CN104113301A - 振子、振荡器、电子设备、移动体和振子的制造方法 - Google Patents

振子、振荡器、电子设备、移动体和振子的制造方法 Download PDF

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CN104113301A CN201410155968.1A CN201410155968A CN104113301A CN 104113301 A CN104113301 A CN 104113301A CN 201410155968 A CN201410155968 A CN 201410155968A CN 104113301 A CN104113301 A CN 104113301A
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Abstract

本发明提供振子、振荡器、电子设备、移动体和振子的制造方法，不会延长振子的梁（beam）的长度，能够应对小型化，制造成品率稳定，驱动频率更低。MEMS振子（100）具有基板（1）；下部电极（10），其设置在基板（1）的主面上；固定部（23），其设置在所述主面上；以及上部电极（20），其从基板（1）分离并支承在固定部（23）上，上部电极（20）是具有在俯视基板（1）时与下部电极（10）重合的区域的振动体，在包含作为所述振动体的上部电极（20）的振动的波腹部的区域（D1）中具有加重部（50）。

Description

振子、振荡器、电子设备、移动体和振子的制造方法
技术领域
本发明涉及振子、振荡器、电子设备、移动体和振子的制造方法。
背景技术
一般公知有具有利用半导体细微加工技术形成的被称为MEMS（Micro ElectroMechanical System）器件的机械可动的构造体的电子机械系统构造体（例如振子、滤波器、传感器、马达等）。其中，与此前的使用了石英或电介质的振子/谐振器相比，MEMS振子容易组入半导体电路进行制造，有利于细微化、高功能化，因此其利用范围较广。
作为现有的MEMS振子的代表例，公知有在与设有振子的基板面平行的方向上振动的梳型振子和在基板的厚度方向上振动的梁型振子。梁型振子是由形成在基板上的固定电极和与基板分离配置的可动电极等构成的振子，根据可动电极的支承方法，公知有单臂支承梁型（clamped-free beam）、双臂支承梁型（clamped-clamped beam）、双端自由梁型（free-free beam）等。
在专利文献1中公开了如下的单臂支承梁型的MEMS振子：具有固定电极和可动电极，利用通过对两个电极间施加的交流电压而产生的静电力驱动可动电极（使可动电极振动）。在这种单臂支承梁型的振子中，其驱动频率是振子具有的固有振动的频率，该固有振动频率由构成可动电极的梁的材质和形状（长度和厚度等）决定。例如，通过使梁的厚度更厚、梁的长度更短，能够得到驱动频率更高的振子。相反，通过使梁的厚度更薄、梁的长度更长，能够得到驱动频率更低的振子。
专利文献1：日本特开2010-162629号公报
但是，在利用这种方法构成低驱动频率的振子的情况下、即例如在延长梁的长度的情况下，存在MEMS振子的大小（占有面积）增大的课题。并且，由于MEMS振子的大小增大，用于将MEMS振子密封在减压环境中的腔的强度降低，还存在利用MEMS振子的设备的耐久性和可靠性降低的问题。
并且，在使梁的厚度更薄、梁的长度更长的情况下，在其制造工序中，产生梁的粘附现象，还存在无法得到充分的制造成品率的课题。粘附现象是如下现象：为了形成MEMS构造体，在蚀刻去除牺牲层时，微细的构造体（该情况下是作为可动电极的梁）附着于基板或其他构造体。并且，在使梁的长度更长的情况下，蚀刻去除牺牲层的时间延长，还存在制造工序的生产能力降低的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，能够作为以下的应用例或方式来实现。
[应用例1]本应用例的振子的特征在于，该振子具有：基板；下部电极，其配置在所述基板上；固定部，其配置在所述基板上；以及上部电极，其与所述基板分离并支承在所述固定部上，所述上部电极是具有在俯视所述基板时与所述下部电极重合的区域的振动体，在包含作为所述振动体的所述上部电极的振动的波腹部的区域D1中具有加重部。
根据本应用例，振子具有基板、设置在基板的主面上的下部电极和固定部、与基板分离且支承在固定部上的上部电极，上部电极构成为具有在俯视基板时与下部电极重合的区域的振动体。因此，本振子能够构成为通过对下部电极和上部电极施加的交流电压而在基板的厚度方向上振动的静电型的梁型振子。
并且，根据本应用例，振子在包含振动体（上部电极）的振动的波腹部的区域D1中具有加重部。通过在包含振动的波腹部的区域中具有加重部，与不具有加重部的情况相比，能够使振子的固有振动频率更低。即，能够在不延长振子所具有的梁（上部电极）的长度的情况下使驱动频率更低。换言之，在相同驱动频率的振子的情况下，根据本实施方式，能够使梁（上部电极）的长度更短。其结果，能够使振子整体的大小更加小型化。并且，通过使振子更加小型，例如，在为了使振动体的振动特性更好、提高可靠性和耐环境性而收纳在腔内、成为密封在减压环境中的构造的情况下，能够使腔的尺寸更小。其结果，腔的刚性等强度更高，所以，能够进一步提高振子的可靠性和耐环境性。
并且，由于能够使振子的梁（上部电极）的长度更短，所以，例如，在形成振子作为MEMS构造体的制造工序中，能够抑制由于粘附而引起的成品率降低。具体而言，在基板的主面上形成分离的上部电极的制造工序中，即使在蚀刻液或清洗液的表面张力等作用的情况下，由于以与基板分离的方式被固定部支承的上部电极的长度较短，所以，上部电极很难保持附着在基板的主面上的状态。即，能够抑制粘附现象。
[应用例2]在上述应用例的振子中，其特征在于，所述加重部具有在所述基板的厚度方向上、所述上部电极的所述区域D1的厚度T1比包含作为所述振动体的所述上部电极的振动的波节部的区域D2的厚度T2厚的部分。
根据本应用例，加重部具有在基板的厚度方向上、上部电极的区域D1的厚度T1比包含上部电极的振动的波节部的区域D2的厚度T2厚的部分。即，通过使上部电极的区域D1的尺寸形状变粗（变厚）来构成加重部。由于不是使用与上部电极不同的材料作为加重部的结构，所以，能够更加简便地制造。
[应用例3]在上述应用例的振子中，其特征在于，在从所述基板的主面朝向所述上部电极的方向上，所述厚度T1比所述厚度T2厚。
根据本应用例，在从基板的主面朝向上部电极的方向上，厚度T1比厚度T2厚。即，加重部形成在上部电极的上侧（远离基板的主面的一侧）。通过这样构成，能够不改变下部电极与上部电极的间隙的距离而具有加重部。其结果，在构成为通过对下部电极和上部电极施加的交流电压而在基板的厚度方向上振动的静电型的梁型振子的情况下，不会对上部电极的可动范围（振幅）造成影响，并且，不会给电气特性带来较大变化，能够使驱动频率更低。
[应用例4]在上述应用例的振子中，其特征在于，在从所述上部电极朝向所述基板的主面的方向上，所述厚度T1比所述厚度T2厚。
根据本应用例，在从上部电极朝向基板的主面的方向上，厚度T1比厚度T2厚。即，加重部形成在上部电极的下侧（接近基板的主面的一侧）。通过这样构成，在制造工序中，能够抑制由于粘附而引起的成品率降低。具体而言，在基板的主面上形成分离的上部电极的制造工序中，即使在蚀刻液或清洗液的表面张力等作用的情况下，由于在上部电极的区域D1中具有向基板的主面方向突出的加重部，所以，上部电极很难保持附着在基板的主面上的状态。即，能够抑制粘附现象。
[应用例5]在上述应用例的振子中，其特征在于，所述加重部以随着从所述上部电极接近所述基板的方向而变细的方式突出地设置。
根据本应用例，以随着从上部电极接近基板的方向而变细的方式，突出设置形成在上部电极的下侧（接近基板的主面的一侧）的加重部。通过这样构成，在制造工序中，能够进一步有效抑制由于粘附而引起的成品率降低。具体而言，在基板的主面上形成分离的上部电极的制造工序中，即使在蚀刻液或清洗液的表面张力等作用的情况下，由于在上部电极的区域D1中具有以有棱角的形状向基板的主面方向突出的加重部，所以，上部电极更难保持附着在基板的主面上的状态。即，能够进一步有效抑制粘附现象。
[应用例6]在上述应用例的振子中，其特征在于，所述基板的厚度方向上的所述加重部的厚度为所述下部电极与所述上部电极之间的间隙的三分之一以下。
根据本应用例，形成在上部电极的下侧（接近基板的主面的一侧）的加重部构成为，基板的厚度方向上的加重部的厚度为下部电极与上部电极的间隙的三分之一以下。因此，在构成为通过对下部电极和上部电极施加的交流电压而在基板的厚度方向上振动的静电型的梁型振子的情况下，加重部的最下表面与下部电极的间隙至少具有除了加重部以外的间隙的三分之二以上的间隙。因此，不会对上部电极的可动范围（振幅）造成较大影响，能够使驱动频率更低。
[应用例7]在上述应用例的振子中，其特征在于，所述固定部通过从所述固定部延伸的支承部支承所述振动的波节部，由所述上部电极和所述加重部构成的构造体是具有从所述振动的波节部辐射状地延伸的2n个梁的2n次对称的旋转对称体，其中，n为自然数。
根据本应用例，固定部通过从固定部延伸出的支承部支承振动的波节部，由上部电极和加重部构成的构造体是具有从振动的波节部辐射状延伸的2n个梁的2n次对称的旋转对称体，其中，n为自然数。即，即使构成为在上部电极的区域D1中具有加重部，由于包含加重部的形状由旋转对称体构成，所以，也能够保持振动的平衡。例如，在将振子构成为在基板的厚度方向上振动的梁型振子的情况下，通过使彼此相邻的梁的振动的相位相反，在振动的波节部，振动体整体的振动平衡，所以，能够抑制来自支承部支承的振动的波节部的振动泄漏。在与基板面平行的方向振动的梳型振子中也同样，能够抑制来自支承部支承的振动的波节部的振动泄漏。其结果，在设置加重部的情况下，也能够抑制振动效率的降低。
[应用例8]本应用例的振子的制造方法的特征在于，该制造方法包括以下工序：在基板的主面上层叠第1导电体层的工序；对所述第1导电体层进行成形而形成下部电极的工序；以与所述下部电极重合的方式层叠第1牺牲层的工序；对所述第1牺牲层进行成形而形成使所述下部电极的至少一部分露出的第1开口部的工序；以与所述第1牺牲层以及所述第1开口部重合的方式层叠第2导电体层的工序；对所述第2导电体层进行成形而形成作为振动体的上部电极、固定部、支承部的工序，该上部电极具有在俯视所述基板时与所述下部电极重合的区域，该固定部具有与所述第1开口部重合的区域，该支承部从所述固定部延伸并与作为所述上部电极的振动的波节部的位置连接；以与所述上部电极、所述固定部、所述支承部重合的方式层叠第2牺牲层的工序；对所述第2牺牲层进行成形而形成使如下区域露出的第2开口部的工序，该区域包含作为所述上部电极的振动的波腹部的位置；以与所述第2牺牲层以及所述第2开口部重合的方式层叠第3导电体层的工序；对所述第3导电体层进行成形而在与所述第2开口部重合的位置形成加重部的工序；以及蚀刻去除所述第1牺牲层和所述第2牺牲层的工序。
根据本应用例的振子的制造方法，形成具有基板、设置在基板的主面上的下部电极和固定部、与基板分离且支承在从固定部延伸出的支承部上的上部电极的振子。并且，上部电极构成为具有在俯视基板时与下部电极重合的区域的振动体。因此，通过本应用例的振子的制造方法得到的振子能够构成为通过对下部电极和上部电极施加的交流电压而在基板的厚度方向上振动的静电型的梁型振子。
并且，根据本应用例的振子的制造方法，振子在包含振动体（上部电极）的振动的波腹部的区域D1中具有加重部。通过在包含振动的波腹部的区域中具有加重部，与不具有加重部的情况相比，能够使振子的固有振动频率更低。即，能够在不延长振子所具有的梁（上部电极）的长度的情况下使驱动频率更低。换言之，在相同驱动频率的振子的情况下，根据本实施方式，能够使梁（上部电极）的长度更短。其结果，能够使振子整体的大小更加小型化。并且，通过使振子更加小型，例如，在为了使振动体的振动特性更好、提高可靠性和耐环境性而收纳在腔内、成为密封在减压环境中的构造的情况下，能够使腔的尺寸更小。其结果，腔的刚性等强度更高，所以，能够进一步提高振子的可靠性和耐环境性。
并且，由于能够使振子的梁（上部电极）的长度更短，所以，在制造工序中，能够抑制由于粘附而引起的成品率降低。具体而言，在基板的主面上形成分离的上部电极的工序中，即使在蚀刻液或清洗液的表面张力等作用的情况下，由于以与基板分离的方式通过固定部支承的上部电极的长度较短，所以，上部电极很难保持附着在基板的主面上的状态。即，能够抑制粘附现象。
[应用例9]本应用例的振荡器的特征在于，该振荡器具有上述应用例的振子。
根据本应用例，作为振荡器，通过利用即使是更低频率也不会大型化的、更加小型化的振子，能够提供更低频域所需的频率下的更小型的振荡器。
[应用例10]本应用例的电子设备的特征在于，该电子设备具有上述应用例的振子。
根据本应用例，作为电子设备，通过利用即使是更低频率也不会大型化的、更加小型化的振子，能够提供更低频域所需的频率下的更小型的电子设备。
[应用例11]本应用例的移动体的特征在于，该移动体具有上述应用例的振子。
根据本应用例，作为移动体，通过利用即使是更低频率也不会大型化的、更加小型化的振子，能够提供空间实用性更加优良的移动体。
附图说明
图1中的（a）～（d）是实施方式1的振子的俯视图和剖面图。
图2是图1中的（a）的B-B1-B2剖面的示意图。
图3中的（a）～（g）是依次示出实施方式2的振子的制造方法的工序图。
图4中的（a）～（g）是依次示出实施方式3的振子的制造方法的工序图。
图5是示出具有实施方式1的振子的振荡器的结构例的概略图。
图6中的（a）是示出作为电子设备的一例的移动型的个人计算机的结构的立体图，（b）是示出作为电子设备的一例的便携电话机的结构的立体图。
图7是示出作为电子设备的一例的数字照相机的结构的立体图。
图8是概略地示出作为移动体的一例的汽车的立体图。
图9是变形例1的振子的剖面示意图。
图10是关于变形例2的振子示意地示出上部电极的变形的例子的剖面图、立体图和俯视图。
标号说明
1：基板；3：氮化膜；4：第1导电体层；5：第1牺牲层；6：第2导电体层；7：第2牺牲层；8：第3导电体层；10：下部电极；11：第1下部电极；11a：布线；12：第2下部电极；12a：布线；20：上部电极；23：固定部；25：支承部；30：第1开口部；31：第2开口部；50：加重部。
具体实施方式
下面，参照附图对实现本发明的实施方式进行说明。以下是本发明的一个实施方式，并不限定本发明。另外，在以下的各图中，为了容易理解说明，有时利用与实际不同的尺度进行记载。
（实施方式1）
首先，对作为实施方式1的振子的MEMS振子100进行说明。
图1的（a）是MEMS振子100的俯视图，图1的（b）是图1的（a）的A-A剖面图，图1的（c）是图1的（a）的B-B剖面图，图1的（d）是图1的（a）的C-C剖面图。
MEMS振子100是静电型的梁型振子，其具有形成在基板上的下部电极（固定电极）、以及与基板以及固定电极分离地形成的上部电极（可动电极）。通过对层叠在基板的主面和下部电极上的牺牲层进行蚀刻，与基板以及下部电极分离地形成上部电极。
另外，牺牲层是由氧化膜等临时形成的层，在其上下或周围形成必要的层后，通过蚀刻而去除。通过去除牺牲层，在上下或周围的各层间形成所需的间隙或空洞，或分离地形成所需的构造体。
下面，对MEMS振子100的结构进行说明。利用后述的实施方式对MEMS振子100的制造方法进行说明。
MEMS振子100具有基板1、设置在基板1的主面上的下部电极10（第1下部电极11、第2下部电极12）、设置在所述主面上的固定部23、从固定部23延伸的支承部25、以及与基板1分离并支承在固定部23（具体而言为从固定部23延伸的支承部25）的上部电极20。
上部电极20是具有在俯视基板1时与下部电极10重合的区域的振动体，在包含作为振动体的上部电极20的振动的波腹部的区域D1中具有加重部50。
另外，这里，振动的波腹部是指振子中的振幅最大的部分，振动的波节部是指不振动的部分或振动极小的部分。
作为优选例，基板1使用硅基板。在基板1上依次层叠有氧化膜2、氮化膜3，在基板1的主面（氮化膜3的表面）的上部形成有下部电极10（第1下部电极11、第2下部电极12）、上部电极20、固定部23、支承部25等。
另外，这里，假设在基板1的厚度方向上、在基板1的主面上依次层叠氧化膜2和氮化膜3的方向为上方向进行说明。
下部电极10中的第2下部电极12是将固定部23固定在基板1上、并且经由固定部23和支承部25对上部电极20施加电位的固定电极，通过光刻（包括蚀刻加工。以下同样）对层叠在氮化膜3上的第1导电体层4进行构图，由此，如图1的（a）所示，形成为H形状。并且，第2下部电极12通过布线12a与外部电路（省略图示）连接。
固定部23分别设置在H形状的第2下部电极12的4个端部。通过光刻对隔着层叠在第1导电体层4的上层的牺牲层而层叠的第2导电体层6进行构图，由此形成固定部23。另外，固定部23的一部分通过设置在牺牲层上的开口部而直接层叠在第2下部电极12上。
作为优选例，第1导电体层4和第2导电体层6分别使用导电性的多晶硅，但是不限于此。
上部电极20是具有从中央部辐射状地延伸的2n个梁的2n次对称的旋转对称体，其中自然数n=2。具体而言，如图1的（a）所示，是通过从上部电极20的中央部延伸的4个梁而呈十字形状的可动电极（振动体），中央部由从设置在周围的4个固定部23延伸的4个支承部25支承。通过光刻对隔着层叠在第1导电体层4的上层的牺牲层而层叠的第2导电体层6进行构图，由此形成上部电极20。即，4个固定部23、4个支承部25和上部电极20一体成形。
并且，H形状的第2下部电极12和十字形状的上部电极20以在俯视基板1时各自的中心部大致一致的方式重合地配置。
下部电极10中的第1下部电极11是固定电极，通过光刻对层叠在氮化膜3上的第1导电体层4进行构图，由此形成第1下部电极11，该第1下部电极11与在俯视基板1时重合的上部电极20之间被施加交流电压。第1下部电极11以在正面观察图1的（a）时与从上部电极20的中央部沿纵方向（A-A方向）延伸的2个梁重合的方式设置在2个位置，通过布线11a与外部电路连接。
第1下部电极11由与第2下部电极12相同的层即第1导电体层4形成。因此，第1下部电极11与对上部电极20施加电位的作为固定电极的第2下部电极12之间需要电绝缘，各自的图案（第1下部电极11和第2下部电极12）分离。用于进行该分离的间隙的阶梯差（凹凸）作为凹凸形状转印到上部电极20上，该上部电极20由隔着层叠在第1导电体层4的上层的牺牲层而层叠的第2导电体层6形成。具体而言，如图1的（b）所示的e部那样，在图案的分离部中，在上部电极20上形成凹凸形状。设上部电极20是具有从中央部辐射状延伸的2n个（在本实施方式中n=2）的梁的2n次对称的旋转对称体，但是，不包含由于这种下层凹凸的影响或制造的尺寸偏差等引起的微小的形状的差异而设为旋转对称。
在这种结构中，MEMS振子100构成为静电振子，通过从外部电路经由布线11a、12a对第1下部电极11与上部电极20之间施加的交流电压，上部电极20的4个梁的前端区域作为振动的波腹进行振动。在图1的（a）中，（+/-）的记号以包含其相位关系的方式示出作为振动的波腹在上下方向（基板1的厚度方向）上振动的部分。例如，在+的梁向上方向（远离基板1的方向）运动的情况下，表示相邻的梁向-的下方向（接近基板1的方向）运动。
图2是示意地示出图1的（a）的B-B1-B2剖面的剖面图。
如图2所示，上部电极20在包含作为振动体的振动的波腹部（上部电极20的4个梁的前端区域）的区域D1中具有加重部50。
加重部50由在基板1的厚度方向上、上部电极20的区域D1的厚度T1比包含作为振动体的上部电极20的振动的波节部的区域D2的厚度T2厚的部分（图2中由厚度T3所示的部分）构成。并且，在从基板1的主面朝向上部电极20的方向上，厚度T1比厚度T2厚。即，加重部50设置在上部电极20的上部。
加重部50使用与上部电极20所使用的材料相同的材料。即，使用导电性的多晶硅。但是，与上部电极20同样，不限于此。
一般地，在设构成振动体的材料的密度为ρ、杨氏模数为E、振动体的梁的长度为L、梁的厚度为T时，梁型振子的固有振动频率f可以通过下式（1）表现。
式(1)： f = 1 2 π 35 E 33 ρ × T L 2
因此，在希望不改变构成振子的材料及其膜厚（梁的厚度）而得到更低的固有振动频率f的情况下，需要使梁的长度L更大（长）。
另一方面，在设梁的弹簧常数为k、质点的质量为M时，单质点体系的梁型振子的固有振动频率f可以通过下式（2）表现。
式(2)： f = 1 2 π k M
即，在希望得到更低的固有振动频率f的情况下，只要使梁的前端部的质量M更大（重）即可。
加重部50是对应于该质量M而发挥功能的加重部，根据加重部50的大小（厚度T3和宽度）和区域D1内的重心位置，上部电极20振动的固有振动频率f变化。因此，根据期望的驱动频率，适当决定它们（加重部50的大小、重心位置）。
如上所述，根据本实施方式的MEMS振子100，能够得到以下的效果。
MEMS振子100在包含振动体（上部电极20）的振动的波腹部的区域D1中具有加重部50。通过在包含振动的波腹部的区域D1中具有加重部50，与不具有加重部50的情况相比，能够使MEMS振子100的固有振动频率f更低。即，能够在不延长MEMS振子100所具有的梁（上部电极20）的长度的情况下使驱动频率更低。换言之，在相同驱动频率的振子的情况下，根据本实施方式，能够使梁（上部电极20）的长度更短。其结果，能够使MEMS振子100整体的大小更加小型化。并且，通过使MEMS振子100更加小型，例如，在为了使振动体的振动特性更好、提高可靠性和耐环境性而收纳在腔内、成为密封在减压环境中的构造的情况下，能够使腔的尺寸更小。其结果，腔的刚性等强度更高，所以，能够进一步提高振子的可靠性和耐环境性。
并且，由于能够使MEMS振子100所具有的梁（上部电极）的长度更短，所以，例如，在MEMS振子100的制造工序中，能够抑制由于粘附而引起的成品率降低。具体而言，在基板1的主面上形成分离的上部电极20的制造工序中，即使在蚀刻液或清洗液的表面张力等作用的情况下，由于以与基板1分离的方式被固定部23支承的上部电极20的长度较短，所以，上部电极20很难保持附着在基板1的主面上的状态。即，能够抑制粘附现象。
并且，加重部50由在基板1的厚度方向上、上部电极20的区域D1的厚度T1比包含上部电极20的振动的波节部的区域D2的厚度T2厚的部分构成。即，加重部50是通过使上部电极20的区域D1的尺寸形状变粗（变厚）而构成的。由于不是使用与上部电极20不同的材料来作为加重部50的结构，所以，能够更加简便地制造。
并且，在从基板1的主面朝向上部电极20的方向上，厚度T1比厚度T2厚。即，加重部50形成在上部电极20的上侧（远离基板1的主面的一侧）。通过采用这样的结构，能够在不改变下部电极10与上部电极20的间隙的距离的情况下具有加重部50。其结果，在构成为通过对下部电极10和上部电极20施加的交流电压而在基板1的厚度方向上振动的静电型的梁型振子的情况下，能够使驱动频率f更低，而不会对上部电极20的可动范围（振幅）造成影响，并且，不会给电气特性带来较大变化。
（实施方式2）
接着，作为实施方式2，说明实施方式1的振子（MEMS振子100）的制造方法。在说明时，对于与上述实施方式相同的结构部位，使用相同标号并省略重复说明。
图3的（a）～（g）是依次示出MEMS振子100的制造方法的工序图。利用图1的（a）的A-A剖面图和C-C剖面图示出各个工序中的MEMS振子100的状态。
本实施方式的振子的制造方法包括以下工序：在基板1的主面上层叠第1导电体层4的工序；对第1导电体层4进行成形而形成下部电极10的工序；以与下部电极10重合的方式层叠第1牺牲层5的工序；对第1牺牲层5进行成形而形成使下部电极10的至少一部分露出的第1开口部30的工序；以与第1牺牲层5以及第1开口部30重合的方式层叠第2导电体层6的工序；对第2导电体层6进行成形而形成具有在俯视基板1时与下部电极10重合的区域的作为振动体的上部电极20、具有与第1开口部30重合的区域的固定部23、从固定部23延伸并与作为上部电极20的振动的波节部的位置连接的支承部25（图1的（a））的工序；以与上部电极20、固定部23、支承部25重合的方式层叠第2牺牲层7的工序；对第2牺牲层7进行成形而形成使包含作为上部电极20的振动的波腹部的位置的区域露出的第2开口部31的工序；以与第2牺牲层7以及第2开口部31重合的方式层叠第3导电体层8的工序；对第3导电体层8进行成形而在与第2开口部31重合的位置形成加重部50的工序；以及蚀刻去除第1牺牲层5和第2牺牲层7的工序。
下面，参照图3的（a）～（g）进行具体说明。
图3的（a）：准备基板1，在主面上层叠氧化膜2。作为优选例，氧化膜2作为半导体工艺的元件分离层，由一般的LOCOS（Local Oxidation of Silicon）氧化膜形成，但是，根据半导体工艺的发展阶段，例如，也可以是基于STI（Shallow TrenchIsolation）法的氧化膜。
接着，层叠作为绝缘层的氮化膜3。作为氮化膜3，通过LPCVD（Low PressureChemical Vapor Deposition）对Si3N4进行成膜。氮化膜3对于对牺牲层进行释放蚀刻时使用的作为蚀刻液的缓冲氢氟酸（buffered hydrogen fluoride）具有耐性，作为蚀刻阻挡层发挥功能。
图3的（b）：接着，在氮化膜3上层叠第1导电体层4。第1导电体层4是构成下部电极10（第1下部电极11、第2下部电极12）、布线11a、12a（参照图1的（a））等的多晶硅层，在层叠后进行离子注入而使其具有规定的导电性。接着，通过光刻对第1导电体层4进行构图，形成第1下部电极11、第2下部电极12、布线11a、12a。
图3的（c）：接着，以至少与下部电极10、布线11a、12a重合的方式层叠第1牺牲层5。第1牺牲层5是用于形成第1下部电极11以及第2下部电极12与上部电极20之间的间隙并使上部电极20分离的牺牲层，由CVD（Chemical Vapor Deposition）氧化膜形成。
接着，通过光刻对第1牺牲层5进行构图，形成使第2下部电极12的一部分露出的第1开口部30。第1开口部30形成使固定部23与第2下部电极12接合并固定的接合区域。由于接合区域是经由支承部25在基板1上支承上部电极20的区域，所以，开口出可得到所需刚度的面积。
接着，以与第1牺牲层5以及第1开口部30重合的方式层叠第2导电体层6。第2导电体层6是与第1导电体层4相同的多晶硅层。
图3的（d）：接着，通过光刻对第2导电体层6进行构图，形成上部电极20、固定部23、从固定部23延伸并与作为上部电极20的振动的波节部的位置连接的支承部25（图1的（a））。如图1的（a）所示，上部电极20作为具有在俯视基板1时与第1下部电极11以及第2下部电极12重合的区域的电极，上部电极20的形状形成为2n个梁从上部电极20的中央部辐射状地延伸而成为2n次对称的旋转对称体，其中，自然数n=2。并且，在层叠后进行离子注入而使其具有规定的导电性。
图3的（e）：接着，以至少与上部电极20、固定部23、支承部25重合的方式层叠第2牺牲层7，通过光刻进行构图，形成使包含作为上部电极20的振动的波腹部的位置的区域D1（图2）露出的第2开口部31。接着，以与第2牺牲层7以及第2开口部31重合的方式层叠第3导电体层8。第3导电体层8是与第1导电体层4、第2导电体层6相同的多晶硅层。
图3的（f）：接着，通过光刻对第3导电体层8进行构图，在与第2开口部31重合的位置形成加重部50。
图3的（g）：接着，使基板1暴露在蚀刻液（缓冲氢氟酸）中，对第1牺牲层5和第2牺牲层7进行蚀刻去除（释放蚀刻），由此形成第1下部电极11以及第2下部电极12与上部电极20之间的间隙，使上部电极20分离。
通过以上工序，形成MEMS振子100。
另外，MEMS振子100优选设置在密封为减压状态的空洞部（腔）中。因此，在制造MEMS振子100时，一并形成了用于形成空洞部的牺牲层以及形成包围该牺牲层的侧壁部、空洞部的盖的密封层等，但是这里省略说明。
如上所述，根据本实施方式的振子的制造方法，能够得到以下的效果。
通过本实施方式的制造方法得到的MEMS振子100在包含振动体（上部电极20）的振动的波腹部的区域D1中具有加重部50。通过在包含振动的波腹部的区域D1中具有加重部50，与不具有加重部50的情况相比，能够使MEMS振子100的固有振动频率f更低。即，能够在不延长MEMS振子100所具有的梁（上部电极20）的长度的情况下使驱动频率更低。换言之，在相同驱动频率的振子的情况下，根据本实施方式，能够使梁（上部电极20）的长度更短。其结果，能够使MEMS振子100整体的大小更加小型化。并且，通过使MEMS振子100更加小型，例如，在为了使振动体的振动特性更好、提高可靠性和耐环境性而收纳在腔内、成为密封在减压环境中的构造的情况下，能够使腔的尺寸更小。其结果，腔的刚性等强度更高，所以，能够进一步提高振子的可靠性和耐环境性。
并且，由于能够使MEMS振子100的梁（上部电极）的长度更短，所以，在制造工序中，能够抑制由于粘附而引起的成品率降低。具体而言，在基板1的主面上形成分离的上部电极20的工序中，即使在蚀刻液或清洗液的表面张力等作用的情况下，由于以与基板1分离的方式被固定部23支承的上部电极20的长度较短，所以，上部电极20很难保持附着在基板1的主面上的状态。即，能够抑制粘附现象。
另外，在上述实施方式中，在将加重部50设置在上部电极20的上部（基板1的厚度方向）的方法中，说明了将第3导电体层8层叠在上部电极20的上部进行构图的方法，但是，不限于该方法。例如，也可以是如下方法：利用加重部50所需的厚度的第2导电体层6临时形成上部电极20，接着，通过半蚀刻等将除了加重部50以外的上部电极20的上表面去除，以在区域D1中形成加重部50。
（实施方式3）
接着，作为实施方式3，说明实施方式1的振子（MEMS振子100）的制造方法。在说明时，对于与上述实施方式相同的结构部位，使用相同标号省略重复的说明。
图4的（a）～（g）是依次示出MEMS振子100的制造方法的工序图。利用图1的（a）的A-A剖面图和C-C剖面图示出各个工序中的MEMS振子100的状态。
在实施方式2的制造方法中，说明了在首先形成的上部电极20的上部设置加重部50的方法，但是不限于此。在实施方式3的振子的制造方法中，首先形成加重部50，在其上部形成上部电极20。
下面，参照图4的（a）～（g）进行具体说明。
图4的（a）～（c）：通过与图3的（a）～（c）相同的工序，进行到层叠第2导电体层6的工序为止。并且，在层叠第2导电体层6后进行离子注入而使其具有规定的导电性。
图4的（d）：接着，通过光刻对第2导电体层6进行构图，形成加重部50和固定部23的第1层。
图4的（e）：接着，以至少与加重部50、固定部23（固定部23的第1层）重合的方式层叠第3导电体层8。第3导电体层8是与第1导电体层4、第2导电体层6相同的多晶硅层。
图4的（f）：接着，通过光刻对第3导电体层8进行构图，形成上部电极20、固定部23的第2层、从固定部23延伸并与作为上部电极20的振动的波节部的位置连接的支承部25（图1的（a））。如图1的（a）所示，上部电极20作为具有在俯视基板1时与第1下部电极11以及第2下部电极12重合的区域的电极，上部电极20的形状形成为2n个梁从上部电极20的中央部辐射状地延伸而成为2n次对称的旋转对称体，其中，自然数n=2。并且，在层叠后进行离子注入而使其具有规定的导电性。
图4的（g）：接着，使基板1暴露在蚀刻液（缓冲氢氟酸）中，对第1牺牲层5和第2牺牲层7进行蚀刻去除（释放蚀刻），由此形成第1下部电极11以及第2下部电极12与上部电极20之间的间隙，使上部电极20分离。
通过以上工序，形成MEMS振子100。
另外，在本实施方式中，与实施方式2同样，省略了包含腔的制造方法的说明。
如上所述，根据本实施方式的振子的制造方法，除了实施方式2的效果以外，还能够得到以下的效果。
通过采用首先形成加重部50并在其上部形成上部电极20的方法，能够省去第2牺牲层7的层叠和构图的工序，能够更加简便地制造MEMS振子100。
[振荡器]
接着，根据图5，说明作为本发明一个实施方式的振荡器的应用了MEMS振子100的振荡器200。
图5是示出具有本发明一个实施方式的MEMS振子100的振荡器的结构的例子的概略图。振荡器200由MEMS振子100、偏置电路70、放大器71、72等构成。
偏置电路是如下电路：与MEMS振子100的布线11a、12a连接，对MEMS振子100施加偏置了规定电位的交流电压。
放大器71是与偏置电路并联地与MEMS振子100的布线11a、12a连接的反馈放大器。通过进行反馈放大，将MEMS振子100构成为振荡器。
放大器72是输出振荡波形的缓冲放大器。
根据本实施方式，通过利用即使是更低频率也不会大型化的更加小型化的振子，能够提供更低频域中所需的频率下的更小型的振荡器来作为振荡器。
[电子设备]
接着，根据图6的（a）、（b）、图7，说明应用了作为本发明一个实施方式的电子部件的MEMS振子100的电子设备。
图6的（a）是示出作为具有本发明一个实施方式的电子部件的电子设备的移动型（或笔记本型）的个人计算机的结构概略的立体图。在该图中，个人计算机1100由具有键盘1102的主体部1104以及具有显示部1000的显示单元1106构成，显示单元1106通过铰链构造部以能够转动的方式支承在主体部1104上。在这种个人计算机1100中内置有作为滤波器、谐振器、基准时钟等发挥功能的作为电子部件的MEMS振子100。
图6的（b）是示出作为具有本发明一个实施方式的电子部件的电子设备的便携电话机（也包括PHS）的结构概略的立体图。在该图中，便携电话机1200具有多个操作按钮1202、接听口1204以及通话口1206，在操作按钮1202与接听口1204之间配置有显示部1000。在这种便携电话机1200中内置有作为滤波器、谐振器、角速度传感器等发挥功能的作为电子部件（定时器件）的MEMS振子100。
图7是示出作为具有本发明一个实施方式的电子部件的电子设备的数字照相机的结构概略的立体图。另外，在该图中，还简单地示出与外部设备之间的连接。数字照相机1300通过CCD（Charge Coupled Device）等摄像元件对被摄体的光像进行光电转换，生成摄像信号（图像信号）。
在数字照相机1300中的壳体（机身）1302的背面设有显示部1000，构成为根据基于CCD的摄像信号进行显示，显示部1000作为将被摄体显示为电子图像的取景器发挥功能。并且，在壳体1302的正面侧（图中背面侧）设有包含光学镜头（摄像光学系统）和CCD等的受光单元1304。
当摄影者确认显示部1000中显示的被摄体像并按下快门按钮1306时，该时刻的CCD的摄像信号被发送到存储器1308并进行存储。并且，在该数字照相机1300中，在壳体1302的侧面设有视频信号输出端子1312和数据通信用的输入输出端子1314。而且，如图所示，根据需要，视频信号输出端子1312连接电视监视器1430，数据通信用的输入输出端子1314连接个人计算机1440。进而，构成为通过规定的操作将存储器1308中存储的摄像信号输出到电视监视器1430或个人计算机1440。在这种数字照相机1300中内置有作为滤波器、谐振器、角速度传感器等发挥功能的作为电子部件的MEMS振子100。
如上所述，作为电子设备，通过利用即使是更低频率也不会大型化的、更加小型化的振子，能够提供更小型的电子设备。
另外，除了图6的（a）的个人计算机（移动型个人计算机）、图6的（b）的便携电话机、图7的数字照相机以外，本发明一个实施方式的作为电子部件的MEMS振子100例如还可以应用于喷墨式排出装置（例如喷墨打印机）、膝上型个人计算机、电视机、摄像机、车载导航装置、寻呼机、电子记事本（也包含通信功能）、电子辞典、计算器、电子游戏设备、工作站、视频电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备（例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜）、鱼群探测器、各种测定设备、计量仪器类（例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类）、飞行模拟器等电子设备。
[移动体]
接着，根据图8，说明应用了作为本发明一个实施方式的振子的MEMS振子100的移动体。
图8是概略地示出作为具有MEMS振子100的移动体的汽车1400的立体图。在汽车1400中安装有构成为包括本发明的MEMS振子100的陀螺仪传感器。例如，如该图所示，在作为移动体的汽车1400中安装有电子控制单元1402，该电子控制单元1402内置有对车轮1401进行控制的该陀螺仪传感器。并且，作为其他例子，MEMS振子100能够广泛应用于无钥匙进入系统、防盗器、车载导航系统、车载空气调节器、防抱死制动系统（ABS）、气囊、轮胎压力监视系统（TPMS：Tire Pressure MonitoringSystem）、引擎控制、混合汽车或电动汽车的电池监视器、车体姿势控制系统等电子控制单元（ECU：electronic control unit）。
如上所述，作为移动体，通过利用即使是更低频率也不会大型化的、更加小型化的振子，能够提供空间实用性更加优良的移动体。
另外，本发明不限于上述实施方式，能够对上述实施方式施加各种变更和改良等。下面叙述变形例。这里，针对与上述实施方式相同的结构部位，使用相同标号并省略重复的说明。
（变形例1）
图9是示意地示出变形例1的振子的剖面（与图2相同的位置的剖面）的剖面图。
在实施方式1中，如图2所示，说明了这样的情况：加重部50由上部电极20的区域D1的厚度T1比上部电极20的区域D2的厚度T2厚的部分（厚度T3所示的部分）构成、厚度T3的部分（即加重部50）设置在上部电极20的上部。与此相对，变形例1具有加重部50a，构成加重部50a的厚度T3的部分设置在上部电极20的下部。除了这点以外，变形例1与实施方式1相同。
加重部50a以朝从上部电极20的下表面到下部电极10的方向突出的方式设置在上部电极20与下部电极10之间的间隙G中。并且，上部电极20的下表面与下部电极10的上表面之间的间隙的大小Dg和厚度T3构成为T3≤Dg/3的关系。即，基板1的厚度方向的加重部50a的厚度T3为下部电极10与上部电极20的间隙的大小Dg的三分之一以下。
根据本变形例，在构成为通过对下部电极10和上部电极20施加的交流电压而在基板1的厚度方向上振动的静电型的梁型振子的情况下，加重部50a的最下表面与下部电极10的间隙至少具有除了加重部50a以外的间隙的三分之二以上的间隙。因此，不会对上部电极20的可动范围（振幅）造成较大影响，能够使驱动频率更低。
（变形例2）
图10（a）是作为变形例2的振子而示意地示出上部电极20的变形的例子的剖面图。
变形例2的振子具有加重部50b，该加重部50b设置在上部电极20的下表面，以有棱角的方式向下方向突出。除了这点以外，变形例2与变形例1相同。
加重部50b以朝从上部电极20的下表面到下部电极10的方向突出的方式设置在上部电极20与下部电极10之间的间隙G中。并且，加重部50b的形状被设置为以随着从上部电极20接近基板1的方向而变细的方式突出。
图10（b）、（c）是示出加重部50b的具体形状的例子的立体图。各个立体图是从上部电极20的下表面观察的图。
加重部50b例如也可以是呈图10（b）所示的圆锥形的形状。或者，如图10（c）所示，也可以是呈沿着横方向（与上部电极20的延伸方向交叉的横方向）延伸的三角柱的形状。
根据本变形例，以随着从上部电极20接近基板1的方向而变细的方式，突出设置构成在上部电极20的下侧（接近基板1的主面的一侧）的加重部50b。通过这样构成，在制造工序中，能够进一步有效抑制由于粘附而引起的成品率降低。具体而言，在基板1的主面上形成分离的上部电极20的制造工序中，即使在蚀刻液或清洗液的表面张力等作用的情况下，由于在上部电极20的区域D1中具有以有棱角的形状向基板1的主面方向突出的加重部50b，所以，上部电极20更难保持附着在基板1的主面上的状态。即，能够进一步有效抑制粘附现象。
（变形例3）
图10（d）是作为变形例3的振子而示意地示出上部电极20的变形的例子的俯视图。
在实施方式1中，如图1的（a）所示，说明了上部电极20是通过从上部电极20的中央部延伸的4个梁而呈十字形状的可动电极、并且加重部50在区域D1中设置在上部电极20的上部（即，在基板1的厚度方向上层叠在上部电极20上的方向）。与此相对，本变形例的振子所具有的上部电极20具有加重部50e，加重部50e在区域D1中设置在上部电极20延伸的同一面内。
换言之，从上部电极20的中央部延伸的4个梁不限于图1的（a）所示的矩形状的梁，例如，如图10（d）所示，也可以是如下形状：在区域D1中具有加重部50e，以使得在俯视上部电极20时各个梁（上部电极20）成为锤形状。
如本变形例这样，通过将加重部50e设置在上部电极20延伸的同一面内，不用增加用于新形成加重部50的工序，仅改变上部电极20的构图形状就能够应对，所以，能够更加简便地制造。

Claims (11)

1.一种振子，其特征在于，该振子具有：
基板；
下部电极，其配置在所述基板上；
固定部，其配置在所述基板上；以及
上部电极，其与所述基板分离并支承在所述固定部上，
所述上部电极是具有在俯视所述基板时与所述下部电极重合的区域的振动体，在包含作为所述振动体的所述上部电极的振动的波腹部的区域D1中具有加重部。
2.根据权利要求1所述的振子，其特征在于，
该振子具有所述区域D1的厚度T1比包含作为所述振动体的所述上部电极的振动的波节部的区域D2的厚度T2厚的部分。
3.根据权利要求2所述的振子，其特征在于，
在从所述基板的主面朝向所述上部电极的方向上，所述厚度T1比所述厚度T2厚。
4.根据权利要求2所述的振子，其特征在于，
在从所述上部电极朝向所述基板的主面的方向上，所述厚度T1比所述厚度T2厚。
5.根据权利要求4所述的振子，其特征在于，
所述加重部以随着从所述上部电极接近所述基板的方向而变细的方式突出地设置。
6.根据权利要求4或5所述的振子，其特征在于，
所述基板的厚度方向上的所述加重部的厚度为所述下部电极与所述上部电极之间的间隙的三分之一以下。
7.根据权利要求2所述的振子，其特征在于，
所述固定部通过从所述固定部延伸的支承部支承所述振动的波节部，
由所述上部电极和所述加重部构成的构造体是具有从所述振动的波节部辐射状地延伸的2n个梁的2n次对称的旋转对称体，其中，n为自然数。
8.一种振子的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下工序：
在基板的主面上层叠第1导电体层的工序；
对所述第1导电体层进行成形而形成下部电极的工序；
以与所述下部电极重合的方式层叠第1牺牲层的工序；
对所述第1牺牲层进行成形而形成使所述下部电极的至少一部分露出的第1开口部的工序；
以与所述第1牺牲层以及所述第1开口部重合的方式层叠第2导电体层的工序；
对所述第2导电体层进行成形而形成作为振动体的上部电极、固定部、支承部的工序，该上部电极具有在俯视所述基板时与所述下部电极重合的区域，该固定部具有与所述第1开口部重合的区域，该支承部从所述固定部延伸并与作为所述上部电极的振动的波节部的位置连接；
以与所述上部电极、所述固定部、所述支承部重合的方式层叠第2牺牲层的工序；
对所述第2牺牲层进行成形而形成使如下区域露出的第2开口部的工序，该区域包含作为所述上部电极的振动的波腹部的位置；
以与所述第2牺牲层以及所述第2开口部重合的方式层叠第3导电体层的工序；
对所述第3导电体层进行成形而在与所述第2开口部重合的位置形成加重部的工序；以及
蚀刻去除所述第1牺牲层和所述第2牺牲层的工序。
9.一种振荡器，其特征在于，该振荡器具有权利要求1所述的振子。
10.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1所述的振子。
11.一种移动体，其特征在于，该移动体具有权利要求1所述的振子。
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