高感度容量性微細加工超音波トランスデューサ
【課題】高感度で高性能な容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）を提示する。
【解決手段】容量性超微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）は、下部電極を備える。さらにまた、ｃＭＵＴは下部電極に隣接配置した隔膜で、隔膜と下部電極の間に第１の間隙幅を有する間隙が形成されるようにした隔膜を含む。加えて、ｃＭＵＴは間隙内に形成した少なくとも一つの要素を含み、この少なくとも一つの要素が隔膜と下部電極の間に第２の間隙幅をもたらすよう配置してある。
【解決手段】容量性超微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）は、下部電極を備える。さらにまた、ｃＭＵＴは下部電極に隣接配置した隔膜で、隔膜と下部電極の間に第１の間隙幅を有する間隙が形成されるようにした隔膜を含む。加えて、ｃＭＵＴは間隙内に形成した少なくとも一つの要素を含み、この少なくとも一つの要素が隔膜と下部電極の間に第２の間隙幅をもたらすよう配置してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね医用造影システムに係り、より詳しくは容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ；ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスデューサは、一つの形式の入力信号を異なる形式の出力信号へ変換する装置である。一般に使用されているトランスデューサは、光センサと熱センサと音響センサとを含む。音響センサの一例は、医用造影や非破壊評価や他の応用に実装することのできる超音波トランスデューサである。
【０００３】
現在、超音波トランスデューサの一つの形は、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）である。ｃＭＵＴセルは、一般に下部電極と支柱により基板上に懸架した隔膜と上記電極として機能する金属皮膜層とを収容した基板を含む。下部電極と隔膜と上部電極は、空隙を画成している。従来のｃＭＵＴ装置では、ｃＭＵＴセルの上下の電極間の間隙は、ｃＭＵＴ送受信器を受信器として使用するときの感度を増やすべく均一にかつ幅狭に設計してある。
【特許文献１】米国特許第６４４３９０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ｃＭＵＴ送受信器を送信器として用いたときに、小さな空隙深さは隔膜変位の最大振幅を制限する。それ故、送信パルスの振幅を増すには、送信ｃＭＵＴにとって上下の電極間により大きな間隙をもたせ、より大きな隔膜の撓みをもたせることが望ましかろう。
【０００５】
さらに、送信器や受信器としての動作期間中にｃＭＵＴの感度と性能を高めることが望ましかろう。また、ｃＭＵＴの音響領域（間隙）と空隙深さを能動的に制御することが望ましかろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
簡潔には、本技術の一実施形態によれば、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）セルが提示される。ｃＭＵＴは、下部電極を含む。さらにまた、ｃＭＵＴは下部電極に隣接配置されて、第１の間隙幅を有する間隙が隔膜と下部電極の間に形成されるようにした隔膜を含む。加えて、ｃＭＵＴは間隙内に形成した少なくとも一つの要素を含み、この少なくとも一つの要素が隔膜と下部電極の間に第２の間隙幅をもたらすよう配置してある。
【０００７】
本技術の他の実施形態によれば、ｃＭＵＴセルが提示される。ｃＭＵＴは、上部と底部を備える下部電極を含む。加えて、複数の支柱が下部電極の上部に配置してあり、空隙を画成する構成としてある。さらにまた、隔膜が複数の支柱上に配置してあって、隔膜と下部電極が境界付ける間隙をもたらす。加えて、ｃＭＵＴは隔膜上部に配置した上部電極を含む。加えて、ｃＭＵＴは空隙内に形成した少なくとも一つの要素を含み、下部電極と上部電極の間に、空隙の深さに満たない間隙を設ける構成としてある。
【０００８】
本技術の他の態様によれば、ｃＭＵＴの製造方法が提示される。本方法は、下部電極上に複数の支柱を形成して支柱間に空隙を画成することが含まれる。加えて、本方法は空隙内への少なくとも一つの要素の形成を含む。加えて、本方法は複数の支柱上に隔膜を配置し、下部電極と隔膜の間に間隙を形成するステップを含む。さらに、本方法は隔膜上に上部電極を配置するステップを含む。
【０００９】
本技術の態様に従い、ｃＭＵＴセル構造が提示される。ｃＭＵＴセル構造は受信モードで動作する構成とした第１のセルを含み、ここで第１のセルは下部電極と上部電極を備える。さらにまた、ｃＭＵＴセル構造は送信モードにおいて動作するよう構成した第２のセルを含み、第２のセルは下部電極と上部電極を備える。加えて、ｃＭＵＴセル構造は第１のセルと第２のセルの間それぞれに空隙を形成するよう配置した複数の支柱を含む。ｃＭＵＴセル構造はさらに、支柱に配置した複数の隔膜を備える。加えて、ｃＭＵＴセル構造は第１のセルと第２のセルの空隙内に形成した突出要素と後退要素のうちの少なくとも一方を含む。
【００１０】
本技術のさらなる態様によれば、ｃＭＵＴセル構造の製造方法が提示される。本方法は、受信モードで動作するよう構成した第１のセルを作製するステップで、第１のセルが下部電極と上部電極を含むステップを含む。加えて、本方法は送信モードにおいて動作する構成とした第２のセルを作製するステップで、第２のセルが下部電極と上部電極を含むステップを含む。
【００１１】
本技術態様によれば、ｃＭＵＴとこのｃＭＵＴに結合した抵抗器を含むシステムが提示される。さらにまた、システムはバイアス電圧バンクを含み、このバイアス電圧バンクを抵抗器に結合する。加えて、システムは多重化器を含み、この多重化器を抵抗器に結合する。加えて、システムは多重化器に結合したスイッチを含み、このスイッチがｃＭＵＴの動作モードを制御する構成とする。システムはスイッチに結合される制御回路もまた含み、この制御回路がバイアス電圧バンクとスイッチの動作を制御する構成とする。さらにまた、システムはスイッチに結合したパルス発生器を含み、このパルス発生器が交流励振パルスを発生する構成とする。また、システムはスイッチに結合した低雑音増幅器を含み、この低雑音増幅器が信号を増強する構成とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のこれら及び他の特徴や態様や利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むときにより良く理解され、図面を通じて同様の文字は同様の部分を表わす。
【００１３】
医用造影や非破壊評価等の多くの分野では、高品質診断画像の生成を可能にする超音波トランスデューサを活用することが望ましかろう。高品質診断画像は、超音波周波数の低レベル音響信号に対し高感度を示す容量性微細加工超音波トランスデューサ等の超音波トランスデューサにより得ることができる。本願明細書に開示する技術は、これらの問題の一部或いは全てに対処するものである。
【００１４】
ここで図１を見るに、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）送受信器１０の一実施形態の縦断側面図が図示してある。当業者には理解されるように、この図は例示目的であって、実寸で描かれてはいない。図１は、送信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０を表す。ｃＭＵＴ送受信器１０は、上部と底部とを有し、基板（図示せず）上に配置することのできる下部電極１２を備える。下部電極１２の肉厚は、例えばほぼ２０〜５００マイクロメートルの範囲とすることができる。上部と底部を備える複数の支柱１４を、下部電極１２の上部に配置することができる。さもなくば、複数の支柱１４を基板上に直接配置することもできる。支柱１４は、空隙２０を画成するよう構成することができる。一般に、支柱１４の高さはコンマ数マイクロメートル〜数マイクロメートル（μｍ）台である。また、支柱１４は、これらに限定はされないが、酸化シリコンや窒化シリコン等の材料で作成することができる。加えて、複数の支柱１４の上部に膜すなわち隔膜１６を配置することができる。加えて、ｃＭＵＴの製造に用いる微細加工法に応じて、隔膜１６は、これらに限定はされないが、窒化シリコンや酸化シリコンや単結晶シリコンやエピタキシ・シリコンや多結晶シリコンや他の半導体材料等の材料を用いて製造することができる。隔膜１６の肉厚は、例えばほぼ０．１〜５マイクロメートルの範囲とすることができる。ｃＭＵＴ送受信器１０には上部と底部を備える上部電極１８を含ませることができ、ここで上部電極１８は隔膜１６の上部に配置することができる。上部電極１８の肉厚は、例えばほぼ０．１〜１マイクロメートルの範囲とすることができる。ｃＭＵＴ送受信器１０には、下部電極１２と隔膜１６が境界付けることのできる間隙を含ませることができる。空隙２０は、空気又はガスを充填するか、或いは完全に又は一部抜気することができる。しかしながら、本技術の一例示実施形態によれば、完全に又は一部抜気した空隙２０が用いられよう。さらにまた、空隙２０は誘電体床面２４を含む。空隙２０は、ほぼコンマ数ミクロン〜数ミクロン台の深さをもたせることができる。
【００１５】
本技術の一例示実施形態により、そしてさらに以下に説明する如く、突出要素（例えば、図１〜図５）や後退要素（例えば、図６）等の少なくとも一つの要素を空隙２０内に形成し、所定の動作モード下でこの間隙すなわち間隙幅を下部電極１２と上部電極１８の間の空隙２０の深さ未満に調整する構成とすることができる。具体的には、第１の例示実施形態では、少なくとも一つの要素は間柱（スタッド）２２等の突出要素で構成することができる。間柱２２は、下部電極１２の上部に配置することができる。さもなくば、間柱２２は隔膜１６の底面に配置することもできる。
【００１６】
間柱２２は、二層で構成することができる。図１の間柱の拡大図に描いたように、間柱２２の上層は下部電極１２と上部電極１８の間の電気的短絡を阻止すべく誘電体層等の絶縁材で構成することができる。誘電層には、これらに限定はされないが、酸化シリコンや窒化シリコンやポリマーや他の非導電材等の材料を含めることができる。さらにまた、間柱２２の底層は、これらに限定はされないが、金属やエピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコンや他の半導体材料等の導電材で構成することができる。間柱２２は、これらに限定はされないが、円形や矩形や六角形等の様々な形状を呈することができる。加えて、間柱２２は単一の間柱や、リング形状間柱、以下リング間柱と呼ぶものや、これに限定はされないが間柱列等の間柱の任意配置で表わすことができる。また、間柱２２の側壁は、垂直としたり先細としたり丸めたりすることができる。
【００１７】
さらにまた、ｃＭＵＴ送受信器１０の空隙２０内に形成することのできる少なくとも一つの要素を縦穴２６等の後退要素とすることができる。縦穴２６は、空隙２０内にエッチング形成することができる（図６を参照して例示し以下に説明する）。さらに、ｃＭＵＴ送受信器１０には間柱２２と縦穴（図示せず）を含ませることができる。さもなくば、縦穴を下部電極１２にエッチング形成し、間柱２２を隔膜１６上に形成することもできる。さらに別の構成によれば、縦穴内に間柱２２を形成することができる。
【００１８】
加えて、本技術のさらなる態様によれば、ｃＭＵＴ送受信器１０にバイアス電位源（図示せず）を含ませ、このバイアス電位源を隔膜１６を下部電極１２へ向けて膨張させる構成とすることができる。本技術の一実施形態によれば、下部電極１２と上部電極１８との間の間隙幅は、間柱２２の高さ及び／又は縦穴の深さを変えることにより、かつｃＭＵＴ送受信器の動作モードに基づいてバイアス電位を変えることにより、可変することができる。ｃＭＵＴ送受信器１０が送信器として動作している間、空隙の深さを増大させて隔膜のより大きな撓みを促し、送信信号の振幅を増強することは有益であろう。しかしながら、ｃＭＵＴ送受信器が受信器として機能するときは、信号受信を向上させるには下部電極１２と上部電極１８の間により小さな間隙幅をもたせることが有利であろう。従って、ｃＭＵＴ送受信器１０の感度は下部電極１２と上部電極１８の間の間隙寸法を調整し、それによって信号の送受信へ向けｃＭＵＴ送受信器１０の性能を都合よく最適化することができる。
【００１９】
当業者には理解されるように、空隙２０により隔てられた下部電極１２と上部電極１８は静電容量を形成している。図１に示す如く送信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０にとっては、より深い空隙２０により送信パルスの振幅を増大させる隔膜の大きな撓みを達成することができる。送信モードでは、より小さな直流（ＤＣ）バイアスにより大きな交流（ＡＣ）励振パルスを印加することができ、このことが都合よくはより大きな膜撓みとｃＭＵＴ送受信器１０に関するより大きな信号対ノイズ比に帰結する。
【００２０】
しかしなから、受信モードで動作中のｃＭＵＴ送受信器１０にとっては、ｃＭＵＴ送受信器１０の感度を高める上で下部電極１２と上部電極１８の間により小さな間隙をもたせることが望ましかろう。図２は、受信モードで動作中のｃＭＵＴ送受信器１０の縦断側面図を示す。図２に示す如く、空隙２０の深さは送信モードで動作中の図１のｃＭＵＴ送受信器１０の空隙の深さよりも小さくすることができる。このより小さな空隙深度は、翻って都合よくはｃＭＵＴ送受信器１０の感度向上をもたらすより大きな容量に帰結することになる。図２に表わした如く、ｃＭＵＴ送受信器１０にバイアス電位源を印加すると、下部電極１２へ向け隔膜１６を撓ませることができる。しかしなから、空隙２０内の間柱２２の存在が故に、空隙２０の深さは相当に減ることになる。それ故、空隙深度の減少した隔膜１６の撓みが受信器として機能するｃＭＵＴ送受信器１０の感度向上を招来しよう。
【００２１】
図３は、図１の３−３線に沿うｃＭＵＴ送受信器１０の断面上面図である。図３の例示実施形態では、リング間柱が描かれている。しかしなから、前述した如く、間柱は円形や矩形や六角形や他の任意の形状とすることができる。
【００２２】
図４〜図６は、送信モードにおいて動作するｃＭＵＴ送受信器１０の代替実施形態の断面図を示す。特に図４を参照するに、送信モードで動作し空隙２０内に配置した単一の間柱２２を有するｃＭＵＴ送受信器１０の代替実施形態の断面図が図示してある。さらにまた、図５は送信モードで動作し空隙２０内に形成することのできる配列に配置した複数の間柱２２を有するｃＭＵＴ送受信器１０のさらに別の代替実施形態を示す。本技術のさらなる態様によれば、空隙２０内に後退要素を形成することができる。図６は、送信モードにおいて動作し空隙２０内にエッチング形成した縦穴２６等の後退要素を有するｃＭＵＴ送受信器１０の一実施形態を示す。
【００２３】
図６を参照するに、縦穴２６は二層から構成することができる。図６の縦穴の拡大図に示す如く、縦穴２６の上層は下部電極１２と上部電極１８の間の電気的短絡を阻止すべく誘電体層等の絶縁材で構成することができる。誘電体層には、これらに限定はされないが、酸化シリコンや窒化シリコンやポリマーや他の非導電材等の材料を含ませることができる。さらにまた、縦穴２６の底層はこれらに限定はされないが、金属やエピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコンや他の半導体材料等の導電材で構成することができる。縦穴２６は、これらに限定はされないが、円形や矩形や六角形等の様々な形状を呈するようにできる。加えて、縦穴２６は、単一の縦穴や、リング形状縦穴、以下リング縦穴と呼ぶものや、これに限定はされないが縦穴列等の任意の縦穴配置により表わすことができる。また、縦穴２６の側壁は垂直としたり先細としたり丸めたりすることができる。
【００２４】
図７〜図９は、受信モードで動作する図４〜図６に示したｃＭＵＴ送受信器１０の対応断面図を示す。図７は、受信モードで動作する図４のｃＭＵＴ送受信器１０を描いたものである。同様に、図８は受信モードで動作する図５のｃＭＬＴＴ送受信器１０を示すものである。同様に、図９は受信器として機能する図６のｃＭＵＴ送受信器１０を示すものである。
【００２５】
図１０〜図１２は図４〜図６に示したｃＭＵＴ送受信器１０の断面上面図を示す。特に図１０を参照するに、図４の１０−１０線に沿うｃＭＵＴ送受信器１０で、その空隙２０内に配置した単一の間柱２２を有するｃＭＵＴ送受信器１０の上面図が図示してある。図１１は、図５の１１−１１線に沿うｃＭＵＴ送受信器１０の上面図を示すものであり、ここでは間柱２２の列がｃＭＵＴ送受信器１０の空隙２０内に配置してある。同様に、図６の１２−１２線に沿うｃＭＵＴ送受信器１０で、その空隙２０内にエッチング形成した縦穴２６を有するｃＭＵＴ送受信器１０の上面図が図示してある。
【００２６】
間柱２２と縦穴２６はｃＭＵＴ送受信器１０の空隙２０の深さを可変するよう実装することができる。加えて、バイアス電位を可変することで、下部電極１２と上部電極１８の間の間隙を信号の送受信用に最適化することができる。この最適化は、ｃＭＵＴ送受信器１０が送信及び／又は受信モードで動作するときに隔膜１６の撓みを制御するバイアス電位源を採用することで達成することができる。例えば、ｃＭＵＴ送受信器が図１に示す如く送信モードで動作しているときに、バイアス源を用いて圧潰電圧よりも低い直流バイアスを印加することができ、このことが有益なことに図１に示した下部電極１２と上部電極１８の間の大きな間隙に帰結する。当業者には理解されるように、圧潰電圧はバイアス電圧であり、ここでは小さく膜を撓ませる膜撓みの機械的復元力は静電力に拮抗させることはできない。小さな直流バイアスがＡＣ励振パルスの印加を可能にし、このパルスがより大きな膜撓みと送信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０に関する信号対ノイズ比に帰結させることができる。
【００２７】
さらにまた、受信モードでは、隔膜１６を間柱２２へ圧潰させるのに十分な直流バイアスをバイアス電位源を介して印加することができる。印加電圧は、図２に示す如く、隔膜１６を間柱２２へ撓ませることができる。下部電極１２と上部電極１８の間の低減された間隙は、都合よくは所与の入射音響波に対するより大きな容量変化を招き、そのことが翻ってｃＭＵＴ送受信器１０の感度向上に通ずる。加えて、受信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０内の下部電極１２と上部電極１８の間の間隙幅は、送信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０内よりも小さなものとなる。さらに、受信器として機能するｃＭＵＴ送受信器１０に印加するバイアス電圧は上部電極１８を間柱２２上へ吸引するのに妥当なものではあるが、バイアス電位は下部電極１２と上部電極１８に関する圧潰電圧よりも低いものとすることができる。
【００２８】
上記した如く、間柱２２は空隙２０の床面から突出させることができる。これ故、間柱２２の上部と上部電極１８との間の空隙２０（すなわち、「間隙」）の有効深さをより小さなものとし、それによって隔膜１６を間柱２２上へ圧潰するのに必要なバイアス電位をより小さくすることができる。一例示実施形態では、間柱２２の高さは例えば０．２マイクロメートル未満とすることができる。さらに、間柱を下部電極１２上に或いは上部電極１８上に配置することができる。受信器として機能するｃＭＵＴ送受信器１０の空隙２０の深さは、隔膜１６が間柱２２上へ圧潰したときの間柱２２の高さにより調整することができる。このより小さな空隙深度は、都合よくは所与の入射超音波に対するより大きな容量変化を招き、かくして受信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０の感度向上に帰結させることができる。
【００２９】
本発明の一例示実施形態により、間柱及び／又は縦穴を実装し、バイアス電位を可変することで下部電極１２と上部電極１８の間の間隙を調整することのできるｃＭＵＴ送受信器１０を開示した。本例示実施形態によれば、ｃＭＵＴ送受信器１０は送信器及び受信器の両方の性能に合わせ最適化することができる。同様の原理を個別送信器セルと受信器セルを備える構成へ採用し、かくして以下にさらに説明する如く、送信器及び受信器として機能するｃＭＵＴセルの個別最適化を可能にすることができる。
【００３０】
図１３と図１４は、異なる深さを有する間隙を各送信モードと受信モードのそれぞれに実装することのできるよう異なる送信器セル構造及び受信器セル構造を有する二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８の代替実施形態を示す。ここに熟慮した構成では、図１３と図１４に示したｃＭＵＴユニットセル２８が受信モードで動作する構成の第１のセル（受信器セル）３０を含む。以下にさらに説明する如く、受信器セル３０は下部電極と上部電極と第１の間隙幅を有する間隙とを含む。加えて、ｃＭＵＴユニットセル２８は送信モードで動作する構成である第２のセル（送信器セル３２）を含む。受信器セル３０と同様、送信器セル３２もまた下部電極と上部電極と、以下にさらに説明する如く第１の間隙を上回る大きさの第２の間隙幅を有する間隙とを含む。
【００３１】
先ず図１３を参照するに、受信器セル３０は下部電極３４を含む。複数の支柱３６を、下部電極３４上に配置することができる。さらに、隔膜３８を複数の支柱３６上に配置することができる。加えて、上部電極４０を隔膜３８上に配置することができる。受信器セル３０は、下部電極３４と上部電極４０の間に第１の間隙幅を有する間隙を有する。第１の間隙幅は、ｃＭＵＴユニットセル２８が受信モードで動作しているときの所与の入射超音波信号に対する容量変化を最適化する構成とすることができる。
【００３２】
ｃＭＵＴユニットセル２８はさらに送信器セル３２を含み、これを下部電極４２を含ませ得る受信器セル３０に隣接配置することができる。さもなくば、送信器セル３２は受信器セル３０から隔離して配置することもできる。受信器セル３０と同様、送信器セル３２は下部電極４２上に配置した複数の支柱３６をさらに備える。加えて、隔膜４４は複数の支柱３６上に配置することができ、上部電極４６は隔膜４４上に配置することができる。さらにまた、本例示実施形態によれば、送信器セル３２には微細加工した縦穴４８を含ませることができる。受信器セル３０の間隙幅と比較したときに、縦穴４８の存在が送信下部電極４２と送信上部電極４６の間により大きな間隙幅を有する間隙をもたらし、そのことが翻ってｃＭＵＴユニットセル２８が送信モードで動作するときに送信隔膜４４の変位増大を促す。従って、ｃＭＵＴユニットセル２８が送信モードで動作しているときに振幅を増大させた超音波を得ることができる。さらに、絶縁層５０を受信下部電極３４と送信下部電極４２と縦穴４９の床面に配置することができる。
【００３３】
さらに、図１３に示した本例示実施形態は送信下部電極４２内に形成され、受信器セル３０と送信器セル３２のそれぞれに可変間隙幅を提供する縦穴４８を示すものであるが、図１４に示す代替例示実施形態では、間柱５２等の突出要素を受信下部電極３４上に配置することができる。間柱５２は受信下部電極３４と受信上部電極４０の間の間隙幅を低減する構成とし、かくして所与の入射超音波に関する容量変化を最適化する構成とすることができる。さらにまた、絶縁層は間柱５２上に配置することができる。絶縁層は、受信下部電極３４に配置することもできる。さもなくば、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８は送信器セル３２内の各縦穴４８と受信器セル３０内の間柱５２或いはそれらの間柱と縦穴の組み合わせを含む構成とすることができる。
【００３４】
図１３〜図１４に示した二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８の一例示実施形態では、受信器と送信器セルの横方向寸法を異ならしめることができる。このことで、様々な分野における二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８の応用が容易になる。例えば、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８は調波造影に応用分野を見出すことができ、そこでは受信器セル３０と送信器セル３２の動作周波数は各セルの個別寸法を調節することにより都合よく調整することができる。二重空隙ユニットセル２８は、図１のｃＭＵＴ送受信器１０と同じ大きさとすることができる。当業者には理解されるように、それらの機能性、すなわち送信であるか受信であるかに基づきｃＭＵＴセルを分離することで、送信器セルと受信器セルが作動的である間に複数の異なる送信器ｃＭＵＴセルと受信器ｃＭＵＴセルが検出面積の低減が原因で信号損失を経験することがあり得る。しかしながら、この構造を図１３と図１４に示す如く送信器用と受信器用に異なるセルに分離することで、ｃＭＵＴセルの一組だけ、すなわち送信器セルと受信器セルのいずれかが作動的であるときに招く信号損失を十二分に補償することができる。送信器セルと受信器セルをここで個別に最適化し、それによって能動的検出領域内の損失を上回るであろう感度向上をもたらすことができる。
【００３５】
さらに、ｃＭＵＴ送受信器１０に関して説明した如く、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８には少なくとも一つのバイアス電位源を含ませることができ、ここではバイアス電位源は受信隔膜３８と送信隔膜４４とをそれらの対応する底部電極３４，４２へ向けて膨張させる構成とする。
【００３６】
本技術のさらなる態様によれば、ｃＭＵＴ送受信器の一実施形態の製造方法が提示される。図１５〜図２０はｃＭＵＴの製造工程フローを表わすものであり、ここでは間柱は隔膜上に配置することができる。図１５は、ｃＭＵＴ送受信器の下部電極を含ませることのできる底部５４（低抵抗性プライムウェーハ）の製造工程中の初期ステップを示すものである。図１５に示したように、第１の酸化物層５６と第２の酸化物層６０を、乾式酸化工程や湿式酸化工程やその二つの組み合わせとすることのできる酸化工程により高導電性シリコン層５８等の基板の両面に形成することができる。第２の酸化物層６０が、下部電極と上部電極の間に間隙を画成している。図１６に示す如く、写真平板と湿式エッチングを用い、第２の酸化物層の一部をエッチングにより取り除くことができ、それによって複数の支柱６２とこの支柱により画成される空隙６４とを画成することができる。その後、図１７に示す如く、酸化工程を用い、空隙６４内に電気的な絶縁をもたらすことができる。
【００３７】
ｃＭＵＴ送受信器の製造方法にはさらに、上部電極を含む上部６８（絶縁膜上結晶シリコン（ＳＯＩ；Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハ）の製造が含まれる。さもなくば、当業者には理解されるように、シリコン基板や埋設酸化物層やシリコン支持基板ウェーハを含む予製作ＳＯＩをｃＭＵＴ送受信器の製造に用いることもできる。図１８に示す如く、上部６８は支持基板ウェーハ７２上に配置することのできる埋設酸化（「ボックス」）層７０を含む。加えて、これらに限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の導電性或いは低抵抗層を酸化ボックス層７０上に配置することができ、ここでは導電層を隔膜７４として機能させる構成とすることができる。さもなくば、これらに限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の非導電性或いは高抵抗性層を酸化ボックス層７０上に配置することもでき、ここでこの層は隔膜７４として機能させる構成とすることができる。さらに、突出間柱７６等の少なくとも一つの要素を隔膜７４上に形成することができる。間柱７６は乾式エッチング処理が続く写真平板工程を用いて形成することができ、エッチングに続いて間柱７６上に絶縁層７８を配設する熱酸化工程を行なうことができる。当業者には理解されるように、これらに限定はされないが、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ；ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ；ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いても間柱７６を形成することができる。さもなくば、間柱７６は隔膜７４上の金属等の材料の付着により形成することができ、これに間柱７６上に絶縁層を配設する誘電体付着工程が続く。さらにまた、形成された間柱７６の高さは、ｃＭＵＴ送受信器が受信モードで機能するときに上部電極と下部電極の間の空隙６４内の間隙幅を画成する構成とすることができる。
【００３８】
さらにまた、図１９に示す如く、ここでＳＯＩウェーハとプライムウェーハ５４との間の溶着により底部５４（プライムウェーハ）上に上部６８（ＳＯＩウェーハ）を配置することで構造８０を形成することができる。これらに限定はされないが、テトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ；ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ；ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）やエチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ；Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｄｉａｍｉｎｅ Ｐｙｒｏｃａｔｅｃｈｏｌ）等の化学物質を用いた湿式エッチングが続く機械的研磨或いは研削を用いて、支持基板ウェーハ７２を除去することができる。支持基板ウェーハ７２の除去に続き、酸化ボックス層７０はバッファードフッ酸（ＢＨＦ；ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ ａｃｉｄ）により取り除くことができる。その後、図２０に示す如く、上部電極８３を隔膜７４上に配置し、ｃＭＵＴ送受信器８１を形成することができる。図２０は、間柱７６を隔膜７４上に配置したｃＭＵＴ送受信器８１を示す。さらに、当業者には理解されるように、間柱及び／又は縦穴を含めるよう表面微細加工を用いることもできる。表面微細加工を用い、バルク微細加工工程のようにＳＯＩウェーハから接着する代りに隔膜を付着する。これには、隔膜下側の全ての犠牲層（酸化膜等）の除去が続き、真空を用いた上部電極の付着をもって空隙を封止することができる。
【００３９】
図１５〜図２０を参照して説明した工程フローは、間柱７６を隔膜７４上に配置することのできるｃＭＵＴ送受信器の製造工程を示すものである。当業者には理解されるように、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル構造の製造に同様の技術を用いることもできる。同様の仕方で、図２１〜２６はｃＭＵＴ送受信器の製造用工程フローを描いたものであり、ここでは以下に説明する如くかつ図１にて前述した如く間柱を下部電極上に配置する。
【００４０】
図２１は、ｃＭＵＴ送受信器の底部５４（低抵抗プライムウェーハ）の製造工程における初期ステップを示すものであり、ここでは第１の酸化物層５６と第２の酸化物層６０は、これらに限定はされないが、乾式酸化工程や湿式酸化工程やその二つの組み合わせ等の酸化工程により製造し、高導電性シリコン層５８上に配置することができる。第２の酸化物層６０は、下部電極と上部電極の間に間隙を画成する。図２２に示したように、写真平板と湿式エッチングを用いて第２の酸化物層の一部をエッチングして取り除き、それによって複数の支柱６２とこの支柱が画成する空隙６４とを画成することができる。その後、図２３に示す如く、エッチング工程が続く写真平板工程を用い、空隙６４内に間柱７６を形成する。図２４に示したように、間柱７６上に電気的絶縁層７８を配設する酸化工程を間柱７６の形成に続かせることができる。さもなくば、上記の如く、間柱７６を金属等の材料の付着により下部電極５４上に形成し、これに電気的付着工程を続けて間柱７６上に絶縁層を配設する。
【００４１】
図２５は、間柱７６を空隙６４内に付着させる場合の本技術の代替実施形態を示す。ｃＭＵＴ送受信器の本例示的製造方法にはさらに、上部６８（ＳＯＩウェーハ）の製造が含まれる。さもなくば、当業者には理解されるように、シリコン基板や埋設酸化物層やシリコン支持基板ウェーハを含む予製作ＳＯＩをｃＭＵＴ送受信器の製造に用いることもできる。図２５に示したように、上部６８は支持基板ウェーハ７２上に配置した酸化物ボックス層７０を含む。加えて、これらには限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の導電層或いは低抵抗層を酸化ボックス層７０上に付着させ、ここでこの層を隔膜７４として機能させる構成とする。さもなくば、これらに限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の非導電層或いは高抵抗層を酸化ボックス層７０上に付着させ、ここでこの層を隔膜７４として機能するようにできる。
【００４２】
さらにまた、図２５に示したように、ここでＳＯＩウェーハとプライムウェーハの間の溶着により底部５４上の上部６８に付着させることで構造８２を形成することができる。支持基板ウェーハ７２は、これに限定はされないがＴＭＡＨやＫＯＨやＥＤＰ等の腐食液を用いた湿式エッチングが続く機械的研磨或いは研削によって取り除くことができる。支持基板ウェーハの除去に続き、酸化物ボックス層７０をＢＨＦによって取り除くことができる。その後、図２６に示したように、上部電極８３を隔膜７４上に付着させてｃＭＵＴ送受信器８５を形成することができる。図２６は、間柱７６を下部電極５８に配置したｃＭＵＴ送受信器８５を示すものである。さらに、当業者には理解される如く、表面微細加工を用いて間柱及び／又は縦穴を使用することもできる。表面微細加工を用いることで、バルク微細加工工程の如くＳＯＩウェーハから接着するのではなく、隔膜を付着させることができる。これに酸化物等の隔膜下側の任意の犠牲層の除去を続け、真空を用いた上部電極の付着により空隙を封止することができる。
【００４３】
上記に記載した処理工程フローは、ｃＭＵＴ送受信器の空隙内に間柱を形成する工程を記述するものである。前述の如く、同様の技術を二重空隙ｃＭＵＴユニットセル構造の製造に用いることもできる。当業者には理解されるように、図２７〜図３２を参照して以下にさらに説明する如く、ｃＭＵＴ送受信器の空隙内へ縦穴等の後退要素をエッチング形成する同様の工程を続けることができる。この発想により、感度改善へ向け受信モードでの所望の薄肉間隙を維持しつつ、突出する多量ドープ処理領域に隔膜を圧潰することができる。当業者には理解されるように、同様の技術を二重空隙ｃＭＵＴユニットセル構造の製造に用いることもできる。
【００４４】
図２７〜図３２は、縦穴等の後退要素を下部電極と上部電極の間の間隙内に形成したｃＭＵＴセルを製造する本技術の態様になる例示工程を示すものである。図２７は、下部電極を含むｃＭＵＴセルの底部８４（プライムウェーハ）の製造工程における初期ステップを示すものであり、ここでは第１の酸化物層８６と第２の酸化物層９０は、これらに限定はされないが、乾式酸化工程や湿式酸化工程やこの二つの組み合わせ等の酸化工程により製造され、低導電性シリコン層８８上に配置する。
【００４５】
図２８に示す如く、第１の写真平板及びエッチング工程を用い、第２の酸化物層９０の一部をエッチングにより取り除き、それによって複数の支柱９２とこの支柱９２が画成する空隙９４を画成することができる。加えて、図２８に示したように、第２の写真平板及びエッチングステップを用い、空隙９４の底部に形成される縦穴９６等の後退要素を画成することができる。本実施形態では、先に説明したようにシリコン層８８を多量にドープ処理することができる。さもなくば、図２９に示したように、少量をドープ処理した図２７のシリコン層８８を支柱９２に隣接する領域で多量にドープ処理することもできる。符号９８で参照するこれらの多量ドープ処理領域は、追加のドープ処理ステップを介して組み込むことができる。多量ドープ処理領域９８は、前の部分で説明したように間柱等の突出要素に適用することもできる。ドープ処理に続き、酸化工程は図３０に示す如く電気的絶縁１００をもたらすことができる。
【００４６】
加えて、ｃＭＵＴセルの製造方法はさらに前述の如く上部１０４（ＳＯＩウェーハ）の製造を含む。さもなくば、当業者には理解されるように、シリコン基板や埋設酸化物層やシリコン支持基板ウェーハを含む予製作ＳＯＩをｃＭＵＴ送受信器の製造に用いることもできる。図３１に示したように、上部１０４には第１の側面と第２の側面を有する酸化ボックス層１０６を含ませ、支持基板ウェーハ１０８上に配置することができる。加えて、これらに限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の導電性或いは低抵抗性層を酸化ボックス層１０６の第２の側面上に配置することができ、ここでこの層は隔膜１１０として機能させる構成とすることができる。さもなくば、これらに限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の非導電性或いは高抵抗性層を酸化ボックス層１０６の第２の側面上に配置することもでき、ここでこの層を隔膜１１０として機能させる構成とすることができる。
【００４７】
さらにまた、図３１に示したように、ここでＳＯＩウェーハとプライムウェーハとの間の溶着により底部８４上に上部１０４を配置することで構造１０２を形成することができる。支持基板ウェーハ１０８は、これらに限定はされないが、ＴＭＡＨやＫＯＨやＥＤＰ等の腐食液を用いた湿式エッチングが続く機械的研磨或いは研削により取り除くことができる。酸化物ボックス層１０６は、ＢＨＦによって取り除くことができる。その後、図３１に示す如く、上部電極１１３を隔膜１１０上に配置し、ｃＭＵＴ送受信器１１２を形成する。図３２は、縦穴９６を下部電極８８上に配置したｃＭＵＴ送受信器１１２を示す。さらに、当業者には理解されるように、表面微細加工を用いて間柱及び／又は縦穴を包含させることもできる。表面微細加工を用いることで、バルク微細加工工程の如くＳＯＩウェーハから接着するのではなく、隔膜を付着させることができる。これに隔膜の下側の全ての犠牲層（酸化物等）の除去を続け、真空と上部電極の付着とにより空隙を封止することができる。
【００４８】
上記の工程フローは、ｃＭＵＴセル１１２の空隙内に縦穴を形成する方法を説明するものである。ｃＭＵＴセル１１２の空隙内に間柱等の突出要素を形成する同様の方法を続けることができる。しかしなから、本技術の一例示実施形態によれば、隔膜を間柱領域に優先的に取り付けるべく多量ドープ処理領域を間柱のシリコン層内に駐在させ、改善された受信モード動作用に低減された間隙をもたらすことが望ましかろう。
【００４９】
前述の如く、本技術のさらなる実施形態によれば、図１３と図１４に示した二重空隙ユニットセル等の二重空隙ユニットセル構造を実装することができる。前述の如く、二重空隙ユニットセル構造は、受信器として動作するよう構成することのできる第１のセルを含む。加えて、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル構造は、送信器として動作するよう構成することのできる第２のセルを含む。本技術のさらなる態様により、二重空隙ｃＭＵＴセルユニット構造の例示製造方法を説明する。前述の如く、図１５〜図３２を参照して説明した方法を用い、二重空隙ｃＭＵＴセルユニット構造を製造することができる。本方法には、受信ｃＭＵＴセルが下部電極と上部電極を含む受信器として動作するよう構成することのできる第１のセルの製造が含まれる。さらにまた、本方法は送信モードで動作する構成とすることのできる第２のセルの製造を必要とし、ここでは送信器ｃＭＵＴセルは下部電極と上部電極を含もう。さらにまた、本方法は第１のセルと第２のセルのうちの一方に突出要素と後退要素のうちの一方の形成が必要となろう。
【００５０】
図３３は、本技術の態様に従って製造される例示的ｃＭＵＴセル１２０を含むｃＭＵＴ送受信器システム１１８のブロック線図である。このシステム１１８は抵抗器１２２のバンクを含み、ｃＭＵＴセル１２０へ結合することができる。加えて、このシステム１１８は少なくとも一つの外部電圧によって給電することのできる抵抗器１２２に結合させることのできるバイアス電圧バンク１２４を含ませるとことができる。さらに、バイアス電圧バンクに存在することのある直流−直流変換器が、離散的或いは連続的な様々な所定のバイアス電圧を生成することができる。バイアス電圧バンク１２４は、基板上に配置した個別離散電子デバイスを用いて実装することができる。さもなくば、バイアス電圧バンクは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）として実装することもできる。ＡＳＩＣを実装してバイアス電圧バンク１２４と残りの機能ブロックとを統合することで、チップ搭載型システム（ＳＯＣ；Ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ−Ｃｈｉｐ）を得ることができる。
【００５１】
ブラックボックス１２６は多重化器回路で構成することができ、抵抗器１２２に結合することができる。ブラックボックス１２６に結合することのできる送／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１２８は通常スイッチ回路を含み、送信信号と受信信号の間を切り替えるよう設計することができる。さらにまた、システム１１８にはＡＣ励振パルスを発生させるのに用いることのできるＴ／Ｒスイッチ１２８に結合できるパルス発生器１３０を含ませることができる。Ｔ／Ｒスイッチ１２８に結合することのできる低雑音増幅器（ＬＮＡ）１３２を、信号の増強に用いることができる。加えて、本技術の一例示実施形態によれば、Ｔ／Ｒスイッチ１２８に結合することのできるＴ／Ｒ制御器ブロック１３４を用いてバイアス電圧バンク１２４とＴ／Ｒスイッチ１２８の機能を連携させることができる。これらに限定はされないが、書き換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ；ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）や論理回路等のプログラム可能な装置を用い、Ｔ／Ｒ制御器１３４を実装することができる。在庫品の部品を用い、パルス発生器１３０とＬＮＡ１３２を実装することができる。
【００５２】
ｃＭＵＴ送受信器１２０が送信モードで動作している間は、バイアス電圧バンク１２４が供給する直流バイアス電圧とパルス発生器が生成したＡＣ励振パルスをｃＭＵＴ送受信器１２０に印加することができる。Ｔ／Ｒ制御器１３４は、バイアス電圧バンク１２４とＴ／Ｒスイッチ１２８を送信モードに設定して、直流バイアス電圧と超音波パルスをｃＭＵＴ１２０へ給送できるようにするのに用いることができる。これらの超音波のパルスは、ｃＭＵＴ１２０により音響信号へ変換することができる。
【００５３】
受信モードで動作する間、バイアス電圧バンク１２４が供給するより大きな直流バイアス電圧をｃＭＵＴ１２０に印加することができる。Ｔ／Ｒ制御器１３４は、バイアス電圧バンク１２４とＴ／Ｒスイッチ１２８を受信モードへ設定するのに用いることができる。反射音響信号の受信時に、ｃＭＵＴ１２０はこれらの音響信号を電気信号へ変換することができる。さらにまた、これらの電気信号は信号増幅へ向けＬＮＡ１３２へチャンネル配信する。
【００５４】
本技術の一態様によれば、ｃＭＵＴ送受信器が提示される。図を参照して上記に説明したように、ｃＭＵＴ送受信器には下部電極を含ませることができる。さらにまた、下部電極に隣接配置して第１の間隙幅を有する間隙が隔膜と下部電極の間に形成されるようにできる。加えて、本技術の態様によれば、少なくとも一つの要素を間隙内に形成することができる。要素は、隔膜と下部電極の間に第２の間隙幅を提供するよう配置する。一実施形態では、第１の間隙幅は第２の間隙幅よりも大とする。さらにまた、要素は間柱等の突出要素を含ませることができる。この要素は、縦穴等の後退要素をさらに含ませることができる。ｃＭＵＴ送受信器に、隔膜に結合した上部電極を含ませることができる。加えて、ｃＭＵＴ送受信器にｃＭＵＴ送受信器の動作期間中に隔膜を下部電極へ向け膨張させるのに用いることのできるバイアス電位源を含ませることができる。
【００５５】
ｃＭＵＴ送受信器１０と上記ｃＭＵＴ送受信器の製造方法により、感度向上させたｃＭＵＴ送受信器の製作が可能である。送信器と受信器の両方として動作する間のｃＭＵＴ送受信器の性能は、都合よく向上させることができる。これらのｃＭＵＴ送受信器は、医用造影や非破壊評価や無線通信や保安応用やガス検出や他の応用等の様々な分野に応用を見出すことができる。
【００５６】
さらにまた、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８と上記の二重空隙ｃＭＵＴユニットセルの製造方法が、送信信号と受信信号用の個別セルの動作の最適化を促し、そのことが二重空隙ｃＭＬＴＴユニットセルの感度を高める結果を招く。これらの二重空隙ｃＭＵＴユニットセルは、医用造影や非破壊評価や無線通信や保安応用やガス検出や他の応用等の様々な分野に応用を見出すことができる。
【００５７】
本願明細書では本発明の特定の特徴だけを図示し説明してきたが、当業者には多くの改変例と変形例が想起されよう。それ故、特許請求の範囲は本発明の趣旨範囲内に含まれる全てのこの種改変例や変形例を包含するよう意図するものである。一（又は複数）の図面中のものに対応する参照符号は、特許請求の範囲中では請求発明の理解を容易にするためだけのものであり、請求発明の範囲を狭めることを意図したものではない。本出願の特許請求の範囲の記述内容は、明細書の説明の一部として明細書中に取り込むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】リング間柱を備え本技術態様になる送信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器の一例示実施形態を示す断面図である。
【図２】リング間柱を備え本技術態様になる受信モードで動作する図１のｃＭＵＴ送受信器の一例示実施形態を示す断面図である。
【図３】３−３線に沿う図１のｃＭＵＴ送受信器の断面上面図である。
【図４】本技術態様になる単一の間柱を備える図１のｃＭＵＴ送受信器の代替例示実施形態の縦断側面図である。
【図５】本技術態様になる間柱列を備える図１のｃＭＵＴ送受信器の別の例示実施形態の縦断側面図である、
【図６】本技術態様になる縦穴を備える図１のｃＭＵＴ送受信器の別の例示実施形態の縦断側面図である。
【図７】本技術態様になる単一の間柱を備える図２のｃＭＵＴ送受信器の代替例示実施形態の縦断側面図である。
【図８】本技術態様になる間柱列を備える図２のｃＭＵＴ送受信器の別の例示実施形態の縦断側面図である。
【図９】本技術態様になる縦穴を備える図２のｃＭＵＴ送受信器の別の例示実施形態の縦断側面図である。
【図１０】１０−１０断面線に沿う図４のｃＭＵＴ送受信器の断面上面図である。
【図１１】１１−１１断面線に沿う図５のｃＭＵＴ送受信器の断面上面図である。
【図１２】１２−１２断面線に沿う図６のｃＭＵＴ送受信器の断面上面図である。
【図１３】本技術態様により二重空隙ｃＭＵＴユニットセルの例示実施形態を示す縦断側面図である。
【図１４】本技術態様になる図１３の二重空隙ｃＭＵＴユニットセルの代替構成の例示実施形態を示す縦断側面図である。
【図１５】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図１６】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図１７】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図１８】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図１９】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図２０】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図２１】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２２】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２３】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２４】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２５】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２６】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２７】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図２８】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図２９】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図３０】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図３１】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図３２】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図３３】本技術の一態様になるｃＭＵＴ送受信器を実装するシステムのブロック線図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０，８１，８５ ｃＭＵＴ送受信器
１２，３４，４２ 下部電極
１４，３６，６２，９２ 支柱
１６，３８，４４，７４，１１０ 隔膜
１８，４０，４６，８３，１１３ 上部電極
２０，６４，９４ 空隙
２２，５２，７６ 間柱
２４ 誘電体床面
２６，４８，９６ 縦穴
２８，１１２ ｃＭＵＴセル
３０ 第１のセル（受信器セル）
３２ 第２のセル（送信器セル）
５０，７８ 絶縁層
５４，８４ 底部
５６，８６ 第１の酸化物層
５８，８８ シリコン層
６０，９０ 第２の酸化物層
６８，１０４ 上部
７０，１０６ 酸化ボックス層
７２ 支持基板ウェーハ
８０，８２，１０２ 構造
９８ 多量ドープ処理領域
１００ 電気的絶縁
１１８ 送受信器システム
１２０ ｃＭＵＴ
１２２ 抵抗器
１２４ バイアス電圧バンク
１２６ ブラックボックス
１２８ Ｔ／Ｒスイッチ
１３０ パルス発生器
１３２ 低雑音増幅器
１３４ Ｔ／Ｒ制御器
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね医用造影システムに係り、より詳しくは容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ；ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスデューサは、一つの形式の入力信号を異なる形式の出力信号へ変換する装置である。一般に使用されているトランスデューサは、光センサと熱センサと音響センサとを含む。音響センサの一例は、医用造影や非破壊評価や他の応用に実装することのできる超音波トランスデューサである。
【０００３】
現在、超音波トランスデューサの一つの形は、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）である。ｃＭＵＴセルは、一般に下部電極と支柱により基板上に懸架した隔膜と上記電極として機能する金属皮膜層とを収容した基板を含む。下部電極と隔膜と上部電極は、空隙を画成している。従来のｃＭＵＴ装置では、ｃＭＵＴセルの上下の電極間の間隙は、ｃＭＵＴ送受信器を受信器として使用するときの感度を増やすべく均一にかつ幅狭に設計してある。
【特許文献１】米国特許第６４４３９０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ｃＭＵＴ送受信器を送信器として用いたときに、小さな空隙深さは隔膜変位の最大振幅を制限する。それ故、送信パルスの振幅を増すには、送信ｃＭＵＴにとって上下の電極間により大きな間隙をもたせ、より大きな隔膜の撓みをもたせることが望ましかろう。
【０００５】
さらに、送信器や受信器としての動作期間中にｃＭＵＴの感度と性能を高めることが望ましかろう。また、ｃＭＵＴの音響領域（間隙）と空隙深さを能動的に制御することが望ましかろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
簡潔には、本技術の一実施形態によれば、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）セルが提示される。ｃＭＵＴは、下部電極を含む。さらにまた、ｃＭＵＴは下部電極に隣接配置されて、第１の間隙幅を有する間隙が隔膜と下部電極の間に形成されるようにした隔膜を含む。加えて、ｃＭＵＴは間隙内に形成した少なくとも一つの要素を含み、この少なくとも一つの要素が隔膜と下部電極の間に第２の間隙幅をもたらすよう配置してある。
【０００７】
本技術の他の実施形態によれば、ｃＭＵＴセルが提示される。ｃＭＵＴは、上部と底部を備える下部電極を含む。加えて、複数の支柱が下部電極の上部に配置してあり、空隙を画成する構成としてある。さらにまた、隔膜が複数の支柱上に配置してあって、隔膜と下部電極が境界付ける間隙をもたらす。加えて、ｃＭＵＴは隔膜上部に配置した上部電極を含む。加えて、ｃＭＵＴは空隙内に形成した少なくとも一つの要素を含み、下部電極と上部電極の間に、空隙の深さに満たない間隙を設ける構成としてある。
【０００８】
本技術の他の態様によれば、ｃＭＵＴの製造方法が提示される。本方法は、下部電極上に複数の支柱を形成して支柱間に空隙を画成することが含まれる。加えて、本方法は空隙内への少なくとも一つの要素の形成を含む。加えて、本方法は複数の支柱上に隔膜を配置し、下部電極と隔膜の間に間隙を形成するステップを含む。さらに、本方法は隔膜上に上部電極を配置するステップを含む。
【０００９】
本技術の態様に従い、ｃＭＵＴセル構造が提示される。ｃＭＵＴセル構造は受信モードで動作する構成とした第１のセルを含み、ここで第１のセルは下部電極と上部電極を備える。さらにまた、ｃＭＵＴセル構造は送信モードにおいて動作するよう構成した第２のセルを含み、第２のセルは下部電極と上部電極を備える。加えて、ｃＭＵＴセル構造は第１のセルと第２のセルの間それぞれに空隙を形成するよう配置した複数の支柱を含む。ｃＭＵＴセル構造はさらに、支柱に配置した複数の隔膜を備える。加えて、ｃＭＵＴセル構造は第１のセルと第２のセルの空隙内に形成した突出要素と後退要素のうちの少なくとも一方を含む。
【００１０】
本技術のさらなる態様によれば、ｃＭＵＴセル構造の製造方法が提示される。本方法は、受信モードで動作するよう構成した第１のセルを作製するステップで、第１のセルが下部電極と上部電極を含むステップを含む。加えて、本方法は送信モードにおいて動作する構成とした第２のセルを作製するステップで、第２のセルが下部電極と上部電極を含むステップを含む。
【００１１】
本技術態様によれば、ｃＭＵＴとこのｃＭＵＴに結合した抵抗器を含むシステムが提示される。さらにまた、システムはバイアス電圧バンクを含み、このバイアス電圧バンクを抵抗器に結合する。加えて、システムは多重化器を含み、この多重化器を抵抗器に結合する。加えて、システムは多重化器に結合したスイッチを含み、このスイッチがｃＭＵＴの動作モードを制御する構成とする。システムはスイッチに結合される制御回路もまた含み、この制御回路がバイアス電圧バンクとスイッチの動作を制御する構成とする。さらにまた、システムはスイッチに結合したパルス発生器を含み、このパルス発生器が交流励振パルスを発生する構成とする。また、システムはスイッチに結合した低雑音増幅器を含み、この低雑音増幅器が信号を増強する構成とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のこれら及び他の特徴や態様や利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むときにより良く理解され、図面を通じて同様の文字は同様の部分を表わす。
【００１３】
医用造影や非破壊評価等の多くの分野では、高品質診断画像の生成を可能にする超音波トランスデューサを活用することが望ましかろう。高品質診断画像は、超音波周波数の低レベル音響信号に対し高感度を示す容量性微細加工超音波トランスデューサ等の超音波トランスデューサにより得ることができる。本願明細書に開示する技術は、これらの問題の一部或いは全てに対処するものである。
【００１４】
ここで図１を見るに、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）送受信器１０の一実施形態の縦断側面図が図示してある。当業者には理解されるように、この図は例示目的であって、実寸で描かれてはいない。図１は、送信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０を表す。ｃＭＵＴ送受信器１０は、上部と底部とを有し、基板（図示せず）上に配置することのできる下部電極１２を備える。下部電極１２の肉厚は、例えばほぼ２０〜５００マイクロメートルの範囲とすることができる。上部と底部を備える複数の支柱１４を、下部電極１２の上部に配置することができる。さもなくば、複数の支柱１４を基板上に直接配置することもできる。支柱１４は、空隙２０を画成するよう構成することができる。一般に、支柱１４の高さはコンマ数マイクロメートル〜数マイクロメートル（μｍ）台である。また、支柱１４は、これらに限定はされないが、酸化シリコンや窒化シリコン等の材料で作成することができる。加えて、複数の支柱１４の上部に膜すなわち隔膜１６を配置することができる。加えて、ｃＭＵＴの製造に用いる微細加工法に応じて、隔膜１６は、これらに限定はされないが、窒化シリコンや酸化シリコンや単結晶シリコンやエピタキシ・シリコンや多結晶シリコンや他の半導体材料等の材料を用いて製造することができる。隔膜１６の肉厚は、例えばほぼ０．１〜５マイクロメートルの範囲とすることができる。ｃＭＵＴ送受信器１０には上部と底部を備える上部電極１８を含ませることができ、ここで上部電極１８は隔膜１６の上部に配置することができる。上部電極１８の肉厚は、例えばほぼ０．１〜１マイクロメートルの範囲とすることができる。ｃＭＵＴ送受信器１０には、下部電極１２と隔膜１６が境界付けることのできる間隙を含ませることができる。空隙２０は、空気又はガスを充填するか、或いは完全に又は一部抜気することができる。しかしながら、本技術の一例示実施形態によれば、完全に又は一部抜気した空隙２０が用いられよう。さらにまた、空隙２０は誘電体床面２４を含む。空隙２０は、ほぼコンマ数ミクロン〜数ミクロン台の深さをもたせることができる。
【００１５】
本技術の一例示実施形態により、そしてさらに以下に説明する如く、突出要素（例えば、図１〜図５）や後退要素（例えば、図６）等の少なくとも一つの要素を空隙２０内に形成し、所定の動作モード下でこの間隙すなわち間隙幅を下部電極１２と上部電極１８の間の空隙２０の深さ未満に調整する構成とすることができる。具体的には、第１の例示実施形態では、少なくとも一つの要素は間柱（スタッド）２２等の突出要素で構成することができる。間柱２２は、下部電極１２の上部に配置することができる。さもなくば、間柱２２は隔膜１６の底面に配置することもできる。
【００１６】
間柱２２は、二層で構成することができる。図１の間柱の拡大図に描いたように、間柱２２の上層は下部電極１２と上部電極１８の間の電気的短絡を阻止すべく誘電体層等の絶縁材で構成することができる。誘電層には、これらに限定はされないが、酸化シリコンや窒化シリコンやポリマーや他の非導電材等の材料を含めることができる。さらにまた、間柱２２の底層は、これらに限定はされないが、金属やエピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコンや他の半導体材料等の導電材で構成することができる。間柱２２は、これらに限定はされないが、円形や矩形や六角形等の様々な形状を呈することができる。加えて、間柱２２は単一の間柱や、リング形状間柱、以下リング間柱と呼ぶものや、これに限定はされないが間柱列等の間柱の任意配置で表わすことができる。また、間柱２２の側壁は、垂直としたり先細としたり丸めたりすることができる。
【００１７】
さらにまた、ｃＭＵＴ送受信器１０の空隙２０内に形成することのできる少なくとも一つの要素を縦穴２６等の後退要素とすることができる。縦穴２６は、空隙２０内にエッチング形成することができる（図６を参照して例示し以下に説明する）。さらに、ｃＭＵＴ送受信器１０には間柱２２と縦穴（図示せず）を含ませることができる。さもなくば、縦穴を下部電極１２にエッチング形成し、間柱２２を隔膜１６上に形成することもできる。さらに別の構成によれば、縦穴内に間柱２２を形成することができる。
【００１８】
加えて、本技術のさらなる態様によれば、ｃＭＵＴ送受信器１０にバイアス電位源（図示せず）を含ませ、このバイアス電位源を隔膜１６を下部電極１２へ向けて膨張させる構成とすることができる。本技術の一実施形態によれば、下部電極１２と上部電極１８との間の間隙幅は、間柱２２の高さ及び／又は縦穴の深さを変えることにより、かつｃＭＵＴ送受信器の動作モードに基づいてバイアス電位を変えることにより、可変することができる。ｃＭＵＴ送受信器１０が送信器として動作している間、空隙の深さを増大させて隔膜のより大きな撓みを促し、送信信号の振幅を増強することは有益であろう。しかしながら、ｃＭＵＴ送受信器が受信器として機能するときは、信号受信を向上させるには下部電極１２と上部電極１８の間により小さな間隙幅をもたせることが有利であろう。従って、ｃＭＵＴ送受信器１０の感度は下部電極１２と上部電極１８の間の間隙寸法を調整し、それによって信号の送受信へ向けｃＭＵＴ送受信器１０の性能を都合よく最適化することができる。
【００１９】
当業者には理解されるように、空隙２０により隔てられた下部電極１２と上部電極１８は静電容量を形成している。図１に示す如く送信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０にとっては、より深い空隙２０により送信パルスの振幅を増大させる隔膜の大きな撓みを達成することができる。送信モードでは、より小さな直流（ＤＣ）バイアスにより大きな交流（ＡＣ）励振パルスを印加することができ、このことが都合よくはより大きな膜撓みとｃＭＵＴ送受信器１０に関するより大きな信号対ノイズ比に帰結する。
【００２０】
しかしなから、受信モードで動作中のｃＭＵＴ送受信器１０にとっては、ｃＭＵＴ送受信器１０の感度を高める上で下部電極１２と上部電極１８の間により小さな間隙をもたせることが望ましかろう。図２は、受信モードで動作中のｃＭＵＴ送受信器１０の縦断側面図を示す。図２に示す如く、空隙２０の深さは送信モードで動作中の図１のｃＭＵＴ送受信器１０の空隙の深さよりも小さくすることができる。このより小さな空隙深度は、翻って都合よくはｃＭＵＴ送受信器１０の感度向上をもたらすより大きな容量に帰結することになる。図２に表わした如く、ｃＭＵＴ送受信器１０にバイアス電位源を印加すると、下部電極１２へ向け隔膜１６を撓ませることができる。しかしなから、空隙２０内の間柱２２の存在が故に、空隙２０の深さは相当に減ることになる。それ故、空隙深度の減少した隔膜１６の撓みが受信器として機能するｃＭＵＴ送受信器１０の感度向上を招来しよう。
【００２１】
図３は、図１の３−３線に沿うｃＭＵＴ送受信器１０の断面上面図である。図３の例示実施形態では、リング間柱が描かれている。しかしなから、前述した如く、間柱は円形や矩形や六角形や他の任意の形状とすることができる。
【００２２】
図４〜図６は、送信モードにおいて動作するｃＭＵＴ送受信器１０の代替実施形態の断面図を示す。特に図４を参照するに、送信モードで動作し空隙２０内に配置した単一の間柱２２を有するｃＭＵＴ送受信器１０の代替実施形態の断面図が図示してある。さらにまた、図５は送信モードで動作し空隙２０内に形成することのできる配列に配置した複数の間柱２２を有するｃＭＵＴ送受信器１０のさらに別の代替実施形態を示す。本技術のさらなる態様によれば、空隙２０内に後退要素を形成することができる。図６は、送信モードにおいて動作し空隙２０内にエッチング形成した縦穴２６等の後退要素を有するｃＭＵＴ送受信器１０の一実施形態を示す。
【００２３】
図６を参照するに、縦穴２６は二層から構成することができる。図６の縦穴の拡大図に示す如く、縦穴２６の上層は下部電極１２と上部電極１８の間の電気的短絡を阻止すべく誘電体層等の絶縁材で構成することができる。誘電体層には、これらに限定はされないが、酸化シリコンや窒化シリコンやポリマーや他の非導電材等の材料を含ませることができる。さらにまた、縦穴２６の底層はこれらに限定はされないが、金属やエピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコンや他の半導体材料等の導電材で構成することができる。縦穴２６は、これらに限定はされないが、円形や矩形や六角形等の様々な形状を呈するようにできる。加えて、縦穴２６は、単一の縦穴や、リング形状縦穴、以下リング縦穴と呼ぶものや、これに限定はされないが縦穴列等の任意の縦穴配置により表わすことができる。また、縦穴２６の側壁は垂直としたり先細としたり丸めたりすることができる。
【００２４】
図７〜図９は、受信モードで動作する図４〜図６に示したｃＭＵＴ送受信器１０の対応断面図を示す。図７は、受信モードで動作する図４のｃＭＵＴ送受信器１０を描いたものである。同様に、図８は受信モードで動作する図５のｃＭＬＴＴ送受信器１０を示すものである。同様に、図９は受信器として機能する図６のｃＭＵＴ送受信器１０を示すものである。
【００２５】
図１０〜図１２は図４〜図６に示したｃＭＵＴ送受信器１０の断面上面図を示す。特に図１０を参照するに、図４の１０−１０線に沿うｃＭＵＴ送受信器１０で、その空隙２０内に配置した単一の間柱２２を有するｃＭＵＴ送受信器１０の上面図が図示してある。図１１は、図５の１１−１１線に沿うｃＭＵＴ送受信器１０の上面図を示すものであり、ここでは間柱２２の列がｃＭＵＴ送受信器１０の空隙２０内に配置してある。同様に、図６の１２−１２線に沿うｃＭＵＴ送受信器１０で、その空隙２０内にエッチング形成した縦穴２６を有するｃＭＵＴ送受信器１０の上面図が図示してある。
【００２６】
間柱２２と縦穴２６はｃＭＵＴ送受信器１０の空隙２０の深さを可変するよう実装することができる。加えて、バイアス電位を可変することで、下部電極１２と上部電極１８の間の間隙を信号の送受信用に最適化することができる。この最適化は、ｃＭＵＴ送受信器１０が送信及び／又は受信モードで動作するときに隔膜１６の撓みを制御するバイアス電位源を採用することで達成することができる。例えば、ｃＭＵＴ送受信器が図１に示す如く送信モードで動作しているときに、バイアス源を用いて圧潰電圧よりも低い直流バイアスを印加することができ、このことが有益なことに図１に示した下部電極１２と上部電極１８の間の大きな間隙に帰結する。当業者には理解されるように、圧潰電圧はバイアス電圧であり、ここでは小さく膜を撓ませる膜撓みの機械的復元力は静電力に拮抗させることはできない。小さな直流バイアスがＡＣ励振パルスの印加を可能にし、このパルスがより大きな膜撓みと送信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０に関する信号対ノイズ比に帰結させることができる。
【００２７】
さらにまた、受信モードでは、隔膜１６を間柱２２へ圧潰させるのに十分な直流バイアスをバイアス電位源を介して印加することができる。印加電圧は、図２に示す如く、隔膜１６を間柱２２へ撓ませることができる。下部電極１２と上部電極１８の間の低減された間隙は、都合よくは所与の入射音響波に対するより大きな容量変化を招き、そのことが翻ってｃＭＵＴ送受信器１０の感度向上に通ずる。加えて、受信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０内の下部電極１２と上部電極１８の間の間隙幅は、送信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０内よりも小さなものとなる。さらに、受信器として機能するｃＭＵＴ送受信器１０に印加するバイアス電圧は上部電極１８を間柱２２上へ吸引するのに妥当なものではあるが、バイアス電位は下部電極１２と上部電極１８に関する圧潰電圧よりも低いものとすることができる。
【００２８】
上記した如く、間柱２２は空隙２０の床面から突出させることができる。これ故、間柱２２の上部と上部電極１８との間の空隙２０（すなわち、「間隙」）の有効深さをより小さなものとし、それによって隔膜１６を間柱２２上へ圧潰するのに必要なバイアス電位をより小さくすることができる。一例示実施形態では、間柱２２の高さは例えば０．２マイクロメートル未満とすることができる。さらに、間柱を下部電極１２上に或いは上部電極１８上に配置することができる。受信器として機能するｃＭＵＴ送受信器１０の空隙２０の深さは、隔膜１６が間柱２２上へ圧潰したときの間柱２２の高さにより調整することができる。このより小さな空隙深度は、都合よくは所与の入射超音波に対するより大きな容量変化を招き、かくして受信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器１０の感度向上に帰結させることができる。
【００２９】
本発明の一例示実施形態により、間柱及び／又は縦穴を実装し、バイアス電位を可変することで下部電極１２と上部電極１８の間の間隙を調整することのできるｃＭＵＴ送受信器１０を開示した。本例示実施形態によれば、ｃＭＵＴ送受信器１０は送信器及び受信器の両方の性能に合わせ最適化することができる。同様の原理を個別送信器セルと受信器セルを備える構成へ採用し、かくして以下にさらに説明する如く、送信器及び受信器として機能するｃＭＵＴセルの個別最適化を可能にすることができる。
【００３０】
図１３と図１４は、異なる深さを有する間隙を各送信モードと受信モードのそれぞれに実装することのできるよう異なる送信器セル構造及び受信器セル構造を有する二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８の代替実施形態を示す。ここに熟慮した構成では、図１３と図１４に示したｃＭＵＴユニットセル２８が受信モードで動作する構成の第１のセル（受信器セル）３０を含む。以下にさらに説明する如く、受信器セル３０は下部電極と上部電極と第１の間隙幅を有する間隙とを含む。加えて、ｃＭＵＴユニットセル２８は送信モードで動作する構成である第２のセル（送信器セル３２）を含む。受信器セル３０と同様、送信器セル３２もまた下部電極と上部電極と、以下にさらに説明する如く第１の間隙を上回る大きさの第２の間隙幅を有する間隙とを含む。
【００３１】
先ず図１３を参照するに、受信器セル３０は下部電極３４を含む。複数の支柱３６を、下部電極３４上に配置することができる。さらに、隔膜３８を複数の支柱３６上に配置することができる。加えて、上部電極４０を隔膜３８上に配置することができる。受信器セル３０は、下部電極３４と上部電極４０の間に第１の間隙幅を有する間隙を有する。第１の間隙幅は、ｃＭＵＴユニットセル２８が受信モードで動作しているときの所与の入射超音波信号に対する容量変化を最適化する構成とすることができる。
【００３２】
ｃＭＵＴユニットセル２８はさらに送信器セル３２を含み、これを下部電極４２を含ませ得る受信器セル３０に隣接配置することができる。さもなくば、送信器セル３２は受信器セル３０から隔離して配置することもできる。受信器セル３０と同様、送信器セル３２は下部電極４２上に配置した複数の支柱３６をさらに備える。加えて、隔膜４４は複数の支柱３６上に配置することができ、上部電極４６は隔膜４４上に配置することができる。さらにまた、本例示実施形態によれば、送信器セル３２には微細加工した縦穴４８を含ませることができる。受信器セル３０の間隙幅と比較したときに、縦穴４８の存在が送信下部電極４２と送信上部電極４６の間により大きな間隙幅を有する間隙をもたらし、そのことが翻ってｃＭＵＴユニットセル２８が送信モードで動作するときに送信隔膜４４の変位増大を促す。従って、ｃＭＵＴユニットセル２８が送信モードで動作しているときに振幅を増大させた超音波を得ることができる。さらに、絶縁層５０を受信下部電極３４と送信下部電極４２と縦穴４９の床面に配置することができる。
【００３３】
さらに、図１３に示した本例示実施形態は送信下部電極４２内に形成され、受信器セル３０と送信器セル３２のそれぞれに可変間隙幅を提供する縦穴４８を示すものであるが、図１４に示す代替例示実施形態では、間柱５２等の突出要素を受信下部電極３４上に配置することができる。間柱５２は受信下部電極３４と受信上部電極４０の間の間隙幅を低減する構成とし、かくして所与の入射超音波に関する容量変化を最適化する構成とすることができる。さらにまた、絶縁層は間柱５２上に配置することができる。絶縁層は、受信下部電極３４に配置することもできる。さもなくば、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８は送信器セル３２内の各縦穴４８と受信器セル３０内の間柱５２或いはそれらの間柱と縦穴の組み合わせを含む構成とすることができる。
【００３４】
図１３〜図１４に示した二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８の一例示実施形態では、受信器と送信器セルの横方向寸法を異ならしめることができる。このことで、様々な分野における二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８の応用が容易になる。例えば、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８は調波造影に応用分野を見出すことができ、そこでは受信器セル３０と送信器セル３２の動作周波数は各セルの個別寸法を調節することにより都合よく調整することができる。二重空隙ユニットセル２８は、図１のｃＭＵＴ送受信器１０と同じ大きさとすることができる。当業者には理解されるように、それらの機能性、すなわち送信であるか受信であるかに基づきｃＭＵＴセルを分離することで、送信器セルと受信器セルが作動的である間に複数の異なる送信器ｃＭＵＴセルと受信器ｃＭＵＴセルが検出面積の低減が原因で信号損失を経験することがあり得る。しかしながら、この構造を図１３と図１４に示す如く送信器用と受信器用に異なるセルに分離することで、ｃＭＵＴセルの一組だけ、すなわち送信器セルと受信器セルのいずれかが作動的であるときに招く信号損失を十二分に補償することができる。送信器セルと受信器セルをここで個別に最適化し、それによって能動的検出領域内の損失を上回るであろう感度向上をもたらすことができる。
【００３５】
さらに、ｃＭＵＴ送受信器１０に関して説明した如く、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８には少なくとも一つのバイアス電位源を含ませることができ、ここではバイアス電位源は受信隔膜３８と送信隔膜４４とをそれらの対応する底部電極３４，４２へ向けて膨張させる構成とする。
【００３６】
本技術のさらなる態様によれば、ｃＭＵＴ送受信器の一実施形態の製造方法が提示される。図１５〜図２０はｃＭＵＴの製造工程フローを表わすものであり、ここでは間柱は隔膜上に配置することができる。図１５は、ｃＭＵＴ送受信器の下部電極を含ませることのできる底部５４（低抵抗性プライムウェーハ）の製造工程中の初期ステップを示すものである。図１５に示したように、第１の酸化物層５６と第２の酸化物層６０を、乾式酸化工程や湿式酸化工程やその二つの組み合わせとすることのできる酸化工程により高導電性シリコン層５８等の基板の両面に形成することができる。第２の酸化物層６０が、下部電極と上部電極の間に間隙を画成している。図１６に示す如く、写真平板と湿式エッチングを用い、第２の酸化物層の一部をエッチングにより取り除くことができ、それによって複数の支柱６２とこの支柱により画成される空隙６４とを画成することができる。その後、図１７に示す如く、酸化工程を用い、空隙６４内に電気的な絶縁をもたらすことができる。
【００３７】
ｃＭＵＴ送受信器の製造方法にはさらに、上部電極を含む上部６８（絶縁膜上結晶シリコン（ＳＯＩ；Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハ）の製造が含まれる。さもなくば、当業者には理解されるように、シリコン基板や埋設酸化物層やシリコン支持基板ウェーハを含む予製作ＳＯＩをｃＭＵＴ送受信器の製造に用いることもできる。図１８に示す如く、上部６８は支持基板ウェーハ７２上に配置することのできる埋設酸化（「ボックス」）層７０を含む。加えて、これらに限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の導電性或いは低抵抗層を酸化ボックス層７０上に配置することができ、ここでは導電層を隔膜７４として機能させる構成とすることができる。さもなくば、これらに限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の非導電性或いは高抵抗性層を酸化ボックス層７０上に配置することもでき、ここでこの層は隔膜７４として機能させる構成とすることができる。さらに、突出間柱７６等の少なくとも一つの要素を隔膜７４上に形成することができる。間柱７６は乾式エッチング処理が続く写真平板工程を用いて形成することができ、エッチングに続いて間柱７６上に絶縁層７８を配設する熱酸化工程を行なうことができる。当業者には理解されるように、これらに限定はされないが、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ；ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ；ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いても間柱７６を形成することができる。さもなくば、間柱７６は隔膜７４上の金属等の材料の付着により形成することができ、これに間柱７６上に絶縁層を配設する誘電体付着工程が続く。さらにまた、形成された間柱７６の高さは、ｃＭＵＴ送受信器が受信モードで機能するときに上部電極と下部電極の間の空隙６４内の間隙幅を画成する構成とすることができる。
【００３８】
さらにまた、図１９に示す如く、ここでＳＯＩウェーハとプライムウェーハ５４との間の溶着により底部５４（プライムウェーハ）上に上部６８（ＳＯＩウェーハ）を配置することで構造８０を形成することができる。これらに限定はされないが、テトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ；ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ；ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）やエチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ；Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｄｉａｍｉｎｅ Ｐｙｒｏｃａｔｅｃｈｏｌ）等の化学物質を用いた湿式エッチングが続く機械的研磨或いは研削を用いて、支持基板ウェーハ７２を除去することができる。支持基板ウェーハ７２の除去に続き、酸化ボックス層７０はバッファードフッ酸（ＢＨＦ；ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ ａｃｉｄ）により取り除くことができる。その後、図２０に示す如く、上部電極８３を隔膜７４上に配置し、ｃＭＵＴ送受信器８１を形成することができる。図２０は、間柱７６を隔膜７４上に配置したｃＭＵＴ送受信器８１を示す。さらに、当業者には理解されるように、間柱及び／又は縦穴を含めるよう表面微細加工を用いることもできる。表面微細加工を用い、バルク微細加工工程のようにＳＯＩウェーハから接着する代りに隔膜を付着する。これには、隔膜下側の全ての犠牲層（酸化膜等）の除去が続き、真空を用いた上部電極の付着をもって空隙を封止することができる。
【００３９】
図１５〜図２０を参照して説明した工程フローは、間柱７６を隔膜７４上に配置することのできるｃＭＵＴ送受信器の製造工程を示すものである。当業者には理解されるように、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル構造の製造に同様の技術を用いることもできる。同様の仕方で、図２１〜２６はｃＭＵＴ送受信器の製造用工程フローを描いたものであり、ここでは以下に説明する如くかつ図１にて前述した如く間柱を下部電極上に配置する。
【００４０】
図２１は、ｃＭＵＴ送受信器の底部５４（低抵抗プライムウェーハ）の製造工程における初期ステップを示すものであり、ここでは第１の酸化物層５６と第２の酸化物層６０は、これらに限定はされないが、乾式酸化工程や湿式酸化工程やその二つの組み合わせ等の酸化工程により製造し、高導電性シリコン層５８上に配置することができる。第２の酸化物層６０は、下部電極と上部電極の間に間隙を画成する。図２２に示したように、写真平板と湿式エッチングを用いて第２の酸化物層の一部をエッチングして取り除き、それによって複数の支柱６２とこの支柱が画成する空隙６４とを画成することができる。その後、図２３に示す如く、エッチング工程が続く写真平板工程を用い、空隙６４内に間柱７６を形成する。図２４に示したように、間柱７６上に電気的絶縁層７８を配設する酸化工程を間柱７６の形成に続かせることができる。さもなくば、上記の如く、間柱７６を金属等の材料の付着により下部電極５４上に形成し、これに電気的付着工程を続けて間柱７６上に絶縁層を配設する。
【００４１】
図２５は、間柱７６を空隙６４内に付着させる場合の本技術の代替実施形態を示す。ｃＭＵＴ送受信器の本例示的製造方法にはさらに、上部６８（ＳＯＩウェーハ）の製造が含まれる。さもなくば、当業者には理解されるように、シリコン基板や埋設酸化物層やシリコン支持基板ウェーハを含む予製作ＳＯＩをｃＭＵＴ送受信器の製造に用いることもできる。図２５に示したように、上部６８は支持基板ウェーハ７２上に配置した酸化物ボックス層７０を含む。加えて、これらには限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の導電層或いは低抵抗層を酸化ボックス層７０上に付着させ、ここでこの層を隔膜７４として機能させる構成とする。さもなくば、これらに限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の非導電層或いは高抵抗層を酸化ボックス層７０上に付着させ、ここでこの層を隔膜７４として機能するようにできる。
【００４２】
さらにまた、図２５に示したように、ここでＳＯＩウェーハとプライムウェーハの間の溶着により底部５４上の上部６８に付着させることで構造８２を形成することができる。支持基板ウェーハ７２は、これに限定はされないがＴＭＡＨやＫＯＨやＥＤＰ等の腐食液を用いた湿式エッチングが続く機械的研磨或いは研削によって取り除くことができる。支持基板ウェーハの除去に続き、酸化物ボックス層７０をＢＨＦによって取り除くことができる。その後、図２６に示したように、上部電極８３を隔膜７４上に付着させてｃＭＵＴ送受信器８５を形成することができる。図２６は、間柱７６を下部電極５８に配置したｃＭＵＴ送受信器８５を示すものである。さらに、当業者には理解される如く、表面微細加工を用いて間柱及び／又は縦穴を使用することもできる。表面微細加工を用いることで、バルク微細加工工程の如くＳＯＩウェーハから接着するのではなく、隔膜を付着させることができる。これに酸化物等の隔膜下側の任意の犠牲層の除去を続け、真空を用いた上部電極の付着により空隙を封止することができる。
【００４３】
上記に記載した処理工程フローは、ｃＭＵＴ送受信器の空隙内に間柱を形成する工程を記述するものである。前述の如く、同様の技術を二重空隙ｃＭＵＴユニットセル構造の製造に用いることもできる。当業者には理解されるように、図２７〜図３２を参照して以下にさらに説明する如く、ｃＭＵＴ送受信器の空隙内へ縦穴等の後退要素をエッチング形成する同様の工程を続けることができる。この発想により、感度改善へ向け受信モードでの所望の薄肉間隙を維持しつつ、突出する多量ドープ処理領域に隔膜を圧潰することができる。当業者には理解されるように、同様の技術を二重空隙ｃＭＵＴユニットセル構造の製造に用いることもできる。
【００４４】
図２７〜図３２は、縦穴等の後退要素を下部電極と上部電極の間の間隙内に形成したｃＭＵＴセルを製造する本技術の態様になる例示工程を示すものである。図２７は、下部電極を含むｃＭＵＴセルの底部８４（プライムウェーハ）の製造工程における初期ステップを示すものであり、ここでは第１の酸化物層８６と第２の酸化物層９０は、これらに限定はされないが、乾式酸化工程や湿式酸化工程やこの二つの組み合わせ等の酸化工程により製造され、低導電性シリコン層８８上に配置する。
【００４５】
図２８に示す如く、第１の写真平板及びエッチング工程を用い、第２の酸化物層９０の一部をエッチングにより取り除き、それによって複数の支柱９２とこの支柱９２が画成する空隙９４を画成することができる。加えて、図２８に示したように、第２の写真平板及びエッチングステップを用い、空隙９４の底部に形成される縦穴９６等の後退要素を画成することができる。本実施形態では、先に説明したようにシリコン層８８を多量にドープ処理することができる。さもなくば、図２９に示したように、少量をドープ処理した図２７のシリコン層８８を支柱９２に隣接する領域で多量にドープ処理することもできる。符号９８で参照するこれらの多量ドープ処理領域は、追加のドープ処理ステップを介して組み込むことができる。多量ドープ処理領域９８は、前の部分で説明したように間柱等の突出要素に適用することもできる。ドープ処理に続き、酸化工程は図３０に示す如く電気的絶縁１００をもたらすことができる。
【００４６】
加えて、ｃＭＵＴセルの製造方法はさらに前述の如く上部１０４（ＳＯＩウェーハ）の製造を含む。さもなくば、当業者には理解されるように、シリコン基板や埋設酸化物層やシリコン支持基板ウェーハを含む予製作ＳＯＩをｃＭＵＴ送受信器の製造に用いることもできる。図３１に示したように、上部１０４には第１の側面と第２の側面を有する酸化ボックス層１０６を含ませ、支持基板ウェーハ１０８上に配置することができる。加えて、これらに限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の導電性或いは低抵抗性層を酸化ボックス層１０６の第２の側面上に配置することができ、ここでこの層は隔膜１１０として機能させる構成とすることができる。さもなくば、これらに限定はされないが、エピシリコンや単結晶シリコンや多結晶シリコン層等の非導電性或いは高抵抗性層を酸化ボックス層１０６の第２の側面上に配置することもでき、ここでこの層を隔膜１１０として機能させる構成とすることができる。
【００４７】
さらにまた、図３１に示したように、ここでＳＯＩウェーハとプライムウェーハとの間の溶着により底部８４上に上部１０４を配置することで構造１０２を形成することができる。支持基板ウェーハ１０８は、これらに限定はされないが、ＴＭＡＨやＫＯＨやＥＤＰ等の腐食液を用いた湿式エッチングが続く機械的研磨或いは研削により取り除くことができる。酸化物ボックス層１０６は、ＢＨＦによって取り除くことができる。その後、図３１に示す如く、上部電極１１３を隔膜１１０上に配置し、ｃＭＵＴ送受信器１１２を形成する。図３２は、縦穴９６を下部電極８８上に配置したｃＭＵＴ送受信器１１２を示す。さらに、当業者には理解されるように、表面微細加工を用いて間柱及び／又は縦穴を包含させることもできる。表面微細加工を用いることで、バルク微細加工工程の如くＳＯＩウェーハから接着するのではなく、隔膜を付着させることができる。これに隔膜の下側の全ての犠牲層（酸化物等）の除去を続け、真空と上部電極の付着とにより空隙を封止することができる。
【００４８】
上記の工程フローは、ｃＭＵＴセル１１２の空隙内に縦穴を形成する方法を説明するものである。ｃＭＵＴセル１１２の空隙内に間柱等の突出要素を形成する同様の方法を続けることができる。しかしなから、本技術の一例示実施形態によれば、隔膜を間柱領域に優先的に取り付けるべく多量ドープ処理領域を間柱のシリコン層内に駐在させ、改善された受信モード動作用に低減された間隙をもたらすことが望ましかろう。
【００４９】
前述の如く、本技術のさらなる実施形態によれば、図１３と図１４に示した二重空隙ユニットセル等の二重空隙ユニットセル構造を実装することができる。前述の如く、二重空隙ユニットセル構造は、受信器として動作するよう構成することのできる第１のセルを含む。加えて、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル構造は、送信器として動作するよう構成することのできる第２のセルを含む。本技術のさらなる態様により、二重空隙ｃＭＵＴセルユニット構造の例示製造方法を説明する。前述の如く、図１５〜図３２を参照して説明した方法を用い、二重空隙ｃＭＵＴセルユニット構造を製造することができる。本方法には、受信ｃＭＵＴセルが下部電極と上部電極を含む受信器として動作するよう構成することのできる第１のセルの製造が含まれる。さらにまた、本方法は送信モードで動作する構成とすることのできる第２のセルの製造を必要とし、ここでは送信器ｃＭＵＴセルは下部電極と上部電極を含もう。さらにまた、本方法は第１のセルと第２のセルのうちの一方に突出要素と後退要素のうちの一方の形成が必要となろう。
【００５０】
図３３は、本技術の態様に従って製造される例示的ｃＭＵＴセル１２０を含むｃＭＵＴ送受信器システム１１８のブロック線図である。このシステム１１８は抵抗器１２２のバンクを含み、ｃＭＵＴセル１２０へ結合することができる。加えて、このシステム１１８は少なくとも一つの外部電圧によって給電することのできる抵抗器１２２に結合させることのできるバイアス電圧バンク１２４を含ませるとことができる。さらに、バイアス電圧バンクに存在することのある直流−直流変換器が、離散的或いは連続的な様々な所定のバイアス電圧を生成することができる。バイアス電圧バンク１２４は、基板上に配置した個別離散電子デバイスを用いて実装することができる。さもなくば、バイアス電圧バンクは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）として実装することもできる。ＡＳＩＣを実装してバイアス電圧バンク１２４と残りの機能ブロックとを統合することで、チップ搭載型システム（ＳＯＣ；Ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ−Ｃｈｉｐ）を得ることができる。
【００５１】
ブラックボックス１２６は多重化器回路で構成することができ、抵抗器１２２に結合することができる。ブラックボックス１２６に結合することのできる送／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１２８は通常スイッチ回路を含み、送信信号と受信信号の間を切り替えるよう設計することができる。さらにまた、システム１１８にはＡＣ励振パルスを発生させるのに用いることのできるＴ／Ｒスイッチ１２８に結合できるパルス発生器１３０を含ませることができる。Ｔ／Ｒスイッチ１２８に結合することのできる低雑音増幅器（ＬＮＡ）１３２を、信号の増強に用いることができる。加えて、本技術の一例示実施形態によれば、Ｔ／Ｒスイッチ１２８に結合することのできるＴ／Ｒ制御器ブロック１３４を用いてバイアス電圧バンク１２４とＴ／Ｒスイッチ１２８の機能を連携させることができる。これらに限定はされないが、書き換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ；ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）や論理回路等のプログラム可能な装置を用い、Ｔ／Ｒ制御器１３４を実装することができる。在庫品の部品を用い、パルス発生器１３０とＬＮＡ１３２を実装することができる。
【００５２】
ｃＭＵＴ送受信器１２０が送信モードで動作している間は、バイアス電圧バンク１２４が供給する直流バイアス電圧とパルス発生器が生成したＡＣ励振パルスをｃＭＵＴ送受信器１２０に印加することができる。Ｔ／Ｒ制御器１３４は、バイアス電圧バンク１２４とＴ／Ｒスイッチ１２８を送信モードに設定して、直流バイアス電圧と超音波パルスをｃＭＵＴ１２０へ給送できるようにするのに用いることができる。これらの超音波のパルスは、ｃＭＵＴ１２０により音響信号へ変換することができる。
【００５３】
受信モードで動作する間、バイアス電圧バンク１２４が供給するより大きな直流バイアス電圧をｃＭＵＴ１２０に印加することができる。Ｔ／Ｒ制御器１３４は、バイアス電圧バンク１２４とＴ／Ｒスイッチ１２８を受信モードへ設定するのに用いることができる。反射音響信号の受信時に、ｃＭＵＴ１２０はこれらの音響信号を電気信号へ変換することができる。さらにまた、これらの電気信号は信号増幅へ向けＬＮＡ１３２へチャンネル配信する。
【００５４】
本技術の一態様によれば、ｃＭＵＴ送受信器が提示される。図を参照して上記に説明したように、ｃＭＵＴ送受信器には下部電極を含ませることができる。さらにまた、下部電極に隣接配置して第１の間隙幅を有する間隙が隔膜と下部電極の間に形成されるようにできる。加えて、本技術の態様によれば、少なくとも一つの要素を間隙内に形成することができる。要素は、隔膜と下部電極の間に第２の間隙幅を提供するよう配置する。一実施形態では、第１の間隙幅は第２の間隙幅よりも大とする。さらにまた、要素は間柱等の突出要素を含ませることができる。この要素は、縦穴等の後退要素をさらに含ませることができる。ｃＭＵＴ送受信器に、隔膜に結合した上部電極を含ませることができる。加えて、ｃＭＵＴ送受信器にｃＭＵＴ送受信器の動作期間中に隔膜を下部電極へ向け膨張させるのに用いることのできるバイアス電位源を含ませることができる。
【００５５】
ｃＭＵＴ送受信器１０と上記ｃＭＵＴ送受信器の製造方法により、感度向上させたｃＭＵＴ送受信器の製作が可能である。送信器と受信器の両方として動作する間のｃＭＵＴ送受信器の性能は、都合よく向上させることができる。これらのｃＭＵＴ送受信器は、医用造影や非破壊評価や無線通信や保安応用やガス検出や他の応用等の様々な分野に応用を見出すことができる。
【００５６】
さらにまた、二重空隙ｃＭＵＴユニットセル２８と上記の二重空隙ｃＭＵＴユニットセルの製造方法が、送信信号と受信信号用の個別セルの動作の最適化を促し、そのことが二重空隙ｃＭＬＴＴユニットセルの感度を高める結果を招く。これらの二重空隙ｃＭＵＴユニットセルは、医用造影や非破壊評価や無線通信や保安応用やガス検出や他の応用等の様々な分野に応用を見出すことができる。
【００５７】
本願明細書では本発明の特定の特徴だけを図示し説明してきたが、当業者には多くの改変例と変形例が想起されよう。それ故、特許請求の範囲は本発明の趣旨範囲内に含まれる全てのこの種改変例や変形例を包含するよう意図するものである。一（又は複数）の図面中のものに対応する参照符号は、特許請求の範囲中では請求発明の理解を容易にするためだけのものであり、請求発明の範囲を狭めることを意図したものではない。本出願の特許請求の範囲の記述内容は、明細書の説明の一部として明細書中に取り込むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】リング間柱を備え本技術態様になる送信モードで動作するｃＭＵＴ送受信器の一例示実施形態を示す断面図である。
【図２】リング間柱を備え本技術態様になる受信モードで動作する図１のｃＭＵＴ送受信器の一例示実施形態を示す断面図である。
【図３】３−３線に沿う図１のｃＭＵＴ送受信器の断面上面図である。
【図４】本技術態様になる単一の間柱を備える図１のｃＭＵＴ送受信器の代替例示実施形態の縦断側面図である。
【図５】本技術態様になる間柱列を備える図１のｃＭＵＴ送受信器の別の例示実施形態の縦断側面図である、
【図６】本技術態様になる縦穴を備える図１のｃＭＵＴ送受信器の別の例示実施形態の縦断側面図である。
【図７】本技術態様になる単一の間柱を備える図２のｃＭＵＴ送受信器の代替例示実施形態の縦断側面図である。
【図８】本技術態様になる間柱列を備える図２のｃＭＵＴ送受信器の別の例示実施形態の縦断側面図である。
【図９】本技術態様になる縦穴を備える図２のｃＭＵＴ送受信器の別の例示実施形態の縦断側面図である。
【図１０】１０−１０断面線に沿う図４のｃＭＵＴ送受信器の断面上面図である。
【図１１】１１−１１断面線に沿う図５のｃＭＵＴ送受信器の断面上面図である。
【図１２】１２−１２断面線に沿う図６のｃＭＵＴ送受信器の断面上面図である。
【図１３】本技術態様により二重空隙ｃＭＵＴユニットセルの例示実施形態を示す縦断側面図である。
【図１４】本技術態様になる図１３の二重空隙ｃＭＵＴユニットセルの代替構成の例示実施形態を示す縦断側面図である。
【図１５】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図１６】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図１７】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図１８】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図１９】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図２０】図１のｃＭＵＴセルを製造する例示工程を示す図である。
【図２１】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２２】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２３】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２４】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２５】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２６】図１のｃＭＵＴセルを製造する代替例示工程を示す図である。
【図２７】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図２８】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図２９】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図３０】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図３１】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図３２】図１のｃＭＵＴセルを製造する別の例示工程を示す図である。
【図３３】本技術の一態様になるｃＭＵＴ送受信器を実装するシステムのブロック線図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０，８１，８５ ｃＭＵＴ送受信器
１２，３４，４２ 下部電極
１４，３６，６２，９２ 支柱
１６，３８，４４，７４，１１０ 隔膜
１８，４０，４６，８３，１１３ 上部電極
２０，６４，９４ 空隙
２２，５２，７６ 間柱
２４ 誘電体床面
２６，４８，９６ 縦穴
２８，１１２ ｃＭＵＴセル
３０ 第１のセル（受信器セル）
３２ 第２のセル（送信器セル）
５０，７８ 絶縁層
５４，８４ 底部
５６，８６ 第１の酸化物層
５８，８８ シリコン層
６０，９０ 第２の酸化物層
６８，１０４ 上部
７０，１０６ 酸化ボックス層
７２ 支持基板ウェーハ
８０，８２，１０２ 構造
９８ 多量ドープ処理領域
１００ 電気的絶縁
１１８ 送受信器システム
１２０ ｃＭＵＴ
１２２ 抵抗器
１２４ バイアス電圧バンク
１２６ ブラックボックス
１２８ Ｔ／Ｒスイッチ
１３０ パルス発生器
１３２ 低雑音増幅器
１３４ Ｔ／Ｒ制御器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性超細加工超音波トランスデューサセル（１０）であって、
下部電極（１２）と、
前記下部電極（１２）に隣接配置した隔膜（１６）で、該隔膜（１６）と下部電極（１２）の間に第１の間隙幅を有する間隙が形成されるようにした前記隔膜（１６）と、
前記間隙内に形成した少なくとも一つの要素で、前記隔膜（１６）と前記下部電極（１２）の間に第２の間隙を設けるよう配置した前記少なくとも一つの要素とを備える、容量性微細加工超音波トランスデューサセル（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも一つの要素は、突出要素を備える、請求項１記載の容量性超微細加工超音波トランスデューサセル（１０）。
【請求項３】
前記少なくとも一つの要素は、後退要素を備える、請求項１記載の容量性超微細加工超音波トランスデューサセル（１０）。
【請求項４】
容量性超微細加工超音波トランスデューサセル（１０）であって、
上部と底部を備える下部電極（１２）と、
前記下部電極（１２）の前記上部に配置され、空隙（２０）を画成する構成とした複数の支柱（１４）と、
前記複数の支柱（１４）上に配置した隔膜（１６）で、該隔膜（１６）と前記下部電極（１２）が境界付ける間隙をもたらす前記隔膜（１６）と、
前記隔膜（１６）上に配置した上部電極（１８）と、
前記空隙（２０）内に形成され、前記下部電極（１２）と前記上部電極（１８）の間に前記空隙（２０）の深さに満たない間隙幅をもたらすよう構成した少なくとも一つの要素とを備える、容量性超微細加工超音波トランスデューサセル（１０）。
【請求項５】
バイアス電位源をさらに備え、該バイアス電位源は前記隔膜（１６）を前記下部電極（１２）へ向け膨張させる構成とした、請求項４記載の容量性微細加工超音波トランスデューサセル（１０）。
【請求項６】
容量性微細加工超音波トランスデューサセルの製造方法であって、
下部電極（１２）上に複数の支柱を形成し、該支柱（１４）間に空隙（２０）を画成するステップと、
前記空隙（２０）内に少なくとも一つの要素を形成するステップと、
前記複数の支柱（１４）上に隔膜を配置し、前記下部電極（１２）と前記隔膜（１６）の間に間隙を形成するステップと、
前記隔膜（１６）上に上部電極を配置するステップとを含む、方法。
【請求項７】
容量性微細加工超音波トランスデューサセル構造（２８）であって、
受信モードで動作する構成とした第１のセル（３０）で、下部電極（３４）と上部電極（４０）を備える前記第１のセル（３０）と、
送信モードで動作する構成とした第２のセル（３２）で、下部電極（４２）と上部電極（４６）を備える前記第２のセル（３２）と、
前記第１のセル（３０）と前記第２のセル（３２）のそれぞれの間に空隙を形成するよう配置した複数の支柱（３６）と、
前記支柱（３６）上に配設した複数の隔膜（３８，４４）と、
前記第１のセル（３０）と前記第２のセル（３２）のうちの一つの空隙内に形成した突出要素と後退要素のうちの少なくとも一つとを備える、構造（２８）。
【請求項８】
容量性微細加工超音波トランスデューサユニットセル構造の製造方法であって、
受信モードで動作する構成のユニットセル内に第１のセルを作製するステップで、該第１のセル（３０）が下部電極（３４）と上部電極（４０）を備える前記ステップと、
送信モードで動作する構成のユニットセル内に第２のセルを作製するステップで、該第２のセル（３２）が下部電極（４２）と上部電極（４６）を備える前記ステップとを含む、方法。
【請求項９】
前記第１のセル（３０）と前記第２のセル（３２）のうちの一つに突出要素と後退要素のうちの一つを作製するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
システム（１１８）であって、
容量性微細加工超音波トランスデューサ（１２０）と、
容量性微細加工超音波トランスデューサ（１２０）に結合した抵抗器（１２２）と、
前記抵抗器（１２２）に接続したバイアス電圧バンク（１２４）と、
前記抵抗器（１２２）に接続した多重化器（１２６）と、
前記多重化器（１２６）に接続され、容量性微細加工超音波トランスデューサ（１２０）の動作モードを制御する構成としたスイッチ（１２８）と、
前記スイッチ（１２８）に結合され、前記バイアス電圧バンク（１２４）と前記スイッチ（１２８）の動作を制御する構成とした制御回路（１３４）と、
前記スイッチ（１２８）に結合され、交流励振パルスを発生する構成としたパルス発生器（１３０）と、
前記スイッチ（１２８）に結合され、信号を増強する構成の低雑音増幅器（１３２）とを備える、システム（１１８）。
【請求項１】
容量性超細加工超音波トランスデューサセル（１０）であって、
下部電極（１２）と、
前記下部電極（１２）に隣接配置した隔膜（１６）で、該隔膜（１６）と下部電極（１２）の間に第１の間隙幅を有する間隙が形成されるようにした前記隔膜（１６）と、
前記間隙内に形成した少なくとも一つの要素で、前記隔膜（１６）と前記下部電極（１２）の間に第２の間隙を設けるよう配置した前記少なくとも一つの要素とを備える、容量性微細加工超音波トランスデューサセル（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも一つの要素は、突出要素を備える、請求項１記載の容量性超微細加工超音波トランスデューサセル（１０）。
【請求項３】
前記少なくとも一つの要素は、後退要素を備える、請求項１記載の容量性超微細加工超音波トランスデューサセル（１０）。
【請求項４】
容量性超微細加工超音波トランスデューサセル（１０）であって、
上部と底部を備える下部電極（１２）と、
前記下部電極（１２）の前記上部に配置され、空隙（２０）を画成する構成とした複数の支柱（１４）と、
前記複数の支柱（１４）上に配置した隔膜（１６）で、該隔膜（１６）と前記下部電極（１２）が境界付ける間隙をもたらす前記隔膜（１６）と、
前記隔膜（１６）上に配置した上部電極（１８）と、
前記空隙（２０）内に形成され、前記下部電極（１２）と前記上部電極（１８）の間に前記空隙（２０）の深さに満たない間隙幅をもたらすよう構成した少なくとも一つの要素とを備える、容量性超微細加工超音波トランスデューサセル（１０）。
【請求項５】
バイアス電位源をさらに備え、該バイアス電位源は前記隔膜（１６）を前記下部電極（１２）へ向け膨張させる構成とした、請求項４記載の容量性微細加工超音波トランスデューサセル（１０）。
【請求項６】
容量性微細加工超音波トランスデューサセルの製造方法であって、
下部電極（１２）上に複数の支柱を形成し、該支柱（１４）間に空隙（２０）を画成するステップと、
前記空隙（２０）内に少なくとも一つの要素を形成するステップと、
前記複数の支柱（１４）上に隔膜を配置し、前記下部電極（１２）と前記隔膜（１６）の間に間隙を形成するステップと、
前記隔膜（１６）上に上部電極を配置するステップとを含む、方法。
【請求項７】
容量性微細加工超音波トランスデューサセル構造（２８）であって、
受信モードで動作する構成とした第１のセル（３０）で、下部電極（３４）と上部電極（４０）を備える前記第１のセル（３０）と、
送信モードで動作する構成とした第２のセル（３２）で、下部電極（４２）と上部電極（４６）を備える前記第２のセル（３２）と、
前記第１のセル（３０）と前記第２のセル（３２）のそれぞれの間に空隙を形成するよう配置した複数の支柱（３６）と、
前記支柱（３６）上に配設した複数の隔膜（３８，４４）と、
前記第１のセル（３０）と前記第２のセル（３２）のうちの一つの空隙内に形成した突出要素と後退要素のうちの少なくとも一つとを備える、構造（２８）。
【請求項８】
容量性微細加工超音波トランスデューサユニットセル構造の製造方法であって、
受信モードで動作する構成のユニットセル内に第１のセルを作製するステップで、該第１のセル（３０）が下部電極（３４）と上部電極（４０）を備える前記ステップと、
送信モードで動作する構成のユニットセル内に第２のセルを作製するステップで、該第２のセル（３２）が下部電極（４２）と上部電極（４６）を備える前記ステップとを含む、方法。
【請求項９】
前記第１のセル（３０）と前記第２のセル（３２）のうちの一つに突出要素と後退要素のうちの一つを作製するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
システム（１１８）であって、
容量性微細加工超音波トランスデューサ（１２０）と、
容量性微細加工超音波トランスデューサ（１２０）に結合した抵抗器（１２２）と、
前記抵抗器（１２２）に接続したバイアス電圧バンク（１２４）と、
前記抵抗器（１２２）に接続した多重化器（１２６）と、
前記多重化器（１２６）に接続され、容量性微細加工超音波トランスデューサ（１２０）の動作モードを制御する構成としたスイッチ（１２８）と、
前記スイッチ（１２８）に結合され、前記バイアス電圧バンク（１２４）と前記スイッチ（１２８）の動作を制御する構成とした制御回路（１３４）と、
前記スイッチ（１２８）に結合され、交流励振パルスを発生する構成としたパルス発生器（１３０）と、
前記スイッチ（１２８）に結合され、信号を増強する構成の低雑音増幅器（１３２）とを備える、システム（１１８）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２００６−２０３１３（Ｐ２００６−２０３１３Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００５−１８９１９９（Ｐ２００５−１８９１９９）
【出願日】平成１７年６月２９日（２００５．６．２９）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８９１９９（Ｐ２００５−１８９１９９）
【出願日】平成１７年６月２９日（２００５．６．２９）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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