JP2014170997A - Mems振動子、mems振動子の製造方法、電子機器、及び移動体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】MEMS振動子1は、絶縁部12と、絶縁部12の一方面に設けられている第1の電極20と、固定部36と、機能部40と、第1の電極20に対して間隙を置いて少なくとも一部が重なる様に設けられている第2の電極30と、を備え、第2の電極30は、機能部40と当接し、固定部36から延設されている。
【選択図】図1
Description
本適用例に係るMEMS振動子は、絶縁部と、絶縁部の一方面に設けられている第1の電極と、固定部と、機能部と、第1の電極に対して間隙を置いて少なくとも一部が一方面に対し垂直方向からの平面視において重なる様に設けられている第2の電極と、を備え、第2の電極は、機能部と当接し、固定部から延設されていることを特徴とする。
上記適用例に係るMEMS振動子の絶縁部の一方面には、固定部から配線が延設されていることが好ましい。
上記適用例に係るMEMS振動子は、第2の電極、固定部、及び配線が同じ部材で形成されていることが好ましい。
本適用例に係るMEMS振動子の製造方法は、絶縁部を形成する工程と、絶縁部の一方面に第1の電極と、固定部と、機能部と、を形成する工程と、第1の電極に対して間隙を置いて少なくとも一部が一方面に対し垂直方向からの平面視において重なる様に第2の電極を形成する工程と、を含み、第2の電極を形成する工程は、第2の電極が機能部と当接し、第2の電極を固定部から延伸させて形成することを特徴とする。
これにより、第2の電極から漏洩する振動を機能部で屈折させ、固定部への振動漏洩が抑制されることから、第2の電極から漏洩する振動によって、第2の電極と固定部との間、及び固定部と絶縁部との間、に生じる歪みが抑制される。従って、歪みから生じる第2の電極の振動周波数の変移と、MEMS振動子のQ値の低下と、を抑制したMEMS振動素子を製造することができる。
本適用例に係るMEMS振動子は、絶縁部と、絶縁部の一方面に設けられている第1の電極と、固定部と、機能部と、第1の電極に対して間隙を置いて少なくとも一部が一方面に対し垂直方向からの平面視において重なる様に設けられている第2の電極と、を備え、第2の電極には梁部が設けられ、梁部は機能部と当接し、第2の電極から固定部に向かって延設されていることを特徴とする。
これによって、第2の電極から梁部に漏洩する振動を機能部で屈折させ、固定部へ振動漏洩が抑制されることから、第2の電極から漏洩する振動によって、梁部と固定部との間、及び固定部と絶縁部との間に生じる歪みが抑制される。従って、歪みから生じる第2の電極の振動周波数の変移と、MEMS振動子のQ値の低下と、を抑制することができる。
本適用例に係るMEMS振動子の製造方法は、絶縁部を形成する工程と、絶縁部の一方面に第1の電極と、固定部と、機能部と、を形成する工程と、第1の電極に対して間隙を置いて少なくとも一部が一方面に対し垂直方向からの平面視において重なる様に第2の電極を形成する工程と、を含み、第2の電極を形成する工程は、第2の電極から固定部に向かって延伸する梁部を機能部に当接させて形成することを特徴とする。
これにより、第2の電極から梁部へ漏洩する振動を機能部で屈折させ、固定部への漏洩を抑制されることから、第2の電極から漏洩する振動によって、梁部と固定部との間、及び固定部と絶縁部との間、に生じる歪みが抑制される。従って、歪みから生じる第2の電極の振動周波数の変移と、MEMS振動子のQ値の低下と、を抑制したMEMS振動素子を製造することができる。
本適用例に係る電子機器は、上述したいずれかのMEMS振動子が搭載されていることを特徴とする。
本適用例に係る移動体は、上述したいずれかのMEMS振動子が搭載されていることを特徴とする。
第1実施形態に係るMEMS振動子について、図1から図5を用いて説明する。
図1は、第1実施形態に係るMEMS振動子の概略を模式的に示す平面図である。図2は、図1中の線分A−A’で示す部分のMEMS振動子の断面を模式的に示す断面図である。図3は、MEMS振動子の動作を説明する斜視図である。図4及び図5は、図1中の線分A−A’で示す部分のMEMS振動子の断面を模式的に示し、その製造工程を説明する断面図である。
また、図1から図5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。なお、Z軸は基板に各電極が積層される厚み方向を示す軸である。
第1実施形態に係るMEMS振動子1は、いわゆる片持ち梁型のMEMS振動子である。
MEMS振動子1は、図1及び図2に示す様に、基板10と、第1の電極としての下部電極20(固定電極)と、第2の電極としての上部電極30(可動電極)と、機能部40と、配線部50と、が設けられている。
基板10は、後述する絶縁部12、下部電極20、上部電極30、機能部40、及び配線部50等が設けられる主面10aを有する。基板10は、その材料として、例えば、シリコン基板やガラス基板等を用いることができる。本実施形態のMEMS振動子1は、基板10としてシリコン基板を用いている。
以降の説明において主面10a側と称する場合は、絶縁部12等が設けられる一方面として説明する。
絶縁部12は、基板10の主面10aに積層して設けられている。
絶縁部12は、主面10a側から順に配設された第1絶縁部121と、第2絶縁部122と、で構成されている。第1絶縁部121は、その材料として、酸化シリコン(SiO2)等を用いることができる。また、第2絶縁部122は、その材料として、窒化シリコン(Si3N4)等を用いることができる。絶縁部12の構成及び材料は、特に限定されることなく、基板10と、後述する下部電極20等と、の間の絶縁性能を確保することができれば適宜変更しても良い。また、絶縁部12の構成及び材料は、後述する上部電極30等を形成する際に基板10を保護と、前述の絶縁性能を確保と、することができれば適宜変更しても良い。
以降の説明において主面12a側と称する場合は、絶縁部12の第2絶縁部122が設けられている一方面として説明する。
固定部36は、主面12aと交差する方向に絶縁部12から延設されている。配線部50は、固定部36の絶縁部12側の一端から主面12aに沿って延設されている。上部電極30は、配線部50が設けられた一端とは反対側の他端から当該固定部36と交差する方向に延設されている。
第1腕部32は、基部31から延設されている。第2腕部34は、基部31から延設され第1腕部32と間隙33を置いて並んで設けられている。
また、固定部36、及び配線部50の材料としてもポリシリコンや、アモルファスシリコン等を用いることが好適である。上部電極30、固定部36、及び配線部50の材料として同一の材料を用いることで、これらを一体として形成することが可能であり、上部電極30、固定部36、及び配線部50相互の接続に伴う電気抵抗を抑制することができる。また、上部電極30、固定部36、及び配線部50の材料として同一の材料を用いることで、温度変化による応力が均等に生じ、MEMS振動子1の特性変動を抑制することができる。
下部電極20には、第1電極22と、第2電極24と、が設けられている。
図1に示す様に下部電極20、及び上部電極30をZ軸方向から平面視した場合に、下部電極20は、第1電極22と、上部電極30の第1腕部32と、の少なくとも一部が重なる様に絶縁部12上(主面12a上)に設けられている。また、下部電極20は、第2電極24と、上部電極30の第2腕部34と、の少なくとも一部が重なる様に絶縁部12上(主面12a上)に設けられている。
なお、下部電極20及び上部電極30を平面視した場合に、第2電極24と第1腕部32、及び第1電極22と第2腕部34が相互に重ならない様に、絶縁部12上(主面12a側)に下部電極20が設けられている。また、第1電極22と、第2電極24と、は電気的に絶縁されている。
機能部40は、絶縁部12の主面12a上に固定部36と連接して設けられている。
機能部40には、固定部36から延設されている上部電極30が当接する様に設けられている。具体的には、固定部36から延設されている上部電極30の基部31が機能部40と当接する様に設けられている。
これにより、上部電極30の振動が漏洩した場合に、機能部40で振動が屈折して固定部36への伝導を抑制することができる。
機能部40は、上部電極30や配線部50と物理定数の等しい同じ材料を用いることで、温度変化に伴う応力の発生が上部電極30及び固定部36と等しくなり、上部電極30との密着性を高めることができる。
本実施形態のMEMS振動子1は、回路部(不図示)で生成された駆動信号を、下部電極20と、上部電極30と、に供給(伝達)することができる。なお、上部電極30への駆動信号の供給は、固定部36と、固定部36から延設される配線部50と、を介して供給(伝達)することができる。また、上部電極30が振動することによって得られた電気信号を、下部電極20と、上部電極30に接続されている固定部36及び配線部50と、を介して取り出すことができる。
具体的には、上部電極30の第2腕部34と、下部電極20の第2電極24と、の間は、例えば逆位相の電圧を印加する。または、上部電極30の第2腕部34と、下部電極20の第2電極24と、の間を短絡させて、電圧を印加しない状態であっても良い。または、下部電極20の第2電極24は、フローティングの状態であっても良い。
従って、図3に矢印で示す様に,第1腕部32の振動方向と、第2腕部34の振動方向とは逆向きに(逆方向と)なり、駆動信号の印加によって生じた電荷により、第1腕部32と、第2腕部34と、が互い違いに上下運動を行う。この様に、上部電極30を3腕構造とすることにより、例えば、図3に示すZ軸方向である上下運動を用いる振動モードにおいてもQ値を高めることが可能となる。
本実施形態のMEMS振動子1を製造する工程は、絶縁部12、下部電極20、及び上部電極30等が形成される主面10aを有する基板10を準備する工程を含む。また、MEMS振動子1を製造する工程は、基板10の主面10a側に絶縁部12を形成する工程と、絶縁部12の主面12a上に下部電極20を形成する工程と、機能部40を形成する工程と、下部電極20に対して間隙60を置いて上部電極30を形成する工程と、を含む。
以下、図4及び図5を用いて、工程順にMEMS振動子1の製造方法について説明をする。なお、図4及び図5に示す各図は、図1に示す線分A−A’の断面における状態を示している。
図4(a)は、MEMS振動子1を形成する基板10が準備された状態を示している。
基板10を準備する工程は、後述する各工程で絶縁部12、下部電極20、上部電極30等が形成される基板10を準備する工程である。基板10は、例えば、シリコン基板を用いることができる。なお、MEMS振動子1の製造方法の説明においても絶縁部12、下部電極20、上部電極30等が形成される側の基板10の一方面を主面10aと称する。
図4(b)は、基板10の主面10aに絶縁部12が形成された状態を示している。
絶縁部12を形成する工程は、上述の工程で準備をした基板10の主面10a側に絶縁部12を形成する工程である。
本実施形態のMEMS振動子1の絶縁部12は、基板10の主面10a側から第1絶縁部121と、第2絶縁部122と、の順で構成されている。なお、MEMS振動子1の製造方法の説明においても第2絶縁部122が形成された側の絶縁部12の一方面を主面12aと称している。
なお、第1絶縁部121は、基板10の主面10aに対応して、その略全面に形成されるものである。
なお、第2絶縁部122は、第1絶縁部121に対応して、その略全面に形成されるものである。
図4(c)は、絶縁部12の主面12a上に下部電極20と、機能部40と、が形成された状態を示している。
下部電極20を形成する工程は、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、金(Au)、チタン(Ti)等の導電性材料を含む第1電極22と、第2電極24と、をCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって形成することができる。
なお、第2絶縁部122上には下部電極20の他に、後述する工程で機能部40を形成するため、下部電極20の形成を欲しない第2絶縁部122上の部分(領域)にマスクを施し、下部電極20の形成を行う。これにより、電気的に分離した第1電極22と、第2電極24と、を含む下部電極20を形成することができる。また、下部電極20は、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることで形成しても良い。
下部電極20を形成する方法は、CVD法に限定されること無く、PVD(Physical Vapour Deposition)法等を用いて、各種導電性材料を含む下部電極20を形成しても良い。
機能部40を形成する工程は、上述した絶縁部12の主面12a側、即ち、第2絶縁部122上に機能部40を形成する工程である。
機能部40を形成する工程は、例えば、窒化シリコン等の絶縁性材料を含む機能部40をCVD法によって形成することができる。
なお、第2絶縁部122上には機能部40の他に、前述した下部電極20を形成するため、機能部40の形成を欲しない第2絶縁部122上の部分(領域)にマスクを施し、機能部40の形成を行う。また、機能部40は、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることで形成しても良い。機能部40を形成する方法は、CVD法に限定されること無く、PVD法等を用いて、機能部40を形成しても良い。
図4(d)は、下部電極20と、上部電極30と、の間に間隙60を設けるための犠牲層210が、下部電極20と、機能部40と、を覆う様に設けられた状態を示している。
犠牲層210を形成する工程は、下部電極20と、上部電極30と、の間に間隙60を設けるための中間層である犠牲層210を形成する工程である。
MEMS振動子1は上述の通り、下部電極20に対して、間隙60を置いて上部電極30が設けられている。犠牲層210上に後述する工程で上部電極30を形成し、上部電極30の形成の後に犠牲層210を除去することで、下部電極20との間に間隙60を設けることができる。
犠牲層210を形成する工程は、例えば、酸化シリコンを含む犠牲層210をCVD法によって形成することができる。犠牲層210を形成する方法は、CVD法に限定されること無く、PVD法等を用いて、酸化シリコンを含む犠牲層210を形成しても良い。
なお、後述する工程で下部電極20、上部電極30、及び機能部40を残置しつつ、犠牲層210は除去される。よって、犠牲層210を構成する材料は、選択的に当該犠牲層210を除去(エッチング)することができる酸化シリコン、もしくは酸化シリコンを含む化合物が好適である。
犠牲層210は、酸化シリコン、もしくは酸化シリコンを含む化合物に限定されることは無く、選択的に当該犠牲層210を除去することができる材料であれば適宜変更して良い。
犠牲層210を部分的に除去する工程は、上部電極30(基部31)と機能部40とが当接する部分と、及び固定部36と絶縁部12とを形成する部分と、に形成されている犠牲層210をフォトリソグラフィー法によって除去する工程である。
犠牲層210を除去する工程は、基部31と当接される機能部40、及び固定部36と配線部50とが形成される絶縁部12が、露出される様に犠牲層210の除去を行う。
図5(f)は、主面12a(主面10a)上に犠牲層210を介して上部電極30が形成された状態を示している。
上部電極30を形成する工程は、主面12a上に犠牲層210を介して上部電極30を形成する工程である。また、上部電極30の形成工程は、前述の工程で犠牲層210が除去された部分に上部電極30の固定部36から延伸する配線部50を形成する工程でもある。
上部電極30を形成する工程は、絶縁部12上に上部電極30、固定部36、及び配線部50を、例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコン等の導電性材料を用いてCVD法によって形成することができる。
また、上部電極30を形成する工程は、例えば、当該工程で形成したポリシリコンやアモルファスシリコン等の導電性材料を含む上部電極30となる層を形成するとともに、形成された上部電極30となる導電性材料を含む層をフォトリソグラフィー法によってパターニングを行い第1腕部32、第2腕部34、固定部36、配線部50等の形成を行う。
図5(g)は、上述の工程で形成した犠牲層210が除去された状態を示している。
犠牲層210を除去する工程は、先の工程で形成した犠牲層210を選択的に除去する工程である。
犠牲層210を除去する工程は、選択的に犠牲層210を除去することが求められる。そこで、犠牲層210を除去する工程は、例えば、ウエットエッチング法によって犠牲層210のエッチング(除去)を行う。ウエットエッチング法による犠牲層210の除去は、フッ酸を含むエッチャント(洗浄液)を用いると好適である。フッ酸を含むエッチャントを用いることで、酸化シリコンを含む犠牲層210に対するエッチング速度が、ポリシリコン、アモルファスシリコン、金(Au)等を含む下部電極20や、上部電極30のエッチング速度に比べて早いことから犠牲層210を選択的、かつ効率的に除去することができる。
なお、犠牲層210を除去する工程は、ウエットエッチング法に限定されること無く、ドライエッチング法によって行っても良い。
MEMS振動子1は、犠牲層210を除去されることで、下部電極20と、上部電極30と、の間に間隙60が生じ、上部電極30が振動可能となる。
この様なMEMS振動子1によれば、上部電極30から漏洩する振動を機能部40で屈折させ、固定部36への振動漏洩が抑制される。よって、上部電極30から漏洩する振動による上部電極30と固定部36との間、及び固定部36と絶縁部12との間、に生じる歪みが抑制される。従って、歪みから生じる上部電極30の振動周波数の変移と、MEMS振動子1のQ値の低下と、を抑制することができる。
また、上部電極30、固定部36、及び配線部50が同じ部材で形成されることで、導電率を高め、固定部36及び配線部50を介して出力される上部電極30の振動による信号の損失を抑制することができる。
また、機能部40に当接する様に上部電極30(基部31)が固定部36から延設されているため、上部電極30と固定部36とを水平(Y軸方向)に連接させて設けることができる。よって、上部電極30と固定部36とが屈折して接続される場合に比して不要な振動モードを抑制することができる。
第2実施形態に係るMEMS振動子について、図6から図10を用いて説明する。
図6は、第2実施形態に係るMEMS振動子を模式的に示す平面図及び断面図である。図7は、第2実施形態に係るMEMS振動子の動作を説明する当該MEMS振動子の断面図である。図8から図10は、図6中の線分A1−A1’で示す部分のMEMS振動子の断面を模式的に示し、本実施形態のMEMS振動素子の製造工程を説明する断面図である。
また、図6から図10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。なお、Z軸は基板と各電極が積層される厚み方向を示す軸である。
第2実施形態に係るMEMS振動子2は、いわゆる両端自由梁型のMEMS振動子である。
MEMS振動子2は、図6に示す様に、基板110と、第1の電極としての下部電極120(固定電極)と、第2の電極としての上部電極130(可動電極)と、機能部140と、が設けられている。また、上部電極130には、当該上部電極130から延設されている梁部133と、梁部133と連接する固定部136と、が設けられている。また、MEMS振動子2には、絶縁部12及び梁部133に当接する機能部140が設けられている。なお、本実施形態のMEMS振動子2は、図6に示す様に上部電極130から複数の梁部133が延設され、その1つに配線部150が設けられている。
基板110は、後述する絶縁部112、下部電極120、及び上部電極130等が設けられる主面110aを有する。基板110は、その材料として、例えば、シリコン基板やガラス基板等を用いることができる。本実施形態のMEMS振動子2は、基板110としてシリコン基板を用いている。
以降の説明において主面110a側と称する場合は、後述する絶縁部112等が設けられる一方面として説明する。
絶縁部112は、基板110の主面110aに積層して設けられている。
絶縁部112は、例えば、主面110a側から順に配設された第1絶縁部1121と、第2絶縁部1122と、で構成されている。第1絶縁部1121は、その材料として、酸化シリコン(SiO2)等を用いることができる。また、第2絶縁部1122は、その材料として、窒化シリコン(Si3N4)等を用いることができる。絶縁部112の構成及び材料は、基板110と、後述する下部電極120等と、の間の絶縁性能を確保することができれば適宜変更しても良い。また、絶縁部112の構成及び材料は、特に限定されることなく、後述する上部電極130等を形成する際に基板110を保護と、前述の絶縁性能を確保と、をするこができれば適宜変更しても良い。
以降の説明において主面112a側と称する場合は、絶縁部112の第2絶縁部1122が設けられている一方面として説明する。
基板110上には、絶縁部112の主面112aを介して下部電極120と、導電部135と、機能部140と、が設けられている。
上部電極130は、基板110上に絶縁部112を介し、間隙160を置いて設けられている。また、上部電極130は、当該上部電極130から延設されている梁部133によって固定部136に接続され基板110に固定されている。
梁部133は、上部電極130から固定部136に向かって延設され、固定部136に接続されている。固定部136は、梁部133と交差する方向の絶縁部112に向かって延設して導電部135に接続されている。
機能部140は、基板110上に主面112aを介して設けられている。
機能部140は、図6(b)に示す様に梁部133と当接する様に設けられている。
機能部140は、上部電極130の振動が梁部133に漏洩した場合に、その振動が固定部136へ伝導されることを抑制するために設けられている。機能部140は、その材料としてポリシリコン、アモルファスシリコン、等を用いることができる。本実施形態では、機能部140の材料としてポリシリコンを用いている。
配線部150は、上部電極130から延設されている梁部133の端部に設けられた固定部136の一つに接続され延設されている。
配線部150は、上部電極130の振動に伴う電気信号を取り出すために用いられ、その材料として、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、金(Au)、アルミニウム(Al)等の導電性材料が用いられている。なお、配線部150は、いずれか1つの固定部136と接続されていれば、複数の固定部136から配線部150が延設されていても良い。
図7は、図6に示す線分B1−B1’におけるMEMS振動子2の断面図であり、上部電極130の振動動作を示している。
本実施形態のMEMS振動子2は、回路部(不図示)で生成された駆動信号を、下部電極120と、上部電極130と、に供給(伝達)することができる。なお、上部電極130への駆動信号の供給は、梁部133と、固定部136と、固定部136から延設される配線部150と、を介して供給(伝達)することができる。また、上部電極130が振動することによって得られた電気信号を、下部電極120と、上部電極130から延設されている梁部133、固定部136、及び配線部150と、を介して取り出すことができる。
上部電極130(可動電極)の振動は、下部電極120と上部電極130とが重なる中央部分、及び上部電極130の両端部が振動の腹となり、また、振動の腹の間に振動の節131となる部分を有する撓み振動動作となる。換言すると、上部電極130の振動は、節131を支点とする屈曲運動動作となる。
上述した屈曲運動動作を可能とするため上部電極130には、振動の節131となる部分に梁部133が接続されている。換言すると、上部電極130の振動の節131から梁部133が延設されている。
なお、これに限定されることなく、上部電極130の振動の節131から一方向に梁部133が設けられていても良い。また、振動の節131毎に上部電極130から互い違いの方向に梁部133が設けられていても良い。
また、上部電極130の延伸する方向(長手方向)の中心を通る仮想線上(例えば、図6に示す線分B1−B1’)の点(不図示)を軸とする点対称の位置となる位置に有する振動の節131から梁部133が延設されていても良い。
また、いずれかの振動の節131に梁部133が設けられていても良い。即ち、一つの梁部133で上部電極130を支持しても良い。
次に、MEMS振動子2の製造方法について説明する。
図8から図10は、第2実施形態に係るMEMS振動子2の製造方法を工程順に説明する断面図である。なお、図8から図10は、図6において示すMEMS振動子2の線分B1−B1’の断面を模式的に示すものである。
また、MEMS振動子2を製造する工程は、基板110の主面110a側に絶縁部112を形成する工程と、絶縁部112の主面112a上に下部電極120、導電部135、機能部140、及び配線部150を形成する工程と、を含む。
さらに、MEMS振動子2を製造する工程は、下部電極120に対して間隙160を置いて上部電極130を形成する工程と、を含む。
以下、図8から図10を用いて、工程順にMEMS振動子2の製造方法について説明をする。
図8(a)は、MEMS振動子2を形成する基板110が準備された状態を示している。
基板110を準備する工程は、後述する各工程で絶縁部112、下部電極120、上部電極130、導電部135、機能部140等が形成される基板110を準備する工程である。基板110は、例えば、シリコン基板を用いることができる。なお、MEMS振動子2の製造方法の説明においても絶縁部112、下部電極120、上部電極130、機能部140等が形成される側の基板110の一方面を主面110aと称する。
図8(b)は、基板110の主面110aに絶縁部112が形成された状態を示している。
絶縁部112を形成する工程は、上述の工程で準備をした基板110の主面110a側に絶縁部112を積層する工程である。
本実施形態のMEMS振動子2の絶縁部112は、基板110の主面110a側から第1絶縁部1121と、第2絶縁部1122と、の順で構成されている。なお、MEMS振動子2の製造方法の説明においても第2絶縁部1122が形成された側の絶縁部112の一方面を主面112aと称する。
なお、第2絶縁部1122は、第1絶縁部1121に対応して、その略全面に形成されるものである。
図8(c)は、絶縁部112の主面112a上に下部電極120(図8から図10において不図示)と、導電部135と、機能部140と、配線部150と、が形成された状態を示している。
下部電極120を形成する工程は、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、金(Au)、チタン(Ti)等の導電性材料を含む下部電極120をCVD法によって形成することができる。
なお、第2絶縁部1122上には下部電極120の他に、後述する工程で導電部135及び機能部140を形成するため、下部電極120の形成を欲しない第2絶縁部1122上の領域にマスクを施し、下部電極120の形成を行う。
下部電極120を形成する方法は、CVD法に限定されること無く、PVD(Physical Vapour Deposition)法等を用いて、各種導電性材料を含む下部電極120を形成しても良い。
導電部135を形成する工程は、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、金(Au)、チタン(Ti)等を含む導電部135をCVD法によって形成することができる。導電部135を形成する工程は、下部電極120と略等しい厚みを有する導電部135を形成することが好ましい。後述する下部電極120及び導電部135等の上に形成される犠牲層210の厚みを均一化し、犠牲層210上に形成される上部電極130の不陸を抑制するためである。なお、第2絶縁部1122上には導電部135の他に、前述した下部電極120を形成されるため、導電部135の形成を欲しない第2絶縁部1122上の領域にマスクを施し、導電部135の形成を行うことが好ましい。導電部135を形成する方法は、CVD法に限定されること無く、PVD法等を用いて、各種導電性材料を含む導電部135を形成しても良い。
機能部140を形成する工程は、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン等を含む機能部140をCVD法によって形成することができる。なお、第2絶縁部1122上には機能部140の他に、前述した下部電極120や導電部135が形成されるため、機能部140の形成を欲しない第2絶縁部1122上の領域にマスクを施し、機能部140の形成を行うことが好ましい。機能部140を形成する方法は、CVD法に限定されること無く、PVD法等を用いて機能部140を形成しても良い。
配線部150を形成する工程は、絶縁部112の主面112a上に、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、金(Au)、チタン(Ti)等の導電性材料を含む配線部150をCVD法によって形成することができる。なお、第2絶縁部1122上には配線部150の他に、前述した下部電極120、導電部135、及び機能部140が形成されるため、配線部150の形成を欲しない第2絶縁部1122上の領域にマスクを施し、導電部135の形成を行うことが好ましい。配線部150を形成する方法は、CVD法に限定されること無く、PVD法等を用いて配線部150を形成しても良い。
図9(d)は、上部電極130と、下部電極120及び導電部135と、の間に間隙160を設けるため、下部電極120と、導電部135と、機能部140と、を覆う様に犠牲層210が設けられた状態を示している。
MEMS振動子2は上述の通り、下部電極120及び導電部135に対して、間隙160を置いて上部電極130が設けられている。上部電極130は、後述する工程で当該犠牲層210上に形成され、後の工程によって犠牲層210が除去されることで上部電極130と、下部電極120及び導電部135と、の間に間隙160を設けることができる。
犠牲層210を形成する工程は、例えば、酸化シリコンを含む犠牲層210をCVD法によって形成することができる。犠牲層210を形成する方法は、CVD法に限定されること無く、PVD法等を用いて、酸化シリコンを含む犠牲層210を形成しても良い。
なお、犠牲層210を構成する材料は、後述する工程で下部電極120、上部電極130、機能部140等を残置しつつ、犠牲層210を除去するため、選択的に当該犠牲層210を除去(エッチング)可能な材料である酸化シリコン、もしくは酸化シリコンを含む化合物を用いることが好適である。犠牲層210は、酸化シリコン、もしくは酸化シリコンを含む化合物に限定されることは無く、選択的に当該犠牲層210を除去することができる材料であれば適宜変更して良い。
図9(e)は、絶縁部112と固定部136、及び機能部140と梁部133が接続される部分の犠牲層210が部分的に除去された状態を示している。
上部電極130の形成工程は、先ず絶縁部112と固定部136が接続される部分、及び機能部140と梁部133が接続される部分に形成されている犠牲層210の部分的な除去を行う。
犠牲層210を部分的に除去する工程は、絶縁部112と固定部136が接続される部分、及び機能部140と梁部133が接続される部分に形成されている犠牲層210をフォトリソグラフィー法によって除去をする工程である。犠牲層210を除去する工程は、固定部136と接続される絶縁部112、及び梁部133と接続される機能部140が露出される様に犠牲層210の除去を行う。
上部電極130を形成する工程は、次に上部電極130、梁部133、及び固定部136としてのポリシリコン層230を犠牲層210上に形成する。ポリシリコン層230を形成する工程は、犠牲層210上に上部電極130、梁部133、及び固定部136を構成するポリシリコン層230を、例えばCVD法によって形成することができる。
次に、上部電極130を形成する工程は、先の工程で形成したポリシリコン層230の平坦化を行う。先の工程で形成したポリシリコン層230は、固定部136と絶縁部112とが接続される部分等の犠牲層210が除去されているため、当該部分に窪み(図9(f)参照)が生じている。上部電極130となるポリシリコン層230に窪みが含まれるとMEMS振動子2の振動特性に影響を及ぼす虞があるため、ポリシリコン層230の平坦化を行うことが好ましい。ポリシリコン層230の平坦化は、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって行うことができる。
なお、図10(h)は、上述した上部電極130を形成する工程で形成したポリシリコン層230のうち、上部電極130、梁部133、及び固定部136として不要な部分が除去された状態を示している。
図10(i)は、先の工程で形成した犠牲層210が除去された状態を示している。
犠牲層210を除去する工程は、下部電極120及び導電部135と、上部電極130及び梁部133と、の間に間隙160を設けるために一時的に形成された犠牲層210を除去する工程である。
犠牲層210を除去する工程は、犠牲層210を選択的に除去することが求められる。そこで、犠牲層210を除去する工程は、例えば、ウエットエッチング法によって犠牲層210のエッチング(除去)を行う。ウエットエッチング法による犠牲層210の除去は、フッ酸を含むエッチャント(洗浄液)を用いると好適である。フッ酸を含むエッチャントを用いることで、酸化シリコンを含む犠牲層210に対するエッチング速度が、下部電極120や上部電極130のエッチング速度に比べて早いことから犠牲層210を選択的、かつ効率的に除去することができる。
なお、犠牲層210を除去する工程は、ウエットエッチング法に限定されること無く、ドライエッチング法によって行っても良い。
MEMS振動子2は、犠牲層210を除去されることで、下部電極120及び導電部135と、上部電極30及び梁部133と、の間に間隙160が生じ、上部電極130が振動可能となる。
この様なMEMS振動子によれば、上部電極130から梁部133に漏洩する振動を梁部133に当接する機能部140で屈折させ、固定部136への振動漏洩が抑制される。よって、上部電極130から漏洩する振動による梁部133と固定部136との間、及び固定部136と絶縁部112との間に生じる歪みが抑制される。従って、歪みから生じる上部電極130の振動周波数の変移と、MEMS振動子2のQ値の低下と、を抑制することができる。
次いで、本発明の一実施形態に係るMEMS振動子1及びMEMS振動子2(以下、総括してMEMS振動子1として説明する。)のいずれかを適用した実施例について、図11から図14を参照しながら説明する。
先ず、本発明の一実施形態に係るMEMS振動子1を適用した電子機器について、図11から図13を参照しながら説明する。
デジタルスチールカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1308が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1308は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCD等を含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部1308に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1310に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示される様に、ビデオ信号出力端子1312には液晶ディスプレイ1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1310に格納された撮像信号が、液晶ディスプレイ1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ1300には、その落下からデジタルスチールカメラ1300を保護する機能を動作させるため、落下による加速度を検知する加速度センサーとして機能するMEMS振動子1が内蔵されている。
次に、図14は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1500は本発明に係るMEMS振動子1を備える。例えば、同図に示す様に、移動体としての自動車1500には、当該自動車1500の加速度を検知するMEMS振動子1を内蔵してエンジンの出力を制御する電子制御ユニット(ECU:electronic Control Unit)1508が車体1507に搭載されている。加速度を検知して車体1507の姿勢に応じた適切な出力にエンジンを制御することで、燃料等の消費を抑制した効率的な移動体としての自動車1500を得ることができる。
また、MEMS振動子1は、他にも、車体姿勢制御ユニット、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、に広く適用できる。
本適用例に係るMEMS振動子は、絶縁部と、絶縁部の一方面に設けられている第1の電極と、固定部と、機能部と、第1の電極に対して間隙を置いて少なくとも一部が一方面に対し垂直方向からの平面視において重なる様に設けられている第2の電極と、第2の電極から固定部に向かって延設されている梁部と、を備え、梁部は機能部と当接していることを特徴とする。
本適用例に係るMEMS振動子の製造方法は、絶縁部を形成する工程と、絶縁部の一方面に第1の電極と、固定部と、機能部と、を形成する工程と、第1の電極に対して間隙を置いて少なくとも一部が一方面に対し垂直方向からの平面視において重なる様に第2の電極を形成し、かつ、第2の電極から固定部に向かって延伸する梁部を形成する工程と、を含み、第2の電極および梁部を形成する工程は、梁部を機能部に当接させて形成することを特徴とする。
Claims (8)
- 絶縁部と、
前記絶縁部の一方面に設けられている第1の電極と、固定部と、機能部と、
前記第1の電極に対して間隙を置いて少なくとも一部が前記一方面に対し垂直方向からの平面視において重なる様に設けられている第2の電極と、を備え、
前記第2の電極は、前記機能部と当接し、前記固定部から延設されていることを特徴とするMEMS振動子。 - 請求項1に記載のMEMS振動子であって、
前記絶縁部の一方面には、前記固定部から配線が延設されていることを特徴とするMEMS振動子。 - 請求項2に記載のMEMS振動子であって、
前記第2の電極、前記固定部、及び前記配線は、同じ部材で形成されていることを特徴とするMEMS振動子。 - 絶縁部を形成する工程と、
前記絶縁部の一方面に第1の電極と、固定部と、機能部と、を形成する工程と、
前記第1の電極に対して間隙を置いて少なくとも一部が前記一方面に対し垂直方向からの平面視において重なる様に第2の電極を形成する工程と、を含み、
前記第2の電極を形成する工程は、前記第2の電極が前記機能部と当接し、前記第2の電極を前記固定部から延伸させて形成することを特徴とするMEMS振動子の製造方法。 - 絶縁部と、
前記絶縁部の一方面に設けられている第1の電極と、固定部と、機能部と、
前記第1の電極に対して間隙を置いて少なくとも一部が前記一方面に対し垂直方向からの平面視において重なる様に設けられている第2の電極と、を備え、
前記第2の電極には梁部が設けられ、前記梁部は前記機能部と当接し、前記第2の電極から前記固定部に向かって延設されていることを特徴とするMEMS振動子。 - 絶縁部を形成する工程と、
前記絶縁部の一方面に第1の電極と、固定部と、機能部と、を形成する工程と、
前記第1の電極に対して間隙を置いて少なくとも一部が前記一方面に対し垂直方向からの平面視において重なる様に第2の電極を形成する工程と、を含み、
前記第2の電極を形成する工程は、前記第2の電極から前記固定部に向かって延伸する梁部を前記機能部に当接させて形成すること、を特徴とするMEMS振動子の製造方法。 - 請求項1から請求項3、又は請求項5のいずれか一項に記載されたMEMS振動子が搭載されていることを特徴とする電子機器。
- 請求項1から請求項3、又は請求項5のいずれか一項に記載されたMEMS振動子が搭載されていることを特徴とする移動体。
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