JP6820690B2 - 水晶振動素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動素子の製造方法に関する。水晶振動素子は、例えば、水晶振動子又は水晶発振器等の水晶振動デバイスに用いられるものである。

水晶振動子又は水晶発振器等に用いられる水晶振動素子は、例えば、板状の水晶片と、水晶片の１対の主面（最も広い面。板状部材の表裏。）に重なる１対の励振電極と、１対の励振電極から引き出される１対の引出電極とを有している。水晶振動素子は、１対の引出電極がパッケージ等の１対のパッドに接合されることによって実装され、１対の励振電極によって水晶片に交流電圧が印加されることによって発振信号の生成に寄与する振動を生じる。

特許文献１では、水晶片のうち１対の励振電極が形成された領域以外の領域において、高粘性領域を設ける技術を開示している。また、高粘性領域は、イオン注入及び熱拡散によって分子レベルで金属材料を水晶片に浸透させることによって形成されている。金属材料としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）及び鉛（Ｐｂ）等が挙げられている。また、特許文献１では、比較例として、水晶片の全体に高粘性領域を設けた技術も開示している。

特許文献２では、水晶片のうち１対の引出電極が形成された領域に金属イオンをドーピングする技術を開示している。ドーピングに用いられる金属材料としては、Ｇｅ、Ｓｎ及びＰｂ等が挙げられている。

特開２００８−１５４１８１号公報 特開２０１５−７０５８２号公報

特許文献１及び２では、振動素子の製造方法に関してドーピングを行うことが言及されているものの、その具体的な態様については言及されていない。例えば、ドーピングの時期とエッチングの時期との関係については言及されていない。従って、ドーパントが添加された水晶片を有する水晶振動素子を好適に製造できる水晶振動素子の製造方法が提供されることが望まれる。

本開示の一態様に係る水晶振動素子の製造方法は、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパントを少なくとも一部に含む水晶ウェハをエッチングして、複数の水晶片部を形成するエッチング工程と、前記複数の水晶片部に複数の励振電極を形成する導電層形成工程と、前記複数の励振電極が形成された前記複数の水晶片部を個片化する個片化工程と、を有する。個片化された前記複数の水晶片部のそれぞれは、前記ドーパントを含む部分の少なくとも一部が１対の前記励振電極の間に位置する。

例えば、前記製造方法は、前記エッチング工程の前に、前記水晶ウェハに前記ドーパントを添加するドーピング工程を更に備えている。

例えば、前記ドーピング工程では、前記ドーパントを含む金属を前記水晶ウェハに当接させた状態で前記水晶ウェハ及び前記金属を加熱する。

例えば、前記ドーピング工程では、前記ドーパントを含む金属を前記水晶ウェハに当接させた状態で前記金属に電圧を印加する。

例えば、前記ドーピング工程では、前記水晶ウェハのうち前記複数の水晶片部の縁部となる領域に前記ドーパントを添加し、前記エッチング工程では、前記ドーパントが添加されている部分によって前記水晶片部の側面を形成する。

例えば、前記エッチング工程は、前記複数の水晶片部のそれぞれにおける外周部をエッチングして、前記複数の水晶片部のそれぞれにおいて、メサ部と、平面視において前記メサ部を囲み、前記メサ部よりも薄い前記外周部とを形成するメサエッチング工程を含み、前記ドーピング工程では、前記メサ部となる領域に対して前記ドーパントを添加し、前記メサエッチング工程では、前記ドーパントが添加されている部分によって前記メサ部の側面を形成する。

上記の手順によれば、ドーパントが添加された水晶片を有する水晶振動素子を好適に製造できる。

本開示の第１実施形態に係る水晶振動子の概略構成を示す分解斜視図。 図１の水晶振動子を示す、図１のII−II線に対応する断面図。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は水晶片の材料を説明するための模式的な平面図及び断面図。 水晶振動素子の製造方法の手順の概要の一例を示すフローチャート。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は水晶片が多数個取りされる水晶ウェハの一部を示す平面図。 、図４のステップＳＴ２におけるドーピングの手順の一例を示すフローチャート。 図７（ａ）〜図７（ｄ）は図６のステップＳＴ２２における狭義のドーピングの例を示す模式図。 第１実施形態の作用の一例を説明するための図。 図９（ａ）は第２実施形態に係る水晶振動素子を示す斜視図、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は図９（ａ）の水晶振動素子の水晶片の材料を説明するための模式的な平面図及び断面図。 図１０（ａ）は第３実施形態に係る水晶片の材料を説明するための模式的な平面図、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は図１０（ａ）の水晶片を形成するための外形エッチングを説明するための模式的な断面図。 図１１（ａ）は第４実施形態に係る水晶片の材料を説明するための模式的な平面図、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は図１１（ａ）の水晶片を形成するためのメサエッチングを説明するための模式的な断面図。 図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、第５〜第８実施形態に係る水晶片の材料を説明するための模式的な断面図。 第９実施形態に係る振動素子の製造方法の手順を説明するためフローチャート。 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は図１３のステップＳＴ３４のドーピングを説明するための模式的な断面図。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。同一の部材を示す複数の図面同士においても、形状等を誇張するために、寸法比率等は互いに一致していないことがある。便宜上、層状の部材の表面（すなわち断面でない面）にハッチングを付すことがある。

本開示の水晶振動子又は水晶振動素子は、いずれが上方又は下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜上、図１及び図２の紙面上方（＋Ｙ′軸方向）を上方として上面又は下面等の用語を用いることがある。また、単に平面視又は平面透視という場合においては、特に断りがない限りは、上記のように便宜的に定義した上下方向において見ることをいうものとする。

第２実施形態以降において、既に説明した実施形態の構成と同一又は類似する構成については、既に説明した実施形態の構成に付した符号を付すことがあり、また、説明を省略することがある。既に説明した実施形態の構成に対応する（類似する）構成について、既に説明した実施形態の構成とは異なる符号を付した場合においても、特に断りがない事項については、既に説明した実施形態の構成と同様である。

＜第１実施形態＞
（水晶振動子の全体構成）
図１は、本開示の実施形態に係る水晶振動子１（以下、「水晶」は省略することがある。）の概略構成を示す分解斜視図である。また、図２は、振動子１の断面図（図１のII−II線に対応）である。

振動子１は、例えば、全体として、概略、薄型の直方体状とされる電子部品である。その寸法は適宜に設定されてよい。例えば、比較的小さいものでは、長辺（Ｘ軸方向）又は短辺（Ｚ′軸方向）の長さが１〜２ｍｍであり、厚さ（Ｙ′軸方向）が０．２〜０．４ｍｍである。

振動子１は、例えば、凹部３ａが形成された素子搭載部材３と、凹部３ａに収容された水晶振動素子５（以下、「水晶」は省略することがある。）と、凹部３ａを塞ぐ蓋部材７とを有している。

振動素子５は、発振信号の生成に利用される振動を生じる部分である。素子搭載部材３及び蓋部材７は、振動素子５をパッケージングするパッケージ８を構成している。素子搭載部材３の凹部３ａは蓋部材７により封止され、その内部は、例えば、真空とされ、又は適宜なガス（例えば窒素）が封入されている。

素子搭載部材３は、例えば、素子搭載部材３の主体となる基体９と、振動素子５を実装するための１対の素子搭載パッド１１と、振動子１を不図示の回路基板等に実装するための複数（図示の例では４つ）の外部端子１３とを有している。

基体９は、セラミック等の絶縁材料からなり、上記の凹部３ａを構成している。素子搭載パッド１１は、金属等からなる導電層により構成されており、凹部３ａの底面に位置している。外部端子１３は、金属等からなる導電層により構成されており、基体９の下面に位置している。素子搭載パッド１１及び外部端子１３は、基体９内に配置された導体（図２。符号省略）によって互いに接続されている。蓋部材７は、例えば、金属から構成され、素子搭載部材３の上面にシーム溶接等により接合されている。

振動素子５は、例えば、水晶片１５と、水晶片１５に電圧を印加するための１対の励振電極１７と、振動素子５を１対の素子搭載パッド１１に実装するための１対の引出電極１９とを有している。振動素子５は、全体として概略板状に構成されている。

振動素子５は、凹部３ａの底面に対向するように凹部３ａに収容される。そして、１対の引出電極１９が１対のバンプ２１（図２）により１対の素子搭載パッド１１に接合される。これにより、振動素子５は、素子搭載部材３に片持ち梁のように支持される。また、１対の励振電極１７は、１対の引出電極１９を介して１対の素子搭載パッド１１と電気的に接続され、ひいては、複数の外部端子１３のいずれか２つと電気的に接続される。バンプ２１は、例えば、導電性接着剤からなる。導電性接着剤は、例えば、導電性のフィラーが熱硬化性樹脂に混ぜ込まれて構成されている。

このようにして構成された振動子１は、例えば、不図示の回路基板の実装面に素子搭載部材３の下面を対向させて配置され、外部端子１３が半田などにより回路基板のパッドに接合されることによって回路基板に実装される。回路基板には、例えば、発振回路２３（図２）が構成されている。発振回路２３は、外部端子１３及び素子搭載パッド１１を介して１対の励振電極１７に交流電圧を印加して発振信号を生成する。この際、発振回路２３は、例えば、水晶片１５の厚みすべり振動のうち基本波振動を利用する。オーバートーン振動が利用されてもよい。

（水晶振動素子の基本的な構成）
水晶片１５は、いわゆるＡＴカット板である。すなわち、図１に示すように、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）及びＺ軸（光軸）からなる直交座標系ＸＹＺを、Ｘ軸回りに３０°以上４０°以下（一例として３５°１５′）回転させて直交座標系ＸＹ′Ｚ′を定義したときに、水晶片１５はＸＺ′平面に平行に切り出された板状である。

水晶片１５の平面視における外縁の形状は、例えば、概略長方形である。水晶片１５は、１対の主面と、１対の主面の外縁同士をつなぐ複数（平面視長方形では４つ）の側面を有している。主面は、板状部材が有する複数の面（平面視矩形の板状部材では６面）のうち最も広い面（板状部材の表裏）を指す。ＡＴカット板では、主面は、概ねＸＺ′平面に沿う面であり、主面の長辺は概ねＸ軸に沿う辺であり、主面の短辺は概ねＺ′軸に沿う辺である。

なお、水晶片１５の平面形状は、完全な長方形でなくてもよい。例えば、長方形の角部が平面又は曲面で面取りされていたり、長辺及び／又は短辺が外側に膨らむ弧状とされていたり、対向する２辺同士の長さが互いに異ならされていたりしてもよい。長辺及び短辺の用語は、一般には、長方形の辺を指す用語である。本開示においては、平面視において、水晶片１５の長手方向及び短手方向が区別でき、かつ外縁が概ね長手方向に沿う２つの線と概ね短手方向に沿う２つの線との合計４つの線からなると捉えることができる限り、前記のように完全な長方形でなくても、前記の平面視における４つの線を長辺及び短辺という。

水晶片１５（振動素子５）は、いわゆるメサ型とされており、メサ部３１と、平面視においてメサ部３１を囲み、１対の主面間（Ｙ′軸方向）の厚みがメサ部３１よりも薄い外周部３３とを有している。このような形状により、例えば、エネルギー閉じ込め効果が向上する。

メサ部３１の形状は、例えば、それぞれＸＺ′平面に平行な１対の主面を有する板状である。１対の主面は、別の観点では、互いに平行である。メサ部３１の平面形状は、適宜に設定されてよく、例えば、長方形（図示の例）、円形、楕円形（数学において定義される正確な楕円でなくてよい）又は長円形（４辺のうち１対の短辺それぞれが概ね半円とされた形状）である。図示の長方形のメサ部３１は、例えば、水晶片１５の外縁の４辺に概ね平行な４辺を有している。

外周部３３の形状は、例えば、メサ部３１を無視すると、それぞれＸＺ′に概ね平行な１対の主面を有する板状である。１対の主面は、別の観点では、互いに平行である。外周部３３の外縁の形状は、上述した水晶片１５全体としての外縁の形状について説明したとおりである。外周部３３の内縁の形状は、基本的にはメサ部３１の外縁の形状と同様である。

平面視において、メサ部３１は、例えば、水晶片１５（外周部３３）の外縁に対して、Ｚ′軸方向においては中心に位置し、Ｘ軸方向においては一方側（引出電極１９とは反対側）にずれて位置している。ただし、メサ部３１は、Ｘ軸方向において水晶片１５の中心に位置してもよい。

Ｙ′軸方向において外周部３３は、メサ部３１の中央に位置している。すなわち、メサ部３１の外周部３３からの高さ（水晶片１５をメサ型にするための外周部３３における掘り込み量）は、水晶片１５の１対の主面同士で同等である。

メサ部３１の１対の主面は、例えば、最終的に研磨によって形成されている。また、外周部３３の１対の主面、メサ部３１の外周面（メサ部３１の複数の側面）、外周部３３の外周面（水晶片１５の複数の側面）は、例えば、エッチングによって形成されており、ひいては、エッチングによって現れる結晶面によって構成されている。

メサ部３１の厚みは、厚みすべり振動についての所望の固有振動数に基づいて設定される。例えば、基本波振動を用いる場合において、固有振動数をＦとすると、この固有振動数Ｆに対応するメサ部３１の厚みｔｍを求める基本式は、ｔｍ＝１６７０／Ｆである。なお、実際には、メサ部３１の厚みは、励振電極１７の重さ等も考慮して、基本式の値から微調整された値とされる。

外周部３３の厚みは、エネルギー閉じ込め効果の観点などから適宜に設定される。例えば、水晶片１５の１対の主面の一方側における、メサ部３１の主面と外周部３３の主面との高さの差（外周部３３における掘り込み量）は、メサ部３１の厚みの５％以上１５％以下であり、例えば１０％程度である。

水晶片１５の各種の寸法は、等価直列抵抗の低減等の種々の観点から、シミュレーション計算及び実験等に基づいて適宜に設定されてよい。一例を挙げると、例えば、水晶片１５の長さ（Ｘ軸方向）は６００μｍ以上１ｍｍ以下、水晶片１５の幅（Ｚ′軸方向）は５００μｍ以上７００μｍ以下（ただし水晶片１５の長さより短い）、メサ部３１の厚みは４０μｍ以上７０μｍ以下、メサ部３１の長さ（Ｘ軸方向）は４５０μｍ以上７５０μｍ以下（ただし水晶片１５の長さより短い）、メサ部３１の幅（Ｚ′軸方向）は４００μｍ以上６５０μｍ以下（ただし水晶片１５の幅より短い）である。

１対の励振電極１７及び１対の引出電極１９は、水晶片１５の表面に重なる導電層により構成されている。導電層は、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）又はＡｕ−Ａｇ合金等の金属である。導電層は、互いに材料が異なる複数の層から構成されていてもよい。導電層の厚みは適宜に設定されてよいが、一例を示すと、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下である。なお、図２等では、導電層は、その厚さが実際の厚さよりも厚く示されている。

１対の励振電極１７は、メサ部３１の１対の主面に位置しており、メサ部３１を挟んで互いに対向している。換言すると、１対の励振電極１７は、水晶片１５の１対の主面上に水晶片１５の外縁から離れて位置している。励振電極１７の平面形状は、例えば、メサ部３１の平面形状に概ね相似の形状であり、図示の例では矩形である。励振電極１７は、例えば、メサ部３１の主面内に収まっており、また、その中心（図形重心）は、メサ部３１の主面の中心（図形重心）と一致している。ただし、励振電極１７は、メサ部３１から外周部へはみ出していてもよいし、励振電極１７の中心とメサ部３１の中心とはずれていてもよい。

１対の引出電極１９は、例えば、１対の励振電極１７からＸ軸方向の一方側（本実施形態では＋Ｘ側）に延び出ており、水晶片１５（外周部３３）の１対の主面のうち少なくとも一方の主面に、１対のバンプ２１と接合される１対のパッド部１９ａを有している。図示の例では、振動素子５は、１対の主面のいずれを凹部３ａの底面に対向させてもよいように、Ｘ軸回りに１８０°回転対称に形成されており、１対の引出電極１９は、１対の主面のそれぞれにおいて１対のパッド部１９ａ（合計で２対のパッド部１９ａ）を有している。なお、１対の主面の一方の主面に位置する励振電極１７と他方の主面に位置するパッド部１９ａとは、水晶片１５の側面（短辺に位置する側面及び／又は長辺に位置する側面）を介して接続されている。

（水晶片の材料）
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、水晶片１５の材料を説明するための模式図である。具体的には、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。ただし、図３（ｂ）において、断面であることを示すハッチングは省略する。

なお、この図では、メサ部３１は、その厚みが実際の厚みに比較して厚く示されている。メサ部３１の側面及び外周部３３の側面は、理想的にはメサ部３１の主面に直交する（Ｙ′軸に平行になる）が、実際には、水晶のエッチングに対する異方性によって、Ｙ′軸に対して傾斜する。図３（ｂ）では、この傾斜も図示している。ただし、図示の傾斜角は、実際のものとは必ずしも一致していない。

水晶片１５は、ドーパント（不純物）を含む水晶（ドーピングがなされた水晶）によって構成されている。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、複数の点は、複数のドーパント３９を模式的に示している。すなわち、複数の点によってハッチングされた領域は、ドーパント３９が含まれている領域を示している。この図に示されているように、水晶片１５は、ドーパント３９を含むドーピング部３５と、ドーパント３９を含まない非ドーピング部３７とを有している。

ドーピング部３５は、例えば、平面視においてメサ部３１の主面（頂面、ＸＺ′平面に平行な面）に収まっている。その広さは、メサ部３１の主面と同等であってもよいし、メサ部３１の主面よりも狭くてもよい（図示の例）。例えば、図示の例では、ドーピング部３５の外縁は、メサ部３１の主面の外縁全体に亘って、当該外縁よりも若干（例えば５μｍ以下）内側に位置している。また、ドーピング部３５は、上記の範囲において、水晶片１５（メサ部３１）の厚み全体に亘っている。

非ドーピング部３７は、水晶片１５のうちの、上記のドーピング部３５以外の部分である。すなわち、非ドーピング部３７は、外周部３３を含むとともに、メサ部３１の外縁部を含んでいる。メサ部３１の外縁部は、少なくとも外周部３３とメサ部３１の頂面とをつなぐメサ部３１の側面を含んでいる。また、図示の例では、非ドーピング部３７は、メサ部３１のうち、メサ部３１の頂面の外縁から若干内側までの範囲も含んでいる。

ドーパント３９の配置領域と導電層（励振電極１７等）との関係に着目すると、例えば、平面視において、ドーピング部３５の平面形状は、例えば、１対の励振電極１７の一方（１対の励振電極１７は基本的に互いに同一形状であるのでいずれでもよい）の平面形状に概ね一致する。例えば、両者の面積の差は、前記一方の励振電極１７の面積の１割未満である。

また、非ドーピング部３７は、例えば、平面透視において１対の引出電極１９の概ね全体と重なっている。具体的には、例えば、非ドーピング部３７は、平面透視において１対の引出電極１９の９割以上又は全部に重なっている。ここでいう９割は、平面透視におけるものであるから、１対の引出電極１９のＹ′軸方向への投影面積の９割である。

なお、平面透視において、ドーピング部３５が励振電極１７よりも若干広く、ドーピング部３５が引出電極１９に若干重なっていてもよいし、ドーピング部３５が励振電極１７よりも若干狭く、非ドーピング部３７が励振電極１７に若干重なっていてもよい。

ドーパント３９は、例えば、ケイ素と同様に周期表第１４族の元素であり、かつ、ケイ素よりも原子量が大きい元素である。具体的には、例えば、ドーパント３９は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）及び／又は鉛（Ｐｂ）である。

公知のように、水晶（ＳｉＯ_２）は、１個のケイ素原子及び４個の酸素原子からなる４面体が３次元的に配列されて構成されており、４面体の頂点の酸素は隣り合う４面体同士において共有されている。特に図示しないが、ドーパント３９は、例えば、概略、ケイ素の原子に代わるようにして酸素原子と結合している。そのような構造は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いることによって観察可能である。

ドーピング部３５におけるドーパント３９の濃度は、適宜に設定されてよい。例えば、ドーピング部３５において、ドーパント３９の濃度は、１×１０^１６（原子数／ｃｍ^３）以上又は１×１０^１８（原子数／ｃｍ^３）以上である。この濃度は、意図せずに水晶に混入する不純物の濃度よりも高い。また、後述する効果を増大させる観点からは、例えば、ドーパント３９の濃度は、１×１０^２０（原子数／ｃｍ^３）以上である。なお、単位体積当たりの原子数は、例えば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）によって測定されてよい。

本実施形態では、ドーピング部３５は、水晶片１５（メサ部３１）の厚さ全体に亘っているが、後述するように（図１２（ａ））、水晶片１５の表面にのみ設けられていてもよい。この場合であっても、例えば、数ｎｍの深さ方向分解能を有する装置によってＳＩＭＳを行うことなどによって、ドーパント３９の濃度を測定可能である。

ドーピング部３５が極めて薄い場合においては、全反射蛍光Ｘ線(ＴＸＲＦ：Total Reflection X-ray Fluorescence)法によってドーパント３９の濃度を測定してもよい。一般に、十分に洗浄がなされている水晶ウェハ（ドーピング無し）について、ＴＸＲＦ法によって測定される表面の不純物の量は、１×１０^９〜１×１０^１２（原子数／ｃｍ^２）である。従って、ドーピング部３５におけるドーパント３９の濃度は、例えば、１×１０^１３（原子数／ｃｍ^２）以上である。

また、ドーピング部３５において、ドーパント３９の質量は、例えば、ドーピング前の水晶の質量に対して、１０％以上３０％以下とされてもよい。なお、この場合、ドーパント３９の濃度は、上記の１×１０^１６（原子数／ｃｍ^３）の濃度に比較して十分に高くなる。

非ドーピング部３７は、理想的には、ドーパント３９を含んでいない。ただし、実際には、ドーピング部３５に対してドーピングを行う過程において、意図せず非ドーピング部３７に対してもドーパント３９が添加されることがある。

従って、例えば、本開示において、非ドーピング部３７は、ドーパント３９の濃度が上述したドーピング部３５におけるドーパント３９の濃度よりも低い部分を言うものとする。例えば、ドーパント３９の濃度が１×１０^１６（原子数／ｃｍ^３）未満の部分は、非ドーピング部３７である。なお、非ドーピング部３７において、ドーピング部３５よりもドーパントの濃度が低いという場合、非ドーピング部３７においてドーパント３９が含まれていない状態を含むものとする。

また、例えば、水晶片１５の製造過程に着目したときに、ドーピングを意図していないことが明らかな部分は、当該部分のドーパントの濃度に関わらずに、非ドーピング部３７とみなされてもよい。ただし、通常、ドーピングが意図されていない部分におけるドーパント３９の濃度は、上述したドーピング部３５におけるドーパント３９の濃度よりも低い。

（水晶振動素子の製造方法の概略）
図４は、振動素子５の製造方法の手順の概要の一例を示すフローチャートである。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、水晶片１５が多数個取りされる水晶ウェハ５１（以下、「水晶」は省略することがある。）の一部を示す平面図である。なお、以下では、製造工程の進行に伴って部材の形状乃至は材質等が変化しても、変化の前後で同じ符号を用いることがある。

ステップＳＴ１では、水晶からなる（ドーパント３９を含まない）ウェハ５１が準備される。なお、ここでいうウェハは、水晶片１５が多数個取りされる板状のものであればよく、円盤状でなくてもよい。例えば、ウェハ５１の平面形状は、矩形であってもよい。

ウェハ５１の準備は、例えば、公知の方法と同様でよい。具体的には、例えば、人工水晶に対してランバード加工及びスライシングを行うことによって、図１を参照して説明した角度でウェハが切り出される。さらに、その切り出されたウェハに対してラッピング、エッチング及び／又はポリッシングを行うことにより、互いに平行な１対の主面を有するウェハ５１が形成される。

なお、このように形成されたウェハ５１は、基本的に不純物を含んでいない。現実には、意図せずに含まれてしまう不純物は存在する。ただし、一般的な製造方法においては、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第４属の元素は不純物として存在しない。

ステップＳＴ２では、ウェハ５１のうちドーピング部３５となる部分に対してドーピングを行う。なお、非ドーピング部３７となる部分に対しては、ドーピングは行われない。ウェハ５１のうち、後述するエッチングによって除去される部分については、例えば、ドーピングは行われない。ただし、ドーピングが行われてもよい。

ステップＳＴ３では、図５（ａ）に示すように、ウェハ５１の１対の主面上に、ウェハ５１のエッチングのための第１マスク５３（ハッチングして示す領域）を形成する。第１マスク５３は、水晶片１５の外形（外周部３３の側面）を形成するエッチングに用いられるものであり、水晶片１５の平面形状と概ね同様の平面形状をそれぞれ有する複数の外形マスク部５３ａと、複数の外形マスク部５３ａ間に位置している枠部５３ｂと、複数の外形マスク部５３ａと枠部５３ｂとを接続している複数の接続部５３ｃとを有している。接続部５３ｃは、例えば、外形マスク部５３ａに対して、＋Ｘ軸方向（別の観点では引出電極１９側）の短辺の両端に対応する位置に接続されている。

第１マスク５３は、例えば、金属膜とその上に重なるレジスト膜との組み合わせからなる。金属膜は、例えば、クロムからなる。レジスト膜は、ポジ型及びネガ型のいずれのフォトレジストであってもよい。これらの形成は、公知の方法と同様でよい。例えば、まず、スパッタリング法等によりウェハ５１の主面上にその全面に亘って金属膜を形成する。次に、スピンコート法等により金属膜上にその全面に亘ってレジスト膜を形成する。次に、フォトリソグラフィーによってレジスト膜を図５（ａ）に示す形状にパターニングする。次に、レジスト膜を介して金属膜をエッチングし、金属膜を図５（ａ）に示す形状にパターニングする。これにより、第１マスク５３が形成される。なお、その後、レジスト膜を除去して金属膜のみによって第１マスク５３を構成してもよい。

ステップＳＴ４では、第１マスク５３を介してウェハ５１に対してウェットエッチングを行う。例えば、薬液を収容している液槽にウェハ５１を浸す。このエッチングは、第１マスク５３の開口の直下において、ウェハ５１に貫通孔が形成されるまで行われる。これにより、外形マスク部５３ａの直下に、水晶片１５の平面形状と概ね同様の平面形状をそれぞれ有する複数の水晶片部５５（図５（ｂ））が形成される。ただし、複数の水晶片部５５は、ウェハ５１のうち接続部５３ｃ及び枠部５３ｂの直下の部分を介して互いに接続されている。

ステップＳＴ５では、ウェハ５１から第１マスク５３が除去される。例えば、ウェハ５１は、第１マスク５３を除去するための適宜な薬液に浸される。

ステップＳＴ６では、図５（ｂ）に示すように、ウェハ５１の１対の主面上に、水晶片部５５のエッチングのための第２マスク５７（ハッチングして示す領域）を形成する。第２マスク５７は、水晶片部５５をメサ型にするエッチングに用いられるものであり、メサ部３１の平面形状と概ね同様の平面形状をそれぞれ有する複数のメサマスク部５７ａと、第１マスク５３の枠部５３ｂ及び接続部５３ｃと同様の形状を有する枠部５７ｂ及び接続部５７ｃとを有している。なお、第２マスク５７の構成及び形成方法は、具体的な平面形状等を除いては、概略、第１マスク５３と同様でよい。

ステップＳＴ７では、第２マスク５７を介してウェハ５１に対してウェットエッチングを行う。例えば、薬液を収容している液槽にウェハ５１を浸す。このエッチングは、ステップＳＴ４とは異なり、ウェハ５１に貫通孔が形成されるまでは行われず、第２マスク５７の開口直下において、水晶片部５５のエッチング量（外周部３３の掘り込み量）が所望の値に達するまで行われる。そして、外周部３３となる領域において水晶片部５５が掘り込まれ、メサ部３１及び外周部３３が形成される。

ステップＳＴ８では、ウェハ５１から第２マスク５７が除去される。例えば、ウェハ５１は、第２マスク５７を除去するための適宜な薬液に浸される。

ステップＳＴ９では、各水晶片部５５に１対の励振電極１７及び１対の引出電極１９を形成する。これらの導電層の形成方法は、例えば、公知の方法と同様でよい。具体的には、例えば、これらの導電層は、マスクを介して導電材料が成膜されることにより形成され、又は導電材料が成膜された後にマスクを介してエッチングされることにより形成される。

ステップＳＴ１０では、ウェハ５１のうち第２マスク５７の枠部５７ｂの直下に位置していた部分から複数の水晶片部５５を分離する。例えば、水晶片部５５を押圧又は吸引して、ウェハ５１のうち第２マスク５７の接続部５７ｃの直下に位置した部分を折る。これにより、個片化された複数の振動素子５が作製される。

（ドーピング）
図６は、図４のステップＳＴ２における（広義の）ドーピングの手順の一例を示すフローチャートである。ドーピングは、例えば、具体的な条件を除けば、半導体に対するドーピングと同様になされてよい。例えば、以下のとおりである。

ステップＳＴ２１では、ウェハ５１の１対の主面上に選択マスク６１（図７（ａ）〜図７（ｄ））を形成する。選択マスク６１は、ドーピングがなされない領域（例えばドーピング部３５となる部分以外）を覆うように形成される。

選択マスク６１の形成方法は、半導体に対するドーピングの分野等で公知の方法と同様とされてよい。例えば、まず、ウェハ５１の有機洗浄を行う。次に、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）等によって選択マスク６１となるマスク材をウェハ５１の主面の全面に成膜する。選択マスク６１の材料は、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）である。ＣＶＤは、一般的なプラズマＣＶＤの他、ＴＥＯＳ（tetraethoxysilane)を用いるものであってもよい。次に、マスク材上にレジスト膜を成膜する。次に、フォトリソグラフィーによって、ドーピングがなされる領域（ドーピング部３５）のみにおいて開口を有する形状にレジスト膜をパターニングする。次に、レジスト膜を介してマスク材をエッチングし、マスク材をレジスト膜と同一形状にパターニングする。その後、レジスト膜の除去及びウェハ５１の洗浄を行う。

ステップＳＴ２２では、選択マスク６１を介して（狭義の）ドーピングを行う。選択マスク６１は、ドーピングが行われる領域のみに開口を有しているから、これにより、ウェハ５１に対して選択的にドーピングが行われる。ひいては、水晶片１５には、ドーピングがなされたドーピング部３５と、ドーピングがなされない非ドーピング部３７とが設けられる。

ステップＳＴ２３では、選択マスク６１を除去する。例えば、まず、ウェハ５１の有機洗浄を行う。次に、ドライエッチング又はウェットエッチングによって選択マスク６１を除去する。その後、純水によるリンス等を行ってウェハ５１を洗浄する。

図７（ａ）〜図７（ｄ）は、それぞれ、ステップＳＴ２２における狭義のドーピングの例を示す模式図である。なお、ステップＳＴ２２は、ウェハ５１に対して行われる処理であるが、この模式図では、ウェハ５１は、１つの開口（１つのドーピング部３５）に対応する部分のみが示されている。

図７（ａ）は、イオン注入（イオン打ち込み）によってドーピングを行う例を示す模式図である。この例では、例えば、イオン注入装置６３によってイオン化されたドーパント３９を加速してウェハ５１に衝突させる。イオン注入装置６３は、例えば、特に図示しないが、イオンを生成するイオン源、電圧印加によってイオンを加速する加速器、イオンから注入する対象のみを選択する質量分析器、イオンビームを整形するレンズ等を有している。

図７（ｂ）は、熱拡散によってドーピングを行う例を示す模式図である。この例では、例えば、ドーパント３９となる元素を含む金属６５をウェハ５１に当接させた状態で、ファーネス６７によってウェハ５１及び金属６５を加熱する。金属６５は、ドーパント３９となる元素のみからなるものであってもよいし、当該元素を含む合金であってもよい。また、金属６５は、スパッタリング等の薄膜形成法によってウェハ５１上に設けられてもよいし、金属板をウェハ５１上に配置することによって設けられてもよい。

図７（ｃ）は、電子ビーム注入によってドーピングを行う例を示す模式図である。この例では、例えば、ドーパント３９となる元素を含む金属６５をウェハ５１上に配置した状態で、電子銃６８によって電子６９を加速して金属６５に衝突させる。なお、熱拡散の場合と同様に、金属６５は、ドーパント３９となる元素のみからなるものであってもよいし、当該元素を含む合金であってもよく、また、薄膜形成法によって設けられてもよいし、金属板を配置することによって設けられてもよい。

図７（ｄ）は、電圧印加によってドーピングを行う例を示す模式図である。この例では、例えば、ドーパント３９となる元素を含む１対の金属６５をウェハ５１の両主面に配置した状態で、電源装置７１によって１対の金属６５に電圧（例えば直流電圧又は交流電圧）を印加する。なお、熱拡散の場合と同様に、金属６５は、ドーパント３９となる元素のみからなるものであってもよいし、当該元素を含む合金であってもよく、また、薄膜形成法によって設けられてもよいし、金属板を配置することによって設けられてもよい。ウェハ５１及び金属６５は、適宜に加熱されていてよい。加熱により、電圧印加によるドーピングが促進される。

上記の例の他、特に図示しないが、例えば、クラスタドーピング、プラズマドーピング、レーザドーピングによってドーピングが行われてもよい。ドーピングは、ウェハ５１の一方の主面からのみ行われてもよいし、ウェハ５１の両主面に対して同時に行われてもよいし、ウェハ５１の両主面に対して順次に行われてもよい。電圧を印加する方法（図７（ｄ））においても、例えば、一方の主面に２つ以上の金属６５を設けて当該２つ以上の金属６５に電圧を印加することによって、一方の主面においてのみドーピングを行うことが可能である。

以上のとおり、本実施形態では、水晶振動素子５は、水晶片１５と、１対の励振電極１７とを有している。水晶片１５は、１対の主面を有している。励振電極１７は、水晶片１５の１対の主面の外縁から離れて当該１対の主面上に位置している。水晶片１５は、ドーピング部３５と、非ドーピング部３７とを有している。ドーピング部３５は、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を含む。非ドーピング部３７は、ドーパント３９の濃度がドーピング部３５よりも低い（既に述べたようにドーパント３９を含まない態様を含む）。ドーピング部３５は、少なくとも一部（本実施形態では全部）が１対の励振電極１７間に位置している。

別の観点では、本実施形態では、水晶振動子１は、上記のような振動素子５と、振動素子５が実装されているパッケージ８と、を有している。

従って、例えば、等価直列抵抗が低下する。その結果、例えば、消費電力の低減と振動素子５の小型化との両立が容易化される。１対の励振電極１７の間にケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を添加することによって等価直列抵抗が低下する理由としては、例えば、以下のものが挙げられる。ケイ素よりも原子量が大きいドーパント３９がケイ素に代わって酸素と結合すると、原子間距離が短くなり、電子移動度及び／又は正孔移動度が高くなる。その結果、等価直列抵抗が低下する。また、ドーピング部３５においては電気機械結合係数が大きくなり、その結果、等価直列抵抗が低下する。つまり、ドーピング部３５の少なくとも一部が１対の励振電極間に位置していることにより、励振に寄与している水晶部分にドーピングされていることになるので、等価直列抵抗が低下する。

図８は、本実施形態の他の作用乃至は効果を説明するための図である。同図において、横軸は周波数ｆを示し、縦軸はインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜（以下、単に「インピーダンス」ということがある。）を示している。線Ｌ０は、比較例の水晶振動素子の特性を示している。線Ｌ１は、実施例の水晶振動素子の特性を示している。比較例は、実施例に対して、水晶片１５にドーパント３９が添加されていないものである。その他の条件については、比較例と実施例とで同様である。ドーパント３９は、Ｇｅである。図８は、シミュレーション計算によって得られている。

この図に示すように、比較例及び実施例とも、インピーダンスが極小となる共振点（共振周波数ｆｒ０及びｆｒ１）及びインピーダンスが極大となる反共振点（反共振周波数ｆａ０及びｆａ１）が現れている。ただし、実施例の共振点（ｆｒ１）は、比較例の共振点（ｆｒ０）に比較して、周波数が高くなり、また、インピーダンスが低くなる。また、実施例の反共振点（ｆａ１）は、比較例の反共振点（ｆａ０）に比較して、周波数が高くなり、また、インピーダンスが高くなる。また、実施例の共振周波数と反共振周波数との周波数差Δｆ１（＝ｆａ１−ｆｒ１）は、比較例の周波数差Δｆ０（＝ｆａ０−ｆｒ０）に比較して大きくなっている。

実施例は、比較例に比較して、共振周波数及び反共振周波数が高くなっていることから、水晶片１５は、ドーパント３９の添加によって振動しやすくなっていることがわかる。また、実施例は、比較例に比較して、インピーダンスの極小値が小さく、又はインピーダンスの極大値が大きくなっていることから、ドーパント３９の添加によって振幅が大きくなっていることがわかる。実施例は、比較例に比較して、共振周波数と反共振周波数との周波数差が大きくなっていることから、ドーパント３９の添加によって電気機械結合係数が大きくなっていることがわかる。

振動素子５は、一般に、周波数が高いほど小型化される。一方、実施例は、比較例に比較して共振周波数が高い。従って、例えば、ドーパント３９を添加することによって、小型化せずに周波数が高い振動素子５を実現することができ、設計の自由度が向上する。また、実施例は、比較例に比較して、共振点のインピーダンスが小さくなっていることから、例えば、好適に共振を生じさせやすく、ひいては、発振信号を得ることが容易化される。また、実施例は、比較例に比較して、共振周波数と反共振周波数との周波数差が大きいことから、例えば、負荷容量によって発振信号の周波数を調整することが容易である。

また、本実施形態では、ドーパント３９は、例えば、ゲルマニウムである。

ゲルマニウムの格子定数（５．６６Å）は、水晶におけるａ軸の格子定数（４．９１３Å）及びｃ軸の格子定数（５．４０４６Å）のいずれに対しても大きい。従って、上述した原子間距離が短くなり、移動度が高くなる効果が好適に奏される。ひいては、等価直列抵抗を好適に低下させることができる。

また、本実施形態では、非ドーピング部３７は、水晶片１５の１対の主面間（例えば外周部３３の主面間）に亘り、かつ平面視においてドーピング部３５の半周以上（本実施形態では全周）に亘ってドーピング部３５を囲む部分を含んでいる。

従って、ドーピング部３５は、その周囲に比較して相対的に導電率及び電気機械結合係数が大きくなる。その結果、ドーピング部３５におけるエネルギー閉じ込め効果が向上する。

また、本実施形態では、水晶片１５は、メサ部３１と、外周部３３とを有している。メサ部３１は、ドーピング部３５の少なくとも一部（本実施形態では全部）を含んでいる。外周部３３は、平面視においてメサ部３１を囲んでおり、メサ部３１よりも薄く、非ドーピング部３７の少なくとも一部（本実施形態では大部分）を含んでいる。

従って、例えば、メサ型であることによるエネルギー閉じ込め効果と、１対の励振電極１７間にドーピング部３５が設けられ、その周囲に非ドーピング部３７が位置していることによるエネルギー閉じ込め効果とが奏される。その結果、例えば、等価直列抵抗が低下する。

ドーピング部３５は、平面視においてメサ部３１の頂面（主面）に収まっている。非ドーピング部３７は、外周部３３とメサ部３１の頂面とをつなぐメサ部３１の側面を含んでいる。

従って、例えば、メサ部３１の外縁部（メサ部３１の側面を含む）から外周部３３へ振動が漏れるおそれが低減され、ひいては、等価直列抵抗が低下する。また、例えば、エネルギーが閉じ込められる範囲は、メサ部３１の側面に加えて又は代えて、ドーピング部３５によって規定されることになる。その結果、例えば、メサ部３１の側面における加工誤差が振動素子５の振動特性に及ぼす影響が低減される。また、水晶片１５は、ドーパント３９が添加されることによって、結晶面の現れ方及び／又はエッチングレートが変化する。従って、例えば、エッチングによって構成されるメサ部３１の側面を非ドーピング部３７によって構成することによって、従来のエッチングのノウハウを利用することが容易になる。

また、本実施形態では、振動素子５は、１対の励振電極１７から延びる１対の引出電極１９を更に有している。非ドーピング部３７は、水晶片１５の１対の主面間（例えば外周部３３の１対の主面間）に亘っており、かつ平面透視したときに１対の引出電極１９の９割以上に重なる部分を含んでいる。

従って、１対の引出電極１９に電圧が印加されても、引出電極１９下にドーピング部３５が位置している場合に比較して、振動漏れが生じるおそれが低減される。その結果、水晶片１５の振動特性が向上する。

また、本実施形態では、振動素子５の製造方法は、エッチング工程（ＳＴ３〜ＳＴ８）と、導電層形成工程（ＳＴ９）と、個片化工程（ＳＴ１０）と、を有している。エッチング工程では、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を少なくとも一部に含む水晶ウェハ５１をエッチングして、複数の水晶片部５５を形成する。導電層形成工程では、複数の水晶片部５５に複数の励振電極１７を形成する。個片化工程では、複数の励振電極１７が形成された複数の水晶片部５５を個片化する。

従って、例えば、上述した種々の効果を奏する振動素子５を実現することができる。また、例えば、エッチングに先立ってウェハ５１にドーパント３９が添加されているから、エッチング後にドーピングを行う態様（この態様によって本開示の振動素子５が実現されてもよい。）に比較して、エッチングによって現れた側面からドーピングがなされることはなく、主面のみからドーピングを行うことができる。その結果、例えば、ドーパント３９の濃度及び範囲の制御が容易である。

また、本実施形態に係る製造方法は、エッチング工程の前に、ウェハ５１にドーパント３９を添加するドーピング工程を更に備えている。

従って、例えば、水熱合成によって結晶を成長させる過程において人工水晶にドーパント３９を添加する態様（本開示に係る製造方法はこの態様を含んでもよい。）に比較して、ドーパント３９の添加が容易である。また、水晶片１５に対して局所的にドーピングを行うことが容易であり、上述した種々の効果を奏する振動素子５を実現することが容易である。

また、ドーピング工程では、例えば、ドーパント３９を含む金属６５をウェハ５１に当接させた状態でウェハ５１及び金属６５を加熱する。

従って、例えば、比較的安価にドーピングを行うことができる。また、例えば、結晶構造を維持して、ケイ素にドーパント３９を置換した構造を得ることが容易である。その結果、例えば、意図しない特性が現れるおそれを低減して、上述した原子間距離が短くなることによる効果等を好適に得ることができる。

また、ドーピング工程では、例えば、ドーパント３９を含む金属６５をウェハ５１に当接させた状態で金属６５に電圧を印加する。

従って、例えば、比較的安価にドーピングを行うことができる。また、熱拡散と同様に、結晶構造を維持して、ケイ素にドーパント３９を置換した構造を得ることが容易である。

また、（広義の）エッチング工程（ＳＴ３〜ＳＴ８）は、複数の水晶片部５５のそれぞれにおける外周部３３をエッチングして、複数の水晶片部５５のそれぞれにおいて、メサ部３１と、平面視においてメサ部３１を囲み、メサ部３１よりも薄い外周部３３とを形成するメサエッチング工程（ＳＴ７）を含む。ドーピング工程では、メサ部３１となる領域に対してドーパント３９をドーピングする。

従って、例えば、上述のドーピング部３５がメサ部３１に位置することによって種々の効果を奏する振動素子５が実現される。また、例えば、エッチングがなされる外周部３３においてはドーピングを行わないことから、ドーパント３９の無駄が低減される。

＜第２実施形態＞
図９（ａ）は、第２実施形態に係る振動素子２０５の構成を示す斜視図である。

振動素子２０５は、基本的に、メサ型でない点のみが第１実施形態の振動素子５と相違する。具体的には、以下のとおりである。

振動素子２０５は、振動素子５と同様に、水晶片２１５と、水晶片２１５の一対の主面に位置する１対の励振電極１７と、１対の励振電極１７から引き出された１対の引出電極１９とを有している。

水晶片２１５は、第１実施形態の水晶片１５と形状（及び寸法）のみが相違する。具体的には、水晶片２１５は、その全体に亘って厚さが一定の板状とされている。水晶片２１５の平面形状は、例えば、水晶片１５の外縁の形状と同様に、長方形である。長方形の角部が平面又は曲面で面取りされたり、長辺及び／又は短辺が外側に膨らむ弧状とされていたり、対向する２辺同士の長さが互いに異ならされていたりしてもよいことも水晶片１５と同様である。

励振電極１７及び引出電極１９は、その符号から理解されるように、第１実施形態の励振電極１７及び引出電極１９と同様のものである。ただし、水晶片２１５の形状（及び寸法）が第１実施形態の水晶片１５と異なることに付随して、寸法等に関して若干の相違があってもよい。

図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、水晶片２１５の材料を説明するための模式図であり、第１実施形態の図３（ａ）及び図３（ｂ）と同様の図である。具体的には、図９（ａ）は平面図であり、図９（ｃ）は、図９（ｂ）のIXｃ−IXｃ線における断面図である。

水晶片２１５は、水晶片１５と同様に、水晶に対して部分的にドーパント３９が添加されることによって構成されており、ドーピング部２３５と、非ドーピング部２３７とを有している。

ドーピング部２３５及び非ドーピング部２３７は、水晶片２１５の形状が第１実施形態の水晶片１５と相違することに伴って第１実施形態のドーピング部３５及び非ドーピング部３７と形状が異なる以外は、ドーピング部３５及び非ドーピング部３７と同様のものである。

水晶片２１５においてドーピング部２３５（非ドーピング部２３７）の範囲は、メサ部３１との関係が規定されないことを除けば、第１実施形態と同様である。例えば、ドーピング部２３５は、１対の励振電極１７間において水晶片２１５の厚み全体に亘って設けられており、その平面形状及び広さは、一の励振電極１７と概ね同様（例えば、両者の面積の差は、一の励振電極１７の面積の１割未満）である。非ドーピング部２３７は、水晶片２１５においてドーピング部２３５以外の領域であり、平面透視において１対の引出電極１９の概ね全体（例えば９割以上）に重なっている。

なお、振動素子２０５の製造方法は、例えば、水晶片部５５をメサ型にするための工程（ＳＴ６〜ＳＴ８）が不要である点を除いて、第１実施形態の振動素子２０５の製造方法と同様でよい。

以上のとおり、本実施形態においても、水晶片２１５は、ドーピング部２３５と、非ドーピング部２３７とを有し、ドーピング部２３５は、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を含む。ドーピング部２３５の少なくとも一部（本実施形態では全部）は、１対の励振電極１７間に位置している。従って、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、等価直列抵抗が低下する。

＜第３実施形態＞
（振動素子の構成）
図１０（ａ）は、第３実施形態に係る水晶片３１５の材料を説明するための模式的な平面図であり、第２実施形態の図９（ｂ）に対応する図である。なお、水晶片３１５を含む振動素子３０５において、１対の励振電極１７及び１対の引出電極１９（図１０（ａ）において点線で示す）は、第２実施形態のものと同様である。

水晶片３１５は、ドーパント３９が添加される平面視における範囲のみが第２実施形態の水晶片２１５と相違する。具体的には、水晶片３１５は、第２実施形態で説明したドーピング部２３５に加えて、水晶片３１５の外縁に位置しているドーピング部３３６Ａ及び３３６Ｂ（以下、Ａ及びＢを省略することがある。）を有している。

ドーピング部３３６は、平面視における配置範囲を除いて、既に説明した他のドーピング部３５等と同様のものである。なお、本実施形態のように、一つの水晶片内において、複数のドーピング部が設けられている場合、その厚み方向におけるドーピング部の配置範囲及びドーパント３９の濃度は、例えば、複数のドーピング部同士で同一である。ただし、これらは異なっていてもよい。

ドーピング部３３６は、例えば、水晶片３１５の外縁のうち、１対の引出電極１９（図１０（ａ）において点線で示す）と重なる部分を除いて、全周に亘って位置している。別の観点では、ドーピング部３３６Ａ及び３３６Ｂ全体、又はドーピング部３３６Ａは、例えば、水晶片３１５の外縁の２／３周以上に亘っている。

ドーピング部３３６Ｂは、水晶片３１５の外縁のうち１対の引出電極１９の間となる部分に位置している。本実施形態では、矩形状の水晶片３１５の４辺のうち１つの短辺に１対の引出電極１９が位置しているから、ドーピング部３３６Ｂは、前記短辺の中央側に位置している。

ドーピング部３３６Ａは、水晶片３１５の外縁のうち１対の引出電極１９の外側となる部分に位置している。本実施形態では、矩形状の水晶片３１５の４辺のうち１つの短辺に１対の引出電極１９が位置しているから、ドーピング部３３６Ａは、前記短辺とは別の短辺全体と、２つの長辺のうち前記別の短辺側の部分とに位置している。

ドーピング部３３６は、その全周に亘ってドーピング部２３５から離れており、ドーピング部２３５とドーピング部３３６との間には非ドーピング部３３７が介在している。別の観点では、ドーピング部３３６の幅は、例えば、ドーピング部３３６の全周に亘って、励振電極１７（ドーピング部２３５）と水晶片３１５の外縁との距離よりも狭い。ドーピング部３３６の幅は、例えば、５μｍ以上２０μｍ以下である。ドーピング部３３６の幅は、全周に亘って一定であってもよいし（図示の例）、位置に応じて変化してもよい。ドーピング部３３６Ａ及び３３６Ｂは、互いに同一の幅であってもよいし、異なっていてもよい。

非ドーピング部３３７は、水晶片３１５のうちドーピング部２３５及び３３６以外の部分であり、第２実施形態と同様に、ドーピング部２３５を半周以上（図示の例では全周）に亘って囲んでいるとともに、平面透視において１対の引出電極１９の概ね全体（例えば９割以上）に重なっている。

（振動素子の製造方法）
以下の説明では、便宜上、第１実施形態に係る製造方法で用いた符号（５１又は６１等）を形状又は材質の相違に関わらずに用いることがある。

振動素子３０５の製造方法は、基本的には、第２実施形態と同様であり、第１実施形態の製造方法からメサ形状を形成するためのエッチング（ＳＴ６〜ＳＴ８）を省略したものである。ただし、ステップＳＴ２のドーピングにおいて、選択マスク６１（ステップＳＴ２１）の平面形状が第２（第１）実施形態と相違する。すなわち、本実施形態では、選択マスク６１は、ドーピング部２３５及び３３６に対応する部分に開口を有しており、これにより、ドーピング部２３５及び３３６が形成される。

選択マスク６１のドーピング部３３６に対応する開口の平面形状は、ドーピング部３３６の平面形状と同様であってよい。また、前記開口の平面形状は、ドーピング部３３６の平面形状を外側へ幅広にした形状であってもよい。すなわち、ウェハ５１は、複数の水晶片部５５の周囲に位置する捨て代（エッチングによって除去される領域）においてもドーパント３９が添加されてよい。この場合であっても、ドーピング部３３６が実現される。

図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、ステップＳＴ４の外形エッチングを説明するための模式図であり、第１マスク５３が形成されたウェハ５１の断面を図１０（ａ）のＸｃ−Ｘｃ線に対応する領域において示している。

これらの図において示す例では、上記のように捨て代５１ｄ（図１０（ｂ））においてもドーパント３９が添加された場合の状態を示している。図示の例では、捨て代５１ｄにおけるドーピング部（符号省略）は、水晶片３１５となる領域の外縁から所定量外側に広がるように形成されており、捨て代５１ｄには非ドーピング部（符号省略）が存在している。ただし、ドーピング部は、捨て代５１ｄの全体に亘って形成されていてもよい。

このような場合においては、第１マスク５３の縁部がドーピング部に位置し、エッチングによって形成される側面は、ドーピング部３３６に形成される。なお、第１マスク５３の縁部は、理想的には、エッチングされる領域とエッチングされない領域との境界に一致する。ただし、アンダーカット（アンダーエッチング）の影響等によって必ずしもこの限りではない。図示とは異なり、第１マスク５３の縁部は非ドーピング部に位置し、エッチングされる領域とエッチングされない領域との境界は、アンダーカット等によって第１マスク５３の縁部よりも最終的に内側に位置し、これによりドーピング部に位置してもよい。

以上のとおり、本実施形態においても、水晶片３１５は、ドーピング部２３５と、非ドーピング部３３７とを有し、ドーピング部２３５は、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を含む。ドーピング部２３５の少なくとも一部（本実施形態では全部）は、１対の励振電極１７間に位置している。従って、第１及び第２実施形態と同様の効果が奏される。例えば、等価直列抵抗が低下する。

また、本実施形態では、水晶片３１５は、平面視において１対の引出電極１９間に位置し、非ドーピング部３３７に比較してドーパント３９の濃度が高いドーピング部３３６Ｂを有している。

従って、例えば、電圧が印加される１対の引出電極１９下においては非ドーピング部３３７によって振動漏れを低減しつつ、その間においては不要な振動の散乱によってスプリアスを低減することができる。また、例えば、捨て代５１ｄにドーピング部を形成する製造方法を適用することができる。

また、本実施形態では、水晶片３１５は、水晶片３１５の外縁の２／３周以上に亘って水晶片３１５の外縁に位置し、ドーピング部２３５との間に非ドーピング部３３７を介在させており、非ドーピング部３３７に比較してドーパントの濃度が高いドーピング部３３６Ａ（又は３３６全体）を有している。

従って、例えば、非ドーピング部３３７によってドーピング部２３５からの振動漏れを低減しつつ、水晶片３１５の外縁においては不要な振動の散乱によってスプリアスを低減することができる。また、例えば、捨て代５１ｄにドーピング部を形成する製造方法を適用することができる。

また、本実施形態においても、振動素子５の製造方法は、エッチング工程（ＳＴ３〜ＳＴ５）と、導電層形成工程（ＳＴ９）と、個片化工程（ＳＴ１０）と、を有している。エッチング工程では、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を少なくとも一部に含む水晶ウェハ５１をエッチングして、複数の水晶片部５５を形成する。従って、第１実施形態の製造方法と同様の効果が奏される。例えば、エッチングに先立ってウェハ５１にドーパント３９が添加されているから、エッチングによって現れた側面からドーピングがなされるおそれが低減される。

また、本実施形態では、ドーピング工程（ＳＴ２）では、ウェハ５１のうち複数の水晶片部５５の縁部となる領域にドーパント３９を添加する。エッチング工程（ＳＴ４）では、ドーパント３９が添加されている部分によって水晶片部５５の側面を形成する。

従って、例えば、まず、上述した水晶片３１５の縁部にドーピング部３３６が設けられた振動素子３０５が実現される。また、ドーピング部によって側面が形成されることから、残渣を低減したり、エッチング時間を短くしたりすることが可能となる。具体的には、以下のとおりである。

ドーパントを含まない水晶のエッチングにおいては、水晶のエッチングに対する異方性に起因して、エッチングによって形成される側面に結晶面が現れたり、当該側面の残渣を低減するためにエッチング時間を長くしたりする必要がある。一方、ドーピング部のエッチングにおいては、結晶面の現れ方及び／又はエッチングレートが変化する。具体的には、例えば、ドーパント３９が含まれていることによってエッチングに対する異方性が緩和され、及び／又はエッチングレートが速くなる。その結果、残渣を所定の許容量以下に収めるためのエッチング時間が短縮される。

なお、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）では、第２実施形態のようにメサ型でない水晶片において、水晶片の外縁に位置するドーピング部３３６を設けた態様について説明したが、このようなドーピング部３３６は、第１実施形態のようにメサ型の水晶片に対して適用されてもよい。

＜第４実施形態＞
（振動素子の構成）
図１１（ａ）は、第４実施形態に係る水晶片４１５の材料を説明するための模式的な平面図であり、第１実施形態の図３（ａ）に対応する図である。なお、水晶片４１５を含む振動素子４０５において、１対の励振電極１７及び１対の引出電極１９（ここでは不図示）は、第１実施形態のものと同様である。

水晶片４１５は、ドーパント３９が添加される平面視における範囲のみが第１実施形態の水晶片１５と相違する。具体的には、以下のとおりである。

水晶片４１５は、１対の励振電極１７間に位置するドーピング部４３５を有している。ドーピング部４３５は、平面視における配置範囲を除いて、第１実施形態のドーピング部３５と同様のものであり、メサ部３１に少なくとも一部が位置している。なお、メサ部３１及び外周部３３の形状及び大きさは、基本的には（例えばドーパント３９がエッチングの残渣に及ぼす影響を除いて）、第１実施形態のものと同様である。

ドーピング部４３５の平面視における広さは、メサ部３１と同等又はメサ部３１よりも若干（例えば２０μｍ以下）広くなっている。そして、メサ部３１の側面は、ドーピング部４３５によって構成されている。

なお、図１において例示したように、平面視において１対の励振電極１７がメサ部３１よりも小さい場合においては、ドーピング部４３５は、１対の励振電極１７の全体に重なり、また、１対の引出電極１９の一部に重なる。この場合、ドーピング部４３５と一の励振電極１７との面積の差は、第１実施形態と同様に、一の励振電極１７の面積の１割未満であってもよいし、これよりも大きくてもよい。なお、１対の励振電極１７の広さは、メサ部３１の広さ以上とされ、ひいては、ドーピング部４３５の広さ以上とされてもよい。非ドーピング部４３７は、水晶片４１５においてドーピング部４３５以外の領域であり、例えば、他の実施形態と同様に、平面透視において１対の引出電極１９の概ね全体（例えば９割以上）に重なっている。

（振動素子の製造方法）
以下の説明では、便宜上、第１実施形態に係る製造方法で用いた符号（５１又は６１等）を形状又は材質の相違に関わらずに用いることがある。

振動素子４０５の製造方法は、基本的に、第１実施形態と同様である。ただし、ステップＳＴ２のドーピングにおいて、選択マスク６１（ステップＳＴ２１）の平面形状が第１実施形態と相違する。すなわち、本実施形態では、選択マスク６１の開口は、メサ部３１となる領域と同等以上の大きさを有しており、これにより、メサ部３１の全体（別の観点ではメサ部３１の側面）を含むドーピング部４３５が形成される。

選択マスク６１のドーピング部４３５を形成するための開口の平面形状は、メサ部３１の平面形状と同様であってもよいし、メサ部３１の平面形状に対して外周部３３となる領域側へ広がった形状であってもよい。別の観点では、ウェハ５１は、メサエッチング（ＳＴ６〜ＳＴ８）において掘り下げられる領域においてもドーパント３９が添加されてよい。なお、図３（ｂ）に例示したように、メサ部３１の側面が、厚み方向において外周部３３の主面に近づくほど平面視における外側へ位置するように傾斜している場合においては、ここでいうメサ部３１の平面形状は、例えば、外周部３３の主面の位置における平面形状であってよい。

図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、ステップＳＴ６〜ＳＴ８のメサエッチングを説明するための模式図であり、第１マスク５３が形成された水晶片部５５（ウェハ５１）の断面を図１１（ａ）のXIｃ−XIｃ線に対応する領域において示している。

これらの図において示す例では、ドーパント３９は、平面視において外周部３３となる領域にまで添加されている。なお、既に述べたように、ドーパント３９は、メサ部３１となる領域と同等の領域に添加されるだけであってもよい。

このようにドーパント３９が添加されている場合においては、第２マスク５７の縁部は、ドーピング部に位置する。そして、エッチングによって形成されるメサ部３１の側面は、ドーピング部４３５に形成される。なお、第２マスク５７の縁部は、理想的には、エッチングされる領域とエッチングされない領域との境界に一致する。ただし、アンダーカット（アンダーエッチング）の影響等によって必ずしもこの限りではない。第２マスク５７の縁部は、非ドーピング部に位置し、エッチングされる領域とエッチングされない領域との境界は、アンダーカット等によって第２マスク５７の縁部よりも最終的に内側に位置し、これによりドーピング部に位置してもよい。

以上のとおり、本実施形態においても、水晶片４１５は、ドーピング部４３５と、非ドーピング部４３７とを有し、ドーピング部４３５は、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を含む。ドーピング部４３５の少なくとも一部は、１対の励振電極１７間に位置している。従って、第１〜第３実施形態と同様の効果が奏される。例えば、等価直列抵抗が低下する。また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、メサ部３１がドーピング部４３５を含んでいることから、エネルギー閉じ込め効果が向上する。

また、本実施形態においても、振動素子５の製造方法は、エッチング工程（ＳＴ３〜ＳＴ８）と、導電層形成工程（ＳＴ９）と、個片化工程（ＳＴ１０）と、を有している。エッチング工程では、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を少なくとも一部に含む水晶ウェハ５１をエッチングして、複数の水晶片部５５を形成する。従って、第１実施形態の製造方法と同様の効果が奏される。例えば、エッチングに先立ってウェハ５１にドーパント３９が添加されているから、エッチングによって現れた側面からドーピングがなされるおそれが低減される。

また、本実施形態では、エッチング工程は、メサエッチング工程（ＳＴ６〜ＳＴ８）を含む。メサエッチング工程は、複数の水晶片部５５のそれぞれにおける外周部３３をエッチングして、複数の水晶片部５５のそれぞれにおいて、メサ部３１と、平面視においてメサ部３１を囲み、メサ部３１よりも薄い外周部３３とを形成する。ドーピング工程では、メサ部３１となる領域に対してドーパント３９を添加する。メサエッチング工程では、ドーパント３９が添加されている部分によってメサ部３１の側面を形成する。

従って、例えば、まず、上述したメサ部３１にドーピング部４３５が設けられた振動素子４０５が実現される。また、ドーピング部４３５によって側面が形成されることから、第３実施形態の製造方法における水晶片３１５の側面と同様に、残渣を低減したり、エッチング時間を短くしたりすることが可能となる。

なお、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）では、本実施形態においても、第３実施形態のように、水晶片４１５の外縁に位置するドーピング部３３６が設けられてもよい。

＜第５実施形態＞
図１２（ａ）は、第５実施形態に係る振動素子５０５の水晶片５１５の材料を説明するための模式的な断面図である。

振動素子５０５（水晶片５１５）は、基本的に、厚み方向（Ｙ′軸方向）におけるドーピング部の範囲のみが第２実施形態の振動素子２０５（水晶片２１５）と相違する。具体的には、水晶片５１５において１対の励振電極１７間に位置するドーピング部５３５Ａ及び５３５Ｂ（以下、Ａ、Ｂを省略することがある。）は、厚み方向において、水晶片５１５の主面側にのみ位置している。

各ドーピング部５３５の厚みは、適宜に設定されてよい。例えば、ドーピング部５３５の厚みは、水晶片５１５の厚みをｔとしたときに、１ｎｍ以上で、（ｔ−１０ｎｍ）／２以下である。この範囲であれば、例えば、ＳＩＭＳ及び／又はＴＸＲＦ等によって、水晶片５１５の主面側にのみドーピング部５３５が設けられていることを確認可能である。また、ドーピング部５３５の厚みは、例えば、０．１μｍ以上である。この範囲であれば、例えば、ドーピング部５３５による等価直列抵抗の低減等の効果がより確実に奏される。

非ドーピング部５３７は、水晶片５１５のうちのドーピング部５３５以外の部分であり、本実施形態においては、１対の励振電極１７間にも位置している。

なお、図示の例では、ドーピング部５３５は、水晶片５１５の１対の主面のそれぞれにおいて設けられているが、ドーピング部５３５は、１対の主面の一方のみに設けられていてもよい。

ドーピング部５３５の平面視における範囲は、第１〜第４実施形態と同様にされてよい。なお、ドーピング部５３５が水晶片５１５の１対の主面のそれぞれにおいて設けられている態様について、例えば、平面透視においてドーピング部５３５と一の励振電極１７との面積差が一の励振電極１７の１割未満であるか否かを判定する場合においては、２つのドーピング部５３５を平面透視の方向へ投影した面積によって判定してよい。後述する第７実施形態等においても同様である。

振動素子５０５の製造方法は、基本的には、第２実施形態の振動素子２０５の製造方法と同様でよい。ドーピングの具体的な条件を適宜に調整することによって、ドーピング部５３５の厚みを設定できる。例えば、イオン注入においては、第２実施形態に比較して、加速電圧を小さくしたり、イオン電流を小さくしたり、及び／又は注入時間を短くしたりすればよい。また、例えば、熱拡散においては、第２実施形態に比較して、拡散時間を短くしたり、及び／又は金属６５を薄くしたりすればよい。また、大概のドーピング方法において、ドーピングの時間を比較的短くすれば、本実施形態のドーピング部５３５を実現できる。

以上のとおり、本実施形態においても、水晶片５１５は、ドーピング部５３５と、非ドーピング部５３７とを有し、ドーピング部５３５は、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を含む。ドーピング部５３５の少なくとも一部（本実施形態では全部）は、１対の励振電極１７間に位置している。従って、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、等価直列抵抗が低下する。

また、本実施形態では、ドーピング部５３５は、水晶片５１５の厚みのうち、１対の主面の少なくとも一方側の一部のみに位置している。

ここで、本実施形態の水晶片５１５と第２実施形態の水晶片２１５とで厚さが同一であるとすると、本実施形態のドーピング部５３５は、第２実施形態のドーピング部２３５よりも薄いから、ドーピング部自体において生じる効果は第２実施形態よりも低くなる。ただし、非ドーピング部５３７のうち、ドーピング部５３５と重なっている部分は、ドーピング部５３５から受ける圧縮作用によって原子間距離が短くなるから、効果の低減の一部は補償される。一方で、ドーパント３９の量及びドーピング工程の負担（電力及び時間等）は、第２実施形態よりも軽減される。

なお、図１２（ａ）では、１対の励振電極１７間のドーピング部について、厚さ方向の範囲が水晶片５１５の主面側の一部である態様を例示したが、他の位置のドーピング部（例えば水晶片の外縁に位置するドーピング部（図１０（ａ）））において、厚さ方向の範囲が水晶片５１５の主面側の一部であってもよい。厚さ方向の範囲は、複数のドーピング部間で同一であってもよいし、異なっていてもよい。

＜第６実施形態＞
図１２（ｂ）は、第６実施形態に係る振動素子６０５の水晶片６１５の材料を説明するための模式的な断面図である。

振動素子６０５（水晶片６１５）は、ドーパント３９の濃度が厚み方向において変化している点のみが第２実施形態の振動素子２０５（水晶片２１５）と相違する。具体的には、例えば、水晶片６１５のドーピング部６３５において、ドーパント３９の濃度は、１対の主面側ほど高くなっている。

ドーピング部６３５におけるドーパント３９の濃度の変化は、連続的（例えば変化率が一定若しくは変化率の変化が滑らか）なものであってもよいし、段階的（階段的）なものであってもよい。また、ドーピング部６３５における最も高い濃度及び最も低い濃度も適宜に設定されてよい。

なお、図１０（ｂ）のように主面側に比較して厚さ方向中央側のドーパント３９の濃度が低く、かつドーパント３９の濃度が所定の閾値以上であるか否かによってドーピング部であるか否かを判定する場合において、厚さ方向中央側の濃度が閾値よりも高い場合は本実施形態として捉えられ、低い場合は第５実施形態（図１２（ａ））として捉えられることになる。閾値は、例えば、既述の１×１０^１６（原子数／ｃｍ^３）若しくは１×１０^１８（原子数／ｃｍ^３）又は１×１０^１３（原子数／ｃｍ^２）である。

第２実施形態のようにドーパント３９の濃度を厚さ方向において概ね一様にすることを意図していても、濃度の高低は生じ得る。本実施形態のドーピング部６３５において、高い濃度を低い濃度で割った値は、例えば、１×１０（原子数／ｃｍ^３）以上であり、１×１０^４（原子数／ｃｍ^３）程度とすることも可能である。

非ドーピング部６３７は、水晶片６１５のうちのドーピング部６３５以外の部分であり、本実施形態においては、第２実施形態の非ドーピング部２３７と同様の範囲を占めている。

なお、図示の例では、ドーピング部６３５は、厚さ方向中央側に比較して１対の主面側においてドーパント３９の濃度が高くなっているが、１対の主面のうちの一方側に比較して１対の主面の他方側においてドーパント３９の濃度が高くなっていてもよい。

振動素子６０５の製造方法は、基本的には、第２実施形態の振動素子２０５の製造方法と同様でよい。ドーパント３９は、第１実施形態において述べたように、ウェハ５１に対してその主面から添加される。

ウェハ５１の主面に対してドーピングがなされると、ウェハ５１は、主面側から徐々にドーパント３９の濃度が高くなっていく。また、ドーパント３９の最大濃度は、例えば、ドーピングの種々の条件（電圧又は熱等）によって規定される。従って、例えば、ドーパント３９の濃度がウェハ５１の厚み方向全体に亘って最大値（別の観点では概ね一様）になる前にドーピングを終了することによって、本実施形態のように厚み方向において濃度が変化するドーピング部６３５が実現される。

また、両主面からドーピングを行えば、図示の例のように厚さ方向中央側に比較して１対の主面側においてドーパント３９の濃度が高いドーピング部６３５が実現され、一方の主面のみからドーピングを行えば、図示の例とは異なり、他方の主面に比較して前記一方の主面側においてドーパント３９の濃度が高いドーピング部が実現される。

以上のとおり、本実施形態においても、水晶片６１５は、ドーピング部６３５と、非ドーピング部６３７とを有し、ドーピング部６３５は、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を含む。ドーピング部６３５の少なくとも一部は、１対の励振電極１７間に位置している。従って、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、等価直列抵抗が低下する。

また、本実施形態では、ドーピング部６３５において、ドーパント３９の濃度は、水晶片６１５の１対の主面の少なくとも一方側において水晶片６１５の厚み方向中央側よりも高い。

ここで、本実施形態のドーピング部６３５のうちの主面側の部分と、第２実施形態のドーピング部２３５とでドーパント３９の濃度が同一であるとすると、本実施形態のドーピング部６３５のうちの厚さ方向中央側の部分においては、ドーパント３９の濃度が相対的に低いから、当該部分におけるドーパント３９により生じる効果は相対的に低くなる。ただし、ドーピング部６３５のうちの厚さ方向中央側の部分は、ドーピング部６３５のうちの主面側の部分から受ける圧縮作用によって原子間距離が短くなるから、効果の低減の一部は補償される。一方で、ドーパント３９の量及びドーピング工程の負担（電力及び時間等）は、第２実施形態よりも軽減される。また、当該厚さ方向中央側の部分において、ドーパント３９の濃度が相対的に低いことから、中央部の機械的強度を維持しつつ、主面側のドーパント濃度を高くすることで、機械的強度を備え、電気機械接合係数を大きくすることができる水晶片６１５を製造することが可能となる。

水晶成長時にドーパント３９を水晶に添加する場合においては、ドーパント３９の濃度は概ね一様になる。従って、本実施形態のように、ドーパント３９の濃度が厚さ方向において変化している場合、ウェハ５１に対してドーピングを行ったこと、すなわち、第１実施形態において説明した製造方法を実施したことを、製品から推定することができる。

なお、図１２（ｂ）では、１対の励振電極１７間のドーピング部について、ドーパント３９の濃度が厚さ方向において変化する態様を例示したが、他の位置のドーピング部（例えば水晶片の外縁に位置するドーピング部（図１０（ａ）））において、ドーパント３９の濃度が厚さ方向において変化してもよい。その濃度の変化は、複数のドーピング部間で同一であっても異なっていてもよい。

＜第７実施形態＞
図１２（ｃ）は、第７実施形態に係る振動素子７０５の水晶片７１５の材料を説明するための模式的な断面図である。

振動素子７０５（水晶片７１５）は、第５実施形態の厚み方向の主面側にのみドーピング部を設ける構成を第１又は第４実施形態のメサ型の水晶片に適用したものである。すなわち、本実施形態は、厚み方向におけるドーピング部の範囲のみが第１又は第４実施形態と相違する。別の観点では、本実施形態は、メサ型である点のみが第５実施形態と相違する。従って、１対の励振電極１７間（メサ部３１）に少なくとも一部（図示の例では全部）が位置するドーピング部７３５Ａ及び７３５Ｂ（以下、Ａ及びＢを省略することがある。）は、厚み方向において、水晶片７１５の主面側のみに位置している。

ドーピング部７３５の厚さは、第５実施形態と同様に、例えば、メサ部３１の厚さをｔとしたときに、１ｎｍ以上で、（ｔ−１０ｎｍ）／２以下である。また、ドーピング部７３５の厚さは、メサ部３１の主面から外周部３３の主面までの掘り込み量Ｍｄに比較して、薄くてもよいし、同等でもよいし（図示の例）、厚くてもよい。

非ドーピング部７３７は、水晶片７１５のうちのドーピング部７３５以外の部分である。ドーピング部７３５が水晶片７１５の主面側のみに位置していることにより、第５実施形態と同様に、非ドーピング部７３７は、１対の励振電極１７間にも位置している。

振動素子７０５の製造方法は、基本的には、第１又は第４実施形態の振動素子の製造方法と同様でよい。また、ドーピング部７３５は、第５実施形態と同様に、ドーピングの具体的な条件を適宜に設定することによって、水晶片７１５において主面側にのみ設けられる。例えば、ドーピングの時間は、第１又は第４実施形態よりも短くされる。

なお、ドーピング部７３５が、第１実施形態と同様に、平面視においてメサ部３１の主面（頂面）となる領域に収まっている場合においては、メサ部３１の側面は、第１実施形態と同様に、ウェハ５１の非ドーピング部のエッチングによって形成される。また、非ドーピング部７３７は、外周部３３の全体、メサ部３１の外縁部（メサ部３１の側面を含む）、及び１対のドーピング部７３５の間に位置する。

ドーピング部７３５が、第４実施形態と同様に、平面視においてメサ部３１の広さ（ここでは外周部３３の主面の高さにおける広さ）以上であり、かつドーピング部７３５の厚さが掘り込み量Ｍｄを超える場合においては、メサ部３１の側面は、第４実施形態と同様に、ドーピング部のエッチングによって形成される。また、ドーピング部７３５は、外周部３３のメサ部３１側かつ外周部３３の主面側に位置する。なお、ドーピング部７３５のメサ部３１の頂面からの深さは、メサ部３１における部分と外周部３３における部分とで同一である。

ドーピング部７３５が、第４実施形態と同様に、平面視においてメサ部３１の広さ（ここでは外周部３３の主面の高さにおける広さ）以上であり、かつドーピング部７３５の厚さが掘り込み量Ｍｄ以下である場合（図示の例）においては、メサ部３１の側面は、全部又は頂面側の一部がドーピング部のエッチングによって形成される。また、メサ部３１よりも広い範囲にドーピングがなされたにも関わらず、ドーピング部７３５は、外周部３３に位置しない。

上記のようにドーピング部７３５の範囲及び厚さに関して３種に分けて説明したが、いずれにせよ、ドーピング部７３５は、メサ部３１の頂面から一定（同一）の深さまでの一部のみに位置する。

ドーピング部７３５が、平面視においてメサ部３１の広さ（外周部３３の主面の高さにおける広さ）以上であり、かつドーピング部７３５の厚さが掘り込み量Ｍｄ以下である場合においては、選択マスクの作成（ＳＴ２１）及び選択マスクの除去（ＳＴ２４）を省略してもよい。この場合であっても、ウェハ５１のうちの外周部３３に重なる領域のドーピング部はメサエッチングによって除去されるから、図示の例のように外周部３３が非ドーピング部７３７のみによって構成された水晶片７１５が得られる。

以上のとおり、本実施形態においても、水晶片７１５は、ドーピング部７３５と、非ドーピング部７３７とを有し、ドーピング部７３５は、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を含む。ドーピング部７３５の少なくとも一部は、１対の励振電極１７間に位置している。従って、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、等価直列抵抗が低下する。

また、ドーピング部７３５は、水晶片７１５の主面側にのみ位置するから、第５実施形態と同様の効果が得られる。例えば、非ドーピング部７３７であっても、ドーピング部７３５と重なる部分についてはドーピング部７３５から受ける圧縮作用によって等価直列抵抗を低減できる。

さらに、本実施形態では、ドーピング部７３５は、水晶片７１５の厚みのうち、メサ部３１の頂面から一定の深さまでの一部のみに位置している。

従って、主面側にのみ位置するドーピング部７３５と、メサ型とが組み合わされることによる有利な効果が奏される。例えば、ドーピング部７３５が外周部３３まで広がっていたとしても、非ドーピング部７３７の厚さに対するドーピング部７３５の厚さの比は、メサ部３１の方が外周部３３よりも大きくなる（前記の比が外周部３３において０の場合を含む）。意図せず非ドーピング部７３７に広がったドーパント３９の濃度についても同様のことが言える。従って、例えば、ドーパント３９による作用をメサ部３１において相対的に大きくして、エネルギー閉じ込め効果等を増大させることができる。特に、ドーピング部７３５の厚さが掘り込み量Ｍｄよりも小さい場合においては、ドーピング部７３５が外周部３３に形成されるおそれをより確実に低減できる。

なお、図示の例では、ドーピング部７３５は、水晶片７１５の１対の主面のそれぞれにおいて設けられているが、第５実施形態において述べたように、ドーピング部７３５は、１対の主面の一方のみに設けられていてもよい。

＜第８実施形態＞
図１２（ｄ）は、第８実施形態に係る振動素子８０５の水晶片８１５の材料を説明するための模式的な断面図である。

上述の第７実施形態では、第５実施形態における水晶片の主面側にのみドーピング部が設けられる特徴を第１又は第４実施形態のメサ型の振動素子に適用した。これと同様に、本実施形態は、第６実施形態における水晶片の主面側においてドーパント３９の濃度が高い特徴を第１又は第４実施形態のメサ型の振動素子に適用したものである。

すなわち、水晶片８１５において、ドーピング部８３５は、メサ部３１に少なくとも一部（図示の例では全部）が位置しており、厚さ方向の中央側ほどドーパント３９の濃度が低くなっている。平面視におけるドーピング部８３５（非ドーピング部８３７）の範囲については、第１又は第４実施形態において述べたとおりである。ドーパント３９の濃度の厚さ方向における変化は、第６実施形態において述べたとおりである。

振動素子８０５の製造方法は、基本的には第１実施形態と同様である。ただし、ドーピング（ＳＴ２）においては、第６実施形態と同様に、ドーピングの具体的な条件を調整する（例えばドーピングの時間を第１実施形態よりも短くする）ことによって、主面側におけるドーパント３９の濃度を厚さ方向中央側におけるドーパント３９の濃度に比較して高くする。

以上のとおり、本実施形態においても、水晶片８１５は、ドーピング部８３５と、非ドーピング部８３７とを有し、ドーピング部８３５は、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパント３９を含む。ドーピング部８３５の少なくとも一部は、１対の励振電極１７間に位置している。従って、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、等価直列抵抗が低下する。

また、本実施形態では、第５〜第７実施形態から類推されるように、水晶片８１５の主面側においてドーパント３９の濃度が相対的に高い構成と、メサ型との組み合わせによって、ドーパント３９の濃度が相対的に低い厚みに対するドーパント３９の濃度が相対的に高い厚みの比を外周部３３よりもメサ部３１において大きくし、エネルギー閉じ込め効果等を向上させることができる。

＜第９実施形態＞
以下に説明する本実施形態に係る製造方法によって作製される振動素子は、ドーピング部の平面形状と励振電極１７の平面形状とが概ね一致する限り、既に説明したいずれの実施形態の振動素子であってもよい。以下では、メサ型で、かつ厚さ方向の主面側にのみドーピング部が形成される態様を想定して、第７実施形態の符号を用いることがある。

図１３は、第９実施形態に係る振動素子の製造方法の手順を説明するためフローチャートである。

ステップＳＴ３１は、ステップＳＴ１と同様の工程であり、説明は省略する。

ステップＳＴ３２は、振動素子がメサ型であれば、ステップＳＴ３〜ＳＴ８と同様の工程であり、振動素子が平板状であれば、ステップＳＴ３〜ＳＴ５と同様の工程であり、説明は省略する。

ステップＳＴ３３は、基本的にはステップＳＴ９と同様のものである。ただし、ステップＳＴ３３で形成される導電層（少なくとも励振電極１７）は、ドーパント３９となる元素を含む金属によって形成される。当該金属は、ドーパント３９となる元素のみからなるものであってもよいし、ドーパント３９となる元素を含む合金であってもよい。合金は、例えば、ドーパント３９がゲルマニウムである場合は金ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）合金である。金ゲルマニウム合金において、ゲルマニウムの割合は、例えば、５質量％以上１５質量％以下であり、金の割合は、例えば、１００質量％から前記のゲルマニウムの含有量及び不可避に混入する不純物の含有量を引いた値である。

ステップＳＴ３４では、ドーピングを行う。このように、第１実施形態では、エッチング及び導電層の形成前にドーピングを行ったのに対して、本実施形態では、励振電極１７を形成した後にドーピングを行う。

ステップＳＴ３５は、ステップＳＴ１０と同様の工程であり、説明は省略する。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、ステップＳＴ３４のドーピングを説明するための模式的な断面図である。

これらの図と図７（ｄ）との比較から理解されるように、ステップＳＴ３４では、図７（ｄ）の金属６５に代えて、１対の励振電極１７に対して電圧を印加する。これにより、１対の励振電極１７に含まれるドーパント３９が水晶に添加される。

なお、図示の例では、図７（ｄ）において金属６５を励振電極１７に置換した態様を示しているが、その他のドーピング方法（例えば熱拡散）において、金属６５を励振電極１７に置換して、本実施形態の製造方法を実現してもよい。

１対の励振電極１７のうち一方のみをドーパント３９を含む励振電極１７とすれば、一方の主面側にのみドーピング部７３５を形成することができる。また、励振電極１７はドーパント３９を含む材料によって形成する一方で、引出電極１９はドーパント３９を含まない材料によって形成するなど、励振電極１７を含む導電層内で材料を異ならせることによって、導電層と重なる領域内においてドーピング部７３５の範囲を任意に設定することができる。

第５〜第８実施形態において説明したように、ドーピングの具体的な条件（例えばドーピング時間等）を調整することによって、水晶片部５５の厚さ方向中央側にもドーピング部を広げつつ、厚さ方向中央側におけるドーパント３９の濃度を低くしたり、厚さ方向の全体に亘ってドーピング部を形成したりすることもできる。ただし、水晶片７１５及び励振電極１７の現実的な厚み等を考慮すると、本実施形態の製造方法は、第５又は第７実施形態のように、主面側においてのみドーピング部７３５を形成する態様への適用が容易である。

以上のとおり、本実施形態の製造方法は、エッチング工程（ＳＴ３２）と、導電層形成工程（ＳＴ３３）と、個片化工程（ＳＴ３５）とを有している。エッチング工程（ＳＴ３２）では、ウェハ５１をエッチングして、複数の水晶片部５５を形成する。導電層形成工程では、複数の水晶片部５５それぞれの主面の一部に励振電極１７を形成する。個片化工程では、複数の励振電極１７が形成された複数の水晶片部５５を個片化する。複数の励振電極１７は、ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素（ドーパント３９）を含む。本実施形態の製造方法は、複数の励振電極１７に熱及び電圧の少なくとも一方を印加して前記の元素（ドーパント３９）を複数の水晶片部５５に添加するドーピング工程を更に有している。

従って、例えば、まず、１対の励振電極１７間にドーピング部が位置する、第１〜第８実施形態の振動素子を実現することができる。また、励振電極１７が含むドーパント３９を水晶片に添加することから、例えば、図７（ｂ）又は図７（ｄ）を参照して説明した金属６５の配置及び除去は不要である。さらに、選択マスク６１の形成及び除去も省略することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

水晶振動素子を有する水晶振動デバイスは、水晶振動子に限定されない。例えば、水晶振動素子に加えて、水晶振動素子に電圧を印加して発振信号を生成する集積回路素子（ＩＣ：Integrated Circuit）を有する発振器であってもよい。また、例えば、水晶振動デバイス（水晶振動子）は、水晶振動素子の他に、サーミスタ等の他の電子素子を有するものであってもよい。また、水晶振動デバイスは、恒温槽付のものであってもよい。水晶振動デバイスにおいて、水晶振動素子をパッケージングするパッケージの構造は、適宜な構成とされてよい。例えば、パッケージは、上面及び下面に凹部を有する断面Ｈ型のものであってもよい。

水晶振動素子は、厚みすべり振動を利用するものに限定されないし、水晶片は、ＡＴカット板に限定されない。例えば、水晶片は、ＢＴカット板であってもよい。また、水晶片の平面形状は、長方形又はこれに類する形状に限定されない。例えば、水晶片の平面形状は、円形又は楕円形であってもよい。

水晶振動素子は、片持ち梁状に支持されるもの（１対のパッドが一端側に設けられるもの）に限定されず、例えば、両端が支持されるものであってもよい。別の観点では、１対の引出電極は、１対の励振電極から互いに逆側へ引き出されていてもよいし、互いに所定の角度で交差する方向に引き出されていてもよい。

ドーピング部において、ドーパントの濃度は、平面方向において変化してもよい。例えば、選択マスク６１を介してドーピングを行う場合において、ドーピングの方法乃至は条件によっては、ドーパント３９が選択マスク６１の開口から選択マスク６１の直下へも侵入する。そこで、ドーピング部を形成する予定の領域よりも選択マスク６１の開口を小さくする。これにより、ドーピング部は、平面視において、ドーパントの濃度が相対的に低い領域と相対的に高い領域とを有する。

非ドーピング部は、平面視においてドーピング部と異なる領域に設けられていなくてもよい。例えば、水晶片の厚さ方向の一部においてのみ非ドーピング部が設けられていてもよい。この場合であっても、１対の励振電極間にドーパントが位置していることによって、等価直列抵抗の低下等の効果が得られることに変わりはない。

また、例えば、第７実施形態（図１２（ｃ））においては、平面視において水晶片７１５の全体にドーピング部７３５が亘っていたとしても、厚さ方向中央側に非ドーピング部７３７が位置していれば、既に述べたように、メサ部３１は、外周部３３に比較して、ドーピング部７３５が厚みに占める割合が大きくなり、エネルギー閉じ込め等の効果が奏される。

また、非ドーピング部が１対の励振電極間に位置しているドーピング部（例えば３５）を平面視において囲んでいる場合において、非ドーピング部は、ドーピング部の全周を囲んでいる必要はない。例えば、ドーピング部の外周の少なくとも一部において非ドーピング部が位置していれば、当該非ドーピング部への振動漏れが低減される効果が多少なりとも奏される。ただし、水晶片の１対の主面間に亘る非ドーピング部がドーピング部の半周以上又は全周に亘ってドーピング部を囲んでいれば、より良好にエネルギー閉じ込め効果等の効果が得られる。なお、半周以上か否かは、例えば、平面視においてドーピング部の図形重心又は励振電極の図形重心を中心にして、１８０°以上の角度範囲に亘って非ドーピング部が位置しているか否かによって判定してよい。

１…水晶振動子（水晶振動デバイス）、５…水晶振動素子、１５…水晶片、３１…メサ部、３３…外周部、１７…励振電極、１９…引出電極、３５…ドーピング部、３７…非ドーピング部。

Claims (6)

1. ケイ素よりも原子量が大きい周期表第１４族の元素からなるドーパントを少なくとも一部に含む水晶ウェハをエッチングして、複数の水晶片部を形成するエッチング工程と、
   前記複数の水晶片部に複数の励振電極を形成する導電層形成工程と、
   前記複数の励振電極が形成された前記複数の水晶片部を個片化する個片化工程と、
   を有しており、
   個片化された前記複数の水晶片部のそれぞれは、前記ドーパントを含む部分の少なくとも一部が１対の前記励振電極の間に位置する
   水晶振動素子の製造方法。
2. 前記エッチング工程の前に、前記水晶ウェハに前記ドーパントを添加するドーピング工程を更に備えている
   請求項１に記載の水晶振動素子の製造方法。
3. 前記ドーピング工程では、前記ドーパントを含む金属を前記水晶ウェハに当接させた状態で前記水晶ウェハ及び前記金属を加熱する
   請求項２に記載の水晶振動素子の製造方法。
4. 前記ドーピング工程では、前記ドーパントを含む金属を前記水晶ウェハに当接させた状態で前記金属に電圧を印加する
   請求項２に記載の水晶振動素子の製造方法。
5. 前記ドーピング工程では、前記水晶ウェハのうち前記複数の水晶片部の縁部となる領域に前記ドーパントを添加し、
   前記エッチング工程では、前記ドーパントが添加されている部分によって前記水晶片部の側面を形成する
   請求項２〜４のいずれか１項に記載の水晶振動素子の製造方法。
6. 前記エッチング工程は、前記複数の水晶片部のそれぞれにおける外周部をエッチングして、前記複数の水晶片部のそれぞれにおいて、メサ部と、平面視において前記メサ部を囲み、前記メサ部よりも薄い前記外周部とを形成するメサエッチング工程を含み、
   前記ドーピング工程では、前記メサ部となる領域に対して前記ドーパントを添加し、
   前記メサエッチング工程では、前記ドーパントが添加されている部分によって前記メサ部の側面を形成する
   請求項２〜５のいずれか１項に記載の水晶振動素子の製造方法。

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