JP6050631B2 - 容量性トランスデューサとその製造及び動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー変換装置に係り、さらに詳細には、容量性トランスデューサとその製造及び動作方法に関する。

エネルギー変換に使われる微小トランスデューサは、基板と振動板とを備える。前記振動板は、印加電圧の大きさ及び周波数に応じて振動する。

かかる振動板は、シリコン基板上に付着させる方法で形成される。また、振動板の一部をシリコン基板上に形成し、振動板の残りの部分は他の基板に形成した後、互いに結合（ボンディング）する方法で振動板が形成される場合もある。

しかし、かかる方法で形成されたトランスデューサは、基板と振動板との間に接合や蒸着による界面が形成されている。したがって、トランスデューサの反復使用による構造的な安定性が劣る。

また、トランスデューサを動作させるため、電圧が印加される電極を電気的に絶縁させるために、前記電極間に別途の絶縁層が形成される。ところが、これらの絶縁層は帯電（チャージング）される恐れがあってトランスデューサの動作の信頼性に悪影響を与える。

また、前記既存方法の場合、接合や蒸着によるストレスが発生する。

本発明は、容量性トランスデューサを提供する。

本発明は、容量性トランスデューサの製造及び動作方法を提供する。

本発明の容量性トランスデューサは、第１ドーピング領域と、前記第１ドーピング領域と反対の型のドーピング領域であり、第１振動部分を含む第２ドーピング領域と、を備え、前記第１ドーピング領域と前記第１振動部分との間には、空間がある。前記第１及び第２ドーピング領域は、一体である。

該トランスデューサにおいて、前記第１振動部分は複数の貫通ホールを含み、前記第１振動部分上に前記貫通ホールを密封する物質膜が形成されている。

前記空間に振動体が備えられ、前記振動体は、前記第１振動部分に連結されて前記第１ドーピング領域と平行に位置する。

前記振動体と前記第１振動部分との間の前記空間に前記第２ドーピング領域の第２振動部分が存在し、前記第２振動部分は、前記第１振動部分及び前記振動体と連結される。

前記第２振動部分は、複数の貫通ホールを含む。

前記第１振動部分上に、前記貫通ホールを密封する物質膜が形成される。

前記１ドーピング領域は、ｎ型またはｐ型物質でドーピングされた領域である。

本発明の容量性トランスデューサの製造方法は、互いに反対の型にドーピングされた第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域を含む単層の単結晶シリコン層を形成し、前記第１ドーピング領域と第２ドーピング領域との間の所定領域に空間を形成する。

該製造方法で、前記単層の単結晶シリコン層を形成する過程は、第１ドーピング物質でドーピングされた単結晶の第１シリコン層を形成し、前記第１シリコン層の一部に第２ドーピング物質をドーピングして前記第２ドーピング領域を形成する過程を含む。

前記空間を形成する過程は、前記第２ドーピング領域下の前記第１ドーピング領域に酸化領域を形成し、前記酸化領域の酸化物質を除去する過程をさらに含む。ここで、前記酸化領域の酸化物質を除去する過程は、前記酸化領域上の前記第２ドーピング領域に、前記酸化領域が露出される貫通ホールを形成し、前記貫通ホールを通じて前記酸化物質を除去する過程をさらに含む。

前記第２ドーピング領域上に、前記貫通ホールを密封する物質膜を形成する過程を含む。

前記単層の単結晶シリコン層を形成する過程は、第１ドーピング物質でドーピングされた単結晶の第１シリコン層を形成し、前記第１シリコン層の上部面下に酸化領域を形成し、前記第１シリコン層上に、第２ドーピング物質でドーピングされた単結晶の第２シリコン層を成長させる過程を含む。このとき、前記酸化領域の一部を前記第２シリコン層に拡張する過程をさらに含む。

前記空間を形成する段階は、前記第１及び第２シリコン層の前記酸化領域で酸化物質を除去する段階を含む。

前記酸化領域の一部を前記第２シリコン層に拡張する過程は、前記酸化領域に連結され、前記酸化領域に垂直な方向に前記第２シリコン層内部に拡張する第１酸化領域を形成し、前記第１酸化領域に連結され、前記第２シリコン層内で、前記酸化領域に平行な方向に拡張される第２酸化領域を形成する過程を含む。

前記第１及び第２シリコン層の前記酸化領域で前記酸化物質を除去する過程は、前記第２シリコン層に、前記第２シリコン層に拡張された酸化領域が露出される貫通ホールを形成し、前記貫通ホールを通じて前記第１及び第２シリコン層の酸化領域の酸化物質を除去する過程をさらに含む。このとき、前記空間の入口を密封する過程は、前記酸化物質を除去した後、前記第２シリコン層上に前記貫通ホールを密封する物質膜を形成する過程をさらに含む。

前記第２シリコン層上に単結晶の第３シリコン層を成長させる過程は、前記酸化領域を前記第３シリコン層内に拡張し、前記第１ないし第３シリコン層の酸化領域の酸化物を除去する過程をさらに含む。

前記酸化領域を前記第３シリコン層内に拡張する過程は、前記酸化領域の前記第２シリコン層内に拡張された部分に連結され、前記拡張された部分上側の前記第２シリコン層を貫通する第３酸化領域を形成し、前記第３酸化領域に連結されて前記第２シリコン層に平行な第４酸化領域を前記第３シリコン層に形成する過程を含む。

前記第１ないし第３シリコン層の酸化領域の酸化物を除去する過程は、前記第３シリコン層に前記第４酸化領域が露出される貫通ホールを形成し、前記貫通ホールを通じて前記第１ないし第３シリコン層の前記酸化領域の酸化物を除去する過程を含む。

前記酸化領域を形成する過程は、前記酸化領域が形成される該当領域に酸素をイオン注入し、前記酸素がイオン注入された結果物を熱処理する過程を含む。

前記第１酸化領域と前記第２酸化領域は、前記第１及び第２酸化領域が形成される該当領域に酸素をイオン注入し、前記酸素がイオン注入された結果物を熱処理して形成する。
前記酸化領域を前記第３シリコン層内に拡張する過程は、前記第３シリコン層の前記酸化領域が拡張される領域に酸素をイオン注入し、前記酸素がイオン注入された結果物を熱処理する過程を含む。

本発明による容量性トランスデューサの動作方法は、第１ドーピング領域、前記第１ドーピング領域と反対の型のドーピング領域であり、振動部分を含む第２ドーピング領域を含み、前記第１ドーピング領域と前記振動部分との間には空間があり、前記第１及び第２ドーピング領域は、一体であるトランスデューサの動作方法において、前記第１ドーピング領域と第２ドーピング領域との間に逆方向バイアスが印加される。

本発明によれば、接合や蒸着による界面が存在する既存のトランスデューサより構造的にさらに安定している。したがって、本発明のトランスデューサでは、動作の信頼性をさらに高めることができる。

本発明の一実施形態によるモノリシック３次元構造を持つ容量性トランスデューサの断面図である。 図１の第１ドーピング領域の変形例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるトランスデューサを示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるトランスデューサを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるトランスデューサの製造方法を段階別に示す断面図である。 図５に後続する断面図である。 図６に後続する断面図である。 図８（ａ）および（ｂ）は、図７に後続する断面図および平面図である。 図８（ａ）および（ｂ）に後続する断面図である。 図９に後続する断面図である。 本発明の他の実施形態によるトランスデューサの製造方法を段階別に示す断面図である。 図１１に後続する断面図である。 図１３（ａ）および（ｂ）は、図１２に後続する断面図および平面図である。 図１３（ａ）および（ｂ）に後続する断面図である。 図１４に後続する断面図である。 図１５に後続する断面図である。 図１６に後続する断面図である。 図１７に後続する断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるトランスデューサの製造方法を段階別に示す断面図である。 図１９に後続する断面図である。 図２０に後続する本断面図である。 図２２（ａ）および（ｂ）は、図２１に後続する断面図および平面図である。 図２２（ａ）および（ｂ）に後続する断面図である。 図２４（ａ）および（ｂ）は、図２３に後続する断面図および平面図である。 図２４（ａ）および（ｂ）に後続する断面図である。 図２５に後続する断面図である。

以下、本発明の一実施形態によるモノリシック３次元構造の容量性トランスデューサとその製造及び動作方法を、添付した図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に示した層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して図示されている。

まず、本発明の一実施形態によるモノリシック３次元構造の容量性トランスデューサ（以下、トランスデューサ）を説明する。動作方法は、構造及び製造方法の説明の中で共に説明する。

図１を参照すれば、トランスデューサ１００は、単層のシリコン基板ＴＳ１を含む。単層のシリコン基板ＴＳ１は、単結晶シリコン基板でありうる。単層のシリコン基板ＴＳ１は、第１ドーピング領域２０と第２ドーピング領域３０と第３ドーピング領域３２とを含む。第２及び第３ドーピング領域３０、３２は、第１ドーピング領域２０上に位置する。第１ドーピング領域２０は、第２ドーピング領域３０と連結されている。

図面で第１ないし第３ドーピング領域２０、３０、３２が区分され、説明もそれに合わせて区分して説明するが、これは単に図示及び説明の便宜のためのものであり、実際には、第１ないし第３ドーピング領域２０、３０、３２の境界は区分されない。このような事実は下記の他の実施形態でも同様である。第１ドーピング領域２０は、第２及び第３ドーピング領域３０、３２と反対の型のドーピング物質がドーピングされた領域である。第２及び第３ドーピング領域３０、３２は、同じドーピング物質を含みうる。第１ドーピング領域２０は、例えば、ｐ型ドーピング物質を含む。第２及び第３ドーピング領域３０、３２は、例えば、ｎ型ドーピング物質を含む。第２ドーピング領域３０は、第３ドーピング領域３２より深い。第２ドーピング領域３０は離隔されており、第３ドーピング領域３２を介して対向する。第３ドーピング領域３２は、第２ドーピング領域３０の間で第２ドーピング領域３０と連結されている。第２及び第３ドーピング領域３０、３２は、一つのドーピング領域である。したがって、２つの領域３０、３２の境界は区分されていない。第３ドーピング領域３２は、全体的にその厚さが均一である。第３ドーピング領域３２と第１ドーピング領域２０との間に空いた空間（空隙）６０が存在する。空間６０は、振動体（または振動板）である第３ドーピング領域３２が振動する領域になりうる。第１ドーピング領域２０と第３ドーピング領域３２との対向する面は、互いに平行である。第３ドーピング領域３２の両側は、第２ドーピング領域３０に連結されて支持される構造である。したがって、第３ドーピング領域３２は動作しない時、下方に撓むか、または垂れずに動作後には容易に元の状態に戻る。したがって、第３ドーピング領域３２は理想的なアンカーになりうる。第３ドーピング領域３２は、複数の貫通ホール４０を含む。第３ドーピング領域３２上に、複数の貫通ホール４０を密封する物質膜５０が備えられている。貫通ホール４０は、物質膜５０で満たされる。物質膜５０は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリマー膜のうちいずれか一つである。前記ポリマー膜は、例えば、パリレンでありうる。前記パリレンは、気相蒸着方式で蒸着される。

一方、貫通ホール４０を密封する物質膜５０は省略できる。物質膜５０が備えられる場合、空間６０は真空レベルに保持され、前記振動体のＱ因子が向上する効果がある。しかし、物質膜５０が備えられずともトランスデューサの動作には問題がない。

次いで、第１ドーピング領域２０と第２ドーピング領域３０とは反対の型のドーピング領域であるため、第１及び第２ドーピング領域２０、３０はＰＮ接合をなす。これにより、第１及び第２ドーピング領域２０、３０はＰＮダイオードを構成する。したがって、トランスデューサ１００の動作時に第１及び第２ドーピング領域２０、３０の間に逆方向バイアスが印加されるように電気信号を印加することで、トランスデューサ１００の電極として使われる第１及び第２ドーピング領域２０、３０は電気的に絶縁される。これにより、トランスデューサ１００は、電極として使われる第１及び第２ドーピング領域２０、３０の間には別途の絶縁層が不要なため、誘電体の帯電（チャージング）による問題は解消される。

一方、図１の第２ドーピング領域３０は四分円の形態であるが、他の形態であってもよい。例えば、図２に示したように、第２ドーピング領域３０は矩形でもありうる。

さらに一方、図１及び図２で、第１及び第２ドーピング領域２０、３０の間に酸化領域（図示せず）が存在してもよい。前記酸化領域は、第１及び第２ドーピング領域２０、３０の間に酸素をイオン注入して形成できる。前記酸化領域が存在する場合、第１及び第２ドーピング領域２０、３０は、前記酸化領域により自然に電気的に絶縁される。

次いで、図３を参照すれば、本発明の他の実施形態によるトランスデューサ２００は、単層のシリコン基板ＴＳ２を含む。シリコン基板ＴＳ２は、図１のシリコン基板ＴＳ１と同一の材料が使用されうる。シリコン基板ＴＳ２は、第１ドーピング領域２０と第４及び第５ドーピング領域１３０、１３０Ａとを含む。第４及び第５ドーピング領域１３０、１３０Ａは、第１ドーピング領域２０上に存在する。第１ドーピング領域２０と第４及び第５ドーピング領域１３０、１３０Ａとのドーピング関係は、図１の第１ドーピング領域２０と第２及び第３ドーピング領域３０、３２とのドーピング関係と同一である。第４及び第５ドーピング領域１３０、１３０Ａは、シリコン基板ＴＳ２の上部面をなす。第４及び第５ドーピング領域１３０、１３０Ａは一つに連結されている。第４ドーピング領域１３０は第５ドーピング領域１３０Ａより深い。第５ドーピング領域１３０Ａと第１ドーピング領域２０との間に空いた空間１８０が存在する。空間１８０により、第１及び第５ドーピング領域２０、１３０Ａは離隔される。空間１８０は、第１ドーピング領域２０側に一部拡張されている。これにより、第１ドーピング領域２０の第５ドーピング領域１３０Ａと対向する面は凹状である。第１ドーピング領域２０と第４ドーピング領域１３０とは、空間１８０の外側で連結されている。空間１８０内に振動体（または振動板）１６０が備えられている。振動体１６０は、柱１３０Ｂで第５ドーピング領域１３０Ａに連結されている。振動体１６０と柱１３０Ｂとは、第４及び第５ドーピング領域１３０、１３０Ａと共にエピタキシャル法で成長させたものであるので、各要素は、境界や接合面のない連続体である。したがって、各要素の間に境界面や接合面が存在する時より、動作時に構造的にさらに安定している。トランスデューサ２００の動作時に第５ドーピング領域１３０Ａも振動するので、第５ドーピング領域１３０Ａと振動体１６０とは、２段アンカー（２−ｌｅｖｅｌ ａｎｃｈｏｒ）を構成するといえる。第５ドーピング領域１３０Ａ、振動体１６０及び振動体１６０と対向する第１ドーピング領域２０の面（空間１８０の底面）は、互いに平行である。第５ドーピング領域１３０Ａは、複数の貫通ホール１７０を含む。複数の貫通ホール１７０は、空間１８０と連結されている。シリコン基板ＴＳ２の第５ドーピング領域１３０Ａ上に、複数の貫通ホール１７０を密封する物質膜１９０が備えられる。物質膜１９０は、第４ドーピング領域１３０上に拡張する。物質膜１９０は、複数の貫通ホール１７０を満たすが、各ホールの一部または全体を満たす。

次いで、図４を参照すれば、本発明のさらに他の実施形態によるトランスデューサ３００は、単層のシリコン基板ＴＳ３を含む。シリコン基板ＴＳ３は、図３のシリコン基板ＴＳ２の第４及び第５ドーピング領域１３０、１３０Ａ上に第６ドーピング領域１３５をさらに含む。第６ドーピング領域１３５は、第４及び第５ドーピング領域１３０、１３０Ａからエピタキシャル法で成長させたものであるので、各第６ドーピング領域１３５との間に境界面や接合面が現れない。第６ドーピング領域１３５は、第４及び第５ドーピング領域１３０、１３０Ａと同じドーピング物質を含む。第６ドーピング領域１３５は、空間１８０Ａを含む。空間１８０Ａは、第５ドーピング領域１３０Ａと第６ドーピング領域１３５との間に存在する。空間１８０Ａ内に、離隔している柱１３５Ａが存在する。柱１３５Ｂは、第６ドーピング領域１３５の空間１８０Ａの上側にある領域と第５ドーピング領域１３０Ａとを連結する。第６ドーピング領域１３５の空間１８０Ａの上側にある領域は、第６ドーピング領域１３５の他の領域よりその厚さが薄い。そして、第６ドーピング領域１３５の空間１８０Ａの上側にある領域は、第５ドーピング領域１３０Ａと平行である。第６ドーピング領域１３５の空間１８０Ａの上側にある領域は、複数の貫通ホール２４０を含む。複数の貫通ホール２４０は、空間１８０Ａと連結されている。第６ドーピング領域１３５上に、すなわち、シリコン基板ＴＳ３上に複数の貫通ホール２４０を密封する物質膜２６０が存在する。貫通ホール２４０は、物質膜２６０で満たされる。トランスデューサ３００の動作時に、空間１８０内にある振動体１６０、第５ドーピング領域１３０Ａ及び第６ドーピング領域１３５の空間１８０Ａ上にある扁平な部分は共に振動する。したがって、トランスデューサ３００は、振動体１６０、第５ドーピング領域１３０Ａ及び第６ドーピング領域１３５の空間１８０Ａ上にある扁平な部分で構成される３段アンカーを含む。空間１８０Ａは、第５ドーピング領域１３０Ａの貫通ホール１７０を通じてその下の空間１８０と連結されている。したがって、空間１８０、１８０Ａは一つの空間を形成する。

前述したように、本発明の実施形態によるトランスデューサに備えられた振動板は、シリコン基板に接合されるか、またはボンディングされたものではなく、シリコン基板の一部を除去して形成されたものである。すなわち、本発明の一実施形態によるトランスデューサは、振動板がシリコン基板の一部であり、振動板とシリコン基板との間に接合や蒸着などによる界面が存在しない一体型トランスデューサである。したがって、接合や蒸着による界面が存在する既存のトランスデューサより構造的にさらに安定している。したがって、本発明の実施形態によるトランスデューサでは、動作の信頼性をさらに高めることができる。

次いで、本発明の一実施形態によるトランスデューサの製造方法を、図５ないし図２６を参照して説明する。この時、図１ないし図４の説明で言及された部材と同じ部材については、同じ参照番号を使用する。

図５を参照すれば、単層のシリコン基板ＴＳ１に第２ドーピング領域３０を形成する。シリコン基板ＴＳ１は単結晶シリコン基板で形成できる。シリコン基板ＴＳ１は、第２ドーピング領域３０にドーピングされた物質と反対の型の物質がドーピングされている。シリコン基板ＴＳ１は、例えば、ｐ型不純物でドーピングされた基板でありうる。第２ドーピング領域３０は、例えば、ｎ型不純物がドーピングされた領域でありうる。第２ドーピング領域３０は、シリコン基板ＴＳ１の両端にそれぞれ１箇所ずつ合計２箇所に形成できる。第２ドーピング領域３０は、斜入射ドーピング法（ｏｂｌｉｑｕｅ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｄｏｐｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）や、第２ドーピング領域３０上で領域によって厚さの異なるマスクを用いて形成できる。図５で、第２ドーピング領域３０を除外したシリコン基板ＴＳ１の残りの領域を便宜上、第１ドーピング領域２０という。第１及び第２ドーピング領域２０、３０は、互いに反対の型のドーピング物質がドーピングされているので、第１及び第２ドーピング領域２０、３０はｐｎ接合ダイオードを形成できる。トランスデューサ動作時に第１及び第２ドーピング領域２０、３０は電気的に絶縁されねばならないので、前記動作時に第１及び第２ドーピング領域２０、３０の間には逆方向のバイアスが印加される。第１及び第２ドーピング領域２０、３０間の絶縁破壊電圧は大きいほど良い。前記絶縁破壊電圧を高めるために、第１及び第２ドーピング領域２０、３０を形成する過程でドーピング濃度を調節できる。また、第１及び第２ドーピング領域２０、３０の間に絶縁層を挿入して前記絶縁破壊電圧を高めることもできる。この時、前記絶縁層は、前記第１及び第２ドーピング領域２０、３０の間に酸素をイオン注入して形成してもよい。

このように第１及び第２ドーピング領域２０、３０の間には逆方向のバイアスが印加されるので、トランスデューサの動作中に機械的な接触が発生しても絶縁破壊は発生しない。

図６を参照すれば、第２ドーピング領域３０間の第１ドーピング領域２０の上層部に第３ドーピング領域３２を形成する。第３ドーピング領域３２は、第２ドーピング領域３０をマスク（図示せず）で覆った後、導電性不純物をイオン注入して形成できる。第２ドーピング領域３０も同様の方法で形成できる。前記導電性不純物は、第２ドーピング領域３０にドーピングされた物質と同一である。第３ドーピング領域３２の厚さは第２ドーピング領域３０より薄い。

次いで、図７を参照すれば、第２ドーピング領域３０上にマスク３７を形成する。マスク３７は、感光膜パターンでありうる。マスク３７が存在する状態で、第３ドーピング領域３２を通じてシリコン基板ＴＳ１に酸素をイオン注入３９する。イオン注入後、マスク３７を除去する。前記イオン注入３９で酸素の注入量及びイオン注入エネルギーを調節して、酸素を第３ドーピング領域３２下に到達させる。このように酸素をイオン注入した後、シリコン基板ＴＳ１を所定時間アニーリングまたはヒーティングして熱処理できる。アニーリングやヒーティングは、イオン注入３９中に行ってもよい。前記イオン注入３９及びアニーリングにより、第３ドーピング領域３２下に所定厚さの酸化領域３４が形成される。酸化領域３４は、シリコン酸化物からなる。酸化領域３４は、後続工程で除去され、その領域は、振動体が振動する領域になる。したがって、後続工程で形成される振動体の振動範囲を考慮して酸化領域３４の厚さが決定され、これにより、イオン注入３９で酸素注入量及びイオン注入エネルギーが定められる。イオン注入３９で酸素の注入量（ｄｏｓｅ）は、例えば、１０^１７〜１０^１８／ｃｍ^２であり、イオン注入エネルギーは、例えば、約１００〜２００ＫｅＶでありうる。酸素の注入量及びイオン注入エネルギーは、前記範囲を外れてもよい。

次いで、図８（ａ）に図示したように、第３ドーピング領域３２に複数の貫通ホール４０を形成する。複数の貫通ホール４０を通じて酸化領域３４が露出される。図８（ｂ）は、図８（ａ）を上から見た平面図である。図８（ａ）は、図８（ｂ）をＡ−Ａ’方向に切開した断面を示したものである。図８（ｂ）を参照すれば、酸化領域３４の形態は矩形であるということが分かる。複数の貫通ホール４０は、便宜のため３つを図示したが、３つ以上またはそれ以下でもよい。また、複数の貫通ホール４０の直径は、相異なってもよい。図８（ａ）および（ｂ）で、貫通ホール４０を通じて酸化領域３４のシリコン酸化物を除去する。この時、シリコン酸化物はウェットエッチング液、例えば、ＨＦを用いて除去される。前記ウェットエッチング液が満たされた容器に図８（ａ）および（ｂ）の結果物を一定時間浸漬することで、貫通ホール４０を通じて酸化領域３４のシリコン酸化物が除去される。この時、前記シリコン酸化物に対する前記ウェットエッチング液の選択度が非常に大きいため、前記シリコン酸化物を除去する間に他の部分はエッチングされない。このような湿式（ウェット）エッチングにより酸化領域３４からシリコン酸化物が除去されれば、図９に示したように、第３ドーピング領域３２下に空間６０が形成される。すなわち、第１ドーピング領域２０と第３ドーピング領域３２との間の所定領域に空間６０が形成される。

空間６０が設けられると、第３ドーピング領域３２は板状になるが、このような第３ドーピング領域３２はアンカーになり、トランスデューサが動作する時、印加される信号によって振動される振動体（または振動板）になる。

次いで、図１０を参照すれば、第３ドーピング領域３２上に貫通ホール４０を密封する物質膜５０を形成する。物質膜５０は、ゼロレベル真空パッケージング方式（ｚｅｒｏ−ｌｅｖｅｌ ｖａｃｕｕｍ ｐａｃｋａｇｉｎｇ）で形成できる。貫通ホール４０は、物質膜５０で満たされる。物質膜５０の形成は選択的である。

このようにして、本発明の一実施形態によるトランスデューサが形成される。

次いで、図１１ないし図１８を参照して、本発明の他の実施形態によるトランスデューサの製造方法を説明する。

図１１を参照すれば、第１シリコン層ＴＳ２ａ上に、第１シリコン層ＴＳ２ａの上部面の一部領域を露出させるマスクＭ１を形成する。第１シリコン層ＴＳ２ａは、単結晶シリコン層でもよいし、あるいはｐ型またはｎ型不純物がドーピングされた基板でもよい。マスクＭ１が存在する状態で、第１シリコン層ＴＳ２ａの露出された領域に酸素をイオン注入１２２し、イオン注入中またはイオン注入後、第１シリコン層ＴＳ２ａをアニーリングまたはヒーティングできる。次いで、マスクＭ１を除去する。このようにして、第１シリコン層ＴＳ２ａの露出された上部面下に酸化領域１２０が形成される。酸化領域１２０は、シリコン酸化物からなる。酸化領域１２０の位置及び厚さは、イオン注入１２２における酸素の注入量及びイオン注入エネルギーにより定められる。イオン注入１２２における酸素の注入量及び注入エネルギーは、図７の酸化領域３４を形成する時に例示した範囲に含まれる。

図１２を参照すれば、第１シリコン層ＴＳ２ａ上に第２シリコン層ＴＳ２ｂを所定の厚さに形成する。第２シリコン層ＴＳ２ｂは、単結晶シリコン層であり、第１シリコン層ＴＳ２ａと反対の型にドーピングされた基板でありうる。第２シリコン層ＴＳ２ｂは、ｐ型またはｎ型不純物がドーピングされた基板でありうる。第２シリコン層ＴＳ２ｂは、酸化領域１２０が形成された後、インサイチュー（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で形成できる。第２シリコン層ＴＳ２ｂは、エピタキシャル法で形成され、この過程でドーピングが行われる。したがって、第１及び第２シリコン層ＴＳ２ａ、ＴＳ２ｂの間には界面や接合面が現れない。第２シリコン層ＴＳ２ｂが形成される時、使われるソースガスは、シリコン（Ｓｉ）と水素（Ｈ）を含む化合物、シリコンと塩素（Ｃｌ）を含む化合物またはシリコンと水素と塩素を含む化合物でありうる。

第２シリコン層ＴＳ２ｂを形成した後、第２シリコン層ＴＳ２ｂ上に第２シリコン層ＴＳ２ｂの一部領域が露出されるマスクＭ２を形成する。マスクＭ２は、感光膜パターンでありうる。マスクＭ２は、酸化領域１２０の両側エッジ領域に対応する第２シリコン層ＴＳ２ｂの上部面の一部が露出されるように形成できる。第２シリコン層ＴＳ２ｂの露出された領域に酸素をイオン注入１３２する。イオン注入１３２時に酸素の注入量及びイオン注入エネルギーを調節して、酸素を酸化領域１２０の両側エッジ上側の点線で表示した領域Ａ１に到達させる。かかるイオン注入１３２時に注入される酸素を、注入された領域に均一に拡散させるために、第１及び第２シリコン層ＴＳ２ａ、ＴＳ２ｂをアニーリングまたはヒーティングできる。アニーリングまたはヒーティングは、イオン注入１３２中やイオン注入１３２が完了した後で行える。イオン注入１３２及びヒーティングにより、図１３に示したように、酸化領域１２０の両側エッジ上に酸化領域１４０が形成される（図１３（ａ）を参照）。

図１３（ａ）を参照すれば、酸化領域１４０は、酸化領域１２０と第２シリコン層ＴＳ２ｂ間の第１シリコン層ＴＳ２ａの一部を含み、第１シリコン層ＴＳ２ａの一部上の第２シリコン層ＴＳ２ｂの一部も含む。酸化領域１４０は、シリコン酸化物を含む。酸化領域１４０は、酸化領域１２０に垂直な方向に形成され、第１シリコン層ＴＳ２ａと第２シリコン層ＴＳ２ｂとに跨る。これらの酸化領域１２０、１４０により、第１シリコン層ＴＳ２ａの一部ＴＳ２ａ−１は、酸化領域１２０と第２シリコン層ＴＳ２ｂとの間に孤立される。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）を上から見た平面図である。図１３（ａ）は、図１３（ｂ）をＡ−Ａ’方向に切開した断面を示す。

図１３（ｂ）を参照すれば、酸化領域１２０の形態は矩形であり、酸化領域１４０は、酸化領域１２０のエッジに沿って形成されたものであるということが分かる。

次いで、図１４を参照すれば、第２シリコン層ＴＳ２ｂ上に、第２シリコン層ＴＳ２ｂの上部面の一部を露出させるマスクＭ３を形成する。マスクＭ３は、酸化領域１４０上にある点線領域Ａ２に対応する第２シリコン層ＴＳ２ｂの上部面が露出されるように形成できる。マスクＭ３が存在する状態で、第２シリコン層ＴＳ２ｂの露出された部分に酸素をイオン注入１４２する。イオン注入１４２の後、マスクＭ３は除去できる。イオン注入１４２は、前述したイオン注入と同様に行えるが、酸素の注入量及び／またはイオン注入エネルギーは異なる。このようなイオン注入１４２で、点線領域Ａ２には図１５に示したように酸化領域１５０が形成される。

図１５を参照すれば、酸化領域１５０の一側は酸化領域１４０に連結され、他側は互いに近接して対向する。酸化領域１２０、１４０、１５０は互いに連結されているので、一つの酸化領域になりうる。酸化領域１５０と酸化領域１２０とは酸化領域１４０を通じて連結され、互いに平行になりうる。第２シリコン層ＴＳ２ｂで酸化領域１５０と酸化領域１２０との間に位置する部分１６０は、トランスデューサ動作時に動く振動体（または振動板）になる。そして、第２シリコン層ＴＳ２ｂで酸化領域１５０の間に位置する部分１３０Ｂは、前記振動体になる部分を酸化領域１５０上側の第２シリコン層ＴＳ２ｂに連結する柱になる。

次いで、図１６を参照すれば、第２シリコン層ＴＳ２ｂの酸化領域１５０上に位置する部分に複数の貫通ホール１７０を形成できる。貫通ホール１７０を通じて酸化領域１５０が露出される。貫通ホール１７０は、酸化領域１４０の上側に位置する。貫通ホール１７０を通じて酸化領域１２０、１４０、１５０に存在するシリコン酸化物を除去する。酸化領域１２０、１４０、１５０に存在するシリコン酸化物の除去は、図８の酸化領域３４のシリコン酸化物の除去時と同じ方法で行える。酸化領域１２０、１４０、１５０からシリコン酸化物を除去すると、酸化領域１２０、１４０、１５０は、図１７に示したように空間１８０になる。

図１７を参照すれば、空間１８０内に振動体（または振動板）１６０が形成され、振動体１６０は、柱１３０Ｂを通じて第２シリコン層ＴＳ２ｂに連結される。振動体１６０の下面は、第１シリコン層ＴＳ２ａの一部ＴＳ２ａ−１で覆われている。トランスデューサの動作時、振動体１６０と共に、振動体１６０が連結された第２シリコン層ＴＳ２ｂの厚さの薄い部分ＴＳ２ｂ−１も共に振動する。

次いで、図１８を参照すれば、第２シリコン層ＴＳ２ｂ上に貫通ホール１７０を密封する物質膜１９０が形成される。物質膜１９０は、図１０の物質膜５０と同じ方法で形成される。物質膜１９０が形成される時、貫通ホール１７０が物質膜１９０で部分的に満たされるか、または完全に満たされる。このようにして、本発明の他の実施形態によるトランスデューサが形成される。

次いで、図１９ないし図２６を参照して本発明のさらに他の実施形態によるトランスデューサの製造方法を説明する。

図１９を参照すれば、前述した他の実施形態によるトランスデューサの製造方法によって図１５の結果物まで形成する。次いで、第２シリコン層ＴＳ２ｂ上に第３シリコン層ＴＳ２ｃを形成する。第３シリコン層ＴＳ２ｃは、第２シリコン層ＴＳ２ｂと同じドーピング物質を含む。第３シリコン層ＴＳ２ｃは、インサイチューで形成できる。第３シリコン層ＴＳ２ｃは、第２シリコン層ＴＳ２ｂと同じ方法で形成できる。第３シリコン層ＴＳ２ｃのドーピングは形成中に行える。

図２０を参照すれば、第３シリコン層ＴＳ２ｃ上に上部面の一部が露出されるマスクＭ４を形成する。マスクＭ４は、酸化領域１５０上の第２シリコン層ＴＳ２ｂの一部領域に酸素を注入するのに使用するマスクである。マスクＭ４は、酸化領域１５０の一部に対応する第３シリコン層ＴＳ２ｃの一部が露出されるように形成できる。マスクＭ４が存在する状態で、第３シリコン層ＴＳ２ｃの露出された部分に酸素をイオン注入１５２する。イオン注入１５２時の酸素の注入量及びイオン注入エネルギーは、イオン注入１５２により形成される酸化領域の位置及び厚さを考慮して調節できる。イオン注入１５２後、マスクＭ４を除去する。かかるイオン注入１５２により、図２１に示したように、酸化領域１５０と第３シリコン層ＴＳ２ｃとの間の第２シリコン層ＴＳ２ｂに酸化領域２１０が形成される。酸化領域２１０は、それぞれの酸化領域１５０上に形成されて離隔している。酸化領域１４０、酸化領域１５０及び酸化領域２１０は、それぞれ第１ないし第３酸化領域と表現できる。

図２１を参照すれば、酸化領域２１０は酸化領域１５０と連結されている。したがって、酸化領域１２０、１４０、１５０、２１０は一つの酸化領域になる。酸化領域２１０は、酸化領域１５０から第３シリコン層ＴＳ２ｃまで形成される。

次いで、図２２を参照すれば、第３シリコン層ＴＳ２ｃ上に、上部面の一部を露出させるマスクＭ５を形成する。マスクＭ５は、第３シリコン層ＴＳ２ｃ内の酸化領域２１０の上側点線領域Ａ３に酸素をイオン注入１６２するためのマスクである。マスクＭ５が存在する状態で、第３シリコン層ＴＳ２ｃの露出された上部面に酸素をイオン注入１６２する。次いで、マスクＭ５を除去する。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）を上から見た平面図である。図２２（ａ）は、図２２（ｂ）をＡ−Ａ’方向に切開した断面を示すものである。

図２２（ｂ）を参照すれば、第３シリコン層ＴＳ２ｃの酸素がイオン注入される領域は矩形に限定されたことが分かる。そして、第３シリコン層ＴＳ２ｃの限定領域内にマスクＭ５の一部が存在する。第３シリコン層ＴＳ２ｃの限定領域内に存在するマスクＭ５の一部は、図２３の酸化領域２２０間に位置する柱１３５Ａを限定する。図２２（ａ）のイオン注入１６２中や後にアニーリングまたはヒーティングを行える。これにより、図２３に示したように、第３シリコン層ＴＳ２ｃ内に酸化領域２２０が形成される。酸化領域２２０は第４酸化領域である。

図２３を参照すれば、酸化領域２２０は酸化領域１５０と平行である。酸化領域２２０の間に柱１３５Ａが存在する。柱１３５Ａは、酸化領域２１０間の第２シリコン層ＴＳ２ｂと、第３シリコン層ＴＳ２ｃの酸化領域２２０の上側部分とを連結する。酸化領域２２０は、その下の酸化領域２１０と連結される。したがって、酸化領域２２０は、下方に形成された酸化領域１２０、１４０、１５０、２１０と一つの酸化領域になりうる。第３シリコン層ＴＳ２ｃに酸化領域２２０が形成されつつ、第３シリコン層ＴＳ２ｃの酸化領域２２０の上側部分ＴＳ２ｃ−１は、酸化領域２２０外側より薄い板状になる。

次いで、図２４を参照すれば、第３シリコン層ＴＳ２ｃの酸化領域２２０の上側部分ＴＳ２ｃ−１に複数の貫通ホール２４０を形成する。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）を上から見た平面図である。図２４（ａ）は、図２４（ｂ）をＡ−Ａ’方向に切開した断面を示すものである。

図２４（ｂ）を参照すれば、貫通ホール２４０を通じて酸化領域２２０が露出される。そして貫通ホール２４０は第３シリコン層ＴＳ２ｃの酸化領域２２０上側部分ＴＳ２ｃ−１に縦横に離隔して形成されている。

貫通ホール２４０を形成した後、貫通ホール２４０を通じて酸化領域１２０、１４０、１５０、２１０、２２０にあるシリコン酸化物を除去する。シリコン酸化物の除去は、図８の酸化領域３４の除去時と同じ方法で除去できる。酸化領域１２０、１４０、１５０、２１０、２２０からシリコン酸化物が除去されると、酸化領域１２０、１４０、１５０、２１０、２２０の位置に、図２５に示したように空間２５０が設けられる。

図２５を参照すれば、空間２５０内に、下面が第１シリコン層ＴＳ２ａの一部ＴＳ２ａ−１で覆われた振動体（または振動板）１６０が存在する。振動体１６０は、柱１３０Ｂを通じて上にある第２シリコン層ＴＳ２ｂの薄い部分ＴＳ２ｂ−１と連結されており、第２シリコン層の薄い部分ＴＳ２ｂ−１は、柱１３５Ａを通じて上にある第３シリコン層ＴＳ２ｃの薄い部分ＴＳ２ｃ−１と連結されている。したがって、トランスデューサが動作する時、振動体１６０と共に、第２シリコン層ＴＳ２ｂの薄い部分ＴＳ２ｂ−１と第３シリコン層ＴＳ２ｃの薄い部分ＴＳ２ｃ−１とは共に振動する。

次いで、図２６を参照すれば、第３シリコン層ＴＳ２ｃの上部面上に貫通ホール２４０を密封する物質膜２６０を形成する。物質膜２６０は、図１８の物質膜１９０と同じ方式で形成できる。このようにして、３段アンカーを持つトランスデューサが形成される。物質膜２６０の形成は選択的である。したがって、貫通ホール２４０の密封は省略してもよい。

前述したトランスデューサ製造工程には、ドーピング工程、シリコン層成長工程、イオン注入工程（酸化工程）及びシリコン酸化物の除去工程が関与し、これらの工程を繰り返してトランスデューサが形成される。これらの工程はＣＭＯＳ工程に使われる工程であるため、前述した本発明の実施形態によるトランスデューサ製造方法は、既存のＣＭＯＳ工程をそのまま適用できる。したがって、工程を単純化でき、かつ別途のコストが追加されないため、コストダウンもできる。

また、本発明の実施形態でトランスデューサとして例示された構造は他のデバイスとして使われてもよいが、例えば、共振器、バラクター、機械的スイッチまたはモジュレータに応用できる。

前記の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、これらは発明の範囲を限定するものというよりは、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。したがって、本発明の範囲は説明された実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。

本発明は、容量性トランスデューサ関連の技術分野に好適に用いられる。

２０ 第１ドーピング領域、
３０ 第２ドーピング領域、
３２ 第３ドーピング領域、
４０ 貫通ホール、
５０ 物質膜、
６０ 空間、
１００ トランスデューサ、
ＴＳ１ シリコン基板。

Claims (27)

1. 第１ドーピング領域と、
   前記第１ドーピング領域と反対の型のドーピング領域であり、第１振動部分を含む第２ドーピング領域と、を備え、
   前記第１ドーピング領域と前記第１振動部分との間には空間があり、
   前記空間は、前記第１ドーピング領域の上部面と前記第１振動部分との間に配されたクローズ空間であり、
   前記第１及び第２ドーピング領域は、一体であるトランスデューサ。
2. 前記第１振動部分は複数の貫通ホールを含み、前記第１振動部分上に前記貫通ホールを密封する物質膜が形成されている、請求項１に記載のトランスデューサ。
3. 前記空間に振動体が備えられ、前記振動体は、前記第１振動部分に連結されて前記第１ドーピング領域と平行に位置する、請求項１に記載のトランスデューサ。
4. 前記振動体と前記第１振動部分との間の前記空間に前記第２ドーピング領域の第２振動部分が存在し、前記第２振動部分は、前記第１振動部分及び前記振動体と連結されている、請求項３に記載のトランスデューサ。
5. 前記第２振動部分は、複数の貫通ホールを含む、請求項４に記載のトランスデューサ。
6. 前記第１振動部分上に、前記貫通ホールを密封する物質膜が形成されている、請求項５に記載のトランスデューサ。
7. 前記第１ドーピング領域は、ｎ型またはｐ型物質でドーピングされている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
8. 前記物質膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリマー膜のうちいずれか一つである、請求項２に記載のトランスデューサ。
9. 互いに反対の型にドーピングされた第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域を含む単層の単結晶シリコン層を形成する段階と、
   前記第１ドーピング領域と第２ドーピング領域との間の所定領域に空間を形成する段階と、を含み、
   前記第２ドーピング領域は、振動部分を含み、前記空間は、前記第１ドーピング領域の上部面と前記振動部分との間に配されたクローズ空間であるトランスデューサの製造方法。
10. 前記単層の単結晶シリコン層を形成する段階は、
    第１ドーピング物質でドーピングされた単結晶の第１シリコン層を形成する段階と、
    前記第１シリコン層の一部に第２ドーピング物質をドーピングして前記第２ドーピング領域を形成する段階と、を含む、請求項９に記載のトランスデューサの製造方法。
11. 前記空間を形成する段階は、
    前記第２ドーピング領域下の前記第１ドーピング領域に酸化領域を形成する段階と、
    前記酸化領域の酸化物質を除去する段階と、をさらに含む、請求項９に記載のトランスデューサの製造方法。
12. 前記酸化領域の酸化物質を除去する段階は、
    前記酸化領域上の前記第２ドーピング領域に、前記酸化領域が露出される貫通ホールを形成する段階と、
    前記貫通ホールを通じて前記酸化物質を除去する段階と、をさらに含む、請求項１１に記載のトランスデューサの製造方法。
13. 前記第２ドーピング領域上に、前記貫通ホールを密封する物質膜を形成する段階を含む、請求項１２に記載のトランスデューサの製造方法。
14. 前記単層の単結晶シリコン層を形成する段階は、
    第１ドーピング物質でドーピングされた単結晶の第１シリコン層を形成する段階と、
    前記第１シリコン層の上部面下に酸化領域を形成する段階と、
    前記第１シリコン層上に、第２ドーピング物質でドーピングされた単結晶の第２シリコン層を成長させる段階と、を含む、請求項９に記載のトランスデューサの製造方法。
15. 前記酸化領域の一部を前記第２シリコン層に拡張する段階をさらに含む、請求項１４に記載のトランスデューサの製造方法。
16. 前記空間を形成する段階は、
    前記第１及び第２シリコン層の前記酸化領域で酸化物質を除去する段階を含む、請求項１５に記載のトランスデューサの製造方法。
17. 前記酸化領域の一部を前記第２シリコン層に拡張する段階は、
    前記酸化領域に連結され、前記酸化領域に垂直な方向に前記第２シリコン層内部に拡張する第１酸化領域を形成する段階と、
    前記第１酸化領域に連結され、前記第２シリコン層内で、前記酸化領域に平行な方向に拡張される第２酸化領域を形成する段階と、を含む、請求項１５に記載のトランスデューサの製造方法。
18. 前記第１及び第２シリコン層の前記酸化領域で前記酸化物質を除去する段階は、
    前記第２シリコン層に、前記第２シリコン層に拡張された酸化領域が露出される貫通ホールを形成する段階と、
    前記貫通ホールを通じて前記第１及び第２シリコン層の酸化領域の酸化物質を除去する段階と、をさらに含む、請求項１６に記載のトランスデューサの製造方法。
19. 前記酸化物質を除去した後、前記第２シリコン層上に前記貫通ホールを密封する物質膜を形成する段階をさらに含む、請求項１８に記載のトランスデューサの製造方法。
20. 前記第２シリコン層上に単結晶の第３シリコン層を成長させる段階と、
    前記酸化領域を前記第３シリコン層内に拡張する段階と、
    前記第１ないし第３シリコン層の酸化領域の酸化物を除去する段階と、をさらに含む、請求項１５に記載のトランスデューサの製造方法。
21. 前記酸化領域を前記第３シリコン層内に拡張する段階は、
    前記酸化領域の前記第２シリコン層内に拡張された部分に連結され、前記拡張された部分上側の前記第２シリコン層を貫通する第３酸化領域を形成する段階と、
    前記第３酸化領域に連結されて前記第２シリコン層に平行な第４酸化領域を前記第３シリコン層に形成する段階と、を含む、請求項２０に記載のトランスデューサの製造方法。
22. 前記第１ないし第３シリコン層の酸化領域の酸化物を除去する段階は、
    前記第３シリコン層に前記第４酸化領域が露出される貫通ホールを形成する段階と、
    前記貫通ホールを通じて前記第１ないし第３シリコン層の前記酸化領域の酸化物を除去する段階と、を含む、請求項２１に記載のトランスデューサの製造方法。
23. 前記酸化領域を形成する段階は、
    前記酸化領域が形成される該当領域に酸素をイオン注入する段階と、
    前記酸素がイオン注入された結果物を熱処理する段階と、を含む、請求項１１に記載のトランスデューサの製造方法。
24. 前記第１酸化領域と前記第２酸化領域を形成する段階は、
    前記第１及び第２酸化領域が形成される該当領域に酸素をイオン注入する段階と、
    前記酸素がイオン注入された結果物を熱処理する段階と、を含む、請求項１７に記載のトランスデューサの製造方法。
25. 前記酸化領域を前記第３シリコン層内に拡張する段階は、
    前記第３シリコン層の前記酸化領域が拡張される領域に酸素をイオン注入する段階と、
    前記酸素がイオン注入された結果物を熱処理する段階と、を含む、請求項２０に記載のトランスデューサの製造方法。
26. 前記酸化領域を形成する段階は、
    前記酸化領域が形成される該当領域に酸素をイオン注入する段階と、
    前記酸素がイオン注入された結果物を熱処理する段階と、を含む、請求項１４に記載のトランスデューサの製造方法。
27. トランスデューサの動作方法において、
    前記トランスデューサは、第１ドーピング領域、前記第１ドーピング領域と反対の型のドーピング領域であり、振動部分を含む第２ドーピング領域を含み、前記第１ドーピング領域と前記振動部分との間には空間があり、前記第１及び第２ドーピング領域は一体であり、
    前記空間は、前記第１ドーピング領域の上部面と前記振動部分との間に配されたクローズ空間であり、
    前記第１ドーピング領域と第２ドーピング領域との間に逆方向バイアスが印加されるトランスデューサの動作方法。