JP2017112187A - 貫通配線を有する基板に素子を設けたデバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板の第一の面側から該第一の面の反対側に位置する第二の面側に到達する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔の内壁を含む前記基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、前記内壁に形成された前記絶縁膜に接するように前記貫通孔に前記導電性材料を充填する工程と、前記貫通孔に充填された導電性材料が前記基板表面の前記絶縁膜面を超えないように前記基板の第一の面側を研磨する工程と、研磨された前記基板の前記第一の面側の導電性材料と接続する前記素子を形成する工程と、を有し、前記貫通孔の幅を前記第二の面側に比して前記第一の面側で、小さくしたデバイスの製造方法。
【選択図】図1
Description
以下に、本発明の実施形態について図を用いて説明するが、本発明はこうした実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
図1と図2の断面図を参照して、本発明のデバイスの製造方法の実施形態を説明する。デバイスの製造において、1枚の基板上に同時に複数の貫通配線、または複数の素子を形成することが一般的であるが、図1では、簡潔にして見やすくするために、2つの貫通配線と1つの素子だけを示している。本発明のデバイスの製造方法は、典型的には下記の工程を含む。基板に対して、基板の第一の面から該第一の面の反対側に位置する第二の面に到達する貫通孔を形成する。ここで貫通孔を形成する工程は、貫通孔を有する基板を用意する工程であっても構わない。そして、ここで、貫通孔の幅が第一の面側において最も狭いように加工する。そして、貫通孔の内壁を含む基板の表面に絶縁膜を形成する。そして、貫通孔の内壁に形成された絶縁膜と接するように導電性材料を貫通孔の内部に充填してから、導電性材料の端面が絶縁膜を含む基板の第一と第二の表面を超えないように研磨して、貫通配線を形成する。そして、基板の第一の面側に素子を形成する。そして、基板の第二の面側に電極パッドを形成する。
ここでは、図3の平面図と図4の断面図を用いて、ビア・ファースト法により貫通配線基板上にCMUTを形成する製造方法の一例を説明する。CMUTは、振動膜の振動を用いて超音波などの音響波を送信、受信することができ、特に液中において優れた広帯域特性を容易に得ることができる静電容量型トランスデューサである。CMUTは、一対の電極を備えたセルを有し、一対の電極間の静電容量変化に基づき電気信号を得るトランスデューサである。実用上、図3の平面図に示すように、1つのCMUTデバイスにおいて、2次元アレイ状に配置される複数の振動膜(セルとも呼ぶ)31により1つのエレメント32とし、更に、複数のエレメント32を基板上に並べて素子30を構成することで、所望の性能を実現している。各エレメント32を独立に制御するためには、それぞれのエレメントに対応して貫通配線を形成する。CMUTの製造工程を示す図4の断面構造は、図3におけるA−Bの断面を示している。簡明のため、図4においては、CMUTの1つのセル(1つの振動膜)と2つの貫通配線のみが示されている。本実施例のCMUTは、図4(K)に示すように、素子30は基板1の第一の面1a上(第一の面側)に形成され、電極パッド(11、12と24を含む)は基板1の第二の面1b上(第二の面側)に形成される。貫通配線2(2−1と2−2を含む)は基板1の第一の面1a側で素子30と、基板1の第二の面1b側で電極パッド11と12とそれぞれ電気的に接続されている。素子30は、第一の電極4と、第一の電極4と間隙5を挟んで設けられた第二の電極6と、第二の電極6の上下に配設された絶縁膜(7、8と19を含む)で構成され振動可能な振動膜9と、を含むセルを有する。第一の電極4は、貫通配線2−1を介して、電極パッド11と接続されている。第二の電極6は、貫通配線2−2を介して、電極パッド12と接続されている。また、基板1は、電極パッド24と接続されている。
ここでは、図5の断面図を用いて、ビア・ファースト法により貫通配線基板上にデバイスを形成する製造方法を説明する。
ここで、実施例1と実施例2で作製したデバイス(CMUT)の応用例を説明する。第1の実施例で作製したCMUTは、音響波を用いた超音波診断装置、超音波画像形成装置などの被検体情報取得装置に適用することができる。被検体からの音響波をCMUTで受信し、出力される電気信号を用いて、光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報や音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報などを取得することができる。 図6(A)は、光音響効果を利用した被検体情報取得装置の実施例を示したものである。光源2010から射出されたパルス光は、レンズ、ミラー、光ファイバー等の光学部材2012を介して、被検体2014に照射される。被検体2014の内部にある光吸収体2016は、パルス光のエネルギーを吸収し、音響波である光音響波2018を発生する。プローブ(探触子)2022内の本発明を用いて製造された電気機械変換装置(CMUT)を含むデバイス2020は、光音響波2018を受信して電気信号に変換し、信号処理部2024に出力する。信号処理部2024は、入力された電気信号に対して、A/D変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部2026へ出力する。データ処理部2026は、入力された信号を用いて被検体情報(光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した特性情報)を画像データとして取得する。ここでは、信号処理部2024とデータ処理部2026を含めて、処理部という。表示部2028は、データ処理部2026から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。以上のように、本例の被検体の情報取得装置は、本発明による電子デバイスと、光源と、処理部と、を有する。そして、電子デバイスは、光源から発した光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号に変換し、処理部は、電気信号を用いて被検体の情報を取得する。 図6(B)は、音響波の反射を利用した超音波エコー診断装置等の被検体情報取得装置を示したものである。プローブ(探触子)2122内の本発明の電気機械変換装置(CMUT)を含む電子デバイス2120から被検体2114へ送信された音響波は、反射体2116により反射される。電子デバイス2120は、反射された音響波(反射波)2118を受信して電気信号に変換し、信号処理部2124に出力する。信号処理部2124は、入力された電気信号に対して、A/D変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部2126へ出力する。データ処理部2126は、入力された信号を用いて被検体情報(音響インピーダンスの違いを反映した特性情報)を画像データとして取得する。ここでも、信号処理部2124とデータ処理部2126を含めて、処理部という。表示部2128は、データ処理部2126から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。以上のように、本例の被検体の情報取得装置は、本発明を用いて製造されたデバイスと、該電子デバイスが出力する電気信号を用いて被検体の情報を取得する処理部と、を有し、該電子デバイスは、被検体からの音響波を受信し、電気信号を出力する。
1a 基板の第一の面
1b 基板の第二の面
2 導電性材料(貫通配線)
13 貫通孔
Claims (12)
- 貫通配線を有する基板に素子を設けたデバイスの製造方法であって、
基板の第一の面側から該第一の面の反対側に位置する第二の面側に到達する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の内壁を含む前記基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、
前記内壁に形成された前記絶縁膜に接するように前記貫通孔に前記導電性材料を充填する工程と、
前記貫通孔に充填された導電性材料が前記基板表面の前記絶縁膜面を超えないように前記基板の第一の面側を研磨する工程と、
研磨された前記基板の前記第一の面側の導電性材料と接続する前記素子を形成する工程と、を有し、
前記貫通孔の幅を前記第二の面側に比して前記第一の面側で、小さくしたことを特徴とするデバイスの製造方法。 - 前記貫通孔の幅は、前記第二の面側よりも前記第一の面側で徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載のデバイスの製造方法。
- 前記貫通孔の内壁と前記第二の面とがなす角度をθとして、θは、60°≦θ≦88°の範囲内にあることを特徴とする請求項2に記載のデバイスの製造方法。
- 前記θは、75°≦θ≦85°の範囲内にあることを特徴とする請求項3に記載のデバイスの製造方法。
- 前記貫通孔の幅は、前記第二の面側より前記第一の面側に進むにつれて階段状に小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載のデバイスの製造方法。
- 前記導電性材料を充填する工程の後に前記貫通孔より突出した前記導電性材料を研磨する工程を更に有することを特徴とする請求項1に記載のデバイスの製造方法。
- 前記デバイスは、一対の電極を備えたセルを有し、前記一対の電極間の静電容量変化に基づき電気信号を得るトランスデューサであることを特徴とする請求項6に記載のデバイスの製造方法。
- 貫通配線を有する基板に素子を設けたデバイスであって、
基板の第一の面側から該第一の面の反対側に位置する第二の面側に到達する貫通孔と、
前記貫通孔の内壁を含み前記基板の第一の面側に位置する絶縁膜と、
前記内壁に接し前記貫通孔の内部を充填する導電性材料で形成された貫通配線と、
前記基板の前記第一の面側に設けられ、前記導電性材料に接続された前記素子と、を有し、
前記貫通孔の内部に形成された前記貫通配線が前記第一の面側の絶縁膜の面を超えないと共に、
前記貫通孔の幅を前記第二の面側に比して前記第一の面側で、小さくしたことを特徴とするデバイス。 - 前記素子は、一対の電極を備えたセルを有し、前記一対の電極間の静電容量変化に基づき電気信号を得るトランスデューサであることを特徴とする請求項8に記載のデバイス。
- 前記素子は、圧電型トランスデューサであることを特徴とする請求項8に記載のデバイス。
- 請求項9または10に記載のデバイスと、該デバイスが出力する電気信号を用いて被検体の情報を取得する処理部と、を有し、前記デバイスは前記被検体からの音響波を受信し、前記電気信号に変換することを特徴とする被検体情報取得装置。
- 光源をさらに有し、前記デバイスは、前記光源から射出された光が前記被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号に変換し、前記処理部は、前記デバイスからの前記電気信号を用いて前記被検体の情報を取得することを特徴とする請求項11に記載の被検体情報取得装置。
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US20170168025A1 (en) | 2017-06-15 |
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