JP2008078202A - ボロン拡散型単結晶振動子及びその製造方法 - Google Patents

ボロン拡散型単結晶振動子及びその製造方法 Download PDF

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敏之 猿谷
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Tadahiko Takayama
忠彦 高山
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Abstract

【課題】形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能なボロン拡散型単結晶シリコン振動子を実現する。
【解決手段】振動式センサに用いられる振動子において、基板と、基板にボロンを拡散して形成された拡散部とを備え、基板と拡散部の間に空隙部を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動式センサに用いられる振動子に関し、特に形状のばらつきが小さく、安定に製造することが可能なボロン拡散型単結晶振動子及びその製造方法に関する。
従来の振動子に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
特開平１０−００１４００号公報 特開平１１−１３５８０５号公報
図２はこのような従来の振動子の製造過程を示す説明図である。図２において１はｎ型不純物が高濃度にドーピングされたシリコン等の基板（ｎ＋）、２はマスクとなる酸化膜、３はｐ型不純物が高濃度にドーピングされた振動子（ｐ＋＋）である。
ここで、図２を用いて従来の振動子の製造過程を説明する。図２（ａ）に示すように、基板１（ｎ＋）の上面に振動子３を形成する領域以外の部分を酸化膜２でマスクする。次に、図２（ｂ）に示すように、下ギャップに相当する領域”ＡＲ０１”を塩化水素（ＨＣｌ）を用いてエッチングする。
次に、図２（ｃ）に示すように、選択的エピタキシャル成長で領域”ＡＲ０１”にｐ型不純物が振動子３より低濃度にドーピングされた下ギャップ犠牲層（ｐ＋）を形成し、さらに、高濃度にドーピングされた振動子３（ｐ＋＋）を形成する。次に、図２（ｄ）に示すように、酸化膜２を除去する。
最後に、図２（ｅ）に示すように、振動子３（ｐ＋＋）を残すように、領域”ＡＲ０１”に形成された下ギャップ犠牲層を水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ：Tetramethyl ammonium hydroxide）やヒドラジン等のアルカリ溶液でエッチングする。この時、基板１にはアルカリ溶液の電位に対して”＋”の電圧を印加しておく。
このエッチングは、振動子３（ｐ＋＋）と下ギャップ犠牲層（ｐ＋）の不純物の濃度の差を利用したものである。基板１は印加された電圧により、アルカリ溶液と接する面が陽極酸化されるので、アルカリ溶液から保護される。このエッチングにより、基板１（ｎ＋）と振動子３（ｐ＋＋）の間に空隙部ができる。
この結果、基板１の上面に振動子３を形成する領域以外の部分を酸化膜２でマスクし、下ギャップに相当する領域”ＡＲ０１”を塩化水素を用いてエッチングし、選択的エピタキシャル成長で領域”ＡＲ０１”に下ギャップ犠牲層を形成すると共に振動子３を形成し、下ギャップ犠牲層をアルカリ溶液でエッチングすることにより、振動子３を製造することが可能になる。
しかし、図２に示す従来例では、振動子３の形状が下ギャップに相当する領域”ＡＲ０１”の形成工程及びその形状に依存するため、ばらつきが大きくなるという問題があった。
具体的には、図２（ｃ）の段階で領域”ＡＲ０１”に下ギャップ犠牲層を形成する時に、下ギャップ犠牲層が浅かったり、盛り上がったりして下ギャップ犠牲層の厚さがばらつく。そして、この下ギャップ犠牲層の上に振動子３が形成されるため、振動子３は下ギャップ犠牲層の上面に倣った形に形成される。
また、振動子３を酸化膜２に乗り上げる形で、選択的エピタキシャル成長で形成するため、境界部に歪みを生じるので、結晶欠陥が生じるという問題があった。
振動子３の共振周波数は、振動子３の寸法（長さと断面二次モーメント）と張力で決まる。振動子３の形状は断面二次モーメントに関係し、振動子３の結晶欠陥は張力に関係するので、形状のばらつきも結晶欠陥も共振周波数のばらつきの要因となる。
従って本発明が解決しようとする課題は、形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能なボロン拡散型単結晶シリコン振動子を実現することにある。
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
振動式センサに用いられる振動子において、
基板と、この基板にボロンを拡散して形成された拡散部とを備え、前記基板と前記拡散部の間に空隙部を有することにより、形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能になる。
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の振動子において、
前記拡散部が、
不純物の拡散方程式で規定される形状となることにより、形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能になる。
請求項３記載の発明は、
振動子の製造方法であって、
基板の上面にボロン拡散する領域以外の部分を酸化膜でマスクする工程と、前記基板にボロンを拡散して拡散部及び下ギャップ犠牲層を形成する工程と、前記酸化膜を除去する工程と、前記拡散部を残すように前記下ギャップ犠牲層をエッチングする工程とから成ることにより、形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能になる。
請求項４記載の発明は、
前記エッチングが、
前記基板に電圧を印加すると共に前記拡散部と前記下ギャップ犠牲層の不純物の濃度の差を利用したアルカリ溶液によるものであることにより、形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能になる。
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１の発明によれば、基板と、この基板にボロンを拡散して形成された拡散部とを備え、基板と拡散部の間に空隙部を有することにより、振動子の寸法が安定に決められるので、形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能になる。
請求項２の発明によれば、拡散部が不純物の拡散方程式で規定される形状となることにより、振動子の寸法が安定に決められるので、形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能になる。
請求項３の発明によれば、基板の上面にボロン拡散する領域以外の部分を酸化膜でマスクする工程と、基板にボロンを拡散して拡散部を形成する工程と、酸化膜を除去する工程と、拡散部を残すように下ギャップ犠牲層をエッチングする工程とから成ることにより、拡散部の形状が不純物の拡散方程式で規定される単純な形状となり、振動子の寸法及びボロン濃度が安定に決められるので、形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能になる。
請求項４の発明によれば、基板に電圧を印加し、拡散部を残すように下ギャップ犠牲層を水酸化テトラメチルアンモニウムやヒドラジン等のアルカリ溶液でエッチングすることにより、拡散部の形状が不純物の拡散方程式で規定される単純な形状となり、振動子の寸法及びボロン濃度が安定に決められるので、形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能になる。さらに、基板は印加された電圧により、アルカリ溶液と接する面が陽極酸化されるので、アルカリ溶液から保護される。
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る振動子の製造過程の一実施例を示す説明図である。図１において４はｎ型不純物が高濃度にドーピングされたシリコン等の基板（ｎ＋）、５はマスクとなる酸化膜、６はｐ型不純物が高濃度にドーピングされた拡散部（ｐ＋＋）である。
ここで、図１を用いて本発明の振動子の製造過程を説明する。図１（ａ）に示すように、基板４（ｎ＋）の上面にボロンを拡散する（振動子を形成する）領域以外の部分を酸化膜５でマスクする。次に、図１（ｂ）に示すように、基板４（ｎ＋）の振動子を形成する領域にボロンを拡散する。この時、拡散部６と共に領域”ＡＲ０２”にｐ型不純物が低濃度にドーピングされた下ギャップ犠牲層（ｐ＋）が形成される。
次に、図１（ｃ）に示すように、酸化膜５を除去する。最後に、図１（ｄ）に示すように、拡散部６（ｐ＋＋）を残すように、領域”ＡＲ０２”に形成された下ギャップ犠牲層（ｐ＋）を水酸化テトラメチルアンモニウムやヒドラジン等のアルカリ溶液でエッチングする。この時、基板４にはアルカリ溶液の電位に対して”＋”の電圧を印加しておく。
このエッチングは、拡散部６（ｐ＋＋）と下ギャップ犠牲層（ｐ＋）の不純物の濃度の差を利用したものである。基板４は印加された電圧により、アルカリ溶液と接する面が陽極酸化されるので、アルカリ溶液から保護される。このエッチングにより、基板４（ｎ＋）と拡散部６（ｐ＋＋）の間に空隙部ができる。
振動子となる領域を基板４へのボロン拡散において形成するため、拡散部６の形状が不純物の拡散方程式で規定される単純な形状となる。さらに、拡散部６の寸法（深さ）及びボロン濃度は、拡散源の濃度と量、拡散温度、拡散時間で安定に決めることができる。
この結果、基板４の上面にボロンを拡散する領域以外の部分を酸化膜５でマスクし、基板４の振動子を形成する領域にボロンを拡散し、酸化膜５を除去すると共に拡散部６を残すように、領域”ＡＲ０２”に形成された下ギャップ犠牲層を水酸化テトラメチルアンモニウムやヒドラジン等のアルカリ溶液でエッチングすることにより、拡散部６の形状が不純物の拡散方程式で規定される単純な形状となり、振動子の寸法及びボロン濃度が安定に決められるので、形状のばらつきが小さく、安定に形成することが可能になる。
本発明に係る振動子の形成過程の一実施例を示す説明図である。 従来の振動子の形成過程を示す説明図である。
符号の説明
１，４ 基板
２，５ 酸化膜
３ 振動子
６ 拡散部

Claims (4)

  1. 振動式センサに用いられる振動子において、
    基板と、
    この基板にボロンを拡散して形成された拡散部とを備え、
    前記基板と前記拡散部の間に空隙部を有する
    ことを特徴とする振動子。
  2. 前記拡散部が、
    不純物の拡散方程式で規定される形状となることを特徴とする
    請求項１記載の振動子。
  3. 振動子の製造方法であって、
    基板の上面にボロン拡散する領域以外の部分を酸化膜でマスクする工程と、
    前記基板にボロンを拡散して拡散部及び下ギャップ犠牲層を形成する工程と、
    前記酸化膜を除去する工程と、
    前記拡散部を残すように前記下ギャップ犠牲層をエッチングする工程と
    から成ることを特徴とする製造方法。
  4. 前記エッチングが、
    前記基板に電圧を印加すると共に前記拡散部と前記下ギャップ犠牲層の不純物の濃度の差を利用したアルカリ溶液によるものであることを特徴とする
    請求項３記載の製造方法。
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