特開 2024-64270 超音波トランスデューサおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024064270

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】超音波トランスデューサおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20240507BHJP

   H04R 31/00 20060101ALI20240507BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20240507BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20240507BHJP

   H10N 30/87 20230101ALI20240507BHJP

   H10N 30/06 20230101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00 330K

H04R17/00 330H

H04R31/00 330

H10N30/20

H10N30/30

H10N30/87

H10N30/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022172734

(22)【出願日】2022-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】河野 満治

【テーマコード（参考）】

5D019

【Ｆターム（参考）】

5D019AA08

5D019BB19

5D019BB25

5D019HH01

(57)【要約】

【課題】共振周波数の調整を容易にすること。
【解決手段】超音波トランスデューサは、上面側から下層に向けて空隙１３が設けられた基板１０と、前記基板および前記空隙を覆うように設けられた下部電極１２と、前記下部電極を覆うように設けられた圧電層１４と、平面視における前記空隙の中央領域である第１領域５１の前記圧電層を覆うように設けられ平面視における前記空隙の周縁領域である第２領域５２の前記圧電層上に設けられていない上部電極１６と、前記上部電極および前記第２領域における前記圧電層を覆うように設けられた保護膜と、を備える素子が複数設けられ、前記複数の素子は、前記第１領域の前記保護膜の厚さが前記第２領域の前記保護膜の厚さより薄い第１素子と、前記第２領域の前記保護膜の厚さが前記第１領域の前記保護膜の厚さより薄い第２素子と、を含む。
【選択図】図１３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面側から下層に向けて空隙が設けられた基板と、
前記基板および前記空隙を覆うように設けられた下部電極と、
前記下部電極を覆うように設けられた圧電層と、
平面視における前記空隙の中央領域である第１領域の前記圧電層を覆うように設けられ平面視における前記空隙の周縁領域である第２領域の前記圧電層上に設けられていない上部電極と、
前記上部電極および前記第２領域における前記圧電層を覆うように設けられた保護膜と、
を備える素子が複数設けられ、
前記複数の素子は、
前記第１領域の前記保護膜の厚さが前記第２領域の前記保護膜の厚さより薄い第１素子と、
前記第２領域の前記保護膜の厚さが前記第１領域の前記保護膜の厚さより薄い第２素子と、
を含む超音波トランスデューサ。

【請求項2】

前記第１素子の前記第２領域の前記保護膜の厚さと前記第２素子の前記第１領域における前記保護膜の厚さとは実質的に同じである請求項１に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項3】

前記複数の素子のうち、平面視における前記基板の中心に対し点対称の位置に配置された２つの素子の前記第１領域における前記保護膜の厚さは実質的に同じである請求項１または２に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項4】

上面側から下層に向けて空隙が設けられた基板と、
前記基板および前記空隙を覆うように設けられた下部電極と、
前記下部電極を覆うように設けられた圧電層と、
平面視における前記空隙の中央領域である第１領域の前記圧電層を覆うように設けられ平面視における前記空隙の周縁領域である第２領域の前記圧電層上に設けられていない上部電極と、
前記上部電極および前記第２領域における前記圧電層を覆うように設けられた保護膜と、
を備える素子が複数設けられ、
前記複数の素子は、
前記第１領域の前記保護膜は、厚膜部と前記厚膜部より薄い薄膜部とを有し、前記第２領域の前記保護膜の厚さは、前記厚膜部の厚さと実質的に同じである第１素子と、
前記第１領域の前記保護膜の厚さは、前記厚膜部の厚さと実質的に同じであり、前記第２領域の前記保護膜は、前記厚膜部の厚さと実質的に同じ厚さを有する部分と前記薄膜部の厚さと実質的に同じ厚さを有する部分とを有する第２素子と、
を含む超音波トランスデューサ。

【請求項5】

上面側から下層に向けて空隙が設けられた基板と、前記基板および前記空隙を覆うように設けられた下部電極と、前記下部電極を覆うように設けられた圧電層と、平面視における前記空隙の中央領域である第１領域の前記圧電層を覆うように設けられ平面視における前記空隙の周縁領域である第２領域の前記圧電層上に設けられていない上部電極と、前記上部電極および前記第２領域における前記圧電層を覆うように設けられた保護膜と、を備える素子を用意し、
前記上部電極と前記下部電極との間に交流信号を印加して共振周波数を測定し、
前記共振周波数が第１値より低いとき、前記第１領域の前記保護膜の一部を除去し、
前記共振周波数が第１値より高いとき、前記第２領域に設けられた前記保護膜の一部を除去する超音波トランスデューサの製造方法。

【請求項6】

前記保護膜の一部の除去は、前記保護膜に局所的にエネルギーを照射することより行う請求項５に記載の超音波トランスデューサの製造方法。

【請求項7】

前記局所的にエネルギーは、レーザ光である請求項６に記載の超音波トランスデューサの製造方法。

【請求項8】

前記エネルギーの照射により前記保護膜の一部が除去された部分の底面に薄膜が残存する請求項６に記載の超音波トランスデューサの製造方法。

【請求項9】

前記薄膜は、前記保護膜が熱によって改質された膜を含む請求項８に記載の超音波トランスデューサの製造方法。

【請求項10】

平面視で中央部に設けられ、前記中央部の上層側から下層に渡り空隙部が設けられた基板と、前記空隙部の上側を覆う下層電極と、平面視における前記空隙部に対応する前記下層電極を覆う圧電層と、平面視における前記空隙部の周辺に設けられず、前記空隙部の中央部を覆う上層電極と、平面視において前記上層電極および前記上層電極の前記周辺の前記圧電層を覆う保護膜と、を備え、
前記上層電極に対応する保護膜、または前記上層電極の前記周辺に対応する保護膜の一部は、再溶融または非晶質化され、前記保護膜の他の部分より薄い薄膜部を形成するｐＭＵＴ素子を有する超音波トランスデューサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波トランスデューサおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

測距センサや指紋センサ等に圧電体を用いた圧電型マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ：Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）が知られている。複数のｐＭＵＴ素子をアレイ状に配置した超音波トランスデューサが知られている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－５１６８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数のｐＭＵＴを用いる超音波トランスデューサでは、複数のｐＭＵＴの共振周波数を調整することがある。例えば、複数のｐＭＵＴの共振周波数がほぼ同じとなるように、共振周波数を調整する。圧電層を含む振動領域の積層膜の一部を除去することにより、共振周波数を低くすることができる。共振周波数を低くするだけでは、共振周波数を調整しきれない場合がある。特許文献１のように、共振周波数を高くするために、振動領域の積層膜に付加膜を形成することが考えられる。しかし、積層膜の一部の除去と、付加膜の形成と、を行うと、製造工程が複雑化する。また、共振周波数を調整する工程において、積層膜の一部を除去する場合、振動に起因する積層膜の劣化が発生する。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、共振周波数の調整を容易にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上面側から下層に向けて空隙が設けられた基板と、前記基板および前記空隙を覆うように設けられた下部電極と、前記下部電極を覆うように設けられた圧電層と、平面視における前記空隙の中央領域である第１領域の前記圧電層を覆うように設けられ平面視における前記空隙の周縁領域である第２領域の前記圧電層上に設けられていない上部電極と、前記上部電極および前記第２領域における前記圧電層を覆うように設けられた保護膜と、を備える素子が複数設けられ、前記複数の素子は、前記第１領域の前記保護膜の厚さが前記第２領域の前記保護膜の厚さより薄い第１素子と、前記第２領域の前記保護膜の厚さが前記第１領域の前記保護膜の厚さより薄い第２素子と、を含む超音波トランスデューサである。

【0007】

上記構成において、前記第１素子の前記第２領域の前記保護膜の厚さと前記第２素子の前記第１領域における前記保護膜の厚さとは実質的に同じである構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記複数の素子のうち、平面視における前記基板の中心に対し点対称の位置に配置された２つの素子の前記第１領域における前記保護膜の厚さは実質的に同じである構成とすることができる。

【0009】

本発明は、上面側から下層に向けて空隙が設けられた基板と、前記基板および前記空隙を覆うように設けられた下部電極と、前記下部電極を覆うように設けられた圧電層と、平面視における前記空隙の中央領域である第１領域の前記圧電層を覆うように設けられ平面視における前記空隙の周縁領域である第２領域の前記圧電層上に設けられていない上部電極と、前記上部電極および前記第２領域における前記圧電層を覆うように設けられた保護膜と、を備える素子が複数設けられ、前記複数の素子は、前記第１領域の前記保護膜は、厚膜部と前記厚膜部より薄い薄膜部とを有し、前記第２領域の前記保護膜の厚さは、前記厚膜部の厚さと実質的に同じである第１素子と、前記第１領域の前記保護膜の厚さは、前記厚膜部の厚さと実質的に同じであり、前記第２領域の前記保護膜は、前記厚膜部の厚さと実質的に同じ厚さを有する部分と前記薄膜部の厚さと実質的に同じ厚さを有する部分とを有する第２素子と、を含む超音波トランスデューサである。

【0010】

本発明は、上面側から下層に向けて空隙が設けられた基板と、前記基板および前記空隙を覆うように設けられた下部電極と、前記下部電極を覆うように設けられた圧電層と、平面視における前記空隙の中央領域である第１領域の前記圧電層を覆うように設けられ平面視における前記空隙の周縁領域である第２領域の前記圧電層上に設けられていない上部電極と、前記上部電極および前記第２領域における前記圧電層を覆うように設けられた保護膜と、を備える素子を用意し、前記上部電極と前記下部電極との間に交流信号を印加して共振周波数を測定し、前記共振周波数が第１値より低いとき、前記第１領域の前記保護膜の一部を除去し、前記共振周波数が第１値より高いとき、前記第２領域に設けられた前記保護膜の一部を除去する超音波トランスデューサの製造方法である。

【0011】

上記構成において、前記保護膜の一部の除去は、前記保護膜に局所的にエネルギーを照射することより行う構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記局所的にエネルギーは、レーザ光である構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記エネルギーの照射により前記保護膜の一部が除去された部分の底面に薄膜が残存する構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記薄膜は、前記保護膜が熱によって改質された膜を含む構成とすることができる。

【0015】

本発明は、平面視で中央部に設けられ、前記中央部の上層側から下層に渡り空隙部が設けられた基板と、前記空隙部の上側を覆う下層電極と、平面視における前記空隙部に対応する前記下層電極を覆う圧電層と、平面視における前記空隙部の周辺に設けられず、前記空隙部の中央部を覆う上層電極と、平面視において前記上層電極および前記上層電極の前記周辺の前記圧電層を覆う保護膜と、を備え、前記上層電極に対応する保護膜、または前記上層電極の前記周辺に対応する保護膜の一部は、再溶融または非晶質化され、前記保護膜の他の部分より薄い薄膜部を形成するｐＭＵＴ素子を有する超音波トランスデューサである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、共振周波数の調整を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１（ａ）は、超音波トランスデューサ内のｐＭＵＴ素子を示す平面図、図１（ｂ）は、図１(ａ)のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２（ａ）および図２（ｂ）は、ｐＭＵＴ素子の動作を示す断面図である。

【図3】図３（ａ）は、シミュレーション１における厚さＴ２に対する共振周波数を示す図、図３（ｂ）は、厚さＴ２に対する結合係数を示す図である。

【図4】図４（ａ）は、シミュレーション１における厚さＴ１に対する共振周波数を示す図、図４（ｂ）は、厚さＴ１に対する結合係数を示す図である。

【図5】図５は、実施例１におけるｐＭＵＴの平面図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、図５のＡ－Ａ断面図である。

【図7】図７（ａ）から図７（ｄ）は、実施例１におけるｐＭＵＴの製造方法を示す断面図である。

【図8】図８（ａ）から図８（ｄ）は、実施例１におけるｐＭＵＴの製造方法を示す断面図である。

【図9】図９は、実施例１における共振周波数の調整方法を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、実施例２に係るｐＭＵＴの平面図である。

【図11】図１１は、実施例２に係るｐＭＵＴの平面図である。

【図12】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、２つのｐＭＵＴ素子の周波数に対するインピーダンスを示す図、図１２（ｃ）は、トランスデューサＡおよびＢにおける距離に対する音圧を示す図である。

【図13】図１３は、実施例２におけるｐＭＵＴの保護膜の厚さを示す平面図である。

【図14】図１４（ａ）は、実施例３におけるｐＭＵＴ素子２０ｃの平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図15】図１５（ａ）は、実施例３におけるｐＭＵＴ素子２０ｄの平面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図16】図１６（ａ）は、実施例３におけるｐＭＵＴ素子２０ｅの平面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図17】図１７（ａ）は、実施例３におけるｐＭＵＴ素子２０ｆの平面図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図18】図１８は、実施例３に係るｐＭＵＴの製造方法を示す断面図である。

【図19】図１９は、実施例３に係るｐＭＵＴの製造方法を示す断面図である。

【図20】図２０（ａ）から図２０（ｄ）は、シミュレーション２におけるｐＭＵＴ素子の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照し実施例について説明する

【実施例0019】

まず、ｐＭＵＴ素子について説明する。図１（ａ）は、超音波トランスデューサ内のｐＭＵＴ素子を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１（ａ）では、空隙１３を破線で示し、領域５１と５２とをクロスハッチングで示している。各層の積層方向をＺ方向、基板１０の平面視における辺の延伸方向をＸ方向およびＹ方向とする。なお、１つのチップ内にｐＭＵＴ素子が複数個で設けられたものを超音波トランスデューサと定義する。

【0020】

ｐＭＵＴ素子２０では、基板１０の中央部に、空隙１３が設けられている。この空隙１３は、キャビティまたは空隙部とも呼ぶ。基板１０の平面形状は例えば矩形である。なお、空隙１３は、基板１０を貫通している。空隙１３は、基板１０を貫通しなくてもよい。この場合、空隙１３は、基板１０の上面から下に向かって、基板１０の厚みよりも浅く設けられていればよい。両者ともに、空隙１３は、基板１０の上面（または上層）側から下層に向けて（または渡り）形成されている。なお、空隙１３の周囲は、基板１０からなるリング状の支持層である。

【0021】

基板１０および空隙１３上に、両者を覆って活性層１１が設けられている。この活性層１１とは、本来、能動領域であるが、ここでは、基板１０の上に設けられたＳｉから成る層であり、平面的には、圧電層１４が設けられた全域に設けられている。下部電極１２（下層電極）が活性層１１の上面の全面を覆うように設けられている。下部電極１２は、少なくとも空隙１３を覆うように設けられていればよい。圧電層１４は、下部電極１２の上面の全面を覆うように設けられている。上部電極１６（上層電極）は、平面視における空隙１３の周縁領域（図１（ａ）の領域５２）または周辺の圧電層１４上に設けられておらず、平面視における空隙１３の中央領域（図１（ａ）の領域５１）または中央部の圧電層１４を覆うように設けられている。空隙１３上において、下部電極１２と上部電極１６で圧電層１４を挟んで設けられている。また、パシベーション膜として、一般には、平面視における基板１０の全域に保護膜１８が設けられる。あるいは少なくとも上部電極１６および上部電極１６の周囲において上部電極１６から露出した圧電層１４を覆うように保護膜１８が設けられている。

【0022】

平面視において、空隙１３と重なる領域は振動領域５０であり、振動領域５０における活性層１１、下部電極１２、圧電層１４、上部電極１６および保護膜１８は、たわみ振動する積層膜１５と呼ぶ。なお、活性層１１が省略される場合もある。ここで、振動領域５０のうち、平面視において空隙１３、活性層１１、下部電極１２、圧電層１４および上部電極１６が重なる領域を領域５１または第１領域と呼ぶ。簡単には、平面視で、上部電極１６の形成領域が領域５１である。振動領域５０のうち、平面視において、領域５１と空隙１３の外周部（符号１３が指す点線部）の間を領域５２または第２領域と呼ぶ。つまり振動領域５０は、中央の領域５１と、この領域５１をリング状に囲む領域５２からなる。平面視において、空隙１３と重ならない領域、または、空隙１３の外側の領域は、支持層である基板１０から保護膜１８まで積層されており、振動現象を抑えている部分であり、ここではアンカー領域５４と呼ぶ。アンカー領域５４は、振動する積層膜１５を固定する部分であり、ほとんど振動しない領域である。領域５１における保護膜１８の厚さはＴ１であり、領域５２における保護膜１８の厚さはＴ２である。

【0023】

以下に、具体的に、各構成の材料などを説明する。
まず、基板１０は、シリコン基板またはＳＯＩ（Silicon on insulator）基板（すなわちシリコン基板上にシリコン酸化膜を介してＳｉ層が形成された基板）等である。活性層１１は、前記Ｓｉ層であり、多結晶シリコン層等である。活性層１１の厚さは例えば１μｍ～１０μｍである。活性層１１の上面にシリコン酸化膜等の絶縁層を設けてもよいし、設けなくてもよい。下部電極１２および上部電極１６は、例えばルテニウム、モリブデン、金、チタン、白金、アルミニウム、銅もしくはクロム等の金属膜から選択された膜、またはこれらの中から複数の膜が選択された積層膜である。また下部電極１２と上部電極１６とは互いに同じ材料からなる金属膜もよいし、互いに異なる材料からなる金属膜でもよい。下部電極１２および上部電極１６の厚さは例えば１０ｎｍ～５００ｎｍである。

【0024】

圧電層１４の材料は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛)、ＢＴＯ(チタン酸バリウム)、ＡｌＮ(窒化アルミニウム)、ＰＶＤＦ(ポリフッ化ビニリデン)、ＬｉＮｂＯ_３(ニオブ酸リチウム)、ＬｉＴａＯ_３(タンタル酸リチウム)、ＺｎＯ(酸化亜鉛)またはＫＮＮ(ニオブ酸カリウムナトリウム)である。圧電層１４の厚さは、例えば１μｍ～１０μｍである。保護膜１８の材料は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の無機絶縁体である。または保護膜１８の材料は、絶縁性の樹脂でもよいし、ガラスでもよい。保護膜１８は、圧電層１４および上部電極１６の表面を被覆し、圧電層１４および上部電極１６を保護する膜である。保護膜１８の厚さＴ１およびＴ２は、例えば１０ｎｍ～１μｍである。

【0025】

振動領域５０および領域５１の平面形状は円形状である。振動領域５０の中心５６と領域５１の中心は一致している。振動領域５０の直径は、例えば２００μｍ～２０００μｍ、領域５１の直径は、振動領域５０よりも小さく、例えば１００μｍ～１５００μｍである。振動領域５０および領域５１の平面形状および面積は適宜設定できる。例えば平面形状は、四角形または４角以上の多角形である。

【0026】

ｐＭＵＴ素子における動作を説明する。図２（ａ）および図２（ｂ）は、ｐＭＵＴ素子の動作を示す断面図である。なお、保護膜１８は、省略している。

【0027】

超音波を送信する場合を例に説明する。
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、下部電極１２と上部電極１６との間には、交流電圧を加える制御部３０が設けられている。下部電極１２と上部電極１６との間にこの交流電圧が印加されると、図２（ａ）と図２（ｂ）に示す矢印のように、活性層１１および圧電層１４の伸縮および膨張により、上方向３３ａおよび下方向３３ｂのように振動領域５０は上下振動を繰り返す。

【0028】

図２（ａ）のように、下部電極１２および上部電極１６に例えばそれぞれ正および負の電圧が加わる。逆圧電効果により、圧電層１４内の面方向に圧電層１４が伸びるような歪み３１ａが生じる。活性層１１に加わる応力３２ａは縮む方向の応力となる。これにより、振動領域５０は上方向３３ａ（＋Ｚ方向）に反る。

【0029】

図２（ｂ）のように、下部電極１２および上部電極１６に例えばそれぞれ負および正の電圧が加わる。逆圧電効果により、圧電層１４内の面方向に圧電層１４が縮むような歪み３１ｂが生じる。活性層１１に加わる応力３２ｂは伸びる方向の応力となる。これにより、振動領域５０は下方向３３ｂ（－Ｚ方向）に反る。

【0030】

交流電圧により、図２（ａ）と図２（ｂ）との状態が繰り返されることにより、振動領域５０が上方向３３ａと下方向３３ｂを交互に繰り返すように振動する。これにより、振動領域５０から超音波が放射される。超音波を受信する場合には、外部から振動領域５０に超音波を受けると、振動領域５０が上方向３３ａおよび下方向３３ｂに振動する。これにより、振動領域５０の活性層１１に応力３２ａおよび３２ｂが加わる。これにより、圧電層１４に歪み３１ａおよび３１ｂが生じる。圧電効果により、下部電極１２と上部電極１６との間に交流電圧が生成される。この交流電圧（交流信号）を測定することで、超音波を受信できる。

【0031】

［シミュレーション１］
続いて、領域５１、５２の保護膜に着目して、以下のシミュレーションを試みた。
領域５１および領域５２における保護膜１８の厚さＴ１およびＴ２を変え、振動領域５０の共振周波数および電気機械結合係数を、有限要素法を用いシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
基板１０：厚さが３００μｍのシリコン層
活性層１１：厚さが３μｍの単結晶シリコン層
下部電極１２：厚さが０．２μｍのクロム層
圧電層１４：厚さが１μｍの窒化アルミニウム層
上部電極１６：厚さが０．２μｍのクロム層
保護膜１８：厚さがＴ１およびＴ２の酸化シリコン層
振動領域５０の平面形状：直径Ｄ２が１０００μｍの円形
領域５１の平面形状：直径Ｄ１が７００μｍの円形
基板１０の平面形状：１辺の長さが２０００μｍの正方形
領域５２の幅は、（１０００μｍ－７００μｍ）／２であり、１５０μｍである。

【0032】

領域５１における保護膜１８の厚さＴ１を１０ｎｍ、１００ｎｍおよび１０００ｎｍの３タイプとした。領域５２における保護膜１８の厚さＴ２を、同様に１０ｎｍ、１００ｎｍおよび１０００ｎｍの３タイプした。

【0033】

図３（ａ）は、シミュレーション１の結果を示し、領域５２の保護膜の厚さＴ２を横軸に示し、縦軸に共振周波数を示す図である。領域５１における保護膜１８の厚さＴ１を上記３タイプにおいてシミュレーションした。図３（ｂ）は、領域５２の保護膜の厚さＴ２を横軸に示し、縦軸に結合係数を示す図である。図４（ａ）は、振動部分である領域５１の厚さＴ１を横軸に示し、縦軸に共振周波数を示す図である。図４（ｂ）は、厚さＴ１を横軸に示し、縦軸に結合係数を示す図である。結合係数は電気機械結合係数である。

【0034】

図３（ａ）に示すように、領域５１の保護膜１８の厚さＴ１を厚くすると、共振周波数は低くなる。また、領域５１の保護膜１８を薄くすると共振周波数は高くなる。一方、図４（ａ）では、領域５２の保護膜１８の厚さＴ２を厚くすると共振周波数は高くなる。逆に、領域５２の保護膜１８を薄くすると共振周波数は低くなる。

【0035】

図３（ｂ）に示すように、領域５１の保護膜１８の厚さＴ１を大きくすると、結合係数は小さくなる。一方、図４（ｂ）に示すように、領域５２の保護膜１８の厚さＴ２を大きくすると結合係数が小さくなる。これは、保護膜１８が厚くなると振動領域５０の振動を妨げるためと考えられる。

【0036】

振動領域５０内の積層膜１５の厚さおよび積層膜１５内の材料が均一の場合を仮定すると、共振周波数ｆは、以下の数１で示される。

【数1】

ｈは振動領域５０における積層膜１５の厚さ、Ｅは、積層膜１５のヤング率、ρｍは積層膜１５の密度、νは積層膜１５のポアソン比、rは振動領域５０の半径（Ｄ２／２）である。

【0037】

数１によれば、積層膜１５の厚さｈが大きくなると共振周波数ｆは高くなる。よって、領域５２における保護膜１８の厚さＴ２を大きくすると共振周波数が高くなるというシミュレーション１の結果は、数１により説明できる。

【0038】

領域５１における保護膜１８の厚さＴ１が大きくなると共振周波数ｆが低くなるというシミュレーション１の結果は数１では説明できない。この現象の理由は明確ではない。例えば、保護膜１８である酸化シリコンのヤング率が活性層１１、下部電極１２、圧電層１４および上部電極１６のヤング率より小さいこと、領域５１が振動領域５０の中央部に設けられていること、あるいは、圧電層１４内における振動領域５０において中心と端部とで生じる応力の向きが異なること、などが影響しているとも考えられる。例えば、発明者らのシミュレーションによると、振動領域５０における中心５６と振動領域５０の端部（外周付近）とでは、圧電層１４に生じる応力（圧電層１４の厚さ方向の中点における応力）の方向が逆になる（すなわち、一方は圧縮応力であり、他方は圧縮応力である）ことがわかった。このことが、領域５１における保護膜１８の厚さＴ１が大きくなると共振周波数が低くなることに影響している可能性がある。

【0039】

シミュレーション１の結果に基づき、実施例１では、ｐＭＵＴ素子２０が複数設けられた超音波トランスデューサにおいて、ｐＭＵＴ素子２０の共振周波数を高く調整する場合には、図６（ａ）のように、領域５１の保護膜１８の少なくとも一部を除去する。一方、ｐＭＵＴ素子２０の共振周波数を低く調整する場合には、図６（ｂ）のように、領域５２の保護膜１８の少なくとも一部を除去する。これにより、特許文献１のように、別途付加膜を付着する工程が不要となる。つまり実施例１では、製造方法を簡略化し、かつ共振周波数を低くする調整と高くする調整を、両方とも保護膜１８を薄くする工程により実現可能となる。

【0040】

［周波数調整された実際のｐＭＵＴの構造］
続いて、シミュレーション１の結果に基づく、実施例１の構造について説明する。図５は、実施例１におけるｐＭＵＴの平面図である。図５では、空隙１３を点線で示し、上部電極１６、配線１６ａおよびパッド１６ｂをクロスハッチングで示している。図６（ａ）および図６（ｂ）は、図５のＡ－Ａ断面図である。Ａ－Ａ断面は、パッド２４ａおよび２４ｂを通る線である。

【0041】

まず外部接続用のパッド２４ａについて説明する。保護膜１８と圧電層１４を貫通し、底面に下部電極１２が露出する貫通孔２２が設けられる。そして、保護膜１８の上には、貫通孔２２を埋めるパッド２４ａが設けられる。また、貫通孔２２上に保護膜１８が設けられていない場合には、貫通孔２２を埋めて、圧電層１４上にパッド２４ａが設けられている。パッド２４ａは貫通孔２２を介し下部電極１２に電気的に接続されている。圧電層１４上には、上部電極１６と、上部電極１６と一体に形成されかつ接続された配線１６ａと、配線１６ａと一体に形成されかつ接続されたパッド１６ｂと、が設けられている。パッド１６ｂ上には、例えば金からなるパッド２４ｂが設けられている。パッド２４ａおよび２４ｂ上には保護膜１８の開口が設けられている。パッド２４ａおよび２４ｂは例えば金、プラチナまたはチタンなどの金属層である。または、パッド２４ａおよび２４ｂは、これらの中から複数の膜が選択された積層膜である。

【0042】

［共振周波数を高くする場合］
図６（ａ）に示すように、ｐＭＵＴ素子２０ａでは、主たる振動部分である領域５１における保護膜１８の厚さＴ１を、領域５２における保護膜１８の厚さＴ２より薄くするため、領域５１における保護膜１８の少なくとも一部が取り除かれている。

【0043】

［共振周波数を低くする場合］
図６（ｂ）に示すように、ｐＭＵＴ素子２０ｂでは、主たる振動領域の領域５１における保護膜１８の厚さＴ１は、領域５２における保護膜１８の厚さＴ２より厚い。領域５２、または領域５２とアンカー領域５４では、保護膜１８の少なくとも一部が取り除かれている。

【0044】

前述したとおり、領域５１と領域５２との保護膜１８の厚さの調整だけで、共振周波数の増減の調整が可能である。特に、保護膜１８へのレーザ光の照射、または保護膜１８のエッチングなどのトリミング加工を行うことで、共振周波数の調整が可能となる。

【0045】

［実施例１の製造方法］
図７（ａ）から図８（ｄ）は、超音波トランスデューサの製造方法を説明する。ただし、図７（ａ）から図８（ｄ）では、１つのｐＭＵＴ素子を図示している。

【0046】

図７（ａ）に示すように、基板１０上に活性層１１が設けられたウエハを準備する。ウエハには、超音波トランスデューサの形成領域がアレイ状に複数割り付けられている（後述する図１０および図１１参照）。図７（ｂ）に示すように、活性層１１上に下部電極１２を形成する。なお、活性層１１の上には、シリコン酸化膜等の絶縁層が形成されてもよい。続いて、図７（ｃ）に示すように、下部電極１２上に圧電層１４を、スパッタリング法などを用いて形成する。続いてこの圧電層１４を貫通し、底面に下部電極１２が露出した貫通孔２２を形成する。貫通孔２２は、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用い形成できる。続いて、図７（ｄ）に示すように、圧電層１４上に上部電極１６を形成する。例えば、圧電層１４および貫通孔２２上の全面に電極材料を形成する。その後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い、電極材料を所望の形状にパターニングする。これにより上部電極１６が形成される。上部電極１６は、リフトオフ法を用い形成してもよい。

【0047】

続いて、図８（ａ）に示すように、貫通孔２２内を埋め、圧電層１４上を被覆するように電極材料を形成する。続いて、電極材料をフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い、所望の形状にパターニングする。これにより、下部電極１２と接触したパッド２４ａ、および圧電層１４と接触したパッド２４ｂが形成される。続いて、全面に保護膜１８を被覆し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い、図８（ｂ）に示すように、パッド２４ａおよび２４ｂの主領域が露出するように、保護膜１８に開口部を形成する。これにより、この開口部を除いて全面に保護膜１８が形成される。

【0048】

図８（ｃ）に示すように、基板１０の一部を除去することで空隙１３を形成する。ここでは、基板１０の下面からエッチングするため、基板１０の上面には、耐エッチングマスクが形成される。また基板１０の下面には、フォトレジストが形成され、空隙１３に対応する部分が開口される。このフォトレジストをマスクにして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等のエッチング法を用い、空隙１３が形成される。なお、空隙１３の上面は、活性層１１が露出する。この空隙１３が形成された領域は振動領域５０となる。これにより、ｐＭＵＴ素子２０が用意される。

【0049】

最後に、図８（ｄ）に示すように、パッド２４ａおよび２４ｂの上面にプローブ３８を接触させ、ｐＭＵＴ素子２０の上部電極１６と下部電極１２との間に交流信号を印加し、共振周波数を測定する。測定された共振周波数が目標とする共振周波数より低いとき、図６（ａ）に示すように、領域５１内の保護膜１８の少なくとも一部を除去する。このとき、領域５２の保護膜１８は、除去しない。測定された共振周波数が目標とする共振周波数より高いとき、図６（ｂ）に示すように、領域５２の保護膜１８の少なくとも一部を除去する。このとき、領域５１の保護膜１８は、除去しない。なお、保護膜１８の除去には、レーザ光を照射する方法またはエッチング法を用いることができる。レーザ光を照射するレーザトリミング法は、ドライで、しかもレーザ光の出力の調整も可能なため、簡単な方法である。その後、ウエハを個々に切断することで、超音波トランスデューサチップとする。

【0050】

図９は、実施例１における共振周波数の調整方法を示すフローチャートである。図９に示すように、超音波トランスデューサ内の最初のｐＭＵＴ素子には、図８（ｄ）のように、プローブ３８が当てられて共振周波数ｆｒが測定される（ステップＳ１０）。測定された共振周波数ｆｒが閾値ｆｔｈ１（第１値）より低いか判定する（ステップＳ１２）。この判定において、Ｙｅｓ（低い）のとき、図６（ａ）のように、領域５２の保護膜１８は除去せずに、領域５１の保護膜１８の少なくとも一部を除去する（ステップＳ１４）。これにより、ｐＭＵＴ素子の共振周波数が高くなる。その後、ステップＳ２０に進む。

【0051】

ステップＳ１２において、Ｎｏ（高い）のとき、測定された共振周波数ｆｒが閾値ｆｔｈ２（第２値）より高いか判定する（ステップＳ１６）。Ｙｅｓのとき、図６（ｂ）のように、領域５１の保護膜１８は除去せずに、領域５２の保護膜１８の少なくとも一部を除去する（ステップＳ１８）。これにより、ｐＭＵＴ素子の共振周波数が低くなる。その後、ステップＳ２０に進む。ステップＳ１６において、ＮｏのときステップＳ２０に進む。

【0052】

ステップＳ２０において、複数のｐＭＵＴ素子のうち最後のｐＭＵＴ素子か判定する。Ｎｏのとき、次のｐＭＵＴ素子に進む（ステップＳ２２）。その後、ステップＳ１０に戻り、次のｐＭＵＴ素子について、共振周波数ｆｒを測定する。複数のｐＭＵＴ素子についてステップＳ１０からＳ１８が完了すると、ステップＳ２０において、Ｙｅｓと判定し、終了する。

【0053】

ステップＳ１４およびＳ１８における保護膜１８の除去は、保護膜１８に局所的なエネルギーを照射することで実現でき、例えば基板１０の上方から保護膜１８にレーザ光を照射することにより行う。エネルギーの照射により保護膜１８の一部が除去された部分の底面に薄膜が残存する。この薄膜は、保護膜１８の他の部分より薄い薄膜部を形成する。保護膜１８が樹脂膜の場合には、エネルギーが照射された保護膜１８は、再溶融または再結晶化される。また、保護膜１８がシリコン酸化膜、セラミックまたはガラス質膜の場合には、エネルギーが照射された保護膜１８は、溶融された後に非晶質化する。このように、薄膜は保護膜１８が熱によって改質された膜を含む。特に、レーザ光を照射する場合には、レーザ光の反射板等の制御で照射領域を特定できる。このため、任意の領域（例えば領域５１または５２）の保護膜１８を薄膜化および改質可能である。このとき、領域５１または５２の保護膜１８は、厚み方向にすべて除去してもよいが、完全に取り除くと保護機能を失う。よって、保護膜１８におけるレーザ光が照射された部分が薄く残るように、保護膜１８の上部を除去することが好ましい。

【0054】

この保護膜１８の主な機能は、湿気などの侵入防止、機械的強度の向上、上部電極１６の酸化防止を目的としたパシベーションとしての機能である。よって、保護膜１８を完全に取り除くことは、好ましくない。

【0055】

この保護膜１８として、樹脂を用いる場合、レーザ光を照射した熱により、少なくとも保護膜１８の表面は再溶融して、ガラス化する場合がある。一方、保護膜１８として、酸化物またはセラミック系の材料を用いる場合、保護膜１８の成膜時は、保護膜１８は多結晶の集合体の場合がある。この場合、結晶粒の界面に粒界が形成される。その粒界からの不純物浸入が考えられる。しかし保護膜１８にレーザ光の照射により保護膜１８をガラス化（アモルファス）することにでき、粒界をなくすことが可能で、信頼性の向上につながる。

【実施例0056】

［アレイ状に配置されたｐＭＵＴ素子］
図１０は、実施例２に係る超音波トランスデューサの平面図である。保護膜１８の図示を省略し、空隙１３を点線で示し、上部電極１６、配線１６ａおよびパッド１６ｂをクロスハッチングで示している

【0057】

図１０に示すように、この超音波トランスデューサ１００では、基板１０の平面形状は正方形であり、ｐＭＵＴ素子２０が５行５列のアレイ状に配列されている。なお、下部電極１２および圧電層１４は基板１０の全面に設けられている。空隙１３および上部電極１６は、ｐＭＵＴ素子２０ごとに設けられている。ｐＭＵＴ素子２０において、平面視において空隙１３と上部電極１６とが重なる領域は領域５１であり、平面視において空隙１３と重なり上部電極１６と重ならない領域が領域５２である。

【0058】

圧電層１４上に配線１６ａ、パッド１６ｂ、２４ａおよび２４ｂが設けられている。それぞれの上部電極１６と対応するパッド１６ｂとは、それぞれ配線１６ａにより電気的に接続される。このパッド１６ｂ上には、パッド２４ｂが設けられている。パッド２４ａは、１つ設けられ、貫通孔２２を介し下部電極１２に電気的に接続されている。下部電極１２は基板１０のほぼ全面に設けられており、パッド２４ａは、各ｐＭＵＴ素子２０の下部電極１２に電気的に接続されている。

【0059】

図１１は、実施例２に係る超音波トランスデューサの平面図である。この超音波トランスデューサ１０２では、パッド２４ａおよび２４ｂがｐＭＵＴ素子２０の各々に設けられている。図１１では、下部電極１２が全面に設けられず、ｐＭＵＴ素子２０の下部電極１２は、互いに電気的に分離されている。

【0060】

実施例２では、超音波トランスデューサ１００および１０２に複数のｐＭＵＴ素子２０が設けられる。複数のｐＭＵＴ素子２０が同じ周波数において動作することで、送信される超音波の音圧を大きくできる。また、超音波を受信する感度を向上できる。音圧が大きい超音波トランスデューサは、高出力が求められる空中触覚、または、霧化による香りを再現する嗅覚ディスプレイ向けの分子放射制御用デバイスなどに用いることができる。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0061】

続いて、複数のｐＭＵＴ素子２０を有する超音波トランスデューサの問題点について説明する。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、２つのｐＭＵＴ素子の周波数に対するインピーダンスを示す模式図である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）において、インピーダンスＺが極小になる周波数が共振周波数ｆｒである。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、それぞれトランスデューサＡおよびＢのｐＭＵＴ素子に対応する。

【0062】

図１２（ａ）に示すように、トランスデューサＡでは、２つのｐＭＵＴ素子の共振周波数ｆｒはほぼ一致している。このように、トランスデューサＡでは、複数のｐＭＵＴ素子２０の共振周波数ｆｒはほぼ一致しており、理想的な状態である。

【0063】

図１２（ｂ）に示すように、トランスデューサＢでは、２つのｐＭＵＴ素子の共振周波数ｆｒが異なっている。活性層１１、下部電極１２、圧電層１４および上部電極１６の成膜時の膜厚分布、および空隙１３を形成するときの活性層１１のエッチング量の分布などにより、トランスデューサＢ内のｐＭＵＴ素子２０の共振周波数がばらついてしまう。このように、トランスデューサＢでは、複数のｐＭＵＴ素子２０の共振周波数ｆｒがばらついている。

【0064】

図１２（ｃ）は、前述のトランスデューサＡおよびＢで、横軸を距離、縦軸を音圧として、その特性を示す図である。横軸の距離は、超音波トランスデューサから対象物までの距離である。縦軸の音圧は、超音波トランスデューサから送信される超音波を、マイクロホンを用い計測したときの音圧を示している。

【0065】

図１２（ｃ）に示すように、トランスデューサＡおよびＢともに、距離が大きくなると音圧が小さくなる。同じ距離では、トランスデューサＢはＡに比べ音圧が小さくなる。トランスデューサＡでは、全てのｐＭＵＴ素子２０において共振周波数ｆｒはほぼ同じである。このため、ｐＭＵＴ素子２０を共振周波数ｆｒまたはその近傍の同じ周波数において動作させることにより、複数のｐＭＵＴ素子２０は効率的に超音波を送信できる。これにより、音圧が大きくなる。一方、トランスデューサＢでは、ｐＭＵＴ素子２０の共振周波数がばらついている。このため、ｐＭＵＴ素子２０を動作させたときに、あるｐＭＵＴ素子２０では共振周波数またはその近傍において動作し、別のｐＭＵＴ素子２０では、共振周波数から大きく離れた周波数で動作する。これにより、音圧が小さくなってしまう。このため、ｐＭＵＴ素子は意図した特性を示さず、超音波トランスデューサの音圧が小さくなってしまう。

【0066】

図１３は、実施例２における超音波トランスデューサの保護膜の厚さを示す平面図である。図１３において、保護膜１８を除去する前の共振周波数によって、ｐＭＵＴ素子２０を構造Ａ～Ｅに分類している。クロスハッチングを付した領域は、保護膜１８の一部を除去した領域であり、クロスハッチングが濃いほど保護膜１８が薄いことを示している。

【0067】

表１は、図１３における構造Ａ～ＥのｐＭＵＴ素子の位置、調整前のｆｔ、保護膜の除去量、ｆｒシフトを示している。

【表1】

【0068】

ｐＭＵＴ素子の位置は、図１３の超音波トランスデューサ１００および１０２における基板１０上のｐＭＵＴ素子２０の位置であり、構造Ａは、基板１０の中心５７のｐＭＵＴ素子２０である。構造Ｂは、中心５７より外側のｐＭＵＴ素子２０である。構造Ｃは、中心５７と４隅の間のｐＭＵＴ素子２０である。構造Ｄは４隅より内側のｐＭＵＴ素子２０である。構造Ｅは、４隅のｐＭＵＴ素子２０である。

【0069】

圧電層１４などの薄膜を成膜するとき、薄膜の厚さは、ウエハの面内位置によって異なる。このように、薄膜の厚さは位置による依存性がある。また、基板１０などの薄膜のウェットエッチングまたはドライエッチングのときにはエッチング量の位置依存が生じることがある。これは、エッチングガスまたはエッチング液の濃度分布などで、どうしても避けられない現象である。よって、製造工程の要因により、ｐＭＵＴ素子２０の共振周波数ｆｒには位置依存が生じることがある。例えば、ウエハの中心と周縁における圧電層１４の厚さの差は２～４％で分布する。

【0070】

図１３および表１の例では、保護膜１８を除去する前において、構造Ｃの共振周波数ｆｒはほぼ目標値である。構造Ｂの共振周波数ｆｒは目標より高く、構造Ａの共振周波数ｆｒは構造Ｂより高い。構造Ｄの共振周波数ｆｒは目標より低く、構造Ｅの共振周波数ｆｒは構造Ｄより低い。

【0071】

２５個のｐＭＵＴ２０について、図９の各々ステップＳ１０からステップＳ２２を繰り返す。ステップＳ１０では、パッド２４ａと２４ｂを用いて、ｐＭＵＴ素子２０の各々の共振周波数を測定する。

【0072】

構造ＣのｐＭＵＴ素子２０では、ステップＳ１２およびＳ１６の判定はともにＮｏのため、領域５１および５２ともに保護膜１８の除去を行わない。これにより、共振周波数ｆｒは変化しない。

【0073】

構造ＢのｐＭＵＴ素子２０では、ステップＳ１２においてＮｏ、ステップＳ１６においてＹｅｓのため、領域５１の保護膜１８の除去は行わず、領域５２の保護膜１８の除去を行う（ステップＳ１８）。このとき、領域５２の保護膜１８の除去量は小さい。これにより、共振周波数ｆｒが低くなり、目標値に近づく。構造ＡのｐＭＵＴ素子２０では、ステップＳ１２においてＮｏ、ステップＳ１６においてＹｅｓのため、領域５１の保護膜１８の除去は行わず、領域５２の保護膜１８の除去を行う。ステップＳ１８の保護膜１８の除去量を構造Ｂより大きくする。これにより、共振周波数ｆｒがより低くなり、目標値に近づく。

【0074】

構造ＤのｐＭＵＴ素子２０では、ステップＳ１２においてＹｅｓのため、領域５１の保護膜１８の除去を行う（ステップＳ１４）。このとき、領域５１の保護膜１８の除去量は小さい。領域５２の保護膜１８の除去を行わない。これにより、共振周波数ｆｒが高くなり、目標値に近づく。構造ＥのｐＭＵＴ素子２０では、領域５１の保護膜１８の除去を行う（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の保護膜１８の除去量を構造Ｄより大きくする。領域５２の保護膜１８の除去を行わない。これにより、共振周波数ｆｒがより高くなり、目標値に近づく。

【0075】

以上により、構造Ａ～Ｅの共振周波数ｆｒがほぼ同じとなり、図１２（ｃ）のトランスデューサＢのように、音圧を大きくできる。超音波トランスデューサ１００および１０２では、図１３のように、構造Ａ～Ｃの領域５１と構造Ｃ～Ｅの領域５２の保護膜１８の厚さは実質的に等しい。構造Ｂの領域５２の保護膜１８は薄くなり、構造Ａの領域５１の保護膜１８は構造Ｂより薄くなる。構造Ｄの領域５１の保護膜１８は薄くなり、構造Ｅの領域５１の保護膜１８は構造Ｄより薄くなる。

【0076】

表１において、共振周波数ｆｒの微調整のため、構造Ａ～Ｃの領域５１および構造Ｃ～Ｄの領域５２の保護膜１８を少し除去してもよい。なお、表１は、ｐＭＵＴ素子２０の共振周波数ｆｒの分布の一例であり、構造Ａの共振周波数ｆｒが目標より低く、構造Ｅの共振周波数ｆｒが目標より高い場合もありうる。また、共振周波数ｆｒの分布が基板１０の中心５７および４隅に関係なく非対称となることもある。また、５×５のｐＭＵＴ素子２０をアレイ状に配置した超音波トランスデューサの例を説明したが、ｐＭＵＴ素子２０の個数は任意である。また、複数のｐＭＵＴ素子２０はアレイ状に配置しなくてもよい。

【0077】

実施例２では、構造ＤおよびＥのｐＭＵＴ素子２０ａ（第１素子）は、領域５１における保護膜１８の厚さＴ１が領域５２における保護膜１８の厚さＴ２より小さい。構造ＡおよびＢのｐＭＵＴ素子２０ｂ（第２素子）は、領域５１における保護膜１８の厚さＴ１が領域５２における保護膜１８の厚さＴ２より大きい。これにより、構造ＡおよびＢのｐＭＵＴ素子２０ａの共振周波数ｆｒを低くシフトさせ、構造ＤおよびＥのｐＭＵＴ素子２０ｂの共振周波数ｆｒを高くシフトさせることができる。なお、領域５１に保護膜１８が設けられていないとき、厚さＴ１は０であり、この場合でも領域５１における保護膜１８の厚さＴ１が領域５２における保護膜１８の厚さＴ２より小さいという。同様に、領域５２に保護膜１８が設けられていないとき、厚さＴ２は０であり、この場合でも領域５１における保護膜１８の厚さＴ１が領域５２における保護膜１８の厚さＴ２より大きいという。

【0078】

共振周波数をシフトさせる観点から、構造ＤおよびＥのｐＭＵＴ素子２０ａにおいて、領域５１における厚さＴ１は領域５２における厚さＴ２の０．９倍以下が好ましく、０．８倍以下がより好ましく、０．５倍以下がさらに好ましい。また、構造ＡおよびＢのｐＭＵＴ素子２０ｂにおいて、領域５２における厚さＴ２は領域５１における厚さＴ１の０．９倍以下が好ましく、０．８倍以下がより好ましく、０．５倍以下がさらに好ましい。

【0079】

また、構造ＡおよびＢのｐＭＵＴ素子２０の領域５２における保護膜１８の厚さと構造ＤおよびＥの領域５１における保護膜１８の厚さとは実質的に同じである。これにより、構造ＡおよびＢの領域５２の保護膜１８の一部を除去し、構造ＤおよびＥの領域５１の保護膜１８の一部を除去すればよいため、特許文献１のように、付加膜を付加しなくてもよい。よって、製造工程を簡略化できる。なお、保護膜１８の厚さが同じ（または実質的に同じ）とは、製造誤差または共振周波数の微調整のための保護膜１８の厚さの違いを許容し、例えば±１０％程度の保護膜１８の厚さの違いを許容する。すなわち、保護膜１８の厚さがＴａおよびＴｂのとき、例えば２×｜Ｔａ－Ｔｂ｜／（Ｔａ＋Ｔｂ）≦０．１のとき、保護膜１８の厚さＴａとＴｂは同じ（または実質的に同じ）とみなせる。２×｜Ｔａ－Ｔｂ｜／（Ｔａ＋Ｔｂ）≦０．０５でもよい。

【0080】

構造Ａ～Ｅの各々において、領域５１内の保護膜１８の厚さＴ１は略均一であり、領域５２内の保護膜１８の厚さＴ２は略均一である。なお、保護膜１８の厚さが均一（または略均一）とは、製造誤差程度のばらつきを許容し、例えば±１０％程度の保護膜１８のばらつきを許容する。すなわち、例えば領域５１または５２内の保護膜１８の厚さの最大値をＴｍａｘ、最小値をＴｍｉｎとしたとき、例えば、２×｜Ｔｍａｘ－Ｔｍｉｎ｜／（Ｔｍａｘ＋Ｔｍｉｎ）≦０．１のとき、領域５１または５２内の保護膜１８の厚さは均一（または略均一）とみなせる。２×｜Ｔｍａｘ－Ｔｍｉｎ｜／（Ｔｍａｘ＋Ｔｍｉｎ）≦０．０５でもよい。

【0081】

製造工程に起因した共振周波数の分布は、基板１０の中心５７に対し点対称となりやすい。そこで、平面視における基板１０の中心５７に対し点対称の位置に配置された２つのｐＭＵＴ素子２０の領域５１における保護膜１８の厚さを実質的に同じとし、領域５２における保護膜１８の厚さは実質的に同じとする。これにより、共振周波数の分布を抑制できる。