CN104079250B - 振子的制造方法、振子、以及振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种振子的制造方法、振子以及振荡器。本发明所涉及的振子的制造方法包括：成膜覆盖层的工序，所述覆盖层覆盖硅基板；对覆盖层进行图案形成的工序；成膜半导体层的工序，所述半导体层覆盖硅基板和覆盖层；对半导体层进行图案形成，从而在覆盖层上形成成为梁状的振动部、和对振动部进行支承的支承部的工序；形成使硅基板露出的开口部的工序；穿过开口部去除硅基板，并形成凹陷部的工序；去除覆盖层的工序，在形成振动部和支承部的工序中，形成具有第一部分和第二部分的支承部，其中，所述第一部分位于硅基板上，所述第二部分对第一部分和振动部进行连接，并位于覆盖层上。

Description

振子的制造方法、振子、以及振荡器
技术领域
本发明涉及振子的制造方法、振子、以及振荡器。
背景技术
近年，开发了一种在基板上具备由上下电极夹着压电体层的压电元件的压电振子。这种压电振子例如作为时钟模块等的振荡器的振荡部分（振子）而被使用。
例如，在专利文献1中记载了如下的工序，即，在SOI（Silicon on Insulator：绝缘体上硅薄膜）基板上形成成为驱动部的压电元件，在SOI基板的硅层上形成多个梁部（振动部）以及空隙部，并穿过空隙部去除SOI基板的氧化物层，从而在振动部之下形成开口部（凹陷部）。另外，专利文献1中公开了一种具有第一支承部和第二支承部的支承部，其中，所述第一支承部与硅层连续，所述第二支承部与多个振动部相连接，专利文献1中还记载了如下内容，即，第二支承部具有不会使多个振动部的振动向第一支承部传播的功能。由于具有这种功能，因此支承部的长度（与振动部的延伸方向平行的方向上的长度），在压电振子的设计中是至关重要的要素。
但是，在专利文献1所记载的技术中，由于使用了SOI基板，因此会使成本增高。另外，在专利文献1所记载的技术中，即使假设使用了廉价的硅基板，也会由于在同一工序中实施用于决定凹陷部的深度的蚀刻工序、和用于决定支承部的长度的蚀刻工序，因此很难分别控制凹陷部的深度和支承部的长度。因此，有可能无法形成高精度的振子。
专利文献1：日本特开2007－267109号公报
发明内容
本发明的几个实施方式的目的之一在于，提供一种廉价，且能够具有高精度的振子的制造方法。另外，本发明的几个实施方式的目的之一在于，提供一种廉价，且能够具有高精度的振子，以及含有该振子的振荡器。
本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而被完成的，并能够作为以下的方式或者应用例来实现。
应用例1
在本发明所涉及的振子的制造方法的一个方式中，包括：成膜第一覆盖层的工序，所述第一覆盖层覆盖硅基板；将所述第一覆盖层图案形成为预定形状的工序；成膜半导体层的工序，所述半导体层覆盖所述硅基板和所述第一覆盖层；对所述半导体层进行图案形成，从而在所述第一覆盖层上形成成为梁状的振动部、和对所述振动部进行支承的支承部的工序；避开所述振动部和所述支承部，并对所述第一覆盖层进行图案形成，从而形成使所述硅基板露出的开口部的工序；穿过所述开口部去除所述硅基板，并在与所述振动部重叠的位置上形成凹陷部的工序；去除所述第一覆盖层的工序，在形成所述振动部以及所述支承部的工序中，形成具有第一部分和第二部分的所述支承部，其中，所述第一部分位于所述硅基板上，所述第二部分对所述第一部分和所述振动部进行连接，并位于所述第一覆盖层上。
根据这种振子的制造方法，在将第一覆盖层图案形成为预定形状的工序中，对支承部的第一部分和第二部分的边界线的位置进行决定。另外，在第一覆盖层上形成成为梁状的振动部的工序中，对振动部的根部（第二部分和振动部的边界线）的位置进行决定。根据以上内容，能够决定支承部的第二部分的长度。另外，在这种振子的制造方法中，在形成凹陷部的工序中，能够决定凹陷部的深度。因此，在这种振子的制造方法中，能够分别独立地（在非连动的条件下）决定支承部的第二部分的长度和凹陷部的深度。即，能够分别地对第二部分的长度和凹陷部的深度进行控制。因此，在这种振子的制造方法中，能够对应于各种各样的设计要求，并能够得到可具有高精度的振子。
另外，根据这种振子的制造方法，使用了硅基板。因此，与使用SOI基板的情况相比，可廉价地形成振子。
如上所述，根据这种振子的制造方法，能够得到廉价且可具有高精度的振子。
应用例2
在应用例1中，也可以采用如下方式，即，在形成所述开口部的工序之前，包括成膜第二覆盖层的工序，所述第二覆盖层覆盖所述振动部和所述支承部，在形成所述开口部的工序中，对所述第一覆盖层和所述第二覆盖层进行图案形成，从而形成所述开口部，在去除所述第一覆盖层的工序中，去除所述第一覆盖层和所述第二覆盖层。
根据这种振子的制造方法，在形成凹陷部的工序中，能够抑制支承部以及振动部暴露于蚀刻液等的情况。因此，能够抑制支承部以及振动部被蚀刻的情况。
应用例3
在应用例1或2中，也可以采用如下方式，即，在形成所述振动部和所述支承部的工序之前，包括在所述半导体层上形成压电元件的工序，在形成所述振动部和所述支承部的工序中，以所述压电元件位于所述振动部上的方式对所述半导体层进行图案形成。
根据这种振子的制造方法，能够通过压电元件的压电效果而使振动部进行振动。
应用例4
在应用例1至3中任意一个应用例中，也可以采用如下方式，即，在形成所述振动部的工序中，形成成为悬臂梁状的所述振动部，在形成所述开口部的工序中，使所述开口部形成于，与所述振动部的根部相比靠顶端侧。
根据这种振子的制造方法，例如，即使形成凹陷部时的过蚀刻量变得较大，支承部的第一部分也能够更加切实地连接于硅基板。
应用例5
在应用例1至4中任意一个应用例中，也可以采用如下方式，即，在形成所述振动部及所述支承部的工序中，形成多个所述振动部，相邻的所述振动部相互之间向相反方向进行位移，并在所述硅基板的厚度方向上进行振动。
根据这种振子的制造方法，在支承部的第二部分中，能够缓和因振动部的振动而引起的应力（扭曲）。其结果为，能够抑制因振动部的振动而引起的应力传递到支承部的第一部分。
应用例6
在应用例1至5中任意一个应用例中，也可以采用如下方式，即，将所述第一覆盖层图案形成为预定形状的工序中的图案形成、以及形成所述振动部和所述支承部的工序中的图案形成通过光刻和蚀刻而被实施。
根据这种振子的制造方法，能够减小支承部的第二部分的长度的偏差。
应用例7
在本发明所涉及的振子的一个方式中，包括：硅基板，其表面上形成有凹陷部；半导体层，其具有梁状的振动部和支承部，其中，所述振动部以隔着空隙的方式形成于所述凹陷部的上方，所述支承部形成于所述表面上并对所述振动部进行支承，所述支承部具有：第一部分，其被固定于所述表面上；第二部分，其对所述第一部分和所述振动部进行连接，并以隔着空隙的方式形成于所述表面的上方，所述振动部从所述第二部分起向第一方向延伸，所述第二部分在与所述第一方向交叉的第二方向上的大小大于所述振动部在所述第二方向上的大小。
根据这种振子，能够廉价且具有高精度。
应用例8
在本发明所涉及的振荡器的一个方式中，包括：应用例7所记载的振子；电路部，其用于驱动所述振动部。
根据这种振荡器，由于具有本发明所涉及的振子，因此能够廉价且具有高精度。
附图说明
图1为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的俯视图以及剖视图。
图2为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的压电元件的剖视图。
图3为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的制造工序的俯视图以及剖视图。
图4为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的制造工序的俯视图以及剖视图。
图5为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的制造工序的俯视图以及剖视图。
图6为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的制造工序的俯视图以及剖视图。
图7为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的制造工序的俯视图以及剖视图。
图8为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的制造工序的俯视图以及剖视图。
图9为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的制造工序的俯视图以及剖视图。
图10为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的制造工序的俯视图以及剖视图。
图11为模式化地表示本实施方式所涉及的振子的制造工序的俯视图以及剖视图。
图12为模式化地表示本实施方式的改变例所涉及的振子的俯视图以及剖视图。
图13为模式化地表示本实施方式的改变例所涉及的振子的制造工序的俯视图以及剖视图。
图14为表示本实施方式所涉及的振荡器的电路图。
图15为表示本实施方式的改变例所涉及的振荡器的电路图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下将要说明的实施方式并不是对权利要求书所记载的本发明的内容进行不合理限定的实施方式。另外，在下文中所说明的全部结构并不一定均为本发明的必要结构要素。
1.振子
首先，参照附图对本实施方式所涉及的振子进行说明。图1为模式化地表示本实施方式所涉及的振子100的俯视图和剖视图。另外，图1（A）为振子100的俯视图，图1（B）为图1（A）的B-B线剖视图，图1（C）为图1（A）的C-C线剖视图。另外，在图1（A）中，作为相互正交的三个轴，示出了X轴、Y轴、以及Z轴。在下文中，将与X轴平行的方向设为X轴方向（第一方向），将与Y轴平行的方向设为Y轴方向（第二方向），将与Z轴平行的方向设为Z轴方向。
如图1所示，振子100包括硅基板10，半导体层20和压电元件30。
硅基板10为由例如硅构成的基板。在图示的示例中，硅基板10的平面形状（从Z轴方向观察时的形状）为矩形。硅基板10具有表面12。表面12例如为平坦的面。
在硅基板10的表面12上形成有凹陷部14。凹陷部14的深度（Z轴方向上的大小）D例如在0.1μm以上200μm以下。在俯视观察时（在从Z轴方向观察时），凹陷部14形成在与半导体层20的振动部26重叠的位置上。通过凹陷部14，从而能够使振动部26在不与硅基板10接触的条件下进行振动。
半导体层20形成于硅基板10上。半导体层20例如为硅层。更具体而言，半导体层20的材质为聚硅。半导体层20具有支承部21和振动部26。支承部21和振动部26被一体地形成。
支承部21形成于硅基板10的表面12上。支承部21对振动部26进行支承。支承部21具有第一部分22和第二部分24。第一部分22和第二部分24被一体地形成。
支承部21的第一部分22固定在硅基板10的表面12上。第一部分22以远离凹陷部14的边缘（外周）15的方式形成。在图示的示例中，在俯视观察时，第一部分22以包围凹陷部14的方式而形成，并具有矩形的框状的形状。如图1（B）所示，第一部分22具有具备薄膜部和厚膜部的大致L字型的形状，第二部分24与厚膜部相连接。
支承部21的第二部分24对第一部分22和振动部26进行连接。第二部分24以隔着空隙的方式形成于硅基板10的表面12的上方。即，支承部21具有向上方立起的形状。第二部分24和表面12之间的距离T例如在0.001μm以上10μm以下。在图示的示例中，在俯视观察时，第二部分24从以包围凹陷部14的方式而形成的第一部分22起延伸，并具有矩形的框状的形状。
振动部26与第二部分24相连接，并从第二部分24起在X轴方向上延伸。振动部26以隔着空隙的方式形成于凹陷部14的上方。在图示的示例中，在俯视观察时，振动部26位于凹陷部14的边缘15的内侧。振动部26的形状为以X轴方向为长度方向的梁状。振动部26的平面形状例如为矩形。在图示的示例中，振动部26的形状为振动部26的一个端部与支承部21相连接的悬臂梁状。即，振动部26为悬臂。另外，虽然未进行图示，但是振动部26的形状也可以为，振动部26的两个端部与支承部21相连接的两端固定梁状。
振动部26的X轴方向上的大小（具体而言，振动部26的顶端27和根部28之间的距离）L1例如在0.1μm以上1000μm以下。振动部26的根部28与第一部分22和第二部分24之间的边界线23之间的距离（X轴方向上的距离）L2例如在0.1μm以上500μm以下。L2在L1以下。L2也可以理解为，对振动部26和第一部分22进行连接的第二部分24的X轴方向上的大小（长度）。振动部26的根部28也可认为是第二部分24与振动部26之间的边界线。
振动部26的与X轴方向交叉的方向（具体而言，为Y轴方向）上的大小W1例如在0.1μm以上1000μm以下。对振动部26和第一部分22进行连接的第二部分24的Y轴方向上的大小W2例如在1μm以上10000μm以下。W2大于W1。W2也可认为是，在具有矩形状的框状的平面形状的第一部分22上，于X轴方向上延伸的延伸部分22a、22b之间的距离。
设置了多个振动部26。在图示的示例中，设置有三个振动部26。例如，三个振动部26的间隔相等。振动部26根据压电元件30的压电效果（对压电元件30施加电压时压电元件30发生变形的现象），而在硅基板10的厚度方向（Z轴方向）上进行振动。振动部26a、26b以及位于振动部26a、26b之间的振动部26c相互向相反方向进行位移。即，当振动部26a、26b向＋Z轴方向（上方）进行位移时，振动部26c向－Z轴方向（下方）进行位移。相反，当振动部26a、26b向－Z轴方向进行位移时，振动部26c向＋Z轴方向进行位移。通过以此方式振动部26a、26b和振动部26c相互之间向相反方向进行位移，从而在支承部21的第二部分24中，能够缓和因振动部26a、26b、26c的振动而引起的应力（扭曲）。由此，能够抑制因振动部26a、26b、26c的振动而引起的应力传递到支承部21的第一部分22上的情况。
另外，虽然未进行图示，但是振动部26的数量也可以是一个。即使在这种情况下，在支承部21的第二部分24中，也能够缓和因振动部26的振动而引起的应力，但是，第二部分24中的应力缓和效果在如下的情况下尤为有效，即，如上所述，设置了多个振动部26，且相邻的振动部26相互之间向相反方向进行位移的情况。
压电元件30形成于振动部26上。与多个振动部26相对应，形成有多个压电元件30。在此，图2为图1所示的区域II的放大图，且为模式化地表示压电元件30的剖视图。如图2所示，压电元件30具有第一电极层32、压电体层34、以及第二电极层36。
压电元件30的第一电极层32形成于振动部26上。第一电极层32的材质例如为铂、铱、镍、或它们的导电性氧化物。第一电极层32是用于向压电体层34施加电压的一个电极。
压电元件30的压电体层34形成于第一电极层32上。压电体层34的材质例如为锆钛酸铅（Pb（Zr，Ti）O3:PZT）、铌酸锆钛酸铅（Pb（Zr，Ti，Nb）O3:PZTN）、钛酸钡（BaTiO3）。压电体层34可具有压电性，并且可通过被电极层32、36施加电压从而进行变形。
压电元件30的第二电极层36形成于压电体层34上。第二电极层36的材质例如为铂、铱、镍、或它们的导电性氧化物。第二电极层36是用于向压电体层34施加电压的另一个电极。
如果压电元件30形成于振动部26上，则也可以不形成于支承部21上。例如，在支承部21上也可以形成与第一电极层32连接的第一布线（未图示）、以及与第二电极层36连接的第二布线（未图示）。
另外，虽然未进行图示，但是形成于振动部26a上的压电元件30的第一电极层32、形成于振动部26b上的压电元件30的第一电极层32、形成于振动部26c上的压电元件30的第二电极层36与第一衬垫电连接。另外，形成于振动部26a上的压电元件30的第二电极层36、形成于振动部26b上的压电元件30的第二电极层36、形成于振动部26c上的压电元件30的第一电极层32与第二衬垫电连接。由此，通过在第一衬垫与第二衬垫之间施加电压（交流电压），从而能够如上述那样，使振动部26a、26b、振动部26c相互之间向相反方向进行位移。
振子100例如具有以下特征。
根据振子100，能够分别控制第二部分24的长度L2、凹陷部14的深度D（详细内容将在后文中进行叙述）。因此，振子100可具有高精度。另外，在振子100中使用了硅基板10。因此，与使用了在SOI基板、或硅基板上形成了非常厚的（例如1.0μm以上的）氧化硅层的基板的情况相比，振子100是廉价的。如上所述，振子100能够廉价且具有高精度。
根据振子100，对振动部26进行支承的支承部21具有第一部分22和第二部分24，其中，所述第一部分22固定在硅基板10的表面12上，所述第二部分24对第一部分22和振动部26进行连接，并以隔着空隙的方式形成于表面12的上方。因此，与例如振动部从与硅基板的表面接触的第二部分起延伸的情况相比，能够增大振动部26的顶端27与凹陷部14的底面之间的距离。由此，例如，在清洗凹陷部14的工序中，能够抑制振动部26通过表面张力而贴附于凹陷部14的底面的情况（附着）。
根据振子100，支承部21的第二部分24位于凹陷部14的边缘15的上方。因此，例如，即使振动部26通过表面张力而向凹陷部14的底面侧发生了位移，也会通过第二部分24与边缘15相接触，从而能够抑制附着。由于第二部分24与边缘15的接触面积较小，因此第二部分24贴附于边缘15的可能性较低。
2.振子的制造方法
接下来，参照附图对本实施方式所涉及的振子的制造方法进行详细说明。图3～图11为模式化地表示本实施方式所涉及的振子100的制造工序的俯视图和剖视图。另外，图3（A）～图11（A）为俯视图，图3（B）～图11（B）分别为图3（A）～图11（A）的B-B线剖视图，图3（C）～图11（C）分别为图3（A）～图11（A）的C-C线剖视图。另外，在图3（A）～图11（A）中，作为相互正交的三个轴而图示了X轴、Y轴、以及Z轴。
如图3所示，成膜对硅基板10的表面12进行覆盖的第一覆盖层40。第一覆盖层40通过例如CVD（Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积）法、溅射法而被成膜。第一覆盖层40的厚度以考虑第一覆盖层40中所产生的膜应力、和对第一覆盖层40进行蚀刻时的蚀刻残留物的方式而被适当决定。具体而言，第一覆盖层40的厚度（Z轴方向上的大小）与，支承部21的第二部分24和硅基板10的表面12之间的距离T（参照图1）相同。第一覆盖层40优选为，由与硅基板10以及半导体层20的蚀刻速度之比较大的材质构成。具体而言，第一覆盖层40为氧化硅（SiO2）层、氮化硅（SiN）层、氮氧化硅（SiON）层。
如图4所示，将第一覆盖层40图案形成为预定形状。图案形成通过光刻和蚀刻而被实施。在本工序中，使硅基板10的表面12露出。在图示的示例中，将第一覆盖层40图案形成为矩形状，从而使露出的表面12的平面形状成为矩形状的框状。在俯视观察时，支承部21的第一部分22和第二部分24的边界线23（参照图1）的位置成为第一覆盖层40的外边缘41的位置。即，通过本工序而决定了边界线23的位置。
如图5所示，成膜半导体层20，所述半导体层20对露出的硅基板10的表面12和第一覆盖层40进行覆盖。半导体层20通过例如CVD法、溅射法而被成膜。
如图6所示，成膜对第一覆盖层40进行覆盖的压电元件层30a。压电元件层30a为构成压电元件30的层。通过在半导体层20上，按照第一电极层32、压电体层34和第二电极层36（参照图2）的顺序成膜第一电极层32、压电体层34和第二电极层36，从而得到压电元件层30a。电极层32、36通过例如真空蒸镀法、溅射法而被成膜。压电体层34通过例如溅射法、溶胶凝胶法、激光烧蚀法而被成膜。
如图7所示，将压电元件层30a图案形成为预定形状。图案形成通过光刻及蚀刻而被实施。在图示的示例中，将压电元件层30a图案形成为矩形状。通过本工序，能够在半导体层20上形成压电元件30。
如图8所示，对半导体层20进行图案形成，从而在第一覆盖层40上形成成为梁状的振动部26、和对振动部26进行支承的支承部21。具体而言，形成具有第一部分22和第二部分24的支承部21，其中，所述第一部分22位于硅基板10上，所述第二部分24对第一部分22和振动部26进行连接，并位于第一覆盖层40上。图案形成通过光刻和蚀刻而被实施。在本工序中，以压电元件30位于振动部26上的方式对半导体层20进行图案形成。此外，在本工序中，以在俯视观察时振动部26的根部28位于第一覆盖层40的外边缘41的内侧的方式，对半导体层20进行图案形成。通过本工序而决定了振动部26的根部（第二部分24和振动部26之间的边界线）28的位置。
如图9所示，成膜第二覆盖层42，所述第二覆盖层42对支承部21、振动部26和压电元件30进行覆盖。第二覆盖层42通过例如与第一覆盖层40相同的方法而被成膜。第二覆盖层42优选为，由与硅基板10及半导体层20的蚀刻速度之比较大的材质构成。具体而言，第二覆盖层42为与第一覆盖层40相同的材料的层。
如图10所示，避开支承部21和振动部26并对覆盖层40、42进行图案形成，从而形成使硅基板10的表面12露出的开口部44。图案形成通过光刻及蚀刻而被实施。如图示的示例中，开口部44的平面形状为，具有多个在X轴方向上延伸的突出部的梳齿状，振动部26位于多个突出部之间。
如图11所示，穿过开口部44并去除硅基板10，并在俯视观察时与振动部26重叠的位置上形成凹陷部14。具体而言，使蚀刻液或蚀刻气体穿过开口部44，从而对硅基板10进行蚀刻，并形成凹陷部14。本工序中的蚀刻例如为各向同性的蚀刻。更具体而言，本工序中的蚀刻是使用TMAH（氢氧化四甲基铵）、KOH、EDP（乙二胺邻苯二酚）、HF＋HNO3＋CH3COOH、XeF2或SF6来进行的。通过本工序而决定了凹陷部14的深度D。另外，在形成了凹陷部14之后，也可以用异丙醇（IPA）或水来清洗凹陷部14。
如图1所示，去除覆盖层40、42。覆盖层40、42通过例如公知的方法而被去除。通过本工序，从而使支承部21、振动部26和压电元件3露出。
通过以上的工序，能够制造振子100。
振子100的制造方法例如具备以下特征。
根据振子100的制造方法，包括：将第一覆盖层40图案形成为预定形状的工序；成膜半导体层20的工序，所述半导体层20覆盖硅基板10及第一覆盖层40；对半导体层20进行图案形成，从而在第一覆盖层40上形成成为梁状的振动部26、和对振动部26进行支承的支承部21的工序；避开振动部26和支承部21，并对第一覆盖层40进行图案形成，从而形成使硅基板10露出的开口部44的工序；穿过开口部44去除硅基板10，并在与振动部26重叠的位置上形成凹陷部14的工序。因此，在振子100的制造方法中，在将第一覆盖层40图案形成为预定形状的工序中，决定了第一部分22和第二部分24之间的边界线23的位置。而且，在形成振动部26以及支承部21的工序中，决定了振动部26的根部（第二部分24和振动部26之间的边界线）28的位置。通过以上内容，能够对支承部21的第二部分24的长度L2进行决定。而且，在振子100的制造方法中，能够在形成凹陷部14的工序中，对凹陷部14的深度D进行决定。
如此，在振子100的制造方法中，能够分别独立地（在不连动的条件下）决定支承部21的第二部分24的长度L2、和凹陷部14的深度D。即，能够分别控制第二部分24的长度L2、和凹陷部14的深度D。因此，在振子100的制造方法中，能够对应于各种各样的设计要求，并能够得到可具有高精度的振子100。
而且，根据振子100的制造方法，使用了硅基板10。因此，如上所述，与使用SOI基板等的情况相比，能够廉价地形成振子100。
如上所述，根据振子100的制造方法，能够得到廉价且可具有高精度的振子100。
根据振子100的制造方法，在形成开口部44的工序之前，包括成膜第二覆盖层42的工序，所述第二覆盖层42覆盖支承部21、振动部26和压电元件30。因此，能够在形成凹陷部14的工序中，抑制支承部21、振动部26和压电元件30暴露于刻蚀液等的情况。因此，能够抑制支承部21、振动部26和压电元件30被蚀刻。
根据振子100的制造方法，在形成振动部26及支承部21的工序之前，包括在半导体层20上形成压电元件30的工序。由此，通过压电元件30的压电效果，从而能够使振动部26进行振动。
根据振子100的制造方法，在形成振动部26及支承部21的工序中，形成多个振动部26，相邻的所述振动部相互之间向相反方向进行位移，并在所述硅基板的厚度方向上进行振动。由此，在支承部21的第二部分24中，能够缓和因振动部26的振动而引起的应力（扭曲）。其结果为，能够抑制因振动部26的振动而引起的应力被传递到支承部21的第一部分22。
根据振子100的制造方法，如上所述，通过将第一覆盖层40图案形成为预定形状的工序、和形成振动部26和支承部21的工序，来决定支承部21的第二部分24的长度L2。两个工序中的图案形成通过光刻和蚀刻而被实施。因此，可以减小第二部分24的长度L2的偏差。其结果为，能够得到具有高精度的振子100。
3.改变例
接下来，参照附图对本应用例的改变例所涉及的振子进行说明。图12为模式化地表示本应用例的改变例所涉及的振子200的俯视图和剖视图。图13为模式化地表示本应用例的改变例所涉及的振子200的制造工序的俯视图和剖视图，并且与图10相对应。此外，图12（A）、13（A）为俯视图，图12（B）、13（B）分别为图12（A）、13（A）的B-B线剖视图，图12（C）、13（C）分别为图12（A）、13（A）的C-C线剖视图。另外，在图12（A）和图13（A）中，作为相互正交的三个轴而图示了X轴、Y轴和Z轴。
以下，在本应用例的改变例所涉及的振子200中，对具有与本应用例所涉及的振子100的结构部件相同的功能的部件标记相同的符号，并省略其详细说明。
如图1所示，在振子100中，支承部21的第二部分24位于凹陷部14的边缘15的上方，而振动部26不位于边缘15的上方。与之相对，如图12所示，在振子200中，振动部26位于边缘15的上方。即，在俯视观察时，振动部26与边缘15重叠。因此，在振子200中，可以使边缘15与支承部21的第一部分22之间的距离（具体而言，为边缘15与距离根部28最近的第一部分22之间的距离）L3与振子100的情况相比较大。
在振子200的制造方法中，如图13所示，在形成开口部44的工序中，使开口部44形成于，与成为悬臂梁状的振动部26的根部28相比靠顶端27侧。在图示的示例中，使开口部44形成于，与假想直线P相比靠顶端27侧，其中，所述假想直线P在俯视观察时，将振动部26二等分。假想直线P为与Y轴平行的直线。
除上述内容之外，振子200的制造方法与振子100的制造方法基本相同。因此，省略其详细说明。
振子200的制造方法例如具有以下特征。
根据振子200的制造方法，与例如振子100相比，能够增大L3。因此，例如，即使形成凹陷部14时的过蚀刻量增大，也能够使支承部21的第一部分22更加切实地与硅基板10的表面12相接触。
根据振子200的制造方法，在凹陷部14的边缘15的上方形成振动部26。因此，在振子200中，在例如清洗凹陷部14的工序中，即使振动部26通过表面张力而向凹陷部14的底面侧发生了位移，也能够在振动部26的顶端27与凹陷部14的底面接触之前，更加切实地使振动部26与边缘15接触。因此，在振子200中，能够更加可靠地抑制附着。
4.振荡器
接下来，参照附图对本实施方式所涉及的振荡器进行说明。图14为表示本应用例所涉及的振荡器300的电路图。
如图13所示，振荡器300例如包括本发明所涉及的振子和反相放大电路（电路部）310。在下文中，对包括作为本发明所涉及的振子的振子100的振荡器300进行说明。
振子100例如具有与上述的第一衬垫电连接的第一端子100a、和与上述的第二衬垫电连接的第二端子100b。第一端子100a与反相放大电路310的输出端子310b至少交流连接。第二端子100b与反相放大电路310的输入端子310a至少交流连接。反相放大电路310构成用于驱动振子100的振动部26的电路。
虽然在图示的示例中，反相放大电路310由一个逆变器构成，但是也可以以将多个逆变器（反相电路）和放大电路组合在一起的方式构成，以使满足所需的振荡条件。
振荡器300也可以被构成为，包括相对于反相放大电路310的反馈电阻。在图14所示的示例中，反相放大电路310的输入端子和输出端子通过电阻320而相连接。
振荡器300被构成为，包括第一电容器330和第二电容器332，其中，所述第一电容器330被连接在反相放大电路310的输入端子310a与基准电位（接地电位）之间，所述第二电容器332被连接在反相放大电路310的输出端子310b与基准电位（接地电位）之间。由此，由振子100和电容器330、332构成了振荡电路，所述振荡电路构成谐振电路。振荡器300输出由该振荡电路得到的振荡信号f。
构成振荡器300的晶体管和电容器等的元件（未图示）例如可以形成在硅基板10上（参照图1）。由此，能够单片地形成振子100和反相放大电路310。
另外，如图5所示，振荡器300还可具有分频电路340。分频电路340对振荡电路的输出信号Vout进行分频，并输出振荡信号f。由此，振荡器300能够得到例如低于输出信号Vout的频率的频率的输出信号。
振荡器300包括振子100。因此，振荡器300能够廉价并具有高精度。
上述的实施方式和改变例为一个示例，且并不限于此。例如，也可以对各实施方式和各改变例进行适当组合。
本发明包括与实施方式中所说明的结构实质上相同的结构（例如，功能、方法和结果相同的结构，或者目的和效果相同的结构）。另外，本发明包括将在实施方式中所说明的结构的非本质的部分置换后而得到的结构。另外，本发明包括能够起到与实施方式中所说明的结构相同的作用效果的结构，或能够达到相同目的的结构。此外，本发明包括在实施方式中所说明的结构中附加了公知技术的结构。
符号说明
10…硅基板；12…表面；14…凹陷部；15…边缘；20…半导体层；21…支承部；22…第一部分；22a、22b…延伸部分；23…边界线；24…第二部分；26…振动部；27…顶端；28…根部；30…压电元件；30a…压电元件层；32…第一电极层；34…压电体层；36…第二电极层；40…第一覆盖层；41…外边缘；42…第二覆盖层；44…开口部；100、200…振子；300…振荡器；310…反相放大电路；310a…输入端子；310b…输出端子；320…电阻；330…第一电容器；332…第二电容器；340…分频电路。

Claims (9)

1.一种振子的制造方法，包括：
成膜第一覆盖层的工序，所述第一覆盖层覆盖硅基板；
将所述第一覆盖层图案形成为预定形状的工序；
成膜半导体层的工序，所述半导体层覆盖所述硅基板和所述第一覆盖层；
对所述半导体层进行图案形成，从而在所述第一覆盖层上形成成为梁状的振动部和对所述振动部进行支承的支承部的工序；
避开所述振动部和所述支承部，并对所述第一覆盖层进行图案形成，从而形成使所述硅基板露出的开口部的工序；
穿过所述开口部去除所述硅基板，并在与所述振动部重叠的位置上形成凹陷部的工序；
去除所述第一覆盖层的工序，
在形成所述振动部以及所述支承部的工序中，形成具有第一部分和第二部分的所述支承部，其中，所述第一部分位于所述硅基板上，所述第二部分对所述第一部分和所述振动部进行连接，并位于所述第一覆盖层上。
2.如权利要求1所述的振子的制造方法，其中，
在形成所述开口部的工序之前，包括成膜第二覆盖层的工序，所述第二覆盖层覆盖所述振动部和所述支承部，
在形成所述开口部的工序中，对所述第一覆盖层和所述第二覆盖层进行图案形成，从而形成所述开口部，
在去除所述第一覆盖层的工序中，去除所述第一覆盖层和所述第二覆盖层。
3.如权利要求1或2所述的振子的制造方法，其中，
在形成所述振动部和所述支承部的工序之前，包括在所述半导体层上形成压电元件的工序，
在形成所述振动部和所述支承部的工序中，以所述压电元件位于所述振动部上的方式对所述半导体层进行图案形成。
4.如权利要求1或2所述的振子的制造方法，其中，
在形成所述振动部的工序中，形成成为悬臂梁状的所述振动部，
在形成所述开口部的工序中，使所述开口部形成于，与所述振动部的根部相比靠顶端侧。
5.如权利要求3所述的振子的制造方法，其中，
在形成所述振动部的工序中，形成成为悬臂梁状的所述振动部，
在形成所述开口部的工序中，使所述开口部形成于，与所述振动部的根部相比靠顶端侧。
6.如权利要求1或2所述的振子的制造方法，其中，
在形成所述振动部及所述支承部的工序中，形成多个所述振动部，
相邻的所述振动部相互之间向相反方向进行位移，并在所述硅基板的厚度方向上进行振动。
7.如权利要求1或2所述的振子的制造方法，其中，
将所述第一覆盖层图案形成为预定形状的工序中的图案形成以及形成所述振动部和所述支承部的工序中的图案形成通过光刻和蚀刻而被实施。
8.一种振子，包括：
硅基板，其表面上形成有凹陷部；
半导体层，其具有梁状的振动部和支承部，其中，所述振动部以隔着空隙的方式形成于所述凹陷部的上方，所述支承部形成于所述表面上并对所述振动部进行支承，
所述支承部具有：
第一部分，其被固定于所述表面上；
第二部分，其对所述第一部分和所述振动部进行连接，并以隔着空隙的方式形成于所述表面的上方，
所述振动部是从所述第二部分起延伸的梁状，所述振动部延伸的方向是第一方向，
所述第二部分在与所述第一方向交叉的第二方向上的大小大于所述振动部在所述第二方向上的大小。
9.一种振荡器，包括：
权利要求8所记载的振子；
电路部，其用于驱动所述振动部。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3038126A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-29 DelfMEMS SAS MEMS structure with thick movable membrane
JP2017060077A (ja) * 2015-09-18 2017-03-23 セイコーエプソン株式会社 振動子及びその製造方法
CN111355460B (zh) * 2018-12-20 2021-09-24 中国电子科技集团公司第十三研究所 谐振器制作方法
JP6813058B2 (ja) * 2019-07-03 2021-01-13 セイコーエプソン株式会社 振動子の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1848678A (zh) * 2005-02-03 2006-10-18 爱普生拓优科梦株式会社 压电振动元件、压电振子及其制造方法、频率稳定方法
CN101068107A (zh) * 2006-05-01 2007-11-07 爱普生拓优科梦株式会社 压电振子及其制造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5552655A (en) * 1994-05-04 1996-09-03 Trw Inc. Low frequency mechanical resonator
JPH09130199A (ja) 1995-10-27 1997-05-16 Mitsubishi Electric Corp 圧電薄膜素子およびその製法
US6621134B1 (en) * 2002-02-07 2003-09-16 Shayne Zurn Vacuum sealed RF/microwave microresonator
US7312674B2 (en) * 2002-08-06 2007-12-25 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Resonator system with a plurality of individual mechanically coupled resonators and method of making same
JP2004312201A (ja) 2003-04-04 2004-11-04 Murata Mfg Co Ltd 圧電共振子、その製造方法、圧電フィルタ、デュプレクサ、通信装置
US7346178B2 (en) * 2004-10-29 2008-03-18 Silicon Matrix Pte. Ltd. Backplateless silicon microphone
EP1777816A1 (en) * 2005-10-18 2007-04-25 Seiko Epson Corporation MEMS resonator and method of enhancing an output signal current from a MEMS resonator
JP4930381B2 (ja) * 2006-01-31 2012-05-16 株式会社村田製作所 圧電振動装置
JP2007221558A (ja) 2006-02-17 2007-08-30 Rohm Co Ltd Ｆｍ送信機およびこれを用いた小型電子機器
JP5129456B2 (ja) * 2006-02-23 2013-01-30 パナソニック株式会社 梁部を備えた構造体の製造方法およびｍｅｍｓデバイス
JP4404218B2 (ja) 2006-03-29 2010-01-27 セイコーエプソン株式会社 音叉振動子およびその製造方法
JP5019040B2 (ja) * 2007-01-18 2012-09-05 セイコーエプソン株式会社 圧電振動子、および発振器
JP4328981B2 (ja) 2007-01-25 2009-09-09 セイコーエプソン株式会社 圧電振動子の製造方法
JP2009077159A (ja) 2007-09-20 2009-04-09 Toshiba Corp 薄膜圧電共振器及びその製造方法
US8035462B2 (en) * 2008-06-18 2011-10-11 Seiko Epson Corporation Resonant circuit, method of producing same, and electronic device
JP2012129605A (ja) * 2010-12-13 2012-07-05 Seiko Epson Corp Ｍｅｍｓ振動子、発振器、およびｍｅｍｓ振動子の製造方法
JP5586067B2 (ja) 2011-05-18 2014-09-10 日本電信電話株式会社 微小機械振動子とその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1848678A (zh) * 2005-02-03 2006-10-18 爱普生拓优科梦株式会社 压电振动元件、压电振子及其制造方法、频率稳定方法
CN101068107A (zh) * 2006-05-01 2007-11-07 爱普生拓优科梦株式会社 压电振子及其制造方法

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Publication number Publication date
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