JP2014187577A - Vibrator, oscillator, electronic apparatus, mobile body, and process of manufacturing the vibrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動子、発振器、電子機器、移動体、および振動子の製造方法に関する。 The present invention relates to a vibrator, an oscillator, an electronic device, a moving body, and a method for manufacturing the vibrator.
一般に、半導体微細加工技術を利用して形成されたMEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスと呼ばれる機械的に可動な構造体を備えた電気機械系構造体(例えば、振動子、フィルター、センサー、モーターなど)が知られている。この中で、MEMS振動子は、これまでの水晶や誘電体を使用した振動子・共振子と比較して、半導体回路を組み込んで製造することが容易であり、微細化、高機能化に対し有利であることから、その利用範囲が広まっている。 Generally, an electromechanical structure (for example, a vibrator, a filter, a sensor, a motor, etc.) having a mechanically movable structure called a MEMS (Micro Electro Mechanical System) device formed by using a semiconductor microfabrication technology )It has been known. Among these, MEMS resonators are easier to manufacture by incorporating a semiconductor circuit than conventional resonators / resonators that use quartz or dielectrics. Since it is advantageous, its range of use is widened.
従来のMEMS振動子の代表例としては、振動子が設けられた基板面と平行な方向に振動する櫛型振動子と、基板の厚さ方向に振動する梁型振動子とが知られている。梁型振動子は、基板上に形成された固定電極と、基板に遊離して配置された可動電極となどからなる振動子であり、可動電極の支持の方法により、片持ち梁型(clamped‐free beam)、両持ち梁型(clamped‐clamped beam)、両端自由梁型(free‐free beam)などが知られている。 As typical examples of conventional MEMS vibrators, there are known a comb-type vibrator that vibrates in a direction parallel to the substrate surface on which the vibrator is provided, and a beam-type vibrator that vibrates in the thickness direction of the substrate. . A beam-type vibrator is a vibrator composed of a fixed electrode formed on a substrate and a movable electrode disposed on the substrate. The cantilever type (clamped- Known are a free beam, a clamped-clamped beam, and a free-free beam on both ends.
両端自由梁型のMEMS振動子は、振動する可動電極の振動の節の部分が支持部材によって支持されるため、基板への振動漏れが少なく振動の効率が高い。特許文献1には、この支持部材の長さを振動の周波数に対して適切な長さとすることにより振動特性を改善する技術が提案されている。
また、特許文献2には、複数のMEMS振動子(振動マイクロメカニカル素子)を利用して低消費電力で信号の処理ができるとする信号処理方法が記載されている。
In the free-beam MEMS vibrator at both ends, the vibration node of the movable electrode that vibrates is supported by the support member, so that vibration is less leaked to the substrate and vibration efficiency is high.
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載のMEMS振動子は、より小型化を図った場合に、安定した振動特性や所望の振動特性が得ることが難しくなるという課題があった。具体的に説明すると、一般に、MEMS技術を用いた梁型振動子の製造方法においては、基板上に形成された固定電極の上層に酸化膜などの犠牲層を積層し、この犠牲層の上層に可動電極を形成した後に犠牲層を除去することで、基板および固定電極から可動電極を遊離させる方法がとられる。従って、上層部に積層される可動電極は、下層部の凹凸形状が反映された形状になる傾向がある。例えば、特許文献1の図2や特許文献2の図5a(本明細書添付の図面2(a),(b)に一部抜粋)に示されるMEMS振動子では、下層に配置された固定電極のパターン形状が上層の可動電極の凹凸として現れている。このような可動電極の凹凸は、振動梁としての可動電極のスティフネスに影響を与える。そのため、より振動子の小型化を図った場合に、この影響が大きくなり、安定した振動特性や所望の振動特性が得られなくなってしまうという問題を発生させた。より具体的には、例えば、振動子を平面視した場合に可動電極(振動梁)がバランス良く配置されていても、下層に配置されたパターンの凹凸が反映されることで、側面視した場合に、振動梁の凹凸形状のバランスが崩れている場合がある。この場合においては、振動梁におけるスティフネスの分布が均等でないために、振動梁の振動のバランスが崩れてしまい、その結果、振動効率が低下してしまったり、支持部から外部への振動漏れが増大してしまったりするなどの問題につながった。また、このように振動梁が複雑な形状を呈することによって、振動子を製造する場合の振動設計が複雑になってしまうなどの問題もあった。
However, the MEMS vibrators described in
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。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples or forms.
[適用例1] 本適用例に係る振動子は、基板と、前記基板の主面上に設けられた固定部と、前記固定部から延出する支持部と、前記支持部によって前記基板から遊離し、振動の節部が支えられた振動体と、を備え、前記振動体が、自然数nにおいて、前記振動の節部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体であることを特徴とする。 Application Example 1 The vibrator according to this application example is separated from the substrate by the substrate, the fixing portion provided on the main surface of the substrate, the support portion extending from the fixing portion, and the support portion. And a vibrating body supported by a vibration node, and the vibration body has 2n rotational symmetry with 2n beams extending radially from the vibration node at a natural number n. It is a body.
本適用例によれば、振動体は、振動の節部が支持部によって支えられ、その形状は、振動の節部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体の形状を呈している。すなわち、振動の節部から輻射状に延在する2n個の梁は、それぞれ同様の形状であり、また回転対称体として等間隔に配置されている。従って、例えば、振動子を基板の厚さ方向に振動する梁型振動子として構成する場合に、互いに隣り合う梁の振動の位相を逆にすることにより、振動の節部において振動体全体の振動が釣り合うため、支持部に支えられた振動の節部からの振動漏れを抑制することができる。これは、基板面と平行な方向に振動する櫛型振動子においても同様であり、支持部に支えられた振動の節部からの振動漏れを抑制することができる。
従って、本適用例によれば、より小型化した場合であっても、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された振動子を提供することができる。
According to this application example, the vibration body is supported by the support at the vibration node, and the shape thereof is a 2n-fold rotationally symmetric body having 2n beams extending radially from the vibration node. It has the shape of That is, the 2n beams extending radially from the vibration node have the same shape and are arranged at equal intervals as rotationally symmetric bodies. Therefore, for example, when the vibrator is configured as a beam-type vibrator that vibrates in the thickness direction of the substrate, by reversing the phase of vibration of beams adjacent to each other, the vibration of the entire vibrating body at the vibration node Therefore, vibration leakage from the vibration node supported by the support portion can be suppressed. The same applies to a comb-type vibrator that vibrates in a direction parallel to the substrate surface, and vibration leakage from a vibration node supported by the support portion can be suppressed.
Therefore, according to this application example, it is possible to provide a vibrator in which a decrease in vibration efficiency is suppressed and vibration leakage is suppressed even when the size is further reduced.
[適用例2] 本適用例に係る振動子は、基板と、前記基板の主面上に設けられた下部電極と、前記基板の主面上に設けられた固定部と、前記固定部から延出する支持部と、前記支持部によって前記基板から遊離して支えられた上部電極と、を備え、前記上部電極は、前記基板を平面視したときに、前記下部電極と重なる領域を有する振動体であり、前記支持部は、前記振動体としての前記上部電極が有する振動の節部を支え、前記上部電極は、自然数nにおいて、前記振動の節部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体であることを特徴とする。 Application Example 2 A vibrator according to this application example includes a substrate, a lower electrode provided on the main surface of the substrate, a fixing portion provided on the main surface of the substrate, and an extension from the fixing portion. A vibrating body having a region that overlaps the lower electrode when the substrate is viewed in plan view, and the upper electrode is supported by being separated from the substrate by the supporting portion. The support portion supports a vibration node included in the upper electrode as the vibrating body, and the upper electrode has 2n beams extending radially from the vibration node at a natural number n. It is characterized by being a 2n-fold rotationally symmetric body having
本適用例によれば、振動体としての上部電極は、振動の節部が支持部によって支えられ、その形状は、振動の節部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体の形状を呈している。すなわち、振動の節部から輻射状に延在する2n個の梁は、それぞれ同様の形状であり、また回転対称体として等間隔に配置されている。また、振動体としての上部電極は、基板を平面視したときに、基板の主面上に設けられた下部電極と重なる領域を有している。従って、本振動子は、下部電極と上部電極に印加する交流電圧によって基板の厚さ方向に振動する静電型の梁型振動子として構成することができる。また、この構成において、例えば、互いに隣り合う梁の振動の位相を逆にすることにより、振動の節部において振動体全体の振動が釣り合うため、支持部に支えられた振動の節部からの振動漏れを抑制することができる。
従って、本適用例によれば、より小型化した場合であっても、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された振動子を提供することができる。
According to this application example, the upper electrode as a vibrating body has a vibration node supported by the support, and the shape thereof is 2n times symmetrical with 2n beams extending radially from the vibration node. It exhibits the shape of a rotationally symmetric body. That is, the 2n beams extending radially from the vibration node have the same shape and are arranged at equal intervals as rotationally symmetric bodies. Further, the upper electrode as the vibrating body has a region overlapping with the lower electrode provided on the main surface of the substrate when the substrate is viewed in plan. Therefore, this vibrator can be configured as an electrostatic beam vibrator that vibrates in the thickness direction of the substrate by an AC voltage applied to the lower electrode and the upper electrode. Further, in this configuration, for example, by reversing the vibration phases of the beams adjacent to each other, the vibration of the entire vibrating body is balanced at the vibration node, so the vibration from the vibration node supported by the support portion Leakage can be suppressed.
Therefore, according to this application example, it is possible to provide a vibrator in which a decrease in vibration efficiency is suppressed and vibration leakage is suppressed even when the size is further reduced.
[適用例3] 上記適用例に係る振動子において、前記基板を平面視したときに前記上部電極と重なる前記下部電極の領域が、2n回対称の回転対称体の形状であることを特徴とする。 Application Example 3 In the vibrator according to the application example described above, a region of the lower electrode that overlaps the upper electrode when the substrate is viewed in plan is a shape of a rotationally symmetric body that is 2n times symmetric. .
本適用例によれば、基板を平面視したときに上部電極と重なる下部電極の領域が、2n回対称の回転対称体の形状である。このような構成とすることにより、より簡便に製造され、より振動効率が高く、より振動漏れの抑制された静電型の梁型振動子を提供することができる。具体的に説明すると、例えば、振動子の製造において、下部電極に犠牲層を積層し、その犠牲層に積層させて上部電極を形成する場合、平面視したときに上部電極と重なる下部電極の領域が2n回対称の回転対称体の形状であるため、下部電極の領域の凹凸が反映される上部電極の凹凸の形状も、より容易に2n回対称の回転対称体の形状とすることができる。その結果、上述したように、振動の節部において振動体全体の振動が釣り合うことで振動効率がより高く、振動漏れの抑制された静電型の梁型振動子をより簡便に提供することができる。 According to this application example, the region of the lower electrode that overlaps with the upper electrode when the substrate is viewed in plan has the shape of a rotationally symmetric body that is 2n times symmetric. By adopting such a configuration, it is possible to provide an electrostatic beam-type vibrator that is more easily manufactured, has higher vibration efficiency, and further suppresses vibration leakage. More specifically, for example, in manufacturing a vibrator, when a sacrificial layer is stacked on the lower electrode and the upper electrode is formed by stacking on the sacrificial layer, the region of the lower electrode that overlaps the upper electrode when viewed in plan Is the shape of a rotationally symmetric body that is 2n-fold symmetric, and therefore the shape of the top electrode unevenness that reflects the unevenness of the region of the lower electrode can be more easily converted to the shape of a rotationally symmetric body that is 2n-fold symmetric. As a result, as described above, it is possible to more easily provide an electrostatic beam-type vibrator in which vibration efficiency is higher and vibration leakage is suppressed by balancing the vibration of the entire vibrating body at the vibration node. it can.
[適用例4] 上記適用例に係る振動子において、前記基板を平面視したときに前記上部電極と重なる前記下部電極の領域が2n回対称の回転対称体の形状となるように、前記下部電極がダミーのスリットを有していることを特徴とする。 Application Example 4 In the vibrator according to the application example, the lower electrode is formed such that a region of the lower electrode overlapping the upper electrode in a plan view of the substrate has a 2n-fold rotationally symmetric shape. Has a dummy slit.
本適用例によれば、基板を平面視したときに上部電極と重なる下部電極の領域が、2n回対称の回転対称体の形状となるように、下部電極はダミーのスリットを有している。このような構成とすることにより、より簡便に製造され、より振動効率が高く、より振動漏れの抑制された静電型の梁型振動子を提供することができる。具体的に説明すると、下部電極は、上部電極と重なる領域において、電気的に絶縁されたパターンで形成する場合がある。この絶縁部では、下部電極が分離されるため、凹凸形状が形成される。一方、電気的に分離する必要の無い部分においても、本適用例のように、ダミーのスリットを形成することにより、上部電極と重なる下部電極の領域が、2n回対称の回転対称体の形状となるように形成することができる。ダミーのスリットにより電気的に絶縁された下部電極は、平面視において上部電極と重なることのない領域で接続されることで、電気的に接続することが可能である。このような構成とすることにより、例えば、振動子の製造において、下部電極に犠牲層を積層し、その犠牲層に積層させて上部電極を形成する場合、上部電極と平面視したときに重なる下部電極の領域が2n回対称の回転対称体の形状であるため、下部電極の領域の凹凸が反映される上部電極の凹凸の形状も、容易に2n回対称の回転対称体の形状とすることができる。その結果、上述したように、振動の節部において振動体全体の振動が釣り合うことで振動効率がより高く、振動漏れの抑制された静電型の梁型振動子をより簡便に提供することができる。 According to this application example, the lower electrode has a dummy slit so that the region of the lower electrode overlapping the upper electrode in a plan view of the substrate has a 2n-fold rotationally symmetric shape. By adopting such a configuration, it is possible to provide an electrostatic beam-type vibrator that is more easily manufactured, has higher vibration efficiency, and further suppresses vibration leakage. Specifically, the lower electrode may be formed in an electrically insulated pattern in a region overlapping with the upper electrode. In this insulating part, since the lower electrode is separated, an uneven shape is formed. On the other hand, even in a portion that does not need to be electrically separated, by forming a dummy slit as in this application example, the region of the lower electrode that overlaps the upper electrode has a shape of a rotationally symmetric body that is 2n-fold symmetric. Can be formed. The lower electrode electrically insulated by the dummy slit can be electrically connected by being connected in a region that does not overlap with the upper electrode in plan view. With such a configuration, for example, in the manufacture of a vibrator, when a sacrificial layer is stacked on the lower electrode and the upper electrode is formed by stacking on the sacrificial layer, the lower portion overlapped when viewed in plan with the upper electrode Since the electrode region has the shape of a rotationally symmetric body that is 2n times symmetric, the shape of the unevenness of the upper electrode that reflects the unevenness of the region of the lower electrode can be easily changed to the shape of a rotationally symmetric body that is 2n times symmetric. it can. As a result, as described above, it is possible to more easily provide an electrostatic beam-type vibrator in which vibration efficiency is higher and vibration leakage is suppressed by balancing the vibration of the entire vibrating body at the vibration node. it can.
[適用例5] 本適用例に係る振動子の製造方法は、基板の主面上に第1導電体層を積層する工程と、前記第1導電体層を成形して下部電極を形成する第1層形成工程と、前記下部電極を覆うように犠牲層を積層する工程と、前記犠牲層を成形して、前記下部電極の少なくとも一部が露出する開口部を形成する工程と、前記犠牲層および前記開口部を覆うように第2導電体層を積層する工程と、前記第2導電体層を成形して、前記基板を平面視したときに前記下部電極と重なる領域を有する振動体としての上部電極と、前記開口部と重なる領域を有する固定部と、前記固定部から延出し前記上部電極の中央部に連接する支持部と、を形成する第2層形成工程と、前記犠牲層をエッチング除去する工程と、を含み、前記第2層形成工程では、自然数nにおいて、前記上部電極の形状が前記上部電極の中央部から2n個の梁が輻射状に延出し2n回対称の回転対称体となるように前記上部電極を形成し、前記第1層形成工程では、前記第2層形成工程の後に前記基板を平面視したときに、前記上部電極と重なる前記下部電極の領域が2n回対称の回転対称体となるように予め前記下部電極を形成しておくことを特徴とする。 Application Example 5 A method for manufacturing a vibrator according to this application example includes a step of laminating a first conductor layer on a main surface of a substrate, and a step of forming the first conductor layer to form a lower electrode. A layer forming step, a step of laminating a sacrificial layer so as to cover the lower electrode, a step of forming the sacrificial layer to form an opening exposing at least a part of the lower electrode, and the sacrificial layer And a step of laminating a second conductor layer so as to cover the opening, and a vibrating body having a region that overlaps the lower electrode when the substrate is viewed in plan after forming the second conductor layer A second layer forming step of forming an upper electrode, a fixed portion having a region overlapping with the opening, and a support portion extending from the fixed portion and connected to a central portion of the upper electrode; and etching the sacrificial layer In the second layer forming step, In the number n, the upper electrode is formed such that 2n beams extend radially from the center of the upper electrode to form a 2n-fold rotational symmetry body, and the first layer is formed. In the process, the lower electrode is formed in advance so that when the substrate is viewed in plan after the second layer forming step, the region of the lower electrode that overlaps the upper electrode becomes a 2n-fold rotationally symmetric body. It is characterized by leaving.
本適用例による振動子の製造方法によれば、振動体としての上部電極は、中央部が支持部によって支えられ、その形状は、中央部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体の形状に形成される。すなわち、中央部から輻射状に延在する2n個の梁は、それぞれ同様の形状に形成され、また回転対称体として等間隔に配置される。また、振動体としての上部電極は、基板を平面視したときに、基板の主面上に設けられた下部電極と重なる領域を有して形成される。従って、本製造方法によって得られる振動子は、下部電極と上部電極に印加する交流電圧によって基板の厚さ方向に振動する静電型の梁型振動子として構成することができる。また、この構成において、例えば、互いに隣り合う梁の振動の位相を逆にすることにより、支持部によって支えられる上部電極の中央部は振動の節部として構成され、この振動の節部において振動体全体の振動が釣り合うため、支持部に支えられた振動の節部からの振動漏れを抑制することができる。
従って、本適用例によれば、より小型化した場合であっても、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された振動子を提供することができる。
According to the method for manufacturing a vibrator according to this application example, the upper electrode as the vibrating body is supported by the support at the center, and the shape thereof is 2n having 2n beams extending radially from the center. It is formed in the shape of a rotationally symmetric body that is rotationally symmetric. That is, 2n beams extending radially from the center are formed in the same shape, and are arranged at equal intervals as rotationally symmetric bodies. Further, the upper electrode as the vibrating body is formed to have a region overlapping with the lower electrode provided on the main surface of the substrate when the substrate is viewed in plan. Therefore, the vibrator obtained by this manufacturing method can be configured as an electrostatic beam vibrator that vibrates in the thickness direction of the substrate by an alternating voltage applied to the lower electrode and the upper electrode. Further, in this configuration, for example, by reversing the phases of vibrations of adjacent beams, the central portion of the upper electrode supported by the support portion is configured as a vibration node portion, and the vibration body in the vibration node portion. Since the entire vibration is balanced, vibration leakage from the vibration node supported by the support portion can be suppressed.
Therefore, according to this application example, it is possible to provide a vibrator in which a decrease in vibration efficiency is suppressed and vibration leakage is suppressed even when the size is further reduced.
[適用例6] 本適用例に係る振動子の製造方法は、基板の主面上に第1導電体層を積層する工程と、前記第1導電体層を成形して下部電極を形成する第1層形成工程と、前記下部電極を覆うように第1犠牲層を積層する工程と、前記第1犠牲層を研削して前記下部電極が露出するように平坦化する工程と、平坦化された前記下部電極、および前記第1犠牲層で構成された面を覆うように第2犠牲層を積層する工程と、前記第2犠牲層を成形して、前記下部電極の少なくとも一部が露出する開口部を形成する工程と、前記第2犠牲層および前記開口部を覆うように第2導電体層を積層する工程と、前記第2導電体層を成形して、前記基板を平面視したときに前記下部電極と重なる領域を有する振動体としての上部電極と、前記開口部と重なる領域を有する固定部と、前記固定部から延出し前記上部電極の中央部に連接する支持部と、を形成する第2層形成工程と、前記第1犠牲層および前記第2犠牲層をエッチング除去する工程と、を含み、前記第2層形成工程では、自然数nにおいて、前記上部電極の形状が前記上部電極の中央部から2n個の梁が輻射状に延出し2n回対称の回転対称体となるように前記上部電極を形成することを特徴とする。 Application Example 6 A vibrator manufacturing method according to this application example includes a step of laminating a first conductor layer on a main surface of a substrate, and a step of forming the lower electrode by forming the first conductor layer. A first layer forming step, a step of laminating a first sacrificial layer so as to cover the lower electrode, a step of grinding the first sacrificial layer and flattening so as to expose the lower electrode, and flattening A step of laminating a second sacrificial layer so as to cover the surface composed of the lower electrode and the first sacrificial layer, and forming the second sacrificial layer so that at least a part of the lower electrode is exposed. Forming a portion, laminating a second conductor layer so as to cover the second sacrificial layer and the opening, forming the second conductor layer, and viewing the substrate in plan view The upper electrode as a vibrating body having a region overlapping with the lower electrode, and the opening overlaps A second layer forming step of forming a fixed portion having a region and a support portion extending from the fixed portion and connected to the central portion of the upper electrode; and etching and removing the first sacrificial layer and the second sacrificial layer In the second layer forming step, in the natural number n, the shape of the upper electrode is a 2n-fold rotationally symmetric body in which 2n beams extend radially from the center of the upper electrode and The upper electrode is formed in such a manner.
本適用例による振動子の製造方法によれば、下部電極を覆うように積層された第1犠牲層は、下部電極が露出するように研削され、下部電極および第1犠牲層で構成された平坦化された面が形成される。上部電極は、この平坦化された面に積層される第2犠牲層に積層して形成されるため、下部電極の影響を受けることなく、凹凸が抑制された形状で形成される。また、振動体としての上部電極は、中央部が支持部によって支えられ、その形状は、中央部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体の形状に形成される。すなわち、中央部から輻射状に延在する2n個の梁は、それぞれ凹凸が抑制された同様の形状に形成され、また回転対称体として等間隔に配置される。また、振動体としての上部電極は、基板を平面視したときに、基板の主面上に設けられた下部電極と重なる領域を有して形成される。従って、本製造方法によって得られる振動子は、下部電極と上部電極に印加する交流電圧によって基板の厚さ方向に振動する静電型の梁型振動子として構成することができる。また、この構成において、例えば、互いに隣り合う梁の振動の位相を逆にすることにより、支持部によって支えられる上部電極の中央部は振動の節部として構成され、この振動の節部において振動体全体の振動が釣り合うため、支持部に支えられた振動の節部からの振動漏れを抑制することができる。
従って、本適用例によれば、より小型化した場合であっても、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された振動子を提供することができる。
According to the method of manufacturing a vibrator according to this application example, the first sacrificial layer laminated so as to cover the lower electrode is ground so that the lower electrode is exposed, and is flat formed by the lower electrode and the first sacrificial layer. A formed surface is formed. Since the upper electrode is formed by being laminated on the second sacrificial layer that is laminated on the flattened surface, the upper electrode is formed in a shape in which unevenness is suppressed without being affected by the lower electrode. In addition, the upper electrode as a vibrating body is supported by a support portion at the center, and the shape thereof is formed in the shape of a 2n-fold rotationally symmetric body having 2n beams extending radially from the center portion. The That is, the 2n beams extending radially from the central portion are formed in the same shape in which unevenness is suppressed, and are arranged at equal intervals as rotationally symmetric bodies. Further, the upper electrode as the vibrating body is formed to have a region overlapping with the lower electrode provided on the main surface of the substrate when the substrate is viewed in plan. Therefore, the vibrator obtained by this manufacturing method can be configured as an electrostatic beam vibrator that vibrates in the thickness direction of the substrate by an alternating voltage applied to the lower electrode and the upper electrode. Further, in this configuration, for example, by reversing the phases of vibrations of adjacent beams, the central portion of the upper electrode supported by the support portion is configured as a vibration node portion, and the vibration body in the vibration node portion. Since the entire vibration is balanced, vibration leakage from the vibration node supported by the support portion can be suppressed.
Therefore, according to this application example, it is possible to provide a vibrator in which a decrease in vibration efficiency is suppressed and vibration leakage is suppressed even when the size is further reduced.
[適用例7] 本適用例に係る発振器は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。 Application Example 7 An oscillator according to this application example includes the vibrator according to the application example.
本適用例によれば、発振器として、より振動効率が高く、また、より小型化された振動子が活用されることにより、より高性能で小型の発振器を提供することができる。 According to this application example, a higher-performance and smaller oscillator can be provided by utilizing a vibrator having higher vibration efficiency and a smaller size as the oscillator.
[適用例8] 本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。 Application Example 8 An electronic apparatus according to this application example includes the vibrator according to the application example.
本適用例によれば、電子機器として、より振動効率が高く、また、より小型化された振動子が活用されることにより、より高性能で小型の電子機器を提供することができる。 According to this application example, it is possible to provide a high-performance and small-sized electronic device by using a vibrator having higher vibration efficiency and a smaller size as the electronic device.
[適用例9] 本適用例に係る移動体は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。 Application Example 9 A moving object according to this application example includes the vibrator according to the application example.
本適用例によれば、移動体として、より振動効率が高く、また、より小型化された振動子が活用されることにより、より高性能でスペースユーティリティーに優れた移動体を提供することができる。 According to this application example, a moving body with higher vibration efficiency and superior space utility can be provided by using a vibrator with higher vibration efficiency and a smaller size as the moving body. .
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention. In the following drawings, the scale may be different from the actual scale for easy understanding.
(実施形態1)
まず、実施形態1に係る振動子としてのMEMS振動子100について説明する。
図1(a)は、MEMS振動子100の平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A断面図、図1(c)は、図1(a)のB−B断面図、図1(d)は、図1(a)のC−C断面図である。
MEMS振動子100は、基板上に形成された固定電極(下部電極)と、基板および固定電極から遊離して形成される可動電極(上部電極)が備えられた静電型の梁型振動子である。可動電極は、基板の主面および固定電極に積層された犠牲層がエッチングされることにより基板および固定電極から遊離して形成される。
なお、犠牲層とは、酸化膜などで一旦形成される層であり、その上下や周囲に必要な層を形成した後にエッチングにより除去される。犠牲層が除去されることによって、上下や周囲の各層間に必要な間隙や空洞が形成されたり、必要な構造体が遊離して形成されたりする。
(Embodiment 1)
First, the
1A is a plan view of the
The
Note that the sacrificial layer is a layer once formed of an oxide film or the like, and is removed by etching after forming necessary layers above and around it. By removing the sacrificial layer, necessary gaps and cavities are formed between the upper and lower layers and the surrounding layers, and necessary structures are liberated.
MEMS振動子100の構成について以下に説明する。MEMS振動子100の製造方法については、後述する実施形態で説明する。
MEMS振動子100は、基板1と、基板1の主面上に設けられた下部電極10(第1下部電極11、第2下部電極12)および固定部23と、固定部23から延出する支持部25と、支持部25によって基板1から遊離して支えられた可動電極としての上部電極20などを含み構成されている。
The configuration of the
The
基板1には、好適例としてシリコン基板を用いている。基板1には、酸化膜2、窒化膜3が順に積層されており、基板1の主面(窒化膜3の表面)の上部に、下部電極10(第1下部電極11、第2下部電極12)、上部電極20、固定部23、支持部25などが形成されている。
なお、ここでは、基板1の厚み方向において、基板1の主面に順に酸化膜2および窒化膜3が積層される方向を上方向として説明している。
As the
Here, in the thickness direction of the
下部電極10の内、第2下部電極12は、固定部23を基板1の上に固定し、また、固定部23および支持部25を介して上部電極20に電位を与える固定電極であり、窒化膜3に積層された第1導電体層4がフォトリソグラフィー(エッチング加工を含む。以下同様。)によりパターニングされることで図1(a)に示すように、H形状に形成されている。また、第2下部電極12は、配線12aによって外部回路(図示省略)と接続されている。
Among the
固定部23は、H形状の第2下部電極12の4つの端部にそれぞれ設けられている。固定部23は、第1導電体層4の上層に積層された犠牲層を介して積層された第2導電体層5が、フォトリソグラフィーによりパターニングされることで形成されている。なお、固定部23の一部は、犠牲層に設けられた開口部により、第2下部電極12に直接積層されている。
第1導電体層4および第2導電体層5は、それぞれ好適例として導電性のポリシリコンを用いているが、これに限定するものではない。
The fixing
As the
上部電極20は、自然数n=2において、中央部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体である。具体的には、図1(a)に示すように、上部電極20の中央部から延出する4つの梁によって十字形状を呈する可動電極(振動体)であり、中央部が、周囲に設けられた4つの固定部23から延出する4本の支持部25によって支えられている。上部電極20は、第1導電体層4の上層に積層された犠牲層を介して積層された第2導電体層5が、フォトリソグラフィーによりパターニングされることで形成されている。つまり、4つの固定部23、4本の支持部25、および上部電極20は、一体に成形されている。
また、H形状の第2下部電極12と、十字形状の上部電極20とは、基板1を平面視したときにそれぞれの中心部が略一致するように重なり、上部電極20の中央部から横方向(B―B方向)に延在する2つの梁が、H形状の第2下部電極12(後述するスリットS2の部分を除く)と重なるように配置されている。
The
Further, the H-shaped second
下部電極10の内、第1下部電極11は、基板1を平面視したときに重なる上部電極20との間に交流電圧が印加される固定電極であり、窒化膜3に積層された第1導電体層4がフォトリソグラフィーによりパターニングされることで形成されている。第1下部電極11は、図1(a)を正面視したとき、上部電極20の中央部から縦方向(A―A方向)に延在する2つの梁に重なるように2箇所に設けられ、配線11aによって外部回路と接続されている。
Among the
第1下部電極11は、第2下部電極12と同じ層の第1導電体層4により形成されている。従って、第1下部電極11は、上部電極20に電位を与える固定電極としての第2下部電極12との間で電気的に絶縁される必要があり、それぞれのパターン(第1下部電極11と第2下部電極12と)が分離されている。この分離するための隙間の段差(凹凸)は、第1導電体層4の上層に積層された犠牲層を介して積層された第2導電体層5によって形成される上部電極20に凹凸形状として転写される。具体的には、図1(a),(b)に示すように、パターンの分離部(スリットS1)の部分において、上部電極20に凹凸形状が形成される。
The first
この上部電極20に形成される凹凸形状は、振動体としての梁のスティフネスに影響を与えるため、この凹凸の形状や位置によっては、振動の特性に悪影響を与える場合がある。
図2(a),(b)は、従来技術による振動子98(特許文献2の図5a)の一部を示す図である。振動子98は、両持ち梁型の振動子で、振動体97の両端が固定部(アンカ18)によって基板に固定されている。また、振動体97の下には、2つの電極(ストリップ24,26)が配置されている。図2(a),(b)からも分かるように、2つの電極の幅は異なり、両端の固定部からの距離も異なるため、振動体97に転写された凹凸形状による振動体97のスティフネスは不均一な分布を呈することになる。この不均一なスティフネスにより、例えば、振動体97の共振ピーク値が下がったり、振動のQ値を悪化させたりする場合がある。
Since the uneven shape formed on the
2A and 2B are views showing a part of a
図3(a),(b)に、このような振動体に転写された凹凸形状を考慮せずに、従来技術で製造したMEMS振動子99の例を示す。MEMS振動子99は、第1下部電極11に、後述するスリットS2を有さない点、およびスリットS2による凹凸の転写が上部電極20に形成されていない点を除き、MEMS振動子100と同様に構成されている。
FIGS. 3A and 3B show an example of the
MEMS振動子99は、図3(a),(b)に示すように、MEMS振動子100と同様に、パターンの分離部(スリットS1)の部分において、上部電極20の縦方向(A―A方向)に延在する2つの梁に凹凸形状が形成される。これに対し、上部電極20の横方向(B―B方向)に延在する2つの梁には、図3(c)に示すように、凹凸形状が形成されていない。これは、上部電極20が積層される領域におけるB―B方向に延在する第2下部電極12に分離部などを有さないため平坦に形成されていることによる。この結果、上部電極20の中央部から縦方向(A−A方向)に延出する梁と、横方向(B−B方向)に延出する梁とで、スティフネスに違いが発生する。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
図1(a)〜(c)に戻り、MEMS振動子100について説明する。
MEMS振動子100では、上部電極20の中央部から縦方向(A−A方向)に延出する梁と、横方向(B−B方向)に延出する梁とで、スティフネスに違いが発生しないように、第2下部電極12にダミーのスリットパターンを設けている。具体的には、スリットS1が上部電極20の縦方向(A−A方向)に延在する2つの梁に反映させている凹凸形状と同じように、上部電極20の横方向(B−B方向)に延在する2つの梁に凹凸形状を生じさせるようなダミーのスリットS2を、上部電極20が重なる領域におけるB―B方向に延在する第2下部電極12に設けている。すなわち、スリットS2の幅は、スリットS1の幅と略同じであり、平面視したときに、上部電極20の中心点が重なる位置からスリットS2までの距離が、同様に上部電極20の中心点が重なる位置からスリットS1までの距離と略同じとなるように、スリットS2を形成している。
Returning to FIGS. 1A to 1C, the
In the
このようにダミーのスリットS2を設けることにより、凹凸部も含めて、上部電極20は、自然数n=2において、中央部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体として構成される。
なお、スリットS2は、電気的に第2下部電極12を絶縁する目的で形成するものではないため、平面視したときに、上部電極20と重ならないスリットS2の両端部の領域においては、第2下部電極12が連続している。
By providing the dummy slit S2 in this manner, the
Note that the slit S2 is not formed for the purpose of electrically insulating the second
このような構成において、MEMS振動子100は静電振動子として構成され、外部回路から配線11a,12aを介して第1下部電極11と上部電極20との間に印加される交流電圧によって、上部電極20の4つの梁の先端領域が振動の腹として振動する。図1(a)において、(+/−)の記号は振動の腹として上下方向(基板1の厚み方向)に振動する部分を、その位相の関係を含めて示している。例えば、+の梁が上方向(基板1から離れる方向)への動きの場合に、隣の梁が−の下方向(基板1に近づく方向)への動きになっていることを示している。
In such a configuration, the
以上述べたように、本実施形態によるMEMS振動子100によれば、以下の効果を得ることができる。
振動体としての上部電極20は、その中央部が振動の節部として支持部25によって支えられ、その形状は、自然数n=2において、中央部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体の形状を呈している。すなわち、中央部(振動の節部)から輻射状に延在する2n=4個の梁は、それぞれ同様の形状であり、また回転対称体として等間隔に配置されている。また、振動体としての上部電極20は、基板1を平面視したときに、基板1の主面上に設けられた第1下部電極11と重なる領域を有している。従って、MEMS振動子100は、第1下部電極11と上部電極20に印加する交流電圧によって基板1の厚さ方向に振動する静電型の梁型振動子として構成することができる。また、この構成において、例えば、互いに隣り合う梁の振動の位相を逆にすることにより、振動の節部において振動体全体の振動が釣り合うため、支持部25に支えられた振動の節部からの振動漏れを抑制することができる。
従って、本実施形態によれば、より小型化した場合であっても、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、より高性能の静電型の梁型振動子を提供することができる。
As described above, according to the
The central portion of the
Therefore, according to the present embodiment, there is provided a higher-performance electrostatic beam-type vibrator in which a decrease in vibration efficiency is suppressed and vibration leakage is suppressed even when the size is further reduced. be able to.
また、ダミーのスリットS2を設けることにより、基板1を平面視したときに上部電極20と重なる第1下部電極11の領域が、2n回対称の回転対称体の形状として構成される。このような構成とすることにより、より簡便に製造され、より振動効率が高く、より振動漏れの抑制された静電型の梁型振動子を提供することができる。具体的に説明すると、第1下部電極11は、上部電極20と重なる領域において、電気的に絶縁されたパターンで形成されている。この絶縁部では、第1下部電極11が分離されるため、凹凸形状が形成される。一方、電気的に分離する必要の無い部分においても、本実施形態のように、ダミーのスリットS2を形成することにより、上部電極20と重なる第1下部電極11の領域が、2n回対称の回転対称体の形状となるように形成することができる。ダミーのスリットS2により電気的に絶縁された第1下部電極11は、平面視において上部電極20と重なることのない領域で接続されることで、電気的に接続することが可能である。このような構成とすることにより、例えば、振動子の製造において、第1下部電極11に犠牲層を積層し、その犠牲層に積層させて上部電極20を形成する場合、上部電極20と平面視したときに重なる第1下部電極11の領域が2n回対称の回転対称体の形状であるため、第1下部電極11の領域の凹凸が反映される上部電極20の凹凸の形状も、容易に2n回対称の回転対称体の形状とすることができる。その結果、上述したように、振動の節部において振動体全体の振動が釣り合うことで振動効率がより高く、振動漏れの抑制された静電型の梁型振動子をより簡便に提供することができる。
Also, by providing the dummy slit S2, the region of the first
(実施形態2)
次に、実施形態2としての実施形態1に係る振動子(MEMS振動子100)の製造方法について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図4(a)〜(g)は、MEMS振動子100の製造方法を順に示す工程図である。それぞれの工程におけるMEMS振動子100の態様を、図1(a)のA−A断面図、およびB−B断面図で示している。
(Embodiment 2)
Next, a method for manufacturing the vibrator (MEMS vibrator 100) according to
4A to 4G are process diagrams sequentially illustrating a method for manufacturing the
本実施形態に係る振動子の製造方法は、基板1の主面上に第1導電体層4を積層する工程と、第1導電体層4を成形して下部電極10(第1下部電極11および第2下部電極12)を形成する第1層形成工程と、第1下部電極11および第2下部電極12を覆うように犠牲層を積層する工程と、犠牲層を成形して、第2下部電極12の少なくとも一部が露出する開口部30を形成する工程と、犠牲層および開口部30を覆うように第2導電体層5を積層する工程と、第2導電体層5を成形して、基板1を平面視したときに第1下部電極11と重なる領域を有する振動体としての上部電極20と、開口部30と重なる領域を有する固定部23と、固定部23から延出し上部電極20の中央部に連接する支持部25と、を形成する第2層形成工程と、犠牲層をエッチング除去する工程と、を含み、第2層形成工程では、自然数nにおいて、上部電極20の形状が上部電極20の中央部から2n個の梁が輻射状に延出し2n回対称の回転対称体となるように上部電極20を形成し、第1層形成工程では、第2層形成工程の後に基板1を平面視したときに、上部電極20と重なる下部電極10の領域が2n回対称の回転対称体となるように予め下部電極10を形成しておくことを特徴としている。
以下に具体的に説明する。
In the method for manufacturing the vibrator according to the present embodiment, the step of laminating the
This will be specifically described below.
図4(a):基板1を準備し、主面に酸化膜2を積層する。酸化膜2は、好適例として、半導体プロセスの素子分離層として一般的なLOCOS(Local Oxidation of Silicon)酸化膜で形成しているが、半導体プロセスの世代によって、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)法による酸化膜であっても良い。
次に絶縁層としての窒化膜3を積層する。窒化膜3としては、Si3N4をLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)により成膜している。窒化膜3は、犠牲層をリリースエッチングする際に使用するエッチング液としてのバッファードフッ酸に対して耐性があり、エッチングストッパーとして機能する。
FIG. 4A: A
Next, a
図4(b),(c):次に、第1層形成工程として、まず、窒化膜3に第1導電体層4を積層する。第1導電体層4は、下部電極10(第1下部電極11、第2下部電極12)、配線11a,12a(図1(a)参照)などを構成するポリシリコン層であり、積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせる。次に、第1導電体層4にレジスト6を塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングして、第1下部電極11、第2下部電極12、配線11a,12aを形成する。第1層形成工程では、第2層形成工程の後に基板1を平面視したときに、上部電極20と重なる下部電極10の領域が2n回対称の回転対称体となるように予め下部電極10、つまり第1下部電極11および第2下部電極12を形成しておく。
4B and 4C: Next, as the first layer forming step, first, the
図4(d):次に、下部電極10、配線11a,12aを覆うように犠牲層7を積層する。犠牲層7は、第1下部電極11および第2下部電極12と上部電極20との間隙を形成し、上部電極20を遊離させるための犠牲層であり、CVD(Chemical Vapor Deposition)酸化膜で形成している。積層された犠牲層7には、パターニングされた第1下部電極11と第2下部電極12などの段差による凹凸が現れている。
FIG. 4D: Next, the
図4(e):次に、犠牲層7をフォトリソグラフィーによりパターニングし、第2下部電極12の一部が露出する開口部30を形成する。開口部30は、固定部23が第2下部電極12と接合し固定される接合領域を形成する。接合領域は、上部電極20が支持部25を介して基板1に支えられる領域であるため、必要なスティフネスが得られる面積を開口する。
FIG. 4E: Next, the
図4(f):次に、第2層形成工程として、まず、犠牲層7および開口部30を覆うように第2導電体層5を積層する。第2導電体層5は、第1導電体層4と同じポリシリコン層であり、積層後にフォトリソグラフィーによりパターニングして、上部電極20、固定部23、支持部25を形成する。上部電極20は、図1(a)に示すように、基板1を平面視したときに第1下部電極11および第2下部電極12と重なる領域を有する電極として、自然数nにおいて、上部電極20の形状が上部電極20の中央部から2n個の梁が輻射状に延出し2n回対称の回転対称体となるように形成する。また、積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせる。
FIG. 4F: Next, as the second layer forming step, first, the
図4(g):次に、基板1をエッチング液(バッファードフッ酸)に晒し、犠牲層7をエッチング除去(リリースエッチング)することで、第1下部電極11および第2下部電極12と上部電極20との間隙を形成し、上部電極20を遊離させる。
以上によりMEMS振動子100が形成される。
FIG. 4G: Next, the
Thus, the
なお、MEMS振動子100は、減圧状態に封止された空洞部に設置されることが好ましい。そのため、MEMS振動子100の製造に当たっては、空洞部を形成するための犠牲層や、この犠牲層を囲む側壁部、空洞部の蓋を形成する封止層などを合わせて形成しているが、ここでは説明を省略している。
Note that the
以上述べたように、本実施形態による振動子の製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
振動体としての上部電極20は、中央部が支持部25によって支えられ、その形状は、中央部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体の形状に形成される。すなわち、中央部から輻射状に延在する2n個の梁は、それぞれ同様の形状に形成され、また回転対称体として等間隔に配置される。また、振動体としての上部電極20は、基板1を平面視したときに、基板1の主面上に設けられた第1下部電極11と重なる領域を有して形成される。従って、本製造方法によって得られる振動子は、第1下部電極11と上部電極20に印加する交流電圧によって基板1の厚さ方向に振動する静電型の梁型振動子として構成される。
この構成において、例えば、互いに隣り合う梁の振動の位相を逆にすることにより、支持部25によって支えられる上部電極20の中央部は振動の節部として構成され、この振動の節部において振動体全体の振動が釣り合うため、支持部25に支えられた振動の節部からの振動漏れを抑制することができる。
従って、本実施形態による振動子の製造方法によれば、より小型化した場合であっても、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、より高性能の静電型の梁型振動子を提供することができる。
As described above, according to the method for manufacturing a vibrator according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The upper part of the
In this configuration, for example, the center portion of the
Therefore, according to the method for manufacturing a vibrator according to the present embodiment, even when the size is further reduced, a decrease in vibration efficiency is suppressed, and a higher performance electrostatic beam in which vibration leakage is suppressed. A type resonator can be provided.
(実施形態3)
次に、実施形態3としての実施形態1に係る振動子(MEMS振動子100)の製造方法について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図5(a)〜(f)は、MEMS振動子100の製造方法を順に示す工程図である。それぞれの工程におけるMEMS振動子100の態様を、図1(a)のA−A断面図、およびB−B断面図で示している。
(Embodiment 3)
Next, a method for manufacturing the vibrator (MEMS vibrator 100) according to
5A to 5F are process diagrams sequentially showing a method for manufacturing the
本実施形態に係る振動子の製造方法は、実施形態2に係る振動子の製造方法に対して、犠牲層7を平坦化することにより、上部電極20に形成される凹凸を軽減あるいは無くすことを特徴としている。
本実施形態に係る振動子の製造方法は、基板1の主面上に第1導電体層4を積層する工程と、第1導電体層4を成形して下部電極10を形成する第1層形成工程と、下部電極10を覆うように第1犠牲層8を積層する工程と、第1犠牲層8を研削して下部電極10が露出するように平坦化する工程と、平坦化された下部電極10、および第1犠牲層8で構成された面を覆うように第2犠牲層9を積層する工程と、第2犠牲層9を成形して、下部電極10の少なくとも一部が露出する開口部30を形成する工程と、第2犠牲層9および開口部30を覆うように第2導電体層5を積層する工程と、第2導電体層5を成形して、基板1を平面視したときに下部電極10と重なる領域を有する振動体としての上部電極20と、開口部30と重なる領域を有する固定部23と、固定部23から延出し上部電極20の中央部に連接する支持部25と、を形成する第2層形成工程と、犠牲層(第1犠牲層8および第2犠牲層9)をエッチング除去する工程と、を含み、第2層形成工程では、自然数nにおいて、上部電極20の形状が上部電極20の中央部から2n個の梁が輻射状に延出し2n回対称の回転対称体となるように上部電極20を形成することを特徴としている。
以下に具体的に説明する。
The method for manufacturing a vibrator according to the present embodiment reduces or eliminates the unevenness formed on the
The method for manufacturing a vibrator according to the present embodiment includes a step of laminating the
This will be specifically described below.
図5(a):まず、実施形態2と同様に、図4(c)に示す第1層形成工程までを進める。次に、下部電極10(第1下部電極11、第2下部電極12)、配線11a,12a(図1(a)参照)を覆うように第1犠牲層8を積層する。第1犠牲層8は、第1導電体層4に対するパターニングでできた段差(凹凸)を埋めるための犠牲層であり、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)酸化膜で形成している。
FIG. 5A: First, similarly to the second embodiment, the process proceeds to the first layer forming step shown in FIG. Next, the first
図5(b):次に、第1犠牲層8を研削して第1導電体層4(下部電極10(第1下部電極11、第2下部電極12)、配線11a,12a)が露出するように平坦化する。研削は、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)などにより行なう。
なお、第1層形成工程以降の平坦化工程は、CVD酸化膜をCMPによって平坦化する方法に限定するものではなく、例えば、半導体プロセスで用いられる層間膜(IMD(Inter Metal Dielectric))としてのTEOS(Tetraethoxysilane)を用いて平坦化する方法であっても良い。
FIG. 5B: Next, the first
The flattening step after the first layer forming step is not limited to the method of flattening the CVD oxide film by CMP. For example, as the interlayer film (IMD (Inter Metal Dielectric)) used in the semiconductor process, A flattening method using TEOS (Tetraethoxysilane) may be used.
図5(c):次に、平坦化された面を覆うように第2犠牲層9を積層する。第2犠牲層9は、第1下部電極11および第2下部電極12と上部電極20との間隙を形成し、上部電極20を遊離させるための犠牲層であり、CVD(Chemical Vapor Deposition)酸化膜で形成している。積層された第2犠牲層9には、積層面が第1犠牲層8によって平坦化された結果として、実施形態2における犠牲層7のような凹凸(パターニングされた第1下部電極11と第2下部電極12などの段差による凹凸)が無い。
FIG. 5C: Next, the second
図5(d):次に、第2犠牲層9をフォトリソグラフィーによりパターニングし、第2下部電極12の一部が露出する開口部30を形成(図示省略)し、次に、第2層形成工程として、まず、第2犠牲層9および開口部30を覆うように第2導電体層5を積層する。
FIG. 5D: Next, the second
図5(e):第2層形成工程として、次に、第2導電体層5をフォトリソグラフィーによりパターニングして、上部電極20、および固定部23、支持部25(図示省略)を形成する。上部電極20は、図1(a)に示すように、基板1を平面視したときに第1下部電極11および第2下部電極12と重なる領域を有する電極として、自然数nにおいて、上部電極20の形状が上部電極20の中央部から2n個の梁が輻射状に延出し2n回対称の回転対称体となるように形成する。また、積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせる。
FIG. 5E: Next, as the second layer forming step, the
図5(f):次に、基板1をエッチング液に晒し、犠牲層(第1犠牲層8および第2犠牲層9)をエッチング除去する。
以上によりMEMS振動子100が形成される。
FIG. 5F: Next, the
Thus, the
以上述べたように、本実施形態による振動子の製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
下部電極10(第1下部電極11、第2下部電極12)、配線11a,12aを覆うように積層された第1犠牲層8は、研削され平坦化された面が形成される。上部電極20は、この平坦化された面に積層される第2犠牲層9に積層して形成されるため、下部電極10の影響を受けることなく、凹凸が抑制された形状で形成される。また、振動体としての上部電極20は、中央部が支持部25によって支えられ、その形状は、中央部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体の形状に形成される。すなわち、中央部から輻射状に延在する2n個の梁は、それぞれ凹凸が抑制された同様の形状に形成され、また回転対称体として等間隔に配置される。また、振動体としての上部電極20は、基板1を平面視したときに、基板1の主面上に設けられた第1下部電極11と重なる領域を有して形成される。従って、本製造方法によって得られる振動子は、第1下部電極11と上部電極20との間に印加する交流電圧によって基板1の厚さ方向に振動する静電型の梁型振動子として構成することができる。
また、この構成において、例えば、互いに隣り合う梁の振動の位相を逆にすることにより、支持部25によって支えられる上部電極20の中央部は振動の節部として構成され、この振動の節部において振動体全体の振動が釣り合うため、支持部25に支えられた振動の節部からの振動漏れを抑制することができる。
従って、本実施形態による振動子の製造方法によれば、より小型化した場合であっても、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、より高性能の静電型の梁型振動子を提供することができる。
As described above, according to the method for manufacturing a vibrator according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The first
Further, in this configuration, for example, by reversing the vibration phases of the beams adjacent to each other, the central portion of the
Therefore, according to the method for manufacturing a vibrator according to the present embodiment, even when the size is further reduced, a decrease in vibration efficiency is suppressed, and a higher performance electrostatic beam in which vibration leakage is suppressed. A type resonator can be provided.
[発振器]
次いで、本発明の一実施形態に係る発振器としてのMEMS振動子100を適用した発振器200について、図6に基づき説明する。
[Oscillator]
Next, an
図6は、本発明の一実施形態に係るMEMS振動子100を備える発振器の構成の例を示す概略図である。発振器200は、MEMS振動子100、バイアス回路70、アンプ71,72などから構成される。
バイアス回路は、MEMS振動子100の配線11a,12aに接続され、MEMS振動子100に所定の電位がバイアスされた交流電圧を印加する回路である。
アンプ71は、バイアス回路と並列に、MEMS振動子100の配線11a,12aに接続される帰還増幅器である。帰還増幅することで、MEMS振動子100を発振器として構成している。
アンプ72は、発振波形を出力するバッファー増幅器である。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of an oscillator including the
The bias circuit is a circuit that is connected to the
The
The
本実施形態によれば、発振器として、より振動効率が高く、また、より小型化された振動子が活用されることにより、より高性能で小型の発振器を提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a smaller oscillator with higher performance by utilizing a vibrator having higher vibration efficiency and a smaller size as the oscillator.
[電子機器]
次いで、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのMEMS振動子100を適用した電子機器について、図7(a),(b)、図8に基づき説明する。
[Electronics]
Next, an electronic apparatus to which the
図7(a)は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1000を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子部品としてのMEMS振動子100が内蔵されている。
FIG. 7A is a perspective view schematically illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer as an electronic apparatus including an electronic component according to an embodiment of the present invention. In this figure, a
図7(b)は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1000が配置されている。このような携帯電話機1200には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品(タイミングデバイス)としてのMEMS振動子100が内蔵されている。
FIG. 7B is a perspective view schematically showing a configuration of a mobile phone (including PHS) as an electronic apparatus including the electronic component according to the embodiment of the present invention. In this figure, a
図8は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。デジタルスチールカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
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1000が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、表示部1000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1000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1308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、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター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1308に格納された撮像信号が、テレビモニター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、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品としてのMEMS振動子100が内蔵されている。
FIG. 8 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a digital still camera as an electronic apparatus including the electronic component according to the embodiment of the present invention. In this figure, connection with an external device is also simply shown. The
A
When the photographer confirms the subject image displayed on the
上述したように、電子機器として、より振動効率が高く、また、より小型化された振動子が活用されることにより、より高性能で小型の電子機器を提供することができる。 As described above, a higher-performance and smaller electronic device can be provided by utilizing a vibrator having higher vibration efficiency and a smaller size as the electronic device.
なお、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのMEMS振動子100は、図7(a)のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図7(b)の携帯電話機、図8のデジタルスチールカメラの他にも、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の電子機器に適用することができる。
The
[移動体]
次いで、本発明の一実施形態に係る振動子としてのMEMS振動子100を適用した移動体について、図9に基づき説明する。
図9は、MEMS振動子100を備える移動体としての自動車1400を概略的に示す斜視図である。自動車1400には本発明に係るMEMS振動子100を含んで構成されたジャイロセンサーが搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車1400には、タイヤ1401を制御する該ジャイロセンサーを内蔵した電子制御ユニット1402が搭載されている。また、他の例としては、MEMS振動子100は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、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)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
[Moving object]
Next, a moving body to which the
FIG. 9 is a perspective view schematically showing an
上述したように、移動体として、より振動効率が高く、また、より小型化された振動子が活用されることにより、より高性能でスペースユーティリティーに優れた移動体を提供することができる。 As described above, a moving body with higher vibration efficiency and superior space utility can be provided by using a vibrator having higher vibration efficiency and a smaller size as the moving body.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below. Here, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(変形例1)
図10(a)〜(c)は、変形例1に係る振動子として、上部電極のバリエーションの例を示す平面図である。
実施形態1では、図1(a)に示すように、上部電極20は、上部電極の中央部から延出する4つの梁によって十字形状を呈する振動体であるとして説明したが、この構成に限定するものではない。自然数nにおいて、振動の節部から2n個の梁が輻射状に延出し2n回対称の回転対称体となるように上部電極が形成されていれば良い。
(Modification 1)
10A to 10C are plan views illustrating examples of variations of the upper electrode as the vibrator according to the first modification.
In the first embodiment, as illustrated in FIG. 1A, the
図10(a)は、上部電極を円板状に構成した上部電極20aを示す例である。このような形状の上部電極であっても、下部電極のパターン形状によって上部電極に形成される凹凸が、4回対称の回転対称体となるように形成されていれば良い。互いに隣り合う梁の振動の位相が逆になるように振動する場合において、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、梁型振動子を提供することができる。
FIG. 10A shows an example of the
図10(b)は、自然数n=3の場合の上部電極20bを示す例である。このような形状の上部電極であっても、例えば、下部電極のパターン形状によって上部電極に形成される凹凸が、6回対称の回転対称体となるように形成されていれば良い。互いに隣り合う梁の振動の位相が逆になるように振動する場合において、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、梁型振動子を提供することができる。
FIG. 10B shows an example of the
図10(c)は、自然数n=4の場合の上部電極20cを示す例である。このような形状の上部電極であっても、例えば、下部電極のパターン形状によって上部電極に形成される凹凸が、8回対称の回転対称体となるように形成されていれば良い。互いに隣り合う梁の振動の位相が逆になるように振動する場合や、図10(c)に示すように互いに隣り合う2つの梁が1つの組として同相で振動し、また隣り合う組の振動の位相が逆になるように振動する場合において、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、梁型振動子を提供することができる。
FIG. 10C shows an example of the
(変形例2)
図11(a)〜(d)は、変形例2に係る振動子の製造方法を順に示す工程図である。
実施形態3では、第1犠牲層8を平坦化することにより、上部電極20に形成される凹凸を軽減あるいは無くすことを特徴としているとして説明したが、上部電極20に、下部電極10の凹凸に係わることのない、新たな凹凸を形成するものであっても良い。以下に具体的に説明する。
(Modification 2)
11A to 11D are process diagrams sequentially illustrating a method for manufacturing a vibrator according to the second modification.
In the third embodiment, it is described that the first
図11(a):まず、実施形態3と同様に、図5(e)に示す第2層形成工程までを進め上部電極20を形成する。
FIG. 11A: First, similarly to the third embodiment, the
図11(b),(c):次に、上部電極20および第2犠牲層9にレジスト50を塗布し、フォトグラフィーにより、上部電極20の新たな凹凸としての凹部を形成する領域をハーフエッチングする。
11 (b) and 11 (c): Next, a resist 50 is applied to the
図11(d):次に、基板1をエッチング液に晒し、犠牲層(第1犠牲層8および第2犠牲層9)をエッチング除去する。
FIG. 11D: Next, the
本変形例による製造方法では、ハーフエッチングにより、上部電極20の上部に新たな凹部51が形成される。この新たな凹部51は、上部電極20のスティフネスの分布をコントロールするもので、所望の位置に所望の形状、あるいは所望の深さの凹部51を形成することで、縦方向に振動する振動体としての上部電極の振動特性に所望の変化を与えることができる。例えば、実施形態3による製造方法によって、凹凸が抑制された上部電極の振動特性を改善する場合などに活用できる。
In the manufacturing method according to this modification, a new
1…基板、2…酸化膜、3…窒化膜、4…第1導電体層、5…第2導電体層、6…レジスト、7…犠牲層、8…第1犠牲層、9…第2犠牲層、10…下部電極、11…第1下部電極、11a,12a…配線、12…第2下部電極、20…上部電極、23…固定部、25…支持部、30…開口部、100…MEMS振動子。
DESCRIPTION OF
(実施形態2)
次に、実施形態2としての実施形態1に係る振動子(MEMS振動子100)の製造方
法について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位について
は、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図4(a)〜(g)は、MEMS振動子100の製造方法を順に示す工程図である。そ
れぞれの工程におけるMEMS振動子100の態様を、図1(a)のA−A断面図、およ
びC−C断面図で示している。
(Embodiment 2)
Next, a method for manufacturing the vibrator (MEMS vibrator 100) according to
4A to 4G are process diagrams sequentially illustrating a method for manufacturing the
Claims (9)
前記基板の主面上に設けられた固定部と、
前記固定部から延出する支持部と、
前記支持部によって前記基板から遊離し、振動の節部が支えられた振動体と、を備え、
前記振動体が、自然数nにおいて、前記振動の節部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体であることを特徴とする振動子。 A substrate,
A fixing portion provided on the main surface of the substrate;
A support portion extending from the fixed portion;
A vibration body that is separated from the substrate by the support portion and supported by vibration nodes;
The vibrator is a 2n-fold rotationally symmetric body having 2n beams extending radially from the vibration node at a natural number n.
前記基板の主面上に設けられた下部電極と、
前記基板の主面上に設けられた固定部と、
前記固定部から延出する支持部と、
前記支持部によって前記基板から遊離して支えられた上部電極と、を備え、
前記上部電極は、前記基板を平面視したときに、前記下部電極と重なる領域を有する振動体であり、
前記支持部は、前記振動体としての前記上部電極が有する振動の節部を支え、
前記上部電極は、自然数nにおいて、前記振動の節部から輻射状に延在する2n個の梁を有する2n回対称の回転対称体であることを特徴とする振動子。 A substrate,
A lower electrode provided on the main surface of the substrate;
A fixing portion provided on the main surface of the substrate;
A support portion extending from the fixed portion;
An upper electrode supported by the support portion so as to be separated from the substrate,
The upper electrode is a vibrating body having a region overlapping the lower electrode when the substrate is viewed in plan view,
The support portion supports a vibration node included in the upper electrode as the vibrating body,
The vibrator is characterized in that the upper electrode is a 2n-fold rotationally symmetric body having 2n beams extending radially from the vibration node at a natural number n.
前記第1導電体層を成形して下部電極を形成する第1層形成工程と、
前記下部電極を覆うように犠牲層を積層する工程と、
前記犠牲層を成形して、前記下部電極の少なくとも一部が露出する開口部を形成する工程と、
前記犠牲層および前記開口部を覆うように第2導電体層を積層する工程と、
前記第2導電体層を成形して、前記基板を平面視したときに前記下部電極と重なる領域を有する振動体としての上部電極と、前記開口部と重なる領域を有する固定部と、前記固定部から延出し前記上部電極の中央部に連接する支持部と、を形成する第2層形成工程と、
前記犠牲層をエッチング除去する工程と、を含み、
前記第2層形成工程では、自然数nにおいて、前記上部電極の形状が前記上部電極の中央部から2n個の梁が輻射状に延出し2n回対称の回転対称体となるように前記上部電極を形成し、
前記第1層形成工程では、前記第2層形成工程の後に前記基板を平面視したときに、前記上部電極と重なる前記下部電極の領域が2n回対称の回転対称となるように予め前記下部電極を形成しておくことを特徴とする振動子の製造方法。 Laminating a first conductor layer on the main surface of the substrate;
A first layer forming step of forming the lower electrode by forming the first conductor layer;
Laminating a sacrificial layer so as to cover the lower electrode;
Forming the sacrificial layer to form an opening exposing at least a portion of the lower electrode;
Laminating a second conductor layer so as to cover the sacrificial layer and the opening;
An upper electrode as a vibrating body having a region overlapping with the lower electrode when the second conductor layer is formed and the substrate is viewed in plan, a fixing portion having a region overlapping with the opening, and the fixing portion A second layer forming step of forming a support portion extending from the center portion of the upper electrode and connected to the center portion;
Etching away the sacrificial layer,
In the second layer forming step, at the natural number n, the upper electrode is shaped so that 2n beams radiate from the central portion of the upper electrode and become a 2n-fold rotationally symmetric body. Forming,
In the first layer forming step, when the substrate is viewed in plan after the second layer forming step, the lower electrode is preliminarily set so that the region of the lower electrode overlapping the upper electrode has a rotational symmetry of 2n times symmetry. A method for manufacturing a vibrator, characterized by comprising:
前記第1導電体層を成形して下部電極を形成する第1層形成工程と、
前記下部電極を覆うように第1犠牲層を積層する工程と、
前記第1犠牲層を研削して前記下部電極が露出するように平坦化する工程と、
平坦化された前記下部電極、および前記第1犠牲層で構成された面を覆うように第2犠牲層を積層する工程と、
前記第2犠牲層を成形して、前記下部電極の少なくとも一部が露出する開口部を形成する工程と、
前記第2犠牲層および前記開口部を覆うように第2導電体層を積層する工程と、
前記第2導電体層を成形して、前記基板を平面視したときに前記下部電極と重なる領域を有する振動体としての上部電極と、前記開口部と重なる領域を有する固定部と、前記固定部から延出し前記上部電極の中央部に連接する支持部と、を形成する第2層形成工程と、
前記第1犠牲層および前記第2犠牲層をエッチング除去する工程と、を含み、
前記第2層形成工程では、自然数nにおいて、前記上部電極の形状が前記上部電極の中央部から2n個の梁が輻射状に延出し2n回対称の回転対称体となるように前記上部電極を形成することを特徴とする振動子の製造方法。 Laminating a first conductor layer on the main surface of the substrate;
A first layer forming step of forming the lower electrode by forming the first conductor layer;
Laminating a first sacrificial layer so as to cover the lower electrode;
Grinding the first sacrificial layer and planarizing so that the lower electrode is exposed;
Laminating a second sacrificial layer so as to cover the planarized lower electrode and the surface composed of the first sacrificial layer;
Forming the second sacrificial layer to form an opening exposing at least a portion of the lower electrode;
Laminating a second conductor layer to cover the second sacrificial layer and the opening;
An upper electrode as a vibrating body having a region overlapping with the lower electrode when the second conductor layer is formed and the substrate is viewed in plan, a fixing portion having a region overlapping with the opening, and the fixing portion A second layer forming step of forming a support portion extending from the center portion of the upper electrode and connected to the center portion;
Etching away the first sacrificial layer and the second sacrificial layer,
In the second layer forming step, at the natural number n, the upper electrode is shaped so that 2n beams radiate from the central portion of the upper electrode and become a 2n-fold rotationally symmetric body. A method for manufacturing a vibrator, comprising: forming the vibrator.
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