JP2014170994A

JP2014170994A - Ｍｅｍｓ振動子の製造方法、ｍｅｍｓ振動子、電子機器および移動体

Info

Publication number: JP2014170994A
Application number: JP2013040403A
Authority: JP
Inventors: Takuya Kinugawa; 拓也衣川; Shogo Inaba; 正吾稲葉
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-18

Abstract

【課題】上部電極と下部電極との間隙のばらつきを抑制し、不要な振動モードを排除したＭＥＭＳ振動子の製造方法を提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法は、半導体基板１０の上に酸化膜１１を形成する工程と、酸化膜１１の上に窒化膜１２を形成する工程と、窒化膜１２の上に所定形状の下部電極１３ａを形成する工程と、下部電極１３ａおよび窒化膜１２の上に第１犠牲層１５を形成する工程と、第１犠牲層１５および下部電極１３ａの表層部を削除する工程と、当該削除する工程後の第１犠牲層１５および下部電極１３ａの上に第２犠牲層１６を形成する工程と、第２犠牲層１６の上に上部電極１４ａを形成する工程と、上部電極１４ａおよび下部電極１３ａを外部端子に接続するための電極配線１３ｂ，１３ｃ，１４ｂを形成する工程と、第１犠牲層および第２犠牲層を除去する工程と、を有している、ことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、安定した特性を有するように工程設定されているＭＥＭＳ振動子の製造方法と、当該製造方法により製造されたＭＥＭＳ振動子と、当該ＭＥＭＳ振動子を搭載している電子機器および移動体と、に関する。

従来、ＭＥＭＳ振動子は、例えば特許文献１に示すような形態のものが知られている。図７は、従来のＭＥＭＳ振動子の構成を示す断面図である。図７に示すように、ＭＥＭＳ振動子４００は、基板６１２と、基板６１２上に形成されている下部電極４０８と、下部電極４０８と所定距離だけ離間し下部電極４０８を挟むように基板６１２上に形成されている２つの電極配線４０６と、下部電極４０８との間に間隙４１０をあけて電極配線４０６のそれぞれに支持され下部電極４０８と接近または離反する方向に可動可能な上部電極４０２と、を備えている。上部電極４０２は、下部電極４０８と電極配線４０６とが離間している部分で、基板６１２の方向に突き出ている節部４０２ａ，４０２ｂを有している。このようなＭＥＭＳ振動子４００は、下部電極４０８と上部電極４０２との間に交流電圧を印加すると、上部電極４０２が固有の振動数で振動する。ここで、ＭＥＭＳ振動子４００に物理量が加えられ基板６１２が変形すると、下部電極４０８と上部電極４０２との間隙４１０が変化して、下部電極４０８と上部電極４０２との間の電界強度が変化する。これにより、上部電極４０２の振動数が変化する。この振動数の変化から、ＭＥＭＳ振動子４００に加えられた物理量である加速度や角速度や傾斜等を検出することが可能である。

そして、図８（ａ）〜（ｄ）は、ＭＥＭＳ振動子を製造する工程を示す断面図である。断面図は、図７に示すＭＥＭＳ振動子４００の節部４０２ａの側のみを描いている。ＭＥＭＳ振動子４００の製造例としては、まず、図８（ａ）に示すように、基板６１２上に電極層を形成し、この電極層をパターニングして下部電極４０８および下部電極４０８を挟む電極配線４０６を形成する。次に、図８（ｂ）に示すように、基板６１２と下部電極４０８と電極配線４０６とを覆って犠牲層５２０を形成すると共に、犠牲層５２０に電極配線４０６まで達する配線ホール５２１を形成する。この時、犠牲層５２０は、下部電極４０８と電極配線４０６とが離間している部分で、基板６１２の方向へ凹状に窪んだ凹部５２０ａを有する形態となっている。次に、図８（ｃ）に示すように、犠牲層５２０を覆って上部電極４０２を形成する。上部電極４０２は、犠牲層５２０の凹部５２０ａに沿って形成されている節部４０２ａを有している。また、上部電極４０２は、配線ホール５２１を介して電極配線４０６に接続している。最後に、図８（ｄ）に示すように、犠牲層５２０を除去する。このような製造方法により、ＭＥＭＳ振動子４００の上部電極４０２は、電極配線４０６，４０６に支持された状態で、節部４０２ａ，４０２ｂを介して延在し、下部電極４０８とは間隙４１０をあけて平行に配置されている。これにより、ＭＥＭＳ振動子４００は、ほぼ最小限の工程で、上部電極４０２と下部電極４０８とを平行に対向した状態に形成することが可能である。

米国特許第６，９３０，５６９Ｂ２号明細書

しかし、従来の技術は、ほぼ最小限の工程でＭＥＭＳ振動子４００を形成することが可能であるが、上部電極４０２において、電極配線４０６に支持されている部分と下部電極４０８に対向する部分との間に節部４０２ａ，４０２ｂが形成されているため、節部４０２ａ，４０２ｂの影響により不要な振動モードを有しやすく、安定した特性を得にくい場合があった。また、節部４０２ａ，４０２ｂを除去するために、犠牲層５２０を研削等した場合、上部電極４０２と下部電極４０８との間隙４１０は、研削後の犠牲層５２０の厚みによって決まるため、研削による犠牲層５２０の厚みのばらつきにより、間隙４１０もばらついてしまうことになる。その結果、個々のＭＥＭＳ振動子４００において、それらの特性が均一で安定したものにならない、という課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法は、基板の上に第１の膜を形成する工程と、前記第１の膜の上に第２の膜を形成する工程と、前記第２の膜の上に所定形状の下部電極を形成する工程と、前記下部電極および前記第２の膜の上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層の上に少なくとも一部が前記下部電極と対向して配置される上部電極を形成する工程と、前記上部電極および前記下部電極を外部端子に接続するための電極配線を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、を有し、前記犠牲層を形成する工程は、前記下部電極および前記第２の膜の上に第１犠牲層を形成する工程と、前記第１犠牲層および前記下部電極の表層部を削除する工程と、前記削除する工程後の前記第１犠牲層および前記下部電極の上に第２犠牲層を形成する工程と、を有している、ことを特徴とする。

本適用例のＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、上部電極は、下部電極の表層部を含めて第１犠牲層が除去された後の下部電極等の上に形成された第２犠牲層の上に形成されている。ここで、第１犠牲層は、第２の膜に所定形状で形成されている下部電極の上、および第２の膜の上にも形成されているため、その全面が平坦ではなく一部が凹凸状をなしている。この状態の第１犠牲層の上に上部電極を形成すると、上部電極も一部が凹凸状をなすことになる。この凹凸状の部分は。従来の技術における節部に該当し、不要な振動モードを有しやすくなる要因になっている。そして、凹凸状を抑制するために第１犠牲層を研削等で一部削除すると、削除後において、第１犠牲層の下部電極に対する厚みが削除精度の影響でばらついてしまい、下部電極と第１犠牲層に形成される上部電極との間の距離即ち間隙のばらつきが大きくなってしまう。そこで、犠牲層を形成する工程は、第１犠牲層の形成後に第１犠牲層および下部電極の表層部を削除する工程と、当該削除する工程の後に第１犠牲層および下部電極の上に第２犠牲層を形成する工程と、を含んでいて、下部電極と上部電極との間隙となる第２犠牲層の厚みを、該削除の精度よりも精度良く形成することが可能である。なお、犠牲層を除去する工程における犠牲層は、第１犠牲層および第２犠牲層を含む呼称である。また、電極配線を形成する工程は、例えば、下部電極を形成する工程および上部電極を形成する工程につづいてそれぞれ行うことになる。このような上部電極を備えたＭＥＭＳ振動子は、従来に比べて、節部の発生が抑制され不要な振動モードを有しやすい傾向等を大幅に抑制すると共に、ＭＥＭＳ振動子としての特性が均一で安定することになる。

［適用例２］上記適用例に記載のＭＥＭＳ振動子の製造方法において、前記下部電極を形成する工程では、前記下部電極の膜厚を５００〜５０００Åに形成し、前記第１犠牲層を形成する工程では、前記第１犠牲層の膜厚を１０００〜２００００Åに形成し、前記第２犠牲層を形成する工程では、前記第２犠牲層の膜厚を１００〜２０００Åに形成し、前記上部電極を形成する工程では、前記上部電極の膜厚を１０００〜３００００Åに形成する、ことが好ましい。

この方法によれば、下部電極、第１犠牲層、第２犠牲層、上部電極等において、膜厚を薄くして生産効率を向上させつつ、薄膜にすることによる配線抵抗等の上昇という弊害等を回避した膜形成が行える設定となっている。また、上部電極は、ＭＥＭＳ振動子の構造体として所望の振動モードで歪みなく振動する必要があり、膜厚は厚ければ厚いほど望ましいが、一方で、膜形成の生産性低下を招き、膜厚が薄い場合に比べ駆動に高電圧が必要となる。これに鑑み、上部電極を薄膜化して、高電圧を用いずに駆動させるためには、１０００〜３００００Åの膜厚が望ましい。また、第２犠牲層の厚み即ち上部電極と下部電極との間隙は、１００〜２０００Åが望ましく、ＭＥＭＳ振動子の製造方法における削除する工程および第２犠牲層を形成する工程とを経ることにより、当該間隙に相当する第２犠牲層の厚みを、１００〜２０００Å内の設定厚に正確に形成することが可能である。この製造方法により、ＭＥＭＳ振動子は、生産性の向上と振動特性の確保等とを両立させることが可能である。

［適用例３］上記適用例に係るＭＥＭＳ振動子は、基板と、前記基板の上に形成されている第１の膜と、前記第１の膜の上に形成されている第２の膜と、前記第２の膜の上に所定形状で形成されている下部電極と、前記下部電極と間隙をあけて対向配置されている上部電極と、前記上部電極および前記下部電極を外部端子に接続するための電極配線と、を有し、前記上部電極は、前記下部電極および前記第２の膜の上に第１犠牲層を形成した後前記第１犠牲層と前記下部電極の表層部とを削除し、前記削除後の前記第１犠牲層および前記下部電極の上に形成された第２犠牲層の面上に形成され、前記第２犠牲層の除去後に前記下部電極と前記間隙をあけて対向配置されている、ことを特徴とする。

本適用例のＭＥＭＳ振動子によれば、下部電極と間隙をあけて対向配置されている上部電極は、第１犠牲層と下部電極の表層部とを除去した後に形成された第２犠牲層の上に形成され、第２犠牲層の除去後には、下部電極に対してばらつきが抑制された精緻な間隙をあけて、対向配置されている。このような上部電極を備えたＭＥＭＳ振動子は、安定した特性を確実に維持することが可能である。

［適用例４］上記適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の製造方法により製造されたＭＥＭＳ振動子を搭載している、ことを特徴とする。

本適用例の電子機器は、上記適用例のＭＥＭＳ振動子の製造方法により製造されたＭＥＭＳ振動子を搭載していて、このＭＥＭＳ振動子は、下部電極と上部電極との間隙のばらつきが抑制されていて、安定した特性を維持することが可能である。このような電子機器は、機器としての特性および信頼性の向上を図ることが可能である。

［適用例５］上記適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の製造方法により製造されたＭＥＭＳ振動子を搭載している、ことを特徴とする。

本適用例の移動体は、上記適用例のＭＥＭＳ振動子の製造方法により製造されたＭＥＭＳ振動子を搭載していて、このＭＥＭＳ振動子は、下部電極と上部電極との間隙のばらつきが抑制されていて、安定した特性を維持することが可能である。このような移動体は、ＭＥＭＳ振動子の検出機能により移動状態や姿勢等の把握が確実にでき、安全で安定した移動をすることが可能である。

（ａ）本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法によって製造されたＭＥＭＳ振動子の構成を示す平面図、（ｂ）ＭＥＭＳ振動子の構成を示す断面図。（ａ）ＭＥＭＳ振動子の取付例を示す正面図、（ｂ）ＭＥＭＳ振動子の動作を示す断面図。ＭＥＭＳ振動子の製造工程を順に示すフローチャート。（ａ）〜（ｅ）ＭＥＭＳ振動子の各製造工程における状態を示す断面図。（ｆ）〜（ｉ）ＭＥＭＳ振動子の各製造工程における状態を示す断面図。（ａ）ＭＥＭＳ振動子を搭載しているビデオカメラを示す斜視図、（ｂ）ＭＥＭＳ振動子を搭載している携帯電話を示す斜視図、（ｃ）ＭＥＭＳ振動子を搭載している移動体を示す斜視図。従来のＭＥＭＳ振動子の構成を示す断面図。（ａ）〜（ｄ）従来のＭＥＭＳ振動子を製造する工程を示す断面図。

以下、本発明のＭＥＭＳ振動子の製造方法、ＭＥＭＳ振動子、電子機器および移動体について、その好適な構成例を添付図面に基づいて説明する。なお、添付図面では、各構成部品等を適宜異なった倍率で描いて、特徴が分かりやすいようにしてある。
（実施形態）

図１（ａ）は、本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法によって製造されたＭＥＭＳ振動子の構成を示す平面図である。また、図１（ｂ）は、ＭＥＭＳ振動子の構成を示す断面図であり、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面を表している。そして、図１では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。この図１に示すように、ＭＥＭＳ振動子１００は、半導体基板（基板）１０、酸化膜（第１の膜）１１、窒化膜（第２の膜）１２、下部電極１３ａ、電極配線１３ｂ，１３ｃ、上部電極１４ａ、電極配線１４ｂ等から構成されている。

ＭＥＭＳ振動子１００において、半導体基板（基板）１０は、この場合Ｘ−Ｙ平面に平行に置かれ、可撓性を有するシリコン基板である。また、酸化膜（第１の膜）１１は、半導体基板１０の面上にＺ軸方向に積層されている酸化珪素（ＳｉＯ₂）であり、窒化膜（第２の膜）１２は、酸化膜１１の面上にＺ軸方向に積層されている窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）である。そして、窒化膜１２の上には、窒化膜１２をＺ軸方向から見た平面視で、窒化膜１２の中央部に形成されＹ軸方向に長辺が向いている長方形形状の下部電極１３ａと、下部電極１３ａの一方の長辺側中央部と電気的に接続して長辺より短い幅でＸ軸方向へ延在する電極配線１３ｂと、下部電極１３ａの他方の長辺側と距離をおいて対向している長方形領域および電極配線１３ｂと同形状をなして長方形領域から電極配線１３ｂと反対方向へ延在する領域からなる電極配線１３ｃと、が形成されている。

さらに、ＭＥＭＳ振動子１００において、平面視で長方形形状をなし、下部電極１３ａと間隙１８を隔てて対向するように配置されている上部電極１４ａと、電極配線１３ｃの上に位置する上部電極１４ａの端部と電極配線１３ｃとを電気的に接続して立設されている電極配線１４ｂと、が形成されている。即ち、上部電極１４ａは、下部電極１３ａと対向する状態で、電極配線１３ｃ上の電極配線１４ｂによって片持ち支持されている。これら下部電極１３ａ、電極配線１３ｂ、電極配線１３ｃ、上部電極１４ａおよび電極配線１４ｂの形成材料は、いわゆる導電膜や半導体膜として用いることができる材料が好ましく、ＭＥＭＳ振動子１００では導電性のポリシリコンが用いられている。

このような構造のＭＥＭＳ振動子１００は、図示していない外部端子から電極配線１３ｂおよび電極配線１３ｃへ交流電圧が印加されると、電極配線１３ｂに接続している下部電極１３ａ、および電極配線１４ｂを介して電極配線１３ｃに接続している上部電極１４ａに発生する電荷の静電力により、上部電極１４ａが振動する。この振動は、上部電極１４ａを形成する材料のヤング率、密度、および上部電極１４ａのＺ方向の厚み、Ｘ方向の長さおよびバネ定数等によって決まる。

次に、ＭＥＭＳ振動子１００が、加速度、角速度、傾斜等の物理量を検出するメカニズムについて説明する。図２（ａ）は、ＭＥＭＳ振動子の取付例を示す正面図、図２（ｂ）は、ＭＥＭＳ振動子の動作を示す断面図である。この場合、ＭＥＭＳ振動子１００は、ＭＥＭＳセンサー２００に組み込まれていて、下部電極１３ａ、電極配線１３ｂ、電極配線１３ｃ、上部電極１４ａおよび電極配線１４ｂが被覆体２１０で覆われ、減圧雰囲気または不活性ガス雰囲気等の中に封止されている。ＭＥＭＳセンサー２００におけるＭＥＭＳ振動子１００は、図２（ａ）に示す一例のように、ベース部２０に一端を固定されている弾性板２１にＭＥＭＳ振動子１００の半導体基板１０が貼付されている。ベース部２０は、加えられた物理量を検出したい電子機器等の筐体や基板等が該当する。このベース部２０に物理量が加えられると、弾性板２１が矢印α１またはα２の方向に撓み、ＭＥＭＳセンサー２００は、弾性板２１の撓んだ量を、ＭＥＭＳ振動子１００によって検出することができる。

例えば、電子機器等の内部に弾性板２１を固定設置した場合に、電子機器等に加えられた加速度の方向や強さに対応して弾性板２１が撓むため、その撓む量をＭＥＭＳ振動子１００が検出し加速度の方向や強さを知ることができる。また、電子機器等の傾いた方向や傾きの程度を検出することもできる。そして、ＭＥＭＳセンサー２００を有する弾性板２１を複数用いて、それぞれ異なる方向に撓むようにすれば、複数方向から加えられた物理量を同時に検出することができる。

次に、弾性板２１の撓みを検出する場合のＭＥＭＳ振動子１００の動作について、図２（ｂ）を参照して、説明する。図２（ｂ）は、弾性板２１が矢印α２（図２（ａ））の方向に撓んだ場合を示している。この場合、弾性板２１に追随して半導体基板１０も撓み、半導体基板１０の撓みに伴い下部電極１３ａ、電極配線１３ｂ、および上部電極１４ａを片持ち支持するための電極配線１３ｃが変形する。そのため、下部電極１３ａと上部電極１４ａとの間の間隙１８が変化して大きくなる。間隙１８が変化することにより、下部電極１３ａと上部電極１４ａとの間の電界強度が変化し、その結果、上部電極１４ａの振動数が変化する。

図示していないが、弾性板２１が矢印α１（図２（ａ））の方向に撓んだ場合、下部電極１３ａ、および上部電極１４ａを片持ち支持する電極配線１３ｃが変形し、下部電極１３ａと上部電極１４ａとの間の間隙１８が変化して小さくなる。間隙１８が変化することにより、下部電極１３ａと上部電極１４ａとの間の電界強度が変化し、その結果、上部電極１４ａの振動数が変化する。ＭＥＭＳ振動子１００では、上記のような上部電極１４ａの振動数の変化を検出し、検出された振動数の変化の割合に応じて、換算テーブル等によって定められた数値に変換することで、加速度、角速度、傾斜等の物理量が導出される。

次に、ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法について、説明する。図３は、ＭＥＭＳ振動子の製造工程を順に示すフローチャートである。また、図４（ａ）〜（ｅ）および図５（ｆ）〜（ｉ）は、ＭＥＭＳ振動子の各製造工程における状態を示す断面図である。まず、工程Ｓ１において、半導体基板の面上に酸化膜を形成する。具体的には、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０の一方の面の上に重ねて、第１の膜である酸化膜１１を形成する。酸化膜１１としては、酸化珪素（ＳｉＯ₂）を用い、半導体基板１０の上に蒸着加工等により形成されている。この工程Ｓ１は、第１の膜を形成する工程に該当する。酸化膜１１の形成後、工程Ｓ２へ進む。

工程Ｓ２において、酸化膜の上に窒化膜を形成する。具体的には、図４（ｂ）に示すように、半導体基板１０上の酸化膜１１の上に重ねて、第２の膜である窒化膜１２を形成する。窒化膜１２しては、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）を用い、酸化膜１１の上に蒸着加工等により形成されている。この工程Ｓ２は、第２の膜を形成する工程に該当する。窒化膜１２の形成後、工程Ｓ３へ進む。

工程Ｓ３において、窒化膜の上に電極層を形成する。電極層１３は、窒化膜１２の上の全面に重ねて形成されている。図４（ｃ）では、次の工程Ｓ４におけるパターニング部１３ｄも示されているが、工程Ｓ３では、パターニング部１３ｄの部分も含め窒化膜１２上の全面に電極層１３が形成されている。電極層１３の形成後、工程Ｓ４へ進む。

工程Ｓ４において、電極層をパターニングし、下部電極および電極配線を形成する。具体的には、図４（ｃ）に示すように、窒化膜１２上の全面に形成されている電極層１３をフォトリソグラフィー等によってパターニングし、下部電極１３ａ、電極配線１３ｂ、および電極配線１３ｃを形成する。この電極層１３は、導電性のポリシリコンによって形成されていて、パターニングにより、平面視で見ると、図１（ａ）に示すように、下部電極１３ａ、下部電極１３ａと接続している電極配線１３ｂ、および下部電極１３ａとパターニング部１３ｄ（図４（ｃ））を挟んで対向している電極配線１３ｃに分割された形態になっている。パターニング部１３ｄおよびパターニング部１３ｄと同様に電極層１３が除去された部分は、平面視で見ると、窒化膜１２が露出した状態である。この電極層１３は、ポリシリコンの他、アモルファスシリコン、タングステン、タングステン化合物、チタン、チタン化合物、アルミ、アルミ化合物、金、銀、銅等によって形成することもできる。

ここで、電極層１３において、その製造の観点からは薄ければ薄いほど生産効率が良くなるが、薄膜化するほど抵抗値の上昇という弊害を招いてしまう。ＭＥＭＳ振動子１００のような微細な振動子を製造する場合、ポリシリコンで５００〜５０００Åの厚さに形成すると、その抵抗値を１０００Ω以下とすることができ、その抵抗を無視できるようになることが知見できた。そこで、ＭＥＭＳ振動子１００における電極層１３の膜厚を１０００Åと設定した。これら工程Ｓ３および工程Ｓ４は、下部電極を形成する工程および電極配線を形成する工程に該当し、両工程を統一して効率的に行うことができる。なお、下部電極１３ａと、電極配線１３ｂおよび電極配線１３ｃと、を個別に形成するような工程であっても良い。下部電極１３ａ、電極配線１３ｂ、および電極配線１３ｃの形成後、工程Ｓ５に進む。

工程Ｓ５において、下部電極、電極配線および窒化膜の上に犠牲層を形成する。ここでいう犠牲層は、後述する第１犠牲層１５（図４（ｄ））および第２犠牲層１６（図５（ｆ））の総称である。工程Ｓ５では、図４（ｄ）に示すように、下部電極１３ａ、電極配線１３ｂ、電極配線１３ｃ、および露出している窒化膜１２の上に第１犠牲層１５を蒸着加工等により形成する。この場合、第１犠牲層１５としては、第１の膜と同じ酸化膜１１が用いられている。また、第１犠牲層１５は、下部電極１３ａと電極配線１３ｃとを分割しているパターニング部１３ｄでは窒化膜１２の面に形成されているため、表層がパターニング部１３ｄに沿って窪んだ凹部１５ａを有している。

ここで、第１犠牲層１５の膜厚は、下部電極１３ａの膜厚、および下部電極１３ａと電極配線１３ｃとの間隙がどのような設定であるか、によって決定されるが、下部電極１３ａに対しては、下部電極１３ａの膜厚の２倍以上が望ましいという知見が得られている。これは、ＭＥＭＳ振動子１００において、現時点の半導体加工技術から想定される下部電極１３ａと電極配線１３ｃとの間に形成可能な間隙の１／２以上の値で、第１犠牲層１５の膜厚を設定することに相当する。つまり、第１犠牲層１５の膜厚は、望ましい下部電極１３ａの膜厚である５００〜５０００Åの２倍以上の１０００〜２００００Å以上が望ましいと考えられ、ＭＥＭＳ振動子１００の場合、２０００〜３０００Åの範囲に設定している。工程Ｓ５は、犠牲層を形成する工程に含まれている、第１犠牲層を形成する工程に該当する。第１犠牲層１５の形成後、工程Ｓ６へ進む。

工程Ｓ６において、第１犠牲層１５および下部電極を研削する。具体的には、図４（ｅ）に示すように、第１犠牲層１５を下部電極１３ａの表層部まで含め研削により削除する。図４（ｅ）では、凹部１５ａの除去を含む研削によって除去された、第１犠牲層１５の研削除去部１５ｂおよび下部電極１３ａの表層部である研削削除部１３ｅを二点鎖線で示している。ここで、第１犠牲層１５の厚みが２０００Å以上であり、下部電極１３ａの膜厚が１０００Åであることから、工程Ｓ６後では凹部１５ａが削除されることになる。この工程Ｓ６は、犠牲層を形成する工程に含まれている、表層部を削除する工程に該当する。表層の除去後、工程Ｓ７へ進む。

工程Ｓ７において、下部電極および残存する第１犠牲層の上に第２犠牲層を形成する。この第２犠牲層１６は、図５（ｆ）に示すように、研削され平坦面となっている、下部電極１３ａおよび第１犠牲層１５に蒸着加工等によって形成される。また、第２犠牲層１６の厚みは、工程Ｓ１１でも後述するが、下部電極１３ａと上部電極１４ａとの間隙１８に相当することから、１００〜２０００Åが望ましく、この場合、３００〜１０００Åの範囲に設定している。このようにして形成した第２犠牲層１６は、蒸着等により正確な厚みで形成され、その厚み精度は研削等で機械的に削り出された場合より良好である。つまり、下部電極１３ａと上部電極１４ａとの間隙１８をより精緻に設定することができる。工程Ｓ７は、犠牲層を形成する工程に含まれている、第２犠牲層を形成する工程に該当する。第２犠牲層１６の形成後、工程Ｓ８へ進む。
工程Ｓ８において、第２犠牲層に配線ホールを形成する。これは、図５（ｇ）に示すように、第２犠牲層１６を貫通して電極配線１３ｃに達する配線ホール１６ａを、フォトリソグラフィー等により形成する工程である。配線ホール１６ａの形成後、工程Ｓ９へ進む。

工程Ｓ９において、第２犠牲層１６の上および配線ホールへ電極層を形成する。具体的には、電極層１４は、電極層１３と同じのポリシリコンであり、図５（ｈ）に示すように、工程Ｓ７で形成した第２犠牲層１６の上の全面への形成に加え、配線ホール１６ａを充填するようにして形成される。この図５（ｈ）では、次の工程Ｓ１０における電極層１４のパターニングがなされた状態を示しているが、工程Ｓ９では、電極層１４がパターニング部を含めて第２犠牲層１６の全面に形成されている。この電極層１４は、ポリシリコンの他、アモルファスシリコン、タングステン、タングステン化合物、チタン、チタン化合物、アルミ、アルミ化合物、金、銀、銅等によって形成することもできる。電極層１４の形成後、工程Ｓ１０へ進む。

工程Ｓ１０において、電極層をパターニングして上部電極を形成する。具体的には、図５（ｈ）に示すように、第２犠牲層１６の全面に形成されている電極層１４をフォトリソグラフィー等によってパターニングし、第２犠牲層１６を介して下部電極１３ａに対向している上部電極１４ａと、上部電極１４ａを電極配線１３ｃに接続している電極配線１４ｂと、を形成する。これら工程Ｓ９および工程Ｓ１０は、上部電極を形成する工程および電極配線を形成する工程に該当し、両工程を統一して効率的に行うことができる。なお、上部電極１４ａと、電極配線１４ｂと、を個別に形成するような工程であっても良い。上部電極１４ａの形成後、工程Ｓ１１へ進む。

工程Ｓ１１において、第１犠牲層１５および第２犠牲層１６を除去する。第１犠牲層１５および第２犠牲層１６の除去後は、図５（ｉ）に示すように、上部電極１４ａと下部電極１３ａとが、第２犠牲層１６の厚みに相当する間隙１８をあけた状態で、互いに対向している。また、上部電極１４ａは、電極配線１３ｃに立設された電極配線１４ｂに片持ち支持された状態になっている。この上部電極１４ａは、振動子の構造体として、入力される交流信号と直流電圧を受け止めて所望の振動モードで歪みなく振動する必要がある。このことを鑑みると上部電極１４ａの膜厚は厚ければ厚いほど好ましいが、一方で、膜を形成する生産性の低下を招くことになり、駆動するために高電圧の印加が必要となる。そのため、上部電極１４ａを薄膜化して、高電圧を用いずに駆動させるためには、１０００〜３００００Åの膜厚が望ましいことが知見され、上部電極１４ａの厚みは、この範囲内の値に設定されている。また、工程Ｓ７に関連することであるが、下部電極１３ａと上部電極１４ａとの間隙１８即ち第２犠牲層１６の厚みは、ＭＥＭＳ振動子１００のような静電駆動型の場合、スティッキングしない程度に狭くなっていることが望ましく、狭くすることで低電圧での駆動が可能となる。この観点からも、第２犠牲層１６の厚みは、１００〜２０００Å内にあることが望ましいといえる。

なお、酸化膜１１および窒化膜１２は、下部電極１３ａ、上部電極１４ａ、電極配線１３ｂ，１３ｃ，１４ｂを半導体基板１０と絶縁する材料を選択することが肝要である。例えば、酸化膜１１としては、酸化珪素（ＳｉＯ₂）のほかに酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）および酸化チタン（ＴｉＯ₂）等を用いることもでき、窒化膜１２としては、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）のほかに窒化シリコン酸（ＳｉＯＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および窒化チタン（ＴｉＮ）等を用いることもできる。また、第１犠牲層１５および第２犠牲層１６は、酸化膜１１と同じ酸化珪素（ＳｉＯ₂）であるが、工程Ｓ１１において、下部電極１３ａ、上部電極１４ａを溶解等させることなく、選択的に除去される材料であれば良い。以上でＭＥＭＳ振動子１００を製造するフローが終了する。

このような製造方法で製造されたＭＥＭＳ振動子１００は、第１犠牲層１５の形成後に、表層部を削除する工程で第１犠牲層１５および下部電極１３ａの一部が除去されることにより、除去後には凹部１５ａが除去された状態になっている。また、研削で凹部１５ａが除去された第１犠牲層１５、および下部電極１３ａの上に第２犠牲層１６を形成することにより、下部電極と上部電極との間隙となる第２犠牲層の厚みを正確に形成できる。このようにして形成された上部電極１４ａには従来有していたような節部がないため、ＭＥＭＳ振動子１００は、従来のＭＥＭＳ振動子に比べて、不要な振動モードを有しやすい傾向を大幅に抑制することができる。そして、ＭＥＭＳ振動子１００は、下部電極１３ａを１０００Å、および上部電極１４ａを１０００〜３００００Åの最適な厚み薄膜化し、下部電極１３ａと上部電極１４ａとの間隙１８を３００〜１０００Åとする製造方法で形成していて、高電圧を用いずに駆動させることができる設定である。これにより、ＭＥＭＳ振動子１００は、生産性の向上と安定した振動特性の確保とを両立させると共に、振動子設計における負担の軽減等が図れる。

さらに、ＭＥＭＳ振動子１００は、電極配線１３ｂ，１３ｃに接続する外部端子や半導体回路等と一体に構成することができる。例えば、酸化膜１１および窒化膜１２は、半導体回路の層間膜や保護膜等の絶縁膜として兼用し、また、電極配線１３ｂ，１３ｃは、回路配線層として兼用することなどで、半導体回路を一体に形成することができる。換言すると、ＭＥＭＳ振動子１００は、半導体回路の製造工程において形成することができ、各種の半導体回路等に容易に組み込むことができる。
（電子機器）

次に、ＭＥＭＳ振動子１００を用いた電子機器について、説明する。図６（ａ）は、ＭＥＭＳ振動子を搭載しているビデオカメラを示す斜視図、図６（ｂ）は、ＭＥＭＳ振動子を搭載している携帯電話を示す斜視図である。これら電子機器としてのビデオカメラ７００および携帯電話８００は、本発明に係るＭＥＭＳ振動子１００を搭載している。最初に、図６（ａ）に示すビデオカメラ７００は、受像部７０１と、操作部７０２と、音声入力部７０３と、表示ユニット７０４と、を備えている。このビデオカメラ７００は、ＭＥＭＳ振動子１００を備えており、例えば３つのＭＥＭＳ振動子１００を備えていれば、ビデオカメラ７００における３方向の加速度等を検出して、手ぶれ等を補正する機能を発揮できる。これにより、ビデオカメラ７００は、鮮明な動画映像を記録することができる。

また、図６（ｂ）に示す携帯電話８００は、複数の操作ボタン８０１と、表示ユニット８０２と、カメラ機構８０３と、シャッターボタン８０４と、を備えていて、電話機およびカメラとして機能する。この携帯電話８００は、ＭＥＭＳ振動子１００を備えており、例えば３つのＭＥＭＳ振動子１００を備えていれば、携帯電話８００における３方向の加速度等を検出することにより、カメラ機構８０３の手ぶれ等を補正する機能を発揮できる。これにより、携帯電話８００は、カメラ機構８０３により鮮明な画像を記録することができる。
（移動体）

次に、ＭＥＭＳ振動子１００を用いた移動体について、説明する。図６（ｃ）は、ＭＥＭＳ振動子を搭載している移動体を示す斜視図である。図６（ｃ）に示すように、この場合の移動体９００は、自動車であって、ＭＥＭＳ振動子１００が備えられている。移動体９００において、ＭＥＭＳ振動子１００は、車体９０１に搭載されている電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）９０３に内蔵されている。電子制御ユニット９０３は、例えばＭＥＭＳ振動子１００が加速度計や傾斜計として車体９０１の状態を検出すること等により、移動体９００の姿勢や移動状況等を把握し、タイヤ９０２等の制御を的確に行うことができる。これにより、移動体９００は、安全で安定した移動をすることができる。ＭＥＭＳ振動子１００は、他にもエアバック用の衝撃センサーや、圧力センサーとしてタイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）などにも適用できる。

なお、ＭＥＭＳ振動子１００は、ビデオカメラ７００、携帯電話８００および移動体９００の他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。また、ＭＥＭＳ振動子１００を発振源とする発振器にも適用することができる。

１０…基板としての半導体基板、１１…第１の膜としての酸化膜、１２…第２の膜としての窒化膜、１３…電極層、１３ａ…下部電極、１３ｂ…電極配線、１３ｃ…電極配線、１３ｄ…パターニング部、１３ｅ…研削削除部、１４…電極層、１４ａ…上部電極、１４ｂ…電極配線、１５…第１犠牲層、１５ａ…凹部、１５ｂ…研削除去部、１６…第２犠牲層、１６ａ…配線ホール、１８…間隙、２０…ベース部、２１…弾性板、１００…ＭＥＭＳ振動子、２００…ＭＥＭＳセンサー、７００…電子機器としてのビデオカメラ、８００…電子機器としての携帯電話、９００…移動体。

Claims

基板の上に第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜の上に第２の膜を形成する工程と、
前記第２の膜の上に所定形状の下部電極を形成する工程と、
前記下部電極および前記第２の膜の上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に少なくとも一部が前記下部電極と対向して配置される上部電極を形成する工程と、
前記上部電極および前記下部電極を外部端子に接続するための電極配線を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、を有し、
前記犠牲層を形成する工程は、前記下部電極および前記第２の膜の上に第１犠牲層を形成する工程と、前記第１犠牲層および前記下部電極の表層部を削除する工程と、前記削除する工程後の前記第１犠牲層および前記下部電極の上に第２犠牲層を形成する工程と、を有している、ことを特徴とするＭＥＭＳ振動子の製造方法。
前記下部電極を形成する工程では、前記下部電極の膜厚を５００〜５０００Åに形成し、
前記第１犠牲層を形成する工程では、前記第１犠牲層の膜厚を１０００〜２００００Åに形成し、
前記第２犠牲層を形成する工程では、前記第２犠牲層の膜厚を１００〜２０００Åに形成し、
前記上部電極を形成する工程では、前記上部電極の膜厚を１０００〜３００００Åに形成する、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ振動子の製造方法。
基板と、
前記基板の上に形成されている第１の膜と、
前記第１の膜の上に形成されている第２の膜と、
前記第２の膜の上に所定形状で形成されている下部電極と、
前記下部電極と間隙をあけて対向配置されている上部電極と、
前記上部電極および前記下部電極を外部端子に接続するための電極配線と、を有し、
前記上部電極は、前記下部電極および前記第２の膜の上に第１犠牲層を形成した後前記第１犠牲層と前記下部電極の表層部とを削除し、前記削除後の前記第１犠牲層および前記下部電極の上に形成された第２犠牲層の面上に形成され、前記第２犠牲層の除去後に前記下部電極と前記間隙をあけて対向配置されている、ことを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
請求項１または２に記載のＭＥＭＳ振動子の製造方法により製造されたＭＥＭＳ振動子を備えている、ことを特徴とする電子機器。
請求項１または２に記載のＭＥＭＳ振動子の製造方法により製造されたＭＥＭＳ振動子を備えている、ことを特徴とする移動体。