JP2005311671A - Micro-resonator, manufacturing method thereof and electronic equipment - Google Patents
Micro-resonator, manufacturing method thereof and electronic equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005311671A JP2005311671A JP2004125403A JP2004125403A JP2005311671A JP 2005311671 A JP2005311671 A JP 2005311671A JP 2004125403 A JP2004125403 A JP 2004125403A JP 2004125403 A JP2004125403 A JP 2004125403A JP 2005311671 A JP2005311671 A JP 2005311671A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- microresonator
- metal layer
- resonator
- fixed electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
本発明は、固定電極と可動電極との間に電圧を印加して可動電極を固有の共振周波数で微小振動させるマイクロレゾネータ及びその製造方法、並びに当該マイクロレゾネータを備える電子機器に関する。 The present invention relates to a microresonator that applies a voltage between a fixed electrode and a movable electrode to cause the movable electrode to vibrate at a specific resonance frequency, a manufacturing method thereof, and an electronic device including the microresonator.
近年、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いて超小型・超高性能の電子部品を製造する研究・開発が盛んに行われている。MEMS技術を用いた電子部品は多岐に亘るが、その一種としてマイクロレゾネータがある。マイクロレゾネータは、例えばシリコン基板等の基板上に酸化膜からなる絶縁膜が形成され、その絶縁膜上に櫛歯状の固定電極の櫛歯と櫛歯状の可動電極の櫛歯とが基板表面に対して平行に噛み合わされるように形成された構造である。 In recent years, research and development for manufacturing ultra-compact and ultra-high-performance electronic components using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology has been actively conducted. There are a wide variety of electronic components using MEMS technology, and one type is a microresonator. In the microresonator, for example, an insulating film made of an oxide film is formed on a substrate such as a silicon substrate, and the comb teeth of the comb-shaped fixed electrode and the comb teeth of the comb-shaped movable electrode are formed on the insulating film. It is the structure formed so that it might mesh | engage in parallel with respect to.
また、上記の櫛歯状の可動電極はシリコン基板上に支持されたバネ性を有する支持部に結合されており、このような互いに噛み合う櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との組を支持部の両側に1組ずつ配置した構成となっている。尚、上記の櫛歯状の可動電極と支持部とが共振子を構成している。更に、絶縁膜上には、櫛歯状の固定電極の各々に接続された2つの電極端子と、これら2つの電極端子に共通した接地電極としての電極端子とが設けられている。以上の櫛歯状の固定電極、櫛歯状の可動電極、支持部、及び電極端子は、例えば上記の絶縁膜上に形成したポリシリコン膜又はSOI(Silicon On Insulator)基板の絶縁膜上に結晶化されているシリコン層を利用して形成される。 The comb-shaped movable electrode is coupled to a support portion having a spring property supported on a silicon substrate, and the comb-shaped fixed electrode and the comb-shaped movable electrode are engaged with each other. One set is arranged on each side of the support portion. The comb-shaped movable electrode and the support portion constitute a resonator. Further, two electrode terminals connected to each of the comb-shaped fixed electrodes and an electrode terminal as a ground electrode common to these two electrode terminals are provided on the insulating film. The above-described comb-shaped fixed electrode, comb-shaped movable electrode, support portion, and electrode terminal are formed on, for example, a polysilicon film formed on the above-described insulating film or an insulating film of an SOI (Silicon On Insulator) substrate. It is formed using a silicon layer that has been formed.
このようなマイクロレゾネータは、一方の櫛歯状の固定電極の電極端子と接地電極としての電極端子との間に交流電圧を印加することにより、その櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との間に静電引力を発生させ、この静電引力により櫛歯状の可動電極を櫛歯の噛み合い方向(櫛歯の長さ方向)に平面的に押し引きすることによって振動させる。この振動は櫛歯状の可動電極と一体化されたバネ性を持つ支持部に伝達され、他方の同様に噛み合い状態にある櫛歯状の可動電極を平面的に振動させる。 Such a microresonator applies an alternating voltage between the electrode terminal of one of the comb-shaped fixed electrodes and the electrode terminal as a ground electrode, thereby moving the comb-shaped fixed electrode and the comb-shaped movable electrode. An electrostatic attractive force is generated between the electrodes, and the electrostatic attraction force causes the comb-like movable electrode to vibrate by being pushed and pulled planarly in the comb-tooth engagement direction (the comb tooth length direction). This vibration is transmitted to a support portion having a spring property integrated with the comb-shaped movable electrode, and the other comb-shaped movable electrode which is in the meshed state is vibrated planarly.
入力側である一方の櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との間で発生した振動が、可動電極の質量とバネ性を持つ支持部の構造で定まるバネ定数で決定される共振周波数に一致したところで共振現象が生じ、この共振周波数が出力側である他方の櫛歯状の固定電極の電極端子から取り出される。かかる構成のマイクロレゾネータは、特定周波数の電気信号を発振する発振子又は複数の周波数を含む電気信号から特定周波数の電気信号をフィルタリングするフィルタとして用いられる。発振子又はフィルタをマイクロレゾネータで形成することで、これらの電子部品を他の電子部品と集積することができるため、電子回路の小型化を図ることができる。尚、マイクロレゾネータの詳細については、例えば以下の特許文献1,2を参照されたい。
ところで、近年においては、上述した固定電極及び可動電極を単結晶シリコンで形成する試みが行われている。これは、CVD(Chemical Vapor Deposition)等で形成されたポリシリコン膜を用いて形成した固定電極及び可動電極よりも、単結晶シリコンで形成した固定電極及び可動電極の方が機械的な特性が安定しているからである。固定電極及び可動電極を単結晶シリコンで形成する場合には、固定電極及び可動電極を極力低抵抗にする必要がある。このためには、予め不純部が高濃度に添加(ドープ)された材料を用いるか、又は低濃度にドープされた材料に対して後から高い濃度で不純物をドープする必要がある。 Incidentally, in recent years, attempts have been made to form the above-described fixed electrode and movable electrode with single crystal silicon. This is because the fixed electrode and the movable electrode made of single crystal silicon have more stable mechanical characteristics than the fixed electrode and the movable electrode formed using a polysilicon film formed by CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like. Because it is. When the fixed electrode and the movable electrode are formed of single crystal silicon, it is necessary to make the fixed electrode and the movable electrode as low resistance as possible. For this purpose, it is necessary to use a material in which an impurity is previously added (doped) at a high concentration, or to dope impurities at a high concentration later on a material doped at a low concentration.
しかしながら、マイクロレゾネータの固定電極及び可動電極としての使用に耐え得る程度に高い濃度で不純物がドープされた低抵抗の材料は、半導体集積回路を形成するには不純物の濃度が高すぎるため製造される事は殆ど無い。また、マイクロレゾネータの固定電極及び可動電極は、数μm〜数十μm程度の厚みを有しており、この厚みまで均一に不純物をドープするのは、長時間を要するとともに熱的ダメージもあることから、後から材料に不純物をドープして低抵抗にする方法も非現実的である。更に、ポリシリコン膜又はSOI基板の絶縁膜上に結晶化されているシリコン層を利用して形成している現在の固定電極及び可動電極も、可動電極の共振時における電流変化を効率よく取り出すためには抵抗を更に低減する必要がある。 However, a low-resistance material doped with impurities at a concentration high enough to withstand use as a fixed electrode and a movable electrode of a microresonator is manufactured because the concentration of impurities is too high to form a semiconductor integrated circuit. There is almost nothing. In addition, the fixed electrode and the movable electrode of the microresonator have a thickness of about several μm to several tens of μm, and it takes a long time and there is thermal damage to uniformly dope impurities up to this thickness. Therefore, it is also impractical to make the material low in resistance by doping the material later. Furthermore, the current fixed electrode and movable electrode formed by using a silicon layer crystallized on a polysilicon film or an insulating film of an SOI substrate also efficiently extract current changes at the time of resonance of the movable electrode. It is necessary to further reduce the resistance.
また、固定電極等に接続される電極端子は、可動電極の共振時における電流変化を外部に取り出すために、一般的な電極材料であるAl(アルミニウム)を用いて形成されている。マイクロレゾネータでは、可動電極を基板上に浮き上がらせた状態にするため、可動電極、固定電極、及び電極端子を形成した後で、可動電極と基板との間に設けられる絶縁膜をフッ化水素酸を用いてエッチングにより除去する工程が行われる。かかる工程を行う際に、電極端子に用いられるAl(アルミニウム)がフッ化水素酸によって溶解してしまうという問題があった。 The electrode terminal connected to the fixed electrode or the like is formed using Al (aluminum), which is a general electrode material, in order to take out a change in current when the movable electrode resonates. In the microresonator, in order to make the movable electrode float on the substrate, after forming the movable electrode, the fixed electrode, and the electrode terminal, an insulating film provided between the movable electrode and the substrate is formed with hydrofluoric acid. The process of removing by etching using is performed. When performing this process, there was a problem that Al (aluminum) used for the electrode terminal was dissolved by hydrofluoric acid.
可動電極と基板との間に設けられる絶縁膜をエッチングにより除去した後で、電極端子上にAl(アルミニウム)からなる膜を形成すれば上記の問題は生じないが、可動電極は基板上に浮き上がった状態にあり機械的な強度が弱いため、蒸着によって金属層を形成するとともに所定の形状に金属層をパターニングすることは困難である。また、マスクを用いて金属層を所望の形状に蒸着することも可能であるが、この方法で形成すると微細な形状の金属層を形成することができない。不要に大きな面積を有する金属層を形成すると寄生容量が生じて、マイクロレゾネータの性能を低下させてしまう。 If the insulating film provided between the movable electrode and the substrate is removed by etching and then a film made of Al (aluminum) is formed on the electrode terminal, the above problem does not occur, but the movable electrode floats on the substrate. Therefore, it is difficult to form a metal layer by vapor deposition and pattern the metal layer in a predetermined shape because the mechanical strength is weak. In addition, a metal layer can be deposited in a desired shape using a mask, but if formed by this method, a metal layer having a fine shape cannot be formed. If a metal layer having an unnecessarily large area is formed, parasitic capacitance is generated, and the performance of the microresonator is degraded.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、固定電極及び接続端子等の電気抵抗が低減された高い性能を有するマイクロレゾネータを提供するとともに、かかる高い性能を有するマイクロレゾネータを容易に製造することができるマイクロレゾネータの製造方法を提供し、更に上記マイクロレゾネータ又は上記の方法を用いて製造されたマイクロレゾネータを備える電子機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a microresonator having high performance with reduced electrical resistance such as a fixed electrode and a connection terminal, and easily manufacturing such a microresonator having high performance. Another object of the present invention is to provide a microresonator manufacturing method that can be used, and to provide an electronic device including the microresonator or the microresonator manufactured by using the method.
上記課題を解決するために、本発明のマイクロレゾネータは、シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、当該積層部上に形成された固定電極、可動電極、及び前記固定電極と導通する電極端子とを備えるマイクロレゾネータであって、前記固定電極、前記可動電極、及び前記電極端子上の少なくとも一部に、電気抵抗を低減するための金属層を備えることを特徴としている。
この発明によれば、固定電極、可動電極、及び前記電極端子上の少なくとも一部に、電気抵抗を低減するための金属層を備えているため、固定電極、可動電極、電極端子の少なくとも一部の抵抗を低減することができ、可動電極の振動により生ずる微小な電流を効率的に取り出すことができる。これにより、マイクロレゾネータの性能を向上させることができる。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記金属層が、前記電極端子上に設けられることを特徴としている。
この発明によれば、金属層を電極端子上に設けることで電極端子の抵抗を低減することができるため、可動電極の振動による微小な電流を外部に取り出す際に効率良く取り出すことができる。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記金属層が、前記固定電極、前記電極端子、及び前記固定電極と前記電極端子とを接続する接続部に設けられることを特徴としている。
この発明によれば、金属層を固定電極、電極端子、及び接続部に設けることで固定電極から電極端子までの抵抗を低減することができるため、固定電極に対する可動電極の相対的な振動により生ずる電流を増加させることができるとともに、この電流を効率よく外部に取り出すことができる。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記金属層が、前記固定電極、前記可動電極、及び前記電極端子上の全体に亘って設けられることを特徴としている。
この発明によれば、金属層を固定電極、可動電極、及び電極端子上の全体に亘って設けることで、可動電極を振動させるための電圧を効率的に印加することができ、且つ可動電極の振動により生ずる電流を増加させることができるとともに効率よく外部に取り出すことができる。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記金属層が、耐食性を有する金属又は合金で形成されてなることを特徴としている。
この発明によると、金属層が耐食性を有する金属又は合金で形成されているため、金属層を形成することによるマイクロレゾネータの製造プロセスの大幅な変更を強いられることはないとともに、例えば酸化等の化学変化による抵抗率の変化が生ずることはない。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記金属層が、金又は白金で形成されてなることを特徴としている。
この発明によれば、金属層が金又は白金で形成されているため、マイクロレゾネータの製造プロセスの大幅な変更及び抵抗率の変化を生ずることがないとともに、既存のプロセスを応用して安価に金属層の形成を行うことができる。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記固定電極及び前記可動電極が、一部が櫛歯形状であることを特徴としている。
この発明によれば、固定電極及び可動電極が櫛歯形状を有する形状であるため、固定電極及び可動電極は幅が狭くなって高抵抗になる箇所が多い構造であるが、固定電極及び可動電極上に金属層が設けられている、固定電極及び可動電極の抵抗を低減することができる。また、櫛歯の長手方向の振動、又は共振子のねじれ又は共振子の回転による振動等の共振モードを得ることができ、マイクロレゾネータの共振周波数の設定範囲を広くする上で好適である。勿論、かかる構成であれば単一の共振周波数を得ることもできる。但し、本発明は、共振子が櫛歯状電極を有する形状のものに限定されることを意図しているわけではなく、櫛歯状電極を有する形状以外に、梁(ビーム)形状又は円板形状を採用することもできる。
上記課題を解決するために、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、当該積層部上に形成された固定電極、可動電極、及び前記固定電極と導通する電極端子とを備えるマイクロレゾネータの製造方法であって、前記積層部上に形成されている半導体層の前記固定電極、前記可動電極、及び前記電極端子を形成する部位の少なくとも一部の上部に金属層を形成する工程と、前記半導体層に対して所定の処理を施して前記固定電極、前記可動電極、及び前記電極端子を形成する工程とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、シリコン基板上に形成された半導体層の固定電極、可動電極、及び電極端子を形成する部位の少なくとも一部の上部に金属層を形成し、半導体層に対して所定の処理を施して固定電極、可動電極、及び電極端子を形成しているため、固定電極、可動電極、及び電極端子の少なくとも一部の抵抗が低減された高い性能を有するマイクロレゾネータを製造することができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記金属層を形成する前に、前記半導体層の前記金属層を形成する部位に不純物を添加する工程を含むことを特徴としている。
この発明によれば、金属層を形成する部位に不純物を添加してから金属層を形成しているため、金属層が形成される部位の不純物濃度が高められて金属層と半導体層とをオーミックコンタクトとすることができ、余分な抵抗の増加を防止することができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記半導体層上に金属層を形成した後で熱処理を施し、前記半導体層に対して前記金属層を合金化する工程を含むことを特徴としている。
この発明によると、半導体層上に金属層を形成した後で熱処理を施すことにより、半導体層に対して金属層を合金化しているため、半導体層に対する金属層の密着性を増大させることができるとともに、金属層と半導体層とをオーミックコンタクトとする上で好適である。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記半導体層に対して前記金属層を合金化する工程は、前記熱処理時の温度を1000℃以下に設定して行うことを特徴としている。
この発明によれば、1000℃以下の温度で半導体層に対して金属層を合金化しており、シリコン基板に甚大な熱負荷をかけることがないため、歩留まり低下を防止する上で好適である。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記金属層を形成する工程が、耐食性を有する金属で前記金属層を形成する工程であることを特徴としている。
この発明によると、耐食性を有する金属で金属層を形成しているため、金属層を形成した後で半導体層に対して所定の処理を施して固定電極、可動電極、前記電極端子を形成する際に金属層が腐食されるのを防止することができる。また、金属層を耐食性を有する金属又は合金で形成することで、例えば酸化等の化学変化による抵抗率の変化を防止することができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記耐食性を有する金属が、金又は白金であることを特徴としている。
この発明によれば、金属層を金又は白金で形成しているため、既存のプロセスを応用して安価に金属層の形成を行うことができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記固定電極、前記可動電極、及び前記電極端子を形成する工程が、前記固定電極及び前記可動電極を、一部に櫛歯形状を有する形状に形成する工程であることを特徴としている。
この発明によれば、固定電極及び可動電極を櫛歯形状を有する形状に形成しているため、固定電極及び可動電極は幅が狭くなって高抵抗になる箇所が多い構造となるが、固定電極及び可動電極上に金属層を形成しているため、固定電極及び可動電極の抵抗を低減することができる。また、櫛歯の長手方向の振動、又は共振子のねじれ又は共振子の回転による振動等の共振モードを得ることができ、マイクロレゾネータの共振周波数の設定範囲を広くする上で好適である。勿論、かかる構成であれば単一の共振周波数を得ることもできる。但し、本発明は、共振子が櫛歯状電極を有する形状のものに限定されることを意図しているわけではなく、櫛歯状電極を有する形状以外に、梁(ビーム)形状又は円板形状を採用することもできる。
本発明の電子機器は、上記の何れかに記載のマイクロレゾネータ、又は上記の何れかに記載のマイクロレゾネータの製造方法を用いて製造されたマイクロレゾネータを備えることを特徴としている。
この発明によれば、半導体素子を製造する技術を用いてシリコン基板上に所望の共振周波数を有するマイクロレゾネータを形成することができるため、マイクロレゾネータを応用したフィルタ及び発振子等を半導体チップ内に集積化することができる。この結果、例えば、発振子、フィルタ、アンプ、混合器、及び検波器等からなる受信回路を1チップ化した半導体素子等の超小型・超高機能の半導体素子を備えた電子機器が提供される。
In order to solve the above problems, a microresonator of the present invention includes a silicon substrate, a stacked portion including at least an insulating film formed on the silicon substrate, a fixed electrode, a movable electrode formed on the stacked portion, And an electrode terminal electrically connected to the fixed electrode, wherein the fixed electrode, the movable electrode, and at least a part on the electrode terminal are provided with a metal layer for reducing electric resistance. It is a feature.
According to this invention, since the metal layer for reducing the electrical resistance is provided on at least a part of the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal, at least a part of the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal. Can be reduced, and a minute current generated by the vibration of the movable electrode can be efficiently taken out. Thereby, the performance of the microresonator can be improved.
In the microresonator of the present invention, the metal layer is provided on the electrode terminal.
According to the present invention, since the resistance of the electrode terminal can be reduced by providing the metal layer on the electrode terminal, it is possible to efficiently extract a minute current due to the vibration of the movable electrode.
The microresonator of the present invention is characterized in that the metal layer is provided in the fixed electrode, the electrode terminal, and a connection portion that connects the fixed electrode and the electrode terminal.
According to the present invention, since the resistance from the fixed electrode to the electrode terminal can be reduced by providing the metal layer on the fixed electrode, the electrode terminal, and the connection portion, the metal layer is generated by relative vibration of the movable electrode with respect to the fixed electrode. The current can be increased and the current can be efficiently extracted to the outside.
The microresonator of the present invention is characterized in that the metal layer is provided over the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal.
According to the present invention, by providing the metal layer over the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal, the voltage for vibrating the movable electrode can be efficiently applied, and the movable electrode The current generated by the vibration can be increased and can be efficiently taken out.
The microresonator of the present invention is characterized in that the metal layer is formed of a metal or alloy having corrosion resistance.
According to the present invention, since the metal layer is formed of a corrosion-resistant metal or alloy, it is not forced to significantly change the manufacturing process of the microresonator by forming the metal layer. The resistivity does not change due to the change.
The microresonator of the present invention is characterized in that the metal layer is made of gold or platinum.
According to the present invention, since the metal layer is formed of gold or platinum, there is no significant change in the manufacturing process of the microresonator and no change in resistivity. A layer can be formed.
In the microresonator of the present invention, the fixed electrode and the movable electrode are partially comb-shaped.
According to the present invention, since the fixed electrode and the movable electrode have a comb-teeth shape, the fixed electrode and the movable electrode have a structure in which the width is narrow and there are many places where the resistance becomes high. The resistance of the fixed electrode and the movable electrode on which the metal layer is provided can be reduced. In addition, it is possible to obtain a resonance mode such as vibration in the longitudinal direction of the comb teeth, or torsion of the resonator or vibration due to rotation of the resonator, which is preferable for widening the setting range of the resonance frequency of the microresonator. Of course, with such a configuration, a single resonance frequency can be obtained. However, the present invention is not intended to limit the resonator to a shape having a comb-like electrode. In addition to the shape having a comb-like electrode, the beam (beam) shape or disk A shape can also be adopted.
In order to solve the above problems, a method of manufacturing a microresonator of the present invention includes a silicon substrate, a stacked portion including at least an insulating film formed on the silicon substrate, a fixed electrode formed on the stacked portion, A method of manufacturing a microresonator comprising a movable electrode and an electrode terminal electrically connected to the fixed electrode, wherein the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal of a semiconductor layer formed on the stacked portion are formed Forming a metal layer on an upper portion of at least a part of a portion to be formed, and performing a predetermined treatment on the semiconductor layer to form the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal. It is a feature.
According to the present invention, the metal layer is formed on at least a part of the portion where the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal of the semiconductor layer formed on the silicon substrate are formed, and the semiconductor layer is subjected to predetermined processing. Since the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal are formed by applying the above, it is possible to manufacture a high-performance microresonator in which the resistance of at least a part of the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal is reduced. .
In addition, the method for manufacturing a microresonator according to the present invention includes a step of adding an impurity to a portion of the semiconductor layer where the metal layer is formed before the metal layer is formed.
According to the present invention, since the metal layer is formed after the impurity is added to the portion where the metal layer is formed, the impurity concentration in the portion where the metal layer is formed is increased, and the metal layer and the semiconductor layer are ohmic. A contact can be formed, and an increase in extra resistance can be prevented.
The method for manufacturing a microresonator according to the present invention is characterized in that a heat treatment is performed after forming a metal layer on the semiconductor layer, and the metal layer is alloyed with the semiconductor layer.
According to this invention, since the metal layer is alloyed with respect to the semiconductor layer by performing the heat treatment after forming the metal layer on the semiconductor layer, the adhesion of the metal layer to the semiconductor layer can be increased. In addition, it is suitable for making the metal layer and the semiconductor layer ohmic contact.
In the method for manufacturing a microresonator of the present invention, the step of alloying the metal layer with respect to the semiconductor layer is performed by setting the temperature during the heat treatment to 1000 ° C. or less.
According to the present invention, the metal layer is alloyed with respect to the semiconductor layer at a temperature of 1000 ° C. or less, and a significant heat load is not applied to the silicon substrate, which is suitable for preventing a decrease in yield.
In the method for producing a microresonator of the present invention, the step of forming the metal layer is a step of forming the metal layer with a metal having corrosion resistance.
According to the present invention, since the metal layer is formed of a metal having corrosion resistance, after the metal layer is formed, the semiconductor layer is subjected to a predetermined treatment to form the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal. It is possible to prevent the metal layer from being corroded. Further, by forming the metal layer with a corrosion-resistant metal or alloy, it is possible to prevent a change in resistivity due to a chemical change such as oxidation.
In the method for producing a microresonator of the present invention, the corrosion-resistant metal is gold or platinum.
According to this invention, since the metal layer is formed of gold or platinum, the metal layer can be formed at low cost by applying an existing process.
Further, in the method for manufacturing the microresonator of the present invention, the step of forming the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal includes forming the fixed electrode and the movable electrode in a shape having a comb-tooth shape in part. It is the process to perform.
According to the present invention, since the fixed electrode and the movable electrode are formed in a shape having a comb-teeth shape, the fixed electrode and the movable electrode have a structure in which the width is narrow and there are many places where the resistance becomes high. Since the metal layer is formed on the movable electrode, the resistance of the fixed electrode and the movable electrode can be reduced. In addition, it is possible to obtain a resonance mode such as vibration in the longitudinal direction of the comb teeth, or torsion of the resonator or vibration due to the rotation of the resonator, which is suitable for widening the setting range of the resonance frequency of the microresonator. Of course, with such a configuration, a single resonance frequency can be obtained. However, the present invention is not intended to limit the resonator to a shape having a comb-like electrode. In addition to the shape having a comb-like electrode, the beam (beam) shape or disk A shape can also be adopted.
An electronic apparatus according to the present invention includes any one of the above-described microresonators or a microresonator manufactured by using any one of the above-described microresonator manufacturing methods.
According to the present invention, since a microresonator having a desired resonance frequency can be formed on a silicon substrate by using a technique for manufacturing a semiconductor element, a filter, an oscillator, and the like using the microresonator are incorporated in a semiconductor chip. It can be integrated. As a result, for example, an electronic device including an ultra-compact and ultra-high performance semiconductor element such as a semiconductor element in which a receiving circuit including an oscillator, a filter, an amplifier, a mixer, a detector, and the like is integrated into one chip is provided. .
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるマイクロレゾネータ及びその製造方法並びに電子機器について詳細に説明する。 Hereinafter, a microresonator, a manufacturing method thereof, and an electronic device according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔マイクロレゾネータ〕
図1は、本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータを示す平面図であり、図2は、図1中のA−A線に沿った断面矢視図である。図1及び図2に示すマイクロレゾネータ10は、トランスバーサル型のSAW(Surface Acoustic Wave:弾性表面波素子)フィルタと同様な働きをするフィルタとして構成したものである。尚、以下の説明においては、必要があれば図中にXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図1及び図2中のXYZ直交座標系は、X軸及びY軸がシリコン基板50の表面に対して平行となるよう設定され、Z軸がシリコン基板50の表面に対して直交する方向に設定されている。
[Micro Resonator]
FIG. 1 is a plan view showing a microresonator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The
図1に示すマイクロレゾネータ10は、シリコン基板50の表面に形成された酸化膜を含む絶縁膜51上において、X方向に沿って送信側IDT(Inter Digital Transducer)20と受信側IDT30とを配置し、これらの間に共振子40を配置した構成である。送信側IDT20、受信側IDT30、及び共振子40は、例えばシリコン基板50上に形成された導電層としてのポリシリコン(p−Si)膜を利用して形成される。或いは、SOI(Silicon On Insulator)基板の絶縁膜上に結晶化されているシリコン層を利用して形成される。
A
送信側IDT20は櫛歯部21を有する固定電極22と櫛歯部23を有する可動電極24とから構成されている。送信側IDT20の固定電極22は、リード線25を介して電極端子26に接続されている。同様に、受信側IDT30は、櫛歯部31を有する固定電極32と櫛歯部33を有する可動電極34とから構成されている。受信側IDT30の固定電極32は、リード線35を介して電極端子36に接続されている。尚、図1中の38は、電極端子26,36に対して共通に設定された接地電極としての電極端子である。
The transmission-
上記の可動電極24と可動電極34とは、X方向延びる連結ビーム41で連結されている。共振子40は、この連結ビーム41、可動電極24,34、及び後述する方形状のフレームからなる梁部42とから構成されている。共振子40は、連結ビーム41の−X方向における端部に連結された可動電極24の櫛歯部23が固定電極22の櫛歯部21と平面的に噛み合うように、且つ連結ビーム41の+X方向における端部に連結された可動電極34の櫛歯部33が固定電極32の櫛歯部31と平面的に噛み合うように、固定電極22と固定電極32との間に配置されている。
The
また、固定電極22の櫛歯部21と可動電極24の櫛歯部23とは、それぞれ複数の櫛歯が所定の平面上の隙間(櫛歯ギャップ)をもって、シリコン基板50の表面に平行に噛み合っている。同様に、固定電極32の櫛歯部31と可動電極34の櫛歯部33とは、それぞれ複数の櫛歯が所定の平面上の隙間をもって、シリコン基板50の表面に平行に噛み合っている。櫛歯部23を有する可動電極24及び櫛歯部33を有する可動電極34が共振子40に設けられているため、櫛歯部23,33の長手方向の振動、又は共振子40のねじれ又は回転による振動等の共振モードを得ることができ、共振周波数の設定範囲を広くする上で好適である。勿論、かかる構成であれば単一の共振周波数を得ることもできる。
The
可動電極24,34に対して一体的に形成されたフレーム状の梁部42は、梁部42に結合された片持ち梁43によって支持されており、片持ち梁43の支持部44がシリコン基板50上に固定された構造になっている。支持部44は接地電極としての電極端子38と導通しているため、共振子40は電位がほぼ接地電位になる。尚、梁部42の外形形状は、特に方形形状に限定されるものではなく、円形形状、長円形状、紡錘形状等の任意の形状に設定することができる。
The frame-shaped
図2に示す通り、連結ビーム41はシリコン基板50の絶縁膜51の表面よりも上方(+Z方向)に基板面に対して平行に浮き上がった状態で支持されている。従って、連結ビーム41の両端に連結された櫛歯状の可動電極24,34も同様に基板面に平行に浮き上がった状態に配置される。また、可動電極24,34に噛み合う櫛歯状の固定電極22,32も櫛歯の部分が基板面に平行に浮き上がった状態に支持されている。可動電極24,34及び固定電極22,32の浮上高さ、即ち、シリコン基板50上に形成された絶縁膜51との間隔は2〜3μm程度である
As shown in FIG. 2, the
本実施形態のマイクロレゾネータ10は、図1及び図2に示す通り、電極端子26、リード線25、及び固定電極22上に金属層M1が設けられており、電極端子36、リード線35、及び固定電極32上に金属層M2が設けられている。また、可動電極24,34を含めた共振子40上に金属層M3が設けられている。更に、電極端子38上の一部には、金属層M4が設けられている。金属層M1〜M3は、ポリシリコン又はSOI基板の絶縁膜上に結晶化されているシリコン層を利用して形成される電極端子26,36、リード線25,35、固定電極22,32、及び可動電極24,34を含めた共振子40の電気抵抗を低減するために設けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
つまり、図1に示すマイクロレゾネータ10の全体の大きさは、平面内において100μm四方程度の大きさであるため、電極端子26,36、リード線25,35、固定電極22,32、及び可動電極24,34を含めた共振子40の電気抵抗が大きくなる。特に、固定電極22,32の櫛歯部21,31、可動電極24,34の櫛歯部23,33、及びリード線25,35は構造上幅が狭くなるため抵抗値が大きくなる。
That is, since the overall size of the
仮に、金属層M1〜M3が無いとした場合に、電極端子26と電極端子38との間に交流電流を印加すると、共振子40が共振している状態においても、電極端子36から出力される電流はnA(ナノアンペア)オーダーの微弱な電流であり、特定の周波数領域の電気信号のみを通過させるフィルタとしての性能はさほど良くはない。金属層M1〜M3は、電極端子26,36、リード線25,35、固定電極22,32、及び可動電極24,34を含めた共振子40の電気抵抗を低減してマイクロレゾネータ10の性能を向上させるために設けられる。また、電極端子26上の金属層M1、電極端子36上の金属層M2、及び電極端子38上の金属層M4は外部からの電流を効率的にマイクロレゾネータ10に入力し、又はマイクロレゾネータ10内を流れる電流を効率的に外部に出力するために設けられる。
If there is no metal layer M1 to M3 and an alternating current is applied between the
金属層M1〜M4は、耐食性を有する金属又は合金で形成され、例えば金(Au)又は白金(Pt)等の金属によって形成される。これらの金属は半導体素子の配線等を形成する場合にも用いられており、製造プロセスが確立しているために形成が容易である上に、電極端子26,36、リード線25,35、固定電極22,32、及び可動電極24,34を含めた共振子40に対する密着性が十分に得られる。尚、後述する通り、本実施形態では熱処理を施して電極端子26,36、リード線25,35、固定電極22,32、及び可動電極24,34を含めた共振子40に対して金属層M1〜M4を合金化して密着性を更に増大させるとともに、金属層と半導体層とをオーミックコンタクトをとっている。
The metal layers M1 to M4 are formed of a metal or alloy having corrosion resistance, and are formed of a metal such as gold (Au) or platinum (Pt). These metals are also used for forming wiring of semiconductor elements and the like, and are easy to form because the manufacturing process has been established. In addition,
以上説明した構成のマイクロレゾネータ10を、例えば発振子として用いる場合には、櫛歯状の固定電極22の電極端子26と接地電極としての電極端子38との間に交流電圧を印加する。これらの電極端子間に交流電圧を印加すると、固定電極22の櫛歯部21と可動電極24の櫛歯部23との間に静電引力が発生する。これによって可動電極24が、櫛歯の噛み合い方向(櫛歯の長さ方向、即ちX方向)にバネ性を有する梁部42を介して引き押しされて振動する。この振動は可動電極24と一体化されたバネ性を持つ梁部42に伝達され、他方の同様に固定電極32の櫛歯部31と噛み合い状態にある櫛歯部33を備える可動電極34がX方向に振動する。
When the
入力側である一方の櫛歯状の固定電極22と可動電極24との間で発生した振動が、共振子40の固有振動数に達すると、共振子40はその振動数で共振する。共振子40が共振することによって、他方の櫛歯部31を有する固定電極32に接続された電極端子36から、その固有振動数に応じた発振周波数を有する電気信号が出力される。発振周波数(共振周波数)は、可動電極24,34を含む共振子40の質量と梁部42のバネ定数で定まる変位に対する復元力(梁部42の弾性力)とによって定まる。
When the vibration generated between the one comb-shaped fixed
ここで、共振子40の質量をmとし、梁部42のバネ定数をkとすると、固定電極32から出力される電気信号の発振周波数f0は以下の(1)式で表される。
f0=(1/(2・π))・(k/m)1/2 ……(1)
図1及び図2に示すマイクロレゾネータ10を発振子として用いる場合には、その発振周波数の設計目標値として、例えば16kHz、32kHz、72kHz等が設定される。
Here, when the mass of the
f 0 = (1 / (2 · π)) · (k / m) 1/2 (1)
When the
また、マイクロレゾネータ10をフィルタとして用いる場合には、図3に示す通り、共振子40の固有振動数f0を中心とした共振幅Wの通過帯域幅を有するフィルタとして用いられる。図3は、マイクロレゾネータ10をフィルタとして用いる場合の通過特性の一例を示す図である。マイクロレゾネータ10をフィルタとして用いる場合には、櫛歯状の固定電極22の電極端子26と接地電極としての電極端子38との間に交流電圧が印加される。
In the case of using the micro-resonator 10 as a filter, as shown in FIG. 3, it is used as a filter having a pass band width of the resonance width W centered on the natural frequency f 0 of the
これらの電極端子間に印加された交流電圧の周波数が、図3に示す帯域幅Wに含まれる周波数であれば、共振子40が静電力によってX方向に振動して、その周波数を有する電気信号が電極端子36から出力される。一方、帯域幅Wに含まれない周波数の交流電圧が入力された場合には、共振子30が共振しない。この結果として、その周波数は除去される。このような動作によりマイクロレゾネータ10がフィルタとして用いられる。
If the frequency of the alternating voltage applied between these electrode terminals is a frequency included in the bandwidth W shown in FIG. 3, the
以上説明した本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータ10は、共振子40が櫛歯部23を有する可動電極24及び櫛歯部33を有する可動電極34を備え、可動電極24,34を挟むように櫛歯部21を有する固定電極22及び櫛歯部31を有する固定電極32が配置され、電極端子26、リード線25、及び固定電極22上に金属層M1、電極端子36、リード線35、及び固定電極32上に金属層M2、共振子40上に金属層M3を設けた構成であった。マイクロレゾネータ10の共振子40の形態は、かかる形態以外に梁(ビーム)形状又は円板形状の形態のものを採用することができる。これらの形態のものを採用した場合であっても、共振子及び共振子に近接して設けられた固定電極上に金属層を形成し、共振子(可動電極)と固定電極との抵抗値を低減することができる。
In the
〔マイクロレゾネータの製造方法〕
図4〜図6は、本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータの製造方法を示す工程図である。尚、図4〜図6において、図1及び図2に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。尚、以下の説明においてはSOI基板を用いてマイクロレゾネータ10を製造する場合を例に挙げて説明するが、シリコン基板50上に絶縁膜及びポリシリコン(p−Si)膜を形成することで、SOI基板を用いる場合と同様の工程でマイクロレゾネータ10を製造することができる。
[Manufacturing Method of Micro Resonator]
4 to 6 are process diagrams showing a method for manufacturing a microresonator according to an embodiment of the present invention. 4 to 6, the same members as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In the following description, the case of manufacturing the
本実施形態では、図4(a)に示す通り、シリコン基板50上に絶縁膜としての二酸化珪素(SiO2)からなる酸化膜51及び減圧気相成長(減圧CVD(Chemical Vapor Deposition))法を用いて形成され、その半導体層としてのシリコン層52が順に形成されたSOI基板を用いる。上記シリコン基板50は両面が研磨されており、厚さが約500μm程度である。また、酸化膜51は厚さが0.1μm程度に形成され、シリコン層52は10〜29μm程度に形成される。
In this embodiment, as shown in FIG. 4A, an
まず、図4(a)に示すSOI基板に対して熱酸化処理を行って、図4(b)に示す通り、シリコン基板50の裏面及びシリコン層52の表面に二酸化珪素(SiO2)を形成して拡散マスク53を形成する。尚、この拡散マスク53は熱酸化処理以外に、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)を用いた処理を行って、シリコン基板50の裏面及びシリコン層52の表面に正珪酸四エチル(Tetra Ethyl Ortho Silicate:Si(OC2H5)4:TEOS)を形成することで形成しても良い。
First, a thermal oxidation process is performed on the SOI substrate shown in FIG. 4A, and silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the back surface of the
拡散マスク53を形成すると、シリコン層52上に形成された拡散マスク53の上面全体に亘ってフォトレジスト(不図示)を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って、図4(c)に示す通り、所定形状のレジストパターンを形成する。この処理で形成されるレジストパターンは、シリコン層52を利用して形成される電極端子26,36、リード線25,35、及び固定電極22,32の外形形状に沿った開口部H1,H2並びに可動電極24,34を含めた共振子40の外形形状に沿った開口部H3を有する形状である。
When the
次いで、図5(a)に示す通り、拡散マスク53に形成された開口部H1〜H3からシリコン層52に対して不純物をドープ(添加)・拡散して、シリコン層52に不純物添加領域54を形成する工程が行われる。ここで用いられる不純物は、例えばB(ホウ素)である。この処理によって、シリコン層52を利用して形成される電極端子26,36、リード線25,35、及び固定電極22,32、並びに、可動電極24,34を含めた共振子40が形成される部位に不純物がドープ・拡散される。不純物のドープ・拡散を終えると、BHF(緩衝性フッ化水素酸)溶液(HF:NH4F=1:6)を用いてシリコン基板50の裏面及びシリコン層52の表面に形成された拡散マスク53を除去する工程が行われる。図5(b)は、拡散マスク53を除去した状態を示す図である。
Next, as shown in FIG. 5A, impurities are doped (added) and diffused into the
以上の工程を終えると、不純物添加領域54を含めたシリコン層52上の全体に亘って不図示のフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って、シリコン層52を利用して形成される電極端子26,36、リード線25,35、及び固定電極22,32の外形形状に沿った開口部並びに可動電極24,34を含めた共振子40の外形形状に沿った開口部を有する形状のレジストパターンを形成する。ここで形成されるレジストパターンは図5(a)に示す拡散マスク53とほぼ同様の形状である。
When the above steps are completed, a photoresist (not shown) is applied over the
レジストパターンを形成すると、真空蒸着法又はスパッタリング法を用いてレジストパターンが形成された面に白金(Pt)と金(Au)とからなる金属膜を形成し、剥離液を用いてレジストパターンを剥離してレジストパターン上に形成された金属膜を除去してリフトオフ処理を行う。この工程を終えると、図5(c)に示す通り、シリコン層52上に白金(Pt)からなる第1金属層55aと金(Au)からなる第2金属層55bとが形成される。
When the resist pattern is formed, a metal film made of platinum (Pt) and gold (Au) is formed on the surface on which the resist pattern is formed using a vacuum deposition method or a sputtering method, and the resist pattern is peeled off using a stripping solution. Then, the metal film formed on the resist pattern is removed and a lift-off process is performed. When this step is finished, as shown in FIG. 5C, a
電極端子26、リード線25、及び固定電極22の形成位置に形成された第1金属膜55a及び第2金属膜55bは図1,図2に示す金属層M1となり、電極端子36、リード線35、及び固定電極32の形成位置に形成された第1金属膜55a及び第2金属膜55bは図1,図2に示す金属層M2となり、可動電極24,34を含めた共振子40の系誠一に形成された第1金属膜55a及び第2金属膜55bは図1,図2に示す金属膜M3となる。
The
以上の工程によってシリコン層52上に金属層M1〜M3を形成すると、金属層M1〜M3が形成されたシリコン基板50を熱処理炉の中に配置して還元雰囲気中で熱処理し、シリコン層52の不純物添加領域54に対して金属層M1〜M3の白金(Pt)からなる第1金属膜55aの各々を合金化する。この処理を行うことで、金属層M1〜M3とシリコン層52との密着性をより高めることができるとともに、金属層M1〜M3とシリコン層52とをオーミックコンタクトとすることができる。この処理を行うときの熱処理炉中の温度は1000℃以下、より好ましくは800〜900℃程度に設定し、熱的ダメージを軽減することが望ましい。
When the metal layers M1 to M3 are formed on the
以上の処理を終えると、次に、金属層M1〜M3を含めたシリコン層52上の全体に亘って不図示のフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って、シリコン層52を利用して形成される電極端子26,36、リード線25,35、及び固定電極22,32の外形形状、及び、可動電極24,34を含めた共振子40の外形形状のレジストパターンを形成する。レジストパターンを形成すると、シリコン層20に対してドライエッチング処理を行い、最終的に固定電極22,32、共振子40(連結ビーム41、可動電極24,34、及び梁部42)、片持ち梁43、電極端子26,36、及びリード部25,35となるべき部分を残し、それ以外の部分を除去する。エッチング処理を終えて、金属層M1〜M3を含めたシリコン層52上に形成されているレジストパターンを除去すると、図6(a)に示す状態になる。尚、ここでもちいるドライエッチング処理としては、RIE(反応性イオンエッチング:Reactive Ion Etching)又はICP(誘導結合プラズマ:Inductively Coupled Plasma)によるエッチングを用いることができる。
When the above processing is completed, next, a photoresist (not shown) is applied over the
次いで、固定電極22の櫛歯部21、固定電極32の櫛歯部31、共振子40(可動電極24,34、連結ビーム41、及び梁部42)、及び片持ち梁43の下方の絶縁膜51をエッチングにより除去する。このようなエッチングは、エッチング時間を制御することにより可能である。かかるエッチングを行うことで、図6(b)に示す通り、シリコン基板50上において、2〜3μm程度の間隔をもって浮上した状態にある共振子40を形成することができる。
Next, the comb-
以上説明した通り、本実施形態においては、電極端子26、リード線25、及び固定電極22上に金属膜M1を形成し、電極端子36、リード線35、及び固定電極32上に金属膜M2を形成し、可動電極24,34を含めた共振子40上に金属層M3を形成しているため、これらの電気抵抗を例えば二桁程度低減することができる。また、シリコン層52に不純物を添加して不純物添加領域54を設けてから金属層M1〜M3を形成しているため、金属層M1〜M3とシリコン層52とをオーミックコンタクトとすることができ、余分な抵抗の増加を防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the metal film M1 is formed on the
更に、耐食性を有する金(Au)及び白金(Pt)を用いて金属層M1〜M3を形成しているため、固定電極22の櫛歯部21、固定電極32の櫛歯部31、共振子40(可動電極24,34、連結ビーム41、及び梁部42)、及び片持ち梁43の下方の絶縁膜51をエッチングにより除去する際に、金属層M1〜M3が腐食されるのを防止することができる。また、金属層M1〜M3を耐食性のある金(Au)及び白金(Pt)で形成することで、例えば酸化等の化学変化による抵抗率の変化を防止することもできる。
Further, since the metal layers M1 to M3 are formed using corrosion-resistant gold (Au) and platinum (Pt), the
尚、以上説明した実施形態においては、電極端子26、リード線25、及び固定電極22上に金属膜M1を形成し、電極端子36、リード線35、及び固定電極32上に金属膜M2を形成し、可動電極24,34を含めた共振子40上に金属層M3を形成していたが、必ずしもこれらの部位の全体に亘って金属膜を形成する必要はない。例えば、マイクロレゾネータ10においては、共振子40の振動により生ずる電流を取り出す電流が極めて微小であることが問題となるため、電極端子26、リード線25、及び固定電極22上に金属膜M1のみを形成しても良い。また更には、外部と接続される電極端子26,36,38の少なくとも1つのみの上部に金属膜を形成しても良い。
In the embodiment described above, the metal film M1 is formed on the
更に、上記実施形態においては、共振子40(可動電極24,34及び連結ビーム41)上に金属層M3を設ける構成を例に挙げて説明したが、共振子40の一部をなす梁部42上に金属層を設けても良く、更には及び片持ち梁43の上部にも金属層を設けて良い。これらの上部に金属層を設けることで、共振子40と電極端子38との間の電位差を少なくすることができる。また、上記実施形態では、第1金属層55aを白金(Pt)により形成し、第2金属層55bを金(Au)により形成していたが、第1金属層55aをクロム(Cr)により形成し、第2金属層55bを金(Au)により形成しても良い。
Furthermore, in the above embodiment, the configuration in which the metal layer M3 is provided on the resonator 40 (the
以上説明した工程を経てマイクロレゾネータ10が製造される訳であるが、製造されたマイクロレゾネータ10は共振子40の共振周波数がばらつくことがある。共振子40上に形成された金属層M3は共振子40の共振周波数を微調整するためにも用いることができる。図7は、金属層M3を用いて共振周波数を微調整する様子を示す図である。図7に示す通り、レーザ70から射出されるレーザ光を金属層M3に照射し、金属層M3を部分的に蒸散させることで金属層M3(共振子40)の重さを調整する。金属層M3の重さの調整量は、形成された共振子40の重さのばらつき及び片持ち梁43のバネ定数に応じて変化する。このため、共振子40を振動させながら共振子40の共振周波数を計測しつつ共振子40の重さの調整を行っている。
Although the
共振子40を振動させながら共振子40の共振周波数を計測するために、図7に示す通り、アンプ71、センサヘッド72、レーザドップラー振動計73、及び周波数アナライザ74からなる計測装置を用いる。アンプ71は周波数アナライザ74の信号出力端(signal)から出力される所定の周波数(共振子40の共振周波数又はその近傍の周波数)を有する交流信号を所定の増幅率で増幅して電極端子36に与えるものである。
In order to measure the resonance frequency of the
センサヘッド72は、例えばHe−Neレーザ等の光源を備えており、この光源から射出されるレーザ光を共振子40に設けられた可動電極24の櫛歯部23に照射し、その反射光と基準光とを干渉させて得られる干渉光を受光して光電変換した受光信号を出力する。尚、センサヘッド72から射出されるレーザ光の強度は、レーザ70から射出されるレーザ光の強度より遙かに低く設定されており、レーザ光の照射によって可動電極24の重さが変化する等の影響は生じない。
The
レーザドップラー振動計73は、センサヘッド72から出力される受光信号を周波数変調することにより、共振子40の振動周波数・振動速度を検出した検出信号を出力する。周波数アナライザ74は、周波数が可変である交流信号を出力するとともに、レーザドップラー振動計73から出力されて入力端(ch1)に入力される検出信号と、信号出力端(signal)から出力されて入力端(ch2)に入力される交流信号とを用いて共振子40の共振周波数を求め、その結果を視覚的にCRT(Cathod Ray Tube)又は液晶表示装置等の表示装置75に表示する。
The
以上の構成において、金属層M3(共振子40)の重さの調整は、例えば以下の手順で行う。まず、レーザ70からのレーザ光を金属層M3に照射しない状態で共振子40の共振周波数を計測する。この計測のために、周波数アナライザ74の信号出力端(signal)から所定の周波数の電気信号を出力させてアンプ71で増幅した後で電極端子36に印加する。また、センサヘッド72からレーザ光を共振子40に設けられた可動電極24の櫛歯部23に照射する。
In the above configuration, the weight of the metal layer M3 (resonator 40) is adjusted, for example, according to the following procedure. First, the resonance frequency of the
電極端子36に印加された電気信号の周波数が共振子40の共振周波数から離れた周波数であれば、共振子40の振幅が小さいため、レーザドップラー振動計73から出力される検出信号のうちの振動速度を示す信号の値は小さくなる。一方、電極端子36に印加された電気信号の周波数が共振子40の共振周波数に近づけば、共振子40の振幅が大きくなるため、レーザドップラー振動計73から出力される検出信号のうちの振動速度を示す信号の値は大きくなる。
If the frequency of the electrical signal applied to the
このような計測を、周波数アナライザ74の信号出力端から出力される電気信号の周波数を変えつつ行う。これにより、金属層M3の重さを調整していない状態における共振子40の共振周波数が測定される。前述した通り、金属層M3は目標とする共振周波数が得られる重さよりも僅かに重めに形成されるため、以上の測定で得られる共振周波数は、目標とする共振周波数よりも低い値になる。
Such measurement is performed while changing the frequency of the electrical signal output from the signal output terminal of the
次に、周波数アナライザ74の信号出力端からの電気信号が電極端子36に印加されている状態で、レーザ70から射出されるレーザ光を金属層M3に照射し、金属層M3を部分的に蒸散させる。このとき、センサヘッド72からのレーザ光を共振子40に設けられた可動電極24の櫛歯部23に照射して常時共振子40の共振周波数を計測する。尚、共振子40の共振周波数を測定するためには、周波数アナライザ74からの電気信号の周波数を変化させる必要があるため時間を要する。このため、計測が終了するまではレーザ70の照射を停止することが望ましい。勿論、金属層M3の蒸散量が少なければ、レーザ70を照射しつつ共振周波数の計測を行うことができる。
Next, in a state where an electric signal from the signal output terminal of the
このように、レーザ70からのレーザ光を金属層M3に照射して金属層M3を部分的に蒸散させつつ共振子40の共振周波数を計測する動作を繰り返し、計測される共振子40の共振周波数が目標とする共振周波数まで高くなったとなったときに、レーザ70からのレーザ光の照射を停止する。これにより、目標とする共振周波数を有する共振子40を備えるマイクロレゾネータ10が得られる。
Thus, the operation of measuring the resonance frequency of the
金属層M3(共振子40)の重さを調整する場合には、櫛歯部23,33の長手方向の振動のみの共振モードが生じている状態で共振周波数を変更する場合には、共振子40の重心に対して対称に金属層M3を蒸散させて、共振子40の重心に対して対称的に調整することが望ましい。他方、共振子40のねじれ又は回転による共振モードを得たい場合には、共振子40の重心に対して非対称に金属層M3を蒸散させて共振子40の重心に対して非対称的に調整することが望ましい。このように、本実施形態においては、共振子40上に形成される金属層40を、共振子40の電気抵抗を低減させるために用いることができるとともに、共振子40の共振周波数及び共振モードを調整するためにも用いることができる。
When the weight of the metal layer M3 (resonator 40) is adjusted, the resonator is changed when the resonance frequency is changed in a state where only the longitudinal vibration of the
以上説明した本実施形態のマイクロレゾネータの製造方法によれば、共振子40の上部に形成された金属層M3の重さを調整することによって共振子40の重さを調整するようにしているため、共振子40等の製造誤差による重さのばらつきがあった場合でも共振子40の重さを調整することができる。この結果、目標とする共振周波数を有するマイクロレゾネータ10を高い歩留まりで、且つ安価に製造することができる。
According to the manufacturing method of the microresonator of the present embodiment described above, the weight of the
また、上述した本実施形態のマイクロレゾネータの製造方法は、一部が櫛歯形状である可動電極24,34を有する共振子40及び一部が櫛歯形状である固定電極22,32を備えるマイクロレゾネータ以外に、梁(ビーム)形状又は円板形状の共振子を備えるマイクロレゾネータを製造する場合にも適用することができる。
In addition, the method for manufacturing the microresonator of the present embodiment described above includes a
〔電子機器〕
図8は、本発明の一実施形態による電子機器としての携帯電話機の外観を示す斜視図である。図8に示す携帯電話機100は、アンテナ101、受話器102、送話器103、液晶表示部104、及び操作釦部105等を備えて構成されている。図9は、図8に示した携帯電話機100の内部に設けられる電子回路の電気的構成を示すブロック図である。
〔Electronics〕
FIG. 8 is a perspective view showing an appearance of a mobile phone as an electronic apparatus according to an embodiment of the present invention. A
図9に示した電子回路は、携帯電話機100内に設けられる電子回路の基本構成を示し、送話器110、送信信号処理回路111、送信ミキサ112、送信フィルタ113、送信電力増幅器114、送受分波器115、アンテナ116a,116b、低雑音増幅器117、受信フィルタ118、受信ミキサ119、受信信号処理回路120、受話器121、周波数シンセサイザ122、制御回路123、及び入力/表示回路124を含んで構成される。尚、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑となっている。
The electronic circuit shown in FIG. 9 shows a basic configuration of an electronic circuit provided in the
送話器110は、例えば音波を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現され、図8中の送話器103に相当するものである。送信信号処理回路111は、送話器110から出力される電気信号に対して、例えばD/A変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ112は、周波数シンセサイザ122から出力される信号を用いて送信信号処理回路111から出力される信号をミキシングする。尚、送信ミキサ112に供給される信号の周波数は、例えば380MHz程度である。送信フィルタ113は、中間周波数(IF)の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。尚、送信フィルタ113から出力される信号は不図示の変換回路によりRF信号に変換される。このRF信号の周波数は、例えば1.9GHz程度である。送信電力増幅器114は、送信フィルタ113から出力されるRF信号の電力を増幅し、送受分波器115へ出力する。
The
送受分波器115は、送信電力増幅器114から出力されるRF信号をアンテナ116a,116bへ出力し、アンテナ116a,116bから電波の形で送信する。また、送受分波器115はアンテナ116a,116bで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器117へ出力する。尚、送受分波器115から出力される受信信号の周波数は、例えば2.1GHz程度である。低雑音増幅117は送受分波器115からの受信信号を増幅する。尚、低雑音増幅器117から出力される信号は、不図示の変換回路により中間信号(IF)に変換される。
The transmitter /
受信フィルタ118は不図示の変換回路により変換された中間周波数(IF)の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。受信ミキサ119は、周波数シンセサイザ122から出力される信号を用いて送信信号処理回路111から出力される信号をミキシングする。尚、受信ミキサ119に供給される中間周波数は、例えば190MHz程度である。受信信号処理回路120は受信ミキサ119から出力される信号に対して、例えばA/D変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器121は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現され、図8中の受話器102に相当するものである。
The
周波数シンセサイザ122は送信ミキサ112へ供給する信号(例えば、周波数380MHz程度)及び受信ミキサ119へ供給する信号(例えば、周波数190MHz)を生成する回路である。尚、周波数シンセサイザ122は、例えば760MHzの発振周波数で発振するPLL回路を備え、このPLL回路から出力される信号を分周して周波数が380MHzの信号を生成し、更に分周して周波数が190MHzの信号を生成する。制御回路123は、送信信号処理回路111、受信信号処理回路120、周波数シンセサイザ122、及び入力/表示回路124を制御することにより携帯電話機の全体動作を制御する。入力/表示回路124は、携帯電話機100の使用者に対して機器の状態を表示するとともに操作者の指示を入力するためのものであり、例えば図8に示した液晶表示部104及び操作釦部105に相当する。
The
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ113及び受信フィルタ118として前述したマイクロレゾネータが用いられている。これら送信フィルタ113及び受信フィルタ118がフィルタリングする周波数(通過させる周波数帯域)は、送信ミキサ112から出力される信号の内の必要となる周波数、及び、受信ミキサ119で必要となる周波数に応じて送信フィルタ113及び受信フィルタ118で個別に設定されている。
In the electronic circuit having the above configuration, the above-described microresonator is used as the
また、周波数シンセサイザ122内に設けられるPLL回路の一部として前述したマイクロレゾネータが用いられている。周波数シンセサイザ122内に設けられるPLL回路は、上述した通り特定の周波数で発振する回路であるため、このPLL回路の一部として設けられるマイクロレゾネータは、単一の共振モードで共振し、上記の特定の周波数でてQ値が高くなるように設定されている。尚、送信フィルタ113と送信電力増幅器114との間及び低雑音増幅器117と受信フィルタ118との間に設けられる不図示の変換回路にも上述したマイクロレゾネータが用いられている。
Further, the above-described microresonator is used as a part of the PLL circuit provided in the
送信フィルタ113及び受信フィルタ118並びに周波数シンセサイザ122等に相当する従来の部品は、受信ミキサ119等と集積化することはできなかったため、集積化された受信ミキサ119等とは別個の部品として基板上に搭載されていた。これに対し、図9に示す電子回路では、送信フィルタ113及び受信フィルタ118並びに周波数シンセサイザ122等にマイクロレゾネータが用いられているため、受信ミキサ119等と一緒に集積化することができ、その結果として携帯電話機100の小型化・軽量化を図ることができる。
Since conventional components corresponding to the
図10は、本発明の他の実施形態による電子機器としての腕時計の外観を示す斜視図である。図10に示す腕時計200は、発振子として上述したマイクロレゾネータ10を備えている。このマイクロレゾネータ10の発振周波数は、例えば32kHz程度に設定されている。現在一般に設けられている腕時計は発振子としてクオーツ(水晶)発振子を備えるものが多いが、マイクロレゾネータ10を発振子として用いることにより、腕時計200の更なる小型・軽量化を図ることができる。
FIG. 10 is a perspective view showing an appearance of a wristwatch as an electronic apparatus according to another embodiment of the present invention. A
以上、本発明の実施形態によるマイクロレゾネータ及びその製造方法並びに電子機器について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば上記実施形態においては電子機器として携帯電話機及び腕時計を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の電子機器は携帯電話機及び腕時計に限定される訳ではなく、計時機能を有するコンピュータ、電波時計、ディジタルカメラ、各種の家電製品等の種々の電子機器が含まれる。 The microresonator, the manufacturing method thereof, and the electronic device according to the embodiment of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, a mobile phone and a wristwatch have been described as examples of electronic devices. However, the electronic device of the present invention is not limited to a mobile phone and a wristwatch, and includes various electronic devices such as a computer having a timekeeping function, a radio timepiece, a digital camera, and various home appliances.
また、携帯電話機等の携帯性を有する電子機器のみならずBS放送及びCS放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器も含まれる。更には、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるHUB等の電子機器も含まれる。これらの電子機器は、所定の周波数をフィルタリングするため、及び計時機能を実現するためにマイクロレゾネータが用いられる。 Further, not only electronic devices having portability such as mobile phones but also communication devices used in a stationary state such as tuners that receive BS broadcasts and CS broadcasts are included. Furthermore, not only communication devices that use radio waves propagating in the air as communication carriers, but also electronic devices such as HUBs that use high-frequency signals propagating in coaxial cables or optical signals propagating in optical cables. In these electronic devices, a microresonator is used for filtering a predetermined frequency and for realizing a clocking function.
10……マイクロレゾネータ
22……固定電極
24……可動電極
25……リード線(接続部)
26……電極端子
32……固定電極
34……可動電極
35……リード線(接続部)
36……電極端子
40……共振子
50……シリコン基板
51……絶縁膜(積層部)
M1〜M3……金属層
10 ……
26 ……
36 ...
M1 to M3 ...... Metal layer
Claims (15)
前記固定電極、前記可動電極、及び前記電極端子上の少なくとも一部に、電気抵抗を低減するための金属層を備えることを特徴とするマイクロレゾネータ。 A microresonator comprising a silicon substrate, a stacked portion including at least an insulating film formed on the silicon substrate, a fixed electrode formed on the stacked portion, a movable electrode, and an electrode terminal electrically connected to the fixed electrode. There,
A microresonator comprising a metal layer for reducing electric resistance at least on a part of the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal.
前記積層部上に形成されている半導体層の前記固定電極、前記可動電極、及び前記電極端子を形成する部位の少なくとも一部の上部に金属層を形成する工程と、
前記半導体層に対して所定の処理を施して前記固定電極、前記可動電極、及び前記電極端子を形成する工程と
を含むことを特徴とするマイクロレゾネータの製造方法。 A microresonator comprising a silicon substrate, a stacked portion including at least an insulating film formed on the silicon substrate, a fixed electrode formed on the stacked portion, a movable electrode, and an electrode terminal electrically connected to the fixed electrode. A manufacturing method comprising:
Forming a metal layer on top of at least a part of a portion where the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal of the semiconductor layer formed on the stacked portion are formed;
And a step of performing a predetermined treatment on the semiconductor layer to form the fixed electrode, the movable electrode, and the electrode terminal.
A microresonator manufactured according to any one of claims 1 to 7, or a microresonator manufactured using the method of manufacturing a microresonator according to any one of claims 8 to 14. Electronic equipment characterized by
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004125403A JP2005311671A (en) | 2004-04-21 | 2004-04-21 | Micro-resonator, manufacturing method thereof and electronic equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004125403A JP2005311671A (en) | 2004-04-21 | 2004-04-21 | Micro-resonator, manufacturing method thereof and electronic equipment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005311671A true JP2005311671A (en) | 2005-11-04 |
Family
ID=35439932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004125403A Withdrawn JP2005311671A (en) | 2004-04-21 | 2004-04-21 | Micro-resonator, manufacturing method thereof and electronic equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005311671A (en) |
-
2004
- 2004-04-21 JP JP2004125403A patent/JP2005311671A/en not_active Withdrawn
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6630871B2 (en) | Center-mass-reduced microbridge structures for ultra-high frequency MEM resonator | |
JP4385607B2 (en) | Surface acoustic wave device, frequency filter, oscillator, electronic circuit and electronic equipment | |
US20020145488A1 (en) | Surface acoustic wave device with KNb03 piezoelectric thin film, frequency filter, oscillator, electronic circuit, and electronic apparatus | |
CN101510765B (en) | Piezoelectric vibrating piece, method of fabricating piezoelectric vibrating piece, wafer, apparatus having the piezoelectric vibrating piece | |
JP2002535865A (en) | Device including a micromechanical resonator having an operating frequency and method for extending the operating frequency | |
JP2009526420A (en) | Tuning frequency of piezoelectric thin film resonator (FBAR) | |
US8049581B2 (en) | Piezoelectric filter and method for manufacturing the same | |
AU2021407849B2 (en) | Frequency-tunable film bulk acoustic resonator and preparation method therefor | |
US8410861B2 (en) | Piezoelectric vibrator, oscillator, electronic equipment and radio-controlled timepiece, and method of manufacturing piezoelectric vibrator | |
JP5819151B2 (en) | Piezoelectric vibrator, piezoelectric vibrator, oscillator, electronic device and radio clock | |
JP2011199673A (en) | Crystal substrate etching method, piezoelectric vibrating reed, piezoelectric vibrator, oscillator, electronic device, and radio-controlled timepiece | |
CN103414446A (en) | Film bulk acoustic resonator and method for manufacturing same | |
EP1661240A2 (en) | Thermal-mechanical signal processing | |
JP2011160350A (en) | Piezoelectric vibrating reed, piezoelectric vibrator, method of manufacturing the piezoelectric vibrator, oscillator, electronic apparatus, and radio-controlled timepiece | |
WO1991019352A1 (en) | Ultra thin quartz crystal filter element of multiple mode | |
JP2011049663A (en) | Package manufacturing method, piezoelectric vibrator manufacturing method, oscillator, electronic equipment, and radio wave clock | |
JP2005303706A (en) | Micro resonator, its manufacturing method, and electronic equipment | |
JP2005159620A (en) | Micro-resonator, manufacturing method thereof and electronic apparatus | |
JP2005311671A (en) | Micro-resonator, manufacturing method thereof and electronic equipment | |
JPH036912A (en) | Surface acoustic wave element | |
JP2005159619A (en) | Micro-resonator, manufacturing method thereof and electronic apparatus | |
JP2005318042A (en) | Micro resonator and manufacturing method thereof, and electronic apparatus | |
JP2005323271A (en) | Micro-resonator and manufacturing method thereof, and electronic apparatus | |
JP2005159715A (en) | Micro-resonator, manufacturing method thereof and electronic equipment | |
JP2005348222A (en) | Mems device and electronic apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070703 |