JPH0618314B2 - 集積型共振子の製造方法 - Google Patents

集積型共振子の製造方法

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JPH0618314B2 JP62255851A JP25585187A JPH0618314B2 JP H0618314 B2 JPH0618314 B2 JP H0618314B2 JP 62255851 A JP62255851 A JP 62255851A JP 25585187 A JP25585187 A JP 25585187A JP H0618314 B2 JPH0618314 B2 JP H0618314B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧電薄膜共振子を他の機能デバイスとともにシ
リコン単結晶基板の上に集積した集積型共振子の製造方
法に関する。
（従来技術） 一般に、セラミックや水晶等の圧電基板の基本厚み振動
を利用した、いわゆるバルク波共振子は、圧電基板の加
工技術上の制約や機械的強度上の制約から、圧電基板の
厚みは数１０μｍが限度であり、このため、利用可能な
共振周波数も数１０ＭHzが限界となっている。
そこで、近年、半導体製造技術がそのまま利用でき、し
かも、ＶＨＦやＵＨＦの超高周波帯において動作する、
いわゆるダイヤフラム型と称される圧電薄膜共振子が研
究されている。
このダイヤフラム型圧電薄膜共振子は、第４図および第
５図に示すようにシリコン単結晶基板１の一方の主表面
に形成されたＰ+ のシリコン層２の上に酸化シリコン薄
膜３を形成し、この酸化シリコン薄膜３の上に第１の電
極４、酸化亜鉛の圧電薄膜５および第２の電極６を順次
形成する一方、上記シリコン単結晶基板１の他方の主表
面からＰ+ のシリコン層２に向かって、エチレンジアミ
ン、ピロカテコールおよびＨ2Ｏの混合液のようなエッ
チング液で上記シリコン単結晶基板１を異方性エッチン
グし、上記圧電薄膜５の厚み振動を可能とするための凹
部７を形成したものである。
ところで、上記のような圧電薄膜共振子は、他の機能デ
バイスとともにシリコン単結晶基板１に集積しにくいと
いう問題がある。
即ち、上記の構造では、圧電薄膜５の厚み振動を可能と
するための凹部７を形成するために、シリコン単結晶基
板１の他方の主表面である裏面側からの加工が必要とな
り、通常の集積回路の製造工程ではかかる加工が行なえ
ず、特別な加工工程を必要とし、製造ラインの大幅な変
更を余儀なくされるうえ、圧電薄膜５が形成されるＰ+
のシリコン層２の厚みのコントロールが困難である、長
時間のエッチングによってシリコン単結晶基板１上のデ
バイスが損傷を受ける、異方性エッチングを利用するた
め、圧電共振子に対してエッチング部の面積が大きくな
り、圧電共振子の寸法が大きくなる、使用するシリコン
単結晶基板１の結晶面が制約される、圧電共振子とシリ
コン単結晶基板１の裏面のエッチング部との位置を合わ
せるフォトリソグラフィ技術も必要になるといった種々
の問題点がある。
そこで、上記のような問題を解消すべく、最近、第６図
に示すようなＺnＯ圧電薄膜共振子が提案されている。
上記圧電薄膜共振子では、シリコン基板１１の主面に、
順に、ＳｉＯ2層１２，層間絶縁層１３，１４，および
パシベーション層１５を形成し、このパシベーション層
１５の上にあらかじめＺnＯ薄膜１６を付けておく。そ
して、このＺnＯ薄膜１６の上に、順に、ＳｉＯ2層１
７，ＺnＯ層１８，ＳｉＯ2層１９を形成する。その後、
あらかじめ付けておいた上記ＺnＯ薄膜１６を塩酸によ
って側方からエッチングして除去し、空隙２１を形成し
てダイヤフラムを形成する。上記ＺnＯ層１８の両面に
はＡu／Ｔi電極２２，２３が形成される。
ところで、第６図のＺnＯ圧電薄膜共振子では、シリコ
ン基板１１表面に空隙２１が形成され、その上にＺnＯ
圧電薄膜共振子が形成されるので、このＺnＯ圧電薄膜
共振子部分で他の機能デバイス形成部分に対して表面段
差が極端に大きくなり、この表面段差により、加工時に
フォトエッチング用のマスクが浮く等、他の機能デバイ
スの加工信頼性にとぼしくなるという問題があった。
（発明の目的） 本発明の目的は、表面段差が少なくシリコン半導体集積
回路の製造工程と整合性のよい集積型共振子の製造方法
を提供することである。
（発明の構成） このため、本発明は、シリコン単結晶基板の表面上に機
能デバイスを集積するに際し、 イオン注入法により上記シリコン単結晶基板に酸素イオ
ンを注入してこれをアニールすることによりシリコン単
結晶基板の表面下の内部に埋込みの二酸化シリコン層を
形成し、上記シリコン単結晶基板の表面を酸化して上記
シリコン単結晶基板の表面に二酸化シリコン層を形成し
た後、上記シリコン単結晶基板の表面の二酸化シリコン
層にエッチング用の穴を形成してこの二酸化シリコン層
の下のシリコン単結晶層をエッチングし、上記シリコン
単結晶基板の表面の二酸化シリコン層と上記シリコン単
結晶基板の内部の埋込みの二酸化シリコン層との間の上
記エッチング用の穴を含む領域に空隙を形成し、この空
隙上のシリコン単結晶基板の表面の二酸化シリコン層の
上に圧電共振子を形成することを特徴としている。
上記圧電共振子は、シリコン単結晶基板の内部の埋込み
の二酸化シリコン層とシリコン単結晶基板の表面の二酸
化シリコン層との間に形成されている上記空隙の上に位
置し、シリコン単結晶基板の表面の二酸化シリコン層に
より振動可能に支持される。
（発明の効果） 本発明によれば、圧電共振子の振動を許容する空隙がシ
リコン単結晶基板内に形成されるので、表面段差が少な
くなり、加工時にマスクが浮いたりすることがなく、加
工精度が高くなる。
また、本発明によれば、シリコン単結晶基板の裏面加工
の必要が全くなく、かつ、圧電共振子の振動を許容する
空隙を形成するために従来のようにＺnＯ等の可溶性物
質を用いる必要がないので、シリコン半導体集積回路の
製造工程との整合性がよい。
さらに、本発明によれば、シリコン単結晶基板内に埋込
みの二酸化シリコン層が形成されているので、上記シリ
コン単結晶基板上に形成されるデバイスとシリコン単結
晶基板とのアイソレーションも容易になる。
（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
まず、第１図(a)に示すように、集積型共振子の基板と
なるシリコン単結晶基板３１を用意する。
そして、イオン注入法により、このシリコン単結晶板３
１の一側の主面（表面）から酸素イオンをイオン注入法
により大量に注入する。その後、これをアニールするこ
とにより、第１図(b)に示すように、シリコン単結晶基
板３１の表面下の内部に、埋込みの二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2）層３２を形成する。
この技術はＳＩＭＯＸ（separation by implanted o
xygen）として周知である（たとえば、日経マグロウヒ
ル社発行の雑誌、「日経・マイクロデバイス」１９８７
年３月号第８１頁ないし第９５頁参照）。その後、上記
シリコン単結晶基板３１の表面にも、表面酸化により、
第１図(c)に示すように、二酸化シリコン層３３を形成
する。
次に、第２図(a)に示すように、シリコン単結晶基板３
１の表面の二酸化シリコン層３３に、エッチング用の穴
３４および３５を形成する。これらエッチング用の穴３
４および３５は、後に、上記二酸化シリコン層３３上に
形成される圧電共振子の形成領域の外側に、上記二酸化
シリコン層３３からその下のシリコン単結晶基板３１達
するようにほぼ平行にエッチングにより形成される。
そして、上記エッチング用の穴３４および３５を通し
て、第１図(d)に示すように、上記シリコン単結晶基板
３１の表面の二酸化シリコン層３３と上記シリコン単結
晶基板３１内の埋込みの二酸化シリコン層３２との間の
シリコン単結晶層３６をエッチングして除去する。この
エッチングは、第２図に点線で示すように、エッチング
用の穴３４および３５を中心に進行し、両者が結合した
ところで止める。これにより、上記二酸化シリコン層３
２と３３との間に空隙３７を形成する。
その後、第１図(e)に示すように上記空隙３７上の二酸
化シリコン３３上に電極３８を形成して、その上にＺn
Ｏ等の圧電膜３９を形成し、さらに、この圧電膜３９の
上に、上記電極３８に対向する電極４１を形成し、上記
空隙３７上に、二酸化シリコン層３３により支持された
圧電共振子４２を形成する。
このようにすれば、シリコン単結晶基板３１の表面側か
らの処理のみとなり、全くシリコン単結晶基板１の裏面
処理の必要がない。また、空隙３７を形成するために、
ＺnＯ等の可溶性物質を用いる必要がない。これによ
り、シリコン半導体集積回路の製造工程との整合性もよ
い。さらに、空隙３７がシリコン単結晶基板３１内に形
成されているので、圧電共振子４２のシリコン単結晶基
板３１に対する表面段差も小さくなる。
なお、上記実施例において、二酸化シリコン層３２に、
第２図(b)に示すようにシリコン単結晶基板上で適切な
方位を選んでエッチング用の穴４３を形成すればこの穴
４３によるエッチングのみでこの穴４３を対角線とする
ような空隙３７が形成され、この空隙３７を圧電共振子
４２の振動を可能にするための空隙として利用すること
もできる。
上記実施例において、第１図(c)の工程が終了した後、
第３図(a)に示すように、空隙形成部分に二酸化シリコ
ン層３３から二酸化シリコン層３２に達する二酸化シリ
コン層４４を、ＬＯＣＯＳ(local oxidation of sil
icon)法等の方法を用いて、シリコン単結晶層３６の部
分酸化により形成した後、第３図(b)に示すように、二
酸化シリコン層３２，３３および４４で囲まれたシリコ
ン単結晶層３６の領域をエッチングして空隙３７を形成
し、第３図(c)に示すように、その上に圧電共振子４２
を形成するようにしてもよい。
このようにすれば、二酸化シリコン層４４がエッチング
の停止壁として作用し、空隙の寸法が正確になる。
また、空隙３７の厚さをもっと厚くしたい場合には、第
１図(b)の工程が終了した後、シリコン単結晶層３６の
領域をエピタキシャル成長法などにより、必要なだけ追
加成長しておいて次の工程へ移ればよい。
【図面の簡単な説明】
第１図(a),(b),(c),(d)および(e)は夫々本発明に係る集
積型共振子の製造工程の説明図面、 第２図(a)および(b)は空隙の形成方法の説明図、第３図
(a),(b)および(c)は夫々第１図の集積型共振子の製造工
程の変形例の説明図、 第４図は従来のダイヤフラム型の圧電共振子の斜視図、 第５図は第４図のＡ−Ａ線に沿う断面図、 第６図は従来のいま一つのダイヤフラム型圧電共振子の
縦断面図である。 ３１……シリコン単結晶基板、 ３２，３３……二酸化シリコン層、 ３４，３５……エッチング用の穴、 ３６……シリコン単結晶層、 ３７……電極、３８……電極、３９……圧電膜、 ４１……電極、４２……圧電共振子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリコン単結晶基板の表面上に機能デバイ
    スを集積するに際し、 イオン注入法により上記シリコン単結晶基板に酸素イオ
    ンを注入してこれをアニールすることによりシリコン単
    結晶基板の表面下の内部に埋込みの二酸化シリコン層を
    形成した後、上記シリコン単結晶基板の表面を酸化して
    上記シリコン単結晶基板の表面に二酸化シリコン層を形
    成し、この表面の二酸化シリコン層に下側のシリコン単
    結晶層に達するエッチング用の小穴を形成してこの小穴
    を利用して、上記表面の二酸化シリコン層と内部の埋込
    みの二酸化シリコン層との間のシリコン単結晶層をエッ
    チングして上記エッチング用の穴を含む所定の領域に空
    隙を形成し、この空隙上のシリコン単結晶基板の表面の
    二酸化シリコン層の上に圧電共振子を形成することを特
    徴とする集積型共振子の製造方法。
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