(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶の基板に設けられた振動梁と、該振動梁の周辺に隙間が維持されるように該振動梁を囲み前記基板と共に真空室を構成するシリコン材よりなるシェルと、前記振動梁を励振する励振手段と、前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、を具備し、前記振動梁の共振周波数を測定することにより前記振動梁に印加された歪を測定する振動式トランスデューサの製造方法において、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁と、
前記基板面に平行に設けられ前記振動梁に一端が接続される板状の第１の電極板と、
前記振動梁を挟んで前記基板面に平行に対向して対向隙間を有して設けられ前記振動梁と前記第１の電極板と共に前記基板面に平行な一平面状をなす板状の第２，第３の電極板と、
を具備し、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁が、下記の工程を含む方法によって製造される、振動式トランスデューサの製造方法。
（１）ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層にエッチングにより前記対向隙間を形成する対向隙間形成工程。
（２）前記ＳＯＩ基板の一方の表面と前記対向隙間表面に前記振動梁に引張の応力を付与する不純物拡散源層を成膜する不純物拡散源層成膜工程。
（３）熱処理により前記一方の面のシリコン層に前記不純物拡散源層の不純物を拡散し不純物拡散層を成膜する不純物拡散層成膜工程。
（４）前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを同一工程でエッチングあるいは前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを別工程で順番にエッチングして前記振動梁を形成する振動梁エッチング形成工程。
【請求項２】
シリコン単結晶の基板に設けられた振動梁と、該振動梁の周辺に隙間が維持されるように該振動梁を囲み前記基板と共に真空室を構成するシリコン材よりなるシェルと、前記振動梁を励振する励振手段と、前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、を具備し、前記振動梁の共振周波数を測定することにより前記振動梁に印加された歪を測定する振動式トランスデューサの製造方法において、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁と、
前記基板面に平行に設けられ前記振動梁に一端が接続される板状の第１の電極板と、
前記振動梁を挟んで前記基板面に平行に対向して対向隙間を有して設けられ前記振動梁と前記第１の電極板と共に前記基板面に平行な一平面状をなす板状の第２，第３の電極板と、
を具備し、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁が、下記の工程を含む方法によって製造される、振動式トランスデューサの製造方法。
（１）ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層表面に前記引張りの応力の付与の量が調整出来る引張付与量調整層が成膜される引張付与量調整層成膜工程。
（２）前記ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層にエッチングにより前記対向隙間を形成する対向隙間形成工程。
（３）前記ＳＯＩ基板の一方の面の表面と前記対向隙間表面に前記振動梁に引張の応力を付与する不純物拡散源層を成膜する不純物拡散源層成膜工程。
（４）熱処理により前記一方の面のシリコン層に前記不純物拡散源層の不純物を拡散し不純物拡散層を成膜する不純物拡散層成膜工程
（５）前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを同一工程でエッチングあるいは前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを別工程で順番にエッチングして前記振動梁を形成する振動梁エッチング形成工程。
【請求項３】
シリコン単結晶の基板に設けられた振動梁と、該振動梁の周辺に隙間が維持されるように該振動梁を囲み前記基板と共に真空室を構成するシリコン材よりなるシェルと、前記振動梁を励振する励振手段と、前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、を具備し、前記振動梁の共振周波数を測定することにより前記振動梁に印加された歪を測定する振動式トランスデューサの製造方法において、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁と、
前記基板面に平行に設けられ前記振動梁に一端が接続される板状の第１の電極板と、
前記振動梁を挟んで前記基板面に平行に対向して対向隙間を有して設けられ前記振動梁と前記第１の電極板と共に前記基板面に平行な一平面状をなす板状の第２，第３の電極板と、
を具備し、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁が、下記の工程を含む方法によって製造される、振動式トランスデューサの製造方法。
（１）ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層にエッチングにより前記対向隙間を形成する対向隙間形成工程。
（２）前記ＳＯＩ基板の一方の表面と前記対向隙間表面にマスク層を成膜するマスク層成膜工程。
（３）前記マスク層の表面に前記振動梁に引張の応力を付与する不純物拡散源層を成膜する不純物拡散源層成膜工程。
（４）熱処理により前記一方の面のシリコン層に前記不純物拡散源層の不純物を拡散し不純物拡散層を成膜する不純物拡散層成膜工程。
（５）前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを同一工程でエッチングあるいは前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを別工程で順番にエッチングして前記振動梁を形成する振動梁エッチング形成工程。
【請求項４】
シリコン単結晶の基板に設けられた振動梁と、該振動梁の周辺に隙間が維持されるように該振動梁を囲み前記基板と共に真空室を構成するシリコン材よりなるシェルと、前記振動梁を励振する励振手段と、前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、を具備し、前記振動梁の共振周波数を測定することにより前記振動梁に印加された歪を測定する振動式トランスデューサの製造方法において、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁と、
前記基板面に平行に設けられ前記振動梁に一端が接続される板状の第１の電極板と、
前記振動梁を挟んで前記基板面に平行に対向して対向隙間を有して設けられ前記振動梁と前記第１の電極板と共に前記基板面に平行な一平面状をなす板状の第２，第３の電極板と、
を具備し、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁が、下記の工程を含む方法によって製造される、振動式トランスデューサの製造方法。
下記の工程を含む振動式トランスデューサの製造方法。
（１）ＳＯＩ基板の一方の表面に前記振動梁に引張の応力を付与する不純物拡散源層を成膜する不純物拡散源層成膜工程。
（２）前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層にエッチングにより前記対向隙間を形成する対向隙間形成工程。
（３）熱処理により前記一方の面のシリコン層に前記不純物拡散源層の不純物を拡散し不純物拡散層を成膜する不純物拡散層成膜工程。
（４）前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを同一工程でエッチングあるいは前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを別工程で順番にエッチングして前記振動梁を形成する振動梁エッチング形成工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動式トランスデューサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６〜図１８は、従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
図６は要部組立構成説明図、図７〜図１５は製作工程説明図、図１６は図６の回路説明図、図１７〜図１８は図６の動作説明図である。
製作工程に従って説明する。
図７において、Ｎ型シリコン単結晶基板１に、シリコン酸化膜１０ａを形成しパターニングする。
酸化膜を除去した部分をアンダ―カットして、凹部を形成しボロンの濃度１０18ｃｍ-3のＰ形シリコンにより、選択エピタキシャル成長を行ってＰ+単結晶シリコン１１を成長させる。
次に、ボロンの濃度３×１０19ｃｍ-3以上のＰ形シリコンにより、Ｐ+単結晶シリコン１１の表面に、凹部を塞ぎ更に上方にＰ++単結晶シリコン１２を成長させる。
後に、Ｐ+単結晶シリコン層が振動梁下のギャップ、Ｐ++単結晶シリコン層が振動梁となる。
【０００３】
図８において、Ｐ++単結晶シリコン１２上を含む基板表面にシリコン酸化膜１０ｂを形成しパターニングする。
酸化膜を除去した凹部Ｄで示す部分が、シェルの基板への接地部となる。
図９において、凹部Ｄを含む基板表面にシリコン窒化膜１３を形成し、パターニングする。Ｐ++単結晶シリコン１２ａ（振動梁）上のシリコン酸化膜１０ｂおよびシリコン窒化膜１３が、振動梁上のギャップとなる。これらの膜厚，振動梁の面積により静電容量が決まる。従ってこれらの値を所望の静電容量が得られるように調整しておくことで、振動梁の駆動、検出のための静電容量を最適化することができる。
【０００４】
図１０において、Ｐ++ポリシリコン１４を全面に形成し、パターニングにより犠牲層エッチングのためのエッチング液導入穴Ｅを形成する。
このＰ++ポリシリコンが、後にシェル及び電極取り出しのための配線となる。
配線は、Ｐ++／Ｐ+単結晶シリコンを利用することや、選択エピタキシャル成長前にシリコン基板への不純物拡散をすることで形成することも可能である。
配線とシリコン基板との間の寄生容量が最も小さくなるよう選択するのが良い。
【０００５】
図１１において、エッチング液の導入穴Ｅから弗酸を流入させシリコン窒化膜１４、シリコン酸化膜１２ｂを除去する。
シェルの基板への接地部は、シリコン窒化膜１４のエッチング速度が遅いため、横方向では、シリコン窒化膜がエッチングストップ層となる。
【０００６】
図１２において、Ｐ+単結晶シリコン層１１を、アルカリ溶液(ヒドラジン、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ等)により除去する。
この時、Ｐ++単結晶シリコン１２ａ、Ｐ++ポリシリコン１４は、高濃度に不純物導入されているため、エッチングされない。
また、アルカリ溶液によるエッチング中に、Ｎ型シリコン基板に１〜２Ｖの電圧を印加しておくことにより、エッチングされないよう保護することができる。
振動梁の長さ方向は、シリコン単結晶の＜１１１＞方向のエッチング速度が遅いことを利用して、エッチングストップとする。
【０００７】
図１３において、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ、エピタキシャル成長等により、封止部材１５（例えば、スパッタにより形成したＳｉＯ２，ガラス等）を形成してエッチング液の導入穴をふさぐとともに、微細な真空室５を形成する。
この工程の前に、熱酸化等により振動梁表面及び真空室内部にシリコン酸化膜を形成する等の方法で、シェルと振動梁の電気的絶縁をより安定にすることも可能である。
この場合には、封止部材として、導電性の材料を使用することができる。
【０００８】
図１４において、Ｐ++ポリシリコン１４をパターニングし、振動梁及びシェルからの電気的配線を形成するとともにボンディングパッド用の電極を形成する。
図１５において、シリコン基板を裏面から薄肉化し、ダイアフラムを形成する。
図１６（ａ）は振動梁１２ａ及びシェル１４に接続してＰ++ポリシリコン１４をパターニングし、電気的配線２０を形成するとともにボンディング用のＡｌ電極２１を形成した状態を示す平面図である。
【０００９】
図１６（ｂ）は本発明の振動式トランスデューサの回路図を示すものである。
図においてＶｂはバイアス電圧（定電圧）、Ｖｉは駆動電圧（交流）、Ｒ１，Ｒ２は配線抵抗、Ｒ３は基板抵抗である。
Ｃ１は振動梁/シェル間の容量、Ｃ２は寄生容量、Ｃ３，Ｃ４は配線/基板間の容量である。図において、Ｒ３，Ｃ２，３，４が小さい程ノイズ電流が小さくなる。
また、これらの値は、配線の形成方法、パターン等により決まる。従って、これらの値を可能な限り小さくなるように決定する。
図において、振動梁／シェル間の容量Ｃ１が一定の場合、Ｖｉの周波数をωとすると、出力電流の振幅は(Ｃ１＋Ｃ２)・Ｖｉ・ωに比例する。
一方、Ｃ１が周波数ωで共振する場合、共振によるＣ１の変化分をΔＣ１とすると、近似的にΔＣ１・Ｖｂ・ωに比例した振幅の電流が加算される。この電流の増加分により、共振周波数を検出する。
【００１０】
所で、振動子３は測定圧力Ｐｍがゼロの時でも初期張力を与えておかないと、測定圧力Ｐｍにより座屈を起こして測定できない状態となり、またこの初期張力のバラツキを制御しておかないと感度のバラツキも生じることになる。
以下この点について説明する。
第１７図は各種の不純物の共有結合半径Riと、シリコンの共有結合半径RSiに対する各不純物の共有結合半径Riとの関係を現している。
第１８図は不純物の濃度に対する格子定数の変化を示している。
第１７図から判るようにシリコン（Si）の共有結合半径Rsi1.17Åに対してリン（Ｐ）は1.10Å、ホウ素（Ｂ）は0.88Åと小さい。
従って、ホウ素或いはリンがシリコンの中に注入されるとこの部分は引張歪を受ける。  この歪みの程度は、第１８図から、例えばホウ素が1020cm-3の濃度の場合の格子定数の変化は２×10-3Åであり、一方シリコンの格子定数は5.431Åであるので約４×10-4ε（＝２×10-3/5.341）となる。
【００１１】
４×10-4ε以上の歪みを与えるには、例えばホウ素を２倍の２×1020cm-3だけ注入すれば、注入量に比例して８×10-4の初期張力が発生する。従って、任意の濃度のホウ素を注入すれば任意の初期張力を与えることができる。
第６図に示す振動子３は、これを利用して初期張力が与えてある。
なお、４×10-4ε未満の歪みを与えるには、ｎ形シリコンの基板１のリン濃度を上げてやるか、或いは振動子３を酸化して振動子の表面のホウ素を酸化膜の中に偏析させ、ＢＨＦにより酸化膜を除去することにより振動子３の中のホウ素濃度を下げて歪みを４×10-4ε以下に調節できる。
また、第１７図から判るようにホウ素の濃度が１０17cm-3の程度ではほとんど歪みが発生しないことが推定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０１−２９９４２８号公報
【特許文献２】特開２００５−０３７３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このような装置においては、以下の問題点がある。
従来例では、振動子が基板に対して垂直に振動し、振動子，励振電極，振動検出電極が積層構造となっているため、製造プロセスにおいて多くの加工工程が必要となっていた。  また従来例に示したように、振動子を形成するときに不純物濃度差選択エッチングするためにボロン濃度を４×１０19以上にしなければならなかった。
更に、エピタキシャル方式では振動子中の欠陥や転位の発生により振動子張力の制御を精度よく行うことが難しく、振動子が厚い場合には高張力を発生することができない。また、不純物による引っ張り膜応力によって、ウエハが反ってしまう。このため、エピタキシャル方式では、厚く高張力を持った振動子を形成することが出来ない。一方、通常の拡散方式では、張力を持った厚い振動子を形成しようとすると、拡散長を伸ばす必要があるため、長時間の拡散が必要となってしまう。
例えば、３００ｕｅを超える高張力を発生することができなかった。
更に、振動子をエピタキシャル法にて作成する時、その膜厚が約５ｕｍを越える程度に厚い場合、張力が低下してしまうため高さ方向に厚い振動子を形成することができなかった。
【００１４】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、精度が良く高張力を有する振動梁を具備する振動式トランスデューサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の振動式トランスデューサの製造方法においては、
シリコン単結晶の基板に設けられた振動梁と、該振動梁の周辺に隙間が維持されるように該振動梁を囲み前記基板と共に真空室を構成するシリコン材よりなるシェルと、前記振動梁を励振する励振手段と、前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、を具備し、前記振動梁の共振周波数を測定することにより前記振動梁に印加された歪を測定する振動式トランスデューサの製造方法において、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁と、前記基板面に平行に設けられ前記振動梁に一端が接続される板状の第１の電極板と、前記振動梁を挟んで前記基板面に平行に対向して対向隙間を有して設けられ前記振動梁と前記第１の電極板と共に前記基板面に平行な一平面状をなす板状の第２，第３の電極板と、を具備し、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁が、下記の工程を含む方法によって製造される、振動式トランスデューサの製造方法。
（１）ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層にエッチングにより前記対向隙間を形成する対向隙間形成工程。
（２）前記ＳＯＩ基板の一方の表面と前記対向隙間表面に前記振動梁に引張の応力を付与する不純物拡散源層を成膜する不純物拡散源層成膜工程。
（３）熱処理により前記一方の面のシリコン層に前記不純物拡散源層の不純物を拡散し不純物拡散層を成膜する不純物拡散層成膜工程。
（４）前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを同一工程でエッチングあるいは前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを別工程で順番にエッチングして前記振動梁を形成する振動梁エッチング形成工程。
【００１６】
本発明の請求項２の振動式トランスデューサの製造方法においては、
シリコン単結晶の基板に設けられた振動梁と、該振動梁の周辺に隙間が維持されるように該振動梁を囲み前記基板と共に真空室を構成するシリコン材よりなるシェルと、前記振動梁を励振する励振手段と、前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、を具備し、前記振動梁の共振周波数を測定することにより前記振動梁に印加された歪を測定する振動式トランスデューサの製造方法において、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁と、前記基板面に平行に設けられ前記振動梁に一端が接続される板状の第１の電極板と、前記振動梁を挟んで前記基板面に平行に対向して対向隙間を有して設けられ前記振動梁と前記第１の電極板と共に前記基板面に平行な一平面状をなす板状の第２，第３の電極板と、を具備し、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与され前記基板面に平行方向より垂直方向の断面厚さが長い断面形状を有するシリコン単結晶の振動梁が、下記の工程を含む方法によって製造される、振動式トランスデューサの製造方法。
（１）ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層表面に前記引張りの応力の付与の量が調整出来る引張付与量調整層が成膜される引張付与量調整層成膜工程。
（２）前記ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層にエッチングにより前記対向隙間を形成する対向隙間形成工程。
（３）前記ＳＯＩ基板の一方の面の表面と前記対向隙間表面に前記振動梁に引張の応力を付与する不純物拡散源層を成膜する不純物拡散源層成膜工程。
（４）熱処理により前記一方の面のシリコン層に前記不純物拡散源層の不純物を拡散し不純物拡散層を成膜する不純物拡散層成膜工程
（５）前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを同一工程でエッチングあるいは前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを別工程で順番にエッチングして前記振動梁を形成する振動梁エッチング形成工程。
【００１７】
本発明の請求項３の振動式トランスデューサの製造方法においては、
シリコン単結晶の基板に設けられた振動梁と、該振動梁の周辺に隙間が維持されるように該振動梁を囲み前記基板と共に真空室を構成するシリコン材よりなるシェルと、前記振動梁を励振する励振手段と、前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、を具備し、前記振動梁の共振周波数を測定することにより前記振動梁に印加された歪を測定する振動式トランスデューサの製造方法において、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁と、前記基板面に平行に設けられ前記振動梁に一端が接続される板状の第１の電極板と、前記振動梁を挟んで前記基板面に平行に対向して対向隙間を有して設けられ前記振動梁と前記第１の電極板と共に前記基板面に平行な一平面状をなす板状の第２，第３の電極板と、を具備し、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁が、下記の工程を含む方法によって製造される、振動式トランスデューサの製造方法。
（１）ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層にエッチングにより前記対向隙間を形成する対向隙間形成工程。
（２）前記ＳＯＩ基板の一方の表面と前記対向隙間表面にマスク層を成膜するマスク層成膜工程。
（３）前記マスク層の表面に前記振動梁に引張の応力を付与する不純物拡散源層を成膜する不純物拡散源層成膜工程。
（４）熱処理により前記一方の面のシリコン層に前記不純物拡散源層の不純物を拡散し不純物拡散層を成膜する不純物拡散層成膜工程。
（５）前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを同一工程でエッチングあるいは前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを別工程で順番にエッチングして前記振動梁を形成する振動梁エッチング形成工程。
【００１８】
本発明の請求項４の振動式トランスデューサの製造方法においては、
シリコン単結晶の基板に設けられた振動梁と、該振動梁の周辺に隙間が維持されるように該振動梁を囲み前記基板と共に真空室を構成するシリコン材よりなるシェルと、前記振動梁を励振する励振手段と、前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、を具備し、前記振動梁の共振周波数を測定することにより前記振動梁に印加された歪を測定する振動式トランスデューサの製造方法において、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁と、前記基板面に平行に設けられ前記振動梁に一端が接続される板状の第１の電極板と、前記振動梁を挟んで前記基板面に平行に対向して対向隙間を有して設けられ前記振動梁と前記第１の電極板と共に前記基板面に平行な一平面状をなす板状の第２，第３の電極板と、を具備し、
前記真空室内に設けられ前記基板に対して引張の応力が付与されるシリコン単結晶の振動梁が、下記の工程を含む方法によって製造される、振動式トランスデューサの製造方法。
（１）ＳＯＩ基板の一方の表面に前記振動梁に引張の応力を付与する不純物拡散源層を成膜する不純物拡散源層成膜工程。
（２）前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層にエッチングにより前記対向隙間を形成する対向隙間形成工程。
（３）熱処理により前記一方の面のシリコン層に前記不純物拡散源層の不純物を拡散し不純物拡散層を成膜する不純物拡散層成膜工程。
（４）前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを同一工程でエッチングあるいは前記不純物拡散源層と前記ＳＯＩ基板の酸化シリコンを別工程で順番にエッチングして前記振動梁を形成する振動梁エッチング形成工程。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
振動梁は測定圧力が加えられていない時でも張力を与えておかないと測定圧力が加えられることによって振動梁に座屈を起こして測定できない状態になる。このためシリコンＳｉの原子よりも原子半径の小さいボロンＢやりんＰを不純物として振動梁に添加することで振動梁に張力を与える。
振動梁の形成後に振動梁の３方向から拡散を行うことで、求められる張力を得るために必要な拡散長を短くすることができる。拡散長が短くなることで、必要な熱処理時間が大幅に減少出来、また、膜応力に起因するウエハソリ量を減少させることができる。
熱処理の時間・温度を調整することで振動梁の不純物濃度を制御し、シリコンへのボロンの固溶限界付近まで高い張力を制御することができる。
エピタキシャル法では達成できない程度まで、高い張力を持った厚い振動梁を形成することが出来る。
【００２０】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
振動梁は測定圧力が加えられていない時でも張力を与えておかないと測定圧力が加えられることによって振動梁に座屈を起こして測定できない状態になる。このためシリコンＳｉの原子よりも原子半径の小さいボロンＢやりんＰを不純物として振動梁に添加することで振動梁に張力を与える。
振動梁の形成後に振動梁の３方向から拡散を行うことで、求められる張力を得るために必要な拡散長を短くすることができる。拡散長が短くなることで、必要な熱処理時間が大幅に減少出来、また、膜応力に起因するウエハソリ量を減少させることができる。
熱処理の時間・温度を調整することで振動梁の不純物濃度を制御し、シリコンへのボロンの固溶限界付近まで高い張力を制御することができる。
エピタキシャル法では達成できない程度まで、高い張力を持った厚い振動梁を形成することが出来る。
引張付与量調整層の膜厚によって、引張付与量調整層で保護された、ＳＯＩ基板の一方の面のシリコン層への不純物拡散量を調整することが出来る。
【００２１】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
振動梁は測定圧力が加えられていない時でも張力を与えておかないと測定圧力が加えられることによって振動梁に座屈を起こして測定できない状態になる。このためシリコンＳｉの原子よりも原子半径の小さいボロンＢやりんＰを不純物として振動梁に添加することで振動梁に張力を与える。
振動梁の形成後に振動梁の３方向から拡散を行うことで、求められる張力を得るために必要な拡散長を短くすることができる。拡散長が短くなることで、必要な熱処理時間が大幅に減少出来、また、膜応力に起因するウエハソリ量を減少させることができる。
熱処理の時間・温度を調整することで振動梁の不純物濃度を制御し、シリコンへのボロンの固溶限界付近まで高い張力を制御することができる。
エピタキシャル法では達成できない程度まで、高い張力を持った厚い振動梁を形成することが出来る。
マスク層の膜厚によって、マスク層で保護された振動梁への不純物拡散量を調整することが出来る。
【００２２】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
振動梁は測定圧力が加えられていない時でも張力を与えておかないと測定圧力が加えられることによって振動梁に座屈を起こして測定できない状態になる。このためシリコンＳｉの原子よりも原子半径の小さいボロンＢやりんＰを不純物として振動梁に添加することで振動梁に張力を与える。
振動梁の形成後に振動梁の３方向から拡散を行うことで、求められる張力を得るために必要な拡散長を短くすることができる。拡散長が短くなることで、必要な熱処理時間が大幅に減少出来、また、膜応力に起因するウエハソリ量を減少させることができる。
熱処理の時間・温度を調整することで振動梁の不純物濃度を制御し、シリコンへのボロンの固溶限界付近まで高い張力を制御することができる。
エピタキシャル法では達成できない程度まで、高い張力を持った厚い振動梁を形成することが出来る。
高アスペクト比である対向隙間の内部にＰＢＦ溶液を塗布する場合、上手くＰＢＦ溶液が入らないなどの問題が生じる恐れがあるが、そのような問題は生じない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の製造方法が適用される振動式トランスデューサの要部構成説明図である。
【図２】本発明の一実施例の要部製作工程説明図である。
【図３】本発明の他の実施例の要部製作工程説明図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部製作工程説明図である。
【図５】本発明の他の実施例の要部製作工程説明図である。
【図６】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図７】図６の製作工程説明図である。
【図８】図６の製作工程説明図である。
【図９】図６の製作工程説明図である。
【図１０】図６の製作工程説明図である。
【図１１】図６の製作工程説明図である。
【図１２】図６の製作工程説明図である。
【図１３】図６の製作工程説明図である。
【図１４】図６の製作工程説明図である。
【図１５】図６の製作工程説明図である。
【図１６】図６の回路説明図である。
【図１７】図６の動作説明図である。
【図１８】図６の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、例えば、本発明の製造方法が適用される振動式トランスデューサの一例の要部構成説明図で、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部断面図である。
図１は、例えば、本願出願人が２０１０年９月１０に出願した、特願２０１０−２０３０３２号公報「振動トランスデューサとその製造方法」に示されている。
【００２５】
図１において、振動梁３２は、真空室３３内に設けられ、基板３１（測定ダイアフラム）に対して引張の応力が付与され、基板３１の面３１１に平行方向より垂直方向の断面厚さが長い断面形状を有するシリコン単結晶よりなる。
第１の電極板３４は、基板３１の面３１１に平行に設けられ、振動梁３２に一端が接続され、板状をなす。
第２，第３の電極板３５，３６は、振動梁３２を挟んで、基板３１の面３１１に平行に対向して対向隙間３７，３８を有して設けられ、振動梁３２と第１の電極板３４と共に、基板３１の面３１１に平行な一平面状をなし、板状をなす。
３９はシェルである。
【００２６】
図２は、本発明の一実施例の要部製作工程説明図である。
図２（ａ）に示す如く、ＳＯＩ基板１０１が準備される。
図２（ｂ）は、対向隙間形成工程で、ＳＯＩ基板１０１の一方の面のシリコン層にエッチングにより対向隙間３７，３８を形成する。
図２（ｃ）は、不純物拡散源層成膜工程で、ＳＯＩ基板１０１の一方の表面と対向隙間３７，３８の表面に、振動梁３２に引張の応力を付与する不純物拡散源層１０２を成膜する。
図２（ｄ）は、不純物拡散層成膜工程で、熱処理により、ＳＯＩ基板１０１の一方の面のシリコン層に、不純物拡散源層１０２の不純物を拡散し、不純物拡散層１０３を成膜する。
即ち、所定の不純物濃度に応じた温度・時間で振動梁３２に、例えば、ボロンＢなどの不純物を拡散し、不純物拡散層１０３を形成して張力を付加する。
図２（ｅ）は、振動梁エッチング形成工程で、不純物拡散源層１０２とＳＯＩ基板１０１の酸化シリコンを同一工程でエッチングあるいは不純物拡散源層１０２とＳＯＩ基板１０１の酸化シリコンを別工程で順番にエッチングして振動梁３２を形成する。
例えば、フッ酸溶液に浸漬して、不純物拡散源層１０１とＳＯＩ基板１０１の酸化シリコンをエッチングして振動梁３２を形成する。
【００２７】
この結果、
振動梁３２は測定圧力が加えられていない時でも張力を与えておかないと測定圧力が加えられることによって振動梁３２に座屈を起こして測定できない状態になる。このためシリコンＳｉの原子よりも原子半径の小さいボロンＢやりんＰを不純物として振動梁３２に添加することで振動梁３２に張力を与える。
振動梁３２の形成後に振動梁の３方向から拡散を行うことで、求められる張力を得るために必要な拡散長を短くすることができる。拡散長が短くなることで、必要な熱処理時間が大幅に減少出来、また、膜応力に起因するウエハソリ量を減少させることができる。
熱処理の時間・温度を調整することで振動梁３２の不純物濃度を制御し、シリコンへのボロンの固溶限界付近まで高い張力を制御することができる。
エピタキシャル法では達成できない程度まで、高い張力を持った厚い振動梁３２を形成することが出来る。
【００２８】
図３は、本発明の他の実施例の要部製作工程説明図である。
図３（ａ）に示す如く、ＳＯＩ基板１０１が準備される。
図３（ｂ）は、引張付与量調整層成膜工程で、ＳＯＩ基板１０１の一方の面のシリコン層表面に、引張りの応力の付与の量が調整出来る引張付与量調整層２０１が成膜される。
この場合は、酸化シリコン層（ＳｉＯ2層）が使用されている。なお、引張付与量調整層２０１は酸化シリコン層（ＳｉＯ2層）である必要は無く、また層数を増やしても良い。
図３（ｃ）は、対向隙間形成工程で、ＳＯＩ基板１０１の一方の面のシリコン層に、エッチングにより、対向隙間３７，３８を形成する。
図３（ｄ）は、不純物拡散源層成膜工程で、ＳＯＩ基板１０１の一方の面の表面と対向隙間３７，３８の表面に、振動梁３２に引張の応力を付与する不純物拡散源層２０２を成膜する。
図３（ｅ）は、不純物拡散層成膜工程で、熱処理により、ＳＯＩ基板１０１の一方の面のシリコン層に、不純物拡散源層２０２の不純物を拡散し、不純物拡散層２０３を塗付成膜する。
次に、図２（ｅ）と同様であるので、図示しないが、不純物拡散源層２０２とＳＯＩ基板１０１の酸化シリコンをエッチングして、振動梁３２を形成する。
【００２９】
この結果、
振動梁３２は測定圧力が加えられていない時でも張力を与えておかないと測定圧力が加えられることによって振動梁３２に座屈を起こして測定できない状態になる。このためシリコンＳｉの原子よりも原子半径の小さいボロンＢやりんＰを不純物として振動梁３２に添加することで振動梁３２に張力を与える。
振動梁３２の形成後に振動梁の３方向から拡散を行うことで、求められる張力を得るために必要な拡散長を短くすることができる。拡散長が短くなることで、必要な熱処理時間が大幅に減少出来、また、膜応力に起因するウエハソリ量を減少させることができる。
熱処理の時間・温度を調整することで振動梁３２の不純物濃度を制御し、シリコンへのボロンの固溶限界付近まで高い張力を制御することができる。
エピタキシャル法では達成できない程度まで、高い張力を持った厚い振動梁３２を形成することが出来る。
引張付与量調整層２０１の膜厚によって、引張付与量調整層２０１で保護された、ＳＯＩ基板１０１の一方の面のシリコン層への不純物拡散量を調整することが出来る。
【００３０】
図４は、本発明の他の実施例の要部製作工程説明図である。
図４（ａ）に示す如く、ＳＯＩ基板１０１が準備される。
図４（ｂ）は、対向隙間形成工程で、ＳＯＩ基板１０１の一方の面のシリコン層に、エッチングにより対向隙間３７，３８を形成する。
図４（ｃ）は、マスク層成膜工程で、ＳＯＩ基板１０１の一方の表面と対向隙間３７，３８の表面にマスク層３０１を成膜する。
図４（ｄ）は、不純物拡散源層成膜工程で、マスク層３０１の表面に、振動梁３２に引張の応力を付与する不純物拡散源層３０２を成膜する。
図４（ｅ）は、不純物拡散層成膜工程で、熱処理により、ＳＯＩ基板１０１の一方の面のシリコン層に、不純物拡散源層３０２の不純物を拡散し、不純物拡散層３０３を成膜する。
次に、図２（ｅ）と同様であるので、図示しないが、不純物拡散源層３０２とＳＯＩ基板１０１の酸化シリコンをエッチングして、振動梁３２を形成する。
【００３１】
この結果、
振動梁３２は測定圧力が加えられていない時でも張力を与えておかないと測定圧力が加えられることによって振動梁３２に座屈を起こして測定できない状態になる。このためシリコンＳｉの原子よりも原子半径の小さいボロンＢやりんＰを不純物として振動梁３２に添加することで振動梁３２に張力を与える。
振動梁３２の形成後に振動梁の３方向から拡散を行うことで、求められる張力を得るために必要な拡散長を短くすることができる。拡散長が短くなることで、必要な熱処理時間が大幅に減少出来、また、膜応力に起因するウエハソリ量を減少させることができる。
熱処理の時間・温度を調整することで振動梁３２の不純物濃度を制御し、シリコンへのボロンの固溶限界付近まで高い張力を制御することができる。
エピタキシャル法では達成できない程度まで、高い張力を持った厚い振動梁３２を形成することが出来る。
マスク層３０１の膜厚によって、マスク層３０１で保護された振動梁３２への不純物拡散量を調整することが出来る。
【００３２】
図５は、本発明の他の実施例の要部製作工程説明図である。
図５（ａ）に示す如く、ＳＯＩ基板１０１が準備される。
図５（ｂ）は、不純物拡散源層成膜工程で、ＳＯＩ基板１０１の一方の表面に、振動梁３２に引張の応力を付与する不純物拡散源層４０１を成膜する。
図５（ｃ）は、対向隙間形成工程で、不純物拡散源層４０１とＳＯＩ基板１０１の一方の面のシリコン層に、エッチングにより、対向隙間３７，３８を形成する。
図５（ｄ）は、不純物拡散層成膜工程で、熱処理により、ＳＯＩ基板１０１の一方の面のシリコン層に、不純物拡散源層４０１の不純物を拡散し、不純物拡散層４０２を成膜する。
図５（ｅ）は、振動梁エッチング形成工程で、不純物拡散源層４０１とＳＯＩ基板１０１の酸化シリコンを同一工程でエッチングあるいは不純物拡散源層４０１とＳＯＩ基板１０１の酸化シリコンを別工程で順番にエッチングして振動梁３２を形成する。
【００３３】
なお、この時、不純物拡散源４０１の上部に、幾層かの別の膜を成膜しても良い。例えば、酸化シリコン層（SiO2層）を形成し、それをマスクに不純物拡散源４０１をパターニングしても良い。
【００３４】
この結果、
振動梁３２は測定圧力が加えられていない時でも張力を与えておかないと測定圧力が加えられることによって振動梁３２に座屈を起こして測定できない状態になる。このためシリコンＳｉの原子よりも原子半径の小さいボロンＢやりんＰを不純物として振動梁３２に添加することで振動梁３２に張力を与える。
振動梁３２の形成後に振動梁の３方向から拡散を行うことで、求められる張力を得るために必要な拡散長を短くすることができる。拡散長が短くなることで、必要な熱処理時間が大幅に減少出来、また、膜応力に起因するウエハソリ量を減少させることができる。
熱処理の時間・温度を調整することで振動梁３２の不純物濃度を制御し、シリコンへのボロンの固溶限界付近まで高い張力を制御することができる。
エピタキシャル法では達成できない程度まで、高い張力を持った厚い振動梁３２を形成することが出来る。
高アスペクト比である対向隙間３７，３８の内部にＰＢＦ溶液４０１を塗布する場合、上手くＰＢＦ溶液４０１が入らないなどの問題が生じるが、図５実施例ではそのような問題は生じない。
【００３５】
なお、不純物拡散源層１０２，２０２，３０２，４０１として、例えば、酸化硼素（Ｂ2Ｏ3）と有機バインダーと溶剤からなるＰＢＦ塗布液を塗布し、しかる後、酸素窒素雰囲気中６００℃で焼成、より高温でプリデポ・ドライブインを行う方法が考えられる。
更に、ＰＢＦ溶液を使用する以外に、
（１）三臭化硼素（ＢＢｒ3）,ホウ酸（Ｈ3ＢＯ3）窒化ホウ素焼結体（ＢＮ）熱分解窒化ホウ素焼結体（ＰＢＮ）、塩化ボロン（ＢＣｌ3）等によってボロンＢ原子を拡散する方法。
（２）オキシ塩化りん（ＰＯＣｌ3）, 三臭化りん（ＰＢｒ3）, 三塩化りん（ＰＣｌ3）,□□□りん（Ｐ2Ｏ3）等を使用してりんＰ原子を拡散する方法。
（１）ＣＶＤ等を用いて、酸化硼素（Ｂ2Ｏ3）等の拡散源を形成する方法が考えられる。
【００３６】
上記実施例では、不純物を振動梁３２に拡散させるための熱工程について、不純物拡散源層１０２，２０２，３０２，４０１を除去せずに、一度で熱処理を行った。一方一度目の熱処理によって所定の量の不純物を振動梁３２に拡散させた後、不純物拡散源層１０２，２０２，３０２，４０１を除去して、再度熱処理を行って振動梁深さ方向に不純物を拡散させ、不純物拡散層１０３，２０３，３０３，４０２を形成しても良い。
不純物拡散源層１０２，２０２，３０２，４０１を除去することにより、必要以上の不純物を振動梁３２に拡散するのを防ぎ、振動梁３２に対する不純物拡散量を精度良く調整することができる。
【００３７】
また、上記実施例で不純物拡散源層１０２，２０２，３０２，４０１の成膜回数は１回であったが、数回にわたり不純物拡散源層１０２，２０２，３０２，４０１の成膜、熱処理、除去を繰り返して振動梁３２に不純物拡散を行っても良い。
不純物拡散源層１０２，２０２，３０２，４０１の成膜、拡散を繰り返すことにより振動梁３２に対する不純物拡散量を増加することができる。
【００３８】
以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【符号の説明】
【００３９】
１      シリコン基板
２      測定ダイアフラム
３      振動梁
４      シェル
５      真空室
３１    基板（測定ダイアフラム）
３１１  基板３１の面
３２    振動梁
３３    真空室
３４    第１の電極板
３５    第２の電極板
３６    第３の電極板
３７    対向隙間
３８    対向隙間
３９    シェル
１０１  ＳＯＩ基板
１０２  不純物拡散源層
１０３  不純物拡散層
２０１  引張付与量調整層
２０２  不純物拡散源層
２０３  不純物拡散層
３０１  マスク層
３０２  不純物拡散源層
３０３  不純物拡散層
４０１  不純物拡散源層
４０２  不純物拡散層
【図１】
0005429696.tif 000002
【図２】
0005429696.tif 000003
【図３】
0005429696.tif 000004
【図４】
0005429696.tif 000005
【図５】
0005429696.tif 000006
【図６】
0005429696.tif 000007
【図７】
0005429696.tif 000008
【図８】
0005429696.tif 000009
【図９】
0005429696.tif 000010
【図１０】
0005429696.tif 000011
【図１１】
0005429696.tif 000012
【図１２】
0005429696.tif 000013
【図１３】
0005429696.tif 000014
【図１４】
0005429696.tif 000015
【図１５】
0005429696.tif 000016
【図１６】
0005429696.tif 000017
【図１７】
0005429696.tif 000018
【図１８】
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