JP6362741B2

JP6362741B2 - Electromechanical transducer and method for manufacturing the same

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Publication number: JP6362741B2
Application number: JP2017137178A
Authority: JP
Inventors: 冨吉　俊夫; 俊夫冨吉; 虎島　和敏; 和敏虎島; 貴弘秋山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: JP2017208845A

Description

本発明は、電気機械変換装置及びその作製方法に関する。特に、超音波トランスデューサとして用いられる電気機械変換装置及びその作製方法に関する。 The present invention relates to an electromechanical transducer and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to an electromechanical transducer used as an ultrasonic transducer and a manufacturing method thereof.

マイクロマシニング技術によって作製されるＣＭＵＴ（ＣａｐａｃｉｔｉｖｅＭｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）等の電気機械変換装置は、圧電素子の代替品として研究されている。このような静電容量型の電気機械変換装置は、振動膜の振動により超音波を送信、受信することができる。 Electromechanical transducers such as CMUTs (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers) produced by micromachining technology have been studied as alternatives to piezoelectric elements. Such a capacitance-type electromechanical transducer can transmit and receive ultrasonic waves by vibration of the vibrating membrane.

ＣＭＵＴの作製方法として、特許文献１には、犠牲層エッチングによりキャビティを作製する方法が記載されている。特許文献１では、上部電極が犠牲層エッチング時にエッチングされないようにするために、第一のメンブレンと第二のメンブレンとの間に第二の電極を形成し、犠牲層をエッチングする。 As a CMUT manufacturing method, Patent Document 1 describes a method of manufacturing a cavity by sacrificial layer etching. In Patent Document 1, in order to prevent the upper electrode from being etched during the sacrifice layer etching, a second electrode is formed between the first membrane and the second membrane, and the sacrifice layer is etched.

米国特許出願公開第２００５／０１７７０４５号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0177045

特許文献１に記載の作製方法のように、ＣＭＵＴは、基板上に下部電極や絶縁膜、上部電極、メンブレンが順次繰り返し積層される。この複数膜の成膜の際、膜の厚みがばらつくことが考えられる。膜の厚みがセル毎、素子毎にばらつくと、セル毎、素子毎に周波数特性が変わってしまう。そこで、本発明は、セル毎、素子毎の周波数特性のばらつきを低減することを目的とする。 As in the manufacturing method described in Patent Document 1, in the CMUT, a lower electrode, an insulating film, an upper electrode, and a membrane are sequentially laminated on a substrate. It is conceivable that the thickness of the film varies during the formation of the plurality of films. If the thickness of the film varies from cell to cell and from device to device, the frequency characteristics change from cell to cell and from device to device. Therefore, an object of the present invention is to reduce variation in frequency characteristics for each cell and each element.

本発明の電気機械変換装置は、基板と、前記基板上に形成された第一の電極と、前記第一の電極と間隙を隔てて形成されたメンブレンと、前記メンブレン上に形成され前記第一の電極と対向する第二の電極と、を有する振動膜と、を備える電気機械変換装置であって、前記第一の電極は、表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下である。 The electromechanical transducer of the present invention includes a substrate, a first electrode formed on the substrate, a membrane formed with a gap from the first electrode, and the first electrode formed on the membrane. An electromechanical transducer including a vibrating membrane having a second electrode facing the electrode, wherein the first electrode has a root mean square value of surface roughness of 6 nm or less.

本発明の電気機械変換装置の作製方法は、基板上に第一の電極を形成する工程と、前記第一の電極上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上にメンブレンを形成する工程と、前記メンブレン上に第二の電極を形成する工程と、前記メンブレンにエッチングホールを形成し、前記エッチングホールを介して前記犠牲層を除去する工程と、と、を有し、前記第一の電極の表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下となるよう前記第一の電極を形成する。 The method for producing an electromechanical transducer of the present invention includes a step of forming a first electrode on a substrate, a step of forming a sacrificial layer on the first electrode, and a step of forming a membrane on the sacrificial layer And forming a second electrode on the membrane; and forming an etching hole in the membrane and removing the sacrificial layer through the etching hole; and The first electrode is formed so that the root mean square value of the surface roughness of the electrode is 6 nm or less.

本発明により、第一の電極の表面状態を適正化することで、セル毎、素子毎の周波数特性のばらつきを低減することができる。 By optimizing the surface state of the first electrode according to the present invention, it is possible to reduce variation in frequency characteristics for each cell and each element.

本発明の実施例１が適用できる電気機械変換装置を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the electromechanical converter which can apply Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の適用できる電気機械変換装置の作製方法を説明するため工程図である。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the electromechanical converter which can apply Example 1 of this invention. （ａ）第一の電極の膜厚と表面粗さとの関係を示したグラフ。（ｂ）振動膜の振動特性と第一の電極の表面粗さとの関係を示したグラフ。(A) The graph which showed the relationship between the film thickness of 1st electrode, and surface roughness. (B) A graph showing the relationship between the vibration characteristics of the vibrating membrane and the surface roughness of the first electrode. （ａ）本発明の実施例２が適用できる電気機械変換装置を説明するための模式図である。(A) It is a schematic diagram for demonstrating the electromechanical converter which can apply Example 2 of this invention.

本発明の発明者らは、振動膜の周波数特性が、基板上に形成される各層の厚みばらつきにより変わってくることに着目した。特に、素子を作製する初期の工程である第一の電極の成膜工程が重要であることを着目した。複数の膜を積層して作製される電気機械変換装置は、第一の電極の形成工程以降の工程では、第一の電極の表面形状を反映した表面形状の膜を得ることができる。この点から、本発明者らは、第一の電極の表面粗さと振動膜の周波数特性とが、一定の関係にあることを見出した。 The inventors of the present invention have focused on the fact that the frequency characteristics of the vibration film vary depending on the thickness variation of each layer formed on the substrate. In particular, the focus was on the importance of the first electrode film forming process, which is an initial process for fabricating the device. An electromechanical transducer manufactured by laminating a plurality of films can obtain a film having a surface shape reflecting the surface shape of the first electrode in the steps after the first electrode forming step. From this point, the present inventors have found that the surface roughness of the first electrode and the frequency characteristic of the vibrating membrane have a certain relationship.

この関係より、本発明は、第一の電極の表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下であることを特徴とする。以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 From this relationship, the present invention is characterized in that the root mean square value of the surface roughness of the first electrode is 6 nm or less. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（電気機械変換装置の構成）
図１（ａ）は、本発明の電気機械変換装置の１つの素子１の上面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の一点鎖線で囲まれたセル構造２におけるＡ−Ｂ断面図を示している。本実施形態の素子１は、電気的に接続された複数のセル構造２を有する。図１（ａ）では、１つの素子１のみ記載しているが、複数の素子１で構成しても構わない。また、図１（ａ）では、素子１は、９個のセル構造２を配列して構成されているが、個数はいくつであっても構わない。また、セル構造が正方格子状に配列されているが、千鳥に配列されていてもよくどのように配置されていても良い。セル構造の形状は、図１では円形であるが、四角形または六角形などであっても構わない。 (Configuration of electromechanical converter)
FIG. 1A is a top view of one element 1 of the electromechanical transducer of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AB in the cell structure 2 surrounded by the one-dot chain line in FIG. The element 1 of the present embodiment has a plurality of cell structures 2 that are electrically connected. Although only one element 1 is shown in FIG. 1A, a plurality of elements 1 may be used. Further, in FIG. 1A, the element 1 is configured by arranging nine cell structures 2, but any number may be used. Further, although the cell structures are arranged in a square lattice pattern, they may be arranged in a zigzag manner and may be arranged in any manner. The shape of the cell structure is circular in FIG. 1, but may be a quadrangle or a hexagon.

図１（ｂ）はセル構造２における断面図を示している。セル構造２は、基板１１、基板１１上に形成される第一の絶縁膜１２、第一の電極１３、第二の絶縁膜１４を有する。さらに、セル構造２は、第一のメンブレン１６と第二の電極１７と第二のメンブレン１８とで構成される振動膜を有している。第一のメンブレン１６は、間隙側（キャビティ１５側）のメンブレンであり、メンブレン支持部１９により支持されている。第二のメンブレン１８は、キャビティ１５とは反対側のメンブレンである。振動膜は、第二の絶縁膜と間隙であるキャビティ１５を隔てて配置されている。第一の電極１３と第二の電極１７とはキャビティを隔てて対向しており、第一の電極１３と第二の電極１７との間には、不図示の電圧印加手段により電圧が印加される。 FIG. 1B shows a cross-sectional view of the cell structure 2. The cell structure 2 includes a substrate 11, a first insulating film 12 formed on the substrate 11, a first electrode 13, and a second insulating film 14. Further, the cell structure 2 has a vibration film composed of a first membrane 16, a second electrode 17, and a second membrane 18. The first membrane 16 is a gap side (cavity 15 side) membrane and is supported by a membrane support portion 19. The second membrane 18 is a membrane on the side opposite to the cavity 15. The vibration film is disposed so as to be separated from the second insulating film by a cavity 15 that is a gap. The first electrode 13 and the second electrode 17 are opposed to each other with a cavity therebetween, and a voltage is applied between the first electrode 13 and the second electrode 17 by a voltage application unit (not shown). The

また、電気機械変換装置は、引き出し配線６を用いることで、第二の電極１７から素子毎に電気信号を引き出すことができる。ただし、本実施形態では、引き出し配線６により電気信号を引き出しているが、貫通配線等を用いてもよい。また、本実施の形態では、第一の電極１３、第二の電極１７ともに素子毎に配置しているが、第一の電極１３と第二の電極１７のどちらか一方を共通電極としても良い。共通電極とは、複数の素子を有する場合に、複数の素子全てで電気的に接続されている電極を示す。この場合においても、第一の電極１３と第二の電極１７のうちどちらか一方が素子毎に分離されていれば、素子毎の電気信号を取り出すことができる。 In addition, the electromechanical conversion device can extract an electrical signal from the second electrode 17 for each element by using the lead wiring 6. However, in the present embodiment, an electrical signal is drawn out by the lead-out wiring 6, but a through wiring or the like may be used. In the present embodiment, both the first electrode 13 and the second electrode 17 are arranged for each element, but either the first electrode 13 or the second electrode 17 may be a common electrode. . The common electrode refers to an electrode that is electrically connected to all of the plurality of elements when the plurality of elements are included. Even in this case, if one of the first electrode 13 and the second electrode 17 is separated for each element, an electrical signal for each element can be extracted.

（電気機械変換装置の駆動原理）
本発明の駆動原理を説明する。電気機械変換装置で超音波を受信する場合、図示しない電圧印加手段で、第一の電極と第二の電極との間に電位差が生じるように、第一の電極１３に直流電圧を印加しておく。超音波を受信すると、第二の電極１７を有する振動膜が撓むため、第二の電極１７と第一の電極１３との間隔（キャビティ１５の深さ方向の距離）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６に電流が流れる。この電流を図示しない電流−電圧変換素子によって電圧に変換し、超音波の受信信号とする。上述したように、引き出し配線の構成を変更することによって、第二の電極１７に直流電圧を印加し、第一の電極１３から素子毎に電気信号を引き出してもよい。 (Driving principle of electromechanical converter)
The driving principle of the present invention will be described. When receiving an ultrasonic wave by the electromechanical transducer, a direct current voltage is applied to the first electrode 13 by a voltage application unit (not shown) so that a potential difference is generated between the first electrode and the second electrode. deep. When the ultrasonic wave is received, the vibration film having the second electrode 17 is bent, so that the distance between the second electrode 17 and the first electrode 13 (distance in the depth direction of the cavity 15) is changed, and the capacitance is changed. Changes. Due to this change in capacitance, a current flows through the lead-out wiring 6. This current is converted into a voltage by a current-voltage conversion element (not shown) to obtain an ultrasonic reception signal. As described above, a DC voltage may be applied to the second electrode 17 by changing the configuration of the lead wiring, and an electrical signal may be drawn from the first electrode 13 for each element.

また、超音波を送信する場合、第一の電極１３に直流電圧を、第二の電極１７に交流電圧を印加し、静電気力によって振動膜を振動させることができる。この振動によって、超音波を送信することができる。超音波を送信する場合も、引き出し配線の構成を変更することによって、第二の電極１７に直流電圧を、第一の電極１３に交流電圧を印加し、振動膜を振動させてもよい。また、第一の電極あるいは、第二の電極に直流電圧と交流電圧を印加し、静電気力によって振動膜を振動させることもできる。 Moreover, when transmitting an ultrasonic wave, a DC voltage can be applied to the 1st electrode 13, an AC voltage can be applied to the 2nd electrode 17, and a vibrating membrane can be vibrated by an electrostatic force. Ultrasound can be transmitted by this vibration. Also in the case of transmitting ultrasonic waves, the vibrating membrane may be vibrated by applying a DC voltage to the second electrode 17 and an AC voltage to the first electrode 13 by changing the configuration of the lead wiring. Further, it is possible to apply a DC voltage and an AC voltage to the first electrode or the second electrode, and to vibrate the vibrating membrane by electrostatic force.

（振動膜の周波数特性と第一の電極の表面粗さとの関係）
上述したように、本発明は、第一の電極の表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下であることを特徴とする。以降では、振動膜の周波数特性と第一の電極の表面粗さとの関係について図３を用いて説明する。ここでいう表面粗さは、ＡＦＭ（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）を用いて測定し、その値はＲｍｓ（ＲｏｕｇｈｎｅｓｓＲｏｏｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ：二乗平均平方根粗さ）で示すものとする。Ｒｍｓの測定面積は、５μｍ×５μｍである。また、測定の際に用いたＡＦＭは、ＶＥＥＣＯＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製ＮａｎｏｓｃｏｐｅＤｉｍｅｎｓｉｏｎ３０００である。また、測定対象の電気機械変換装置は、第一の電極１３の厚みを変化させた以外は、後述の実施例１の電気機械変換装置と同様の構成である。 (Relationship between frequency characteristics of diaphragm and surface roughness of first electrode)
As described above, the present invention is characterized in that the root mean square value of the surface roughness of the first electrode is 6 nm or less. Hereinafter, the relationship between the frequency characteristics of the vibrating membrane and the surface roughness of the first electrode will be described with reference to FIG. The surface roughness referred to here is measured using an AFM (Atomic Force Microscope), and the value is represented by Rms (Roughness Root Mean Square). The measurement area of Rms is 5 μm × 5 μm. The AFM used for the measurement is Nanoscope Dimension 3000 manufactured by VEECO Instruments. The electromechanical transducer to be measured has the same configuration as the electromechanical transducer of Example 1 described later except that the thickness of the first electrode 13 is changed.

図３（ａ）は、第一の電極１３の電極としてチタンを用い、第一の電極１３の膜厚と表面粗さとの関係を示したグラフである。ＲＦパワーを５５０Ｗと固定し、チタンの膜厚を５０ｎｍから２００ｎｍまで増加させて、Ｒｍｓを測定した結果を示している。図３（ｂ）は、振動膜の周波数特性と第一の電極１３の表面粗さとの関係を示したグラフである。図３（ａ）と同様にチタンの膜厚を５０ｎｍから２００ｎｍまで増加させて、振動膜の周波数特性を測定した際の結果を示している。 FIG. 3A is a graph showing the relationship between the film thickness of the first electrode 13 and the surface roughness, using titanium as the electrode of the first electrode 13. The results of measuring Rms with the RF power fixed at 550 W and the titanium film thickness increased from 50 nm to 200 nm are shown. FIG. 3B is a graph showing the relationship between the frequency characteristics of the diaphragm and the surface roughness of the first electrode 13. The result when the film thickness of titanium was increased from 50 nm to 200 nm as in FIG.

図３（ｂ）では、周波数特性のばらつきを評価するにあたって、Ｑ値との関係を示している。Ｑ値とは、振動の状態を現す無次元数である。振動膜の共振周波数を半値幅で割った値であり、その値が高いほどアレイ化したセル構造２の個々の振動膜の周波数特性が揃っていることを示している。すなわちセル構造２の振動膜の形状および電極間距離などにばらつきが少ないことを示している。 FIG. 3B shows the relationship with the Q value in evaluating the variation in frequency characteristics. The Q value is a dimensionless number that represents the state of vibration. The value obtained by dividing the resonance frequency of the diaphragm by the half width, and the higher the value, the more the frequency characteristics of the individual diaphragms of the cell structure 2 arrayed. That is, there is little variation in the shape of the diaphragm of the cell structure 2 and the distance between the electrodes.

周波数特性はＡｇｉｌｅｎｔ社製インピーダンスアナライザー４２９４Ａを用いて測定した。その結果、Ｑ値は、第一の電極の表面粗さが６ｎｍ以下では２００以上の高い値を示しており、６ｎｍより大きな範囲では、急激にＱ値が減少している。Ｑ値が２００以上の領域で一部傾きの異なる曲線になっているのは、インピーダンスアナライザーの分解能が十分ではないためだと思われる。 The frequency characteristic was measured using an impedance analyzer 4294A manufactured by Agilent. As a result, the Q value shows a high value of 200 or more when the surface roughness of the first electrode is 6 nm or less, and the Q value rapidly decreases in a range larger than 6 nm. The reason why the curve has a partially different slope in the region where the Q value is 200 or more seems to be because the resolution of the impedance analyzer is not sufficient.

図３（ｂ）より、周波数特性のばらつきが小さい振動膜を得るには、第一の電極の表面粗さが重要であり、その表面粗さが６ｎｍ以下の範囲と６ｎｍより大きな範囲とでは、Ｑ値が大きく変化することが分かった。この関係は、第一の電極の材料によらない。以上より、第一の電極の表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下であることにより、セル毎、素子毎に周波数特性ばらつきの少ない振動膜とすることができる。また、第一の電極の表面粗さは小さければ小さいほどよい。 As shown in FIG. 3B, the surface roughness of the first electrode is important for obtaining a diaphragm having a small variation in frequency characteristics. In the range where the surface roughness is 6 nm or less and the range where the surface roughness is larger than 6 nm, It was found that the Q value changed greatly. This relationship does not depend on the material of the first electrode. As described above, when the root mean square value of the surface roughness of the first electrode is 6 nm or less, it is possible to obtain a vibration film with little variation in frequency characteristics for each cell and each element. Further, the smaller the surface roughness of the first electrode, the better.

また、第一の電極としてチタンを用いた場合、図３（ａ）で示したように、膜厚を変化させると、チタン厚が１００ｎｍ近傍で変曲点を示し、表面粗さが急に増加している。また、チタン厚が２００ｎｍ近傍でもまた変曲点を持ち、表面粗さの増加が鈍くなっている結果が得られている。これは、成膜メカニズムにおいて、成膜面はある膜厚以下では２次元成長し、急に３次元成長へと移行し、２次元及び３次元成長の混在した成長が行われると思われる。この傾向は、チタンだけでなく、ＴｉＷなどチタンを含む合金も同様の物性を示す。この結果より、本発明の第一の電極としてチタン又はチタンを含む合金を用いた場合、膜厚は１００ｎｍ以下であることが好ましい。また、成膜の際、アイランド状から膜状になるのは、膜厚１０ｎｍ以上であるため、チタンの膜厚の下限値としては１０ｎｍ以上であることが好ましい。よって、本発明の第一の電極は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みが好ましい。 When titanium is used as the first electrode, as shown in FIG. 3A, when the film thickness is changed, the titanium thickness shows an inflection point in the vicinity of 100 nm, and the surface roughness suddenly increases. doing. Moreover, even when the titanium thickness is around 200 nm, there is an inflection point, and the increase in surface roughness is slow. This is because, in the film formation mechanism, the film formation surface grows two-dimensionally below a certain film thickness, suddenly shifts to three-dimensional growth, and growth in which two-dimensional and three-dimensional growth are mixed is performed. This tendency shows not only titanium but also titanium-containing alloys such as TiW have similar physical properties. From this result, when titanium or an alloy containing titanium is used as the first electrode of the present invention, the film thickness is preferably 100 nm or less. In addition, when the film is formed, the island shape is changed to a film shape with a film thickness of 10 nm or more. Therefore, the lower limit value of the titanium film thickness is preferably 10 nm or more. Therefore, the thickness of the first electrode of the present invention is preferably 10 nm or more and 100 nm or less.

（電気機械変換装置の作製方法）
次に、本発明の電気機械変換装置の作製方法について図２を用いて説明する。図２は、図１（ａ）（ｂ）に示した電気機械変換装置を作製するための工程図である。図２（ａ）に示すように基板１１上に第一の絶縁膜１２を形成する。基板１１がシリコン基板のような導電性を有する基板の場合、第一の絶縁膜１２は基板１１と第一の電極１３との絶縁を目的として形成している。よって、基板１１がガラス基板のような絶縁性基板の場合、絶縁膜１２は必要としない。基板１１は、できる限り表面粗さの小さな基板が望ましい。 (Method for producing electromechanical transducer)
Next, a method for manufacturing the electromechanical conversion device of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a process diagram for manufacturing the electromechanical transducer shown in FIGS. As shown in FIG. 2A, a first insulating film 12 is formed on the substrate 11. When the substrate 11 is a conductive substrate such as a silicon substrate, the first insulating film 12 is formed for the purpose of insulation between the substrate 11 and the first electrode 13. Therefore, when the substrate 11 is an insulating substrate such as a glass substrate, the insulating film 12 is not necessary. The substrate 11 is desirably a substrate having a surface roughness as small as possible.

次に、図２（ｂ）に示すように、第一の絶縁膜上に第一の電極１３を形成する。上述したように、第一の電極１３は、表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下となるように形成する。積層により作製する方法では、膜の表面粗さは次の膜へと反映されるため、初期工程における表面粗さを小さく抑制することは重要である。特に表面粗さが大きくなりやすい金属膜の成膜工程において、表面粗さを小さくすることにより特性ばらつきを抑制することが重要である。本発明では、第一の電極１３を上記表面粗さの範囲で作製することにより、本工程以降の工程において、積層膜に次々に表面粗さが反映されたとしても、振動膜の周波数特性のばらつきが大きくなることを抑制することができる。第一の電極１３の材料としては、高い導電性、高温耐性、高い平滑性を有するチタン、チタン合金等が好ましい。 Next, as shown in FIG. 2B, the first electrode 13 is formed on the first insulating film. As described above, the first electrode 13 is formed so that the root mean square value of the surface roughness is 6 nm or less. In the method of manufacturing by stacking, since the surface roughness of the film is reflected in the next film, it is important to suppress the surface roughness in the initial step to be small. In particular, in the metal film forming process in which the surface roughness tends to increase, it is important to suppress variation in characteristics by reducing the surface roughness. In the present invention, by producing the first electrode 13 within the range of the surface roughness, even if the surface roughness is reflected on the laminated film one after another in the steps after this step, the frequency characteristics of the vibrating membrane are improved. An increase in variation can be suppressed. As a material of the first electrode 13, titanium, titanium alloy, or the like having high conductivity, high temperature resistance, and high smoothness is preferable.

次に、図２（ｃ）に示すように、第一の電極上に第二の絶縁膜１４を形成する。第二の絶縁膜１４は、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と第二の電極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。低電圧で駆動する場合は、第一のメンブレンが絶縁体であるため、第二の絶縁膜１４は形成しなくともよい。第二の絶縁膜１４の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各素子間でばらついてしまうため、第二の絶縁膜も表面粗さが小さい材料が望ましい。例えば、窒化シリコン膜、シリコン酸化膜等である。 Next, as shown in FIG. 2C, a second insulating film 14 is formed on the first electrode. The second insulating film 14 is for preventing an electrical short circuit or dielectric breakdown between the first electrode and the second electrode when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Form. In the case of driving at a low voltage, the first membrane is an insulator, so the second insulating film 14 need not be formed. When the surface roughness of the second insulating film 14 is large, the distance between the first electrode and the second electrode due to the surface roughness varies between cells and between elements. However, a material having a small surface roughness is desirable. For example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, or the like.

次に、図２（ｄ）に示すように、第二の絶縁膜上に犠牲層２５を形成する。犠牲層２５は、キャビティの形状（深さ）を決定する一つとなるため、エッチング時に粒界や結晶異方性の影響が少ない材料であり、さらに他の構成材料とのエッチング選択性が高い材料が望ましい。また、エッチング時間を短くするために、エッチング速度の速い材料が望ましい。また、表面粗さが小さい材料が望ましい。第一の電極と同様に、犠牲層の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各素子間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい犠牲層が望ましい。例えば、クロム、モリブデンなどである。 Next, as shown in FIG. 2D, a sacrificial layer 25 is formed on the second insulating film. Since the sacrificial layer 25 is one that determines the shape (depth) of the cavity, the sacrificial layer 25 is a material that is less affected by grain boundaries and crystal anisotropy at the time of etching, and a material that has high etching selectivity with other constituent materials. Is desirable. In order to shorten the etching time, a material having a high etching rate is desirable. A material having a small surface roughness is desirable. As with the first electrode, when the surface roughness of the sacrificial layer is large, the distance between the first electrode and the second electrode due to the surface roughness varies between cells and between elements. A sacrificial layer with low roughness is desirable. For example, chromium, molybdenum and the like.

次に、図２（ｅ）に示すように、犠牲層上に第一のメンブレン１６を形成する。メンブレン支持部は、この第一のメンブレン１６と同一工程により形成される。第一のメンブレン１６は、低い引張り応力が望ましい。例えば、０ＭＰａより大きく３００ＭＰａ以下の引張り応力がよい。窒化シリコン膜はＰＥ−ＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：気相化学成膜）法を用いて応力制御が可能であり、低い引張り応力を得ることができる。第一のメンブレン１６が圧縮応力を有する場合、スティッキングあるいは座屈を引き起こし、振動膜が大きく変形する可能性がある。スティッキングとは、第一のメンブレン１６が第一の電極側に付着してしまうことである。また、大きな引張り応力の場合、第一のメンブレンが破壊されることもある。従って、第一のメンブレン１６は、低い引張り応力が望ましい。 Next, as shown in FIG. 2E, a first membrane 16 is formed on the sacrificial layer. The membrane support portion is formed by the same process as the first membrane 16. The first membrane 16 desirably has a low tensile stress. For example, a tensile stress greater than 0 MPa and less than or equal to 300 MPa is good. The silicon nitride film can be stress-controlled using a PE-CVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method, and a low tensile stress can be obtained. When the first membrane 16 has a compressive stress, sticking or buckling is caused, and the vibration film may be greatly deformed. Sticking means that the first membrane 16 adheres to the first electrode side. In addition, in the case of a large tensile stress, the first membrane may be broken. Therefore, the first membrane 16 desirably has a low tensile stress.

次に、図２（ｆ）に示すように、第二の電極１７を形成し、さらにエッチングホール（不図示）を形成する。その後、エッチングホールを介して、犠牲層２５を除去しキャビティを形成する。第二の電極１７は、残留応力が小さく、耐熱性、犠牲層エッチングに対するエッチング耐性を有する材料が望ましい。また、後工程の第二のメンブレンを成膜する際の温度等によって、変質、応力の増加を引き起こさない材料が望ましい。また、エッチング選択比が小さい場合、犠牲層をエッチングする際に、第二の電極１７を保護必要があり、ばらつきの原因となる。したがって犠牲層エッチングにおける耐性を有する材料が望ましい。例えば、チタンまたはチタンの合金等である。 Next, as shown in FIG. 2F, a second electrode 17 is formed, and further an etching hole (not shown) is formed. Thereafter, the sacrificial layer 25 is removed through the etching hole to form a cavity. The second electrode 17 is preferably made of a material having low residual stress, heat resistance, and etching resistance against sacrificial layer etching. In addition, a material that does not cause alteration or increase in stress depending on the temperature at the time of forming the second membrane in the subsequent process is desirable. Further, when the etching selection ratio is small, it is necessary to protect the second electrode 17 when the sacrificial layer is etched, which causes variation. Therefore, a material having resistance to sacrificial layer etching is desirable. For example, titanium or an alloy of titanium.

次に、図２（ｇ）に示すように、第二のメンブレン１８を形成する。本工程では、第二のメンブレン１８を形成する工程と、エッチングホールを封止する工程とを同一工程で行う。つまり、本工程により、第二の電極上（第二の電極のキャビティとは反対側の面上）に第二のメンブレン１８を形成することで、所望のばね定数を有する振動膜を形成することができ、エッチングホールを封止する封止部を形成することができる。 Next, as shown in FIG. 2G, the second membrane 18 is formed. In this step, the step of forming the second membrane 18 and the step of sealing the etching hole are performed in the same step. That is, by this process, the second membrane 18 is formed on the second electrode (on the surface opposite to the cavity of the second electrode), thereby forming a vibration film having a desired spring constant. And a sealing portion for sealing the etching hole can be formed.

第二のメンブレン１８を形成した後に、エッチングホールを形成し、エッチングホールを封止した場合、エッチングホールを封止するための膜が第二のメンブレン上に堆積する。この堆積した膜を除去するために、エッチングを行うと振動膜の厚さばらつきや応力ばらつきが発生する。一方、本工程のように、エッチングホールの封止工程と第二のメンブレン１８を形成する工程が同じであるため、振動膜は成膜工程だけで形成することができる。 When the etching hole is formed after the second membrane 18 is formed and the etching hole is sealed, a film for sealing the etching hole is deposited on the second membrane. When etching is performed to remove the deposited film, variations in the thickness and stress of the vibration film occur. On the other hand, since the process of sealing the etching hole and the process of forming the second membrane 18 are the same as in this process, the vibration film can be formed only by the film forming process.

また、第二のメンブレン１８は、低い引張り応力を有する材料が望ましい。第一のメンブレン１６と同様に、第二のメンブレン１８が圧縮応力を有する場合、第一のメンブレン１６がスティッキングあるいは座屈を引き起こし、大きく変形する可能性がある。また、大きな引張り応力の場合、第二のメンブレン１８が破壊されることもある。従って、第二のメンブレン１８は、低い引張り応力が望ましい。窒化シリコン膜はＰＥ−ＣＶＤを用いて応力制御が可能であり、低い引張り応力を得ることができる。 The second membrane 18 is preferably made of a material having a low tensile stress. Similar to the first membrane 16, when the second membrane 18 has a compressive stress, the first membrane 16 may cause sticking or buckling, and may be greatly deformed. Further, in the case of a large tensile stress, the second membrane 18 may be broken. Therefore, the second membrane 18 desirably has a low tensile stress. The silicon nitride film can be stress-controlled using PE-CVD, and a low tensile stress can be obtained.

本工程の後、図示しない工程により、第一の電極や第二の電極から電気的接続をし易いように引き出し配線を形成する。配線材料は導電性が高くアセンブリに適した材料が望ましく、例えばアルミ等である。 After this step, a lead-out wiring is formed by a step (not shown) so as to facilitate electrical connection from the first electrode and the second electrode. The wiring material is preferably a highly conductive material suitable for assembly, such as aluminum.

本作製方法により電気機械変換装置を作製することによって、振動膜の周波数特性のばらつきを低減することができる。また、この作製方法で作製した電気機械変換装置は、振動膜を成膜工程のみで形成することができるため、振動膜の厚みばらつきを低減できるため、電気機械変換装置のセル毎、素子毎の感度、帯域のばらつきを低減することができる。 By producing an electromechanical transducer by this production method, variation in frequency characteristics of the diaphragm can be reduced. In addition, since the electromechanical conversion device manufactured by this manufacturing method can form the vibration film only by the film forming process, the thickness variation of the vibration film can be reduced. Therefore, for each cell and element of the electromechanical conversion device Variations in sensitivity and bandwidth can be reduced.

（本発明の好ましい形態）
本発明において基板は、半導体基板、ガラス基板、セラミックス基板並びにそれらの複合的基板等、どのような基板を用いても良い。基板１１がガラス基板などの絶縁体である場合、第一の絶縁膜１２は無くても構わない。特に本発明では、上述したように、基板１１としてシリコン基板を用い、第一の絶縁膜１２として熱酸化膜を用いることが好ましい。特に平滑性の高い基板として熱酸化膜を有するシリコン基板が好ましい。 (Preferred form of the present invention)
In the present invention, any substrate such as a semiconductor substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, or a composite substrate thereof may be used as the substrate. When the substrate 11 is an insulator such as a glass substrate, the first insulating film 12 may be omitted. In particular, in the present invention, as described above, it is preferable to use a silicon substrate as the substrate 11 and a thermal oxide film as the first insulating film 12. In particular, a silicon substrate having a thermal oxide film is preferable as a highly smooth substrate.

第一の電極１３は、チタンもしくはチタンの合金を用いることが好ましい。スパッタ装置においてＲＦパワーを制御することで、第一の電極に用いられるチタン膜の表面粗さを精度よく制御することができる。チタンは高い熱耐性を有しているため、以降の工程において高温による変形や変質などを防止することができる。また、積層工程によって表面粗さは次の膜へと反映されるため、初期工程における表面粗さを小さく抑制することは重要である。 The first electrode 13 is preferably made of titanium or a titanium alloy. By controlling the RF power in the sputtering apparatus, the surface roughness of the titanium film used for the first electrode can be accurately controlled. Since titanium has high heat resistance, it can prevent deformation and alteration due to high temperatures in the subsequent steps. Further, since the surface roughness is reflected in the next film by the lamination process, it is important to suppress the surface roughness in the initial process to be small.

第二の絶縁膜１４は、酸化シリコンが好ましい。ＰＥ−ＣＶＤで形成された酸化シリコン膜は、絶縁性や平滑性が高く、またステップカバレッジ性に優れている。第一の電極１３と第二の電極１７との間には、高電圧が印加されるため、絶縁性やステップカバレッジ性に優れた酸化シリコン膜は、以降の工程に小さな表面粗さを提供することもできるため、望ましい。 The second insulating film 14 is preferably silicon oxide. A silicon oxide film formed by PE-CVD has high insulation and smoothness, and excellent step coverage. Since a high voltage is applied between the first electrode 13 and the second electrode 17, the silicon oxide film excellent in insulation and step coverage provides a small surface roughness for subsequent processes. This is desirable because it can be used.

第一のメンブレン１６と第二のメンブレン１８は窒化シリコンが好ましい。ＰＥ―ＣＶＤ法を用いて形成された窒化シリコン膜は、一般的に引っ張り応力を得ることができる。窒化シリコン膜の残留応力による振動膜の大きな変形を防止するためには、引っ張り応力かつ低応力値であることが、望ましい。本発明の電気機械変換装置は、第二の電極１７が第一のメンブレン１６と第二のメンブレン１８との間に形成されている。第二の電極１７が第二のメンブレン１８上に形成される場合と比べ、第一の電極と第二の電極との距離を小さくできるため、変換効率を高くすることができる。 The first membrane 16 and the second membrane 18 are preferably silicon nitride. A silicon nitride film formed using the PE-CVD method can generally obtain tensile stress. In order to prevent large deformation of the vibration film due to the residual stress of the silicon nitride film, a tensile stress and a low stress value are desirable. In the electromechanical transducer of the present invention, the second electrode 17 is formed between the first membrane 16 and the second membrane 18. Compared with the case where the second electrode 17 is formed on the second membrane 18, the distance between the first electrode and the second electrode can be reduced, so that the conversion efficiency can be increased.

ここでの変換効率とは、振動膜の振動を電気信号に変換する効率のことであり、第一の電極と第二の電極との間の距離が小さいほど変換効率が高い。また、熱膨張係数の異なる異種の材料の組み合わせで振動膜を構成した場合、バイメタル効果によって振動膜が反ってしまう。しかしながら同種の材料で挟み込んだ構成の第二の電極１７が第一のメンブレン１６と第二のメンブレン１８との間に形成することによって、応力のバランスを取ることができ、振動膜の反りを低減できる。そのため振動膜の大きな変形を防止することができるため、望ましい。 The conversion efficiency here refers to the efficiency of converting the vibration of the diaphragm into an electric signal. The smaller the distance between the first electrode and the second electrode, the higher the conversion efficiency. Further, when the vibration film is composed of a combination of different materials having different thermal expansion coefficients, the vibration film is warped by the bimetal effect. However, by forming the second electrode 17 sandwiched between the same kind of materials between the first membrane 16 and the second membrane 18, it is possible to balance the stress and reduce the warpage of the diaphragm. it can. Therefore, it is desirable because a large deformation of the vibration film can be prevented.

第二の電極１７は、チタンもしくはチタンの合金が好ましい。チタン又はチタンの合金は、電子ビーム蒸着法を用いて形成することができ、電子ビーム蒸着法を用いて低真空度下で成膜したチタン膜は引っ張り応力を得ることができる。第二の電極１７を大きな圧縮応力で形成した場合、第一のメンブレン１６上の第二の電極１７の応力バランスにより、振動膜が大きな変形を引き起こす可能性があり、振動膜の撓みばらつきが大きくなってしまう。振動膜の大きな変形を防止するためには、第二の電極１７が引っ張り応力かつ低応力値であることが、望ましい。また、チタンは熱耐性が高いため、第二のメンブレンを形成する際の温度による変質を防止することができる。また、チタンは表面粗さも小さくできるため、メンブレンのたわみばらつきを抑制できる。 The second electrode 17 is preferably titanium or a titanium alloy. Titanium or an alloy of titanium can be formed using an electron beam evaporation method, and a titanium film formed under a low vacuum degree using an electron beam evaporation method can obtain tensile stress. When the second electrode 17 is formed with a large compressive stress, the vibration membrane may cause a large deformation due to the stress balance of the second electrode 17 on the first membrane 16, and the deflection variation of the vibration membrane is large. turn into. In order to prevent large deformation of the vibrating membrane, it is desirable that the second electrode 17 has a tensile stress and a low stress value. Moreover, since titanium has high heat resistance, it is possible to prevent alteration due to temperature when the second membrane is formed. Moreover, since titanium can also reduce the surface roughness, it is possible to suppress variations in membrane deflection.

以下、より具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to more specific examples.

以下に、本発明の実施の形態について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の電気機械変換装置の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。本発明の素子１は、９つのセル構造２を有している。 The embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1A is a top view of the electromechanical transducer of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AB of FIG. The element 1 of the present invention has nine cell structures 2.

図１（ｂ）において、３００μｍ厚さのシリコン基板である基板１１、シリコン基板上に形成される第一の絶縁膜１２、第一の絶縁膜１２上に形成される第一の電極１３、第一の電極１３上の第二の絶縁膜１４を有する。さらに、第一のメンブレン１６、第二のメンブレン１８、第二の電極１７とで構成される振動膜とを有する。第一のメンブレン１６は、支持するメンブレン支持部１９により支持され、第一の電極１３と第二の電極１７とは、キャビティ１５を隔てて対向して配置されている。 In FIG. 1B, a substrate 11 which is a 300 μm thick silicon substrate, a first insulating film 12 formed on the silicon substrate, a first electrode 13 formed on the first insulating film 12, A second insulating film 14 on one electrode 13 is provided. In addition, the diaphragm includes a first membrane 16, a second membrane 18, and a second electrode 17. The first membrane 16 is supported by a supporting membrane support portion 19, and the first electrode 13 and the second electrode 17 are disposed to face each other with the cavity 15 therebetween.

第一の絶縁膜１２は、熱酸化により形成した厚さ１μｍのシリコン酸化膜である。第一の電極１３はスパッタ装置を用いて形成し、厚さが５０ｎｍのチタンであり、表面粗さはＲｍｓが２ｎｍ以下となるよう形成している。第二の絶縁膜１４は、ＰＥ−ＣＶＤにより形成したシリコン酸化膜である。第二の絶縁膜１４は、第一の電極１３の表面粗さを反映するため、第一の電極１３の表面粗さと同程度のＲｍｓの値を有する。本実施例の第一の電極１３は素子１の全面に形成している。素子１を複数アレイ状に配列する場合は、第一の電極１３を複数の素子すべて電気的に接続される共通電極とし、第二の電極１７を素子毎に電気的に分離することで、素子毎に電気信号を取り出すことができる。また、第二の電極１７を共通電極とし、第一の電極１３を素子毎に分離しても良い。さらに、第一の電極１３、第二の電極１７ともに素子毎に分離した電極としても良い。 The first insulating film 12 is a 1 μm thick silicon oxide film formed by thermal oxidation. The first electrode 13 is formed using a sputtering apparatus, is titanium having a thickness of 50 nm, and has a surface roughness Rms of 2 nm or less. The second insulating film 14 is a silicon oxide film formed by PE-CVD. Since the second insulating film 14 reflects the surface roughness of the first electrode 13, the second insulating film 14 has a value of Rms comparable to the surface roughness of the first electrode 13. The first electrode 13 of this embodiment is formed on the entire surface of the element 1. When the elements 1 are arranged in a plurality of arrays, the first electrode 13 is a common electrode that is electrically connected to all the elements, and the second electrode 17 is electrically separated for each element. An electric signal can be taken out every time. Alternatively, the second electrode 17 may be a common electrode, and the first electrode 13 may be separated for each element. Furthermore, both the first electrode 13 and the second electrode 17 may be electrodes separated for each element.

第二の電極１７は電子ビーム蒸着装置を用いて、チタンを形成している。チタンの厚さは１００ｎｍであり、２００ＭＰａ以下の引張り応力で形成する。第一のメンブレン１６、第二のメンブレン１８はＰＥ−ＣＶＤにより作製した窒化シリコン膜であり、１００ＭＰａ以下の引張り応力で形成する。また、第一のメンブレン１６、第二のメンブレン１８の直径は、４５μｍであり、それぞれの厚さは、０．４μｍ、０．７μｍであり、第二の電極１７の直径は４０μｍである。キャビティの厚さは、０．１８μｍである。また、第二のメンブレン１８の厚さは、キャビティ１５の厚さの３倍程度である。これにより、第二のメンブレン１８を形成する絶縁膜によりエッチングホールを塞いで、キャビティ１５を良好に封止することができる。 The second electrode 17 forms titanium using an electron beam evaporation apparatus. Titanium has a thickness of 100 nm and is formed with a tensile stress of 200 MPa or less. The first membrane 16 and the second membrane 18 are silicon nitride films produced by PE-CVD, and are formed with a tensile stress of 100 MPa or less. The diameters of the first membrane 16 and the second membrane 18 are 45 μm, the thicknesses are 0.4 μm and 0.7 μm, respectively, and the diameter of the second electrode 17 is 40 μm. The thickness of the cavity is 0.18 μm. The thickness of the second membrane 18 is about three times the thickness of the cavity 15. Thereby, the etching hole can be closed by the insulating film forming the second membrane 18, and the cavity 15 can be satisfactorily sealed.

また、第一のメンブレン１６は、第二のメンブレン１８より薄くし、第二のメンブレン１８の厚さによりメンブレンのばね定数を所望の値に調整する。これらによって、第二のメンブレン１８を形成する膜をエッチングすることなく、成膜工程だけで所望のばね定数を有する振動膜を形成することができる。 The first membrane 16 is made thinner than the second membrane 18, and the spring constant of the membrane is adjusted to a desired value depending on the thickness of the second membrane 18. Accordingly, it is possible to form a vibration film having a desired spring constant only by the film forming process without etching the film forming the second membrane 18.

本実施例の電気機械変換装置は、引き出し配線６を用いることで、第二の電極１７から素子毎の電気信号を引き出すことができる。 The electromechanical conversion device of this embodiment can extract an electrical signal for each element from the second electrode 17 by using the lead wiring 6.

電気機械変換装置で超音波を受信する場合、図示しない電圧印加手段で、直流電圧を第一の電極１３に印加する。超音波を受信すると、第二の電極１７を有する第一のメンブレン１６および第二のメンブレン１８が変形するため、第二の電極１７と第一の電極１３との間のキャビティ１５の距離が変わり、静電容量変化によって、引き出し配線６に電流（電気信号）が流れる。この電流を図示しない電流−電圧変換素子によって、電圧に変換し、超音波の受信信号とする。 When receiving an ultrasonic wave by the electromechanical transducer, a DC voltage is applied to the first electrode 13 by a voltage applying unit (not shown). When the ultrasonic wave is received, the first membrane 16 and the second membrane 18 having the second electrode 17 are deformed, so that the distance of the cavity 15 between the second electrode 17 and the first electrode 13 changes. A current (electrical signal) flows through the lead-out wiring 6 due to the change in capacitance. This current is converted into a voltage by a current-voltage conversion element (not shown) to obtain an ultrasonic reception signal.

また、超音波を送信する場合、第一の電極１３に直流電圧を、第二の電極１７に交流電圧を印加し、静電気力によって、振動膜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。 Moreover, when transmitting an ultrasonic wave, a DC voltage can be applied to the 1st electrode 13, an AC voltage can be applied to the 2nd electrode 17, and a vibrating membrane can be vibrated by an electrostatic force. Thereby, an ultrasonic wave can be transmitted.

以下に、本発明の実施例２について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、本実施例の電気機械変換装置の上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｄ断面図である。実施例２の電気機械変換装置の構成は、第一の電極の形状以外は、実施例１とほぼ同様である。 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a top view of the electromechanical transducer according to this embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line C-D in FIG. The configuration of the electromechanical transducer of Example 2 is substantially the same as that of Example 1 except for the shape of the first electrode.

図４（ｂ）において、３００μｍ厚さのシリコン基板４１、シリコン基板４１上に形成される第一の絶縁膜４２、第一の絶縁膜４２上に形成される第一の電極４３、第一の電極４３上の第二の絶縁膜４４を有する。さらに、第一のメンブレン４６、第二のメンブレン４８、第二の電極４７とで構成される振動膜を有する。第一のメンブレン４６はメンブレン支持部４９により支持されている。第一の電極４３と第二の電極４７とは、キャビティ４５を隔てて対向して配置されている。 4B, the silicon substrate 41 having a thickness of 300 μm, the first insulating film 42 formed on the silicon substrate 41, the first electrode 43 formed on the first insulating film 42, the first A second insulating film 44 on the electrode 43 is provided. Further, the diaphragm includes a first membrane 46, a second membrane 48, and a second electrode 47. The first membrane 46 is supported by a membrane support portion 49. The first electrode 43 and the second electrode 47 are disposed to face each other with the cavity 45 therebetween.

第一の絶縁膜４２は、熱酸化により形成した厚さ１μｍのシリコン酸化膜である。第一の電極４３はスパッタ装置を用いて形成し、厚さが５０ｎｍのチタンであり、表面粗さはＲｍｓが２ｎｍ以下で形成されている。さらに、本実施例では、キャビティ以外の位置で、第一の電極と第二の電極の配線とで形成される不要な寄生容量を低減するために、第一の電極は第二の電極の配線との重なり面積をできるだけ少なくするようにパターニングする。 The first insulating film 42 is a silicon oxide film having a thickness of 1 μm formed by thermal oxidation. The first electrode 43 is formed using a sputtering apparatus, is titanium having a thickness of 50 nm, and has a surface roughness of Rms of 2 nm or less. Furthermore, in this embodiment, the first electrode is connected to the second electrode in order to reduce unnecessary parasitic capacitance formed by the first electrode and the second electrode at a position other than the cavity. Patterning is performed so as to minimize the overlapping area.

フォトリソグラフィーおよびエッチングを用いることによって、図示したように第一の電極４３のチタンは高精度にパターニングできる。エッチャントに過酸化水素水溶液を含む溶液を用いてエッチングすることによって、構成されている材料とのエッチング選択比が高く取れ、周辺材料に損傷などを与えず表面粗さの変わらない極めて平滑性の高い第一の電極が得られる。このように、第一の電極４３も第二の電極４７とほぼ同じ大きさとし、セル間は細い配線３３で接続する。そして、第一の電極４３の配線３３と第二の電極４７の配線３６とを絶縁膜を介して対向しないように配置することで、寄生容量を低減できる。第二の絶縁膜４４は、ＰＥ−ＣＶＤにより形成したシリコン酸化膜である。 By using photolithography and etching, the titanium of the first electrode 43 can be patterned with high accuracy as illustrated. Etching using a solution containing an aqueous hydrogen peroxide solution as an etchant provides a high etching selectivity with the material in which the etchant is constructed, and the surface roughness does not change without damaging the surrounding materials. A first electrode is obtained. In this way, the first electrode 43 is also approximately the same size as the second electrode 47, and the cells are connected by the thin wiring 33. The parasitic capacitance can be reduced by disposing the wiring 33 of the first electrode 43 and the wiring 36 of the second electrode 47 so as not to face each other through the insulating film. The second insulating film 44 is a silicon oxide film formed by PE-CVD.

１素子
２セル構造
５エッチングホール
６引き出し配線
１１基板
１２第一の絶縁膜
１３第一の電極
１４第二の絶縁膜
１５キャビティ
１６第一のメンブレン
１８第二のメンブレン
１９メンブレン支持部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Element 2 Cell structure 5 Etching hole 6 Lead-out wiring 11 Board | substrate 12 1st insulating film 13 1st electrode 14 2nd insulating film 15 Cavity 16 1st membrane 18 2nd membrane 19 Membrane support part

Claims

静電容量型の電気機械変換装置であって、
基板と、
前記基板上の積層方向に、該基板側から、第一の電極と、絶縁膜と、振動膜とを、この順に、且つ該絶縁膜と該振動膜との間に間隙を介して、有しており、
前記振動膜は、第一のメンブレンと第二の電極とを含み、該第一のメンブレンが前記間隙側に位置するように構成されており、
前記絶縁膜は、表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下であり、
前記第一の電極は、タングステン及びチタンを含み構成されていることを特徴とする静電容量型の電気機械変換装置。 A capacitance type electromechanical transducer,
A substrate,
A first electrode, an insulating film, and a vibrating film are arranged in this order from the substrate side in the stacking direction on the substrate, and in this order, with a gap between the insulating film and the vibrating film. And
The vibrating membrane includes a first membrane and the second electrode are configured to membrane of the first is positioned at the gap side,
The insulating film has a root mean square value of surface roughness of 6 nm or less,
The capacitance-type electromechanical transducer according to claim 1, wherein the first electrode includes tungsten and titanium.

前記基板上に、前記第一の電極、前記絶縁膜、及び前記振動膜を含み構成されるセルを有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 2. The capacitance type electromechanical transducer according to claim 1, further comprising a cell configured to include the first electrode, the insulating film, and the vibration film on the substrate.

静電容量型の電気機械変換装置であって、
基板と、
前記基板上の積層方向に、該基板側から、第一の電極と、絶縁膜と、振動膜とを、この順に、且つ該絶縁膜と該振動膜との間に間隙を介して、有しており、
前記振動膜は、第一のメンブレンと第二の電極とを含み、該第一のメンブレンが前記間隙側に位置するように構成されており、
前記絶縁膜は、表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下であり、
前記第一の電極、前記絶縁膜、及び前記振動膜を含み構成されるセルを有し、
前記セルの形状が四角形であることを特徴とする静電容量型の電気機械変換装置。 A capacitance type electromechanical transducer,
A substrate,
A first electrode, an insulating film, and a vibrating film are arranged in this order from the substrate side in the stacking direction on the substrate, and in this order, with a gap between the insulating film and the vibrating film. And
The vibrating membrane includes a first membrane and the second electrode are configured to membrane of the first is positioned at the gap side,
The insulating film has a root mean square value of surface roughness of 6 nm or less,
A cell including the first electrode, the insulating film, and the vibration film;
The capacitance type electromechanical transducer is characterized in that the cell has a quadrangular shape.

静電容量型の電気機械変換装置であって、A capacitance type electromechanical transducer,
基板と、A substrate,
前記基板上の積層方向に、該基板側から、第一の電極と、絶縁膜と、振動膜とを、この順に、且つ該絶縁膜と該振動膜との間に間隙を介して、有しており、A first electrode, an insulating film, and a vibrating film are arranged in this order from the substrate side in the stacking direction on the substrate, and in this order, with a gap between the insulating film and the vibrating film. And
前記振動膜は、第一のメンブレンと第二の電極とを含み、該第一のメンブレンが前記間隙側に位置するように構成されており、The vibrating membrane includes a first membrane and a second electrode, and is configured such that the first membrane is located on the gap side,
前記絶縁膜は、表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下であり、The insulating film has a root mean square value of surface roughness of 6 nm or less,
前記第一の電極、前記絶縁膜、及び前記振動膜を含み構成されるセルを有し、A cell including the first electrode, the insulating film, and the vibration film;
前記セルの形状が六角形であることを特徴とする静電容量型の電気機械変換装置。The capacitance type electromechanical transducer is characterized in that the cell has a hexagonal shape.

静電容量型の電気機械変換装置であって、A capacitance type electromechanical transducer,
基板と、A substrate,
前記基板上の積層方向に、該基板側から、第一の電極と、絶縁膜と、振動膜とを、この順に、且つ該絶縁膜と該振動膜との間に間隙を介して、有しており、A first electrode, an insulating film, and a vibrating film are arranged in this order from the substrate side in the stacking direction on the substrate, and in this order, with a gap between the insulating film and the vibrating film. And
前記振動膜は、第一のメンブレンと第二の電極とを含み、該第一のメンブレンが前記間隙側に位置するように構成されており、The vibrating membrane includes a first membrane and a second electrode, and is configured such that the first membrane is located on the gap side,
前記絶縁膜は、表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下であり、The insulating film has a root mean square value of surface roughness of 6 nm or less,
前記第一の電極、前記絶縁膜、及び前記振動膜を含み構成されるセルを有し、A cell including the first electrode, the insulating film, and the vibration film;
前記セルの形状が円形であることを特徴とする静電容量型の電気機械変換装置。The capacitance type electromechanical transducer is characterized in that the cell has a circular shape.

前記基板上に、前記セルを複数有し、
前記第一の電極及び前記第二の電極の少なくともいずれか一方は、前記複数のセル間で共通して用いられる共通電極であることを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 A plurality of the cells on the substrate;
Wherein at least one of the first electrode and the second electrode, according to any one of claims 2 to 5, characterized in that a common electrode is used in common among the plurality of cells Capacitance type electromechanical transducer.

複数の前記セルを含み構成される素子を複数有する請求項６に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 The capacitance-type electromechanical transducer according to claim 6 , comprising a plurality of elements including the plurality of cells.

前記第一の電極及び前記第二の電極のいずれか一方は複数の前記素子間で共通して用いられる共通電極であることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 The capacitance type electromechanical conversion according to claim 7 , wherein any one of the first electrode and the second electrode is a common electrode used in common among the plurality of the elements. apparatus.

前記絶縁膜は、表面粗さの二乗平均平方根値が２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 The insulating layer, the surface roughness capacitive electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 8 the root mean square value is equal to or is 2nm following.

前記第一の電極は、表面粗さの二乗平均平方根値が６ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 Wherein the first electrode has a surface roughness capacitive electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 9 root mean square value is equal to or is 6nm following.

前記第一の電極は、表面粗さの二乗平均平方根値が２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 Wherein the first electrode has a surface roughness capacitive electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 10 root mean square value is equal to or is 2nm following.

前記第一の電極は前記積層方向の厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 The capacitance type electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 11 , wherein the first electrode has a thickness in the stacking direction of 10 nm or more and 100 nm or less.

前記基板と前記第一の電極との間に熱酸化膜を有することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 Capacitive electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 12, characterized by having a thermal oxide film between the substrate and the first electrode.

前記絶縁膜がシリコン酸化膜を有することを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 Capacitive electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 13, wherein said insulating film comprises silicon oxide film.

前記第一のメンブレンが窒化シリコン膜を有することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 It said first membrane capacitive electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 14, characterized in that it has a silicon nitride film.

前記振動膜は、前記積層方向に、前記第一のメンブレンと、前記第二の電極と、第二のメンブレンとをこの順に備えることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 The vibration film, the in the stacking direction, said first membrane, said a second electrode, wherein a second membrane to any one of claims 1 to 15, characterized in that it comprises in this order Capacitance type electromechanical transducer.

前記第二のメンブレンが窒化シリコン膜を有することを特徴とする請求項１６に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 The electrostatic electromechanical transducer according to claim 16 , wherein the second membrane includes a silicon nitride film.

前記表面粗さの二乗平均平方根値は、前記絶縁膜の表面粗さの測定面積を、５μｍ×５μｍとした場合の値であることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 18. The root mean square value of the surface roughness is a value when the measurement area of the surface roughness of the insulating film is 5 μm × 5 μm. 18. Capacitance type electromechanical transducer.

前記表面粗さの二乗平均平方根値は、原子間力顕微鏡を用いて測定された値であることを特徴とする請求項１乃至１８の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 Root mean square value of the surface roughness, electromechanical transducer of the electrostatic capacitance type according to any one of claims 1 to 18, characterized in that a measured value with an atomic force microscope apparatus.

前記振動膜の共振周波数を、共振曲線の半値幅で割った値であるＱ値が２００以上であることを特徴とする請求項１乃至１９の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 The resonance frequency of the vibrating membrane, capacitive electric according to any one of claims 1 to 19 Q value is a value obtained by dividing the half-width of the resonance curve and wherein the at least 200 Mechanical conversion device.

前記第一の電極と前記第二の電極との間の距離の変化によって生じる電流を、電圧に変換する電流−電圧変換素子を備えることを特徴とする請求項１乃至２０の何れか一項に記載の静電容量型の電気機械変換装置。 The current caused by the change in the distance between the second electrode and the first electrode, current is converted into a voltage - to any one of claims 1 to 20, characterized in that it comprises a voltage conversion device The capacitance-type electromechanical transducer described.