JP4702164B2 - 超音波センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
これに対し、特許文献1においては、センサの動作中において、2つの電極間に所定電圧を印加することにより、センサの共振周波数を調整する方法が提案されている。この場合、強誘電体内に生じる自発分極の変化に伴って、剛性に関わる物性値(例えば膜応力、ヤング率)が変化し、共振周波数が変化する。しかしながら、電圧を印加し続けると分極の状態が徐々に変化するため、長期にわたって共振周波数を制御するのが困難である。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す断面図である。図2は、図1のA−A線に沿う断面図である。図3は、図1を圧電振動子側から見た平面図である。
次に、本発明の第2実施形態を、図7に基づいて説明する。図7は、本発明の第2実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す断面図である。
次に、本発明の第3実施形態を、図10に基づいて説明する。図10は、本発明の第3実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す断面図である。
110・・・基板
111・・・半導体基板
120・・・薄肉部
130・・・圧電振動子
131・・・圧電体薄膜
132・・・下部検出用電極
133・・・上部検出用電極
140・・・調整用電極
141・・・第1調整用電極
142・・・第2調整用電極
Claims (13)
- 一部に薄肉部が形成された基板と、
前記基板の厚さ方向において、2つの検出用電極間に圧電体薄膜を配置してなり、前記薄肉部上に形成された圧電振動子と、
メンブレン構造体を構成する前記薄肉部と前記圧電振動子のうち、前記薄肉部に所定電圧を印加するための調整用電極と、を備え、
前記基板は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の圧電振動子側の表面上に多層に積層配置された絶縁膜を含み、
前記調整用電極は、第1調整用電極と第2調整用電極を含み、
前記第1調整用電極は、前記半導体基板の圧電振動子側の表層において、前記第1導電型とは反対の、第2導電型の拡散領域として構成され、
前記第2調整用電極は、前記基板の厚さ方向において、前記絶縁膜に挟まれて配置され、
前記薄肉部の形成領域において、前記第1調整用電極を残して前記半導体基板が除去され、前記絶縁膜のうち、少なくとも前記半導体基板の表面に接する絶縁膜が除去され、前記第2調整用電極を含む前記メンブレン構造体と前記第1調整用電極とが離間されており、
前記第1調整用電極と前記第2調整用電極との間に印加された前記所定電圧に応じて、前記メンブレン構造体のばね定数が変化することを特徴とする超音波センサ。 - 前記半導体基板はシリコンからなり、
前記第1導電型は、N導電型であり、
前記第2導電型は、P導電型であることを特徴とする請求項1に記載の超音波センサ。 - 一部に薄肉部が形成された基板と、
前記基板の厚さ方向において、2つの検出用電極間に圧電体薄膜を配置してなり、前記薄肉部上に形成された圧電振動子と、
メンブレン構造体を構成する前記薄肉部と前記圧電振動子のうち、前記薄肉部に所定電圧を印加するための調整用電極と、を備え、
前記基板は、支持基板上に埋め込み絶縁膜を介して半導体層を配置してなる半導体基板と、前記半導体基板の圧電振動子側の表面上に多層に積層配置された絶縁膜を含み、
前記調整用電極は、第1調整用電極と第2調整用電極を含み、
前記第1調整用電極は、前記半導体層に不純物を導入することにより構成され、
前記第2調整用電極は、前記基板の厚さ方向において、前記絶縁膜に挟まれて配置され、
前記薄肉部の形成領域において、前記第1調整用電極を残して前記半導体基板が除去され、前記絶縁膜のうち、少なくとも前記半導体基板の表面に接する絶縁膜が除去され、前記第2調整用電極を含む前記メンブレン構造体と前記第1調整用電極とが離間されており、
前記第1調整用電極と前記第2調整用電極との間に印加された前記所定電圧に応じて、前記メンブレン構造体のばね定数が変化することを特徴とする超音波センサ。 - 前記基板の厚さ方向において、前記第1調整用電極の厚さが、前記メンブレン構造体の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項3に記載の超音波センサ。
- 一部に薄肉部が形成された基板と、
前記基板の厚さ方向において、2つの検出用電極間に圧電体薄膜を配置してなり、前記薄肉部上に形成された圧電振動子と、
メンブレン構造体を構成する前記薄肉部と前記圧電振動子のうち、前記薄肉部に所定電圧を印加するための調整用電極と、を備え、
前記基板は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の圧電振動子側の表面上に配置された絶縁膜を含み、
前記調整用電極は、前記半導体基板の圧電振動子側の表層において、前記第1導電型とは反対の、第2導電型の拡散領域として構成された第1調整用電極を含み、
前記薄肉部の形成領域において、前記第1調整用電極を残して前記半導体基板が除去され、前記絶縁膜のうち、少なくとも前記半導体基板の表面に接する絶縁膜が除去され、前記メンブレン構造体と前記第1調整用電極とが離間されており、
前記2つの検出用電極の一方である基板側の下部検出用電極と前記第1調整用電極との間に印加された前記所定電圧に応じて、前記メンブレン構造体のばね定数が変化することを特徴とする超音波センサ。 - 前記半導体基板はシリコンからなり、
前記第1導電型は、N導電型であり、
前記第2導電型は、P導電型であることを特徴とする請求項5に記載の超音波センサ。 - 前記下部検出用電極は、単結晶シリコンに不純物を導入してなることを特徴とする請求項6に記載の超音波センサ。
- 前記基板の厚さ方向において、前記第1調整用電極の厚さが、前記メンブレン構造体の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項5〜7いずれか1項に記載の超音波センサ。
- 前記メンブレン構造体が複数形成されており、
前記メンブレン構造体を構成する前記薄肉部ごとに前記所定電圧を印加できることを特徴とする請求項1〜8いずれか1項に記載の超音波センサ。 - 前記所定電圧の印加により、複数の前記メンブレン構造体の共振周波数が同一の周波数に調整されていることを特徴とする請求項9に記載の超音波センサ。
- 基板の厚さ方向において2つの検出用電極間に圧電体薄膜が配置された圧電振動子を、前記基板に形成された薄肉部上に配置してなる超音波センサの製造方法であって、
前記基板を構成するN導電型の第1シリコン基板の、圧電振動子側の表層に、前記薄肉部に所定電圧を印加するための第1調整用電極として、P導電型の拡散領域を形成する第1調整用電極形成工程と、
前記第1調整用電極形成工程後、前記薄肉部が形成される前記基板の部位上に、絶縁膜を介して、下部検出用電極、圧電体薄膜、上部検出用電極の順に積層してなる前記圧電振動子を形成する振動子形成工程と、
前記第1シリコン基板の圧電振動子側表面の裏面から強アルカリ液によるエッチング処理を実施し、前記薄肉部の形成領域において、前記第1調整用電極を残して前記第1シリコン基板を除去するエッチング工程と、
前記薄肉部の形成領域において、前記絶縁膜のうち、少なくとも前記第1シリコン基板の表面に接する絶縁膜を除去して、前記メンブレン構造体と前記第1調整用電極とを離間させる離間工程を備えることを特徴とする超音波センサの製造方法。 - 前記振動子形成工程の前に、前記第1調整用電極との間で、前記薄肉部に所定電圧の印加が可能な第2調整用電極を、前記第1調整用電極が形成された前記第1シリコン基板の表面上に、前記基板の厚さ方向において、多層に積層された前記絶縁膜間に挟まれる態様で形成する第2調整電極形成工程を備えることを特徴とする請求項11に記載の超音波センサの製造方法。
- 前記振動子形成工程の前に、前記第1調整用電極が形成された前記第1シリコン基板に対し、表面に前記絶縁膜としてシリコン酸化膜の形成された第2シリコン基板を、前記圧電振動子側表面と前記シリコン酸化膜形成面が接触するように貼り合せる貼り合せ工程を備え、
前記振動子形成工程において、前記第2シリコン基板に不純物を導入し、前記第1調整用電極との間で、前記薄肉部に所定電圧の印加が可能な前記下部検出用電極を形成することを特徴とする請求項11に記載の超音波センサの製造方法。
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