[发明专利]超声波探头的制造方法以及超声波探头

说明书

技术领域

本发明涉及例如适用于超声波探头(超声波换能器)的制造方法以及超声波探头且有效的技术。

背景技术

超声波换能器例如用于人体内的肿瘤的诊断装置等。迄今为止，主要使用了利用压电体的振动的超声波换能器。然而，伴随着近年来的MEMS(Micro Electro Mechanical System)技术的进步，目前正在开发一种在硅基板上形成了振动部的电容检测型超声波换能器(CMUT：CapacitiveMicromachined Ultrasonic Transducer)，其中，该振动部具有在上下两层电极之间夹入空穴的结构。

与利用了压电体的超声波换能器相比，CMUT具有可使用的超声波的频带宽或者高分辨率等优点。再有，CMUT因为可以利用LSI(LargeScale Integration)加工技术来制造，所以能够进行微细加工。因此，尤其适用于将一个超声波元件排列成阵列状，来分别控制行或列的情况或者控制行和列这两者的情况。还有，与通常的LSI相同，可以在硅(Silicon)基板上形成超声波元件，所以可以在一个半导体芯片中混载超声波收发用的信号处理电路也是CMUT所具备的优点。

关于CMUT的技术，例如已经被美国专利第6271620B1号说明书(专利文献1)所公开。

另外，特开2006-333952号公报(专利文献2)中公开了以下方法：在检测出短路的CMUT单元之际，不会将包含该不良CMUT单元的上部电极沟道连接到信号输入输出线，而是仅将正常的CMUT单元组的上部电极沟道连接到信号输入输出线。

此外，特开2006-343315号公报(专利文献3)中公开了以下方法：将连接相邻的CMUT单元之间的上部电极部分(辐条，spoke)作为熔断器(fuse)，通过CMUT单元短路时流过的大电流来切换熔断器，以停止向短路后的CMUT单元的电连接，由此仅除去该短路的CMUT单元。

专利文献1：美国专利第6271620B1号说明书

专利文献2：特开2006-333952号公报

专利文献3：特开2006-343315号公报

通过本发明人的研究，明白了CMUT存在着以下说明的各种技术课题。

利用图14～图17来说明本发明人研究的CMUT的基本结构及动作。图14是构成本发明人研究的CMUT的一个超声波元件(以下记为CMUT单元)的主要部分剖视图，图15是表示搭载了本发明人研究的CMUT的半导体芯片整体的主要部分俯视图，图16以及图17是将本发明人研究的CMUT单元阵列区域的一部分放大后进行表示的主要部分俯视图。

如图14所示，在形成于半导体基板11的表面上的第一绝缘膜12的上部，形成有CMUT单元的下部电极M1。隔着第二绝缘膜14，在下部电极M1的上部形成有空穴部15。再有，按照包围空穴部15的方式形成有第三绝缘膜16，并在该第三绝缘膜16的上部形成有上部电极M2。还有，在上部电极M2的上部依次形成有第四绝缘膜18、第五绝缘膜19以及聚酰亚胺膜21。

另外，在未形成空穴部15以及上部电极M2的区域的第二绝缘膜14、第三绝缘膜16、第四绝缘膜18、第五绝缘膜19以及聚酰亚胺膜21上形成有抵达下部电极M1的焊盘开口部(省略图示)，可以经由该焊盘开口部向下部电极M1提供电压。此外，在第四绝缘膜18、第五绝缘膜19以及聚酰亚胺膜21上形成有抵达上部电极M2的焊盘开口部(省略图示)，可以经由该焊盘开口部向上部电极M2提供电压。在CMUT驱动时振动的薄膜(membrane)M由第三绝缘膜16、上部电极M2以及位于上部电极M2上方的第四绝缘膜18和第五绝缘膜19构成。

接着，对发射超声波的动作以及发送的动作进行说明。若在上部电极M2与下部电极M1之间叠加交流电压及直流电压，则静电力作用于上部电极M2与下部电极M1之间，薄膜M因施加的交流电压的频率而产生振动，发射超声波。

相反，在接收超声波的情况下，因为到达薄膜M的表面的超声波的压力，薄膜M振动。通过该振动，上部电极M2与下部电极M1之间的距离发生变化，因此作为上部电极M2与下部电极M1之间的电容的变化，可以检测超声波。即，上部电极M2与下部电极M1之间的距离的变化引起上部电极M2与下部电极M1之间的电容变化，由此流过电流。通过检测该电流，从而可以检测超声波。