JP2014192864A - 振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板及び電極を備えた静電駆動型の振動子を製造するにあたって、これら振動板と電極とを近接させながら、良好な周波数温度特性を持つ振動子を製造する。
【解決手段】振動板１０に貫通口１１を形成して、当該貫通口１１にシリコンと酸素とからなる補助膜１２を埋め込む。また、この補助膜１２について、犠牲膜のウエットエッチング時に当該補助膜１２が膜減りする膜厚分を見越して、予め振動板１０の上下面よりも上下方向に各々突出させる。そして、犠牲膜のエッチングを行う時、補助膜１２の上下端についても同時にエッチングを行い、振動板１０の上下面と補助膜１２の上下面とを互いに揃える。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動板及びこの振動板の周囲に配置された電極を備えた振動子の製造方法に関する。

静電駆動型の振動子として、例えばディスク（円板）状の振動板と、この振動板を振動させるための電極とをベース基板上に配置したディスクレゾネータが知られている。この振動子を製造するにあたっては、例えば振動板や電極を構成するポリシリコン（Ｓｉ）膜と、犠牲膜をなす酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜と、を交互に積層しながらドライエッチングを行う手法である、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）法が用いられる。そして、成膜処理やドライエッチング処理が終了した後、例えばフッ酸（ＨＦ）水溶液などを用いて犠牲膜のウエットエッチングを行うことにより、振動板と電極とが互いに離間すると共に、振動板がベース基板から浮いた状態で支持される。このような振動子について、できるだけ低い電圧でも駆動するように構成する場合には、即ち電極と振動板との間で静電結合が起こりやすくするためには、これら電極と振動板とをなるべく近接させることが好ましい。

ところで、既述の振動板を構成するポリシリコンは、温度変化に対する周波数変動が２０〜４０ｐｐｍ／℃程度であり、従ってポリシリコンによって振動板を構成すると、振動子が置かれる雰囲気の温度に応じて周波数特性がばらつきやすくなってしまう。そこで、振動板を構成するにあたって、酸化シリコンを周波数変動緩和用の補助膜として当該振動板に組み合わせることが検討されている。即ち、酸化シリコンは、ポリシリコンの温度特性を相殺するような温度特性を持っており、具体的には温度変化に応じてポリシリコンの周波数が上がる時には周波数が下がり、一方ポリシリコンの周波数が下がる時には周波数が上がる特性となっている。

しかしながら、例えば既述のウエットエッチングを行った後、振動板の表面に酸化シリコンからなる補助膜を形成すると、当該補助膜の分だけ電極と振動板とを予め離間させておく必要があるので、低電圧駆動型の振動子を構成しにくくなってしまう。一方、ポリシリコン膜や犠牲膜の成膜処理及びドライエッチング処理が完了する前に補助膜を形成すると、その後のウエットエッチングにおいて当該補助膜の全体あるいは一部が除去されてしまう。そして、高さ方向における補助膜の膜厚寸法がばらつくと、横方向に振動する振動板では、当該振動板の内部における振動が不均一になってしまうおそれがある。
一方、フッ酸に対しては溶解性を持たずに、且つポリシリコンが溶解しない溶剤にて除去できる材料（例えばゲルマン（Ｇｅ）など）を既述の犠牲膜として用いる場合には、材料コストが嵩んでしまう。

特許文献１には、シリコン酸化膜を振動部に形成する技術について記載されている。特許文献２には、機械部品をＭＥＭＳ法により形成するにあたって、溝３をＳｉＮやＳｉＯ2などの固定材料によって埋める技術について記載されている。特許文献３には、イソプロピルアルコールで希釈したＨＦ溶液にてＳｒＴｉＯ3をエッチングする技術について記載されており、また特許文献４、５にはこのような溶液を用いてエッチングした時のＮＳＧ膜とＢＰＳＧ膜とのエッチングレートが異なることについて記載されている。しかしながら、これら特許文献１〜５では、既述の課題については検討されていない。

特開２０１０−３５１４４（段落００７０） 特開２００９−１６０７２８（段落００３４） 特開平７−１２２７９１ 特開２００２−３５３４４３（段落００３０〜００３１） 特開２０１１−２２８３３８（段落００７６〜００７７）

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動板及び電極を備えた静電駆動型の振動子を製造するにあたって、これら振動板と電極とを互いに近接させながら、良好な周波数温度特性を持つ振動子を製造する方法を提供することにある。

本発明の振動子の製造方法は、
振動板とこの振動板を振動させるための電極を備えた振動子を製造する方法において、
シリコン及び酸素を含む第１の犠牲膜と、シリコンを含む導電膜と、シリコン及び酸素を含む第２の犠牲膜と、をベース基板上に下側からこの順番で積層する工程と、
前記導電膜及び前記第２の犠牲膜を貫通すると共に前記第１の犠牲膜の膜厚方向における少なくとも途中部位まで到達する貫通口を形成する工程と、
シリコン及び酸素を含む温度特性調整用の補助膜を、前記貫通口における下端位置から上端位置までに亘って埋め込む工程と、
前記導電膜及び前記第２の犠牲膜に対して、平面で見た時に前記振動板の形状となるようにパターニングする工程と、
次いで、前記第２の犠牲膜の上層側に、シリコン及び酸素を含む第３の犠牲膜と、導電膜からなる電極形成用導電膜と、を下側からこの順番で積層すると共に、振動板の外側の領域に電極が形成されるように前記電極形成用導電膜に対してパターニングを行う工程と、
しかる後、フッ化水素を含むエッチング用流体を用いて、前記振動板における前記貫通口の内部の前記補助膜を残しながら、前記補助膜の上端部、前記補助膜の下端部、前記第１の犠牲膜、前記第２の犠牲膜及び前記第３の犠牲膜をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする。

前記貫通口の底面の高さ位置は、前記エッチングする工程を行った時、前記振動板の下面と前記貫通口の内部における前記補助膜の下端位置とが互いに揃うように、当該エッチングする工程において前記補助膜の下端部がエッチングされる膜厚寸法の分だけ前記振動板の下面よりも下方側に離間した位置に設定されることが好ましい。
前記第２の膜厚寸法は、前記エッチングする工程を行った時、前記振動板の上面と前記貫通口の内部における前記補助膜の上端位置とが互いに揃うように、当該エッチングする工程において前記補助膜の上端部がエッチングされる膜厚寸法と同じ寸法に設定されることが好ましい。

前記埋め込む工程は、シリコンを含む処理ガス及び当該処理ガスを酸化する酸化ガスを第２の犠牲膜の表層側に供給することにより、前記貫通口の内部及び当該第２の犠牲膜の表面に前記補助膜を形成する工程であり、
前記埋め込む工程に続いて、前記第２の犠牲膜の表面に形成された余剰の前記補助膜と、当該第２の犠牲膜の上層部とをエッチングして、前記振動板の上端位置よりも上方側に突出する前記補助膜の高さ寸法を調整する工程であっても良い。
前記高さ寸法を調整する工程は、前記エッチングする工程を行った時、前記振動板の上面と前記貫通口の内部における前記補助膜の上端位置とが互いに揃うように、当該エッチングする工程において前記補助膜の上端部がエッチングされる膜厚寸法の分だけ前記補助膜の上端部を前記振動板の上方側に突出させる工程であっても良い。

前記第１の犠牲膜、前記第２の犠牲膜及び前記第３の犠牲膜は、シリコン及び酸素に加えて、ホウ素、リン、酸化ナトリウム、酸化カリウム及び酸化カルシウムの少なくとも一方を各々含み、
前記補助膜は、シリコン及び酸素からなる酸化シリコン膜であっても良い。前記エッチング用流体を用いた時の前記第１の犠牲膜のエッチング速度は、前記補助膜のエッチング速度の５０倍以上となるように、当該エッチング流体の組成及び前記第１の犠牲膜の組成の少なくとも一方が設定されていても良い。

本発明は、シリコン及び酸素を含む犠牲膜を利用して、シリコンを含む導電膜からなる振動板とこの振動板を振動させるための電極とを形成するにあたって、振動板を上下に貫通する貫通口を形成して、この貫通口にシリコンと酸素とからなる補助膜を埋め込んでいる。そして、この補助膜について、犠牲膜のエッチング時に当該補助膜が膜減りする膜厚分を見越して、予め振動板の上下面よりも上下方向に各々突出するようにしている。そのため、犠牲膜のエッチングが終了した時であっても、貫通口の内部に補助膜を残すことができる。従って、振動子の製造工程の途中で補助膜を形成できるので、振動板と電極との間に補助膜を介在させる必要がない。そのため、振動板と電極とを近接させることができると共に、シリコンを含む振動板に酸化シリコン膜からなる補助膜を組み合わせることによって、良好な周波数温度特性を持つ振動子を得ることができる。

本発明の振動子の一例を示す斜視図である。 前記振動子を示す平面図である。 前記振動子を示す縦断面図である。 前記振動子を支持する支持部を拡大して示す斜視図である。 前記振動子の一部を拡大して示す縦断面図である。 前記振動子の製造方法を示す斜視図である。 前記振動子の製造方法を示す斜視図である。 前記振動子の製造方法を示す斜視図である。 前記振動子の製造方法を示す縦断面図である。 前記振動子の製造方法を示す縦断面図である。 前記振動子の製造方法を示す縦断面図である。 前記振動子の製造方法を示す縦断面図である。 前記振動子の製造方法を示す縦断面図である。 前記振動子の製造方法を示す斜視図である。 前記振動子の製造方法を示す斜視図である。 前記振動子の製造方法を示す斜視図である。 前記振動子の製造方法を示す斜視図である。 前記振動子の製造方法を示す斜視図である。 本発明にて得られた実験結果を示す特性図である。 本発明にて得られた実験結果を示す特性図である。 前記振動子の他の例を示す平面図である。 前記振動子の更に他の例を示す平面図である。 前記振動子の別の例を示す平面図である。 前記振動子の更に他の例を示す平面図である。 前記振動子の他の例を示す平面図である。 前記振動子の他の例を示す斜視図である。

本発明に係る振動子の製造方法の実施の形態の一例について、図１〜図１８を参照して説明する。始めに振動子の構成について簡単に説明すると、この振動子は、図１〜図３に示すように、ディスク（円板）状の振動板１０と、振動板１０の周方向に沿って配置された複数例えば４つの電極２０とを備えている。この振動子は、振動板１０と電極２０との間において、静電結合を介して信号の授受を行うように構成されている。そして、この振動子は、前記静電結合が起こりやすいように振動板１０と電極２０とを互いに近接配置しながら、良好な周波数温度特性が得られるように構成されている。続いて、この振動子の具体的な概観について説明する。尚、図１中１はベース基板、３は酸化シリコン（Ｓｉ−Ｏ）膜、４は窒化シリコン（Ｓｉ−Ｎ）膜である。また、図３は、図２におけるＡ−Ａ線にて振動子を鉛直方向に切断した様子を示している。

振動板１０の外周側には、当該振動板１０をベース基板１（詳しくは後述の第１のポリシリコン膜４１）から浮いた状態で支持するための支持部３０が設けられており、この支持部３０は、互いに隣接する電極２０、２０間に各々設けられている。支持部３０の各々は、図４に示すように、振動板１０の外周面から外周側に向かって水平に伸び出す支持梁３１と、この支持梁３１における先端部を上下に貫通して嵌合するように配置された支持柱３３とを備えている。

これら振動板１０、支持部３０及び電極２０と、窒化シリコン膜４との間には、振動板１０、電極２０及び支持部３０の形状に対応するようにパターニングされた導電膜５が形成されており、支持部３０の各々は、この導電膜５によって支持されている。また、各電極２０についても、この導電膜５に支持されている。４つの支持部３０のうち一の支持部３０の下方側における導電膜５には、図１及び図２に示すように、外周側に向かって伸びる引き出し電極６の一端側が接続されている。この引き出し電極６の他端側は、振動板１０を振動させる時に、当該振動板１０に直流のバイアス電圧を印加するためのポートをなしている。

振動板１０の上方側には、４つの電極２０のうち互いに対向する２つの電極２０、２０同士を接続するための梁部１０ａが配置されており、図２ではこの梁部１０ａの一部を切り欠いて一点鎖線で示している。図２中２４及び２５は夫々入力ポート及び出力ポートであり、２３は導電路である。また、４つの電極２０のうち、入力ポート２４に接続される電極２０には符号「２１」を付すと共に、出力ポート２５に接続される電極２０には符号「２２」を付す場合がある。

振動板１０は、円板状となるように形成されており、ポリシリコン（詳しくはポリシリコンにリンなどの不純物をドープした化合物）からなる導電膜により構成されている。そして、振動板１０には、図１〜図３に示すように、当該振動板１０を上下に貫通する貫通口１１が複数箇所例えば４箇所に形成されており、各々の貫通口１１には、シリコンと酸素とからなる温度特性調整用の補助膜１２が埋め込まれている。具体的には、各々の補助膜１２（貫通口１１）は、図２に示すように、平面で見た時に振動板１０の外縁に沿うように円弧状に形成されると共に、当該振動板１０の周方向に沿って互いに等間隔に離間するように配置されている。

この例では、各々の補助膜１２は、平面で見た時における振動板１０の中心位置Ｏと各支持部３０との間の領域を避けるように、即ち各電極２０に対向するように配置されている。そして、図３に示すように、振動板１０の半径方向における補助膜１２の幅寸法ｔは、例えば０．５μｍ〜２．０μｍとなっている。幅寸法ｔをこのような範囲に設定した理由については、後で説明する。

ここで、振動板１０の上面の高さ位置と、各補助膜１２の上面の高さ位置とは、互いに揃っている。また、振動板１０の下面の高さ位置と、各補助膜１２の下面の高さ位置とについても、互いに揃っている。この「揃っている」とは、具体的には以下の範囲を指している。即ち、図５に示すように、例えばベース基板１側から見た時における補助膜１２の上面の高さレベル及び補助膜１２の下面の高さレベルを夫々「Ｌ１」及び「Ｌ２」とする。また、同様にベース基板１側から見た時における振動板１０の上面の高さレベル及び振動板１０の下面の高さレベルを夫々「Ｌ３」及び「Ｌ４」とする。

そして、前記「揃っている」とは、高さレベルＬ１、Ｌ３の差Δｔ１（Ｌ１−Ｌ３）について、振動板１０の厚み寸法の１／３以下となっていることを言う。また、高さレベルＬ２、Ｌ４の差Δｔ２（Ｌ４−Ｌ２）についても同様に、「揃っている」とは振動板１０の厚み寸法の１／３以下となっていることを意味している。尚、既述の図５は、これら差Δｔ１、Δｔ２の定義について説明するために、補助膜１２の上端部及び下端部を振動板１０の上下面よりも大きく突出させて描画している。

このような形状の補助膜１２を形成する手法について、図６〜図１８を参照して以下に説明する。始めに、図６に示すように、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、酸化シリコン膜３及び窒化シリコン膜４を下側からこの順番でベース基板１上に積層する。

次いで、窒化シリコン膜４の上層側に、多結晶シリコンからなる第１のポリシリコン膜４１を成膜すると共に、この第１のポリシリコン膜４１にリンを拡散させる。そして、図７に示すように、第１のポリシリコン膜４１に対して、振動板１０、支持部３０、電極２０及び引き出し電極６の形状に対応するように、フォトリソグラフィー法によりパターニングする。この第１のポリシリコン膜４１は、既述の導電膜５をなす。尚、この実施の形態では、ベース基板１上に縦横に多数形成される振動子のうちある一つの振動子について説明している。

続いて、第１のポリシリコン膜４１の上層側に、第１の犠牲膜６１、多結晶シリコンからなる第２のポリシリコン膜（詳しくは多結晶シリコン膜を形成した後リンをドープさせた導電膜）４２及び第２の犠牲膜６２を下側からこの順番で例えばＣＶＤ法により積層する。これら犠牲膜６１、６２は、シリコン及び酸素に加えて、リンやホウ素などの不純物を含んだ酸化シリコン膜となっている。即ち、これら犠牲膜６１、６２は、ＣＶＤ法により酸化シリコン膜を成膜する際に、前記不純物をドープした薄膜となっている。これら犠牲膜６１、６２の膜厚寸法は、例えば各々１μｍとなっている。尚、犠牲膜６１、６２に不純物をドープした後、アニール処理を行っても良い。

そして、図８に示すように、第２の犠牲膜６２の上層側にフォトレジストマスク７１を形成すると共に、このフォトレジストマスク７１に対して、貫通口１１に対応するパターンを形成する。次いで、フォトレジストマスク７１を介して、使用するエッチング用ガスを種々変えながら、図９に示すように、第２の犠牲膜６２、第２のポリシリコン膜４２及び第１の犠牲膜６１に対して、貫通口１１を形成する。この貫通口１１は、図９の下側に拡大して示すように、第１の犠牲膜６１の膜厚方向における途中部位までに亘って形成されている。この貫通口１１の深さ位置について一例を挙げると、第１の犠牲膜６１の上面（第２のポリシリコン膜４２の下面）と貫通口１１の底面との間の寸法ｄ１は例えば０μｍ〜１．０μｍである。尚、図８では、振動板１０や支持部３０が形成される領域を一点鎖線にて描画している。

次いで、フォトレジストマスク７１を除去した後、貫通口１１の内部を含む第２の犠牲膜６２の表面に、ＣＶＤ法により酸化シリコン膜からなる薄膜１３を成膜する。具体的には、シリコンを含む有機系の処理ガスと当該処理ガスを酸化するための酸化ガスとを第２の犠牲膜６２の表面に供給する。これら処理ガス及び酸化ガスが第２の犠牲膜６２などの露出面に接触することにより、図１０に示すように、貫通口１１の内壁面、底面及び第２の犠牲膜６２の表面に沿って、前記薄膜１３が形成されていく。そして、この薄膜１３の成膜を続けると、図１１に示すように、当該薄膜１３の膜厚が増加することに伴って、貫通口１１の開口面積が次第に減少していく。こうして薄膜１３により貫通口１１が埋められて補助膜１２が形成されると共に、図１２にも示すように、第２の犠牲膜６２の表面にも薄膜１３が成膜される。この薄膜１３の膜厚寸法は、例えば１μｍである。

続いて、図１３に示すように、ドライエッチングにより、第２の犠牲膜６２の表面に形成された余分な薄膜１３と、当該第２の犠牲膜６２の上層部分と、を除去して全面エッチバックを行う。具体的には、酸化シリコン膜のエッチング用ガス（例えばＣ−Ｆ系のガス）を用いて薄膜１３のエッチングを行って第２の犠牲膜６２を露出させる。その後、同条件にて第２の犠牲膜６２の残膜が膜厚寸法ｄ２となるまで当該第２の犠牲膜６２をエッチングする。ドライエッチングにおいては、これら第２の犠牲膜６２と薄膜１３とのエッチングレートの差が僅かであるため、第２の犠牲膜６２の上端面と薄膜１３の上端面とはほぼ平坦になる。こうして既述の図１３に示す積層体が得られる。このような全面エッチバックの手法としては、ドライエッチングに代えて、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｃｉｎｇ）を行うことにより、第２の犠牲膜６２の上端面と薄膜１３の上端面とを互いに揃えても良い。

以上のエッチング工程を経た後における第２の犠牲膜６２の膜厚寸法ｄ２は、例えば０μｍ〜１．０μｍとなる。言い換えると、補助膜１２は、前記膜厚寸法ｄ２の分だけ、第２のポリシリコン膜４２の上面から突出することになる。その後、図１４に示すように、第２の犠牲膜６２及び第２のポリシリコン膜４２に対して、振動板１０及び支持部３０の形状に対応するようにパターニングする。尚、図１４中３２は支持梁３１の先端部において支持柱３３が貫挿される開口部である。また、図１２や図１３では、第２の犠牲膜６２の膜厚寸法ｄ２について、誇張して描画している。

次いで、以上の工程において形成された第２の犠牲膜６２及び第２のポリシリコン膜４２からなる構造体を覆うように、酸化シリコンからなる第３の犠牲膜６３を成膜する。第３の犠牲膜６３は、振動板１０と電極２０との間の離間寸法と同じ膜厚寸法となるように形成される。この第３の犠牲膜６３については、不純物を含むシリコン酸化膜であっても良いが、膜厚寸法が薄いため、不純物を含有させなくても良い。即ち、後述するように、振動子の形成後に行うウエットエッチングでは、薄膜１３と比べて犠牲膜６１〜６３がエッチングされやすくなるようにしている。具体的には、犠牲膜６１、６２については、不純物をドープしている。一方、第３の犠牲膜６３については、既述のように膜厚寸法が薄いので、不純物をドープしなくても速やかにエッチングされ、また不純物をドープした場合には更に速やかにエッチングされる。続いて、開口部３２の下方側及び電極２０の下方側における導電膜５（第１のポリシリコン膜４１）が露出するように、犠牲膜６１、６３をパターニングする。

そして、図１５に示すように、以上の各工程でベース基板１上に形成された構造体を覆うように、多結晶シリコンからなる第３のポリシリコン膜４３を電極形成用導電膜として成膜して、第３のポリシリコン膜４３にリンをドープする。この第３のポリシリコン膜４３は、既述の開口部３２の内部領域などの露出面に沿うように形成される。従って、第３のポリシリコン膜４３と開口部３２の下方側の導電膜５及び電極２０の下方側の導電膜５とが各々互いに接触（導通）すると共に、開口部３２の内壁面を介して第３のポリシリコン膜４３と振動板１０（第２のポリシリコン膜４２）とについても互いに接触する。そして、振動板１０の側周面に対向する第３のポリシリコン膜４３は、当該側周面に対して第３の犠牲膜６３の膜厚寸法の分だけ離間する。

しかる後、電極２０、支持柱３３及び梁部１０ａ以外の領域が開口する図示しないレジスト膜を形成して、図１６に示すように、第３のポリシリコン膜４３をドライエッチングする。続いて、例えばフッ化水素水溶液などのエッチング液（エッチング流体）に、ベース基板１上に形成された構造体を当該ベース基板１と共に浸漬すると、このエッチング液が第３のポリシリコン膜４３の下方側や支持梁３１の周囲に回り込んでいく。

ここで、犠牲膜６１〜６２は、既述のようにリンなどの不純物を含有した酸化シリコン膜（ＰＳＧ：リンドープシリケートガラス）であり、後述の図１９に示すように、前記エッチング液に溶解しやすい。また、第３の犠牲膜６３については、不純物を含有している場合には同様にエッチング液に溶解しやすくなり、不純物を含有していない場合であっても、既述のように膜厚寸法が薄いため、速やかにエッチングされる。一方、補助膜１２についてはこのような不純物を含有しておらず、即ちシリコンと酸素とからなる酸化シリコン膜（ＮＳＧ：ノンドープシリケートガラス）となっているため、図１９からも分かるように、前記エッチング液に対する溶解速度（エッチングレート）は、犠牲膜６１〜６２のエッチングレートの例えば１／４０程度以下となっている。尚、図１９における「ＢＳＧ」は、ホウ素をドープした酸化シリコン膜（ボロンドープシリケートガラス）を表している。また、図１９では、「ＰＳＧ」の２つのデータのうち、右側のデータでは左側のデータよりもリンの含有量が多くなっている。

従って、前記構造体をエッチング液に浸漬すると、例えば振動板１０の上方側の領域においては、図１７に示すように、補助膜１２と比べて犠牲膜６２、６３が速やかにエッチングされていく。また、振動板１０の下方側の領域についても、補助膜１２よりも犠牲膜６１〜６３が優先的にエッチングされる。そして、これら犠牲膜６１〜６３がエッチングされる間に、図１８に示すように、振動板１０から上下に突出している補助膜１２の上端部及び下端部がエッチングされて、振動板１０の上下面と補助膜１２の上下面とが互いに揃う。

言い換えると、本発明では、犠牲膜６１〜６３のウエットエッチングに要する時間を予め実験などによって求めておき、このエッチング時間で補助膜１２の上端部及び下端部が除去されるように、各寸法ｄ１、ｄ２を設定している。従って、以上のウエットエッチングにより、既述の図１〜図３に示したように、犠牲膜６１〜６３が除去されて振動子が形成される。

具体的な寸法ｄ１、ｄ２の一例について以下に説明する。半径寸法が３０μｍの振動板１０を形成する場合、フッ化水溶液に対するエッチングレートが以下の表に示す値を取る化合物を夫々各犠牲膜６１〜６３として用いたものとする。また、補助膜１２として用いた化合物のエッチングレートについても以下の表に示す。尚、これらエッチングレートは一例であり、不純物の含有量やアニール（熱処理）の状態更には用いるフッ化水溶液の濃度や組成などによって種々変わる。
（表）

この例の場合には、既述の膜厚寸法（１μｍ）の第１の犠牲膜６１を除去（ウエットエッチング）するためには１２．５分要することが分かる。従って、マージンを含めて、各犠牲膜６１〜６３の除去には１３分を充てることにする。そして、補助膜１２は１３分では７８０ｎｍエッチングされるため、既述の寸法ｄ１、ｄ２については７８０ｎｍに設定すれば良いことが分かる。

以上の成膜工程及びエッチング（ドライエッチング及びウエットエッチング）工程を経ることにより、第３の犠牲膜６３の膜厚寸法の分（例えば０．０１〜１．０μｍこの例では０．１μｍ）だけ、振動板１０と電極２０とが互いに離間すると共に、振動板１０は、第１のポリシリコン膜４１から浮いた状態となって支持部３０を介して支持される。梁部１０ａについては、第２の犠牲膜６２及び第３の犠牲膜６３の膜厚分だけ振動板１０から浮いた状態となる。その後、封止を行い、各振動子を区画するダイシングラインに沿ってベース基板１を切断することにより、各々の振動子が個片化される。

この振動子では、出力信号が出力されている間に、振動子が置かれている雰囲気の温度が変化したとしても、振動板１０の発振周波数は、ほとんど変化しない。即ち、背景の項にて既に説明したように、シリコンと酸化シリコンとは、互いに相殺するような周波数温度特性を持っている。そして、既述のように、シリコンからなる振動板１０に、酸化シリコンからなる補助膜１２を埋め込んでいる。従って、振動子の外部の温度変化に応じて振動板１０の発振周波数が高くなろうとしても、補助膜１２の発振周波数が低くなる。一方、振動板１０の発振周波数が低くなろうとしても、補助膜１２の発振周波数は高くなる。こうして振動板１０と補助膜１２とからなる構成の発振周波数は、外部の温度変化に寄らずにほぼ一定の値となる。

上述の実施の形態によれば、酸化シリコン膜を犠牲膜６１〜６３として利用しながら、シリコン（多結晶シリコン）によって振動板１０を形成するにあたって、この振動板１０に貫通口１１を形成して、当該貫通口１１にシリコンと酸素とからなる補助膜１２を埋め込んでいる。そして、この補助膜１２について、犠牲膜６１〜６３のウエットエッチング時に当該補助膜１２が膜減りする膜厚分を見越して、予め振動板１０の上下面よりも上下方向に各々突出するようにしている。そのため、犠牲膜６１〜６３のエッチングが終了した時、振動板１０の上下面と補助膜１２の上下面とを互いに揃えることができる。言い換えると、振動板１０よりも上下に補助膜１２を突出させておかないと、その後のウエットエッチングによって当該補助膜１２が上下両側から浸食されていき、貫通口１１内に補助膜１２が残らないか、あるいは補助膜１２が残ったとしても温度特性の補正の効果が不十分になってしまう。

一方、振動板１０よりも上下に補助膜１２を突出させておくことにより、ウエットエッチングを経た後においても、貫通口１１の内部に補助膜１２を残すことができる。従って、振動子の製造工程の途中で補助膜１２を形成できるので、振動板１０と電極２０との間に補助膜１２を介在させる必要がない。そのため、振動板１０と電極２０とを互いに近接させて低電圧駆動型の振動子を構成しながら、シリコンからなる振動板１０に酸化シリコン膜からなる補助膜１２を組み合わせることによって、良好な周波数温度特性を持つ振動子を得ることができる。

また、犠牲膜６１〜６２については不純物をドープすると共に、補助膜１２については不純物をドープせずに酸化シリコン膜として構成している。そのため、既述の図１９からも分かるように、犠牲膜６１〜６２のエッチングレートに比べて補助膜１２のエッチングレートを小さくできるので、振動板１０から上下に突出させる寸法ｄ１、ｄ２をそれ程大きく設定せずに済む。従って、振動板１０の上下に位置する犠牲膜６１、６２についてもそれ程膜厚を厚くしなくても済むので、犠牲膜６１、６２のエッチングが速やかに進行して、結果として振動子のスループットの向上に繋がる。犠牲膜６１〜６２にドープする不純物としては、図１９から分かるようにボロンと比べるとリンが好ましいが、犠牲膜６１、６２と補助膜１２との間におけるエッチングレートの差を大きくすることが目的であるため、リン及びボロンの両方をドープしても良い。また、不純物としては、これらリンやボロンに代えて、あるいはリンやボロンと共に、アルカリ、金属酸化物をドープしても良い。具体的には、これらアルカリや金属酸化物の一例を挙げると、Ｎａ_２Ｏ（酸化ナトリウム）、Ｋ_２Ｏ（酸化カリウム）、ＣａＯ（酸化カルシウム）等である。

既述の例とは異なる成分を含むＨＦ系エッチャントを用いた場合には、図２０に示すように、更にＰＳＧ（犠牲膜６１、６２）とＮＳＧ（補助膜１２）との選択比（エッチングレート比）を高くすることができる。従って、本発明は、犠牲膜６１、６２にドープする最適なドーパント（不純物）とエッチャントとの組み合わせを適宜選択することにより、共振子の寸法やデザインが異なるデバイスへも適用が可能である。尚、図２０における２つの「ＰＳＧ」のデータのうち右側のデータについては左側のデータよりもリンの含有量が多くなっている。

ここで、補助膜１２の幅寸法ｔを既述の範囲内に設定した理由について説明する。即ち、補助膜１２は、各犠牲膜６１〜６２よりもフッ化水素に対する溶解度が小さくなっている必要がある。従って、補助膜１２を形成するにあたって、リンなどの不純物が含まれないようにするだけでなく、当該補助膜１２が緻密な膜となるように成膜することが好ましい。

ＣＶＤ法では、既述の図１０及び図１１にて説明したように、貫通口１１の内壁面における薄膜１３が次第に厚膜化することによって、当該貫通口１１の内部が埋め込まれるプロセスを経る。従って、補助膜１２の幅寸法ｔ（貫通口１１の開口面積）が大きすぎると、成膜量及びエッチング量が共に大きくなるため、膜厚の均一性が悪くなるおそれがある。一方、前記幅寸法ｔが小さすぎると、酸化膜による温度特性の補正効果が十分に得られない可能性がある。従って、前記幅寸法ｔは、既述の範囲内に設定することが好ましい。

以上説明した振動子の他の例について、以下に列挙する。図２１は、支持部３０及び電極２０を各々２つずつ配置した例を示している。具体的には、支持部３０及び電極２０は、振動板１０を介して互いに対向するように各々配置されている。図２２は、補助膜１２（貫通口１１）を２箇所に配置した例を示している。これら補助膜１２は、既述の図２と同様に振動板１０の外周縁に沿うように円弧状に形成されると共に、４つの電極２０のうち電極２１、２１に各々対向する位置に配置されている。尚、図２２では、支持部３０や電極２０については各々４つずつ配置している。以降の図２３〜図２５についても同様である。

図２３は、補助膜１２について、既述の図２で示した配置位置に加えて、当該配置位置よりも内側に配置した例を示している。即ち、補助膜１２は、振動板１０の中心位置Ｏを中心とすると共に振動板１０の外縁寄りの位置に形成された円に沿って４箇所に配置されると共に、この円よりも中心位置Ｏ寄りの（半径寸法の短い）円に沿って４箇所に配置されている。そして、各々の補助膜１２は、各電極２０に対向する位置に配置されている。

図２４は、補助膜１２を振動板１０の外周縁に沿って形成することに代えて、振動板１０の半径方向に沿って複数箇所に放射状に配置した例を示している。補助膜１２は、この例では振動板１０の周方向に沿って等間隔に例えば８箇所に配置されている。

図２５は、補助膜１２をライン状に形成することに代えて、点（ホール）状に形成した例を示している。補助膜１２は、振動板１０の中心位置Ｏを中心とすると共に振動板１０の外縁よりの位置に形成された円に沿って複数箇所この例では１２箇所に形成されると共に、この円よりも内側の円に沿って複数箇所この例では６箇所に形成されている。補助膜１２の幅寸法ｔ（ホールの開口寸法）については、既述の例と同程度に設定されている。

図２６は、振動板１０を円板状に形成することに代えて、双音叉型となるように形成した例を示している。具体的には、ベース基板１上には、一対の支持部３０、３０が互いに対向するように配置されており、これら支持部３０、３０間には、これら支持部３０、３０間を接続するように角柱状に各々伸びる一対の振動板１０、１０が形成されている。これら振動板１０、１０は、互いに平行となるように支持部３０、３０によって両端部が各々支持されている。平面で見た時の振動板１０、１０の幅寸法は、例えば６μｍ程度となっている。各々の振動板１０には、当該振動板１０の長さ方向に沿うように補助膜１２（貫通口１１）が形成されている。振動板１０の伸びる方向を前後方向と呼ぶと、これら振動板１０、１０が配置された領域の左右両側には、電極２０が各々配置されている。

このような振動子では、電極２０、２０に入力信号を供給すると、各振動板１０が屈曲振動を起こし、具体的には振動板１０、１０同士が互いに近接する位置と、これら振動板１０、１０同士が互いに離間する位置と、の間で振動を起こす。尚、図２６では、支持部３０や振動子の下方側におけるベース基板１付近の膜構造については簡略化して描画している。

このように幅寸法の短い振動板１０を備えた振動子の場合には、平面で見た時の各犠牲膜６１〜６３の面積が比較的小さく、従ってウエットエッチングに要する時間も短くて済む。そのため、水で希釈したフッ化水素を用いる場合には、補助膜１２の膜減り量（寸法ｄ１、ｄ２）は８０ｎｍ以下となる。

ここで、振動子を製造した後（ウエットエッチングの後）における既述の差Δｔ１、Δｔ２の好ましい範囲について説明しておく。具体的には、差Δｔ１、Δｔ２がマイナスになっていると、即ち補助膜１２の上端部や下端部が振動板１０の内部に入り込んでいると、既述の説明から分かるように、当該補助膜１２による温度特性の調整作用が弱くなり、また上下方向における振動がばらついてしまうおそれがある。従って、差Δｔ１、Δｔ２については、ゼロあるいはプラスの値を取ることが好ましい。一方、振動子を製造した後に、補助膜１２が振動板１０よりも上下に大きく突出し過ぎていると、即ちこれら差Δｔ１、Δｔ２が大きなプラスの値を取っていると、振動板１０の振動を阻害するおそれが出てくる。従って、以上を纏めると、差Δｔ１、Δｔ２は、以下の範囲となっていることが好ましい。
０μｍ≦Δｔ１（Δｔ２）≦（振動板１０の厚み寸法の１／３）

また、貫通口１１を形成するにあたって、既述の図９からも分かるように、第１の犠牲膜６１の膜厚寸法によっては、第１のポリシリコン膜４１が露出するまで当該貫通口１１を深く形成しても良い。

既述の図１３では、振動板１０の上方側に突出する補助膜１２の寸法ｄ２を設定するにあたって、第２の犠牲膜６２の上方側に成膜された薄膜１３と共に当該第２の犠牲膜６２についてもエッチングしたが、予め第２の犠牲膜６２の膜厚寸法を寸法ｄ２に合わせ込んでおいても良い。この場合には、図１３の工程では、第２の犠牲膜６２の上方側の薄膜１３だけをエッチングしても良い。また、薄膜１３における第２の犠牲膜６２側（下層側）の領域についてはエッチングせずに残しておき、当該領域についても各犠牲膜６１〜６３のウエットエッチング時に除去するようにしても良い。

また、貫通口１１に補助膜１２を埋め込むにあたって、始めに当該貫通口１１を形成するためのフォトレジストマスク７１を除去したが、このフォトレジストマスク７１を除去する前に補助膜１２を埋め込んでも良い。この場合には、貫通口１１の内部と共にフォトレジストマスク７１の表面を覆うように薄膜１３を形成し、その後有機溶剤やアルカリ溶液を用いてフォトレジストマスク７１を除去することにより、第２の犠牲膜６２の上方側には薄膜１３からなる骨格構造が当該第２の犠牲膜６２から浮いた状態で形成される。しかる後、ウエットエッチングによるリフトオフを行って前記骨格構造を機械的に除去することにより、補助膜１２が貫通口１１の内部に残ることとなる。

１ ベース基板
１０ 振動板
１１ 貫通口
１２ 補助膜
２０〜２２ 電極
４１〜４３ ポリシリコン膜
６１〜６３ 犠牲膜

Claims (7)

1. 振動板とこの振動板を振動させるための電極を備えた振動子を製造する方法において、
   シリコン及び酸素を含む第１の犠牲膜と、シリコンを含む導電膜と、シリコン及び酸素を含む第２の犠牲膜と、をベース基板上に下側からこの順番で積層する工程と、
   前記導電膜及び前記第２の犠牲膜を貫通すると共に前記第１の犠牲膜の膜厚方向における少なくとも途中部位まで到達する貫通口を形成する工程と、
   シリコン及び酸素を含む温度特性調整用の補助膜を、前記貫通口における下端位置から上端位置までに亘って埋め込む工程と、
   前記導電膜及び前記第２の犠牲膜に対して、平面で見た時に前記振動板の形状となるようにパターニングする工程と、
   次いで、前記第２の犠牲膜の上層側に、シリコン及び酸素を含む第３の犠牲膜と、導電膜からなる電極形成用導電膜と、を下側からこの順番で積層すると共に、振動板の外側の領域に電極が形成されるように前記電極形成用導電膜に対してパターニングを行う工程と、
   しかる後、フッ化水素を含むエッチング用流体を用いて、前記振動板における前記貫通口の内部の前記補助膜を残しながら、前記補助膜の上端部、前記補助膜の下端部、前記第１の犠牲膜、前記第２の犠牲膜及び前記第３の犠牲膜をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする振動子の製造方法。
2. 前記貫通口の底面の高さ位置は、前記エッチングする工程を行った時、前記振動板の下面と前記貫通口の内部における前記補助膜の下端位置とが互いに揃うように、当該エッチングする工程において前記補助膜の下端部がエッチングされる膜厚寸法の分だけ前記振動板の下面よりも下方側に離間した位置に設定されることを特徴とする請求項１に記載の振動子の製造方法。
3. 前記第２の膜厚寸法は、前記エッチングする工程を行った時、前記振動板の上面と前記貫通口の内部における前記補助膜の上端位置とが互いに揃うように、当該エッチングする工程において前記補助膜の上端部がエッチングされる膜厚寸法と同じ寸法に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の振動子の製造方法。
4. 前記埋め込む工程は、シリコンを含む処理ガス及び当該処理ガスを酸化する酸化ガスを第２の犠牲膜の表層側に供給することにより、前記貫通口の内部及び当該第２の犠牲膜の表面に前記補助膜を形成する工程であり、
   前記埋め込む工程に続いて、前記第２の犠牲膜の表面に形成された余剰の前記補助膜と、当該第２の犠牲膜の上層部とをエッチングして、前記振動板の上端位置よりも上方側に突出する前記補助膜の高さ寸法を調整する工程を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の振動子の製造方法。
5. 前記高さ寸法を調整する工程は、前記エッチングする工程を行った時、前記振動板の上面と前記貫通口の内部における前記補助膜の上端位置とが互いに揃うように、当該エッチングする工程において前記補助膜の上端部がエッチングされる膜厚寸法の分だけ前記補助膜の上端部を前記振動板の上方側に突出させる工程であることを特徴とする請求項４に記載の振動子の製造方法。
6. 前記第１の犠牲膜及び前記第２の犠牲膜は、シリコン及び酸素に加えて、ホウ素、リン、酸化ナトリウム、酸化カリウム及び酸化カルシウムの少なくとも一つを各々含み、
   前記補助膜は、シリコン及び酸素からなる酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の振動子の製造方法。
7. 前記エッチング用流体を用いた時の前記第１の犠牲膜のエッチング速度は、前記補助膜のエッチング速度の５０倍以上となるように、当該エッチング流体の組成及び前記第１の犠牲膜の組成の少なくとも一方が設定されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の振動子の製造方法。