JP2009094798A - マイクロメカニカル共振器 - Google Patents

Abstract

【課題】特性ばらつきが抑制され、性能が改善されたマイクロメカニカル共振器を提供する。
【解決手段】マイクロメカニカル共振器１００は、基板２と、フレーム部４と、電極６とを備える。フレーム部４は、基板２上に設けられる第１、第２の端部１０，１２と、第１、第２の端部１０，１２の間で振動可能に支持される共振ビーム１４とを有する。電極８は、基板２上に支持され、共振ビーム１４の両端部の間に位置する部分に対向して共振ビーム１４に対して静電気力を及ぼす。電極８の共振ビーム１４に対向する第１の面には凹凸が形成される。好ましくは、共振ビーム１４の電極８に対向する第２の面には凹凸が形成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、マイクロメカニカル共振器に関し、特に、共振ビームと電極とを有するマイクロメカニカル共振器に関する。

近年、半導体分野における微細加工技術を利用して、微細な機械構造を電子回路と一体化して形成するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術が開発されており、フィルターや共振器への応用が検討されている。

なかでもこのようなＭＥＭＳ技術で作成されたマイクロメカニカル共振器は、リモートキーレスエントリシステム、スペクトラム拡散通信等のＲＦ無線に好適に使用される。

このようなＭＥＭＳ技術で作成されたマイクロメカニカル共振器を利用した信号を生成するための装置および方法の一例が特表２００３−５３２３２０号公報（特許文献１）に開示されている。
特表２００３−５３２３２０号公報

たとえば、無線システム等では数百ＭＨｚを超える高い発振周波数を使用することがある。このとき、たとえば６００ＭＨｚの周波数を得るために、２００ＭＨｚの原発振器の出力を３逓倍して用いることもできる。しかし、逓倍時には、スプリアスが発生する。マイクロメカニカル共振器では、高い周波数を得るために共振器が発振する周波数を逓倍して使用するのではなく、必要とする周波数を直接発振することも可能となる。したがって、マイクロメカニカル共振器は、低位相ノイズが必要とされる製品に使用されることが期待されている。

しかしながら、近年の携帯機器等への適用を考えると、マイクロメカニカル共振器も低消費電力や高Ｓ／Ｎ比等の性能を一層改善していく必要がある。また、製造特性のばらつきも抑制されることが好ましい。

この発明の目的は、特性ばらつきが抑制され、性能が改善されたマイクロメカニカル共振器を提供することである。

この発明は、要約すると、マイクロメカニカル共振器であって、基板と、基板上に設けられる第１、第２の端部と、第１、第２の端部の間で振動可能に支持される共振ビームとを有するフレーム部と、基板上に支持され、共振ビームの両端部の間に位置する部分に対向して共振ビームに対して静電気力を及ぼすための電極とを備える。電極と共振ビームとが対向する部分において、電極と共振ビームのいずれか一方の面である第１の面には凹凸が形成される。

好ましくは、電極と共振ビームとが対向する部分において、電極と共振ビームのいずれか他方の面であって、前記第１の面に対向する第２の面には凹凸が形成される。

より好ましくは、第１の面の凸部は、第２の面の凸部に対向する位置に設けられる。
好ましくは、第１の面の凸部の面積の総和は、第１の面の凹部の面積の総和よりも大きい。

好ましくは、電極は、共振ビームの一方側に配置される。マイクロメカニカル共振器は、共振ビームの他方側に配置される他の電極をさらに備える。他の電極と共振ビームとが対向する部分において、他の電極と共振ビームのいずれか一方の面である第３の面には凹凸が形成される。

より好ましくは、他の電極と共振ビームとが対向する部分において、他の電極と共振ビームのいずれか他方の面であって、第３の面に対向する第４の面には凹凸が形成される。

本発明によれば、マイクロメカニカル共振器の特性ばらつきが改善されるとともに、低消費電力化、高Ｓ／Ｎ比を達成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下において、同一または相当要素には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
図２は、本実施の形態に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。

図１、図２を参照して、マイクロメカニカル共振器１００は、高誘電体基板２と、フレーム部４と、電極６，８とを備える。高誘電体基板２は、たとえば、ガラス基板が好適に用いられるが、他にガリウム砒素基板、セラミックス基板等も使用することが可能である。フレーム部４は、高誘電体基板２上に設けられる第１、第２の端部１０，１２と、第１、第２の端部１０，１２の間で振動可能に支持される共振ビーム１４とを有する。電極６は、共振ビーム１４の第１、第２の端部１０，１２の間に位置する部分に対向し共振ビーム１４に対して静電気力を及ぼすための対向部１６，１８と、高誘電体基板２上に設けられ対向部１６，１８を支持する脚部２０とを有する。電極８は、共振ビーム１４の第１、第２の端部１０，１２の間に位置する部分に対向し共振ビーム１４に対して静電気力を及ぼすための対向部２２と、高誘電体基板２上に設けられ対向部２２を支持する脚部２４とを有する。フレーム部４および電極６，８は単結晶シリコンで形成される。

ＭＥＭＳ共振器は、単結晶シリコン基板上に犠牲層を介在させてその上に多結晶シリコン（ポリシリコン）層を設け、しかる後に犠牲層をエッチングで除去してポリシリコン層を単結晶シリコン基板から浮かせた構造を形成し、このポリシリコン層を共振ビームにする場合が多い。これに対し、本実施の形態のＭＥＭＳ共振器は、後に図４以下で詳述するように、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェーハを用いて単結晶シリコンで共振ビームを形成している。

したがって、本実施の形態のＭＥＭＳ共振器は、結晶欠陥等がないので特性が安定しており、ポリシリコン層を使用するものよりも長時間使用することができる。またポリシリコン層の形成プロセスのばらつきに起因する特性ばらつきも抑制される。さらに、厚さが一般的なポリシリコン層（膜厚２〜４μｍ程度）よりも厚い構造体を形成することもできる。

図２に示されるように、共振ビーム１４には、両端部を含む４つの領域に、他の領域よりも断面積が小さなくびれ部が形成されている。そして、３つの非くびれ部にはギャップを挟んで電極の対向部１６，２２，１８がそれぞれ対向している。電極に交流電圧が印加されると、共振ビームが振動する。くびれ部は、共振ビームの振動のちょうど節となる部分に形成されている。くびれ部が形成されていることにより、共振モードが３次で極大となり、１次の共振周波数よりも高い３次の共振周波数の信号を得やすくなる。つまり、リモートキーレスエントリシステム、スペクトラム拡散通信等のＲＦ無線のような高い周波数を用いる用途に向く共振器を実現することができる。なお、図２では、４つの領域にくびれ部を設け、３つの非くびれ部を有する共振ビームの例を示したが、さらに多くのくびれ部を設けてより高次の共振周波数を狙うようにしても良い。

マイクロメカニカル共振器１００は、基板２と、フレーム部４と、電極６とを備える。フレーム部４は、基板２上に設けられる第１、第２の端部１０，１２と、第１、第２の端部１０，１２の間で振動可能に支持される共振ビーム１４とを有する。電極８は、基板２上に支持され、共振ビーム１４の両端部の間に位置する部分に対向して共振ビーム１４に対して静電気力を及ぼす。電極８の共振ビーム１４に対向する第１の面には凹凸が形成される。

好ましくは、共振ビーム１４の電極８に対向する第２の面には凹凸が形成される。
図３は、図２のＡ部を拡大して示した図である。

図３に示すように、電極８の共振ビーム１４に対向する第１の面２２Ａには、凹部２２Ｃと凸部２２Ｂとが形成される。また、共振ビーム１４の電極８に対向する第２の面には、凹部１４Ｃと凸部１４Ｂとが形成される。なお、必ずしも共振ビーム１４と電極の両方に凹凸を設ける必要は無く、いずれか片方のみに凹凸を設けた場合であっても良い。

なお、図３は共振ビーム１４と電極８を対向する部分を代表して拡大して示したが、共振ビーム１４と電極６が対向する図２のＢ部、Ｃ部についても同様な形状であるので、説明は繰返さない。

図４は、図２の平面図のＩＶ−ＩＶ断面におけるＭＥＭＳ共振器の断面図である。
図２、図４を参照して、共振ビーム１４の断面形状は、高誘電体基板２と垂直な方向の辺１４Ｙが高誘電体基板２と平行な方向の辺１４Ｘよりも長い長方形である。

共振ビーム１４は高誘電体基板２から所定高さＨ１だけ離れて第１、第２の端部１０，１２に支持される。電極８の脚部２４は、電極８の対向部２２を高誘電体基板２から所定高さＨ１離れるように支持する。電極８の対向部２２の高誘電体基板２と垂直方向の厚さＨ２は、共振ビーム１４の厚さＨ２と等しい。脚部２４の共振ビーム１４に対向する側の第１の面２４Ａは、対向部２２の共振ビーム１４に対向する第２の面２２Ａよりも共振ビーム１４から離れる方向に後退して形成される。高さは、例えばＨ１＝２μｍ、Ｈ２＝１０μｍとすることができる。

図５は、図２の平面図のＶ−Ｖ断面におけるＭＥＭＳ共振器の断面図である。
図２、図５を参照して、共振ビーム１４の断面形状は、やはり、高誘電体基板２と垂直な方向の辺１４Ｙが高誘電体基板２と平行な方向の辺１４Ｘよりも長い長方形である。

共振ビーム１４は高誘電体基板２から所定高さＨ１だけ離れて第１、第２の端部１０，１２に支持される。電極６の脚部２０は、電極６の対向部１８を高誘電体基板２から所定高さＨ１離れるように支持する。電極６の対向部１８の高誘電体基板２と垂直方向の厚さＨ２は、共振ビーム１４の厚さＨ２と等しい。脚部２０の共振ビーム１４に対向する側の第１の面２０Ａは、対向部１８の共振ビーム１４に対向する第２の面１８Ａよりも共振ビーム１４から離れる方向に後退して形成される。

図４、図５で示したように切込量αを設けることにより、共振ビーム１４は、他の方向の振動よりも高誘電体基板２に平行な面内方向の振動が強くなるので、高Ｑ値化が可能である。

図６は、本実施の形態のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートである。

図６を参照して、まず工程Ｓ１において、ＳＯＩ基板に金属クロム膜を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。近年電気・電子機器の高性能化や携帯化が進むにつれて、従来の半導体デバイス材料であるバルクウェーハよりも高速、かつ低消費電力が期待できる新技術のウェーハ、すなわちＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハが入手しやすくなってきている。

続いて、工程Ｓ２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図７は、クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。

図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩでの断面図である。
図８を参照して、基板１０２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８の間に絶縁層１０６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。はり合わせ法で得られるＳＯＩウェーハは、２枚のシリコンウェーハの一方、あるいは、両方を熱酸化により表面に所望の厚みの酸化膜を形成した後にはり合わせて、熱処理によりはり合わせ強度を上げた後、片側から研削と研磨などにより薄膜化を行って、所望の厚みの第２の単結晶シリコン層１０８を残すものである。以下、第２の単結晶シリコン層１０８を活性層とも呼ぶ。はり合わせ法は、活性層（第２の単結晶シリコン層１０８）、絶縁層１０６の膜厚の自由度が高いという点で、より好ましい。

第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８、絶縁層１０６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、１２μｍ、１μｍである。

単結晶シリコン層１０８上に、クロム層１１０が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン１１０Ａ、１１０Ｂが形成される。クロムパターン１１０Ａ、１１０Ｂは、図２の電極６，８の脚部２０，２４にそれぞれ対応する領域に形成されている。その他にも、図６に示されるようにクロムパターン１１０Ｃ、１１０Ｄが同時に形成される。クロムパターン１１０Ｃ、１１０Ｄは、図２のフレーム部４の端部１０，１２にそれぞれ対応する領域に形成される。

再び図６を参照して、工程Ｓ３で金属アルミニウム層が膜厚１０００オングストローム蒸着により形成され、さらに工程Ｓ４においてアルミニウム層のパターニングが行なわれる。

図９は、アルミニウム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
図１０は、図９のＸ−Ｘでの断面図である。

図９、図１０を参照して、パターニング後のクロムパターン１１０Ａ，１１０Ｂ等の上にさらに金属アルミニウム層１１２が１０００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってアルミニウムパターン１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃが形成される。アルミニウムパターン１１２Ａは、図２の電極８の脚部２４および対向部２２に対応する領域に形成されている。アルミニウムパターン１１２Ｃは、図２の電極６の脚部２０および対向部１６，１８に対応する領域に形成されている。アルミニウムパターン１１２Ｂは、図２の共振ビーム１４に対応する領域に形成されている。

その他にも、図９に示されるようにアルミニウムパターン１１２Ｄ、１１２Ｅが同時に形成される。アルミニウムパターン１１２Ｄ、１１２Ｅは、図２のフレーム部４の端部１０，１２にそれぞれ対応する領域に形成される。

再び図６を参照して、工程Ｓ４のアルミニウム層のパターニングの後には、工程Ｓ５においてアルミニウム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。

図１１は、工程Ｓ５のシリコン深掘エッチング工程後の断面図である。
図１１を参照して、アルミニウムパターンが存在していない部分では、活性層１０８が絶縁層１０６に到達するまで、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ：Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば１２μｍである。

その後図６の工程Ｓ６において深掘エッチングのマスクとして使用していたアルミニウムパターンを除去する。そして、残るクロムパターンをマスクとして、シリコン浅掘エッチングが行なわれる。

図１２は、工程Ｓ７のシリコン浅掘エッチング工程後の断面図である。
図１２を参照して、異方性ドライエッチングによってクロムパターンが存在していない部分では、活性層の表面がエッチングされる。このエッチング深さは、たとえば２μｍであり、図１１で示した深掘エッチングよりも浅い。これにより、電極となる単結晶シリコン層１０８Ａ，１０８Ｃの表面には段差が形成される。また、共振ビームとなる単結晶シリコン層１０８Ｂは、表面がエッチングされる。これにより、共振ビームは、後に表面部分に接着されるガラス等の高誘電体基板からわずかに浮いて支持され、また電極の対向部と共振ビームとは厚さが等しくなる。

その後図６の工程Ｓ８においてマスクとして使用していたクロムパターンを除去する。そして、工程Ｓ９において活性層の表面にガラス基板等の高誘電体基板を接合する。

図１３は、工程Ｓ９のガラス基板接合後の状態を示した断面図である。
図１３においては、図８，図１０，図１１，図１２とは上下が逆転して示されている。高誘電体基板１１４は、ガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。

高誘電体基板１１４の表面は平坦であるので、図１１において活性層の表面に形成された段差の凸部のみが高誘電体基板と接合される。接合は、たとえば、ガラスとシリコンとを加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。

さらに、図６の工程Ｓ１０のシリコンバックエッチングによって、単結晶シリコン層１０４と絶縁層１０６とが除去される。

図１４は、工程Ｓ１０のシリコンバックエッチング後の状態を示した断面図である。
図１４において、高誘電体基板１１４上に単結晶シリコンで形成された共振器が完成した状態が示される。単結晶シリコン層１０８Ｃは、図２の電極８の脚部２４と対向部２２が一体化されたものである。また、単結晶シリコン層１０８Ａは、図２の電極６の脚部２０と対向部１８が一体化されたものである。また、単結晶シリコン層１０８Ｂは、図２の端部１０，１２に支持されている共振ビーム１４である。

再び図６を参照して、本実施の形態のＭＥＭＳ共振器の製造方法についてまとめておく。このマイクロメカニカル共振器の製造方法は、第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８の間に絶縁層１０６が形成されたＳＯＩ基板１０２の第２の単結晶シリコン層１０８上に第１のマスキングパターンであるクロムパターン１１０Ａ，１１０Ｂを形成する工程Ｓ１，Ｓ２と、第１のマスキングパターンの形成後に第２のマスキングパターンであるアルミニウムパターン１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃをさらに形成する工程Ｓ３，Ｓ４と、第２のマスキングパターンによりマスキングされた領域以外における第２の単結晶シリコン層を絶縁層まで深掘エッチングする工程Ｓ５と、第２のマスキングパターン除去後に第１のマスキングパターンによりマスキングされた領域以外の第２の単結晶シリコン層を絶縁層にいたる途中まで浅掘エッチングする工程Ｓ７と、第１のマスキングパターン除去後に第１のマスキングパターン（クロムパターン１１０Ａ，１１０Ｂ）でマスキングされていた第２の単結晶シリコン層１０８の表面部に高誘電体基板１１４を貼り付ける工程Ｓ９と、高誘電体基板１１４貼り付け後に第１の単結晶シリコン層１０４および絶縁層１０６を除去する工程Ｓ１０とを含む。

好ましくは、第２の単結晶シリコン層１０８により、共振ビーム１４および電極６，８が形成される。高誘電体基板２は、共振ビーム１４および電極６，８を支持する。

図１５は、本実施の形態のＭＥＭＳ共振器の動作を説明するための図である。
図１５を参照して、２つの電極６，８には高周波電源から交流電圧ＶＩが印加される。端部１２にはコイルＬを介して主電圧電源から主電圧ＶＰが印加される。すると、共振ビーム１４と電極６，８との間に交番静電気力が発生し、その静電気力によって共振ビーム１４が高誘電体基板の表面と平行な面内で振動する。この共振ビーム１４の面内振動により、共振ビームと両電極との間の静電容量が変化し、端部１０およびキャパシタＣを経由して、一方端が接地された抵抗Ｒの他方端からその静電容量の変化が高周波信号ＶＯとして出力される。

ここで、共振ビームと電極とが対向する面に凹凸を設ける効果について説明する。第１には、共振ビームが振動しやすくなり、低消費電力化が実現できるということである。

その第１の理由は、凹凸を設けることにより共振ビームと電極との間のギャップにおける空気の流通が良くなることである。すなわち、共振ビームが振動すると、対向する電極との間で空気の収縮と膨張が繰り返し生じる。対応する面同士が鏡面のように平坦で、かつ対向する面積が広いと空気の流通が悪いので振動する際の抗力となり、振動の減衰（ダンピング）の原因となる。これに対し、細かい凹凸を設けることによりギャップにおける空気の流通が改善されると、抗力が減少し、振動のダンピングが抑えられ、駆動電力が小さくても発振させることが可能となる。

第２の理由は、凸部の端部効果（fringe effect）により、駆動力が増大するからである。電極の端部では、電気力線の分布が電極の中央部と異なることが知られている。図３の凸部２２Ｂの各々を小さな電極と考えると、凸部の振動ビームに対向する面以外にも、凹部の内面からも電気力線が振動ビームに向かう。したがって、細かな凹凸を設けるほうが電極の対向部２２から共振ビーム１４に向かう電気力線の本数が増えることになる。電気力線の本数が多いほど振動の駆動力である静電力は増加するので、凹凸を設けることにより駆動力が増大する。

第２の効果は、共振器の出力信号のＳ／Ｎ比が良くなることである。これも、端部効果によるものであり、電極と共振ビーム間のギャップ部分の静電容量が増加するからである。

図１６は、平行平板コンデンサのモデルを示した図である。
図１７は、図１６のモデルにおいて端部効果を考慮した場合の静電容量Ｃの増大率を示した図である。

図１６，図１７を参照して、端部効果を考慮しない場合の静電容量を１とし、電極の半径をＲ、電極間の距離をｄとすると、ｄ／Ｒ＝０．２，０．１，０．０５，０．０２，０．０１において、静電容量Ｃの増大率はそれぞれ１．２８６，１．１６７，１．０９４，１．０４２，１．０２３である（出典：飯田修一監訳、バークレー物理学コース２「電磁気学上」（丸善（株））（昭和４５年）１１９ページ）。

すなわち、ギャップの距離が等しければ、電極の面積が小さいほど端部効果が大きくなり、ｄ／Ｒ＝０．２では静電容量Ｃの増大率は１．２８６になる。つまり、電極の先端部分を小さな面積に細かく区切れば端部効果により、静電容量Ｃは増大する。

図１５で説明したように、共振ビーム１４の面内振動により、共振ビームと両電極との間の静電容量Ｃが変化し、その静電容量Ｃの変化が、端部１０から高周波信号ＶＯとして出力される。したがって、静電容量Ｃが大きければ、静電容量Ｃの変化の幅も大きくなり、同じ入力ＶＩに対して凹凸を設けた電極の方が強い信号を出力する。このため、共振器出力のＳ／Ｎ比が改善される。

第３の効果は、精度良く製造することが可能となり、特性ばらつきが小さくなるということである。これは、図６の工程Ｓ５および図１１で示した深掘エッチング時のマイクロローディング効果の影響を受けにくくなるという理由である。マイクロローディング効果とは、ドライエッチング時に、狭ギャップで対向長が長い部分には、エッチングガスが入りにくくなることである。共振ビームと電極とが対向する部分は、たとえばギャップが１．５μｍで、対向長が１５０μｍにも達する。このため、ギャップの中央部分にはマイクロローディング効果によりエッチングガスが入りにくく、精度良くギャップを形成することが難しい。

電極と共振ビームとが対向する部分の電極側または共振ビーム側のいずれか一方またはその両方に凹凸を設けることにより、エッチングガスが入りやすくなり、精度良くギャップが形成できるようになる。このため製造も容易となると共に、寸法ばらつきが小さくなることにより特性も改善される。

［変形例］
図１８は、電極と共振ビームの対向部分の形状の第１の変形例を示した図である。

図１８の例では、共振ビーム２１４の凸部が電極２２２の凹部に対向するように配置されている。凸部の先端は、いずれも四角形の形状である。言い換えると、凸部が互い違いに配置されるように電極と共振ビームとが対向している。

図１９は、電極と共振ビームの対向部分の形状の第２の変形例を示した図である。
図１９の例では、共振ビーム３２４の凸部が電極３２２の凸部に対向するように配置されている。凸部の先端は、尖っておりいずれも三角形の形状である。言い換えると、平面図で先端が尖っている凸部同士が対向するように、電極と共振ビームに凸部が形成されている。

図２０は、電極と共振ビームの対向部分の形状の第３の変形例を示した図である。
図２０の例では、共振ビーム４２４の凸部が電極４２２の凸部に対向するように配置されている。共振ビーム４２４凸部の先端は、尖っており三角形の形状である。また、電極４２２の凸部の先端は、四角形の形状である。言い換えると、平面図で先端が尖っている凸部と四角形状の凸部とが対向するように、電極と共振ビームに凸部が形成されている。

以上のような変形例でも、図３に示した場合と同様な効果が期待できる。なお、図３の実施の形態および図１８〜図２０変形例では、いずれも共振ビームと電極の両方に凹凸が形成された形状を例示したが、共振ビームまたは電極のいずれか一方のみに凹凸を形成しても一定の効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、凹凸を設けることにより共振ビームと電極との間のギャップにおける空気の流通が良くなるので、振動のダンピングが抑えられ、駆動電力が小さくても発振させることが可能となる。

また、細かな凹凸を設けることにより、電極の対向部２２から共振ビーム１４に向かう電気力線の本数が増え静電力が増加するので、凹凸を設けることにより駆動力が増大する。

さらに、凹凸の端部効果により電極と共振ビーム間のギャップ部分の静電容量が増加するので、共振器の出力信号のＳ／Ｎ比が良くなる。

深掘エッチング時のマイクロローディング効果の影響を受けにくくなるので、ギャップ部分を精度良く製造でき、共振器の特性ばらつきを小さくすることができる。

なお、本実施の形態では、結晶欠陥がなく特性的に優れる単結晶シリコンで共振ビームと電極を形成した例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。シリコン基板上に犠牲層を積層して、その上に多結晶シリコン（ポリシリコン）で共振ビームを形成しその後犠牲層を除去する方法で作成した共振器においても、本実施の形態と同様に電極と共振ビームの対向する部分に電極と共振ビームの少なくとも一方に凹凸を形成すれば、同様な効果を得ることができる。

なお、図２では、４つの領域にくびれ部を設け、３つの非くびれ部を有する共振ビームの例を示したが、さらに多くのくびれ部を設けてより高次の共振周波数を狙うようにしても良い。また、一切くびれ部を設けない共振ビームにした場合でも、電極または共振ビームの対向部に凹凸を設けることによって、同様な効果が得られる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施の形態に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。 本実施の形態に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。 図２のＡ部を拡大して示した図である。 図２の平面図のＩＶ−ＩＶ断面におけるＭＥＭＳ共振器の断面図である。 図２の平面図のＶ−Ｖ断面におけるＭＥＭＳ共振器の断面図である。 本実施の形態のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートである。 クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩでの断面図である。 アルミニウム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。 図９のＸ−Ｘでの断面図である。 工程Ｓ５のシリコン深掘エッチング工程後の断面図である。 工程Ｓ７のシリコン浅掘エッチング工程後の断面図である。 工程Ｓ９のガラス基板接合後の状態を示した断面図である。 工程Ｓ１０のシリコンバックエッチング後の状態を示した断面図である。 本実施の形態のＭＥＭＳ共振器の動作を説明するための図である。 平行平板コンデンサのモデルを示した図である。 図１６のモデルにおいて端部効果を考慮した場合の静電容量Ｃの増大率を示した図である。 電極と共振ビームの対向部分の形状の第１の変形例を示した図である。 電極と共振ビームの対向部分の形状の第２の変形例を示した図である。 電極と共振ビームの対向部分の形状の第３の変形例を示した図である。

符号の説明

２ 高誘電体基板、４ フレーム部、６，８，２２２，３２２，４２２ 電極、１０，１２ 端部、１４，２１４，３２４，４２４ 共振ビーム、１４Ｂ，２２Ｂ 凸部、１４Ｃ，２２Ｃ 凹部、１４Ｙ，１４Ｘ 辺、１６，１８，２２ 対向部、１８Ａ，２０Ａ，２２Ａ，２４Ａ 面、２０，２４ 脚部、１００ マイクロメカニカル共振器、１０２ 基板、１０４，１０８，１０８Ａ〜１０８Ｃ 単結晶シリコン層、１０６ 絶縁層、１１０Ａ〜１１０Ｄ クロムパターン、１１０ クロム層、１１２Ａ〜１１２Ｅ アルミニウムパターン、１１２ 金属アルミニウム層、１１４ 高誘電体基板。

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられる第１、第２の端部と、前記第１、第２の端部の間で振動可能に支持される共振ビームとを有するフレーム部と、
   前記基板上に支持され、前記共振ビームの前記両端部の間に位置する部分に対向して前記共振ビームに対して静電気力を及ぼすための電極とを備え、
   前記電極と前記共振ビームとが対向する部分において、前記電極と前記共振ビームのいずれか一方の面である第１の面には凹凸が形成される、マイクロメカニカル共振器。
2. 前記電極と前記共振ビームとが対向する部分において、前記電極と前記共振ビームのいずれか他方の面であって、前記第１の面に対向する第２の面には凹凸が形成される、請求項１に記載のマイクロメカニカル共振器。
3. 前記第１の面の凸部は、前記第２の面の凸部に対向する位置に設けられる、請求項２に記載のマイクロメカニカル共振器。
4. 前記第１の面の凸部の面積の総和は、前記第１の面の凹部の面積の総和よりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロメカニカル共振器。
5. 前記電極は、前記共振ビームの一方側に配置され、
   前記共振ビームの他方側に配置される他の電極をさらに備え、
   前記他の電極と前記共振ビームとが対向する部分において、前記他の電極と前記共振ビームのいずれか一方の面である第３の面には凹凸が形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロメカニカル共振器。
6. 前記他の電極と前記共振ビームとが対向する部分において、前記他の電極と前記共振ビームのいずれか他方の面であって、前記第３の面に対向する第４の面には凹凸が形成される、請求項５に記載のマイクロメカニカル共振器。

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