JP2011135139A - Mems発振器及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の一態様は、基板上に形成された複数のMEMS振動子10a〜10dと、前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子に電気的に接続され、且つ前記複数のMEMS振動子のうち前記一つのMEMS振動子以外の全てのMEMS振動子に電気的に接続されていない発振回路2とを具備し、前記複数のMEMS振動子それぞれは、梁構造を有しており、前記複数のMEMS振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数が異なるMEMS発振器である。
【選択図】図1
Description
図16(B),(C)に示すように、Si基板110上にシリコン酸化膜111を形成し、このシリコン酸化膜111上にシリコン窒化膜112を形成する。次に、シリコン窒化膜112上に第1のポリシリコン膜からなる固定電極101を形成し、この固定電極101を覆う絶縁膜(図示せず)を形成する。次いで、この絶縁膜上に第2のポリシリコン膜からなる可動電極102を形成する。次に、可動電極102周辺の絶縁膜を除去する。このようにしてMEMS振動子201が製造される。
上述したように固定電極101及び可動電極102はポリシリコン等をCVD法によって堆積して形成するため、堆積による成膜ではその膜厚ばらつきが大きくなり、通常その公差は±10%にも達する場合がある。振動モードにおいて、固定電極101及び可動電極102の膜厚は振動子の共振周波数を決定する一要素となるため、膜厚のばらつきが共振周波数のばらつきに直結する。そのため、ポリシリコン等を堆積して形成した固定電極101及び可動電極102では、基板水平方向に振動する振動子と比較して、相対的に高い周波数精度を得難いという問題がある。
このように製品として求められる目標精度に比べて膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが大きい場合、前述した従来の製造方法では、目標精度内の共振周波数を有するMEMS振動子を高い歩留りで得ることはできない。
前記複数のMEMS振動子それぞれに電気的に接続された発振動作を行うための発振器構成回路と、
を具備し、
前記複数のMEMS振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のMEMS振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数が異なることを特徴とするMEMS発振器である。
前記発振器構成回路は、
前記複数のMEMS振動子それぞれに接続された選択部と、
前記選択部によって前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのMEMS振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記選択部は、前記複数のMEMS振動子のうち前記一つのMEMS振動子以外の全てのMEMS振動子にバイアス電圧を印加しないことが好ましい。
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、前記一つのMEMS振動子を選択的に前記発振回路部へ電気的に接続し、前記複数のMEMS振動子のうち前記一つのMEMS振動子以外の全てのMEMS振動子を前記発振回路部へ電気的に接続しないことが好ましい。
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、
前記発振回路部は、前記複数のMEMS振動子それぞれに接続されることが好ましい。
前記発振器構成回路は、
前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加・選択部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのMEMS振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記バイアス電圧印加・選択部は、前記複数のMEMS振動子のうち前記一つのMEMS振動子以外の全てのMEMS振動子にバイアス電圧を印加しないことが好ましい。
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子が選択されており、前記一つのMEMS振動子以外のMEMS振動子が選択されておらず、
前記MEMS発振器の調整作業により前記一つ以外のMEMS振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に非可逆性を有することが好ましい。
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子が選択されており、前記一つのMEMS振動子以外のMEMS振動子が選択されておらず、
前記MEMS発振器の調整作業により前記一つ以外のMEMS振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に可逆性を有することが好ましい。
前記梁構造は、前記基板上に形成された固定電極と、その固定電極に対向して配置された振動可能な梁を備えた可動電極を有しており、
前記梁構造が異なることは、前記梁の長さが異なることが好ましい。
前記複数のMEMS振動子それぞれの共振周波数は等間隔に形成されていることが好ましい。
前記選択部及び前記バイアス電圧印加部によって前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子に選択的にバイアス電圧を印加し、前記一つのMEMS振動子を前記発振回路部によって発振させ、前記バッファ部によって前記一つのMEMS振動子から発振出力された共振周波数を計測し、所定の範囲内の共振周波数を有する一つのMEMS振動子を前記複数のMEMS振動子から特定し、
前記特定されなかった全てのMEMS振動子を前記選択部によって選択せず、前記特定された一つのMEMS振動子を前記選択部によって選択することにより、前記特定されなかった全てのMEMS振動子を前記発振回路部に電気的に接続せず、前記特定された一つのMEMS振動子を前記選択部によって前記発振回路部に電気的に接続するMEMS発振器の製造方法であって、
前記複数のMEMS振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のMEMS振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって前記所定の共振周波数差を有するMEMS発振器の製造方法である。
前記選択部は、前記MEMS振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段にヒューズを用いることが好ましい。
前記選択部は、前記MEMS振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段に半導体メモリを用いることが好ましい。
図1は、第1の実施形態に係るMEMS発振器を模式的に示す構成図である。このMEMS発振器は、発振器構成回路300及び複数のMEMS振動子、例えば4個のMEMS振動子10a〜10dを有している。発振器構成回路300は、増幅器(バッファ部)1、発振回路部2、選択部3a,3b、及びバイアス電圧印加部4を有している。発振回路部2は、回路素子、トランジスタ等の能動回路部、出力端子等を有している。
ただし、H,LはそれぞれMEMS振動子の膜厚,梁の長さであり、E,ρはそれぞれMEMS振動子を構成する材料のヤング率と密度である。
図6〜図8は、図2に示すMEMS振動子を製造する方法を説明する断面図である。
図9は、図1に示す選択部によってMEMS振動子の選択及び非選択を行う方法を説明するフローチャートである。
また、共振周波数の計測結果が例えば20.55MHzであったとすると、計測された共振周波数が目標精度の範囲内でないと判定される(S2)。この場合は、計測された共振周波数(20.55MHz)と計測されたMEMS振動子10dの共振周波数の設計値(20.3MHz)との差分(250kHz)を算出する(S3)。そして、この算出された差分(250kHz)、MEMS振動子10a〜10dの設計値における共振周波数差(200kHz)及びMEMS振動子10a〜10dそれぞれの共振周波数の設計値(図3に示す19.7MHz、19.9MHz、20.1MHz、20.3MHz)を用いて、目標精度の範囲内の共振周波数を持つMEMS振動子がMEMS振動子10a〜10cのいずれのMEMS振動子であるかを特定する(S4)。詳細には、差分が250kHzであることから、MEMS振動子10aの実際の共振周波数は19.95MHzであると推測され、MEMS振動子10bの実際の共振周波数は20.15MHzであると推測され、MEMS振動子10cの実際の共振周波数は20.35MHzであると推測される。これらの推測結果から目標精度の範囲内の共振周波数を持つMEMS振動子はMEMS振動子10aであると特定する(S4)。
図10(a)は、両持ちの構造体を使用したMEMS振動子30の基本構造を示す平面図であり、図10(b)は、図10(a)に示すA−A'線の側面図である。図11は、両持ち構造体を使用した4個のMEMS振動子30a〜30dを示す平面図であり、図1に示す4個のMEMS振動子10a〜10dに適用することができる。
図12は、両持ち構造体を使用した4個のMEMS振動子30e〜30hを示す平面図であり、図1に示す4個のMEMS振動子10a〜10dに適用することができる。
図18は、第2の実施形態に係るMEMS発振器を模式的に示す構成図である。なお、第2の実施形態を示す図面においては、第1の実施形態を示す図面と同一部分には同一符合を付し、異なる部分についてのみ説明する。
また、共振周波数の計測結果が例えば20.55MHzであったとすると、計測された共振周波数が目標精度の範囲内でないと判定される(S2)。この場合は、計測された共振周波数(20.55MHz)と計測されたMEMS振動子10dの共振周波数の設計値(20.3MHz)との差分(250kHz)を算出する(S3)。そして、この算出された差分(250kHz)、MEMS振動子10a〜10dの設計値における共振周波数差(200kHz)及びMEMS振動子10a〜10dそれぞれの共振周波数の設計値(図3に示す19.7MHz、19.9MHz、20.1MHz、20.3MHz)を用いて、目標精度の範囲内の共振周波数を持つMEMS振動子がMEMS振動子10a〜10cのいずれのMEMS振動子であるか、例えばMEMS振動子10aであると特定する(S4)。
Claims (12)
- 基板上に形成された複数のMEMS振動子と、
前記複数のMEMS振動子それぞれに電気的に接続された発振動作を行うための発振器構成回路と、
を具備し、
前記複数のMEMS振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のMEMS振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数が異なることを特徴とするMEMS発振器。 - 請求項1において、
前記発振器構成回路は、
前記複数のMEMS振動子それぞれに接続された選択部と、
前記選択部によって前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのMEMS振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記選択部は、前記複数のMEMS振動子のうち前記一つのMEMS振動子以外の全てのMEMS振動子にバイアス電圧を印加しないこと、
を特徴とするMEMS発振器。 - 請求項2において、
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、前記一つのMEMS振動子を選択的に前記発振回路部へ電気的に接続し、前記複数のMEMS振動子のうち前記一つのMEMS振動子以外の全てのMEMS振動子を前記発振回路部へ電気的に接続しないこと、
を特徴とするMEMS発振器。 - 請求項2において、
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、
前記発振回路部は、前記複数のMEMS振動子それぞれに接続されること、
を特徴とするMEMS発振器。 - 請求項1において、
前記発振器構成回路は、
前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加・選択部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのMEMS振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記バイアス電圧印加・選択部は、前記複数のMEMS振動子のうち前記一つのMEMS振動子以外の全てのMEMS振動子にバイアス電圧を印加しないこと、
を特徴とするMEMS発振器 - 請求項2乃至4のいずれか一項において、
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子が選択されており、前記一つのMEMS振動子以外のMEMS振動子が選択されておらず、
前記MEMS発振器の調整作業により前記一つ以外のMEMS振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に非可逆性を有することを特徴とするMEMS発振器。 - 請求項2乃至4のいずれか一項において、
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子が選択されており、前記一つのMEMS振動子以外のMEMS振動子が選択されておらず、
前記MEMS発振器の調整作業により前記一つ以外のMEMS振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に可逆性を有することを特徴とするMEMS発振器。 - 請求項1乃至7のいずれか一項において、
前記梁構造は、前記基板上に形成された固定電極と、その固定電極に対向して配置された振動可能な梁を備えた可動電極を有しており、
前記梁構造が異なることは、前記梁の長さが異なることであるMEMS発振器。 - 請求項1乃至8のいずれか一項において、
前記複数のMEMS振動子それぞれの共振周波数は等間隔に形成されているMEMS発振器。 - 基板上に、設計値において所定の共振周波数差を有する複数のMEMS振動子、前記複数のMEMS振動子それぞれが接続された選択部、前記選択部に接続されたバイアス電圧印加部、発振回路部、及び前記発振回路部に接続されたバッファ部を形成し、
前記選択部及び前記バイアス電圧印加部によって前記複数のMEMS振動子のいずれか一つのMEMS振動子に選択的にバイアス電圧を印加し、前記一つのMEMS振動子を前記発振回路部によって発振させ、前記バッファ部によって前記一つのMEMS振動子から発振出力された共振周波数を計測し、所定の範囲内の共振周波数を有する一つのMEMS振動子を前記複数のMEMS振動子から特定し、
前記特定されなかった全てのMEMS振動子を前記選択部によって選択せず、前記特定された一つのMEMS振動子を前記選択部によって選択することにより、前記特定されなかった全てのMEMS振動子を前記発振回路部に電気的に接続せず、前記特定された一つのMEMS振動子を前記選択部によって前記発振回路部に電気的に接続するMEMS発振器の製造方法であって、
前記複数のMEMS振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のMEMS振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって前記所定の共振周波数差を有するMEMS発振器の製造方法。 - 請求項10において、
前記選択部は、前記MEMS振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段にヒューズを用いることを特徴とするMEMS発振器の製造方法。 - 請求項10において、
前記選択部は、前記MEMS振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段に半導体メモリを用いることを特徴とするMEMS発振器の製造方法。
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