を形成する（図 4B (d— 1) )。その後、

3 4

Si N力もなるメンブレン 6cと空隙部 7とを犠牲層エッチング等の手段で形成する。具

3 4

体的には、空洞部等を形成するために犠牲になる (換言すると後で除去される一時的な層としての）犠牲層 16を形成する（図 4B (d— 2) )。この犠牲層 16は、エッチング等で除去し易!ヽ、例えばポリシリコンで形成される。

[0030] 次に、犠牲層 16の上面を覆うようにメンブレン基材を用い、メンブレン膜となるメンブレン 6cを形成する（図 4B (d— 3) )。メンブレン 6c力もこの下の犠牲層 16に届く犠牲層材料放出孔 6aを形成する（図 4B (d— 4) )。そして、エッチング等により、犠牲層 16を除去する。更に犠牲層エッチングの際に設けた犠牲層材料放出孔 6aを遮蔽するため第 2のメンブレン膜 6bを形成する（図 4B (d— 5) )。第 2のメンブレン膜の材質は、メンブレン支持部 3 (例えば、 Si N )と同じでも良いが、 SiOであればより好まし

3 4 2

い。

[0031] 最後に Au, A1など力もなる上部電極 5と配線膜 15を形成する（図 4 (e) )。

なお、誘電体膜 9はシリコン酸ィ匕膜に限定されるものでなぐシリコン窒化膜でも良いし、最も好ましいのは SiOと Si Nの 2層積層膜である（図 6で説明する）。また、チ

2 3 4

タン酸バリウム BaTiO、チタン酸ストロンチウム SrTiO、チタン酸バリウム ·ストロンチ

3 3

ゥム、五酸化タンタル、酸ィ匕ニオブ安定ィ匕五酸ィ匕タンタル、酸ィ匕アルミニウム、または酸化チタン TiO等の高誘電率を有する材料を誘電体膜として用いてもよ!ヽ。

2

[0032] 図 6は、本実施形態における日数経過に対する誘電体膜の表面電位の変化の様子を示す。表面電位 (surface potential)とは、着目する系（例:誘電体膜)の内部と外部との静電的電位差のことである。固体の表面は、その表面で 2相（例えば固体 ( 誘電体）と気体 (空気)）が接しており、この状態でその界面には電子、イオンまたは双極子が不均一に分布して電気二重層が生じる。それとは別に固体中に遊離した電荷力その電荷密度は様々である力存在するのが普通である。この様な状態（系）に対し、遠方 (定義では無限遠)から荷電粒子を着目する系の内部に運び込むことを考えてみる（コロナ放電で両電極間に放電電流を流すことに相当）。無限遠から荷電粒子を着目する系の内部に運び込むのに必要な仕事量を電気化学ポテンシャルと呼び、前記した電気二重層も遊離電荷も無い状態の系があつたとして、その系の内部に電荷を、運び込む時の仕事 W'と、電気二重層と遊離電荷とのみからなる殻 (材料の実体がなく、真空中に電気二重層と遊離電荷とが浮遊して!/、る状態)の内部に荷電粒子を運び込む時の仕事 W"との和で表さすことができる。 Wは荷電粒子と着目する系（例:誘電体膜)との間の真の相互作用であり、化学ポテンシャルと呼ばれ、材料の種類や格子の配列状態カゝら決まる定数である。一方、 W"は電荷が運びこまれる殻内部と無限遠との電位差 Φ (系の"内部電位"と呼ばれる）と電荷との積で表される。この内部電位は、更に、電気二重層による部分％と遊離電荷による部分 Φ に分けることが出来る。このうち、電気二重層による部分％力内部と外部との静電的電位差であり、これを表面電位と呼ぶ。

[0033] 同図では、 Si基板上に各種薄膜を形成し、それぞれの薄膜の表面電位が時間の経過によってどのように変化するのかを追跡したものである。曲線 30は、 SiO /SiN

2 xからなる 2層誘電体膜の表面電位の変化を示す。曲線 31は、 SiO /SiNx/SiO

2 2 からなる 3層誘電体膜の表面電位の変化を示す。曲線 32は、 SiO誘電体膜の表面

2

電位の変化を示す。曲線 33は、 SiON誘電体膜の表面電位の変化を示す。

[0034] 帯電電荷は帯電処理直後の枯ィヒによって多少は安定するものの、数年以上に亘る経時変化を問題にすると、誘電体膜の材質や熱処理条件が影響してくる。同図は誘電体膜の材質や層数を変えた時の表面電荷状態の劣化状態を比較プロットしたもので、 SiO N 膜単層（33)は劣化が大きぐ SiO (32)、 SiO /SiNx/SiO 3層

2- a a 2 2 2 積層膜 (31)、 SiO /SiNx 2層膜 (30)の順で劣化特性が良くなつている。表面電

2

位が高!、ほど、メンブレンが振動する効率が高くなる。

[0035] 誘電体膜の表面電位の低下は、このように、薄膜材料や層構造によって異なる。表面電位の変化が最も少ないのは SiO /SiNx 2層構造膜（曲線 30)である。単独で SiOを使う場合に比較して、表面電位の劣化がはるかに少ない。

2

[0036] 図 7は、誘電体膜成膜後の熱処理有無の効果を示す。すなわち、成膜後に熱処理をした場合として、な、場合とで、表面電位が時間の経過によってどのように変化するのかを追跡したものである。曲線 37は、成膜後に熱処理をし及び枯化させた場合の表面電位の経時変化曲線を示す。曲線 38は、成膜後に熱処理をせず及び枯化をしなカゝつた場合の表面電位の経時変化曲線を示す。

[0037] 同図より、成膜後に熱処理及び枯化した場合の方が、熱処理及び枯化をしなかつた場合よりも表面電位の劣化は少ない。図 4では、成膜後に全て熱処理をしたものである。いずれの膜でもそうである力 SiO ZSiNx積層膜で熱処理をしていない場合

2

は、曲線 38のように表面電位が大きく劣化する。

[0038] 図 8は、本実施形態における大きな表面電位を有する誘電体膜を含む静電容量型超音波振動子を用いて行った DCバイアス印加試験の結果を示す。 251は、高周波側ピーク周波数の DCバイアス電圧依存性曲線 (メンブレン表面電位が 100Vの時 )を示している。 250は、曲線 251における振幅が最小になる電圧（=V )を示している。 254は、高周波側ピーク周波数の DCノィァス電圧依存性曲線 I

表面電位が— 150Vの時）を示している。 253は、曲線 254における振幅が最小になる電圧（=V )を示している。矢印 252は V の増加を示している。矢印 255は surface2 surface

ovにおける受信信号振幅の増加を示して、る。

[0039] この結果より、 DCバイアス電圧に対し V字特性（曲線 251、曲線 254)を示すことを確認した。同図より、 DCバイアス電圧が 0Vの時に、大きな受信信号電圧が得られることを確認することができた。 V字特性（251)の谷に相当する DCバイアス電圧は、誘電体膜の表面電位 V に対応していて、 V 力 0Vより小さい時は超音波振動 surface surface

子として機能しない。しかし、 V 力 0V以上であれば、 V が大きくなるに従つ surface surface

て、 V字曲線も曲線 251から曲線 254へシフトする。その結果、 DCバイアス電圧 0V における受信信号の最大振幅が大きくなり、感度増加や SZNの増加に繋がり、好ましくなる。図 7において飽和時の表面電位が 50V以上を示すのは、 SiO (32)、 SiO

2 2

/SiNx/SiO 3層積層膜 (31)、 SiO ZSiNx 2層膜 (31)であり、これらの膜は

2 2

Vヽずれも成膜後の熱処理と帯電処理後の枯化処理を行って!/ヽる。 [0040] 以上より、誘電体膜を帯電することにより、 DCバイアス電圧が OVでも、大きな振幅の受信信号を得ることができる。そして、この効果は、表面電位が大きいほど DCバイァス電圧が OVの時の振幅が大きくなる。

[0041] よって、表面電位を有する誘電体膜を静電容量型超音波振動子に構成することで、 DCバイアス電圧を印加した場合と同様の作用を発揮することができるので、 DCバィァス電圧を印加しなくでも、 RF信号のみで静電容量型超音波振動子を駆動させることができる。

[0042] <第 2の実施の形態 >

図 9は、本実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板 52、誘電体膜 58, 59、下部電極 54、メンブレン支持部 53、メンブレン 56、上部電極 55、配線膜 65から構成され、静電容量型超音波振動子 51は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。第 1の実施形態と異なるのは、シリコン基板 52の上表面に下部電極 5 4を配設した上から誘電体膜 59を形成したことと、上部電極 55の上から誘電体膜 58 を形成したことである。このとき、下部電極 54はシリコン基板 52に接しているのでビアホールを設ける必要はない。なお、 57は空隙部である。なお、メンブレン 56は、第 1 の実施形態と同様に、製造工程上複数のメンブレン膜から構成されている。

[0043] このように構成することにより、第 1の実施形態よりもより安定な効果 (すなわち、 DC ノィァス電圧が印加された状態に相当する状態)を得ることができる。

図 10 (図 10A及び図 10B)は、本実施形態における静電容量型超音波振動子 51 の製造工程を示す。まず、低抵抗のシリコン基板 52上に白金等耐熱性のある金属からなる下部電極 54を形成（図 10A (a) )し、その後、その上に rfマグネトロンスパッタ、プラズマ CVD、真空アークプラズマ、ゾルゲル等の手段でシリコン酸化膜（SiO膜） 5

2

9を形成する（図 10A(b) )。次に、 300°C〜800度空気中または窒素雰囲気中で熱処理を行う（図 10A(b) )。

[0044] 次に、シリコン基板 52を接地（12)し、これと、ワイヤ状の電極 10との間に数 kVの高電圧 DC電圧 11を印加し、コロナ放電をさせて、シリコン酸ィ匕膜 59を帯電させる（エレタトレット化処理)。これによつて膜の表面側に電荷が帯電する（図 10A(c)、図 11 ) oこのことについて、図 11で詳述する。

[0045] 図 11は、本実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。同図では、ヮィャ状の電極 10が、図面に対して垂直方向に伸びている。高電圧 DC電圧 11のマイナス側が電極 10に接続され、プラス側は 12で設置されている。シリコン酸ィ匕膜 59が形成されたシリコン基板の上方に電極 10が設置されている。

[0046] このとき、数 kVの高電圧 DC電圧 11を印加し、コロナ放電をさせると、電極 10からは—電荷が放電されるために、シリコン酸ィ匕膜 59の表面側には—電荷 (60)、シリコン基板側には +電荷 (61)が帯電する。なお、ムラなく帯電させるために、基板側を紙面の横方向に往復移動させながら、コロナ放電処理を行ってもよい。また、電極を帯電処理する対象物の間にクリツド電極を配置して、コロナ放電状況の安定性を向上させてもよい。それでは、引き続き、図 10の説明をする。

[0047] 次に、帯電したシリコン酸化膜 59の電荷状態が電荷状態が安定する様に枯化処理、例えば空気中で 150°Cで 1時間の熱処理を行う（図 10A(c) )。帯電電荷の経時的安定性は重要で、安定化の為に上記熱処理と帯電処理後の枯化処理は不可欠である（図 7)。

[0048] 次に、次に、空隙部 57を形成する（図 10B (d) )。そのために、支持部（SiN膜)形成、犠牲層ポリシリコン膜形成、メンブレン膜 (SiN膜)形成、犠牲層エッチング、エツチング孔遮蔽層形成を行う。

[0049] まず、メンブレン支持部（SiN膜) 53 (例えば、 Si N膜)を形成する（図 10B (d) )。

3 4

Si N力もなるメンブレン 56cと空隙部 57とを犠牲層エッチング等の手段で形成する

3 4

。 56cと 56aはそれぞれ、犠牲層エッチングプロセス時に必要なメンブレンと孔である。その後、この孔 56aを遮蔽するための第 2のメンブレン膜 56bを形成する。なお、この工程は図 4Bと同様である。

[0050] 次に、 Au, A1などカゝらなる上部電極 55と配線膜 65を形成する（図 10B (e) )。更にその上に SiO力もなる誘電体膜を rfマグネトロンスパッタ、プラズマ CVD、真空ァー

2

クプラズマ等の手段で形成する。次いで更にコロナ帯電処理を行う（エレクトレツトイ匕処理）（図 10B(f))。ここでは、上部電極 55接地（12)して、図 10A(c)と同様にコロナ帯電処理を行う。その後、枯化処理、例えば空気中で 150°Cで 1時間の熱処理を行 [0051] なお、誘電体膜はシリコン酸ィ匕膜に限定されるものでなぐシリコン窒化膜 (SiNx) でも良いし、最も好ましいのは SiOと Si Nの積層膜である（図 6)。また、チタン酸バ

2 3 4

リウム BaTiO、チタン酸ストロンチウム SrTiO、チタン酸バリウム 'ストロンチウム、五

3 3

酸ィ匕タンタル、酸ィ匕ニオブ安定ィ匕五酸ィ匕タンタル、窒化アルミニウム、または酸化チタン TiO等の高誘電率を有する材料を誘電体膜として用いてもよ!ヽ。

2

[0052] <第 3の実施の形態 >

図 12は、本実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板 72、誘電体膜 79、下部電極 74、メンブレン支持部 73、メンブレン 76、上部電極 75、配線膜 85から構成され、静電容量型超音波振動子 71は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。なお、 77は空隙部である。第 1の実施形態と異なるのは、シリコン基板 72の上表面に下部電極 74を配設した上力も誘電体膜 79を形成したことと、メンブレン 76の下表面 (空隙部 77側の表面）に上部電極 75を形成したことである。このとき、下部電極 74はシリコン基板 72に接して、るのでビアホールを設ける必要はな、。

[0053] このように構成することにより、第 1の実施形態よりもより安定な効果 (すなわち、 DC ノィァス電圧が印加された状態に相当する状態)を得ることができる。

図 13 (図 13A、図 13B、及び図 13C)は、本実施形態における静電容量型超音波振動子 71の製造工程を示す。図 13A(a) - (c)までは、第 2の実施の形態（図 10 (a )一（c) )と同様である。

[0054] その後、 Si N等の絶縁膜からなるメンブレン支持部 73を rfマグネトロンスパッタ等

3 4

の成膜手段で形成する（図 13B (d) )。

以上のプロセス図 13 (a)〜（d) (図 13 (a)〜（d)で作成したものを構造体 Aという）とは別途のプロセスで、図 13Cに示すもの（これを構造体 Bという）を作成する。まず、構造体 Aとは異なる別のシリコン基板 80の表面に、熱酸化、 rfマグネトロンスパッタ、プラズマ CVD、真空アークプラズマ、ゾルゲル等の手段で高誘電率誘電体膜、例えばシリコン窒化膜 76を形成する（図 13C (a— 1) )。この膜 76を 300〜800°Cで熱処置後、コロナ放電法による帯電処理により表面電荷を形成する（エレクトレット化処理 ) (図 13C (b— 1) )。なお、この場合、高誘電率誘電体膜 76の表面（図 13C (b— 1) の上面側）は正（+ )に帯電した方が良いので、コロナ放電電圧の極性は逆極性となる（図 14)。このことについて、図 14で詳述する。

[0055] 図 14は、本実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。同図では、ヮィャ状の電極 10が、図面に対して垂直方向に伸びている。高電圧 DC電圧 11のプラス側が電極 10に接続され、マイナス側は 12で設置されている。高誘電率誘電体膜 7 6が形成されたシリコン基板 80の上方に電極 10が設置されている。

[0056] このとき、数 kVの高電圧 DC電圧 11を印加し、コロナ放電をさせると、電極 10からは +電荷が放電されるために、高誘電率誘電体膜 76の表面側には +電荷 (82)、シリコン基板側には—電荷 (81)が帯電する。なお、図 13A (c)と比較して逆電圧を印加するのは、第 1の実施形態で説明したように電界強度を強める向きに帯電させるためである。後に示すように、この構造体 Bは図 13C (d— 1)でひっくり返して構造体 A と接合させるので、ひっくり返したときに、電界を強める向きに帯電させたのである。なお、ムラなく帯電させるために、基板側を紙面の横方向に往復移動させながら、コロナ放電処理を行ってもよい。また、電極を帯電処理する対象物の間にクリツド電極を配置して、コロナ放電状況の安定性を向上させてもよい。それでは、引き続き、図 13 Cの説明をする。

[0057] 次に、帯電したシリコン窒化膜 76の電荷状態が安定する様に枯ィ匕処理、例えば空気中で 150°Cで 1時間の熱処理を行う（図 13C (b— 1) )。帯電電荷の経時的安定性は重要で、安定化の為に上記熱処理と帯電処理後の枯化処理は不可欠である（図 7

) o

[0058] 次に、 Au, A1などカゝらなる上部電極 75と配線膜 85を高誘電率誘電体膜 76の上に形成する（図 13C (c— 1) )。ここで出来上がった構造体 Bをひっくり返して（図 13C (d — 1) )、上記した別工程で作成した構造体 Aに接合し、空隙部 77が形成される（図 1 3 (e) )。更に KOHなどのシリコンエッチング液を用いて、シリコン酸ィ匕膜 76表面をェンドポイントとしたエッチングをして、シリコン酸ィ匕膜 76と上部電極 75からなるメンブレンが形成される（図 13 (f) )。

[0059] なお、誘電体膜はシリコン窒化膜に限定されるものでなぐシリコン以外の金属化合物膜でも良いし、最も好ましいのは SiOと Si Nの 2層積層膜である（図 6)。また、チ

2 3 4

3 3

2

[0060] <第 4の実施の形態 >

図 15は、本実施形態における静電容量型超音波振動子セルの基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板 92、誘電体膜 98, 9 9、下部電極 94、メンブレン支持部 93、メンブレン 96、上部電極 95、配線膜 90から構成され、静電容量型超音波振動子 91は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。なお、 97は空隙部である。第 3の実施形態と異なるのは、上部電極 95の表面を誘電体膜 95で被覆したことである。

[0061] このように構成することにより、第 1の実施形態よりもより安定な効果 (すなわち、 DC ノィァス電圧が印加された状態に相当する状態)を得ることができる。

図 16 (図 16A、図 16B、及び図 16C)は、本実施形態における静電容量型超音波振動子 91の製造工程を示す。第 3の実施の形態と異なる点は別工程で準備する構造体 B (図 16C参照）が、シリコン基板 100上に誘電体膜 96を形成し、上部電極 95、配線膜 90を形成した後に、更に他の誘電体膜 98 (例えば、チタン酸バリウム BaTiO

3

、チタン酸ストロンチウム SrTiO、チタン酸バリウム 'ストロンチウム、五酸化タンタル、

3

酸ィ匕ニオブ安定ィ匕五酸ィ匕タンタル、酸ィ匕アルミニウム、または酸ィ匕チタン TiO等の

2 高誘電率誘電体膜)を形成し、熱処理を行った (図 16C (a— 1) )。

[0062] 次に、コロナ放電法などの手段で、シリコン酸化膜 96と高誘電率誘電体膜 98について一気に帯電処理を行い表面電位を形成させる（エレクトレット化処理）（図 16C (b 1) )。なお、この場合、高誘電率誘電体膜 98の表面（図 16C (b— 1)の上面側）は、正に帯電した方が良いので、コロナ放電電圧の極性は逆極性となる（図 17)。このことについて、図 17で詳述する。

[0063] 図 17は、本実施形態におけるコロナ放電を説明するための図である。同図では、ヮィャ状の電極 10が、図面に対して垂直方向に伸びている。高電圧 DC電圧 11のプラス側が電極 10に接続され、マイナス側は 12で設置されている。シリコン酸ィ匕膜 96誘電体膜 98が形成されたシリコン基板 100の上方に電極 10が設置されている。

[0064] このとき、数 kVの高電圧 DC電圧 11を印加し、コロナ放電をさせると、電極 10からは +電荷が放電されるために、誘電体膜 98の表面側には +電荷（104)、上部電極 95側には—電荷（103)が帯電する。また、上部電極 95側に帯電した—電荷（103) に誘起されて、誘電体膜 96の上部電極 95側には +電荷（102)、シリコン基板側には一電荷（101)が帯電する。このようにすることで、シリコン酸ィ匕膜 96と誘電体膜 98 を一括して帯電させることができる。これ以降は第 3の実施形態と同様である。

[0065] なお、高誘電率誘電体膜 98は必ずしもエレクトレット化処理により帯電させる必要はなぐシリコン酸ィ匕膜 96のみエレクトレツトイ匕処理により帯電させてもよい。また、逆にシリコン酸ィ匕膜 96は必ずしもエレクトレツトイ匕処理により帯電させる必要はなぐ高誘電率誘電体膜 98のみエレクトレット化処理されていてもよい。なぜなら、高誘電率誘電体膜 98またはシリコン酸ィ匕膜 96を成膜するだけでも、帯電の効果を増加させることができるからである。前者の場合には、構造体 Bの製造に関し、図 13C (c— 1)の後、図 16 (a— 1)をして図 16 (c— 1)の工程を行えばよい。後者の場合には、図 13C ( c— 1)の後、高誘電率誘電体膜 98を形成し、図 16C (c— 1)以降の工程を行えばよい。また、帯電電荷の経時的安定性は重要で、安定化の為に上記熱処理と帯電処理後の枯ィ匕処理は不可欠である（図 7)。

[0066] なお、誘電体膜はシリコン酸ィ匕膜に限定されるものでなぐシリコン窒化膜でも良いし、最も好ましいのは SiOと Si Nの積層膜である（図 6)。また、チタン酸バリウム BaT

2 3 4

iO、チタン酸ストロンチウム SrTiO、チタン酸バリウム 'ストロンチウム、五酸化タンタ

3 3

ル、酸ィ匕ニオブ安定ィ匕五酸ィ匕タンタル、酸ィ匕アルミニウム、または酸ィ匕チタン TiO等

2 の高誘電率を有する材料を誘電体膜として用いてもょヽ。

[0067] <第 5の実施の形態 >

図 18は、本実施形態における静電容量型超音波振動子の基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板 112、誘電体膜 119、下部電極 114、メンブレン支持部 113、メンブレン 116 (犠牲層材料放出孔 116a、メンプレン 116b, 116c)、上部電極 115、配線膜 110から構成され、静電容量型超音波振動子 111は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。なお、 117 は空隙部である。

[0068] このように構成することにより、第 1の実施形態よりもより安定な効果 (すなわち、 DC ノィァス電圧が印加された状態に相当する状態)を得ることができる。

図 19は、本実施形態における静電容量型超音波振動子 111の製造工程を示す。まず、低抵抗のシリコン基板 112上に Au, Ptなどの金属からなる下部電極 114を形成（図 19 (a) )する。その後、熱酸化、 rfマグネトロンスパッタ、プラズマ CVD、真空ァークプラズマ、ゾルゲル等の手段でシリコン酸ィ匕膜 (SiO )等の誘電体膜 119を形成

2

して、 300°C〜 1000°Cの空気中または窒素雰囲気中で熱処理を行う（図 19 (b) )。

[0069] 次に、シリコン基板 112を接地（12)し、これと、ワイヤ状の電極 10との間に数 kVの高電圧 DC電圧 11を印加し、コロナ放電をさせてシリコン酸ィ匕膜を帯電させる（エレクトレット化処理）（図 19 (c) )。膜の表面側には電荷が帯電する（図 5)。なお、ムラなく帯電させるために、基板側を紙面の横方向に往復移動させながら、コロナ放電処理を行ってもよい。また、電極を帯電処理する対象物の間にクリツド電極を配置して、コロナ放電状況の安定性を向上させてもょ、。この電荷状態が安定する様に枯化処理、例えば空気中で 150°Cで 1時間の熱処理を行う。

[0070] 次に、空隙部 117を形成する（図 19 (d) )。そのために、支持部（SiN膜)形成、犠牲層ポリシリコン膜形成、メンブレン膜 (SiN膜)形成、犠牲層エッチング、エッチング孔遮蔽層形成を行う。

[0071] まず、メンブレン支持部（例えば、 Si N膜)を形成する（図 19 (d) )。 Si N力なるメ

3 4 3 4 ンブレン 116cと空隙部 117とを犠牲層エッチング等の手段で形成する。なお、 116a は犠牲層エッチングで犠牲層材料を放散させる為の孔であり、メンブレン 116bは孔 116aを塞ぐ為の層である。なお、この工程は図 4Bと同様である。

[0072] その後に Au, A1など力もなる上部電極 115と配線膜 110を形成する（図 19 (e) )。

なお、誘電体膜はシリコン酸ィ匕膜に限定されるものでなぐシリコン窒化膜でも良いし、最も好ましいのは SiOと Si Nの積層膜である（図 6)。また、帯電電荷の経時的

2 3 4

安定性は重要で、安定化の為に上記熱処理と帯電処理後の枯化処理は不可欠である（図 7)。

[0073] <第 6の実施の形態 > 図 20は、本実施形態における静電容量型超音波振動子の基本構造の全体断面図を示す。静電容量型超音波振動子セルは、シリコン基板 122、シリコン窒化膜 128 a,高誘電率誘導体膜 128b,誘電体膜 129a, 129b,下部電極 124、メンブレン支持部 123、メンブレン 126 (犠牲層材料放出孔 126a、メンブレン 126b, 126c)、上部電極 125、配線膜 130から構成され、静電容量型超音波振動子 121は複数の静電容量型超音波振動子セルから構成されている。なお、 127は空隙部である。第 4の実施形態と異なるのは、下部電極 124とシリコン基板 122の間に誘電体膜を設けたことと、上部電極 125を被覆している誘電体膜をさらに被覆したことである。

[0074] このように構成することにより、第 1の実施形態よりもより安定な効果 (すなわち、 DC ノィァス電圧が印加された状態に相当する状態)を得ることができる。

構造体 Aの製造工程は第 4の実施形態の構造体 Aの製造方法とほとんど同じで（但し、下部電極 124とシリコン基板 122の間に誘電体膜を成膜する工程が追加される。具体的には図 16A (a)で誘電体膜を成膜後、下部電極を成膜する）、構造体 Bの製造工程が異なる。即ち、図 16Cにおいてシリコン基板 (シリコン基板 100に相当する）上にシリコン酸ィ匕膜 126 (96に相当する）を形成し、その上に上部電極 125 (95に相当する）及び配線膜 130 (90に相当する）を形成後、シリコン窒化物膜 128a (98に相当する）を形成し、更にその上に高誘電率誘電体膜 128bを形成する。

[0075] 次にシリコン基板 (シリコン基板 100に相当する）を接地（12)し、高誘電率誘電体膜 128b側に配置した線状電極に高電圧の直流電圧を印加し、コロナ放電法によつて高誘電率誘電体膜 128bの表面を帯電させる（図 16C (b— 1)に相当する）。

[0076] 図 21に示すように、この帯電電荷の極性は、構造体 Aの下部電極 124上に形成した誘電体膜 129bを帯電して形成した表面電荷の極性と異なる極性の表面電荷 132 を形成する。かかる後、構造体 Aに上記した工程によって得られた構造体 Bを裏返しに接合する。接合以降の工程は続いて、第 4の実施形態と同様である。

[0077] 図 22 (図 22A,図 22B,図 22C,図 22D)では、本実施形態における静電容量型超音波振動子の製造工程につ、て説明する。

まず、シリコン基板 201の上下表面に酸ィ匕膜 (SiO ) 202を付与して (ステップ 1)、

2

ビアホール 202aを設ける（ステップ 2)。次に、スパッタ（suppter)により PtZTiで電極 203を成膜する（ステップ 3)。次に、レジスト 204 (例えば、フォトレジスト材料）を成膜した電極表面に塗布してパターンユングをする (ステップ 4)。次に、エッチングを行い、レジストが塗布されていない PtZTiを除去した後、レジスト 204を除去する（ステップ 5)。こうして下部電極が生成される。

[0078] 次に、 SiNx (例えば、 Si N ) 205で成膜する（ステップ 6)。次に、レジスト 206を成

3 4

膜した SiNx205に塗布してパターンユングをする (ステップ 7)。パターンユングは、下部電極 203の上方にレジスト 206が塗布されないように行う。次に、エッチングを行い、レジストが塗布されていない SiNxを除去した後、レジスト 206を除去する（ステツプ 8)。そうすると、下部電極表面が SiNxで被覆された状態になっている。

[0079] 次に、熱処理、コロナ放電 (基板側を図面内の横方向に移動させて全体的にムラなく帯電させる）、及び枯化を行う (ステップ 9)。これらは、上記した実施形態と同様の処理を行う。これにより、 SiNx205が帯電する。次に、ポリシリコン 207を成膜する (ステツプ 10)。このとき、下部電極のある部分が盛り上がるようにポリシリコン 207を成膜する。次に、ステップ 10でポリシリコン 207を盛り上げた部分にレジスト 208を塗布してパターンユングする（ステップ 11)。

[0080] 次に、エッチングを行い、レジストが塗布されていないポリシリコン 207を除去した後、レジスト 208を除去する（ステップ 12)。次に、レジスト 209を塗布した (ステップ 13) 後、ポリシリコン 207の両端部分のみレジスト 209を残すようにパターンユングする（ステツプ 14)。

[0081] 次に、スパッタ（suppter)により PtZTiで電極 210を成膜した (ステップ 15)後に、レジスト 209を除去する (ステップ 16)。次に、 SiNx (例えば、 Si N ) 211で成膜する

3 4

(ステップ 17)。

[0082] 次に、レジスト 212を塗布して、犠牲層 207 (ポリシリコン)を外部へ放出するための犠牲層放散孔 213を設けるためにパターンユングしてエッチングする (ステップ 18)。次に、エッチング (例えば、 ICP— RIE法によるエッチング）を行い、犠牲層放散孔 21 3から犠牲層 207 (ポリシリコン）を除去した後、レジスト 212を除去する（ステップ 19) 。次に、 SiOにより成膜 214して犠牲層放散孔 213を封止する (ステップ 20)。最後

2

に、コロナ放電及び枯化をすることで、 SiNx膜 211及び SiO膜 214が帯電する。本発明を用いることにより、 DCバイアス電圧を印加したのと同様の効果を得ることができる。したがって、 DCバイアス電圧を印加しなくても、 RF信号のみ又は送信時直流パルスを重畳させるだけで本発明にかかる静電容量型超音波振動子を駆動させることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第 1の電極と、該第 1の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第 2の電極と、該第 2の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子であって、

当該静電容量型超音波振動子の一部が帯電していることを特徴とする静電容量型超音波振動子。

[2] 前記静電容量型超音波振動子の一部は、前記第 1の電極及び前記第 2の電極のうち少なくともいずれかの電極近傍に形成された誘電体膜であって、該誘電体膜のうち少なくとも一層が表面電位形成されてヽることを特徴とする請求項 1に記載の静電容量型超音波振動子。

[3] 前記誘電体膜に形成された表面電位の極性が、当該静電容量型超音波振動子を構成するいずれの前記誘電体膜についても同方向であることを特徴とする請求項 2 に静電容量型超音波振動子。

[4] 前記誘電体膜の表面電位の絶対値が、飽和値で 50V以上であることを特徴とする請求項 2に記載の静電容量型超音波振動子。

[5] 前記表面電位を有する前記誘電体膜が、前記シリコン基板と前記第 1の電極との間に配設されることを特徴とする請求項 2に記載の静電容量型超音波振動子。

[6] 前記表面電位形成された前記誘電体膜が、前記第 1の電極表面及び前記第 2の電極表面のうち少なくとも、ずれか〖こ接するように形成されて!ヽることを特徴とする請求項 2に記載の静電容量型超音波振動子。

[7] 前記帯電している前記静電容量型超音波振動子の一部は、前記メンブレンであることを特徴とする請求項 1に記載の静電容量型超音波振動子。

[8] 前記第 2の電極は、前記メンブレンの表面のうち前記第 1の電極と対向する側の面に配設されていることを特徴とする請求項 7に記載の静電容量型超音波振動子。

[9] 前記誘電体膜は、 2層以上からなることを特徴とする請求項 2に記載の静電容量型超音波振動子。

[10] 前記誘電体膜は、 SiO膜と Si N膜の 2層からなることを特徴とする請求項 9に記載

2 3 4

の静電容量型超音波振動子。 [11] 前記誘電体膜は、 SiO膜と Si N膜と SiO膜の 3層力なることを特徴とする請求

2 3 4 2

項 9に記載の静電容量型超音波振動子。

[12] 前記第 2の電極は、高誘電率誘電体膜により被覆されていることを特徴とする請求項 1に記載の静電容量型超音波振動子。

[13] 少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第 1の電極と、該第 1の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第 2の電極と、該第 2の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、

前記シリコン基板に前記第 1の電極を形成する工程と、

前記第 1の電極の表面に誘電体膜を形成する工程と、

前記第 1の電極を接地し、前記誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う工程と、

前記メンブレンと該メンプレンを支持するための支持部とを形成する工程と、前記メンブレンに前記第 2の電極を形成する工程と、

からなることを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法。

[14] 少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第 1の電極と、該第 1の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第 2の電極と、該第 2の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、

前記シリコン基板に前記第 1の電極を形成する工程と、

前記第 1の電極の表面に誘電体膜を形成する第 1の誘電体膜形成工程と、前記第 1の電極を接地し、前記第 1の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 1の放電工程と、前記メンブレンと該メンプレンを支持するための支持部を形成する工程と、前記メンブレンに前記第 2の電極を形成する工程と、

前記第 2の電極に誘電体膜を形成する第 2の誘電体膜形成工程と、

前記第 2の電極を接地し、前記第 2の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 2の放電工程と、を行うことを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法。

[15] 少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第 1の電極と、該第 1の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第 2の電極と、該第 2の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、

第 1の前記シリコン基板に前記第 1の電極を形成する工程と、

前記第 1の電極の表面に誘電体膜を形成する第 1の誘電体膜形成工程と、前記第 1の電極を接地し、前記第 1の誘電体膜形成工程により形成された誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 1の放電工程と、前記メンブレンを支持するための支持部を形成する工程と、

によって第 1の構造体を生成する第 1の構造体生成工程と、

表面を酸ィ匕処理した第 2のシリコン基板を接地し、該表面の酸ィ匕膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 2の放電工程と、

前記第 2の放電工程により表面電位を有した前記酸ィ匕膜に前記第 2の電極を形成する工程と、

によって第 2の構造体を生成する第 2の構造体生成工程と、

前記第 1の構造体生成工程によって生成した前記第 1の構造体と、前記第 2の構造体生成工程によって生成した前記第 2の構造体とを接合する工程と、

を行うことを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法。

少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板に配設された第 1の電極と、該第 1の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第 2の電極と、該第 2の電極を支持するメンブレンとからなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、

によって第 1の構造体を生成する第 1の構造体生成工程と、

前記第 2の電極表面に高誘電率誘電体膜を形成する工程と、

前記第 2の電極を接地し、前記高誘電率誘電体膜が表面電位を有するようにするためのコロナ放電処理を行う第 3の放電工程と、

によって第 2の構造体を生成する第 2の構造体生成工程と、

[17] 前記誘導体膜は、 rfマグネトロンスパッタ、プラズマ CVD、又は真空アークプラズマによって形成されることを特徴とする請求項 13〜請求項 16のうちのいずれか 1項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。

[18] 前記誘導体を形成後、熱処理を行うことを特徴とする請求項 13〜請求項 15のうちのいずれか 1項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。

[19] 前記コロナ放電処理後に枯化を行う工程を含むことを特徴とする請求項 13〜請求項 15のうちのいずれか 1項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。

[20] 請求項 1に記載の静電容量型超音波振動子を備えた超音波内視鏡装置。

[21] 請求項 13から 15のうちいずれかに記載の製造方法によって製造された静電容量型超音波振動子を備えた超音波内視鏡装置。