CN101780941A - 微电子机械系统器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种MEMS器件及其制造方法，使MEMS器件的工作精度提高。本发明的MEMS器件具备：基板(10)和形成于该基板(10)上的MEMS结构体(20)；其中，该MEMS结构体(20)具有工作部结构(22)，该工作部结构(22)具备形成于基板(10)上的支撑部(22S)和从该支撑部延伸设置并构成为在基板(10)上可以动作的可动部(22M)；该工作部结构(22)在可动部(22M)上具有剖面极小部(22B)，该剖面极小部其与从工作部结构(22)的前述支撑部朝向前述可动部的方向正交的剖面的面积比前述可动部的剖面面积小，且该剖面极小部由在平面图案(20U)中设置的边界图案形状(22v)形成。

Description

微电子机械系统器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及微电子机械系统器件及其制造方法，尤其涉及适合于提高微电子机械系统振动器的频率精度的情况的结构及制造工序。

背景技术

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微电子机械系统)为微小结构体形成技术之一，其指制作例如微米量级等的微细的电子机械系统的技术、其产品等。虽然半导体芯片因为在硅基板上叠层硅、氧化膜、金属等薄膜而制作电子电路，所以其电路结构通常由平面性图案构成，但是当在MEMS中采用上述半导体芯片的制造技术、即半导体制造技术的情况下，因为通过在基板上形成薄膜并利用蚀刻将该薄膜部分地从基板分离，来形成微米尺寸的板簧、镜、旋转轴等，所以MEMS结构体具有立体性结构，并至少在一部分上具备可动部。

作为MEMS备受关注的领域，存在用于构成便携电话机等的通信技术的领域。在便携电话机中，除了LSI之外，还组装有滤波器、天线/开关、发送接收开关等多种部件。因为如果利用蓝牙、无线LAN等的多频带化有所进展，则天线的转换开关、波段转换开关等无源部件就会增加，所以为了推进小型化、省功耗化而将上述的部件收置于一块半导体芯片上而减少部件数量，成为最有效的对策。在该对策中，还有以下优点：因为布线变短，并且MEMS部件机械性地进行工作，所以可预期抗噪音强、低损耗化等性能提高。并且，通过采用半导体，也可实现与LSI一体化等与以往已有的构成部件结合为一体。尤其是，在MEMS振动器中，通过一体化，能够实现与单独部件相比损耗小10倍或10倍以上的滤波器。作为这样的MEMS振动器的一例，例如存在以下的专利文献1及2中所公开的方案。

在MEMS器件中，例如存在以下的情况，即构成为：固定电极与可动电极隔着间隔相对，利用作用于两电极间的静电力，可动电极的可动部进行动作。此时，MEMS器件的可动部的工作特性，由固定电极与可动电极的机械结构和构成该结构的材料的弹性系数所决定。

【专利文献1】特表2007-535275号公报

【专利文献2】特表2007-533186号公报

可是，在以往的MEMS器件中，因为如前所述工作特性因结构尺寸而定，所以工作特性会由于在制造时产生的结构尺寸的偏差而产生偏差，从而存在着得不到充分的器件精度的情况。例如，虽然在MEMS振动器中频率精度越高作为振动器的特性越好，但是由于结构尺寸的精度极限，一般很难以与以往的水晶振动器的频率精度(几ppm左右)对应的精度来形成MEMS振动器的频率特性。

发明内容

于是，本发明对上述问题进行解决，其目的在于提供一种能够使MEMS器件的工作精度提高的结构及其制造方法。

鉴于这样的实际情况，本发明的MEMS器件具备：基板和形成于该基板上的MEMS结构体；其中，该MEMS结构体具有工作部结构，该工作部结构具备支撑部和可动部，所述支撑部形成于前述基板上，所述可动部从该支撑部延伸设置并构成为在前述基板上可以动作；该工作部结构在前述可动部上具有剖面极小部，该剖面极小部其与从前述工作部结构的前述支撑部朝向前述可动部的方向正交的剖面的面积比前述可动部的剖面面积小，且该剖面极小部由在前述工作部结构的平面图案中设置的边界图案形状形成。

根据本发明，因为通过在工作部结构的可动部上，设置由在工作部结构的平面图案中设置的边界图案形状形成的剖面极小部，该剖面极小部的刚性比其两侧有所下降，所以由支撑部侧的结构造成的对于可动部的工作特性的影响比剖面极小部小。而且，因为上述剖面极小部由于边界图案形状而刚性降低，所以以工作部结构的可动部中的边界图案形状的平面图案上的图案精度限定了对于工作特性产生大的影响的结构尺寸。从而，因为能够减小对工作特性的影响，所以可以提高MEMS器件的工作精度，其中该对工作特性的影响是因上述图案精度以外的结构尺寸的误差、偏差等，例如由图案偏离造成的工作部结构的伸出长度的误差、偏差等引起的。

例如，在MEMS振动器的情况下，因为在使可动部振动时上述剖面极小部成为振动的关节，由此，由可动部的平面形状造成的影响变大，由支撑部侧的结构造成的影响与剖面极小部相比减小，所以能够提高频率精度。

在本发明的一种方式中，前述边界图案形状由形成于前述工作部结构的侧边缘的切口构成。通过由设置于工作部结构的侧边缘、即从支撑部伸向可动部的工作部结构的边缘部处的切口构成边界图案形状，仅改变平面图案的外缘形状就能够容易地使剖面极小部的刚性降低。

在该情况下，进一步优选：前述切口分别形成于前述工作部结构的两侧边缘。通过将切口分别形成于工作部结构的两侧边缘，能够使剖面极小部的刚性进一步降低。

在本发明的另一方式中，优选：前述工作部结构构成为前述可动部由前述支撑部悬臂支撑而成的悬臂梁状。虽然因为可动部只要被支撑部以可以动作的状态支撑即足矣，所以在本发明中，可以形成为支撑部从两侧对可动部进行支撑的结构，但是因为通过使支撑部以悬臂梁状对可动部进行支撑，能够简单地构成工作部结构，所以设计、制造等变得容易，从而制造成本也能够降低。

在本发明的另一方式中，前述支撑部构成为比前述可动部宽度宽。因为通过将支撑部构成为比可动部宽度宽，支撑部相对于可动部的刚性高，所以能够进一步减小由可动部以外的结构造成的对MEMS器件的工作特性的影响。例如，在MEMS振动器中，因为可动部的振动的关节可靠且正确地产生于剖面极小部处，所以能够减小谐振频率的变动。

并且，在上述结构中通过使支撑部的宽度比可动部的宽度宽，不仅单单提高刚性，而且还能够防止结构的意料外的扭曲、并抑制可动部的原本的工作方式以外的工作方式等，能够提高工作方式的稳定性。

在本发明的又一方式中，前述工作部结构具有固定于前述基板上的固定电极和在该固定电极上隔着间隙相对的至少包括前述可动部的可动电极，利用前述固定电极与前述可动电极之间的静电力，前述可动部以使前述间隙增减的方式进行动作。这样的结构，能够用于静电振动器、静电开关、静电致动器等。

在上述各发明中，优选：前述MEMS结构体是MEMS振动器，其构成前述可动部进行振动的振动器。据此，通过在剖面极小部处产生振动的关节，能够减小频率特性的偏差、提高频率精度。

接下来，本发明提供一种MEMS器件的制造方法，该MEMS器件具有基板和形成于前述基板上的MEMS结构体，前述MEMS结构体具有工作部结构，该工作部结构具备支撑部和可动部，所述支撑部形成于前述基板上，所述可动部从该支撑部延伸设置并构成为在前述基板上可以动作，该方法：在形成前述MEMS结构体的工序中，依次执行在前述基板上形成牺牲层的阶段、形成在该牺牲层上配置前述可动部而成的前述工作部结构的阶段和除去前述牺牲层的阶段；其中，在形成前述工作部结构的阶段中，通过在构成该工作部结构的平面图案中设置边界图案形状而在前述可动部上形成剖面极小部，该剖面极小部其与从前述工作部结构的前述支撑部朝向前述可动部的方向正交的剖面的面积比前述可动部的剖面面积小。

根据本发明，因为剖面极小部的刚性下降，从而能够减小由可动部与边界图案形状之间的图案精度以外的结构尺寸的精度、偏差等所造成的对工作特性的影响，所以能够使MEMS器件的工作精度提高，并且因为通过在构成可动部结构的平面图案中设置边界图案形状而使剖面极小部的刚性降低，单改变图案形成形状就能够制造，所以可以不招致制造工艺的复杂化、制造成本的增大等便能够应对。

在本发明的一种方式中，前述可动部的平面形状与前述边界图案形状利用同一图案形成处理形成。据此，因为能够从剖面极小部开始高精度地形成前端的可动部的结构尺寸，所以能够使工作精度进一步提高。在该情况下，优选：前述可动部的平面形状、前述边界图案形状及前述支撑部的平面形状利用同一图案形成处理形成。通过不仅可动部、边界区域而且对于支撑部的平面形状也利用同一图案形成处理形成，因为能够也包括接近于可动部的支撑部而进一步提高工作部结构的平面形状的再现性，所以在使工作精度提高方面是有利的。

根据本发明的MEMS器件及其制造方法，能够产生能够使MEMS器件的工作精度提高并且能够避免制造工艺的复杂化、制造成本的增大等优异效果。

附图说明

图1是第1实施方式的MEMS器件的概要俯视图(a)及概要纵剖面图(b)；

图2是变形例1的MEMS器件的概要俯视图(a)及概要纵剖面图(b)；

图3是变形例2的MEMS器件的概要俯视图(a)及概要纵剖面图(b)；

图4是对比实施例1～3与比较例的谐振频率对于伸出长度的依赖性而示出的曲线图；

图5是表示实施例的谐振频率对于支撑部的宽度的依赖性的曲线图；

图6是示意性地表示比较例的结构的概要俯视图(a)及概要纵剖面图

(b)；

图7是表示比较例的由图案偏离导致的伸出长度的变化状态的说明用俯视图(a)～(c)；

图8是表示实施例的由图案偏离导致的伸出长度的变化状态的说明用俯视图(a)～(c)；

图9是示意性地表示第1实施方式的MEMS器件的制造方法的概要工序剖面图；

图10是示意性地表示第1实施方式的MEMS器件的制造方法的概要工序剖面图；

图11是示意性地表示第1实施方式的MEMS器件的制造方法的概要工序剖面图；

图12是示意性地表示第1实施方式的MEMS器件的制造方法的概要工序剖面图；以及

图13是表示边界图案形状的其他例子的概要俯视图(a)～(c)。

符号说明

10...基板，11...绝缘膜，12...基底层，13...保护膜，13a...开口，20...MEMS结构体，20L...下层图案，20U...上层图案，21...下侧结构部，22...上侧结构部，22M...可动部，22B...剖面极小部，22S...支撑部，22SL...下侧支撑部，22SU...上侧支撑部，22v、22v’、22v”...切口(边界图案形状)，22w...开口(边界图案形状)，23...牺牲层。

具体实施方式

接下来，参照附图关于本发明的实施方式详细地进行说明。首先，参照图1及图9～图12关于本发明的MEMS器件及其制造方法进行说明。图1是第1实施方式的MEMS器件的概要俯视图(a)及概要纵剖面图(b)，图9～图12分别是示意性地表示第1实施方式的MEMS器件的制造方法的各工序的概要俯视图(a)及概要工序剖面图(b)。还有，虽然以下说明的MEMS器件是MEMS振动器，但是如后所述，本发明并非限定于MEMS振动器。

[第1实施方式]

如图1所示，本实施方式是以由单晶硅等半导体等构成的基板(晶片)10为基体，在该基板10上形成MEMS结构体20而成的MEMS器件。但是，基板10并不限于半导体，而可以采用由玻璃、陶瓷、树脂等各种材料构成的基板。

如图9所示，在基板10的表面上根据需要形成由氧化硅等构成的绝缘膜11，确保与基板10的绝缘。但是，在基板10由玻璃、陶瓷、树脂、低掺杂的半导体等绝缘性高的材料构成的情况下、或者在采用已在表面形成有绝缘膜的基板(例如SOI基板等)的情况下，不需要该绝缘膜11。

并且，在基板10的表面上，形成对后述的释放(リリ一ス)蚀刻等蚀刻工序具有耐受性的基底层12。在采用以一般性的硅为基底的半导体制造技术的情况下，基底层12由用CVD法等所形成的氮化硅膜构成。优选：该基底层12限定性地形成于在上述蚀刻工序中成为必需的范围内。

接下来，如图10所示，在基板10上，通过预定的图案形成，形成由导电体构成的下层图案20L，并形成能作为固定电极(以及在需要的情况下其布线部)起作用的下侧结构部21和与该下侧结构部21分离并绝缘的下侧支撑部22SL。并且，在该下侧结构部21上，形成由氧化硅等构成的牺牲层23。在图示例子中，牺牲层23形成为覆盖下侧结构部21整体的状态。此为在上述的基板上形成牺牲层的阶段。在该情况下，虽然牺牲层23也能够通过用CVD法、溅射法等进行成膜而形成，但是也可以通过使下侧结构部21表面氧化而形成。例如，在下侧结构部21由硅层构成的情况下，能够以利用热氧化法形成的硅热氧化膜为牺牲层23。

接下来，如图11所示，在上述牺牲层23及下侧支撑部22SL上形成由导电体构成的上层图案20U。该上层图案20U具有在牺牲层23上形成的可动部22M和支撑该可动部22M的上侧支撑部22SU，并且在可动部22M上，在上层图案20U的宽度方向的侧边缘处具备切口22v。该切口22v从上层图案20U的侧边缘向宽度方向内侧形成为凹状。在图示例子的情况下，在上层图案20U的两侧边缘处，以互相相对的方式分别形成有切口22v。通过这样在下层图案20L上形成上层图案20U，完成上侧结构部22。

上侧结构部22由下侧支撑部22SL和上层图案20U构成。而且，该上侧结构部22相当于具有配置于牺牲层23上的可动部22M、由下侧支撑部22SL和上侧支撑部22SU构成的支撑部22S的上述的工作部结构。并且，上述的切口22v，在上层图案20U的图案形成时，例如，在上层图案的成膜阶段之后的图案形成阶段(图案蚀刻)中，与可动部22M、上侧支撑部22SU等的图案形状同时地形成。以上是形成在牺牲层上配置可动部22M而成的工作部结构的阶段。由此，完成MEMS结构体20。

在上述的MEMS结构体20中，在图示例子的情况下，可动部22M相对于下侧结构部21隔着牺牲层23相对。该可动部22M虽然在图11的状态下固定于基板10上，但是其经过后述的工序最终成为可以动作的状态。并且，虽然在本实施方式中下层图案20L及上层图案20U由导电体构成，但是为了使MEMS结构体20发挥作用，只要至少下侧结构部21及可动部22M由导电体构成即可。

作为构成上述导电体的材料，优选采用提供导电性的硅。例如是导入了磷等n型掺杂剂作为杂质的多晶硅或非晶硅。作为掺杂剂，并不限于n型掺杂剂，而也可以采用硼等p型掺杂剂。这样的材料，能够利用CVD法、溅射法等容易地进行成膜。但是，作为上述的材料，只要是具有在MEMS结构体20的工作中所需的程度的导电性的导电体，可以是任何物质，例如，也可以是铝等金属。

接下来，如图12所示，根据需要在上述结构的表面形成具有开口13a的保护膜13，并利用该开口13a，MEMS结构体20的至少上述牺牲层23成为露出于外部的状态。在图示例子中，开口13a在基底层12的形成范围内形成为，上述可动部22M及牺牲层23露出，而且构成为，基底层12的形成范围外全被保护膜13所覆盖。该保护膜13虽然并不特别限定，但是能够采用例如通过涂敷感光性抗蚀剂并进行曝光、显影来形成上述开口13a而形成的抗蚀剂掩模。该保护膜13对在以下说明的释放工序时的蚀刻所不需要的部分进行保护。

接下来，采用氢氟酸、缓冲氢氟酸等蚀刻液，通过上述开口13a除去上述的牺牲层23。这是除去上述的牺牲层的阶段(释放阶段)。利用该阶段，MEMS结构体20的可动部22M从牺牲层23上释放，成为可以动作的状态、即成为可以振动的状态。

在如上所述构成的MEMS结构体20中，具备形成于基板10上的支撑部22S和从该支撑部22S延伸设置且被构成(支撑)为在基板10上可以动作的可动部22M。其中，设置于上层图案20U中的可动部22M与设置于下层图案20L中的下侧结构部21隔着间隙g相对配置。由此，因为可动部22M成为可动状态，所以若在作为固定电极的下侧结构部21与作为可动电极的上侧结构部22之间提供交流信号，则可动部22M由于静电力而以使上述间隙g增减的状态在图示上下方向上振动。

如图1所示，在本实施方式的MEMS器件中，可动部22M具有由长度l、厚度t、宽度w所限定的带状的平面图案。上层图案20U的可动部22M与支撑部22S的宽度w构成得相同。并且，下侧结构部21具有长度l’、宽度w’的带状的平面图案。

该下侧结构部21配置为，俯视与可动部22M的形成范围全体重叠，进而从与可动部22M的侧边缘重叠的俯视位置分别向宽度方向两侧伸出。下侧结构部21相对于该上侧结构部22(可动部22M)向宽度方向两侧的伸出量充分确保为：由后述的宽度方向的图案偏离引起的对工作特性的影响不会成为问题。

如上所述，若从上下方向看，则在下侧结构部21与可动部22M之间设置相当于上述牺牲层23的厚度的间隙g。即，隔着该间隙g，可动部22M与下侧结构部21相对。而且，在可动部22M上，通过利用上述切口22v缩小宽度，形成了剖面极小部22B。在图示例子的情况下，上下方向的间隙g遍及可动部22M、剖面极小部22B及上侧支撑部22SU的全体而恒定。另一方面，若从沿着基板10的表面的长度方向看，则下侧结构部21从俯视与可动部22M重叠的区域越过剖面极小部22B而延伸至俯视与上侧支撑部22SU重叠的区域。并且，在下侧结构部21与下侧支撑部22SL之间存在着上述长度方向的间隙h。

切口22v在剖面极小部22B中，从上层图案20U的侧边缘朝向宽度方向内侧形成，具有深度d。在图示例子中，切口22v形成为俯视V字状。而且，该切口22v被设置作为边界图案形状，该边界图案形状设置于上层图案20U的平面图案的剖面极小部22B处。通过形成这些切口22v，剖面极小部22B与其两侧的可动部22M及支撑部22SU、22SL相比，剖面面积变小，其结果，剖面极小部22B的刚性局部性地下降。

[变形例1]

图2是表示上述MEMS器件的变形例1的概要俯视图(a)及概要纵剖面图(b)。在该例子中，虽然关于基本结构与图1相同，例如，在可动部22M的剖面极小部22B处设置切口22v这一点相同，但是剖面极小部22B配置于俯视与下侧结构部21重叠的范围的外侧这一点不相同。即，被设置切口22v的剖面极小部22B被配置于下侧结构部21与下侧支撑部22SL之间的间隙h的上方。在这样的结构中，也通过形成切口22v，剖面极小部22B成为与其两侧的可动部22M及支撑部22S相比剖面面积缩小了的剖面极小部，其结果，剖面极小部22B的刚性局部性地下降。

[变形例2]

图3是表示上述MEMS器件的变形例2的概要俯视图(a)及概要剖面图(b)。在该例子中，在由下侧支撑部22SL和上层图案20U构成的工作部结构(上侧结构部22)中，支撑部22S的宽度w”构成为比可动部22M的宽度w宽。在图示例子的情况下，下侧支撑部22SL与上侧支撑部22SU在宽度方向上一致地设置，它们的宽度都为同一宽度w”。并且，在图示例子的情况下，支撑部22S的宽度方向的侧边缘伸出至可动部22M的宽度方向两侧，由此上侧结构部22成为俯视T字状。并且，支撑部22S从可动部22M的侧边缘向宽度方向两侧具有相同的伸出量。

还有，在图3所示的MEMS器件中，虽然在图示例子中，与图1所示同样地，剖面极小部22B在下侧结构部21的上方配置于俯视与下侧结构部21重叠的范围内，但是也可以与图2所示同样地，剖面极小部22B配置于俯视与下侧结构部21重叠的范围外。

[实施例]

图4是表示本实施方式的MEMS器件的谐振频率的依赖性的曲线图。在该曲线图中，与比较例进行对比地表示本实施方式的实施例1、2、3。

在此，实施例1为：在图1所示的结构中，从可动部22M的前端部到切22v的前端侧的边界位置的长度l＝43μm、厚度t＝2μm、宽度w＝10μm、切口22v的深度d＝3μm、切口22v在侧边缘上的宽度s＝2μm、从切口22v的支撑部22S侧的边界位置到下侧结构部21的端缘的平面方向的距离p＝5μm、间隙h＝2μm、支撑部22S的长度q＝10μm。在此，可动部22M的长度为从支撑部22S伸出的伸出长度L＝l+s+p+h。并且，实施例2，除了切口22v的深度d＝4μm以外，具有与上述实施例1相同的结构尺寸。进而，实施例3，除了在图3所示的结构中，使支撑部22S的宽度w”为20μm、使支撑部22S向可动部22M的宽度方向两侧伸出相等的量以外，具有与上述实施例1相同的结构尺寸。

并且，比较例，如图6(a)及(b)示意性地所示，具有由上层图案和下层图案构成的下侧结构部及上侧结构部，并且在上侧结构部上设置有可动部和支撑部。而且，除了未形成切口22v以外，具有与实施例1的结构尺寸相同的尺寸。但是，在该比较例中，由于未设置切口22v所以不存在剖面极小部22B，因而使得上侧结构部的从支撑部开始的伸出长度(即、可动部的长度)L构成为与实施例1中的可动部22M的前端部与切口22v之间的长度l、切口22v的宽度s、上述距离p、间隙h的合计值相一致。

还有，图4的曲线图表示在上述实施例1～3及比较例中，通过结构分析用计算机对谐振频率相对于上述伸出长度(即、可动部的长度)L(＝l+s+p+h)的变化的变化进行计算而得到的结果。还有，上述伸出长度L(＝l+s+p+h)在任何情况下都以52μm为基准值，通过在伸出长度L相对于基准值增加了1μm的情况下、和减少了1μm的情况下分别进行结构分析而求取谐振频率，推导出因伸出长度L的变化引起的谐振频率的变化状态。

如图4所示，相对于在比较例中若伸出长度L发生变化则谐振频率变化很大，在实施例1～3中谐振频率的变化比比较例要小。尤其是，相对于在比较例中若伸出长度L变化2μm则谐振频率变化62kHz，在实施例3中即使伸出长度L变化2μm谐振频率的变化量也大幅度地减小为35kHz。从而，可以理解：在本实施方式中，通过设置切口22v，能够减小谐振频率的变化量。

并且，如在图4中若将比较例与实施例1及2进行对比则可以看出的，若设置切口22v则谐振频率下降。另一方面，根据在实施例3中谐振频率增大的情况可以理解：通过使支撑部的宽度w”比可动部22M的宽度w宽，能够补偿因设置切口22v而引起的谐振频率的下降。

为了证实上述的谐振频率的变化，以实施例1(以上述伸出长度L为上述基准值的实施例)为基础，在除了支撑部22S的宽度w”以外成为与实施例1相同的结构的实施例3中，使支撑部22S的宽度w”逐渐增大而计算谐振频率。其结果示于图5中。图5是表示谐振频率对于支撑部22S的宽度w”的依赖性的曲线图。如从图5可以看出地，若使支撑部22S的宽度w”比可动部22M的宽度w宽下去，则谐振频率增大，并且在宽度w”几乎接近宽度w的3倍时，谐振频率达到极限，成为基本恒定的值。

从而，以利用支撑部22S的宽度w”来补偿因设置切口22v而引起的谐振频率的降低的方式，即通过设计成为w＜w”的宽度w”的值，相对于不设置切口22v的情况，能够不使谐振频率变化地提高频率精度。并且，通过将支撑部22S的宽度w”设定为可动部22M的宽度w的3倍或3倍以上，能够使谐振频率稳定，能够实现谐振频率的进一步高精度化、再现性的提高。

得到由上述的计算结果所示的工作特性(频率特性)的原因，可考虑如下。若将上侧结构部22的从支撑部开始的伸出长度设定为L、将厚度设定为t、并忽略宽度w的影响，则可用以下的数学式1表示MEMS结构体20的谐振频率Fr。

[数学式1]

$\mathrm{Fr}~\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{35E\·t^2}{33\mathrm{\ρ}\·L^4}}$

在此，E为可动部22M的杨氏模量，ρ为可动部22M的密度。

根据上述的数学式1可以理解：若上侧结构部22的伸出长度L发生变化，则与厚度t发生了变化的情况相比，谐振频率Fr以不同的数量级发生大的变化。并且可以理解：关于宽度w，其对谐振频率Fr的影响比厚度t更小。从而，对MEMS器件的谐振频率及其他频率特性的影响，在MEMS结构体20的结构尺寸之中上述的伸出长度L极其大，减小由该伸出长度L造成的影响，对于MEMS器件的频率精度的提高是有效的。

而且，上述的伸出长度L，会由于上层图案20U相对于下层图案20L向该长度方向的图案偏离而发生变化。该图案偏离，例如，在利用光刻技术形成各图案的情况下，主要因曝光阶段中的曝光图案的偏离(曝光掩模的偏离)而产生。图7(a)～(c)是用于说明由该图案偏离导致的对比较例的影响的说明用俯视图，图8(a)～(c)是用于说明对实施例的影响的说明用俯视图。

如图7(a)～(c)所示，在上述比较例中，若上层图案20U相对于下层图案20L在长度方向上偏离，则上侧结构部的伸出长度L变化与该长度方向的偏离量相等的量。从而，在不存在上述切口22v的情况下，如上述数学式1所示，谐振频率Fr以与上述图案偏离的量的大致平方成反比的状态变化。

另一方面，在本实施方式中，如图8(a)～(c)所示，若在上层图案20U上包括切口22v，则虽然上侧结构部22的伸出长度L与比较例同样地发生变化，但是可动部22M的前端部与切口22v之间的长度l并不会受到上述图案偏离的影响。并且，在该情况下，因为通过设置切口22v而剖面极小部22B的刚性下降，从而振动的关节产生于剖面极小部22B处，所以谐振频率难以受到伸出长度的影响，而主要由可动部22M的前端部与切口22v之间的长度l而定。而且，上层图案20U内的图案精度一般远比上述图案偏离小。因此，可认为：实施例中的谐振频率的变动(偏差)与比较例的情况相比变小。

还有，MEMS器件的频率特性也会由于上侧结构部(可动电极)22相对于下侧结构部(固定电极)21的重叠范围的偏差而受影响。即，即使在图8所示的情况下，如果严格来说，则上侧结构部22相对于下侧结构部21的重叠范围(长度范围)、例如从上述伸出长度L减去图1所示的间隙h而得到的长度(＝L-h)也会变动，伴随于此上侧结构部22所受到的静电力也会变化。可是，因为谐振频率终究是由可动部22M的前端部与切口22v之间的长度l及其他结构尺寸和材料的弹性系数而定的，所以对频率精度的提高并无大碍。这意味着：在上述图1及图3所示的结构和上述图2所示的结构中，关于工作精度(频率精度)的提高效果而言，并无本质上的差异。

并且，虽然在制造过程中，除了上述的长度方向的图案偏离以外，也可能产生宽度方向的图案偏离，但是只要该宽度方向的图案偏离如上述实施方式那样，形成为下侧结构部(固定电极)21相对于上侧结构部(可动电极)22在宽度方向具有充分的余量地扩宽，则并不会对MEMS器件的频率特性产生大的影响。

如上所述，在本实施方式中，因为在上侧结构部22(工作部结构)中的可动部22M上设置切口22v而构成剖面极小部22B，由此使剖面极小部22B的刚性降低，从而MEMS器件的振动的关节产生于剖面极小部22B处，所以能够抑制由上层图案20U相对于下层图案20L的图案偏离引起的对频率特性的影响。

尤其是，因为上述切口22v成为上层图案20U的一部分，在上层图案20U的形成工序(图案形成工序)中同时形成，从而利用上层图案20U内的图案精度确定可动部22M的前端部与切口22v之间的长度l，所以存在着能够将依赖于该长度l的频率精度提高到与上述图案精度对应的程度的优点。

进而，在本实施方式中，因为仅改变上层图案20U的图案形状就能够制造，所以还具有能够不招致制造工艺的复杂化、制造成本的增大等便能够应对的优点。

图13是表示在剖面极小部22B处设置的边界图案形状的其他例子的概要俯视图(a)～(c)。这些边界图案形状例示了上述切口22v以外的剖面极小部22B的图案形状。例如，在图13(a)所示的例子中，在剖面极小部22B中，并不是俯视V字状的上述切口22v，而是设置了俯视半圆状或者俯视U字状的切口22v’。并且，在图13(b)所示的例子中，形成了俯视矩形状或者俯视多边形状的切口22v”。这样，切口的俯视形状是任意的，只要是结果有助于剖面极小部22B的刚性降低的图案形状即可。

并且，在图13(c)所示的例子中，并未在上侧结构部22(上层图案20U)的侧边缘处设置切口，而是代之在剖面极小部22B中设置了开口22w。在图示例子的情况下，在剖面极小部22B中沿着宽度方向形成多个开口22w。通过这样设置开口22w，也能够有助于剖面极小部22B的刚性降低。即，只要利用边界图案形状在可动部上设置剖面极小部22B即可，其图案形状本身并不特别限定。

在本实施方式中，进而，因为通过将支撑部22S的宽度w”设定得比可动部22M的宽度w宽，支撑部22S的刚性提高，支撑部22S与剖面极小部22B的刚性之差增大，从而可动部的振动的关节可靠且正确地产生于剖面极小部22B处，所以存在着能够减小谐振频率的变动的优点。例如，能够补偿因如上所述设置了边界图案形状而引起的谐振频率的变动。并且，由于支撑部22S的刚性提高，使得可动部22M的振动的稳定性提高，从而能够抑制原本的振动模式以外的其他振动模式的产生。

还有，本发明的MEMS器件的制造方法，并非仅限定于上述的图示例子，在不脱离本发明的主旨的范围内当然能够加以各种改变。例如，虽然在上述实施方式中，作为MEMS器件以具有悬臂梁状的工作部结构的MEMS器件为例进行了说明，但是作为本发明的MEMS器件，既可以具有支撑部分别连接于可动部的两侧而成的双臂梁状的工作部结构，也可以进一步具有3个或3个以上的支撑部分别连接于可动部的周围而成的工作部结构。在这些情况下，只要分别在可动部上设置由边界图案形状形成的上述剖面极小部即可。

并且，虽然在上述实施方式中对MEMS振动器进行例示并进行了说明，但是，只要具有被支撑部支撑为可以动作的可动部，本发明也能够广泛应用于例如MEMS致动器、MEMS开关、MEMS传感器(加速度传感器、压力传感器等)这样的各种MEMS器件。在这各种MEMS器件中，也因为通过在可动部上设置剖面极小部而使得可动部的工作特性难以受到可动部的结构尺寸以外的影响，从而能够减小由上述图案偏离造成的影响，所以可以减轻可动部的工作特性例如可动部的加速度、移动方向、移动阻力等的偏差，可以提高MEMS器件的工作精度。

Claims (9)

1.一种微电子机械系统器件，其特征在于，具备：

基板和形成于该基板上的微电子机械系统结构体；

其中，该微电子机械系统结构体具有工作部结构，该工作部结构具备支撑部和可动部，所述支撑部形成于前述基板上，所述可动部从该支撑部延伸设置并构成为在前述基板上可以动作；

该工作部结构在前述可动部上具有剖面极小部，该剖面极小部其与从前述工作部结构的前述支撑部朝向前述可动部的方向正交的剖面的面积比前述可动部的剖面面积小，且该剖面极小部由在前述工作部结构的平面图案中设置的边界图案形状形成。

2.根据权利要求1所述的微电子机械系统器件，其特征在于：

前述边界图案形状由形成于前述工作部结构的侧边缘的切口构成。

3.根据权利要求2所述的微电子机械系统器件，其特征在于：

前述切口分别形成于前述工作部结构的两侧边缘。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的微电子机械系统器件，其特征在于：

前述工作部结构构成为前述可动部由前述支撑部悬臂支撑而成的悬臂梁状。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的微电子机械系统器件，其特征在于：

前述支撑部构成为比前述可动部宽度宽。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的微电子机械系统器件，其特征在于：

前述工作部结构具有固定于前述基板上的固定电极和在该固定电极上隔着间隙相对的至少包括前述可动部的可动电极，利用前述固定电极与前述可动电极之间的静电力，前述可动部以使前述间隙增减的方式进行动作。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的微电子机械系统器件，其特征在于：

前述微电子机械系统结构体是微电子机械系统振动器，其构成前述可动部进行振动的振动器。

8.一种微电子机械系统器件的制造方法，该微电子机械系统器件具有基板和形成于前述基板上的微电子机械系统结构体，前述微电子机械系统结构体具有工作部结构，该工作部结构具备支撑部和可动部，所述支撑部形成于前述基板上，所述可动部从该支撑部延伸设置并构成为在前述基板上可以动作，其特征在于，该方法：

在形成前述微电子机械系统结构体的工序中，依次执行在前述基板上形成牺牲层的阶段、形成在该牺牲层上配置前述可动部而成的前述工作部结构的阶段和除去前述牺牲层的阶段；

其中，在形成前述工作部结构的阶段中，通过在构成该工作部结构的平面图案中设置边界图案形状而在前述可动部上形成剖面极小部，该剖面极小部其与从前述工作部结构的前述支撑部朝向前述可动部的方向正交的剖面的面积比前述可动部的剖面面积小。

9.根据权利要求8所述的微电子机械系统器件的制造方法，其特征在于：

前述可动部的平面形状与前述边界图案形状利用同一图案形成处理形成。

Images