JP2011041179A

JP2011041179A - 微小共振子およびその製造方法

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Publication number: JP2011041179A
Application number: JP2009189003A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Ono; 一善小野; Yasuhiro Sato; 康博佐藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2029-08-18
Also published as: JP5290911B2

Abstract

【課題】ＭＥＭＳ技術により形成される１つの共振子で、複数の周波数帯域や広い周波数帯域にわたった所望の共振周波数が得られるようにする。
【解決手段】層間絶縁層１０３（基板１０１）の上に離間して配置された共振子可動電極１０５と、一端が共振子可動電極１０５の一方の対向する側面に各々連結して同一直線上に配置される一対の導電性を有する直線状の共振子ばね梁１０８と、各々の共振子ばね梁１０８を層間絶縁層１０３の上に離間して支持する共振子ばね梁１０８の他端に連結する一対の電極端子１０９と、共振子可動電極１０５の他方の両側面の側の層間絶縁層１０３に固定された一対の共振子固定電極１１０とを備える。また、共振子ばね梁１０８の側部に接触する状態に、基板１０１の平面に平行な平面内で移動可能とされたロッド１１３を備える。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、ＭＥＭＳ技術による微小振動子およびその製造方法に関するものである。

近年、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)と呼ばれるマイクロマシンや、ＭＥＭＳを組み込んだ電子部品の開発が盛んに行われている。このＭＥＭＳは、半導体基板などのウエハ上に薄膜を形成し、この薄膜を加工する半導体集積回路の製造技術を基本としている。ＭＥＭＳ素子の特徴は、機械的構造の一部として可動構造が構成されていることである。可動構造の動作は、可動構造と可動構造と隔てて配置された固定構造に設けられた電極間のクーロン力により行われる。

このようなＭＥＭＳ技術を用いて作製された微小振動素子は、他の半導体デバイスとの集積化が可能であり、振動素子の専有面積が小さく、高いＱ値を実現できることなどの特徴を備えている。これらの特徴から、ＭＥＭＳ技術による微小振動子は、無線通信ＭＥＭＳデバイスであるＲＦ−ＭＥＭＳデバイス、特に、フィルタ，発振器，ミキサなどを構成するための共振子（レゾネータ）としての利用が研究機関から提案されている。

上述した共振子について、図６の平面図を用いて簡単に説明する。共振子は、例えば、酸化膜などの絶縁膜が形成されたシリコン基板などの基板６０１の上に、支持体となる一対の電極端子６０９および電極端子６０９に連結する一対の連結部６０８を備える。また、これらの連結部６０８により基板６０１の上に離間して支持された可動電極６０５を備える。また、可動電極６０５は、一対の固定電極６１０に挟まれて配置されている。固定電極６１０には、電極端子６２７が接続している。可動電極６０５とこの両脇の固定電極６１０との対向する側面には、互いの凹部に互いの櫛歯部が入り込むように配置された櫛状部を備えている。

このような共振子は、一方の固定電極６１０の電極端子６２７と、可動電極６０５に連結部６０８を介して接続する電極端子６０９との間に交流電圧を印加することにより、固定電極６１０と、可動電極６０５との間に静電引力（クーロン力）を発生させ、図６の矢印の方向に可動電極６０５を振動させる。連結部６０８がばね梁となり、可動電極６０５が振動する。可動電極６０５の振動する方向は、可動電極６０５から見て固定電極６１０が配置されている方向であり、この例の場合、連結部６０８が延在する方向に対して垂直な方向である。

このとき可動電極６０５を支持している連結部６０８のバネ定数と、可動電極６０５の質量とによって決定される共振周波数と、入力した交流電圧の周波数が一致したところで共振現象が生じ、他方の固定電極６１０から共振周波数が出力されることで共振子として機能する。

特開２００５−２７７８６１号公報

C.T.-C.Nguyen, "Frequency-Selective MEMS for Miniaturized Low-Power Communication Devices", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.47, No.8, pp.1486-1503, 1999. Gabriel M. Rebeiz, "RF-MEMS theory, design, and technology", A John Wiley & Sons Publications, 2002.

ところで、上述したように共振子の共振周波数は、可動電極に支持されたバネのバネ定数と可動電極の質量とによって決定される。このため、入力される信号に対し、構造パラメータに対応した特定の共振周波数しか得られず、また、共振子を形成した後では、共振周波数を変更することができない。

共振子をフィルタとして用いる場合、単一の周波数の信号を通過させるだけではなく、複数の周波数帯域から特定の周波数帯域を切り替えて通過させ、また、広い帯域にわたる信号を通過させるなどの透過特性が重要となる。

しかしながら、前述したＭＥＭＳ技術による共振器では、上述したように構造パラメータにより決定される共振周波数による単一の周波数の信号を通過させるものがほとんどであり、複数の周波数帯域から特定の周波数帯域を切り替えて通過させ、また、広い帯域にわたる信号を通過させることが困難であった。

これに対し、構造パラメータが異なる複数の共振子を用い、これにより複数の共振周波数に対応可能な技術が知られている。しかしながら、このような方法では、前述したような構成を基本とする複数の共振子を配置して用いることになり、専有面積が大きくなる。これでは、本来ＭＥＭＳが得意とする小型化が可能という特徴に、矛盾しており、問題となる。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＭＥＭＳ技術により形成される１つの共振子で、複数の周波数帯域や広い周波数帯域にわたった所望の共振周波数が得られるようにすることを目的とする。

本発明に係る微小共振子は、基板の上に離間して配置された共振子可動電極と、一端が共振子可動電極の一方の対向する側面に各々連結して同一直線上に配置される一対の導電性を有する直線状の共振子ばね梁と、各々の共振子ばね梁を基板の上に離間して支持する共振子ばね梁の他端に連結する一対の電極端子と、共振子可動電極の他方の両側面の側の基板上に固定された一対の共振子固定電極と、共振子ばね梁の側部に接触する状態に、基板の平面に平行な平面内で移動可能とされたロッドとを少なくとも備える。

上記微小共振子において、各々の共振子ばね梁に対して複数のロッドを備えるようにしてもよい。

上記微小共振子において、基板の上に離間して配置され、ロッドに連結してロッドを移動させる静電アクチュエータと、基板の上に離間して配置され、静電アクチュエータに連結するばね梁と、このばね梁を基板の上に支持するアンカーと、静電アクチュエータをばね梁の方に変位させるための固定電極とを備えるようにすればよい。

また、本発明に係る微小共振子の方法は、基板上に各々離間して配置された２つの電極端子、およびこれら電極端子を結ぶ線分を挟む箇所の基板上に固定された一対の共振子固定電極を形成する第１工程と、電極端子の各々に連結する一対の導電性を有する直線状の共振子ばね梁、これら共振子ばね梁に一方の対向する側面に各々連結して支持されて基板の上に離間して配置された共振子可動電極、および共振子ばね梁の側部に接触する状態に、基板の平面に平行な平面内で移動可能とされたロッドを形成する第２工程とを備え、共振子固定電極は、共振子可動電極の他方の両側面の側の基板上に形成する。

上記微小共振子の製造方法において、第１工程では、基板の上に金属から構成された第１シード層を形成し、メッキ法により第１シード層の上に第１金属パターンおよび第２金属パターンを形成し、第１金属パターンおよび第２金属パターンをマスクとして第１シード層を選択的にエッチングすることで、第１金属パターンとこの下の第１シード層からなる電極端子、および第２金属パターンとこの下の第１シード層からなる共振子固定電極を形成し、第２工程では、電極端子および共振子固定電極の側方を充填する犠牲層を基板の上に形成し、犠牲層，電極端子，および共振子固定電極の上面に金属から構成された第２シード層を形成し、メッキ法により第２シード層の上に、第３金属パターン，第４金属パターン，および第５金属パターンを形成し、第３金属パターン，第４金属パターン，および第５金属パターンをマスクとして第２シード層を選択的にエッチングし、犠牲層を除去することで、第３金属パターンとこの下の第２シード層からなる共振子ばね梁、第４金属パターンとこの下の第２シード層からなる共振子可動電極、および第５金属パターンとこの下の第２シード層からなるロッドを形成する。

以上説明したように、本発明によれば、共振子ばね梁の側部に接触する状態に、基板の平面に平行な平面内で移動可能とされたロッドを備えるようにしたので、ＭＥＭＳ技術により形成される１つの共振子で、複数の周波数帯域や広い周波数帯域にわたった所望の共振周波数が得られるようになるという優れた効果が得られる。

本発明の実施の形態における微小共振子の構成例を示す平面図である。本発明の実施の形態における微小共振子の構成例を示す断面である。本発明の実施の形態における微小共振子の構成例を示す断面である。本発明の実施の形態における微小共振子の構成例を示す断面である。本発明の実施の形態における微小共振子の構成例を示す断面である。振動子について説明するための斜視図である。本発明の実施の形態における微小共振子の特定の状態を示す平面図である。本発明の実施の形態における微小共振子の他の形態を示す平面図である。本発明の実施の形態における微小共振子の他の形態を示す平面図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。本発明の実施の形態における微小振動子の製造方法例を説明するための工程図である。微小振動子の構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。まず、図１Ａは、本発明の実施の形態における微小共振子の構成例を示す平面図である。また、図１Ｂ，図１Ｃ，図１Ｄ，および図１Ｅは、この実施の形態における微小共振子の構成例を示す断面図である。なお、図１Ｂは、図１Ａのｂｂ’線の断面であり、図１Ｃは、図１Ａのｃｃ’線の断面であり、図１Ｄは、図１Ａのｄｄ’線の断面であり、図１Ｅは、図１Ａのｅｅ’線の断面である。

本実施の形態における微小共振子は、シリコンなどの半導体からなる基板１０１の上に層間絶縁層１０２、さらに層間絶縁層１０２の上に層間絶縁層１０３を備える。また、層間絶縁層１０３（基板１０１）の上に離間して配置された共振子可動電極１０５と、一端が共振子可動電極１０５の一方の対向する側面に各々連結して同一直線上に配置される一対の導電性を有する直線状の共振子ばね梁１０８と、各々の共振子ばね梁１０８を層間絶縁層１０３の上に離間して支持する共振子ばね梁１０８の他端に連結する一対の電極端子１０９と、共振子可動電極１０５の他方の両側面の側の層間絶縁層１０３に固定された一対の共振子固定電極１１０とを備える。

また、共振子固定電極１１０には、電極端子１２７が接続している。また、共振子可動電極１０５とこの両脇の共振子固定電極１１０との対向する側面には、互いの凹部に互いの櫛歯部が入り込むように配置された櫛状部を備えている。

共振子可動電極１０５は、共振子可動電極１０５から見て共振子固定電極１１０が配置されている方向に変位（振動）可能とされている。この例の場合、共振子可動電極１０５の振動方法は、共振子ばね梁１０８が延在する方向に対して垂直な方向である。

加えて、本実施の形態における微小振動子は、共振子ばね梁１０８の側部に、静電アクチュエータ１０６および静電アクチュエータ１０７を備える。本例では、層間絶縁層１０３の平面上で、各々の共振子ばね梁１０８を挟むように、共振子ばね梁１０８の側部に２つの静電アクチュエータ１０６および２つの静電アクチュエータ１０７を備える。一方の共振子ばね梁１０８においては、この側方において、２つの静電アクチュエータ１０６が対向して配置され、他方の共振子ばね梁１０８においても、この側方において、２つの静電アクチュエータ１０７が対向して配置されている。

静電アクチュエータ１０６は、ばね梁１１１に連結し、ばね梁１１１は、アンカー１１２に連結している。アンカー１１２は、層間絶縁層１０３の上に固定されており、固定されたアンカー１１２にばね梁１１１が変形可能な状態で層間絶縁層１０３の上方に支持されている。また、静電アクチュエータ１０６は、ばね梁１１１に連結することで、ばね梁１１１と同様に、層間絶縁層１０３の上方に支持されている。このようにして支持されている静電アクチュエータ１０６は、ばね梁１１１が変形（弾性変形）することで、基板１０１の平面に対して略平行な平面内で、アンカー１１２から離れる方向、言い換えると、アンカー１１２からみて共振子ばね梁１０８が配置されている方向に変位可能とされている。

また、静電アクチュエータ１０６は、ばね梁１１１の連結側に対向する側面、言い換えると、ばね梁１１１の共振子ばね梁１０８の側の中央部に、ロッド１１３を備える。ロッド１１３は、先端部が先細りの形状となっている。また、静電アクチュエータ１０６のロッド１１３形成側には、所定距離離間して固定電極１１５が形成されている。本実施の形態では、静電アクチュエータ１０６の側部に対向し、ロッド１１３の両脇に２つの固定電極１１５を備えている。なお、静電アクチュエータ１０６および固定電極１１５は、これらの対向する側面に各々櫛歯部１１４および櫛歯部１１５ａを備え、各々の櫛歯の間の凹部に互いの櫛歯部が入り込むように配置されている。

また、１つの静電アクチュエータ１０６に対して設けられている２つの固定電極１１５は、接続孔１１８を介して層間絶縁層１０３の下に形成されている層間配線１１７に接続している。また、層間配線１１７は、駆動電極端子１１６に接続している。従って、２つの固定電極１１５は、駆動電極端子１１６に接続している。

また、静電アクチュエータ１０７は、ばね梁１１９に連結し、ばね梁１１９は、アンカー１２０に連結している。アンカー１２０は、層間絶縁層１０３の上に固定されており、固定されたアンカー１２０にばね梁１１９が変形可能な状態で層間絶縁層１０３の上方に支持されている。また、静電アクチュエータ１０７は、ばね梁１１９に連結することで、ばね梁１１９と同様に、層間絶縁層１０３の上方に支持されている。このようにして支持されている静電アクチュエータ１０７は、ばね梁１１９が変形（弾性変形）することで、基板１０１の平面に対して略平行な平面内で、アンカー１２０から離れる方向、言い換えると、アンカー１２０からみて共振子ばね梁１０８が配置されている方向に変位可能とされている。

また、静電アクチュエータ１０７は、ばね梁１１９の連結側に対向する側面、言い換えると、ばね梁１１９の共振子ばね梁１０８の側の中央部に、ロッド１２１を備える。ロッド１２１は、先端部が先細りの形状となっている。また、静電アクチュエータ１０７のロッド１２１形成側には、所定距離離間して固定電極１２３が形成されている。本実施の形態では、静電アクチュエータ１０７の側部に対向し、ロッド１２１の両脇に２つの固定電極１２３を備えている。また、静電アクチュエータ１０７および固定電極１２３は、これらの対向する側面に各々櫛歯部１２２および櫛歯部１２３ａを備え、各々の櫛歯の間の凹部に互いの櫛歯部が入り込むように配置されている。

また、１つの静電アクチュエータ１０７に対して設けられている２つの固定電極１２３は、接続孔１２６を介して層間絶縁層１０３の下に形成されている層間配線１２５に接続している。また、層間配線１２５は、駆動電極端子１２４に接続している。従って、２つの固定電極１２３は、駆動電極端子１２４に接続している。なお、以上の構成は、前述した静電アクチュエータ１０６と同様である。

次に微小共振子の動作について説明する。まず、共振子可動電極１０５による共振子の動作について説明する。共振子可動電極１０５は、一方の電極端子１２７と電極端子１０９との間に、交流電圧を印加すると、共振子可動電極１０５と共振子固定電極１１０との間に静電引力が発生する。交流電圧の周波数が、微小共振子の機械的固有周波数に一致すると、共振現象が発生し、共振子可動電極１０５は振動する。微小共振子をフィルタとして用いる場合、交流電圧として外部からの電気信号を印加することで、微小共振子の機械的固有周波数に応じた信号を、他方の電極端子１２７から取り出すことができる。このときの微小共振子の機械的固有周波数は以下の式で表すことができる。

上記（１）式において、ｋは共振子ばね梁１０８のバネ定数、ｍは共振子可動電極１０５の質量である。

次に、本実施の形態における微小共振子において、共振子ばね梁１０８のバネ定数を計算で求めることを考える。計算例として図２の斜視図に示すような寸法をもったばね梁２０２について、両端が固定部２０１に固定され、図中の矢印方向の力が加わることで弾性的に変形するとしたときのバネ定数を計算する。ばね梁２０２は、可動部２０３を支持している。このような構造におけるバネ定数ｋを求める計算式が、非特許文献２に示されており、以下の（２）式により求めることができる。

上記（２）式において、Ｅはばね梁２０２を構成する材料のヤング率、ｗはばね梁２０２幅（断面の幅）、ｔはばね梁２０２の厚さ（断面の高さ）、ｌはばね梁２０２の長さである。これらのパラメータを設定することで、所望の機械的固有周波数を得ることができる。

次に、静電アクチュエータ１０６の動作について説明する。静電アクチュエータ１０６は、アンカー１１２と駆動電極端子１１６との間に直流電圧を印加すると、静電アクチュエータ１０６（櫛歯部１１４）と固定電極１１５（櫛歯部１１５ａ）との間に、静電引力が発生する。この静電引力は、静電アクチュエータ１０６を固定電極１１５の側に引き寄せる力である。この静電引力が静電アクチュエータ１０６に加わると、ばね梁１１１が変形し、静電アクチュエータ１０６が固定電極１１５の側に変位する。

この結果、ロッド１１３が、共振子ばね梁１０８の方向に移動し、例えば、ロッド１１３の先端部が共振子ばね梁１０８の側部に接触する。また、上述した駆動電極端子１１６への直流電圧の印加を遮断することで、静電アクチュエータ１０６は、ばね梁１１１の復元力により初期の位置に戻るので、ロッド１１３も、共振子ばね梁１０８より離間する。

従って、本実施の形態における微小共振子は、共振子ばね梁１０８の側部に接触する状態に、基板１０１の平面に平行な平面内で移動可能とされたロッド１１３を備えていることになる。これらの動作は、静電アクチュエータ１０７においても同様である。本実施の形態では、静電アクチュエータ１０６および静電アクチュエータ１０７を動作させることで、ロッド１１３の先端部およびロッド１２１の先端部を、共振子ばね梁１０８に接触させるようにしている。

例えば、２つの静電アクチュエータ１０６および２つの静電アクチュエータ１０７を動作させることで、図３Ａの平面図に示すように、２つのロッド１１３の先端部により、一方の共振子ばね梁１０８の中央部を挾み込み、２つのロッド１２１の先端部により、他方の共振子ばね梁１０８の中央部を挾み込むことができる。このようにすることで、共振子ばね梁１０８における（２）式で示されるばね長さｌが変化する。このように、本実施の形態における微小共振器では、機械的固有周波数が変更できる。

また、図３Ｂの平面図に示すように、静電アクチュエータ１０６（ロッド１１３）および静電アクチュエータ１０７（ロッド１２１）を電極端子１０９に近づけて配置してもよい。この場合、静電アクチュエータ１０６および静電アクチュエータ１０７を動作させると、共振子ばね梁１０８における（２）式で示されるばね長さｌが、上述した場合に比較して小さく変化する。このため、この例では、（１）式で示される微小共振子の機械的固有周波数をを僅かに変化させることができる。このように、静電アクチュエータ（ロッド）の配置により、微小共振子の機械的固有周波数の変化量を制御することができる。

次に、本発明の他の微小共振子について説明する。図４は、発明の実施の形態における微小共振子の他の構成例を示す平面図である。図４に示す微小共振子は、静電アクチュエータ４０１，４０２が、一方の共振子ばね梁１０８を挟んで配設され、静電アクチュエータ４０３，４０４が、他方の共振子ばね梁１０８を挟んで配設されている。各静電アクチュエータ４０１，４０２，４０３，４０４は、前述した静電アクチュエータ１０６，１０７と同様である。

これらの静電アクチュエータ４０１，４０２，４０３，４０４を、各々独立に駆動することで、複数の機械的固有振動周波数を得ることができる。例えば、全ての静電アクチュエータがＯＦＦの時は、共振子ばね梁１０８における（２）式で示されるばね長さｌが最も長くなる。また、静電アクチュエータ４０２、４０３がＯＮで静電アクチュエータ４０１、４０４がＯＦＦの時は、共振子ばね梁１０８における（２）式で示されるばね長さｌを最も短くすることができる。また、静電アクチュエータ４０１、４０４がＯＮで静電アクチュエータ４０２、４０３がＯＦＦの時は、共振子ばね梁１０８における（２）式で示されるばね長さｌを、上述した２つの状態の中間の長さとすることができる。

なお、上述では、例えば、２つ（複数）の静電アクチュエータ１０６（ロッド１１３）で、共振子ばね梁１０８を挟むようにしたが、これに限るものではなく、共振子ばね梁１０８の一方の側部に１つの静電アクチュエータ１０６（ロッド１１３）を配置するようにしてもよい。これは、静電アクチュエータ１０７が配置されている側についても同様である。

また、一方の共振子ばね梁１０８に、２つの静電アクチュエータを配設する場合も、各々共振子ばね梁１０８を挟むように２組の静電アクチュエータを配設する必要はない。例えば、一方の共振子ばね梁１０８において、一方の側部においては、共振子可動電極１０５に近いところに静電アクチュエータを配置してロッドを接触可能とし、他方の側部においては、電極端子１０９に近いところに静電アクチュエータを配置してロッドを接触可能することで、一方の共振子ばね梁１０８に、２つのロッドが接触可能な状態に配置されるようにしてもよい。

ただし、共振子ばね梁１０８を挟むように２つの静電アクチュエータを配置し、対向配置された２つのロッドが同じ位置で共振子ばね梁１０８を挟むように接触することで、共振子ばね梁１０８における（２）式で示されるばね長さｌを、より安定して制御することができる。

また、上述では、静電引力を与えるための固定電極および可動電極の対向する面を、櫛歯状にしたが、これに限るものではなく、平坦な形状としてもよい。ただし、櫛歯状とすることで、限られた幅の中に設置するなかで、固定電極と可動電極との対向する面積をより広くすることができ、より強い静電引力を与えることができるようになる。

次に、上述した本実施の形態における微小共振子の製造方法について、図５Ａ〜図５Ｌを用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｌは、図１Ａのｂｂ’線の断面に対応する各工程における状態（断面）を示している。

まず、例えばシリコンなどの半導体からなる基板１０１の上に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁層１０２を形成する。なお、基板１０１は、複数のトランジスタ，抵抗，容量，配線などから構成された半導体集積回路を備えていてもよく、例えば、集積回路の配線と、本実施の形態における微小共振子とを電気的に接続するためのコンタクトホールなどが、層間絶縁層１０２の所定の箇所に形成されていてもよい。

次に、図５Ａに示すように、層間絶縁層１０２の上に、第１シード層５０１が形成された状態とする。第１シード層５０１は、層厚０．１μｍ程度のチタン層と、この上に形成された層厚０．１μｍ程度の金層との積層膜であればよい。また、これらは、スパッタ法もしくは蒸着法などで形成すればよい。

以上のようにして第１シード層５０１を形成したら、この上にレジストを塗布してレジスト膜を形成し、形成したレジスト膜を公知のリソグラフィー技術によりパターニングして所望の箇所に開口部を備えるレジストパターンを形成する。レジストパターンは、例えば、膜厚３μｍ程度に形成する。次いで、形成したレジストパターンの開口部に露出する第１シード層５０１の上に，メッキ法により例えば金のパターンを形成する。例えばメッキ膜は、膜厚０．５μｍ程度に形成する。この後、レジストパターンを除去することで、図５Ｂに示すように、第１シード層５０１の上に第１金属パターン５０２および第２金属パターン５０３が形成された状態とする。第１金属パターン５０２および第２金属パターン５０３は、膜厚０．５μｍ程度に形成される。

次に、第１金属パターン５０２および第２金属パターン５０３をマスクとして第１シード層５０１をエッチング除去して分離し、図５Ｃに示すように、層間絶縁層１０２の上に、層間配線１１７および層間配線１２５が形成された状態とする。層間配線１１７は、第１金属パターン５０２とこの下の第１シード層５０１とから構成され、層間配線１２５は、第２金属パターン５０３とこの下の第１シード層５０１とから構成されたものとなる。

第１シード層５０１の選択的なエッチングでは、例えば、第１シード層５０１の上層の金層は、硝酸と塩酸からなる王水エッチング液を用いてウエットエッチングすればよい。このエッチングにより露出した第１シード層５０１の下層のチタン層は、フッ化水素水溶液を用いたウエットエッチングにより除去できる。

次に、図５Ｄに示すように、形成した層間配線１１７および層間配線１２５を含む層間絶縁層１０２の上に、層間絶縁層１０３を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜を堆積し、形成した酸化シリコン膜を公知の等速エッチバック法を用いることで平坦化処理する。これにより、表面が平坦化された状態で、層厚１μｍ程度の層間絶縁層１０３が形成できる。

次に、図５Ｅに示すように、層間配線１１７および層間配線１２５に到達する接続孔１１８および接続孔１２６を層間絶縁層１０３に形成する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により層間絶縁層１０３をパターニングし、層間配線１１７および層間配線１２５に貫通する貫通孔を形成すれば、接続孔１１８および接続孔１２６となる。

次に、図５Ｆに示すように、形成した接続孔１１８および接続孔１２６を含めて層間絶縁層１０３の上に第２シード層５０４を形成し、この上に、レジストパターンを用いた選択メッキ法により、第３金属パターン５０５，第４金属パターン５０６，第５金属パターン５０７，第６金属パターン５０８，および第７金属パターン５０９を形成する。第２シード層５０４は第１シード層５０１と同様に形成すればよい。

また、第３金属パターン５０５，第４金属パターン５０６，第５金属パターン５０７，第６金属パターン５０８，および第７金属パターン５０９は、第１金属パターン５０２および第２金属パターン５０３と同様に形成すればよい。例えば、第３金属パターン５０５，第４金属パターン５０６，第５金属パターン５０７，第６金属パターン５０８，および第７金属パターン５０９は、選択メッキ用のレジストパターンの膜厚を２０μｍ程度とし、メッキ膜を膜厚１０μｍ程度に形成すればよい。なお、第３金属パターン５０５は、断面ではなく側面が図示されている。

次に、第３金属パターン５０５，第４金属パターン５０６，第５金属パターン５０７，第６金属パターン５０８，および第７金属パターン５０９をマスクとして第２シード層５０４をエッチング除去して分離し、図５Ｇに示すように、層間絶縁層１０３の上に、固定電極下部１１５１，駆動電極端子１１６，電極端子下部１０９１，固定電極下部１２３１，および駆動電極端子１２４が形成された状態とする。固定電極下部１１５１は、第４金属パターン５０６とこの下の第２シード層５０４とから構成され、固定電極１１５の一部となる。また、駆動電極端子１１６は、第５金属パターン５０７とこの下の第２シード層５０４とから構成されている。

また、固定電極下部１２３１は、第６金属パターン５０８とこの下の第２シード層５０４とから構成され、固定電極１２３の一部となる。また、駆動電極端子１２４は、第７金属パターン５０９とこの下の第２シード層５０４とから構成されている。また、電極端子下部１０９１は、第３金属パターン５０５とこの下の第２シード層５０４とから構成され、電極端子１０９の一部となる。なお、図５Ｇにおいて、電極端子下部１０９１は、断面ではなく側面が図示されている。また、図５Ｇには示されていない層間絶縁層１０３の上の他の領域には、電極端子１２７となる下の部分、アンカー１１２およびアンカー１２０となる下の部分が同時に形成される。

次に、図５Ｈに示すように、固定電極下部１１５１，駆動電極端子１１６，電極端子下部１０９１，および固定電極下部１２３１の側方の間を充填するように、層間絶縁層１０３の上に犠牲層５１０を形成する。固定電極下部１１５１，駆動電極端子１１６，電極端子下部１０９１，固定電極下部１２３１は、上面が露出する状態とする。例えば、ＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）からなる感光性有機樹脂を層間絶縁層１０３の上に塗布して塗布膜を形成し、形成した塗布膜を公知のリソグラフィー技術によりパターニングすることで、犠牲層５１０が形成できる。犠牲層５１０形成のためのパターニング処理では、前処理として、塗布膜を１２０℃に加熱するプリベークを４分行い、パターニング後には３１０℃の加熱処理を行い、形成したパターンの有機樹脂が熱硬化された状態とする。上記感光性有機樹脂としては、住友ベークライト社製のＣＲＣ８３００を用いることができる。なお、図５Ｈおよび以降に説明する図５Ｉ〜図５Ｋにおいては、図５Ｇで側面を示す電極端子下部１０９１は、犠牲層５１０に埋め込まれるため図示されていない。

次に、図５Ｉに示すように、第１シード層５０１と同様にすることで、犠牲層５１０および固定電極下部１１５１，駆動電極端子１１６，電極端子下部１０９１，固定電極下部１２３１の上に、第３シード層５１１が形成された状態とする。

次に、レジストパターンを用いた選択的なメッキにより、図５Ｊに示すように、第３シード層５１１の上に、第８金属パターン５１２，第９金属パターン５１３，第１０金属パターン５１４，第１１金属パターン５１５，第１２金属パターン５１６，第１３金属パターン５１７，および第１４金属パターン５１８を形成する。これら金属パターンは、前述した第１金属パターン５０２および第２金属パターン５０３と同様に形成すればよい。例えば、これらパターンは、選択メッキ用のレジストパターンの膜厚を４０μｍ程度とし、メッキ膜を膜厚２５μｍ程度に形成すればよい。なお、第１２金属パターン５１６は、断面ではなく側面が図示されている。

次に、第８金属パターン５１２，第９金属パターン５１３，第１０金属パターン５１４，第１１金属パターン５１５，第１２金属パターン５１６，第１３金属パターン５１７，および第１４金属パターン５１８をマスクとして第３シード層５１１をエッチング除去して分離し、図５Ｋに示すように、層間絶縁層１０３の上に、固定電極１１５および固定電極１２３が形成され、犠牲層５１０の上に、共振子可動電極１０５，ロッド１１３（静電アクチュエータ１０６），ロッド１２１（静電アクチュエータ１０７），共振子ばね梁１０８，および電極端子上部１０９２が形成された状態とする。電極端子上部１０９２は、犠牲層５１０に埋め込まれて図５Ｋには示されていない電極端子下部１０９１の上に、積層されている。なお、電極端子上部１０９２は、断面ではなく側面が図示されている。

次に、犠牲層５１０を除去することで、図５Ｌに示すように、層間絶縁層１０３の上に、電極端子１０９，固定電極１１５，駆動電極端子１１６，固定電極１２３，駆動電極端子１２４が形成され、電極端子１０９に支持された共振子ばね梁１０８が形成され、また、ロッド１１３およびロッド１２１が形成された状態が得られる。なお、図示していないが、静電アクチュエータ１０６および静電アクチュエータ１０７、共振子固定電極１１０、ばね梁１１１、ばね梁１１９、アンカー１１２およびアンカー１２０の上部などが、同時に形成される。なお、例えば、オゾンアッシャー装置を用いてオゾンを犠牲層５１０に作用させることで除去できる。

また、図４を用いて説明した微小振動子など、前述した他の微小振動子においても、上述した図５Ａ〜図５Ｌを用いた説明による製造方法により、同様に作製できることはいうまでもない。このように、上述した製造方法によれば、微小振動子を構成する各構造体をメッキ法によって作製するため、低温で作製することが可能である。このため、公知の半導体集積回路の製造プロセスの後工程として微小共振子を作製した場合であっても、微小共振子の製造により、既に形成されている半導体集積回路にダメージを与えることがない。

なお、上述した製造方法では、金をメッキするようにしているが、これに限るものではなく、メッキの材料として銅やニッケルなどを用いてもよい。銅やニッケルの場合、前述した上層のシード層をメッキの材料と同一にすればよい。

１０１…基板、１０２…層間絶縁層、１０３…層間絶縁層、１０５…共振子可動電極、１０６…静電アクチュエータ、１０７…静電アクチュエータ、１０８…共振子ばね梁、１０９…電極端子、１１０…共振子固定電極、１１１…ばね梁、１１２…アンカー、１１３…ロッド、１１４…櫛歯部、１１５…固定電極、１１５ａ…櫛歯部、１１６…駆動電極端子、１１７…層間配線、１１８…接続孔、１１９…ばね梁、１２０…アンカー、１２１…ロッド、１２２…櫛歯部、１２３…固定電極、１２３ａ…櫛歯部、１２４…駆動電極端子、１２５…層間配線、１２６…接続孔、１２７…電極端子。

Claims

基板の上に離間して配置された共振子可動電極と、
一端が前記共振子可動電極の一方の対向する側面に各々連結して同一直線上に配置される一対の導電性を有する直線状の共振子ばね梁と、
各々の前記共振子ばね梁を前記基板の上に離間して支持する前記共振子ばね梁の他端に連結する一対の電極端子と、
前記共振子可動電極の他方の両側面の側の前記基板上に固定された一対の共振子固定電極と、
前記共振子ばね梁の側部に接触する状態に、前記基板の平面に平行な平面内で移動可能とされたロッドと
を少なくとも備えることを特徴とする微小共振子。
請求項１記載の微小共振子において、
各々の前記共振子ばね梁に対して複数の前記ロッドを備えることを特徴とする微小振動子。
請求項１または２記載の微小共振子において、
前記基板の上に離間して配置され、前記ロッドに連結して前記ロッドを移動させる静電アクチュエータと、
前記基板の上に離間して配置され、前記静電アクチュエータに連結するばね梁と、
このばね梁を前記基板の上に支持するアンカーと、
前記静電アクチュエータを前記ばね梁の方に変位させるための固定電極と
を備えることを特徴とする微小共振子。
基板上に各々離間して配置された２つの電極端子、およびこれら電極端子を結ぶ線分を挟む箇所の前記基板上に固定された一対の共振子固定電極を形成する第１工程と、
前記電極端子の各々に連結する一対の導電性を有する直線状の共振子ばね梁、これら共振子ばね梁に一方の対向する側面に各々連結して支持されて前記基板の上に離間して配置された共振子可動電極、および前記共振子ばね梁の側部に接触する状態に、前記基板の平面に平行な平面内で移動可能とされたロッドを形成する第２工程と
を備え、
前記共振子固定電極は、前記共振子可動電極の他方の両側面の側の前記基板上に形成する
ことを特徴とする微小共振子の製造方法。
請求項４記載の微小共振子の製造方法において、
前記第１工程では、
前記基板の上に金属から構成された第１シード層を形成し、
メッキ法により前記第１シード層の上に第１金属パターンおよび第２金属パターンを形成し、
前記第１金属パターンおよび第２金属パターンをマスクとして前記第１シード層を選択的にエッチングすることで、前記第１金属パターンとこの下の前記第１シード層からなる前記電極端子、および前記第２金属パターンとこの下の前記第１シード層からなる前記共振子固定電極を形成し、
前記第２工程では、
前記電極端子および前記共振子固定電極の側方を充填する犠牲層を前記基板の上に形成し、
前記犠牲層，電極端子，および前記共振子固定電極の上面に金属から構成された第２シード層を形成し、
メッキ法により前記第２シード層の上に、第３金属パターン，第４金属パターン，および第５金属パターンを形成し、
第３金属パターン，第４金属パターン，および第５金属パターンをマスクとして前記第２シード層を選択的にエッチングし、前記犠牲層を除去することで、前記第３金属パターンとこの下の前記第２シード層からなる前記共振子ばね梁、前記第４金属パターンとこの下の前記第２シード層からなる前記共振子可動電極、および前記第５金属パターンとこの下の前記第２シード層からなる前記ロッドを形成する
ことを特徴とする微小共振子の製造方法。