JPH05226673A - 振動形トランスデューサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 層間のリーク電流による電気的特性の劣化を
防止して、電気的特性の良好なトランスデューサを実現
することである。 【構成】 シリコン単結晶の基板上に設けられた振動梁
と、該振動梁を囲み前記基板と真空室を構成するシェル
とを形成する振動形トランスデューサの製造方法におい
て、単結晶シリコンの振動梁となる第２エピタキシャル
層２０７形成後その上面にシェルに相当するｎ形の第４
エピタキシャル層２１０を成長させ、第２エピタキシャ
ル層２０７に対して第４エピタキシャル層２１０又はこ
れと導通している基板１に正電位を印加しエッチング注
入口２１１からアルカリ液を注入して第１エピタキシャ
ル層２０６と第３エピタキシャル層２０８とを除去し第
４エピタキシャル層２１０の表面に第５エピタキシャル
層２１１を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリコン単結晶を用いて
測定圧力に対応した歪みを周波数信号として検出する振
動形トランスデューサの製造方法に関し、特に、その電
気特性を向上させるように改良した振動形トランスデュ
ーサの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動形トランスデューサの製造方
法を図面を用いて説明する。図１４は従来から一般に使
用されている振動形トランスデューサの要部構成説明
図、図１５は、図１４のＡ−Ａ断面図である。

【０００３】図において、１は半導体単結晶材で作られ
た基板、２は基板１に設けられ測定圧Ｐ_m を受圧する測
定ダイアフラムである。３は測定ダイアフラム２に埋め
込んで設けられた歪検出センサとして用いられる振動梁
である。４は封止用の半導体エピタキシャル成長層から
なるシェルで、振動梁３を測定ダイアフラム２に封止す
る。

【０００４】振動梁３の周囲の、振動梁３と測定ダイア
フラム２及びシェル４との間には真空室５が設けられて
いる。振動梁３は、永久磁石（図示せず）による磁場
と、振動梁３に接続された閉ループ自励発振回路（図示
せず）とにより、振動梁３自らの固有振動数で発振する
ように構成されている。

【０００５】図１６は振動梁３を含む測定部の拡大断面
図である。図において、１１は振動梁３の表面を覆って
設けられた酸化膜或いは窒化膜からなる第１層、１２は
第１層１１の表面を覆って設けられた表面が粗いポリシ
リコンから成る第２層である。

【０００６】１３は真空室５の内表面を覆って設けられ
た酸化膜或いは窒化膜からなる第３層、１４は第３層１
３の表面を覆って設けられたポリシリコンから成る第４
層である。

【０００７】１５はシェル４の外表面を覆って設けられ
たシリコン単結晶から成る第５層である。上記のような
構成において、測定ダイアフラム２に測定圧力Ｐ_m が加
わると、振動梁３の軸力が変化し、固有振動数が変化す
るため、発振周波数の変化により測定圧力Ｐ_m の測定が
できる。

【０００８】このような図１４〜図１６に示す振動形ト
ランスデューサの製造方法を図１７〜図２５に示す。各
図において、同一の部分には同一の符号を用いてある。 （ａ）ｎ形シリコン面にカットされた基板１に、シリコ
ン酸化物或いはシリコン窒化物の膜１０１を形成する
（図１７）。図にはシリコン酸化物（ＳｉＯ₂ ）の例を
示してある。

【０００９】（ｂ）膜１０１の所要の箇所１０２をフォ
トリソグラフィにより除去する（図１８）。 （ｃ）１０５０℃の水素雰囲気中で、塩化水素でエッチ
ングを行い、基板１に所要の箇所１０２をエッチングし
て、膜１０１をアンダーカットして凹部１０３を形成す
る（図１９）。尚、塩化水素によるエッチングの代り
に、高温水蒸気か高温酸素を用いるか、或いは、４０℃
〜１３０℃のアルカリ液による異方性エッチングを行っ
てもよい。

【００１０】（ｄ）１０５０℃の水素雰囲気中で、ソー
スガスに塩化水素ガスを混入して、ボロンの濃度１０¹⁸
cm^-3のｐ形シリコンにより、真空室５の下半分に相当す
る第１エピタキシャル層１０４を選択エピタキシャル成
長させる（図２０）。

【００１１】（ｅ）次に、ボロンの濃度３×１０¹⁹cm^-3
のｐ形シリコンにより、第１エピタキシャル層１０４の
表面に、所要の箇所１０２を塞ぐように、振動梁３に相
当する第２エピタキシャル層１０５を選択エピタキシャ
ル成長させる（図２０）。

【００１２】（ｆ）次に、ボロンの濃度１０¹⁸cm^-3のｐ
形シリコンにより、第２エピタキシャル層１０５の表面
に、真空室５の上半分に相当する第３エピタキシャル層
１０６を選択エピタキシャル成長させる（図２０）。

【００１３】（ｇ）次に、ボロンの濃度３×１０¹⁹cm^-3
のｐ形シリコンにより、第３エピタキシャル層１０６の
表面に、シェル４に相当する第４エピタキシャル層１０
７を選択エピタキシャル成長させる（図２０）。

【００１４】（ｈ）シリコン酸化物或いはシリコン窒化
物の膜１０１をフッ化水素酸（ＨＦ）でエッチングして
除去し、エッチング注入口１０８を設ける（図２１）。 （ｉ）第４エピタキシャル層１０７に対して基板１に正
のパルス或いは正の電圧を印加して、エッチング注入口
１０８からアルカリ液を注入して、第１エピタキシャル
層１０４と第３エピタキシャル層１０６を選択エッチン
グして除去する（図２２）。

【００１５】第２エピタキシャル層１０５と第１エピタ
キシャル層１０４或いは第３エピタキシャル層１０６と
の間にエッチング作用の差があるのは、ボロンの濃度が
３×１０¹⁹cm^-3以上となるとエッチング作用に抑制現象
が生ずることによるためである。

【００１６】（ｊ）全体にシリコン酸化物又はシリコン
窒化物或いはポリシリコンの膜１０９を形成する（図２
３）。この場合は、酸化シリコン膜１０９を形成する。 （ｋ）第４エピタキシャル層１０７の外表面及び基板１
の外表面の酸化シリコン膜１０９を異方性ドライエッチ
ングによって除去する（図２４）。

【００１７】（ｌ）９５０℃，２００Torr中で、シラン
（ＳｉＨ₄ ）０．３ｌ／min 、フォスフィン（ＰＨ₃ ）
０．０００５ｌ／min 、水素２００ｌ／min の状態で、
酸化シリコン膜１０９の表面にポリシリコン膜１１０が
形成され、エッチング注入口１０８を閉じる。そして第
４エピタキシャル層１０７の外表面及び基板１の外表面
にｎ形の第５エピタキシャル層１１１が形成される（図
２５）。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の振動形ト
ランスデューサの製造方法において、ポリシリコン封止
工程は振動子エッチング後に酸化シリコン膜１０９等の
絶縁膜を成膜し、異方性ドライエッチングにより、シェ
ル４内にだけ酸化シリコン膜１０９等を残して通常の封
止エピタキシャル成長を行い、シェル内部をポリシリコ
ン構造にしている。

【００１９】しかしながら、異方性ドライエッチングに
よって酸化シリコン膜１０９を除く工程において、シェ
ル４に相当する第４エピタキシャル層１０７の外側の側
壁部にも膜が残るため、この部分にもポリシリコンが成
長する。このポリシリコンはシェル４に相当する第４エ
ピタキシャル層１０７のｐ層と、封止エピタキシャルで
ある第５エピタキシャル層１１１のｎ層をポリシリコン
抵抗で短絡させることになり、ＰＮ接合の逆方向電流
（リーク電流）が増大し、電気的特性が劣化する。

【００２０】図２６は従来の振動形トランスデューサが
構成する等価電気回路である。図において、ｅを外部に
取り出される振動検出信号、ｅ₀ を振動梁３の発生する
信号による起電力、ｚ_s をシェルの内部インピーダン
ス、ｚ_v を振動梁３の内部インピーダンスとすると、振
動検出信号ｅは次式で表される。

【００２１】

【数１】

【００２２】（１）式で明らかなように、振動検出信号
ｅは振動梁３の起電力ｅ₀ が減少して出力される。本発
明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、上
記の電気的特性の劣化を防止して、電気的特性の良好な
トランスデューサを実現することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する本
発明は、シリコン単結晶の基板上に設けられ、振動手段
により励振され励振検出手段によって振動が検出される
シリコン単結晶材から成る振動梁と、該振動梁を囲み、
前記基板と真空室を構成し前記振動梁の周囲に隙間を保
つように形成するシリコン材から成るシェルとで構成さ
れる振動形トランスデューサの製造方法において、以下
に示す工程から成ることを特徴とするものである。

【００２４】（ａ）前記シリコン単結晶の基板上にシリ
コン酸化物或いはシリコン窒化物の第１の膜を形成する
工程。 （ｂ）前記第１の膜の所要の箇所をフォトリソグラフィ
により除去する工程。

【００２５】（ｃ）第１の膜よりも非常に薄いシリコン
酸化膜或いはシリコン窒化膜である第２の膜を前記所要
の箇所に形成する工程。 （ｄ）前記第２の膜の所要の箇所をフォトリソグラフィ
により除去する工程。

【００２６】（ｅ）前記基板に前記第２の膜の所要の箇
所をエッチングして前記第１の膜及び前記第２の膜をア
ンダーカットして凹部を形成する工程。 （ｆ）該凹部にｐ形第１エピタキシャル層を選択エピタ
キシャル成長させる工程。

【００２７】（ｇ）前記第１エピタキシャル層の上面の
前記第１の膜と前記第２の膜との間に高濃度のｐ形第２
エピタキシャル層を選択エピタキシャル成長させる工
程。 （ｈ）前記第２エピタキシャル層の上面に前記凹部を覆
うようにｐ形第３エピタキシャル層を選択エピタキシャ
ル成長させる工程。

【００２８】（ｉ）前記第２の膜の基板上に露出した部
分をエッチングして除去する工程。 （ｊ）前記第３エピタキシャル層の上面にｎ形第４エピ
タキシャル層を選択エピタキシャル成長させる工程。

【００２９】（ｋ）前記第１の膜をエッチングにより除
去し、エッチング注入口を形成する工程。 （ｌ）前記第２エピタキシャル層に対して第４エピタキ
シャル層又はこれと導通している前記基板に正電位を印
加して、前記エッチング注入口からアルカリ液を注入す
ることにより、前記第１エピタキシャル層と前記第３エ
ピタキシャル層とを選択エッチングして除去する工程。

【００３０】（ｍ）前記基板及び前記各エピタキシャル
層の露出面にシリコン酸化物又はシリコン窒化物或いは
ポリシリコンの第３の膜を形成する工程。 （ｎ）前記第４エピタキシャル層の外表面及び前記基板
の外表面の前記第３の膜を異方性ドライエッチングによ
り除去する工程。

【００３１】（ｏ）除去されない該第３の膜の表面にポ
リシリコンの第４の膜を形成し、前記エッチング注入口
を閉鎖し、同時に、第４エピタキシャル層の外表面及び
基板の外表面にｎ形の第５エピタキシャル層を形成する
工程。

【００３２】

【作用】シリコン単結晶の基板上にシリコン酸化物かシ
リコン窒化物の第１の膜を形成する。該第１の膜の所要
の箇所をフォトリソグラフィにより除去し、薄い第２の
膜を前記所要の箇所に形成する。次に第２の膜の所要の
箇所をフォトリソグラフィにより除去し、基板に第２の
膜の所要の箇所をエッチングして第１の膜及び第２の膜
をアンダーカットして凹部を形成する。次に凹部にｐ形
第１エピタキシャル層を選択エピタキシャル成長させ、
この第１エピタキシャル層の上面の前記第１の膜と前記
第２の膜との間に高濃度のｐ形第２エピタキシャル層を
選択エピタキシャル成長させ、次いで、前記第２エピタ
キシャル層の上面に前記の凹部を覆うようにｐ形第３エ
ピタキシャル層を選択エピタキシャル成長させる。

【００３３】次に前記第２の膜の基板上に露出した部分
をエッチングして除去し、前記第３エピタキシャル層の
上面にｎ形第４エピタキシャル層を選択エピタキシャル
成長させた後、前記第１の膜をエッチングにより除去
し、エッチング注入口を形成する。前記第２エピタキシ
ャル層に対して第４エピタキシャル層又はこれと導通し
ている基板に正電位を加え、エッチング注入口からアル
カリ液を注入することにより、前記第１エピタキシャル
層と前記第３エピタキシャル層とを選択エッチングして
除去する。次に前記基板及び各エピタキシャル層の露出
面に第３の膜を形成し、第４エピタキシャル層の外表面
及び前記基板の外表面の前記第３の膜を異方性ドライエ
ッチングにより除去し、除去されない第３の膜の表面に
第４の膜を形成し、エッチング注入口を閉鎖し、同時に
第４エピタキシャル層の外表面及び基板の外表面にｎ形
の第５エピタキシャル層を形成する。これによりシェル
と封止エピタキシャル層である第５エピタキシャル層と
の間のリーク電流がなくなる。

【００３４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１〜図１３は本発明の一実施例の要部製
作の工程の説明図である。図において、図１４と同一機
能部分は同一の符号を付してある。

【００３５】（１）ｎ形シリコン面にカットされた基板
１にシリコン酸化物或いはシリコン窒化物の第１の膜２
０１を形成する（図１）。 （２）膜２０１の所要の箇所２０２をフォトリソグラフ
ィにより除去する（図２）。この箇所２０２は断面図に
おいて右方全面である。

【００３６】（３）膜２０１よりも非常に薄いシリコン
酸化膜或いはシリコン窒化膜である第２の膜２０３を所
要の箇所２０２に形成する。 （４）膜２０３の所要の箇所２０４をフォトリソグラフ
ィにより除去する（図４）。

【００３７】（５）塩化水素でエッチングを行い、基板
１に所要の箇所２０４をエッチングして膜２０１及び膜
２０３をアンダーカットして凹部２０５を形成する（図
５）。尚、塩化水素でエッチングする代りに、高温水蒸
気か高温酸素を用いてエッチングするか、或いは４０℃
〜１３０℃のアルカリ液による異方性エッチングによっ
て行ってもよい。

【００３８】（６）凹部２０５にボロンの濃度１０¹⁸cm
^-3のｐ形第１エピタキシャル層２０６を選択エピタキシ
ャル成長させる（図６）。 （７）第１エピタキシャル層２０６の上面で、膜２０１
と膜２０３との欠除している空間に、ボロンの濃度３×
１０¹⁹cm^-3以上のｐ形第２エピタキシャル層２０７を選
択エピタキシャル成長させる（図６）。

【００３９】（８）ボロンの濃度３×１０¹⁸cm^-3のｐ形
第３エピタキシャル層２０８を第２エピタキシャル層２
０７の上面に選択エピタキシャル成長させる（図６）。 （９）工程（３）で形成した非常に薄い膜２０３の基板
１上の部分をエッチングして除去する（図７）。

【００４０】（１０）第３エピタキシャル層２０８の上
面にリン濃度１０¹⁸cm^-3のｎ形第４エピタキシャル層２
１０を選択エピタキシャル成長させる（図８）。第４エ
ピタキシャル層２１０は一部は膜２０１の上に、一部は
基板１上に成長する。

【００４１】（１１）シリコン酸化膜或いはシリコン窒
化膜２０１をフッ化水素酸（ＨＦ）でエッチングし、エ
ッチング注入口２１１を設ける（図９）。 （１２）第２エピタキシャル層２０７に対して第４エピ
タキシャル層２１０に正のパルス又は正の電圧を印加し
て、エッチング注入口２１１から、アルカリ液を注入し
て第１エピタキシャル層２０６と第３エピタキシャル層
２０８を除去する（図１０）。この場合第４エピタキシ
ャル層２１０は基板１上に成長させていて電気的に導通
しているので、基板１を正極としてもよく、すべてのト
ランスデューサに共通に正パルス又は正電圧を印加する
ことができる。

【００４２】（１３）全体の表面にシリコン酸化物又は
シリコン窒化物或いはポリシリコンの第３の膜２１２を
形成する（図１１）。この例では酸化シリコン膜２１２
を形成する。

【００４３】（１４）第４エピタキシャル層２１０の外
表面及び基板１の外表面の酸化シリコン膜２１２を異方
性ドライエッチングによって除去する（図１２）。 （１５）９５０℃，２００Torr中で、シラン（Ｓｉ
Ｈ₄ ）０．３ｌ／min 、フォスフィン（ＰＨ₃ ）０．０
００５ｌ／min 、水素２００ｌ／min の状態で、酸化シ
リコン膜２１２の表面にポリシリコンの第４の膜２１３
を形成し、エッチング注入口２１１を閉じる。そして第
４エピタキシャル層２１０の外表面及び基板１の外表面
にｎ形の第５エピタキシャル層２１４を形成する（図１
３）。

【００４４】以上説明したように本実施例によれば、シ
ェルである第４エピタキシャル層２１０をｎ形シリコン
で形成したためポリシリコン膜による電流のリーク経路
がなくなった。

【００４５】又、第４エピタキシャル層２１０の一部は
基板１上に形成されているため第４エピタキシャル層２
１０と基板１とが導通されており、基板１に対する配線
１本で振動子のエッチングが可能となり、ウェハ単位で
プロセスができ、工程が簡略化されて安価な振動形トラ
ンスデューサが製造できる。

【００４６】更に動作検出信号ｅは、従来は（１）式に
示すように減少していたが、本実施例では振動梁である
第２エピタキシャル層２０５とシェルである第４エピタ
キシャル層２０７とは絶縁されているため，（１）式は
（２）式のようになって、振動梁の起電力をそのまま出
力として取り出すことができる。

【００４７】

【数２】

【００４８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、ポリシリコン膜による電流リーク経路がなくなって
振動形トランスデューサの電気的特性の劣化がなくな
り、電気的特性の良好なトランスデューサが得られ、実
用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図であ
る。

【図２】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図であ
る。

【図３】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図であ
る。

【図４】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図であ
る。

【図５】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図であ
る。

【図６】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図であ
る。

【図７】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図であ
る。

【図８】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図であ
る。

【図９】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図であ
る。

【図１０】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図で
ある。

【図１１】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図で
ある。

【図１２】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図で
ある。

【図１３】本発明の一実施例の製造方法の要部説明図で
ある。

【図１４】従来から一般に使用されている振動形トラン
スデューサの構成説明図である。

【図１５】図１４の振動形トランスデューサのＡ−Ａ断
面図である。

【図１６】振動梁を含む測定部の拡大断面図である。

【図１７】図１４の要部製作説明図である。

【図１８】図１４の要部製作説明図である。

【図１９】図１４の要部製作説明図である。

【図２０】図１４の要部製作説明図である。

【図２１】図１４の要部製作説明図である。

【図２２】図１４の要部製作説明図である。

【図２３】図１４の要部製作説明図である。

【図２４】図１４の要部製作説明図である。

【図２５】図１４の要部製作説明図である。

【図２６】図１４の振動形トランスデューサの等価電気
回路である。

【符号の説明】 １ 基板 ３ 振動梁 ４ シェル ５ 真空室 ２０１，２０３，２１２，２１３ 膜 ２０６ 第１エピタキシャル
層 ２０７ 第２エピタキシャル
層 ２０８ 第３エピタキシャル
層 ２１０ 第４エピタキシャル
層 ２１１ 第５エピタキシャル
層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン単結晶の基板（１）上に設けら
   れ、振動手段により励振され励振検出手段によって振動
   が検出されるシリコン単結晶材から成る振動梁（３）
   と、該振動梁（３）を囲み、前記基板（１）と真空室
   （５）を構成し前記振動梁（３）の周囲に隙間を保つよ
   うに形成するシリコン材から成るシェル（４）とで構成
   される振動形トランスデューサの製造方法において、 以下に示す工程から成ることを特徴とする振動形トラン
   スデューサの製造方法。 （ａ）前記シリコン単結晶の基板（１）上にシリコン酸
   化物或いはシリコン窒化物の第１の膜（２０１）を形成
   する工程。 （ｂ）前記第１の膜（２０１）の所要の箇所（２０２）
   をフォトリソグラフィにより除去する工程。 （ｃ）第１の膜（２０１）よりも非常に薄いシリコン酸
   化膜或いはシリコン窒化膜である第２の膜（２０３）を
   前記所要の箇所（２０２）に形成する工程。 （ｄ）前記第２の膜（２０３）の所要の箇所（２０４）
   をフォトリソグラフィにより除去する工程。 （ｅ）前記基板（１）に前記第２の膜（２０３）の所要
   の箇所（２０４）をエッチングして前記第１の膜（２０
   １）及び前記第２の膜（２０３）をアンダーカットして
   凹部（２０５）を形成する工程。 （ｆ）該凹部（２０５）にｐ形第１エピタキシャル層
   （２０６）を選択エピタキシャル成長させる工程。 （ｇ）前記第１エピタキシャル層（２０６）の上面の前
   記第１の膜（２０１）と前記第２の膜（２０３）との間
   に高濃度のｐ形第２エピタキシャル層（２０７）を選択
   エピタキシャル成長させる工程。 （ｈ）前記第２エピタキシャル層（２０７）の上面に前
   記凹部（２０５）を覆うようにｐ形第３エピタキシャル
   層（２０８）を選択エピタキシャル成長させる工程。 （ｉ）前記第２の膜（２０３）の基板（１）上に露出し
   た部分をエッチングして除去する工程。 （ｊ）前記第３エピタキシャル層（２０８）の上面にｎ
   形第４エピタキシャル層（２１０）を選択エピタキシャ
   ル成長させる工程。 （ｋ）前記第１の膜（２０１）をエッチングにより除去
   し、エッチング注入口（２１１）を形成する工程。 （ｌ）前記第２エピタキシャル層（２０７）に対して第
   ４エピタキシャル層（２１０）又はこれと導通している
   前記基板（１）に正電位を印加して、前記エッチング注
   入口（２１１）からアルカリ液を注入することにより、
   前記第１エピタキシャル層（２０６）と前記第３エピタ
   キシャル層（２０８）とを選択エッチングして除去する
   工程。 （ｍ）前記基板（１）及び前記各エピタキシャル層の露
   出面にシリコン酸化物又はシリコン窒化物或いはポリシ
   リコンの第３の膜（２１２）を形成する工程。 （ｎ）前記第４エピタキシャル層（２１０）の外表面及
   び前記基板（１）の外表面の前記第３の膜（２１２）を
   異方性ドライエッチングにより除去する工程。 （ｏ）除去されない該第３の膜（２１２）の表面にポリ
   シリコンの第４の膜（２１３）を形成し、前記エッチン
   グ注入口（２１１）を閉鎖し、同時に、第４エピタキシ
   ャル層（２１０）の外表面及び基板（１）の外表面にｎ
   形の第５エピタキシャル層（２１１）を形成する工程。