JPWO2016104004A1 - 共振子の製造方法 - Google Patents

Abstract

ウエハごとの抵抗率のばらつきに有効に対応することが可能な共振子の製造方法を提供する。共振子の製造方法は、縮退状態にあるＳｉウエハの表面にＳｉ酸化膜を形成するステップを含み、Ｓｉ酸化膜の厚さは、Ｓｉウエハの不純物のドープ量に応じて設定される。

Description

本発明は、共振子の製造方法に関する。

圧電共振子などの共振子の形成に先立って、例えばＰ（リン）などのｎ型ドーパントすなわち不純物が大量にドーピングされたＳｉ（シリコン）のインゴットが製造される。このインゴットから複数のウエハが切り出され、ウエハ上に規定される複数の区画に共振子が形成される。その後、ウエハの各区画の輪郭に沿って各区画が切り分けられて共振装置が形成される。

Ｓｉのインゴットは、例えばＣＺ法（チョクラルスキー法）と呼ばれる製造方法により、単結晶のＳｉを成長させることによってほぼ円柱形状に製造される。具体的には、インゴットは、例えばＰなどのｎ型ドーパントを大量にドーピングした多結晶のＳｉを加熱溶融させ、溶融したＳｉにＳｉ棒を浸けてＳｉ棒を回転させながら引き上げることによって製造される。

特開２０１０−０２８５３６号公報

こうしたインゴットでは、インゴットの径方向の外周側で内周側よりも不純物の濃度が大きくなり、同時に、インゴットの引き上げ方向の底部側で上部側よりも不純物の濃度が大きくなることが分かっている。こうした不純物の濃度の分布によって、インゴットでは、内周側から外周側に向かうにつれて抵抗率が下がる抵抗率の分布が形成され、また、上部側から底部側に向かうにつれて抵抗率が下がる抵抗率の分布が形成される。

このような抵抗率の分布を有するインゴットから切り出された複数のウエハでは、不純物の濃度の分布によってウエハごとに抵抗率がばらつく。こうしたウエハから製造される共振子では、ウエハごとの抵抗率のばらつきによって周波数温度特性にばらつきが生じる。しかしながら、従来、こうしたウエハごとの抵抗率のばらつきに対して何ら対応がなされていなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ウエハごとの抵抗率のばらつきに有効に対応することが可能な共振子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る共振子の製造方法は、縮退状態にあるＳｉウエハの表面にＳｉ酸化膜を形成するステップを含み、Ｓｉ酸化膜の厚さは、Ｓｉウエハの不純物のドープ量に応じて設定される。

本発明の別の側面に係る共振子の製造方法は、縮退状態にあるＳｉウエハの表面に圧電薄膜を形成するステップを含み、圧電薄膜の厚さは、Ｓｉウエハの不純物のドープ量の面内方向における分布に応じて設定される。

本発明の一側面に係るウエハ体は、縮退状態にあるＳｉウエハと、Ｓｉウエハの表面に形成された圧電薄膜と、を備え、圧電薄膜は、Ｓｉウエハの不純物のドープ量の面内方向における分布に応じて設定された厚さを有する。

本発明によれば、ウエハごとの抵抗率のばらつきに有効に対応することが可能な共振子の製造方法を提供することができる。

一具体例に係る圧電共振装置の外観を概略的に示す斜視図である。 一具体例に係る圧電共振装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。 図２の３−３線に沿った圧電共振子の断面の模式図である。 Ｓｉ酸化膜の厚さと圧電共振子の周波数温度特性範囲との関係を示すグラフである。 圧電薄膜の厚さと圧電共振子の周波数温度特性範囲との関係を示すグラフである。 不純物のドープ量と圧電共振子の弾性定数１次温度係数との関係を示すグラフである。 一具体例に係る圧電共振装置の製造方法を説明するための断面の模式図である。 一具体例に係る圧電共振装置の製造方法を説明するための断面の模式図である。 一具体例に係る圧電共振装置の製造方法を説明するための断面の模式図である。 ウエハの抵抗率と圧電共振子の周波数温度特性範囲との関係を示すグラフである。 一具体例に係る圧電共振装置の製造方法を説明するための断面の模式図である。 他の具体例に係る圧電共振装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。 図１２の１２−１２線に沿った圧電共振子の断面の模式図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、一具体例に係る圧電共振装置１０の外観を概略的に示す斜視図である。この圧電共振装置１０は、下側基板１１と、下側基板１１との間に振動空間を形成する上側基板１２と、下側基板１１及び上側基板１２の間に挟み込まれる圧電共振子１３と、を備えている。圧電共振子１３は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ共振子である。この圧電共振装置１０は、例えばスマートフォンなどの電子機器内に組み込まれるタイミングデバイスとして機能する。

図２は、一具体例に係る圧電共振装置１０の構造を概略的に示す分解斜視図である。図２に示すように、圧電共振子１３は、図２の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って矩形の枠状に広がる支持枠１４と、支持枠１４の一端から支持枠１４内にＸＹ平面に沿って平板状に広がる基部１５と、基部１５の一端に接続された固定端から自由端に向かってＸＹ平面に沿って延びる複数の振動腕１６と、を備えている。本実施形態では、Ｙ軸に平行に４本の振動腕１６が延びている。なお、振動腕１６の数は、４本に限定されず、例えば３本以上の任意の数に設定される。

一具体例に係る圧電共振装置１０では、下側基板１１はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、その上面に凹部１７が形成されている。凹部１７は、例えば平たい直方体形状に形成されており、振動腕１６の振動空間の一部を形成する。その一方で、上側基板１２はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、その下面に凹部１８が形成されている。凹部１８は、例えば平たい直方体形状に形成されており、振動腕１６の振動空間の一部を形成する。下側基板１１及び上側基板１２はともにＳｉ（シリコン）から形成されている。

この圧電共振装置１０では、凹部１７の外側に規定される下側基板１１の上面の周縁部上に圧電共振子１３の支持枠１４が受け止められ、圧電共振子１３の支持枠１４上に、凹部１８の外側に規定される上側基板１２の下面の周縁が受け止められる。こうして下側基板１１と上側基板１２との間に圧電共振子１３が保持され、下側基板１１と上側基板１２と圧電共振子１３の支持枠１４とによって振動腕１６の振動空間が形成される。この振動空間は気密に保持され、真空状態が維持されている。

図３は、図２の３−３線に沿った圧電共振子１３の断面の模式図である。図３を併せて参照すると、圧電共振子１３では、振動腕１６は、Ｓｉ酸化膜（熱酸化膜）例えばＳｉＯ₂層（二酸化ケイ素）２１と、ＳｉＯ₂層２１上に積層された活性層すなわちＳｉ層２２と、Ｓｉ層２２上に積層された圧電薄膜すなわちＡｌＮ（窒化アルミニウム）層２３と、ＡｌＮ層２３を挟み込むようにＡｌＮ層２３の上面及び下面に形成された下側電極すなわちＭｏ（モリブデン）層２４及び上側電極すなわちＭｏ層２５と、さらにＭｏ層２５上に積層されたＡｌＮ層２３´を備えている。なお、ＳｉＯ₂層２１はＳｉ層２２とＭｏ層２４との間やＭｏ層２５の上面に形成されてもよい。

Ｓｉ酸化膜には、Ｓｉ_aＯ_b層（ａ及びｂは整数）の任意の組成を含む酸化ケイ素材料が用いられる。活性層は、縮退状態にあるｎ型のＳｉ半導体から形成されており、不純物すなわちｎ型ドーパントとしてＰ（リン）やＡｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などの第１５族元素などを含む。なお、活性層にはＰ、Ａｓ、Ｓｂのうちの２つ以上を混在させてもよい。さらに、活性層には、Ｓｉのイオン半径よりも大きなイオン半径を有するＧｅ（ゲルマニウム）を添加して、大量の不純物ドープによる格子の歪を調整してもよい。本実施形態では、Ｓｉ層２２には、ｎ型ドーパントとしてＰ（リン）が所定のドープ量でドーピングされている。

ＡｌＮ層２３は、印加される電圧を振動に変換する圧電薄膜である。圧電薄膜には、ＡｌＮ層２３に代えて、例えばＳｃＡｌＮ（スカンジウム含有窒化アルミニウム）層が用いられてもよい。また、圧電薄膜には、ＡｌＮ層２３に代えて、ＭｇＮｂＡｌＮ（マグネシウムニオブ含有窒化アルミニウム）層やＭｇＺｒＡｌＮ（マグネシウムジルコニウム含有窒化アルミニウム）層、ＢＡｌＮ（ボロン含有窒化アルミニウム）、ＧｅＡｌＮ（ゲルマニウム含有窒化アルミニウム）が用いられてもよい。またさらに、圧電薄膜には、ＧａＮ（窒化ガリウム）層、ＩｎＮ（窒化インジウム）層、ＺｎＯ（酸化亜鉛）層、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）層、ＫＮＮ（ニオブ酸カリウムナトリウム）層、ＬｉＴａＯ₃（タンタル酸リチウム）層、ＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）層が用いられてもよい。

下側電極及び上側電極には、Ｍｏ層２４、２５に代えて、例えばＲｕ（ルテニウム）、Ｐｔ（白金）、Ｔｉ（チタニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、又は、これらの合金などの金属材料が用いられる。Ｍｏ層２４及びＭｏ層２５はそれぞれ、圧電共振装置１０の外部に設けられた交流電源（図示せず）に接続される。接続にあたって、例えば上側基板１２の上面に形成された電極（図示せず）や、下側基板１１内又は上側基板１２内に形成されたスルーシリコンビア（ＴＳＶ）（図示せず）などが用いられる。

ＡｌＮ層２３´は、例えばＭｏ層２５を保護するための膜である。なお、Ｍｏ層２５上に形成される層は、ＡｌＮ層に限定されず、例えば絶縁体から形成される膜でもよい。

ＡｌＮ層２３は、ウルツ鉱構造を有しており、Ｓｉ層２２に対してほぼ垂直にＣ軸に配向している。Ｍｏ層２４及びＭｏ層２５によってＣ軸方向に電圧が印加されると、ＡｌＮ層２３はＣ軸にほぼ垂直な方向に伸縮する。この伸縮によって、振動腕１６は、Ｚ軸方向に屈曲変位して下側基板１１及び上側基板１２の内面に向かってその自由端を変位させ、面外の屈曲振動モードで振動する。

本実施形態では、圧電共振子１３の製造にあたって用いられるインゴットの製造時にインゴット内に形成されるドーパントすなわち不純物のドープ量やドープ量の分布に応じてＳｉ酸化膜や圧電薄膜の厚さを制御する。Ｓｉ酸化膜や圧電薄膜の厚さを制御することによって、圧電共振子１３の周波数温度特性のばらつきを低減することできる。従って、後述するように、本発明によれば、良好な温度特性を有する圧電共振子１３すなわち圧電共振装置１０を提供することができる。

次に、Ｓｉ酸化膜及び圧電薄膜の厚さを設定する方法について説明する。圧電共振装置１０の製造に先立って、例えばＣＺ法（チョクラルスキー法）によってほぼ円柱形状のインゴットが製造される。各インゴットでは、例えばＰなどの不純物のドープ量は所定の設定値に設定される。しかしながら、製造されたインゴットでは、インゴットの径方向の外周側で内周側よりも不純物の濃度が大きくなり、また、インゴットの引き上げ方向の底部側で上部側よりも不純物の濃度が大きくなる傾向にある。こうしてインゴット内に不純物の濃度の分布が生じてしまう。

この不純物の濃度の分布は抵抗率の分布に概ね一致する。具体的には、引き上げ方向における不純物の濃度の分布に応じて、インゴットでは、上部側から底部側に向かうにつれて抵抗率が下がるような抵抗率の分布が生じる。こうした引き上げ方向における抵抗率の分布は、製造されたインゴット内における複数のポイントで、不純物の濃度を計測して特定することができる。例えば、抵抗率の分布は、製造後のインゴットから端部を取り除いた円柱ブロック状のインゴットの底面における複数のポイントでＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）によって不純物の濃度を計測するとともに、当該円柱ブロックの上面における複数のポイントで同様に不純物の濃度を計測することによって特定することができる。また、これらのポイントで実際に抵抗率を計測してもよい。抵抗率は例えば四探針法によって測定することができる。

また、インゴットの径方向における不純物の濃度の分布に応じて、インゴットでは、内周側から外周側に向かうにつれて抵抗率が下がるような抵抗率の分布が生じる。こうした径方向における抵抗率の分布は、円柱ブロック状のインゴットの底面及び上面において径方向における複数のポイントで不純物の濃度を計測し、また、引き上げ方向における不純物の濃度の分布を考慮に入れて、インゴットの引き上げ方向の各位置における径方向の不純物の濃度の分布を算出することによって特定することができる。

圧電共振子１３の製造に先立って、円柱ブロックのインゴットから複数のＳｉウエハが切り出される。各Ｓｉウエハは、インゴット内の引き上げ方向の位置に応じた不純物の濃度すなわち抵抗率を有しており、所定の抵抗率の範囲ごとにグループ分けされた各ロットに振り分けられる。このロットに振り分ける作業が各インゴットで繰り返され、各ロットには、複数のインゴットから切り出されて所定の範囲内の抵抗率を有する複数のＳｉウエハが集められる。ここで、ロットへの振り分けの基準となるＳｉウエハの抵抗率は、Ｓｉウエハの面内方向における不純物のドープ量の平均値（抵抗率の平均値）に基づき特定される。

Ｓｉウエハに形成されるＳｉ酸化膜すなわちＳｉＯ₂層２１の厚さは、例えば、各ロット単位で制御される。これにより、引き上げ方向におけるインゴット内の不純物のドープ量（抵抗率）の分布に応じて、圧電共振子１３の周波数温度特性範囲を適切に制御することができる。図４は、Ｓｉ酸化膜の厚さと圧電共振子１３の周波数温度特性範囲との関係を示すグラフである。周波数温度特性範囲［ｐｐｍ］は、圧電共振子１３の使用温度範囲（例えば−４０℃〜８５℃）での周波数の最大値と最小値との間の差分すなわち変化量を示す値である。この周波数温度特性範囲が小さいほど、周波数温度特性のばらつきは小さくなる。

図４から明らかなように、例えばＳｉウエハ内における不純物のドープ量の平均値が例えば１２．６×１０¹⁹ａｔｍ／ｃｍ³である場合、Ｓｉ酸化膜の厚さが０．３３μｍに設定されると、周波数温度特性範囲は最小値になる。また、例えばＳｉウエハ内における不純物のドープ量の平均値が例えば１３．０×１０¹⁹ａｔｍ／ｃｍ³である場合、Ｓｉ酸化膜の厚さが０．３５μｍに設定されると、周波数温度特性範囲は最小値になる。こうしてＳｉ酸化膜の厚さが、周波数温度特性範囲が最小値になる厚さに設定されることによって周波数温度特性のばらつきは低減される。

また、Ｓｉ酸化膜すなわちＳｉＯ₂層２１の厚さに代えて、又は、ＳｉＯ₂層２１の厚さと共に、圧電薄膜すなわちＡｌＮ膜２３の厚さを制御してもよい。例えば、ＳｉＯ₂層２１と同様に、各ロット単位で、ＡｌＮ膜２３の厚さが制御される。これにより、径方向におけるインゴット内の不純物のドープ量（抵抗率）の分布に応じて、圧電共振子１３の周波数温度特性範囲を適切に制御することができる。図５は、圧電薄膜の厚さと圧電共振子１３の周波数温度特性範囲との関係を示すグラフである。前述と同様に、周波数温度特性範囲［ｐｐｍ］は、圧電共振子１３の使用温度範囲（例えば−４０℃〜８５℃）での周波数の最大値と最小値との間の差分すなわち変化量を示す値である。

例えばＳｉウエハの中央付近における不純物のドープ量が１．２６×１０²⁰ａｔｍ／ｃｍ³であり、Ｓｉウエハの外周付近における不純物のドープ量が１．３０×１０²⁰ａｔｍ／ｃｍ³である場合を想定する。この場合、図５から明らかなように、Ｓｉウエハの中央付近において、周波数温度特性範囲が最小値となる０．８５０μｍに圧電薄膜の厚さを設定する。また、Ｓｉウエハの外周付近において、周波数温度特性範囲が最小値となる０．７９０μｍに圧電薄膜の厚さを設定する。

上述したように、Ｓｉウエハの面内方向において不純物のドープ量の分布が形成されることから、例えばＳｉウエハの内周側から外周側に向かう径方向において形成されるドープ量の分布に応じて、ＡｌＮ膜２３では径方向に厚さの分布が設定される。こうした径方向における圧電薄膜の厚さの分布が、周波数温度特性範囲が最小値になる厚さの分布になるように設定されることによって、周波数温度特性のばらつきは低減される。

図６は、不純物のドープ量と圧電共振子１３の弾性定数１次温度係数との関係を示すグラフである。図６から明らかなように、Ｓｉウエハの不純物のドープ量が０から増大していくと、約９×１０¹⁹ａｔｍ／ｃｍ³までは周波数温度特性が比較的急激に増大していくが、不純物のドープ量が約９×１０¹⁹ａｔｍ／ｃｍ³を超えると、周波数温度特性は比較的に緩やかに減少していく。

従って、Ｓｉウエハの面内方向におけるドープ量（抵抗率）の分布に対処するため、例えば、負の弾性定数１次温度係数を有するＡｌＮやＳｃＡｌＮなどの材料を圧電薄膜として用い、かつ、Ｓｉウエハのドープ量が約９×１０¹⁹ａｔｍ／ｃｍ³を上回る場合には、Ｓｉウエハの内周側よりも外周側において圧電薄膜の厚さを増大させる。他方で、ドープ量が約９×１０¹⁹ａｔｍ／ｃｍ³を下回る場合には、Ｓｉウエハの内周側よりも外周側において圧電薄膜の厚さを減少させる。すなわち、約９×１０¹⁹ａｔｍ／ｃｍ³のドープ量を閾値として圧電薄膜の厚さの分布を調整することが好ましい。

なお、圧電薄膜の厚さの分布の調整に代えて、Ｓｉ層２２よりも上方に形成される圧電共振子１３を構成する薄膜（共振子構成薄膜）の厚さの分布の調整によってもＳｉウエハの面内方向におけるドープ量（抵抗率）の分布に対処することができる。共振子構成薄膜には例えば下側電極２４や上側電極２５が含まれる。その他、例えば下側電極２４とＳｉ層２２との間に形成される寄生容量低減（例えば酸化ケイ素）層の厚さや、上側電極２５上に形成される例えば酸化ケイ素層やＡｌＮ層からなる保護膜層などの付加薄膜層の厚さの分布の調整によっても、Ｓｉウエハの面内方向におけるドープ量（抵抗率）の分布に対処することができる。

このような共振子構成薄膜に、例えば負の弾性定数１次温度係数を有するＡｌＮ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ（イリジウム）、Ｔｉ、ＳｃＡｌＮ、ＳｉＮ（窒化シリコン）などの材料を共振子構成薄膜として用いる場合、前述と同様に、約９×１０¹⁹ａｔｍ／ｃｍ³のドープ量を閾値として共振子構成薄膜の厚さの分布を調整することが好ましい。Ｓｉウエハの面内方向における厚さの分布の調整は前述と同様である。なお、例えばＳｉＯ₂やＳｉＯＦ（フッ素含有シリコン酸化膜）などの正の弾性定数１次温度係数を有する材料の場合には、上記閾値を境界にして、Ｓｉウエハの面内方向に上記と逆に厚さを設定することが好ましい。

次に、圧電共振装置１０の製造方法について以下に概略的に説明する。図７は、本発明の一具体例に係る圧電共振装置１０の製造方法を説明するための断面図である。なお、Ｓｉウエハ上には各圧電共振装置１０に対応する区画が複数規定されているが、以下の製造方法の説明にあたって図面にはＳｉウエハ上の１区画のみを図示している。また、Ｓｉ酸化膜や圧電薄膜の厚みの制御は、所定の抵抗率の範囲を有する複数のＳｉウエハが集められたロットごとに実施される。

まず、図７（ａ）に示すように、下側基板１１の製造にあたって、Ｓｉから形成される平板状のウエハ３１が用意され、このウエハ３１の全面に熱酸化処理を行うことによって、ウエハ３１の全面に所定の厚さでＳｉ酸化膜（例えばＳｉＯ₂）３２が形成される。図７（ｂ）に示すように、ウエハ３１の表面に例えばエッチングによって凹部３３が形成される。その後、図７（ｃ）に示すように、Ｓｉ酸化膜３２が除去された後、ウエハ３１は洗浄される。こうして、凹部１７をその上面に有する下側基板１１が形成される。

その一方で、図８（ａ）に示すように、圧電共振子１３の製造にあたって、縮退状態にあるＳｉウエハ３４が用意される。Ｓｉウエハ３４には所定のドープ量で不純物がドーピングされており、Ｓｉウエハ３４の実際のドープ量（抵抗率）が予め特定されている。このＳｉウエハ３４の全面に熱酸化処理を行うことによって、所定の厚さでＳｉ酸化膜（例えばＳｉＯ₂）３５が形成される。なお、Ｓｉ酸化膜３５は、熱酸化膜の他、ＴＥＯＳ酸化膜、ＰＥＣＶＤ酸化膜、スパッタ酸化膜を用いることができる。Ｓｉ酸化膜の厚さは、上述したように、Ｓｉウエハ３４の面内方向における実際のドープ量（抵抗率）の平均値に応じて設定される。

その後、図８（ｂ）に示すように、前述のウエハ３１の上面にＳｉウエハ３４の下面を重ね合わせてウエハ３１の上面にＳｉウエハ３４が接合される。接合にあたって例えば溶融接合が行われる。続いて、図８（ｃ）に示すように、Ｓｉウエハ３４の上面に研削処理及び研磨処理（ＣＭＰ：化学的機械研磨）を行うことによって、Ｓｉウエハ３４の上面のＳｉ酸化膜３５及びＳｉウエハ３４の一部が研削されて除去され、Ｓｉウエハ３４の表面が平坦化される。こうしていわゆるＣａｖｉｔｙ ＳＯＩが製造される。

その後、図９（ａ）に示すように、Ｓｉウエハ３４上に例えばスパッタリングによって下側電極膜（例えばＭｏ）３６、圧電薄膜（例えばＡｌＮ）３７、上側電極膜（例えばＭｏ）３８、及び圧電薄膜３７´が順次成膜される。このとき、圧電薄膜３７の厚さは、上述したように、Ｓｉウエハ３４の面内方向における不純物のドープ量（抵抗率）の分布に応じて設定される。例えば、Ｓｉウエハ３４の中央付近から外周に向かうにつれて圧電薄膜３７の厚さが減少するように面内方向において圧電薄膜３７の厚さに分布をもたせる。こうして、Ｓｉウエハ３４の面内方向のドープ量（抵抗率）の分布に応じて設定された厚さを有する圧電薄膜３７を備えたウエハ体が製造される。

ここで、圧電薄膜３７の形成にあたって、例えばＳｉウエハ３４の上面に対向するようにＡｌターゲット（図示せず）が配置される。Ａｌターゲットの背後に磁石（図示せず）を配置して磁場中に電子を閉じ込めることによって、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスのイオン化を促進して高濃度のプラズマをＡｌターゲット付近に生成する。その結果、圧電薄膜３７を高速に成膜することができる。従って、Ｓｉウエハ３４の上面に到達するスパッタ粒子の分布は、磁石によって形成される磁場の分布に大きく依存する。言い替えれば、磁場の分布を調整することによって圧電薄膜３７の厚さに分布をもたせることができる。

従って、例えば磁石の位置やＳｉウエハ３４の回転数を調整することによって磁石の磁場の強度を調整することにより、面内方向に圧電薄膜３７の厚さに分布をもたせることが可能である。また、この方法に代えて、Ｓｉウエハ３４の上面に均一な厚さの圧電薄膜３７を形成した後、圧電薄膜３７の厚さを実際に計測し、所望の厚さの分布になるようにＡｒイオンビームなどで圧電薄膜３７を削ることによって圧電薄膜３７に厚さの分布を持たせることも可能である。この方法によれば、圧電薄膜３７の厚さをより精密に調整することができる。

続いて、図９（ｂ）に示すように、Ｓｉウエハ３４、Ｓｉ酸化膜３５、下側電極膜３６、圧電薄膜３７、上側電極膜３８及び圧電薄膜３７´を例えばドライエッチング又はウェットエッチングすることによって、上述した支持枠１４、基部１５及び振動腕１６の形状が形成される。このようにして、下側基板１１の上面上に支持枠１４によって支持された圧電共振子１３が形成される。その後、Ｓｉウエハ３４の各区画に対応する区画に予め凹部が形成されたウエハ（図示せず）が圧電共振子１３上に接合される。続いて、各区画の輪郭に沿って例えばダイヤモンドブレードやレーザーダイシング法によって各圧電共振装置１０が切り出される。

なお、上述した圧電共振装置１０の製造方法では、縮退状態にあるＳｉウエハ３４内の不純物のドープ量（抵抗率）及びその分布に応じてＳｉ酸化膜３５及び圧電薄膜３７の両方の厚さを制御しているが、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えばＳｉ酸化膜３５及び圧電薄膜３７のいずれか一方のみの厚さを制御するようにしてもよい。こうしてＳｉ酸化膜３５及び圧電薄膜３７のいずれか一方のみの厚さを制御することによっても、周波数温度係数のばらつきの小さい圧電共振装置１０を提供することができる。

さらに、上述した圧電共振装置１０の製造方法においては、Ｓｉウエハのロットへの振り分けは、Ｓｉウエハの面内方向における不純物のドープ量の平均値に基づいて行われ、また、Ｓｉウエハに形成されるＳｉＯ₂層２１の厚さは、各ロット単位で制御される方法を一例として説明した。しかし、これに限定されず、Ｓｉウエハの面内方向における不純物のドープ量の分布に応じて、ＳｉＯ₂層２１の厚さをさらに調整することも可能である。

具体的には、図８（ａ）に示した工程において、Ｓｉウエハ３４の全面に、Ｓｉ酸化膜３５が所定の厚さで形成された後に、Ｓｉ酸化膜３５の膜厚を調整する。Ｓｉ酸化膜３５の膜厚調整に先立って、まず、Ｓｉウエハ３４面内の抵抗率分布が特定される。

Ｓｉウエハ３４面内の抵抗率分布は、例えば、インゴットの径方向における抵抗率の分布に基づいて、特定することが可能である。具体的には、インゴットの径方向における抵抗率の分布は、上述のとおり、インゴットの引き上げ方向の各位置における径方向の不純物の濃度の分布を算出することによって特定できる。

次に、Ｓｉウエハ３４面内のＳｉ酸化膜３５の膜厚分布を測定する。そして、圧電共振子１３の周波数温度特性がＳｉウエハ３４面内で均一になるように、特定した抵抗率分布と膜厚分布とに基づいてＳｉ酸化膜３５の膜厚をトリミングによって調整する。

図１０は、ウエハの抵抗率と圧電共振子１３の周波数温度特性との関係を示す図である。図１０において、横軸はウエハの抵抗率を、縦軸は周波数温度特性の１次係数項を示している。図１０から、周波数温度特性は、ウエハの抵抗率が高くなるにつれその値が大きくなり、２．０ｐｐｍ／Ｋ近傍に漸近することが分かる。従って、周波数温度特性と抵抗率との関係、及び図４に示した周波数温度特性とＳｉ酸化膜の厚さとの関係から、例えば平均の抵抗率が0.5mΩcmのウェハにおいて、ウエハ面内における抵抗率が高い領域において、Ｓｉ酸化膜３５が薄くなるように膜厚を調整することで、周波数温度特性のばらつきを低減できることが分かる。

Ｓｉ酸化膜３５の膜厚のトリミングには、例えば希ガス、例えばＡｒ（アルゴン）イオンビームや、化学反応ガス、例えばＳＦ_６（６フッ化硫黄）ガスプラズマを用いた局所エッチングや、フッ酸溶液を細いノズルからＳｉウエハに吹き付ける局所エッチングを用いることができる。

これによって、Ｓｉウエハの面内における抵抗率に基づく周波数温度特性のばらつきを低減することが可能になる。

また、上述したＣａｖｉｔｙ ＳＯＩの製造方法に代えて、以下に説明する製造方法が実施されてもよい。例えば図１１（ａ）に示すように、縮退状態にある前述のＳｉウエハ３４の全面に熱酸化処理を行うことによって所定の厚さのＳｉ酸化膜３５が形成される。このＳｉウエハ３４の下面に、Ｓｉからなるハンドルウエハ４１が接合される。その一方で、前述と同様に凹部３３を有するウエハ３１が形成される。その後、図１１（ｂ）に示すように、凹部３３を有するウエハ３１の上面に、例えば溶融接合によってＳｉウエハ３４の上面が接合される。

ウエハ３１とＳｉウエハ３４との接合後、Ｓｉウエハ３４の上面からハンドルウエハ４１が除去される。その後、図１１（ｃ）に示すように、Ｓｉウエハ３４の上面のＳｉ酸化膜２５をウェットエッチングによって除去する。その後は前述と同様に、Ｓｉウエハ３４の上面に例えばスパッタリングによって下側電極膜（例えばＭｏ）３６、圧電薄膜（例えばＡｌＮ）３７及び上側電極膜（例えばＭｏ）３８が順次成膜されて、圧電共振装置１０が製造される。

図１２は、他の具体例に係る圧電共振装置５０の外観を示す構造を概略的に示す分解斜視図である。この圧電共振装置５０は、前述の屈曲振動モードで振動する圧電共振子１３に代えて、面内拡がり振動モードで振動する圧電共振子５３を備えている。圧電共振子５３は、前述の圧電共振子１３と同様に、下側基板１１及び上側基板１２の間に挟み込まれる。下側基板１１及び上側基板１２の構成については、前述の構造と同一であるため、重複した説明は省略する。

圧電共振子５３は、図１２の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って矩形の枠状に広がる支持枠５４と、支持枠５４の内側に配置されて、支持枠５４と同様にＸＹ平面に沿って矩形に広がる振動部５５と、支持枠５４と振動部５５とを互いに接続する１対の連結部５６、５６と、を備えている。振動部５５は、後述するように、ＸＹ平面に沿ってＹ軸方向に伸縮を繰り返すことによって振動する。

支持枠５４は、Ｘ軸に平行に延びる１対の長辺の枠体５４ａ、５４ａと、Ｙ軸に平行に延びてその両端で枠体５４ａ、５４ａの両端にそれぞれ接続される１対の短辺の枠体５４ｂ、５４ｂと、を備えている。本実施形態では、連結部５６、５６は、Ｘ軸に平行な一直線上で延びて枠体５４ｂ、５４ｂと振動部５５とを互いに接続する。連結部５６、５６の位置は、振動部５５のＹ軸方向の中間位置すなわち振動部５５の振動方向の中心位置の端部（ノード点）に設定される。

図１３は、図１２の１２−１２線に沿った断面の模式図である。図１３から明らかなように、圧電共振子５３では、支持枠５４や振動部５５、連結部５６は、Ｓｉ酸化膜すなわちＳｉＯ₂層６１と、ＳｉＯ₂層６１上に積層された活性膜すなわちＳｉ層６２と、Ｓｉ層６２上に積層された圧電薄膜すなわちＡｌＮ層６３と、ＡｌＮ層６３の上面及び下面に形成されてＡｌＮ層６３を挟み込む下側電極すなわちＭｏ層６４及び上側電極すなわちＭｏ層６５と、さらにＭｏ層６５上に積層されたＡｌＮ層６３´から形成されている。これらの層の構造は前述の層の構造と同一であるため、重複した説明を省略する。

この圧電共振装置５０では、ＡｌＮ層６３は、Ｓｉ層６２に対してほぼ垂直にＣ軸配向している。Ｍｏ層６４とＭｏ層６５との間でほぼＣ軸方向に交番電界が印加されることによって、振動部５５が励振される。その結果、振動部５５が、短辺方向すなわちＹ軸方向に伸縮振動する。言い替えると、Ｙ軸方向において、振動部５５が伸びている状態と振動部５５が縮んでいる状態とを繰り返す伸縮振動が生じる。こうした圧電共振装置５０についても本発明の製造方法を適用することができる。

上述した実施形態に係る圧電共振装置１０、５０は、タイミングデバイスとして機能するように説明されたが、例えばジャイロセンサ、加速度センサ、圧力センサ、マイクロフォン、超音波トランスデューサ、エネルギーハーベスタ又はＲＦ（高周波）フィルタなどとして機能するように構成されてもよい。

なお、以上の各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更／改良され得るととともに、その等価物も含む。すなわち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更されてもよい。また、各実施形態が備える各要素は技術的に可能な限りにおいて組み合わせられ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１３ 共振子（圧電共振子）
２１ Ｓｉ酸化膜
２３ 圧電薄膜
３４ Ｓｉウエハ
３５ Ｓｉ酸化膜
３７ 圧電薄膜
５３ 共振子（圧電共振子）
６１ Ｓｉ酸化膜
６３ 圧電薄膜

ウエハ３１とＳｉウエハ３４との接合後、Ｓｉウエハ３４の上面からハンドルウエハ４１が除去される。その後、図１１（ｃ）に示すように、Ｓｉウエハ３４の上面のＳｉ酸化膜３５をウェットエッチングによって除去する。その後は前述と同様に、Ｓｉウエハ３４の上面に例えばスパッタリングによって下側電極膜（例えばＭｏ）３６、圧電薄膜（例えばＡｌＮ）３７及び上側電極膜（例えばＭｏ）３８が順次成膜されて、圧電共振装置１０が製造される。

Claims (9)

1. 縮退状態にあるＳｉウエハの表面にＳｉ酸化膜を形成するステップを含み、
   前記Ｓｉ酸化膜の厚さは、前記Ｓｉウエハの不純物のドープ量に応じて設定される、共振子の製造方法。
2. 前記不純物のドープ量は、前記Ｓｉウエハの面内方向の不純物のドープ量の平均で特定される、請求項１に記載の共振子の製造方法。
3. 前記Ｓｉウエハの表面に圧電薄膜を形成するステップをさらに含み、
   前記圧電薄膜の厚さは、前記Ｓｉウエハの前記不純物のドープ量の面内方向における分布に応じて設定される、請求項１又は２に記載の共振子の製造方法。
4. 前記圧電薄膜の厚さの分布は、前記不純物のドープ量及び前記共振子の弾性定数の温度係数に基づいて設定される、請求項３に記載の共振子の製造方法。
5. 前記Ｓｉウエハの表面に共振子構成薄膜を形成するステップをさらに含み、
   前記共振子構成薄膜の厚さは、前記Ｓｉウエハの前記不純物のドープ量の面内方向における分布に応じて設定される、請求項１又は２に記載の共振子の製造方法。
6. 前記共振子構成薄膜の厚さの分布は、前記不純物のドープ量及び前記共振子の弾性定数の温度係数に基づいて設定される、請求項５に記載の共振子の製造方法。
7. 前記共振子構成薄膜は、前記Ｓｉウエハ上に形成される圧電薄膜、前記圧電薄膜を挟み込むように形成される上側電極及び下側電極、前記Ｓｉウエハと前記下側電極との間に形成される付加薄膜層、前記上側電極の上に形成される付加薄膜層のうちのいずれか１つである、請求項５又は６に記載の共振子の製造方法。
8. 縮退状態にあるＳｉウエハの表面に圧電薄膜を形成するステップを含み、
   前記圧電薄膜の厚さは、前記Ｓｉウエハの不純物のドープ量の面内方向における分布に応じて設定される、共振子の製造方法。
9. 縮退状態にあるＳｉウエハと、
   前記Ｓｉウエハの表面に形成された圧電薄膜と、を備え、
   前記圧電薄膜は、前記Ｓｉウエハの不純物のドープ量の面内方向における分布に応じて設定された厚さを有する、ウエハ体。

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