CN104579232A - 振子、振荡器、电子设备以及移动体 - Google Patents

振子、振荡器、电子设备以及移动体 Download PDF

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Abstract

振子、振荡器、电子设备以及移动体。提供可靠性品质高、振动特性稳定且具有高Q值的振子。MEMS振子(100)具有基板(1)、配置在基板(1)上的基部(22)以及从基部(22)沿与基板的法线相交的方向延伸的多个振动部(24)，设在俯视时所述振动部的从所述基部延伸的方向上的长度为L、所述振动部的与从所述基部延伸的方向相交的方向上的长度为W时，所述振动部的尺寸比(L/W)满足0.2≤(L/W)≤7.0的关系。

Description

振子、振荡器、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及振子、具有振子的振荡器、电子设备以及移动体。
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)。在这些MEMS器件中，与以往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，公知有在与设置有振子的基板面平行的方向上振动的例如梳型振子和在基板的厚度方向上振动的例如梁型振子等。梁型振子由设置在基板上的固定电极、与基板分离地配置的可动电极等构成，根据振动部的支承方法，梁型振子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。
关于专利文献1的单臂支承梁型MEMS振子，记载了：在设置在基板主面上的第1电极的侧面部，设置在可动的第2电极的支承部侧的侧面部的角部形成为大致垂直，因此，能够降低由电极形状偏差引起的振动特性的偏差的影响，从而能够得到稳定的振动特性。
专利文献1：日本特开2012-85085号公报
但是，在专利文献1所述的MEMS振子中，支承部为一个，有利于小型化，但由于固定单臂支承梁的支承部的质量较小，因此，由于梁的弯曲振动在支承部中传播而泄漏到整个基板上这样的振动泄漏导致的Q值的下降以及在弯曲振动的应力集中的支承部中产生的热弹性损耗导致的Q值的下降，存在不能得到高Q值、不能得到稳定的振动特性和期望的振动特性的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述的问题的至少一部而完成的，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；基部，其配置在所述基板上；以及振动部，其从所述基部沿与所述基板的法线相交的方向延伸，设在俯视所述基板时所述振动部的从所述基部延伸的方向上的长度为L、所述振动部的与从所述基部延伸的方向相交的方向上的长度为W时，所述振动部的尺寸比(L/W)满足0.2≤(L/W)≤7.0的关系。
根据本应用例，通过将振动部的尺寸比(L/W)设为0.2≤(L/W)≤7.0，能够减小因宽度方向的中央朝板厚方向位移的应力集中在振动部的末端部而产生的热弹性损耗和因应力集中在相邻的振动部之间而产生的热弹性损耗，因此，能够得到具有比现有的单臂支承梁结构的振子高的Q值、且具有稳定振动特性和期望振动特性的振子。
[应用例2]在上述应用例的振子中，其特征在于，所述振子具有电极，该电极与所述振动部相对且分离地配置在所述基板上。
根据本应用例，将固定电极设置在与振动部相对的位置，在振动部与固定电极之间施加交流电压时，振动部容易产生与固定电极靠近或远离的振动，因此能够得到具有稳定振动特性的振子。
[应用例3]在上述应用例的振子中，其特征在于，所述尺寸比(L/W)满足0.5≤(L/W)≤1.0的关系。
根据本应用例，通过将振动部24的尺寸比(L/W)设为0.5≤(L/W)≤1.0，能够得到具有120000以上的Q值且具有稳定振动特性和期望振动特性的振子。
[应用例4]在上述应用例的振子中，其特征在于，所述尺寸比(L/W)满足0.62≤(L/W)≤0.8的关系。
根据本应用例，通过将振动部24的尺寸比(L/W)设为0.62≤(L/W)≤0.8，能够得到具有175000以上的Q值且具有稳定振动特性和期望振动特性的振子。
[应用例5]在上述应用例的振子中，其特征在于，所述振动部的所述L在5.0μm≤L≤15.0μm的范围内，而且，所述振动部的与所述基板相交的方向上的长度T在1.0μm≤T≤2.0μm的范围内。
根据本应用例，通过将振动部的长度尺寸L设为5.0μm≤L≤15.0μm的范围内、将振动部的板厚尺寸T设为1.0μm≤T≤2.0μm的范围内，能够得到具有稳定振动特性、实现了低成本且具有比现有的单臂支承梁结构的振子高的Q值的振子。
[应用例6]在上述应用例的振子中，其特征在于，从所述基部辐射状地延伸出4个所述振动部。
根据本应用例，从基部辐射状地延伸出4个振动部，因此，在相邻的振动部在不同的上下方向上位移时，基部的上下方向的位移被抵消，振动被抑制，能够使基部成为几乎没有振动位移的状态。因此，通过支承基部，能够得到振动效率更高且抑制了振动泄漏的振子。
[应用例7]在上述应用例的振子中，其特征在于，在相邻的所述振动部之间具有曲面。
根据本应用例，通过在相邻的振动部之间设置曲面，能够隔开由于伴随着振动的应力集中而产生的温度升高的区域和温度降低的区域之间的间隔，因此，能够提供难以产生热传导、热弹性损耗下降且具有更高的Q值的振子。
[应用例8]在上述应用例的振子中，其特征在于，所述振动部的末端侧端部的所述W小于所述振动部的所述基部侧的端部的所述W。
根据本应用例，通过使振动部的末端侧的宽度变窄，能够抑制在振动部的末端侧端部产生的应力集中，能够降低伴随应力集中的热弹性损耗，因此，能够提供具有高Q值的振子。
[应用例9]本应用例的振荡器的特征在于具有上述应用例的振子。
根据本应用例，通过具备具有高Q值的振子，能够提供更高性能的振荡器。
[应用例10]本应用例的电子设备的特征在于具有上述应用例的振子。
根据本应用例，电子设备通过灵活运用具有高Q值的振子，能够提供更高性能的电子设备。
[应用例11]本应用例的移动体的特征在于具有上述应用例的振子。
根据本应用例，移动体通过灵活运用具有高Q值的振子，能够提供更高性能的移动体。
附图说明
图1的(a)～图1的(c)是本发明的第1实施方式的振子的俯视图以及剖视图。
图2是在伴随于热弹性损耗的QTED值的计算中使用的振子的上部电极的俯视图。
图3是示出与振动部的尺寸比(L/W)对应的通过有限元法计算出的振子的QTED值的图，图3的(a)是示出尺寸比(L/W)为0～7.0的范围的图，图3的(b)是示出尺寸比(L/W)为0～2.0的范围的图。
图4是示出伴随振动部的长度L的变化的、与振动部的尺寸比(L/W)对应的通过有限元法计算出的振子的QTED值的图。
图5是示出伴随振动部的板厚T的变化的、与振动部的尺寸比(L/W)对应的通过有限元法计算出的振子的QTED值的图。
图6的(a)～图6的(f)是依次示出本实施方式的振子的制造工序的工序图。
图7的(g)～图7的(k)是依次示出本实施方式的振子的制造工序的工序图。
图8的(a)～图8的(d)是变形例1的振子，是示出上部电极的变化例的俯视图。
图9是本发明的第2实施方式的振子的上部电极的俯视图。
图10是本发明的第3实施方式的振子的上部电极的俯视图。
图11是本发明的第4实施方式的振子的上部电极的俯视图。
图12是示出具有本实施方式的振子的振荡器的结构例的概略图。
图13的(a)是示出作为电子设备的一例的移动型个人计算机的结构的立体图，图13的(b)是示出作为电子设备的一例的移动电话的结构的立体图。
图14是作为是示出电子设备的一例的数字照相机的结构的立体图。
图15是概略地示出作为移动体的一例的汽车的立体图。
标号说明
1基板；2氧化膜；3氮化膜；4第1导电体层；5第2导电体层；6第3导电体层；7抗蚀剂；8牺牲层；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；22基部；24振动部；26支承部；32固定部；40曲面；70偏置电路；71、72放大器；100MEMS振子；200振荡器；1000显示部；1100个人计算机；1102键盘；1104主体部；1106显示单元；1200移动电话；1202操作按钮；1204受话口；1206送话口；1300数字照相机；1302壳体；1304受光单元；1306快门按钮；1308存储器；1312视频信号输出端子；1314输入/输出端子；1330电视监视器；1340个人计算机；1400汽车；1401轮胎；1402电子控制单元。
具体实施方式
以下，参照附图，对实现本发明的实施方式进行说明。以下只是本发明的一个实施方式，并非限定本发明。此外，在以下的各图中，为了容易理解说明，有时以与实际不同的比例来标注。
[振子]
(第1实施方式)
首先，对作为本发明的第1实施方式的振子的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线剖视图，图1的(c)是图1的(a)的B-B线剖视图。
MEMS振子100是静电型的梁型振子，其具有形成在基板1上的固定电极(下部电极10)、与基板1以及固定电极分离地形成的可动电极(上部电极20)。可动电极是通过蚀刻层叠在基板1的主面以及固定电极上的牺牲层而与基板1以及固定电极分离地形成的。
此外，牺牲层是由氧化膜等临时形成的层，在其上下和周围形成所需的层后，通过蚀刻被去除。通过去除牺牲层，在上下和周围的各层之间形成所需的间隙和空洞，或分离地形成所需的结构体。
以下，对MEMS振子100的结构进行说明。关于MEMS振子100的制造方法，在后述的实施方式中进行说明。
MEMS振子100构成为包含：基板1；下部电极10(第1下部电极11、第2下部电极12)，其设置在基板1的主面上；支承部26，其经由下部电极10(第2下部电极12)连接在基板1上；上部电极20(基部22和振动部24一体化而成)，其具有连接在支承部26上的基部22等。
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的主面侧(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)、支承部26、上部电极20等。
此处，以在基板1的厚度方向上、在基板1的主面上依次层叠氧化膜2以及氮化膜3的方向为上方向来进行说明。
下部电极10中的第2下部电极12是将支承部26固定在基板1上、并经由支承部26对上部电极20施加电位的固定电极，利用光刻(包含蚀刻加工，以下相同)对层叠在氮化膜3上的第1导电体层4进行构图，由此形成为图1的(a)所示那样。此外，第2下部电极12通过布线12a与外部电路(省略图示)连接。
支承部26在俯视时为矩形，与上部电极20的基部22重合，并连接于基部22的与基板1相对的一侧的面。此外，支承部26被配置为与位于基部22中的振动的波节重合。此外，支承部26配置在第2下部电极12的中央部。支承部26是利用光刻对层叠在第1导电体层4上的第2导电体层5进行构图而形成的。作为优选例，第1导电体层4以及第2导电体层5分别使用导电性的多晶硅，但不限于此。
上部电极20构成为包含基部22和从基部22朝与基板1的法线相交的方向延伸的多个振动部24。具体而言，如图1的(a)所示，上部电极20是通过从上部电极20的基部22延伸的4个振动部24而呈十字形状的可动电极，由设置在基部22下方的支承部26支承，与基板1分离。
上部电极20是利用光刻对第3导电体层6进行构图而形成的，其中，第3导电体层6层叠在构成支承部26的第2导电体层5的上层和层叠在第1导电体层4上的牺牲层的上层。即，在上部电极20中，基部22和4个振动部24形成为一体。此外，在俯视基板1时，第2下部电极12和十字形状的上部电极20以各自的中心部大致一致的方式重合，从上部电极20的基部22沿横方向(B-B方向)延伸的两个振动部24与第2下部电极12(除了后述的缝S2的部分)重合地配置。此外，作为优选例，第3导电体层6与第1导电体层4以及第2导电体层5同样使用导电性的多晶硅，但不限于此。
作为固定电极的下部电极10与振动部24相对且分离地配置在基板1上。下部电极10中的第1下部电极11是固定电极，第1下部电极11是利用光刻对层叠在氮化膜3上的第1导电体层4进行构图而形成的，在俯视基板1时与第1下部电极11重合的上部电极20和第1下部电极11之间被施加交流电压。第1下部电极11以在从正面观察图1的(a)时与从上部电极20的基部22沿纵方向(A-A方向)延伸的两个振动部24重合的方式设置在2个部位，通过布线11a与外部电路(省略图示)连接。
第1下部电极11由与第2下部电极12相同层的第1导电体层4形成。因此，在第1下部电极11与作为对上部电极20施加电位的固定电极的第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。用于实现该分离的间隙的阶梯差(凹凸)作为凹凸形状转印到由第3导电体层6形成的上部电极20上，其中，该第3导电体层6经由层叠在第1导电体层4的上层的牺牲层而层叠。具体而言，如图1的(a)、图1的(b)所示，在图案的分离部(缝S1)的部分处，在上部电极20形成凹凸形状。
在MEMS振子100中，在第2下部电极12上设置虚设的缝图案，使得从上部电极20的基部22沿纵方向(A-A方向)延伸的振动部24与沿横方向(B-B方向)延伸的振动部24的刚度没有差异。具体而言，在上部电极20重合的区域中的沿横方向(B-B方向)延伸的第2下部电极12上设置虚设的缝S2，该虚设的缝S2以与缝S1使上部电极20的沿纵方向(A-A方向)延伸的两个振动部24反映的凹凸形状相同的方式，使上部电极20的沿横方向(B-B方向)延伸的两个振动部24产生凹凸形状。即，缝S2的宽度(B-B方向的长度)与缝S1的宽度(A-A方向的长度)大致相同，在俯视时，以从上部电极20的中心点到缝S2的距离与从上部电极20的中心点到缝S1的距离大致相同的方式形成缝S2。
通过这样设置虚设的缝S2，包含凹凸部而构成上部电极20。此外，缝S2不是出于使第2下部电极12电绝缘的目的而形成的，因此，在俯视时，在缝S2的与上部电极20不重合的两端部的区域，第2下部电极12是连续的。
在这样的结构中，MEMS振子100构成为静电振子，通过从外部电路经由布线11a、12a而施加在第1下部电极11和上部电极20之间的交流电压，上部电极20的4个振动部24的末端区域作为振动的波腹进行振动。在图1的(a)中，(+/-)的记号以包含其振动的相位的关系的方式示出作为振动的波腹而在上下方向(基板1的厚度方向)上振动的部分。此外，相邻的振动部24的相位不同。例如示出了，在+的振动部24为朝上方向(远离基板1的方向)的运动的情况下，相邻的振动部24为朝-的下方向(接近基板1的方向)的运动。即，作为可动电极的上部电极20在与包含作为固定电极的下部电极10(第1下部电极11、第2下部电极12)的平面相交的方向上振动。
此处，在从基部22幅射状地延伸的4个振动部24中，夹着基部22而从基部22朝不同方向延伸的两个振动部24被视作包含基部22的大致矩形的梁。因此，在两个振动部24的末端朝上方向振动时，基部22产生朝下方向振动的在振动部24的厚度方向上具有位移的弯曲振动。此外，关于相邻的振动部24、基部22以及夹着基部22从基部22朝不同方向延伸的两个振动部24构成的梁，在两个振动部24的末端朝下方向振动时，基部22产生朝上方向振动的弯曲振动。因此，在两个梁同时振动时，基部22的上下方向的位移被抵消，振动被抑制，基部22的中心部和从该中心部到在相邻的振动部24之间连接的部分的区域成为几乎没有振动位移的状态，通过支承该部分，能够简便地提供振动效率更高、抑制了振动泄漏、静电型的梁型MEMS振子100。
另外，振子的Q值通常由作为朝向支承部的振动能量泄漏的振动泄漏、伴随空气粘性的损耗以及作为热弹性损耗的由热导致的损耗等决定的。此外，各损耗的大小随着振子的形状，振动模式以及环境等而不同，不能一概说哪个损耗带来的影响较大。因此，通过对振子进行真空封装，能够忽视空气粘性的影响，能够通过优化振子的结构来降低振动泄漏，着眼于作为热弹性损耗的由热导致的损耗，确认振子的结构与热弹性损耗之间的关系，从而研究出热弹性损耗小、具有高Q值的振子的结构。
根据图2～图5，对本实施方式的振子(MEMS振子100)的上部电极20的结构、尤其是、振动部24的尺寸比(L/W)与仅考虑热弹性损耗的Q值即QTED值之间的关系进行详细说明。
图2是用于分析QTED值的振子上部电极的俯视图。此外，图3是示出与振动部的尺寸比(L/W)对应的通过有限元法计算出的振子的QTED值的图，图3的(a)是示出尺寸比(L/W)为0～7.0的范围的图，图3的(b)是放大地示出图3的(a)的尺寸比(L/W)为0～2.0的范围的图。
通过有限元法计算出与尺寸比(L/W)对应的振子的QTED值，该尺寸比(L/W)是在图2所示的振子的上部电极20中、振动部24的从基部22延伸的方向上的长度尺寸L和振动部24的与从基部22延伸的方向相交的方向上的长度尺寸(宽度尺寸)W的尺寸比。此外，分别设振动部24的L为7.12μm，设振动部24的与基板相交的方向上的长度尺寸(板厚尺寸)T为1.3μm，设支承部26的长度尺寸H1和H2为1μm，使振动部24的W在1.02μm～35.6μm(对应于尺寸比(L/W)为0.2～7.0)之间变化，计算各自的QTED值，图3的(a)、图3的(b)示出其分析结果。此外，关于现有的单臂支承梁结构的振子，设振动部24的L为10.0μm，设W为14.29μm，设T为1.3μm，设图2中的与基部22对应的部分的长度尺寸为20.0μm，设宽度尺寸为14.29μm，设板厚尺寸为1.3μm，在使一个主面的整面固定的条件下进行计算，该振子的QTED值大约为8000。
通过图3的(a)可知，在计算出的尺寸比(L/W)为0.2～7.0的整个范围内，大幅超过现有的单臂支承梁结构的振子的QTED值(约8000)，在尺寸比(L/W)为约0.7附近，QTED值大约为190000而变为最大。
因此，通过将图2所示的振动部24的尺寸比(L/W)设为0.2≤(L/W)≤7.0，能够得到具有大幅超过的现有单臂支承梁结构的振子的QTED值(约8000)的高Q值的MEMS振子100。
在图3的(a)中，尺寸比(L/W)小于使得QTED值最大的尺寸比(L/W)即大约0.7的振子的振动部24成为W远大于L的形状，因此，可认为，在振动部24的末端部，宽度方向的中央朝板厚方向位移的应力集中，由于因该应力的集中而产生的热弹性损耗，QTED值下降。此外，尺寸比(L/W)大于约0.7的振子的振动部24成为L远大于W的形状，因此，可认为，应力集中在相邻的振动部24之间，由于因该应力的集中而产生的热弹性损耗，QTED值下降。
根据图3的(b)可知，通过将振动部24的尺寸比(L/W)设为0.5≤(L/W)≤1.0，能够得到具有120000以上的QTED值的MEMS振子100，此外，通过将振动部24的尺寸比(L/W)设为0.62≤(L/W)≤0.8，能够得到具有175000以上的QTED值的MEMS振子100。
接下来，说明与改变振动部24的长度尺寸L的情况下的振动部24的尺寸比(L/W)对应的振子的QTED值。图4是示出在使振动部的L在5.0μm～15.0μm的范围内变化的情况下的与尺寸比(L/W)对应的通过有限元法计算出的QTED值的图。
根据图4可知，即使改变振动部24的L，各L的情况下的QTED值的最大值是在尺寸比(L/W)为大约0.7时，在减小L时，QTED值显现出下降的趋势。因此，关于本实施方式的上部电极20的形状，即使改变振动部24的L，也能够在振动部24的尺寸比(L/W)为约0.7时，使热弹性损耗最小，能够得到最大的QTED值。
此外，在振动部24的L小于5.0μm的情况下，QTED值可能小于150000，因此，难以得到稳定的振动特性。此外，在振动部24的L大于15.0μm的情况下，图2中的从基部22起的长度变得非常长，因此，在去除用于使振动部24与基板之间分离的牺牲层时，牺牲层的腐蚀剂的表面张力导致的弯月面力(meniscus force)发生作用，可能产生振动部24附着到基板上的粘连现象。因此，通过将振动部24的L设为5.0μm～15.0μm的范围内，能够得到这样的MEMS振子100：控制QTED值的下降、减轻粘连现象、具有高可靠性品质且具有比上述现有的单臂支承梁结构的振子的QTED值(约8000)大的QTED值。
接下来，说明改变振动部24的板厚尺寸T的情况下的振动部24的尺寸比(L/W)对应的振子的QTED值。图5是示出在使振动部的板厚尺寸T在1.0μm～2.0μm的范围内变化的情况下的与尺寸比(L/W)对应的通过有限元法计算出的QTED值的图。
根据图5可知，即使改变振动部24的T，各T的情况下的QTED值的最大值是在尺寸比(L/W)为大约0.7时，在减小T时，QTED值下降，在T为1.5μm时，QTED值最小，然后QTED值显现出上升的趋势。因此，与改变振动部24的L的情况同样，关于本实施方式的上部电极20的形状，即使改变振动部24的T，也能够在振动部24的尺寸比(L/W)为约0.7时，使热弹性损耗最小，能够得到最大的QTED值。
在振动部24的T小于1.0μm时，由于在图1中的上部电极20与设置在基板1的下部电极10(第1下部电极11和第2下部电极12)之间施加的交流电压，可能使振动部24损坏。因此，为了避免损坏振动部24，需要降低所施加的交流电压，而不能再施加用于进行稳定振动特性的交流电压，因此，存在不能得到稳定振动特性的问题。此外，如果使振动部24的T大于2.0μm，则在制造时非常耗费时间，而且，难以形成为了得到稳定的振动特性而所需的致密的导电体层，在振动特性的稳定化和振子的低成本化方面存在问题。因此，通过将振动部24的T设为1.0μm～2.0μm的范围内，能够得到具有稳定的振动特性和高可靠性品质、实现了低成本且具有比上述现有的单臂支承梁结构的振子的QTED值(约8000)大的QTED值的MEMS振子100。
如上所述，根据图4和图5可知，通过将振动部24的长度尺寸L设为5.0μm≤L≤15.0μm的范围内、将振动部的板厚尺寸T设为1.0μm≤T≤2.0μm的范围内，能够得到具有稳定的振动特性、实现了低成本且具有比上述现有的单臂支承梁结构的振子的QTED值(约8000)大的QTED值的MEMS振子100。
＜制造方法＞
接下来，对本实施方式的振子(MEMS振子100)的制造方法进行说明。在说明时，对上述的同一结构部位使用相同的标号，省略重复的说明。
图6的(a)～(f)和图7的(g)～图7的(k)是依次示出MEMS振子100的制造工序的工序图。图1的(a)的A-A线剖视图示出了各个工序中的MEMS振子100的形式。
图6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由一般的LOCOS(Local Oxidation of Silicon：硅的局部氧化)形成为半导体工艺的元件分离层，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：浅槽隔离)法的氧化膜。
接下来，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：低压化学气相沉积)使氮化硅(Si3N4)成膜。氮化膜3对缓冲氢氟酸具有耐受性，作为蚀刻阻挡层发挥作用，该缓冲氢氟酸是在对后述的牺牲层8(参照图7的(g))进行释放蚀刻时使用的蚀刻液。
图6的(b)、图6的(c)：接下来，作为第1层形成工序，首先，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，在进行层叠后，注入硼(B)、磷(P)等的离子，使其具有规定的导电性。接下来，在第1导电体层4上涂覆抗蚀剂7，利用光刻进行构图，形成第1下部电极11、第2下部电极12以及布线11a、12a。在第1层形成工序中，以在第3层形成工序之后俯视基板1时与上部电极20重合的方式，预先形成下部电极10、即第1下部电极11以及第2下部电极12。
图6的(d)：接下来，作为第2层形成工序，以覆盖下部电极10、布线11a、12a的方式层叠第2导电体层5。第2导电体层5是构成支承部26的多晶硅层，在进行层叠后，注入硼(B)、磷(P)等的离子，使其具有规定的导电性。
图6的(e)、图6的(f)：接下来，在第2导电体层5上涂覆抗蚀剂7，利用光刻进行构图，形成支承部26。支承部26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之间的间隙而使上部电极20分离，支承部26形成为与第2下部电极12的中央部重合。
图7的(g)、图7的(h)：接下来，以覆盖下部电极10、布线11a、12a以及支承部26的方式，层叠牺牲层8。牺牲层8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之间的间隙而使上部电极20分离的牺牲层，利用CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法进行成膜。在层叠后的牺牲层8中，出现了由构图的第1下部电极11和第2下部电极12等的阶梯差造成的凹凸。接下来，在牺牲层8上涂覆抗蚀剂7，利用光刻进行构图后去除支承部26上的牺牲层8。
图7的(i)，图7的(j)：接下来，作为第3层形成工序，首先，以覆盖牺牲层8以及支承部26的方式，层叠第3导电体层6。第3导电体层6是与第1导电体层4、第2导电体层5相同的多晶硅层，在进行层叠后，注入硼(B)、磷(P)等的离子，使其具有规定的导电性。然后，利用光刻进行构图，形成上部电极20(基部22、振动部24)。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的形状形成为振动部24从上部电极20的中央的基部22幅射状地延伸。
图7的(k)：接下来，使基板1暴露于蚀刻液(缓冲氢氟酸)，对牺牲层8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。
通过以上方式，形成MEMS振子100。
此外，MEMS振子100优选设置在密封为减压状态的空洞部中。因此，在MEMS振子100的制造时，一并形成用于形成空洞部的牺牲层、围着该牺牲层的侧壁部以及形成空洞部的盖的密封层等，但此处省略说明。
本发明不限于上述实施方式，可以在上述实施方式中添加各种变更和改良等。以下，叙述变形例。此处，对于与上述实施方式相同的结构部位，使用相同的标号，省略重复的说明。
(变形例1)
接下来，图8的(a)～图8的(d)是变形例1的振子(MEMS振子100)，是示出上部电极的变形例的俯视图。
在本实施方式中，如图1的(a)所示，设上部电极20是通过从基部22延伸的4个振动部24而呈十字形状的上部电极20而进行了说明，但不限于该结构。振动部24的数量不限于偶数或奇数，上部电极20只要形成有4个以上即可。
图8的(a)是示出构成为圆板状的上部电极20a的例子。能够提供如下的MEMS振子100：在以彼此相邻的振动部24a的振动相位相反的方式进行振动的情况下，抑制了振动效率的下降，抑制了振动泄漏，且具有高Q值。
图8的(b)是示出具有6个振动部24b的上部电极20b的例子。在以彼此相邻的振动部24b的振动相位相反的方式进行振动的情况下，能够提供抑制了振动效率的下降、抑制了振动泄漏且具有高Q值的MEMS振子100。
图8的(c)是示出具有8个振动部24c的上部电极20c的例子。在以彼此相邻的振动部24c的振动相位相反的方式进行振动的情况下，或者在如图8的(c)所示那样彼此相邻的两个振动部24c作为1组而同相地进行振动、并且相邻的组以振动相位相反的方式进行振动的情况下，能够提供抑制了振动效率的下降、抑制了振动泄漏且具有高Q值的MEMS振子100。
图8的(d)是示出具有5个振动部24d1～24d3的上部电极20d的例子。振动部24d2和夹着基部22相对的两个振动部24d3在与从基部22延伸的方向相交的方向上的长度(宽度方向上的长度)不同，振动部24d2的宽度方向上的长度大于两个振动部24d3的宽度方向上的长度。这是为了在振动的波节处，使基部22和振动部24d1、24d2、24d3一体化而成的上部电极20d的整体的振动平衡。通过设为这样的结构，即使振动部24d1、24d2、24d3的合计数量为奇数，也能够提供抑制了振动效率的下降、抑制了振动泄漏且具有高Q值的MEMS振子100。
(第2实施方式)
接下来，参照图9说明本发明第2实施方式的振子。
图9是本发明第2实施方式的振子的上部电极的俯视图。
以下，关于第2实施方式的振子的上部电极20e，以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明。此外，对于相同的结构标注相同标号，对相同的事项省略其说明。
如图9所示，第2实施方式的上部电极20e在相邻的振动部24之间设置有曲面40。通过设为这样的结构，能够隔开由于伴随着振动的应力集中而产生的温度升高的区域和温度降低的区域之间的间隔，因此，能够提供难以产生热传导、热弹性损耗下降且具有高Q值的MEMS振子100。
(第3实施方式)
接下来，参照图10，说明本发明第3实施方式的振子。
图10是本发明第3实施方式的振子的上部电极的俯视图。
以下，对于第3实施方式的振子的上部电极20f，以与所述第1实施方式的不同点为中心进行说明。此外，对于相同的结构标注相同标号，对相同的事项省略其说明。
如图10所示，第3实施方式的上部电极20f设置有振动部24f，振动部24f为末端侧端部的宽度小于基部22侧端部的宽度的形状、即梯形，其底边与基部22连接。通过使振动部24f的末端侧的宽度变窄，抑制在振动部24f的末端侧端部产生的应力集中，能够降低伴随应力集中的热弹性损耗，因此，能够提供具有高Q值的MEMS振子100。
以上，在图1的(a)的第1实施方式的振子、图8的(a)～图8的(d)的变形例1的振子、图9的第2实施方式的振子以及图10的第3实施方式的振子中，设置在基部22的中央部的支承部26的形状构成为矩形，但不限于该结构，也可以是多边形、圆形、十字形状等。此外，设置了1个支承部26，但不限于此，也可以设置多个支承部26。
(第4实施方式)
接下来，参照图11，说明本发明第4实施方式的振子。
图11是本发明第4实施方式的振子的上部电极的俯视图。
以下，对于第4实施方式的振子的上部电极20g，以与所述第1实施方式的不同点为中心进行说明。此外，对于相同的结构标注相同标号，对相同的事项省略其说明。
如图11所示，在第4实施方式的上部电极20g中，在作为振动波节的相邻的振动部24之间连接有支承部26g，该支承部26g在与基部22相反方向的端部设置有固定部32。通过设为这样的结构，能够将固定部32固定在基板上，借助支承部26g使上部电极20g的振动部24与基板分离。此外，通过在作为振动波节的相邻的振动部24之间连接支承部26g，能够降低振动泄漏导致的Q值下降，能够提供具有高Q值的MEMS振子100。此外，通过将支承部26g设为多个，能够提高耐冲击性，从而能够提供耐冲击特性优异且具有高Q值的MEMS振子100。
[振荡器]
接下来，根据图12，对应用了作为本发明一个实施方式的振子的MEMS振子100的振荡器200进行说明。
图12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70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是和偏置电路70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，使MEMS振子100构成为振荡器200。
放大器72是输出振荡波形的缓冲放大器。
根据本实施方式，振荡器200通过具备具有高Q值的振子(MEMS振子100)，能够提供更高性能的振荡器200。
[电子设备]
接下来，根据图13的(a)、图13的(b)以及图14，对应用了作为本发明一个实施方式的电子部件的MEMS振子100的电子设备进行说明。
图13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)个人计算机的概略结构的立体图。在该图中，个人计算机1100由具有键盘1102的主体部1104和具有显示部1000的显示单元1106构成，显示单元1106经由铰接结构部以可转动的方式支承于主体部1104。在这样的个人计算机1100中，内置有作为电子部件的MEMS振子100，该MEMS振子100作为滤波器、谐振器、基准时钟等发挥作用。
图13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移动电话(包含PHS)的概略结构的立体图。在该图中，移动电话1200具有多个操作按钮1202、受话口1204以及送话口1206，在操作按钮1202与受话口1204之间，配置有显示部1000。在这样的移动电话1200中，内置有作为电子部件(时钟器件)的MEMS振子100，该MEMS振子100作为滤波器、谐振器、角速度传感器等发挥作用。
图14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概略结构的立体图。此外，在该图中，还简易地示出了与外部设备之间的连接。数字照相机1300利用CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)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的壳体(主体)1302的背面设置有显示部1000，根据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作用。此外，在壳体1302的正面侧(图中背面侧)设置有包含光学镜头(摄像光学系统)和CCD等的受光单元1304。
在摄影者确认显示部1000中表示的被摄体像并按下快门按钮1306时，该时刻的CCD的摄像信号被转送/保存到存储器1308中。此外，在该数字照相机1300中，在壳体1302的侧面设置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，分别使视频信号输出端子1312与电视监视器1330连接，使数据通信用的输入/输出端子1314与个人计算机1340连接。此外，构成为，通过规定的操作，使存储器1308中保存的摄像信号输出到电视监视器1330或个人计算机1340。在这样的数字照相机1300中，内置有作为电子部件的MEMS振子100，该MEMS振子100作为滤波器、谐振器、角速度传感器等发挥作用。
如上所述，电子设备通过灵活运用具有高Q值的振子(MEMS振子100)，能够提供更高性能的电子设备。
此外，作为本发明一个实施方式的电子部件的MEMS振子100除了可以应用于图13的(a)的个人计算机(移动型个人计算机)、图13的(b)的移动电话、图14的数字照相机以外，例如还可以应用于喷射式排出装置(例如喷墨打印机)、笔记本型个人计算机、电视机、摄像机、汽车导航装置、寻呼器、电子记事本(包含带通信功能的)、电子词典、计算器、电子游戏设备、工作站、电视电话、防盗用电视监视器、电子望远镜、POS终端、医疗设备(例如，电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量装置、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]
接下来，根据图15，对应用了作为本发明一个实施方式的振子的MEMS振子100的移动体进行说明。
图15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，安装有构成为包含本发明的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，安装了控制轮胎1401的、内置有该陀螺仪传感器的电子控制单元1402。此外，作为另一例，MEMS振子100可以广泛应用于无钥匙进入系统、发动机防盗锁止系统、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、轮胎压力监视系统(TPMS：Tire Pressure Monitoring System)、发动机控制器、混合动力汽车和电动汽车的电池监视器、车体姿态控制系统等的电子控制单元(ECU：electronic control unit)。
如上所述，移动体通过灵活运用具有高Q值的振子(MEMS振子100)，能够提供更高性能的移动体。
以上，根据图示的实施方式，对本发明的振子(MEMS振子100)、振荡器200、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明不限于此，各部分的结构可以置换为具有相同功能的任意结构。此外，在本发明中，可以附加其它任意结构物。此外，可以适当组合上述各实施方式。

Claims (11)

1.一种振子，其特征在于，该振子具有：
基板；
基部，其配置在所述基板上；以及
振动部，其从所述基部沿与所述基板的法线相交的方向延伸，
设在俯视所述基板时所述振动部的从所述基部延伸的方向上的长度为L、所述振动部的与从所述基部延伸的方向相交的方向上的长度为W时，
所述振动部的尺寸比(L/W)满足0.2≤(L/W)≤7.0的关系。
2.根据权利要求1所述的振子，其特征在于，
所述振子具有电极，该电极与所述振动部相对且分离地配置在所述基板上。
3.根据权利要求1所述的振子，其特征在于，
所述尺寸比(L/W)满足0.5≤(L/W)≤1.0的关系。
4.根据权利要求1所述的振子，其特征在于，
所述尺寸比(L/W)满足0.62≤(L/W)≤0.8的关系。
5.根据权利要求1所述的振子，其特征在于，
所述振动部的所述L在5.0μm≤L≤15.0μm的范围内，
而且，所述振动部的与所述基板相交的方向上的长度T在1.0μm≤T≤2.0μm的范围内。
6.根据权利要求1所述的振子，其特征在于，
从所述基部辐射状地延伸出4个所述振动部。
7.根据权利要求6所述的振子，其特征在于，
在相邻的所述振动部之间具有曲面。
8.根据权利要求1所述的振子，其特征在于，
所述振动部的末端侧端部的所述W小于所述振动部的所述基部侧的端部的所述W。
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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