(57)【要約】【課題】応力集中部位が削減され信頼性が良好で、電極間ショートが抑制された振動子の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る振動子の製造方法は、基板上に、第１層を形成する工程（ａ）と、前記第１層の第１領域に第１不純物をイオン注入する工程（ｂ）と、前記第１層をパターニングして、側面部にテーパー面を有する第１電極を形成する工程（ｃ）と、前記第１電極上及び前記第１電極のテーパー面上に犠牲層を形成する工程（ｄ）と、前記基板及び前記犠牲層上に前記第１電極上面部及び前記第１電極のテーパー面の少なくとも一部が対向配置されるように第２電極を形成する工程（ｅ）と、前記犠牲層を除去する工程（ｆ）と、を含み、前記工程（ｂ）は、前記第１不純物の濃度が、前記第１電極の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するように行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１層を形成する工程（ａ）と、
前記第１層の第１領域に第１不純物をイオン注入する工程（ｂ）と、
前記第１層をパターニングして、側面部にテーパー面を有する第１電極を形成する工程（ｃ）と、
前記第１電極上及び前記第１電極のテーパー面上に犠牲層を形成する工程（ｄ）と、
前記基板及び前記犠牲層上に前記第１電極上面部及び前記第１電極のテーパー面の少なくとも一部が対向配置されるように第２電極を形成する工程（ｅ）と、
前記犠牲層を除去する工程（ｆ）と、
を含み、
前記工程（ｂ）は、前記第１不純物の濃度が、前記第１電極の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するように行われることを特徴とする振動子の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）の間、又は前記工程（ｂ）と（ｃ）の間に、前記第１層の第２領域に第２不純物をイオン注入する工程（ｇ）をさらに含み、
前記工程（ｇ）は、
前記第２領域が前記第１領域より基板側に位置し、
前記第２領域が前記第１領域と少なくとも一部が重なり、
前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度を合算した濃度が、前記第１電極の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するように行われることを特徴とする請求項１記載の振動子の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）の間、又は前記工程（ｂ）と（ｃ）の間に、前記第１層の第２領域に第２不純物をイオン注入する工程（ｇ）と、前記第１層を加熱する工程（ｈ）をさらに含み、
前記工程（ｇ）は、前記第２領域が前記第１領域より基板側に位置するように行われ、
前記工程（ｈ）は、前記第２不純物の少なくとも一部が前記第１領域に拡散するように行われ、
前記工程（ｇ）及び前記工程（ｈ）は、前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度を合算した濃度が、前記第１電極の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するように行われることを特徴とする請求項１記載の振動子の製造方法。
【請求項４】
前記第１不純物及び前記第２不純物は、導電型が同じであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動子の製造方法。
【請求項５】
前記第１層は、半導体層からなり、
前記犠牲層を形成する工程は、前記半導体層を熱酸化して形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動子の製造方法。
【請求項６】
前記第１層は、多結晶シリコン層からなることを特徴とする請求項５に記載の振動子の製造方法。
【請求項７】
前記第１層をパターニングする工程は、
前記第１層上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記第１層をエッチングする工程を含み、
前記エッチング工程は、レジストパターンの下面側にエッチングが進行することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサー、映像デバイスなどの分野で、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）に関連する技術の開発が盛んである。ＭＥＭＳは、半導体製造技術を用いて作製された微小な機能素子を意味するものとされ、従来の半導体製造における微細加工技術をベースとして製造されている。製造される機能素子としては、例えば、マイクロ振動子、マイクロセンサー、マイクロアクチュエーター等が挙げられ、微小な構造体が振動、変形、その他の動作によって、各種の機能を発現するものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６０４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微小な構造体を振動、変形させて、各種の物理量を検出する機能素子の場合、かかる振動、変形に起因して本質的に当該構造体が破損する可能性が生じる。特に、振動子等における屈曲部位やたわみ部位には、応力が繰り返し生じることから、そのような応力ができるだけ特定箇所に集中しないように設計されることが望ましい。また、屈曲やたわみによる応力集中は、例えば、構造体に溝、孔、欠陥等がある場合にその部位に特に顕著に集中しやすい。
【０００５】
このような振動子等を半導体製造における従来の微細加工技術で形成する場合には、半導体製造においては問題とならなかった加工後の形状が問題となる場合がある。例えば、基板上に電極を形成する場合には、従来の微細加工技術で形成すると、電極の端部付近に微細な角張りが生じることがあった。このような角張りは、屈曲部位やたわみ部位を有さない半導体装置においては大きな問題とはならなかった。しかしながら、固定電極と、固定電極に対向して配置された可動電極と、を有する振動子などを製造する場合には、例えば、固定電極に微細な角張りが形成されると、後に形成される可動電極に、固定電極の角張りに起因した、不適切な溝が形成されてしまう場合があった。その場合、振動子の屈曲部位やたわみ部位に相当する可動電極の当該溝に応力集中が生じやすく、振動子の信頼性が低下するおそれがあった。また、固定電極の角張りが可動電極と接触して、ショート（短絡）するおそれがあった。
【０００６】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、その幾つかの態様に係る目的の一つは、応力集中部位が削減され信頼性が良好で、電極間ショートが抑制された振動子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。
【０００８】
［適用例１］本発明に係る振動子の製造方法の一態様は、基板上に、第１層を形成する工程（ａ）と、前記第１層の第１領域に第１不純物をイオン注入する工程（ｂ）と、前記
第１層をパターニングして、側面部にテーパー面を有する第１電極を形成する工程（ｃ）と、前記第１電極上及び前記第１電極のテーパー面上に犠牲層を形成する工程（ｄ）と、前記基板及び前記犠牲層上に前記第１電極上面部及び前記第１電極のテーパー面の少なくとも一部が対向配置されるように第２電極を形成する工程（ｅ）と、前記犠牲層を除去する工程（ｆ）と、を含み、前記工程（ｂ）は、前記第１不純物の濃度が、前記第１電極の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するように行われることを特徴とする。
【０００９】
本適用例の振動子の製造方法によれば、振動子の第１電極に角張りが形成されにくく、第２電極の第１電極と対向する面において、予期せぬ応力集中点となる溝が形成されにくく、第１電極との間の静電力によって変形する第２電極の破損が抑制され、かつ、電極間ショートが抑制された、信頼性の高い振動子を製造することができる。
【００１０】
［適用例２］適用例１において、前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）の間、又は前記工程（ｂ）と（ｃ）の間に、前記第１層の第２領域に第２不純物をイオン注入する工程（ｇ）をさらに含み、前記工程（ｇ）は、前記第２領域が前記第１領域より基板側に位置し、前記第２領域が前記第１領域と少なくとも一部が重なり、前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度を合算した濃度が、前記第１電極の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するように行われてもよい。
【００１１】
本適用例の製造方法によれば、電極の破損及び電極間のショートが抑制された振動子を製造でき、さらに、第１電極の抵抗制御を容易に行うことができる。
【００１２】
［適用例３］適用例１又は適用例２において、前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）の間、又は前記工程（ｂ）と（ｃ）の間に、前記第１層の第２領域に第２不純物をイオン注入する工程（ｇ）と、前記第１層を加熱する工程（ｈ）をさらに含み、前記工程（ｇ）は、前記第２領域が前記第１領域より基板側に位置するように行われ、前記工程（ｈ）は、前記第２不純物の少なくとも一部が前記第１領域に拡散するように行われ、前記工程（ｇ）及び前記工程（ｈ）は、前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度を合算した濃度が、前記第１電極の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するように行われてもよい。
【００１３】
本適用例の振動子の製造方法によれば、電極の破損及び電極間のショートが抑制された振動子を製造でき、さらに、第１電極の抵抗制御及び不純物の活性化を容易に行うことができる。
【００１４】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれか１例において、前記第１不純物及び前記第２不純物は、導電型が同じであってもよい。
【００１５】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれか１例において、前記第１層は、半導体層からなってもよく、前記犠牲層を形成する工程は、前記半導体層を熱酸化して形成してもよい。
【００１６】
本適用例の振動子の製造方法によれば、電極の破損及び電極間のショートが抑制された振動子を製造でき、さらに、第１電極及び第２電極の間の距離を一定にできるので、電極間のショートをさらに抑制された振動子を製造することができる。
【００１７】
［適用例６］適用例５において、前記第１層は、多結晶シリコン層からなってもよい。
【００１８】
［適用例７］適用例１ないし適用例６のいずれか１例において、前記第１層をパターニ
ングする工程は、前記第１層上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして、前記第１層をエッチングする工程を含み、前記エッチング工程は、レジストパターンの下面側にエッチングが進行するようにしてもよい。
【００１９】
本適用例の振動子の製造方法によれば、テーパー形状の制御性が良好で、さらに破損しにくい振動子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る振動子の断面を模式的に示す図。
【図２】実施形態に係る振動子を模式的に示す平面図。
【図３】実施形態に係る振動子の製造方法の一工程の断面を模式的に示す図。
【図４】実施形態に係る振動子の製造方法の一工程の断面を模式的に示す図。
【図５】実施形態に係る振動子の製造方法の一工程の断面を模式的に示す図。
【図６】実施形態に係る振動子の製造方法の一工程の断面を模式的に示す図。
【図７】実施形態に係る振動子の製造方法の一工程の断面を模式的に示す図。
【図８】実施形態に係る振動子の製造方法の一工程の断面を模式的に示す図。
【図９】実施形態に係る電子装置の断面を模式的に示す図。
【図１０】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面を模式的に示す図。
【図１１】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面を模式的に示す図。
【図１２】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面を模式的に示す図。
【図１３】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面を模式的に示す図。
【図１４】実験例のＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフ。
【図１５】実験例のＳＥＭ観察の結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の例を説明するものであって、本発明は、以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要素であるとは限らない。
【００２２】
１．振動子
本実施形態の振動子１００は、基板１０と、基板１０上に形成され、不純物がドープされた多結晶シリコンからなる第１電極２０と、第１電極２０上に第１電極２０と離間して配置され、第１電極２０との間の静電力によって変形する第２電極３０と、を含み、第１電極２０の不純物の濃度は、第１電極２０の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少している。
【００２３】
図１は本実施形態の振動子１００の断面を模式的に示す図である。図２は、本実施形態の振動子１００を模式的に示す平面図である。図２のＩ−Ｉ線の断面が図１に相当する。
【００２４】
１．１．基板
基板１０は、単結晶半導体基板、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの基板を用いることができる。また基板１０として、セラミックス基板、ガラス基板、サファイア基板、合成樹脂基板などの各種の基板を用いてもよい。基板１０は、単結晶シリコン基板であることが好ましい。基板１０の厚みは、例えば、１００μｍ〜４００μｍである。
【００２５】
基板１０は、図示のような絶縁性の下地層１２を有してもよい。図示の例では、シリコン基板１１の表面に下地層１２が形成された基板１０となっている。下地層１２の材質としては、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が挙げられる。また、下地層１２は、振動
子１００を収容する空洞を形成する場合に、エッチングストッパー層として利用してもよい。また、基板１０には、下地層１２の下にさらに、図示しないトレンチ絶縁層、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）絶縁層、セミリセスＬＯＣＯＳ絶縁層等が形成されていてもよい。
【００２６】
１．２．第１電極
第１電極２０は、基板１０上に形成される。第１電極２０の形状は、特に限定されず、振動子１００の機能や感度の要請に応じて適宜設計される。図２に示す例では、平面視において矩形形状に形成され、一体的に形成された配線４２に電気的に接続されている。
【００２７】
第１電極２０は、基板１０に平行で厚みを規定する第１面２１及び第２面２２を有する。第１面２１は、基板１０に対向する平面、すなわち下面であり、第２面２２は、基板１０に対して反対側に位置する平面、すなわち上面である。そして、第１面２１の平面視における輪郭は、少なくとも第１電極２０が第２電極３０と対向する位置において、第２面２２の平面視における輪郭よりも外側となっている。
【００２８】
第１電極２０は、第１面２１及び第２面２２を接続するテーパー面２３を有している。テーパー面２３は、少なくとも第１電極２０が第２電極３０と対向する位置において、第１電極２０の厚みを基板１０に向かって薄くなるように規定する面である。テーパー面２３は、図には平面として描いてあるが、平面であっても曲面であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。テーパー面２３は、平面視において第１電極２０の全周に連続する面であってもよい。
【００２９】
ここで、第１面２１、第２面２２及びテーパー面２３について、平面との表現をしているが、係る表現は、第１面２１、第２面２２及びテーパー面２３が、わずかの凹凸もなく平坦（スムース）であることを指すものではない。例えば、第１面２１、第２面２２及びテーパー面２３には、第１電極２０を構成する原子に起因する凹凸や、第１電極２０を構成する物質の二次的な構造（粒子、粒塊、粒界等）に起因する凹凸などが存在する場合が有り、微視的にみれば厳密な平面とはいえない場合がある。しかし、そのような場合でも、より巨視的な視点でみれば、これらの凹凸は目立たなくなり、第１面２１、第２面２２及びテーパー面２３を平面と称しても差し支えない程度に観測される条件が存在する。したがって、本明細書では、このようなより巨視的な視点でみた場合に平面と認識できれば、これを平面と称することとする。具体的には、例えば、第１面２１、第２面２２及びテーパー面２３の断面を、分解能が５ｎｍ程度の汎用的な走査型電子顕微鏡で観察した場合に、目立った凹凸が認められなければ平面と称するものとする。
【００３０】
第１電極２０の第１面２１及び第２面２２の間の距離（第１面２１及び第２面２２によって規定される厚み）は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることができる。そして、第１電極２０の第１面２１及びテーパー面２３によって規定される部分の厚みは、第２電極３０に向かう方向に沿って徐々に薄くなってもよい。
【００３１】
本実施形態の振動子１００における第１電極２０の機能としては、第２電極３０と対になってキャパシターを構成する一方の電極となることが挙げられる。
【００３２】
本実施形態では、第１電極２０は、不純物がドープされた多結晶シリコンからなる。第１電極は、アモルファスシリコン、単結晶シリコン等の半導体材料であってもよい。不純物としては、例えば、砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等が挙げられる。不純物は、例えば、イオン注入により導入することができる。また、不純物は、熱処理によって活性化されていてもよい。
【００３３】
第１電極２０における不純物の濃度は、第１電極２０の上面（第２面２２）から１０ｎｍより深い位置において、上面（第２面２２）側から下面（第１面２１）側に向かって（厚み方向で基板１０に向かって）単調に減少している。不純物の濃度は、イオン注入の際のエネルギー等の条件によって、第１電極２０の厚み方向で変化させることができる。
【００３４】
ここで、不純物の濃度は、イオン注入の際の条件やアニールの条件によって見積もることができる他、二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）等によって測定することができる。ＳＩＭＳは、例えば、一次イオンとして５ｋｅＶのＣｓを第１電極２０の第２面２２側から照射する条件にて測定することができる。これにより、第１電極２０の上面側から下面側に向かった濃度プロファイルを得ることができる。
【００３５】
不純物の濃度が単調に減少するとは、上面側から下面側に向かった不純物の濃度プロファイルにおいて、濃度が極大点や極小点を有さずに減少することを指す。なお、ＳＩＭＳ等の測定上のノイズや分解能に起因してプロファイルに現れる濃度の極大や極小は無視するものとする。
【００３６】
第１電極２０における不純物の濃度は、上述のとおり、第１電極２０の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するが、第１電極２０の上面から１０ｎｍより浅い位置においては最大値又は極大値を有してもよい。
【００３７】
第１電極２０は、例えば、基板１０の全面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法等により多結晶シリコンの層を成膜した後、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によってパターニングすることにより形成される。このときのエッチングとしては、ウェットエッチング、ドライエッチングなどが挙げられるが、ドライエッチングを用いる場合には、第１電極２０の角張りを抑制するという効果が顕著となる。角張りについては「３．実験例」にて詳述する。
【００３８】
本実施形態においては、不純物濃度の高いほうが高いエッチングレートとなるようにし、不純物濃度の低いほうが低いエッチングレートとなるようにしている。そして、上面側のほうが下面側より不純物濃度を高くして、エッチングレートを高くしている。これにより、テーパー形状を効率的に形成している。エッチングは、等方性エッチングが好ましい。その理由の１つとしては、不純物の濃度差による、横方向のエッチングレート差が顕著になるため、テーパー形状をさらに効率的に形成できるためである。また、エッチングレートを高めるために、不純物の導電型をＮ型にしてもよい。
【００３９】
１．２．第２電極
第２電極３０は、第１電極２０上に第１電極２０と離間して配置される。また、第２電極３０は、第１電極２０との間の静電力によって変形することができる。
【００４０】
第２電極３０は、基板１０上に形成される部分を有してもよい。第２電極３０の形状は、特に限定されず、振動子１００の機能や感度の要請に応じて適宜設計される。図２に示す例では、平面視において、第１電極２０と重なるように矩形形状に形成され、一体的に形成された配線４４に電気的に接続されている。
【００４１】
第２電極３０は、第１電極２０に離間して対向する対向面３１を有する。対向面３１は、第１電極２０の第２面２２及びテーパー面２３に対して離間して対向している。
【００４２】
第２電極３０の厚みは、例えば１００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることができる。振動子１００における第２電極３０の機能としては、第１電極２０と対になってキャパシターを構成する一方の電極となることが挙げられる。
【００４３】
第２電極３０の材質としては、導電性であれば、特に限定されないが、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金、あるいは、不純物がドープされた多結晶シリコンを挙げることができる。多結晶シリコンである場合、不純物としては、例えば、砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等が挙げられる。不純物は、例えば、イオン注入により導入することができる。また、不純物は、熱処理によって活性化されていてもよい。
【００４４】
第２電極３０は、例えば、第１電極２０上に犠牲層を形成し、該犠牲層上に、ＣＶＤ法、スパッタ法等により所望の材質の層を成膜した後、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によってパターニングし、その後に犠牲層をエッチングにより除去することにより形成することができる。また、このような犠牲層としては、酸化シリコン等を挙げることができ、その場合、犠牲層は、第１電極２０の多結晶シリコンを熱酸化して形成してもよい。犠牲層を多結晶シリコンの熱酸化により形成する場合には、第１電極２０の第２面２２及びテーパー面２３形状がより追従性よく第２電極３０の対向面３１に転写されやすいため、第２電極３０の対向面３１に溝が形成されることを抑制するという本実施形態の効果がより顕著となる。
【００４５】
１．３．作用効果
本実施形態の振動子１００は、第２電極３０の第１電極２０と対向する面において、応力集中点となる溝が減少している。すなわち、第１電極２０の不純物の濃度が第１電極２０の表面から１０ｎｍより深い位置において、表面側から深さ方向に向かって単調に減少していることにより、第１電極２０を形成する際に、第１電極２０に角張りが生じにくくなっている。そのため、第１電極２０と対向して形成される第２電極３０に、第１電極２０の角張りに対応する溝の形状が形成されにくい。これにより、本実施形態の振動子１００は、第２電極３０が第１電極２０との間の静電力によって変形する場合に、第２電極３０における応力集中点が低減され、第２電極３０が破損しにくく高い信頼性を有することができる。また、第１電極２０と対向して形成される第２電極３０に、第１電極２０の角張りに対応する溝の形状が形成されにくいので、第１電極２０と第２電極３０とが接触しにくく、両電極の間のショート（短絡）を抑制する効果が高い。
【００４６】
１．４．振動子の製造方法
図３ないし図８は、本実施形態の振動子の製造方法の各工程における断面を模式的に示す図である。本実施形態に係る振動子の製造方法は、基板１０上に、第１層２０ａを形成する工程（ａ）と、第１層２０ａの第１領域に第１不純物をイオン注入する工程（ｂ）と、第１層２０ａをパターニングして、側面部にテーパー面２３を有する第１電極２０を形成する工程（ｃ）と、第１電極２０上及び第１電極２０のテーパー面２３上に犠牲層２５を形成する工程（ｄ）と、基板１０及び犠牲層２５上に第１電極２０上面部及び第１電極２０のテーパー面２３の少なくとも一部が対向配置されるように第２電極３０を形成する工程（ｅ）と、犠牲層２５を除去する工程（ｆ）と、を含む。そして、工程（ｂ）は、第１不純物の濃度が、第１電極２０の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するように行われる。
【００４７】
以下、本実施形態の振動子の製造方法について工程を追って説明する。
【００４８】
まず、シリコン基板１１上に下地層１２を形成し、これを基板１０として用意する。下地層１２は、例えば、窒化シリコンであり、ＣＶＤ法、スパッタ法により成膜することができる。また、下地層１２は、必要に応じてパターニングされてもよい。
【００４９】
次に図３に示すように第１電極２０となる第１層２０ａ（本実施形態では多結晶シリコ
ン膜とする）を成膜する。第１層２０ａは、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法などにより成膜することができる。
【００５０】
次に図４に示すように、第１層２０ａの第１領域に、第１不純物をイオン注入する（図中矢印はイオン注入を概念的に示している。）。本工程は、汎用的なイオン注入法により行うことができる。第１層２０ａの第１領域は、所望のエッチングレート得る部分を含む範囲に設定される限り、平面視において第１層２０ａの全体であってもよいし一部であってもよい。図示の例では第１領域は第１層２０ａの全面的に設定されている。また、第１不純物としては、砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等を用いることができる。本工程により、第１層２０ａ（多結晶シリコン）に導電性を付与すること、及び、第１層２０ａにおける厚み方向の第１不純物の濃度の分布を形成することができる。本工程のイオン注入は、複数回行われてもよい。また、複数回行われるイオン注入に用いられる不純物は、導電型が同じでも異なってもよい。さらに、第１不純物の導電型は、Ｎ型であってもよい。
【００５１】
本工程において、第１不純物の濃度が、第１層２０ａの上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するようにイオン注入する。イオン注入を複数回行う場合（例えば、第１不純物と第２不純物とを注入する場合）においても、第１不純物の濃度と第２不純物とを合算した濃度が、第１層２０ａの上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少するように行う。本工程の後、第１層２０ａをパターニングして第１電極２０とする工程の前までに、必要に応じて熱処理工程を有してもよく、その場合には、熱処理工程を経た後に、不純物の濃度が、第１層２０ａの上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少することとなるように、本工程のイオン注入の条件及び熱処理条件を調整してもよい。イオン注入を複数回行う場合（例えば第１不純物と第２不純物をイオン注入する場合）には、熱処理工程は、第１不純物をイオン注入する工程と第２不純物をイオン注入する工程の間にあってもよい。その場合には、第２不純物をイオン注入した後に、第１不純物の濃度と第２不純物濃度とを合算した濃度が、第１層２０ａの上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少することとなるように、本工程のイオン注入の条件及び熱処理工程を調整してもよい。
【００５２】
次に、図５、図６に示すように、第１層２０ａをパターニングして第１電極２０を形成する。すなわち、図５に示すように、フォトリソグラフィー技術により、マスクＭ１（例えばレジストパターン）を形成し、図６に示すように、マスクＭ１をマスクとして第１層２０ａをエッチングして第１電極２０を形成する。エッチングはマスクＭ１の下面側に進行してもよい。図示の例では、本工程で同時に配線４２を形成している。当該エッチングにより、第１電極２０のテーパー面２３が形成される。
【００５３】
本工程におけるエッチングは、ドライエッチング及びウェットエッチングの少なくとも一種により行うことができる。本工程において、第１不純物の濃度が、第１層２０ａの上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって単調に減少しているため、第１電極２０のテーパー面２３、並びに、第１電極２０のテーパー面２３及び第２面２２の接続部付近において角張りが形成されにくい。このような特徴は、特に本工程でドライエッチングを採用する場合に顕著となる。係る角張りについては、「３．実験例」の項で詳述される。
【００５４】
次いで図７に示すように、第１電極２０上に犠牲層２５を形成する。本実施形態では、犠牲層２５は、第１電極２０の多結晶シリコンを熱酸化して形成する。熱酸化処理は、例えば、８００℃以上１１００℃以下の温度で行うことができる。
【００５５】
次いで、図８に示すように、基板１０及び犠牲層２５上に第２電極３０を形成する。第２電極３０は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法等により所望の材質の層を成膜した後、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によってパターニングして形成することができる。図示の例では、本工程で同時に配線４４を形成している。
【００５６】
そして犠牲層２５を除去する。犠牲層２５は、例えば、フッ化水素酸や緩衝フッ酸（フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液）などを用いたウェットエッチング、フッ化水素系のガスなどを用いたドライエッチングなどにより行うことができる。
【００５７】
以上のようにして、図１に示す振動子１００を製造することができる。
【００５８】
本実施形態の振動子の製造方法によれば、第１電極２０に角張りが形成されにくく、第２電極３０の第１電極２０に対向する対向面３１に溝が形成されにくい。そのため、第１電極２０との間の静電力によって変形する第２電極３０の破損が抑制され、かつ、電極間ショートが抑制された、信頼性の高い振動子を製造することができる。また、本実施形態の振動子の製造方法によれば、第１電極２０の形状が犠牲層２５を介して第２電極３０の形状に反映された場合でも、信頼性の高い振動子を製造することができる。
【００５９】
２．電子装置
２．１．電子装置
本発明に係る電子装置は、上述の振動子を含む。以下、基板１０と、基板１０上に形成された空洞１内に上述の振動子１００が収容された電子装置２００について説明する。
【００６０】
図９は、電子装置２００の断面を模式的に示す図である。電子装置２００が有する振動子１００は、上述の振動子１００と同様であるので、同様の部材は、同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６１】
電子装置２００は、図９に示すように、基板１０と、基板１０上に形成された空洞１と、空洞１を覆う蓋体５０と、空洞１内に配置された振動子１００と、を含む。
【００６２】
基板１０は、図示のような下地層１２を有し、空洞１を形成する際の、エッチングストッパー層として機能する。下地層１２と基板１０との間には、図示しないトレンチ絶縁層、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）絶縁層、セミリセスＬＯＣＯＳ絶縁層等が形成されていてもよい。
【００６３】
蓋体５０は、空洞１を覆うように形成される。蓋体５０は、一つの部材で構成されてもよいが、貫通孔を有する部材と、該貫通孔を有する部材の貫通孔を封止する部材とによって構成されてもよい。蓋体５０が一つの部材で構成される場合には、電子装置２００は、空洞１を例えばエッチングにより形成するための孔や封止部材等の他の構成を有してもよい。図示の例では、蓋体５０は、貫通孔５２を有する第１封止層５４と、第１封止層５４に積層されて貫通孔５２を封止する第２封止層５６とによって構成されている。
【００６４】
第１封止層５４は、貫通孔５２を有する。貫通孔５２の数は限定されない。第１封止層５４は、単層構造とすることもできるが、例えば、３層以上の積層構造を含み、前記積層構造の最上層を、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔの少なくともいずれか一つ若しくはこれらの合金よりなる層とし、前記積層構造の最下層を、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔの少なくともいずれか一つ若しくはこれらの合金よりなる層とし、前記積層構造の少なくとも一つの層を、Ａｌ−Ｃｕ合金層として形成されてもよい。
【００６５】
第２封止層５６は、第１封止層５４上に形成されている。第２封止層５６は、第１封止
層５４の貫通孔５２を塞ぐことができる。第２封止層５６は、例えば、Ａｌ、Ｗ及びＣｕよりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金からなる層を含む。第１封止層５４及び第２封止層５６は、空洞１を上方から覆って、空洞１を封止する蓋体５０として機能することができる。
【００６６】
空洞１は、振動子１００を収容するための空間である。空洞１は、図示の例では、下地層１２、層間絶縁層８０及び蓋体５０によって画成されている。空洞１内は、例えば減圧状態にすることができ、これにより振動子１００の動作精度の向上を図ることができる。
【００６７】
振動子１００は、空洞１に配置される。第１電極２０及び第２電極３０は、それぞれ配線４２及び配線４４と接続され、さらに、層間絶縁層８０に形成されたビア６２及びビア６４を介して配線７２及び配線７４に接続されている。
【００６８】
なお図示しないが、電子装置２００は、トランジスター等を含む回路部、外部接続用の端子、パッド、パッシベーション層等の絶縁層などを含んでもよい。また、電子装置２００は、ＷＣＳＰ構造であってもよい。
【００６９】
２．２．電子装置の製造方法
本実施形態の電子装置は、例えば以下のように製造することができる。
【００７０】
本実施形態の電子装置２００の製造方法は、上述の振動子１００の製造方法を含む。したがって重複する製造工程については、詳細な説明を省略する。図１０〜図１４は、電子装置２００の製造工程の一工程を模式的に示す断面図である。
【００７１】
本実施形態の電子装置２００の製造方法は、振動子１００を覆う層間絶縁層８０を形成する工程と、振動子１００及び層間絶縁層８０を覆う蓋体５０を形成する工程と、蓋体５０に貫通孔５２を形成する工程と、貫通孔５２を通じて、振動子１００を覆う層間絶縁層８０、及び犠牲層２５をエッチングして除去し、振動子１００が収容された空洞１を形成する工程と、を含む。
【００７２】
まず、上述の振動子１００の製造方法と同様にして、第１電極２０、犠牲層２５及び第２電極３０を形成する（図８参照）。この時点では振動子１００は、完成していないが、本製造方法の説明においては図８の構造体のことを振動子１００と称することがある。
【００７３】
次いで，図１０に示すように、犠牲層２５及び第２電極３０を覆う層間絶縁層８０を形成する。層間絶縁層８０は、例えば、ＣＶＤ法や塗布（スピンコート）法等により形成される。層間絶縁層８０を形成した後に、層間絶縁層８０の表面を平坦化する処理を行ってもよい。
【００７４】
次に、図１１に示すように、配線４２及び配線４４上に、それぞれビア６２及びビア６４を形成し、これらに接続する配線７２及び配線７４を形成する。ビア６２及びビア６４は、例えば、Ｗ、Ａｌ等を埋め込むことにより形成することができる。また配線７２及び配線７４は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ等をスパッタ、パターニングして形成することができる。また、さらに層間絶縁層８０を、上述と同様の工程で形成してもよい。この際必要に応じてさらにビアや配線を形成してもよい。層間絶縁層８０を形成した後に、層間絶縁層８０の表面を平坦化する処理を行ってもよい。
【００７５】
次に、図１２に示すように、蓋体５０の第１封止層５４を形成する。第１封止層５４は、例えばＣＶＤ法やスパッタ法などの気相成長法にて成膜し、パターニングすることにより形成することができる。またこのパターニングにより、図１２に示すように、空洞１に
連通する貫通孔５２を形成する。
【００７６】
次いで、図１３に示すように、貫通孔５２にエッチング液又はエッチングガスを通して、空洞１となる領域に存在する層間絶縁層８０及び犠牲層２５を除去し、空洞１及び振動子１００を形成する（本明細書ではこの工程をリリース工程ということがある。）。リリース工程は、例えば、フッ化水素酸や緩衝フッ酸（フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液）などを用いたウェットエッチング、フッ化水素系のガスなどを用いたドライエッチングなどにより行うことができる。リリース工程においては、空洞１の側面を規定する側壁を利用してもよく、その場合には、例えば、上述のビア６２等を形成する工程で、側壁を合わせて形成しこれを用いてもよい。
【００７７】
その後、必要に応じて空洞１を洗浄する。洗浄は、例えば、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）や水によって行うことができる。
【００７８】
そして、図９に示すように、第１封止層５４上に第２封止層５６を形成する。第２封止層５６は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法などの気相成長法により成膜され、貫通孔５２を封止することができる。また気相成長法により形成されることにより、空洞１内を減圧状態のまま封止することもできる。蓋体５０は、必要に応じてパターニングしてもよい。
【００７９】
以上例示した工程により、電子装置２００を製造することができる。
【００８０】
本実施形態の電子装置の製造方法によれば、振動子１００の第１電極２０に角張りが形成されにくく、第２電極３０の第１電極２０に対向する面に溝が形成されにくい。そのため、第１電極２０との間の静電力によって変形する第２電極３０の破損が抑制され、かつ、電極間ショートが抑制された、信頼性の高い振動子１００を有する電子装置２００を製造することができる。
【００８１】
３．実験例
以下に実験例を説明し、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
【００８２】
３．１．実験方法
下地層（Ｓｉ３Ｎ４）を形成したシリコン基板上に、多結晶シリコン膜をＣＶＤ法にて形成した試料を複数準備した。このときの多結晶シリコン膜の厚みは、いずれも２８０ｎｍとした。
【００８３】
多結晶シリコン膜全面に、リン（Ｐ）を不純物として注入した。イオン注入及び熱処理の条件は、試料ごとに異なる以下の５種類の条件で行った。
【００８４】
（実験例１）イオン注入（加速電圧３５ｋｅＶ、ドーズ量６Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）
（実験例２）イオン注入（加速電圧３５ｋｅＶ、ドーズ量６Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）引き続き、イオン注入（加速電圧５ｋｅＶ、ドーズ量６Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）
（実験例３）イオン注入（加速電圧５ｋｅＶ、ドーズ量６Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）
（実験例４）イオン注入（加速電圧３５ｋｅＶ、ドーズ量６Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）引き続き、熱処理（６５０℃、２０分／窒素雰囲気下）
（実験例５）イオン注入（加速電圧３５ｋｅＶ、ドーズ量６Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）引き続き、熱処理（６５０℃、２０分／窒素雰囲気下）  さらに、イオン注入（加速電圧５ｋｅＶ、ドーズ量６Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）。
【００８５】
各試料の表面をＳＩＭＳにて測定し、リンの深さ方向の濃度分布を測定し、その結果を図１４に示した。ＳＩＭＳの測定は、一次イオンとして５ｋｅＶのＣｓを照射する条件にて行った。
【００８６】
その後、それぞれの試料につき、マスクパターンを形成し、ドライエッチングを行った。そして、マスクを除去し、多結晶シリコン膜上に断面観察用の保護膜を形成して各実験例の試料を得た。
【００８７】
得られた試料を、それぞれ割断し、割断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果を図１５に示した。
【００８８】
３．２．実験結果
図１４及び図１５をみると、ＳＩＭＳの濃度プロファイルと、ＳＥＭ観察結果における多結晶シリコン膜のエッジの形状とが非常によい相関を示していることが分かった。図１５におけるＳＥＭ写真は、右側が基板側となるように表示してある。
【００８９】
図１４のＳＩＭＳの濃度プロファイルにおいて、実験例１、２、４の試料は、表面から４０ｎｍ〜５０ｎｍの位置に極大点を有していた。これに対応する図１５のＳＥＭ写真では、実験例１、２、４の試料は、試料の表面側に突出した角張り形状が認められた。これに対して実験例３、５の試料は、ＳＩＭＳの濃度プロファイルにおいて、表面から１０ｎｍよりも深い位置において極大値を有さず単調に減少しており、対応するＳＥＭ写真において、目だった角張り形状が認められなかった。また、図示しないが、実験例２、３、５の試料のＳＩＭＳの濃度プロファイルにおいては、表面から５ｎｍ程度の深さに、ピークが認められた。
【００９０】
これらの結果から、多結晶シリコン膜の上面から１０ｎｍより深い位置において、上面側から下面側に向かって不純物濃度が単調に減少している場合には、上面から１０ｎｍより浅い位置において、最大値又は極大値を有したとしても、角張り形状が認められないことが判明した。
【００９１】
これにより、実験例３、５の多結晶シリコン膜上に他の層を積層した場合に、当該他の層の、多結晶シリコン膜と対向する面において、溝（くぼみ）形状が形成されにくいことが理解されるであろう。
【００９２】
なお、本発明において、特定の部材Ａの上（または下）に特定の部材Ｂを配置する（または形成する）というとき、部材Ａの上（または下）に直接部材Ｂが配置される（または形成される）態様に限定されず、本発明の作用効果を阻害しない範囲で、部材Ａの上（または下）に、他の部材を介して部材Ｂが配置される（または形成される）態様を含む。
【００９３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９４】
１…空洞、１０…基板、１１…シリコン基板、１２…下地層、２０…第１電極、２０ａ…第１層、２１…第１面、２２…第２面、２３…テーパー面、２５…犠牲層、３０…第２電
極、３１…対向面、４２，４４…配線、５０…蓋体、５２…貫通孔、５４…第１封止層、５６…第２封止層、６２，６４…ビア、７２，７４…配線、８０…層間絶縁層、１００…振動子、２００…電子装置、Ｍ１…マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2014116707.tif 000016
【図１５】
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