JP2006122188A - 静電容量型超音波振動子、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 シリコン基板と、該シリコン基板の上面に配設された第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振動子セルから構成され、駆動制御信号を入出力する最小単位である振動子エレメントと、前記シリコン基板の背面に電極パッドを介して接合したフレキシブルプリント基板とから構成される静電容量型超音波振動子において、隣接する前記振動子エレメント間に溝部が設けられ、該溝部に導電膜が形成されていることにより、上記課題の解決を図る。
【選択図】 図4
Description
Xuecheng Jin,外3名、「Characterization of One−Dimensional Capacitive Micromachined Ultrasonic Immersion Transducer Arrays」,"IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS,FERROELECTRICS,AND FREQUENCY CONTROL",VOL.48,NO.3,P750−760,MAY 2001
本実施形態では、溝部の底部に接地電極を設けた振動子エレメントの製造について説明する。
誘電体膜27は、キャビティを挟んだ上部電極11と下部電極19間の静電容量を増幅させるためのものである。空乏層18は、電子あるいは正孔がほとんど存在しない状態になっている層である。
まず、N型シリコン基板40(厚さ約100〜500μm)の上表面に酸化膜(SiO2)202で、マスクする(S1)。マスク形成は、Wet酸化法により、厚さ約3000〜4000Åの酸化膜を形成する。そして、フォトリソグラフィー工程で下部電極スルーホール電極部42を形成するためのパターンニングを行い、エッチング工程でパターンニングした酸化膜を除去する。
<第2の実施形態>
本実施形態では、振動子エレメントに設けた溝の形状のバリエーションについて説明する。
図7は、本実施形態における溝の形状のバリエーションの一例(その2)を示す。同図は、図6より溝の底部をシリコン基板76内部まで掘り下げた場合を示す。シリコン基板76までエッチングした後に、コンタクト層73を形成してそれを下地として電極を成膜したものである。すなわち、コンタクト層形成後に、SiN(犠牲層の除去する穴を塞ぐ)の成膜をCVDで行い、コンタクト層表面が自然酸化等で抵抗を持たないように、メンブレンと繋がっている電極79を成膜する前に、耐蝕性の強い電極材を下地電極として成膜する。
本実施形態では、静電容量型振動子エレメントのバリエーションについて説明する。
図9は、本実施形態における静電容量型振動子エレメントのバリエーションの一例(その1)を示す。
図11は、本実施形態における静電容量型振動子エレメントのバリエーションの一例(その3)を示す。図12は、本実施形態における静電容量型振動子エレメントのバリエーションの一例(その4)を示す。図11及び図12は、溝部80を樹脂100で充填した場合を示す。
直線状の溝では、共振が激しくなり、定在波も起こりやすくなるが、直線状でない場合には不要振動は打ち消し合って弱まる。そのために、クロストークが減少し、そして、S/N比が向上、高画質な画像にすることができる。なお、ダイシング位置や、充填する減衰樹脂も曲線状のものを採用することで、同様な機能・効果を持たせることができる。
2 振動子ユニット
3 振動子エレメント
4 制御回路ユニット
5 配線用FPC
6 振動子エレメント間溝
7 振動子ユニット配列方向溝
8,9,10 振動子セル電極間インターコネクト電極
11 上部電極
12 キャビティ周縁部
13 犠牲層剤除去孔
14 下部電極スルーホール電極部
15 ダイシングライン
16 シリコン基板
17 シリコン酸化膜
18 空乏層
19 下部電極
191 インターコネクト配線
20 メンブレン支持部
21 キャビティ
22 メンブレン下層(キャビティ形成用被覆膜)
23 犠牲層除去孔
24 メンブレン上層(犠牲層除去孔遮蔽膜)
25 接地電極パッド
26 信号入出力端子電極パッド
27 誘電体膜
30 振動子セル
70,71 溝部
72(72a,72b,72c) コンタクト電極
73(73a,73b,73c) コンタクト層
74 コンタクト電極
75 コンタクト層
77,78 SiN層
79 電極膜
80 溝部
81 下部電極スルーホール電極部
82 コンタクト電極
83 コンタクト層
84 コンタクト電極
85 コンタクト層
86 シリコン基板
87,88 SiN層
89 電極膜
90 SiO2膜
Claims (19)
- シリコン基板と、該シリコン基板の上面に配設された第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振動子セルから構成された振動子エレメントとから構成される静電容量型超音波振動子において、
隣接する前記振動子エレメント間に溝部を設け、該溝部に導電膜が形成されていることを特徴とする静電容量型超音波振動子。 - 前記静電容量型超音波振動子は、前記振動子エレメントと前記シリコン基板の背面に電極パッドを介して接合されたフレキシブルプリント基板とから構成され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。
- 一次元に複数配列された前記振動子エレメントから構成される振動子ユニット間に設けられた前記溝部の底部は、前記シリコン基板と前記電極パッドを貫通して前記フレキシブルプリント基板の表面に達してい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。
- 前記導電膜は、前記溝部の溝内壁部及び底部に形成され、かつ該底部に形成された該導電膜は、前記シリコン基板表面に形成したオーミックコンタクト領域と接合していることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の静電容量型超音波振動子。
- 前記溝部は、超音波減衰材料で充填されていることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の静電容量型超音波振動子。
- 前記超音波減衰材料が、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、及びウエタン樹脂のうち少なくともいずれか1つを主成分とする樹脂にタングステン微粉末を混合した複合樹脂であることを特徴とする請求項5に記載の静電容量型超音波振動子。
- 前記溝部の断面形状は、該溝部の底部に向かうに従い溝幅が小さくなるテーパー形状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。
- 前記溝部の内壁にサブμmオーダー以上の凹凸を設けたことを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の静電容量型超音波振動子。
- 前記貫通された溝表面は該表面を前記導電膜により被膜されており、該溝表面は前記フレキシブルプリント基板に配設された接地配線に導電性接着剤、ボールバンプまたは異方性導電体シートを介して接続されていることを特徴とする請求項3に記載の静電容量型超音波振動子。
- 前記溝部は、前記振動子エレメントを上方から見た場合に、少なくとも直線形状以外の、曲線形状、または鋸線形状を有することを特徴とする請求項1〜9のうちいずれか1項に記載の静電容量型超音波振動子。
- シリコン基板と、該シリコン基板の上面に配設された第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振動子セルから構成される振動子エレメントと、前記シリコン基板の背面に電極パッドを介して接合されたフレキシブルプリント基板とから構成される静電容量型超音波振動子の製造方法において、
隣接する前記振動子エレメント間に溝部を設ける溝形成工程と、
前記溝部を導電化して該溝部の底部に第3の電極を形成する導電化工程と、
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。 - 前記導電化工程では、イオン注入または化学気相成長方法を行った後に、拡散処理を行うことにより前記第3の電極を形成することを特徴とする請求項11に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
- 前記導電化工程では、物理気相生長法により前記第3の電極を形成することを特徴とする請求項11に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
- さらに、前記第3の電極を形成した前記溝部に超音波減衰材料を充填する超音波減衰材料充填工程を行うことを特徴とする請求項11〜13のうちいずれか1項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
- さらに、前記超音波減衰材料を充填した前記溝部を裁断する第1の裁断工程を行うことを特徴とする請求項14に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
- 前記シリコン基板と前記電極パッドを貫通して前記フレキシブルプリント基板の表面に達するまで、前記溝部を裁断する第2の裁断工程を行うことを特徴とする請求項11〜15のうちいずれか1項に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
- 前記第1の裁断工程は、レーザービームを用いて裁断することを特徴とする請求項15に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
- 前記第2の裁断工程は、レーザービームを用いて裁断することを特徴とする請求項16に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
- 請求項1〜10のうちいずれか1項に記載の静電容量型超音波振動子を備えることを特徴とする超音波内視鏡。
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