JPH01101100A - 薄膜アレイ超音波変換器の製造方法 - Google Patents
薄膜アレイ超音波変換器の製造方法Info
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- JPH01101100A JPH01101100A JP62257223A JP25722387A JPH01101100A JP H01101100 A JPH01101100 A JP H01101100A JP 62257223 A JP62257223 A JP 62257223A JP 25722387 A JP25722387 A JP 25722387A JP H01101100 A JPH01101100 A JP H01101100A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超音波変換器に係り、特に微細な構造を非破壊
で観察するのに好適な薄膜アレイ超音波変換器に関する
。
で観察するのに好適な薄膜アレイ超音波変換器に関する
。
従来、超音波断層装置には周波数１〜１０ＭＨｚの超音
波を送受するアレイセンサが使用されている。しかし最
近では、半導体のパッケージ検査や材料の欠陥検査など
、より＊、Ｗな構造を見る必要ができており、そのため
には周波数５０〜１００ＭＨｚの高周波超音波を用いて
分解能を向上させる必要がある。この領域の超音波を送
受する圧電体は厚さ５０μｍ以下となるため、薄膜とし
て形成された圧電体を使用する。
波を送受するアレイセンサが使用されている。しかし最
近では、半導体のパッケージ検査や材料の欠陥検査など
、より＊、Ｗな構造を見る必要ができており、そのため
には周波数５０〜１００ＭＨｚの高周波超音波を用いて
分解能を向上させる必要がある。この領域の超音波を送
受する圧電体は厚さ５０μｍ以下となるため、薄膜とし
て形成された圧電体を使用する。
従来、この薄膜超音波変換器は、曝−の変換部として形
成され、機械的に平面内で走査して情報を得、画像を構
成する方法がとられている。この方法を利用した超音波
顕微鏡については「固体物Ｊ！］！Ｊ １７ （１９８
２年）第５工頁から第５７頁において論じられている。
成され、機械的に平面内で走査して情報を得、画像を構
成する方法がとられている。この方法を利用した超音波
顕微鏡については「固体物Ｊ！］！Ｊ １７ （１９８
２年）第５工頁から第５７頁において論じられている。
０
〔発明が解決しようとする間層点〕
上記従来技術においては、超音波は圧電薄膜の形成され
ている基板をレンズとし、このレンズを介して放射され
ており、通常音ｌＦｌ！整合層が設けられていない。こ
れに対してアレイ変換器の場合には、各素子間の電気的
１機械的分離を良くするためにアレイ状にした圧電薄膜
側から直接音を放出させる方式が有利と考えられる。そ
の場合、圧電薄膜と超音波の伝播媒体（例えば水）との
マツチングをとるための音響整合層を必要とする。
ている基板をレンズとし、このレンズを介して放射され
ており、通常音ｌＦｌ！整合層が設けられていない。こ
れに対してアレイ変換器の場合には、各素子間の電気的
１機械的分離を良くするためにアレイ状にした圧電薄膜
側から直接音を放出させる方式が有利と考えられる。そ
の場合、圧電薄膜と超音波の伝播媒体（例えば水）との
マツチングをとるための音響整合層を必要とする。
数ＭＨｚ帯の超音波アレイ変換器では１通常セラミック
スを所望の厚み９幅に研磨、切断した後。
スを所望の厚み９幅に研磨、切断した後。
上記音響整合層を形成している。この音響整合層は切断
せずに用いられる場合もあるが、素子間の分離を良くす
るためには分離した方が良い。しかも、数１０ＭＨｚ以
上の超音波を送受するプレイ変換器の場合には１つのエ
レメントの幅も小さくなり、整合層の分離は必須である
。
せずに用いられる場合もあるが、素子間の分離を良くす
るためには分離した方が良い。しかも、数１０ＭＨｚ以
上の超音波を送受するプレイ変換器の場合には１つのエ
レメントの幅も小さくなり、整合層の分離は必須である
。
しかしながら、従来の方法に準じて、薄膜圧電体をエツ
チングにより分割した後、音響整合層を形成し、さらに
これをエツチングして分割する方法では、パターンの合
わせ精度も高く要求され、また工程も多くなる。これま
で、厚み縦振動を利用した薄膜アレイ変換器については
具体的な報告例がなく、音響整合層まで含めた変換器を
構成する上での問題点に配慮がなされていなかった。
チングにより分割した後、音響整合層を形成し、さらに
これをエツチングして分割する方法では、パターンの合
わせ精度も高く要求され、また工程も多くなる。これま
で、厚み縦振動を利用した薄膜アレイ変換器については
具体的な報告例がなく、音響整合層まで含めた変換器を
構成する上での問題点に配慮がなされていなかった。
本発明の目的は、少ない工程で形成可能な薄膜アレイ変
換器を提供することにある。
換器を提供することにある。
上記目的、基板上に形成された圧電薄膜、さらにその上
に形成された上部電極よりなる超音波変換塁上、先に音
響整合層を形成した後、音響整合層、上部電極、圧電薄
膜を順次エツチングすることにより達成される。
に形成された上部電極よりなる超音波変換塁上、先に音
響整合層を形成した後、音響整合層、上部電極、圧電薄
膜を順次エツチングすることにより達成される。
薄膜アレイ超音波変換器を作成するには、−様に形成さ
れた変換器を分割する必要がある。しかし、１つ１つの
変換器の大きさが１０μｍのオーダになるため１分割を
行うためにはフォトリソグラフィ技術及びエツチングの
技術を必要とする。
れた変換器を分割する必要がある。しかし、１つ１つの
変換器の大きさが１０μｍのオーダになるため１分割を
行うためにはフォトリソグラフィ技術及びエツチングの
技術を必要とする。
超音波変換器を構成している圧電薄膜、電極、音響整合
層をエツチングする場合、各々適当なエツチング液を選
択する必要があり、それとともにエツチング液に対する
耐性の有る材料でマスクを形成する。
層をエツチングする場合、各々適当なエツチング液を選
択する必要があり、それとともにエツチング液に対する
耐性の有る材料でマスクを形成する。
本発明になる薄膜アレイ超音波変換器では、音響整合層
まで先に形成した後、各々その上に設けられた層をマス
クとして順次エツチングすることを特徴としている。ま
ず、フォトリソグラフィーで形成されたレジストパター
ンをマスクとして音響整合層をエツチングし１次の電極
層及び圧電薄膜はバターニングされた音Ｗ整合層をマス
クとしてエツチングを行う。これにより、フォトリソグ
ラフィーによるパターニングは１回で済み、工程を少な
くすることが可能となる。
まで先に形成した後、各々その上に設けられた層をマス
クとして順次エツチングすることを特徴としている。ま
ず、フォトリソグラフィーで形成されたレジストパター
ンをマスクとして音響整合層をエツチングし１次の電極
層及び圧電薄膜はバターニングされた音Ｗ整合層をマス
クとしてエツチングを行う。これにより、フォトリソグ
ラフィーによるパターニングは１回で済み、工程を少な
くすることが可能となる。
以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。
第１図は、本発明になる薄膜アレイ超音波変換器を示し
、ａは平面図、ｂは断面図を示している。
、ａは平面図、ｂは断面図を示している。
同図において１は石英ガラス基板、２はクロム（Ｃｒ）
・金（Ａｕ）ｉｌを極、３及び３−１〜３−ｎは酸化亜
鉛（ＺｎＯ）＊膜、４及び４−１〜４−ｎは、アル゛ミ
ニウム（ＡＱ）電極、５及び５−１〜５−ｎは５ｉ０２
からなる音響整合層である。
・金（Ａｕ）ｉｌを極、３及び３−１〜３−ｎは酸化亜
鉛（ＺｎＯ）＊膜、４及び４−１〜４−ｎは、アル゛ミ
ニウム（ＡＱ）電極、５及び５−１〜５−ｎは５ｉ０２
からなる音響整合層である。
第１図に示した超音波変換器の作成手順を第２図により
説明する。まず１石英ガラス基板ｌｌ上に２２０℃でク
ロミウム（Ｃｒ）及び金（Ａ ｕ ）蒸着し、下部電極
１２を形成する（同図ａ）。次に高周波マグネトロンス
パッタ法により、膜厚３０μｍの酸化亜鉛薄１１１１３
を形成する（同図ｂ）。
説明する。まず１石英ガラス基板ｌｌ上に２２０℃でク
ロミウム（Ｃｒ）及び金（Ａ ｕ ）蒸着し、下部電極
１２を形成する（同図ａ）。次に高周波マグネトロンス
パッタ法により、膜厚３０μｍの酸化亜鉛薄１１１１３
を形成する（同図ｂ）。
スパッタ条件は、パワー７５Ｗで基板温度２２０℃、ア
ルゴン（Ａｒ）−酸素（０２）（５０％−５０％）導入
ガスのガス圧を３Ｐａ （パスカル）とした。
ルゴン（Ａｒ）−酸素（０２）（５０％−５０％）導入
ガスのガス圧を３Ｐａ （パスカル）とした。
上記の薄膜１３上に、室温でアルミニウム（ＡＱ）を蒸
着し、上部電極１４を形成する（同図ｃ）、さらに、高
周波マグネトロンスパッタ法により膜厚約１５μｍの酸
化シリコン（ＳｉＯ２）膜を音響整合Ｍ！ｊ１５として
形成する（同図ｄ）。
着し、上部電極１４を形成する（同図ｃ）、さらに、高
周波マグネトロンスパッタ法により膜厚約１５μｍの酸
化シリコン（ＳｉＯ２）膜を音響整合Ｍ！ｊ１５として
形成する（同図ｄ）。
スパッタ条件はパワー２００Ｗで、基板温度２００℃、
アルゴン（Ａｒ）−酸素（９０％−１０％）導入ガスの
ガス圧を５Ｐａとした。この条件でスパッタ時間は７時
間である。
アルゴン（Ａｒ）−酸素（９０％−１０％）導入ガスの
ガス圧を５Ｐａとした。この条件でスパッタ時間は７時
間である。
上記の一様な多層膜をアレイ変換器に加工するため、以
下のようにエツチングを行う。まず、フォトリソグラフ
ィ技術を用いて、ピッチ６０μｍ、エレメント幅５０μ
ｍ、溝幅１０μｍ、短軸方向の長さ１ｍｍのレジストパ
ターン１６−１〜１６− ｎを形成する（同図８）、こ
のレジストパターンをマスクとして、フッ酸（ＨＦ）及
びフッ化アンモニウム（’Ｎ Ｈ３Ｆ ）の混合液（混
合比ｌ：６）中で１時間エツチングを行い、酸化シリコ
ン膜１５をパターニングする（同図ｆ）、レジストを除
去した後、パターニングされた酸化シリコン膜１５をマ
スクとしてアルミニウムのエツチング液（リン酸、硝酸
、氷酢酸、水＝７５：５：１５：５の混合液）中で２分
間エツチングを行い、アルミニウム膜１４をパターニン
グする（同図ｇ）。
下のようにエツチングを行う。まず、フォトリソグラフ
ィ技術を用いて、ピッチ６０μｍ、エレメント幅５０μ
ｍ、溝幅１０μｍ、短軸方向の長さ１ｍｍのレジストパ
ターン１６−１〜１６− ｎを形成する（同図８）、こ
のレジストパターンをマスクとして、フッ酸（ＨＦ）及
びフッ化アンモニウム（’Ｎ Ｈ３Ｆ ）の混合液（混
合比ｌ：６）中で１時間エツチングを行い、酸化シリコ
ン膜１５をパターニングする（同図ｆ）、レジストを除
去した後、パターニングされた酸化シリコン膜１５をマ
スクとしてアルミニウムのエツチング液（リン酸、硝酸
、氷酢酸、水＝７５：５：１５：５の混合液）中で２分
間エツチングを行い、アルミニウム膜１４をパターニン
グする（同図ｇ）。
さらに、２％の塩酸水溶液中で５分間エツチングを行い
酸化亜鉛薄膜１３をパターニングする（同（ｉ２１ｈ）
、最後に、各素子からのリード線引出し部となる上部
電極１４−１．２．・・・、ｎの一部を露出させるため
、その上の整合層を除去する。
酸化亜鉛薄膜１３をパターニングする（同（ｉ２１ｈ）
、最後に、各素子からのリード線引出し部となる上部
電極１４−１．２．・・・、ｎの一部を露出させるため
、その上の整合層を除去する。
以上のようにして、第１図に示した薄膜アレイ変換器が
構成される。この方法では、微細パターンの形成が１回
で済むため、マスク合わせの精度も必要としない、この
変換器の下部電極及び上部電極４−１〜４−ｎよりワイ
ヤボンディングによりリード線を引出す。
構成される。この方法では、微細パターンの形成が１回
で済むため、マスク合わせの精度も必要としない、この
変換器の下部電極及び上部電極４−１〜４−ｎよりワイ
ヤボンディングによりリード線を引出す。
この状態において、下部電極、酸化亜鉛薄膜３−１〜３
− ｎ 、上部電極４−１〜４− ｎ 、音響整合層５
−１〜５−ｎより成るｎ個のエレメントを複数個ずつま
とめ、各々に中心部はど遅れた位相差を与えて駆動して
音波を放射させ、そのビームの測定を行ったところ、ア
レイの配列方向に鋭いビーム形状となった。さらに複数
ごとに順次切換えて駆動することによりビームを走査で
きることが確認できた。これはエツチングにより各エレ
メントが分離され、独立に動作できるためである。
− ｎ 、上部電極４−１〜４− ｎ 、音響整合層５
−１〜５−ｎより成るｎ個のエレメントを複数個ずつま
とめ、各々に中心部はど遅れた位相差を与えて駆動して
音波を放射させ、そのビームの測定を行ったところ、ア
レイの配列方向に鋭いビーム形状となった。さらに複数
ごとに順次切換えて駆動することによりビームを走査で
きることが確認できた。これはエツチングにより各エレ
メントが分離され、独立に動作できるためである。
第３図は１本発明の第２実施例である薄膜アレイ変換器
の平面および断面を示す図である。第３図において、２
１は基板、２２−１〜２２−ｎは下部電極２３−１〜２
３− ｎは酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜、２４−１〜２４−
ｎはアルミニウム（ＡＱ）膜、２５は金膜、２６−１〜
２６−ｎは溶融石英（ＳｉＯｓ＋）膜である。
の平面および断面を示す図である。第３図において、２
１は基板、２２−１〜２２−ｎは下部電極２３−１〜２
３− ｎは酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜、２４−１〜２４−
ｎはアルミニウム（ＡＱ）膜、２５は金膜、２６−１〜
２６−ｎは溶融石英（ＳｉＯｓ＋）膜である。
このアレイ変換器の製作は、前述の第１の実施例とほぼ
同様にして行う。但し、この第２の実施例においては下
部電極が各素子を分離している電極であり、上部電極が
共通電極となっている点が異なる。まず石英ガラス基板
１上にクロム（Ｃｒ）及び金（Ａ ｕ ）よりなる電極
を形成し、素子幅と同じかそれより広い幅を有する部分
２２−１〜２２−ｎに分割する。この上に酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）薄１１１２３．アルミニウム（ＡＱ）電極２４を
形成する。さらにその一部を金（Ａｕ）膜２５で覆う。
同様にして行う。但し、この第２の実施例においては下
部電極が各素子を分離している電極であり、上部電極が
共通電極となっている点が異なる。まず石英ガラス基板
１上にクロム（Ｃｒ）及び金（Ａ ｕ ）よりなる電極
を形成し、素子幅と同じかそれより広い幅を有する部分
２２−１〜２２−ｎに分割する。この上に酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）薄１１１２３．アルミニウム（ＡＱ）電極２４を
形成する。さらにその一部を金（Ａｕ）膜２５で覆う。
この金膜はアルミニウムをエツチングする際のマスクの
役割を果たす。さらにアルミニウム膜上に溶融石英（Ｓ
ｉＯｚ）膜２６を形成し、下部電極２２−１〜２２−ｎ
と位置合わせをして、ピッチ６０μｍ２幅５０μｍ、長
さ１ｍｍのライン状レジストパターンを形成し、以下第
１の実施例と同様に順次エツチングを行えば良い。この
方法では溶融石英膜２６を２度に分けてエツチングする
必要がない。また、基板上に形成された下部電極がリー
ド線引出しの際のポンディングパッドとなり、充分な強
度が得られるという利点がある。
役割を果たす。さらにアルミニウム膜上に溶融石英（Ｓ
ｉＯｚ）膜２６を形成し、下部電極２２−１〜２２−ｎ
と位置合わせをして、ピッチ６０μｍ２幅５０μｍ、長
さ１ｍｍのライン状レジストパターンを形成し、以下第
１の実施例と同様に順次エツチングを行えば良い。この
方法では溶融石英膜２６を２度に分けてエツチングする
必要がない。また、基板上に形成された下部電極がリー
ド線引出しの際のポンディングパッドとなり、充分な強
度が得られるという利点がある。
以上説明したように、本発明によれば、音？［金層まで
一様に形成した後、順次エツチングを行っているので、
フォトリソグラフィーによる微細パターンの形成が１回
で済み、アレイ変換器の作成工程を少なくすることが可
能である。
一様に形成した後、順次エツチングを行っているので、
フォトリソグラフィーによる微細パターンの形成が１回
で済み、アレイ変換器の作成工程を少なくすることが可
能である。
第１図は本発明の実施例である超音波薄膜アレイ変換器
の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）、第２図は本発明の超
音波変換器の作成手順を示す加工工程断面図、第３図は
本発明の他の実施例である超音波薄膜アレイ変換器の平
面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 １．１１．’２１・・・基板、２，１２，２２・・・下
部電極、３，１３．２３・・・酸化亜鉛薄膜、４．１４
・・・上部電極、５，１５．２６・・・音響整合層、２
４・・・アルミニウム膜、２５・・・金膜。 肯 １１！１ 汁 ２ 図
の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）、第２図は本発明の超
音波変換器の作成手順を示す加工工程断面図、第３図は
本発明の他の実施例である超音波薄膜アレイ変換器の平
面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 １．１１．’２１・・・基板、２，１２，２２・・・下
部電極、３，１３．２３・・・酸化亜鉛薄膜、４．１４
・・・上部電極、５，１５．２６・・・音響整合層、２
４・・・アルミニウム膜、２５・・・金膜。 肯 １１！１ 汁 ２ 図
Claims (5)
- １．下部電極の形成された基板上に、圧電体からなる薄
膜、該薄膜上に形成された上部電極、および該上部電極
上に形成された音響整合層より成る素子を多数配列した
薄膜アレイ超音波変換器において、音響整合層まで含め
た上記素子を基板上に一様に形成した後、順次アレイ状
にエッチングしたことを特徴とする薄膜アレイ超音波変
換器。 - ２．前記圧電体に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜アレイ超音
波変換器。 - ３．前記音響整合層に、溶融石英（ＳｉＯ＿２）を用い
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜ア
レイ超音波変換器。 - ４．前記基板に溶融石英（ＳｉＯ＿２）を用いることを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載の薄膜アレイ超音
波変換器。 - ５．前記基板にＡｌ＿２Ｏ＿３を用いることを特徴とす
る特許請求の範囲第２項記載の薄膜アレイ超音波変換器
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62257223A JP2620945B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 薄膜アレイ超音波変換器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62257223A JP2620945B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 薄膜アレイ超音波変換器の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01101100A true JPH01101100A (ja) | 1989-04-19 |
| JP2620945B2 JP2620945B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=17303377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62257223A Expired - Lifetime JP2620945B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 薄膜アレイ超音波変換器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2620945B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5038068A (en) * | 1988-12-09 | 1991-08-06 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Thin film pattern and method of forming the same |
| US7726192B2 (en) | 2006-10-04 | 2010-06-01 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| CN111559734A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-21 | 内江师范学院 | 一种多频cmut器件的制造方法及多频cmut器件 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60128769A (ja) * | 1983-12-16 | 1985-07-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 通信会議装置 |
| JPS6115500A (ja) * | 1984-07-02 | 1986-01-23 | Tdk Corp | 超音波プロ−ブの製造方法 |
-
1987
- 1987-10-14 JP JP62257223A patent/JP2620945B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60128769A (ja) * | 1983-12-16 | 1985-07-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 通信会議装置 |
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| CN111559734A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-21 | 内江师范学院 | 一种多频cmut器件的制造方法及多频cmut器件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2620945B2 (ja) | 1997-06-18 |
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