超声波换能器、超声波换能器的制造方法以及超声波拍摄装置制造方法及图纸

超声波换能器具有空洞部(110)和隔膜(120)，空洞部(110)形成于被基板(101)上的下部电极(103)和上部电极(107)夹着的绝缘膜(104)、(106)之间，隔膜(120)由空洞部(110)的上方的绝缘膜(106、108、111、112)及上部电极(107)构成，并且在发送/接收超声波时振动。另外，空洞部(110)在将中心部的厚度设为h1且将外周部的厚度设为h2时，具有满足h1＞h2＞0的关系的截面形状。

Manufacturing Method of Ultrasound Transducer, Ultrasound Transducer and Ultrasound Shooting Device

The ultrasonic transducer has a cavity part (110) and a diaphragm (120), which is formed between the lower electrode (103) on the base plate (101) and the insulating film (104), (106) clamped on the upper electrode (107). The diaphragm (120) consists of the upper insulating film (106, 108, 111, 112) on the cavity part (110) and the upper electrode (107), and is transmitted/received. Ultrasound vibrates. In addition, when the thickness of the central part is set to H1 and the thickness of the peripheral part is set to h2, the void part (110) has a cross-section shape satisfying the relationship of H1 > H2 > 0.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声波换能器、超声波换能器的制造方法以及超声波拍摄装置
本专利技术涉及超声波换能器、超声波换能器的制造方法以及使用了该超声波换能器的超声波拍摄装置。
技术介绍
超声波换能器元件通过装入超声波拍摄装置的超声波探针(probe)内，发送/接收超声波，从而用于例如人体内的肿瘤的诊断、建筑物产生的龟裂的检查等之类的各种用途。以往，这种超声波拍摄装置的探针使用以PZT(锆钛酸铅)等为代表的压电陶瓷作为电声转换元件，但近年来，具有比压电陶瓷宽的频带特性的容量检测型的超声波换能器(CapacitiveMicromachinedUltrasonicTransducer；以下，简称为CMUT)备受瞩目，正在进行研发。上述CMUT的基本的结构如下：在下部电极与配置于其上部的上部电极之间的绝缘层设置空洞部(空腔)，使空洞部的上部的绝缘层和上部电极作为隔膜(也称为膜片)发挥作用。发送超声波时，在上部电极与下部电极之间重叠施加直流电压和交流电压，通过此时在两电极间产生的静电力使隔膜以交流电压的频率振动。另一方面，在接收时，通过到达隔膜的表面的超声波的压力使隔膜振动，将此时产生的两电极间的距离的变化作为容量变化来电检测。专利文献1为了解决由于被绝缘层约束的空洞部的外周部附近的隔膜比空洞部的中心部附近的隔膜难以位移的CMUT的特性，发送/接收效率降低的课题，公开了如下技术：使空洞部的高度(上下方向的距离)从中心部向外周部曲线地单调减少，使空洞部的高度在外周部为零。根据专利文献1的CMUT，在空洞部的外周部减小电极间的距离(插入电介质时，以其相对介电常数为基础换算成真空而得到的等效距离)，从而能够增大电极产生的静电力，因此，得到能够降低为了驱动隔膜所需的驱动电压的优异的效果。现有技术文献专利文献专利文献1：国际专利公开WO13/065365号小册子
技术实现思路
专利技术所要解决的课题就专利文献1所公开的CMUT而言，在以预定的电压使隔膜最大限度振动时，不仅空洞部的中央部，而且在空洞部的外周部，空洞部上下的绝缘层也彼此接触，因此，绝缘层彼此的接触面积大，由此，从电极注入绝缘层的电荷的量增加。因此，在长时间使用时，由于被绝缘层捕获的电荷的蓄积而上下电极间的电荷被遮蔽，具有无法进行适当的驱动、绝缘层容易产生绝缘破坏等可靠性方面的课题。因此，在具有如上所述的构造的CMUT中，不仅要求降低为了使隔膜振动所需的驱动电压的改良，而且要求抑制起因于从电极向绝缘层的过量的电荷注入的可靠性的降低的改良。根据本说明书的记载及附图，本专利技术的上述以及其它目的和新的特征将变得明确。用于解决课题的方案若对本申请公开的实施方式中的代表性的实施方式简单地进行说明，则如下所述。代表性的实施方式的CMUT包含空洞部和隔膜，上述空洞部形成于被基板上的下部电极和上部电极夹着的两层绝缘膜之间，上述隔膜由空洞部的上方的多个绝缘膜和上部电极构成，并且在发送/接收超声波时振动，空洞部在将中心部的厚度设为h1且将外周部的厚度设为h2时，具有满足h1＞h2＞0的关系的截面形状。专利技术效果根据代表性的实施方式，能够实现兼顾了驱动电压的低电压化和可靠性的CMUT。附图说明图1是实施方式1的CMUT的主要部分俯视图。图2的(a)是图1的IIa－IIa线剖视图，(b)是图1的IIb－IIb线剖视图。图3的(a)、(b)是表示实施方式1的CMUT的制造方法的一个例子的主要部分剖视图。图4的(a)、(b)是表示接着图3的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图5的(a)、(b)是表示接着图4的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图6的(a)、(b)是表示接着图5的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图7的(a)、(b)是表示接着图6的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图8的(a)、(b)是表示接着图7的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图9的(a)、(b)是表示接着图8的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图10的(a)、(b)是表示接着图9的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图11的(a)、(b)是表示实施方式1的CMUT的制造方法的另一个例子的主要部分剖视图。图12的(a)、(b)是表示接着图11的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图13的(a)、(b)是表示接着图12的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图14的(a)、(b)是表示接着图13的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图15的(a)、(b)是表示接着图14的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图16的(a)、(b)是表示接着图15的CMUT的制造方法的主要部分剖视图。图17是说明电极面积增加对静电力的影响的具体例的图表。图18是说明实施方式1的CMUT的效果的图表。图19是表示对电场集中的具体的对策的一个例子的主要部分剖视图。图20是表示对电场集中的具体的对策的另一个例子的主要部分剖视图。图21是表示具备实施方式1的CMUT的超声波拍摄装置的外观的立体图。图22是表示图21所示的超声波拍摄装置的功能的块图。具体实施方式以下，基于附图，对本专利技术的实施方式详细地进行说明。此外，在用于说明实施方式的全部图中，对具有相同功能的构件标注相同的符号，省略其重复的说明。另外，在实施方式中，除特别必要时以外，原则上不重复进行同一或同样的部分的说明。另外，在说明实施方式的附图中，为了使结构易于理解，有时即使是俯视图也添加剖面线。(实施方式1)图1是表示本实施方式的CMUT的一个单元量的区域的俯视图，图2(a)是图1的IIa－IIa线剖视图，图2(b)是图1的IIb－IIb线剖视图。此外，图1主要表示上下的电极和形成于它们之间的空洞部的平面布局，省略了绝缘膜的图示。CMUT的单元具备由单晶硅构成的形成于基板101上的绝缘膜102、形成于绝缘膜102上的下部电极103、形成于在下部电极103上的两层绝缘膜104、106、由形成于绝缘膜104与绝缘膜106之间的空隙构成的空洞部110、隔着绝缘膜106形成于空洞部110的上方的上部电极107、以及形成于上部电极107的上部的三层绝缘膜108、111、112。此外，也有时根据需要在最上层的绝缘膜112的上部设置由聚酰亚胺树脂等构成的防异物附着用的保护膜(未图示)。在此，绝缘膜106、108、111、112以及上部电极107中的位于空洞部110的上方的部分(图1的用两点划线M表示的边界的内侧部分)作为发送/接收超声波时振动的隔膜120发挥作用。另外，绝缘膜106、108、111、112中的包围作为隔膜120发挥作用的区域的部分(包围边界M的部分)作为支撑隔膜120的固定部发挥作用。在对上述绝缘膜104、106、108、111、112进行开口而形成的连接孔113的底部，露出由下部电极103的一部分构成的外部连接用的焊盘115，在对绝缘膜108、111、112进行开口而形成的连接孔114的底部露出由上部电极107的一部分构成的外部连接用的焊盘116。通过这些焊盘115、116，从外部的电源对CMUT施加直流电压及交流电压。此外，图中的符号109表示在形成空洞部110的工序(后述)形成于绝缘膜106、108的开口。CMUT具有沿着基板101的主面的一个方向或者彼此正交的两个方向配置有多个以上述方式构成的单位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波换能器，其特征在于，具有：基板；下部电极，其形成在所述基板上；空洞部，其设置于第一绝缘膜与第二绝缘膜之间，所述第一绝缘膜及第二绝缘膜依次形成于所述下部电极上；上部电极，其形成于所述空洞部的上方的所述第二绝缘膜上；第三绝缘膜及第四绝缘膜，其依次形成于所述上部电极上；以及隔膜，其由所述空洞部上的所述第二绝缘膜、所述上部电极、所述第三绝缘膜以及第四绝缘膜构成，所述空洞部在将中心部的厚度设为h1且将外周部的厚度设为h2时，具有满足h1＞h2＞0的关系的截面形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.28 JP 2016-1890231.一种超声波换能器，其特征在于，具有：基板；下部电极，其形成在所述基板上；空洞部，其设置于第一绝缘膜与第二绝缘膜之间，所述第一绝缘膜及第二绝缘膜依次形成于所述下部电极上；上部电极，其形成于所述空洞部的上方的所述第二绝缘膜上；第三绝缘膜及第四绝缘膜，其依次形成于所述上部电极上；以及隔膜，其由所述空洞部上的所述第二绝缘膜、所述上部电极、所述第三绝缘膜以及第四绝缘膜构成，所述空洞部在将中心部的厚度设为h1且将外周部的厚度设为h2时，具有满足h1＞h2＞0的关系的截面形状。2.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述空洞部的厚度从所述中心部向所述外周部曲线地单调减少。3.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述空洞部的厚度从所述中心部向所述外周部直线地的减少。4.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述空洞部在所述空洞部上的所述第二绝缘膜侧具有凹部或凸部，所述空洞部的厚度从所述中心部向所述外周部曲线地减少。5.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述空洞部的底面平坦。6.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述中心部的厚度(h1)为所述外周部的厚度(h2)的1.5倍以上。7.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，在俯视时，所述空洞部和所述上部电极重叠的区域的面积为所述空洞部的面积的75％以上。8.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述超声波换能器还具有第五绝缘膜，所述第五绝缘膜形成于所述第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川浩章，町田俊太郎，竹崎泰一，龙崎大介，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP