JP4075503B2 - マイクロマシンおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロマシンおよびその製造方法に関し、特には空間部を介して出力電極上を横切るように振動子電極が設けられたマイクロマシンおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上における微細加工技術の進展に伴い、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に、微細構造体とこの駆動を制御する電極および半導体集積回路等を形成するマイクロマシン技術が注目されている。
【０００３】
その中の一つに、無線通信用の高周波フィルタとしての利用が提案されている微小振動子がある。図１３に示すように、微小振動子１００は、基板１０１上に設けられた出力電極１０２ａの上方に、空間部Ａを介して振動子電極１０３を配置してなる。この振動子電極１０３は、出力電極１０２ａと同一の導電層で構成された入力電極１０２ｂに一端部が接続されており、入力電極１０２ｂに特定の周波数電圧が印加された場合に、出力電極１０２ａ上に空間部Ａを介して設けられた振動子電極１０３のビーム（振動部）１０３ａが振動し、出力電極１０２ａとビーム（振動部）１０３ａとの間の空間部Ａで構成されるキャパシタの容量が変化し、これが出力電極１０２ａから出力される。このような構成の微小振動子１００からなる高周波フィルタは、表面弾性波（ＳＡＷ）や薄膜弾性波（ＦＢＡＲ）を利用した高周波フィルタと比較して、高いＱ値を実現することができる。
【０００４】
このような微小振動子の製造は、次のように行う。先ず、図１４（ａ）に示すように、表面が絶縁膜で覆われた基板１０１上に、ポリシリコンからなる出力電極１０２ａ、入力電極１０２ｂ、支持電極１０２ｃを形成する。これらの電極１０２ａ〜１０２ｃは、出力電極１０２ａを挟んだ両側に入力電極１０２ｂと支持電極１０２ｃとが配置される。次いで、これらの電極１０２ａ〜１０２ｃを覆う状態で、基板１０１上に酸化シリコンからなる犠牲層１０５を形成する。
【０００５】
次に、図１４（ｂ）に示すように、犠牲層１０５に、入力電極１０２ｂおよび支持電極１０２ｃに達する接続孔１０５ｂ，１０５ｃを形成する。その後、これらの接続孔１０５ｂ，１０５ｃ内を含む犠牲層１０５上にポリシリコン層１０６を形成する。
【０００６】
次いで、図１４（ｃ）に示すように、このポリシリコン層１０６をパターンエッチングすることで、出力電極１０２ａ上を通過する帯状の振動子電極１０３を形成する。この際、ポリシリコンからなる入力電極１０２ｂおよび支持電極１０２ｃのエッチングを防止するために、接続孔１０５ｂ，１０５ｃが完全に覆われるようにポリシリコン層１０６のパターンエッチングを行う。
【０００７】
以上の後、犠牲層１０５を選択的に除去し、これによって先の図１３に示すように、出力電極１０２ａと振動子電極１０３との間に空間部Ａを形成して、微小振動子１００を完成させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにして得られた微小振動子１００には、ビーム１０３ａの両端にあたるアンカー（支持部）１０３ｂの周縁部分に、入力電極１０２ｂや支持電極１０２ｃに固定されない庇部Ｂが形成される。このような庇部Ｂは、振動子電極１０３がさらに縮小された場合、ビーム１０３ａの振動に対して大きな影響を及ぼすようになる。
【０００９】
図１５は、上述した構成の微小振動子１００のビーム長Ｌと固有振動周波数との関係を示す図である。この図に示すように、下記式（１）に基づく理論上の固有振動周波数（Theory）は、（１／Ｌ2）に比例する。
【数１】
【００１０】
しかし、上述した構成の微小振動子１００においては、有限要素法を用いたシミュレーション結果（Simulation)からも明らかなように、ビーム長Ｌが１０μｍ以下に縮小され、ビーム１０３ａとこれを支持するアンカー１０３ｂとの長さが同程度となる領域（１００ＭＨｚ以上）では、庇部Ｂの影響によって、（１／Ｌ2）に比例する形での固有振動周波数の高周波化は困難になってくる。
【００１１】
そこで本発明は、１００ＭＨｚ以上の高周波数帯域においても、（１／Ｌ2）に比例させて固有振動周波数の高周波化を実現することが可能な振動子電極を有するマイクロマシンを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明は、基板上に設けられた入力電極および出力電極と、入力電極および基板上に両側の端部を支持させた状態で出力電極の上部に空間部を介して振動部を敷設してなる帯状の振動子電極とを備えたマイクロマシンにおいて、振動子電極の各端部は、先端から振動部に至るまでの間の全面が、入力電極および基板に対して完全に固定されていることを特徴としている。
【００１３】
このような構成のマイクロマシンは、振動子電極の両端部が、その先端から振動部に至るまでの全面において下地に対して完全に固定されているため、振動部のみが下地との間に空間部を介して配置される構成となる。このため、入力電極を介して振動子電極に所定周波数の電圧を印可して当該振動子電極を振動させた場合、振動部のみが振動に関与して振動することになる。したがって、固有振動周波数が、理論上の値（振動部の長さＬの二乗に反比例した値）により近くなり、微細化による高周波化の達成が容易になる。
【００１４】
また本発明は、このような構成のマイクロマシンの製造方法でもあり、次の手順で行うことを特徴としている。
【００１５】
先ず、第１の製造方法は、基板上の第１導電層をパターニングすることで、入力電極および出力電極を形成した後、入力電極の上面および出力電極を挟んで当該入力電極と反対側の基板上に絶縁性の保護膜を形成する。次いで、保護膜に対して選択的にエッチングが可能な犠牲層を、当該保護膜を露出させて入力電極および出力電極を覆う状態で基板上に形成する。また保護膜には入力電極および基板に達する接続孔を形成する。その後、接続孔内を含む犠牲層上に第２導電層を形成してこれをパターンニングすることにより、両端部が接続孔内を完全に覆うと共に当該両端部の周縁端が保護膜上に位置し、かつ中央部が出力電極上を横切る帯状の振動子電極を形成する。次に、犠牲層を選択的に除去して振動子電極と出力電極との間に空間部を設ける。
【００１６】
このような第１の製造方法によれば、接続孔が形成された保護膜を露出させるように基板上が犠牲層で覆われた状態で、接続孔内を覆うと共に両端部の周縁端が保護膜上に位置するように振動子電極のパターン形成を行う。このため、振動子電極は、その両端の全面が接続孔および保護膜上に配置された状態で、中央部のみが犠牲層上に配置されることになる。そしてこの状態で、保護膜に対して犠牲層を選択的に除去するため、振動子電極は、中央部の下方のみに空間部が設けられ、かつ両端部の周縁が保護膜上からはみ出ることなく保護膜および接続孔に対して全面で固定された形状に形成される。また、接続孔を覆うように振動子電極をパターン形成することで、接続孔の下部に配置される入力電極が振動子電極と同一材料で構成されていたとしても、接続孔内の入力電極に対して振動子電極のパターン形成の影響が及ぼされることはない。
【００１７】
また、第２の製造方法は、基板上の第１導電層をパターニングすることで、入力電極および出力電極を形成した後、これらを覆う犠牲層を基板上に形成する。次いで、入力電極に達する接続孔および出力電極を挟んで当該入力電極と反対側の基板上に達する接続孔を犠牲層に形成し、これらの接続孔内を含む犠牲層上に、第１導電層に対して選択的にエッチングが可能な第２導電層を形成する。その後、第１電極層に対して第２導電層を選択的にパターンエッチングすることで、両端部の周縁端が各接続孔内に配置され、かつ中央部が出力電極上を横切る帯状の振動子電極を形成する。次に、犠牲層を選択的に除去することで振動子電極と出力電極との間に空間部を設ける。
【００１８】
このような第２の製造方法によれば、入力電極および基板にそれぞれ達する接続孔を有する犠牲層上に、両端部の周縁端が接続孔内に配置されるように振動子電極のパターン形成を行う。このため、振動子電極は、その両端の全面が接続孔内に配置された状態で、中央部のみが犠牲層上に配置されることになる。ここで、振動子電極を構成する第２導電層は、入力電極を構成する第１電極層に対して選択的にエッチングが可能であるため、振動子電極のパターン形成の際には、接続孔の底部に露出する入力電極部分に対して振動子電極のパターン形成の影響が及ぼされることはない。そしてこの状態で、犠牲層を選択的に除去するため、振動子電極は、中央部の下方のみに空間部が設けられ、かつ両端部が入力電極および基板に対して全面で固定された形状に形成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、各実施形態においては、先ず製造方法を説明し、次いでこれによって得られるマイクロマシンの構成を説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１、図２は、第１実施形態の製造方法を示す断面工程図であり、また図３〜図５は第１実施形態の製造方法を説明するための平面図である。ここでは、図１，図２に基づき、図３〜図５を参照しつつ第１実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明する。尚、図１、図２は、図３〜図５の平面図におけるＡ−Ａ’断面に対応している。
【００２１】
先ず、図１（ａ）に示すように、単結晶シリコンなどの半導体基板１上を絶縁層３で覆ってなる基板４を形成する。この絶縁層３は、以降に行われる犠牲層（酸化シリコン）のエッチング除去に対してエッチング耐性を有する材料で最表面が構成されることする。そこで、例えば、半導体基板１との間の応力を緩和するための酸化シリコン膜３ａを介して、上述したエッチング耐性を有する窒化シリコン膜３ｂをこの順に積層してなる絶縁層３を形成することとする。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板４上に第１導電層をパターニングしてなる出力電極７ａ、入力電極７ｂ、および支持電極７ｃを形成する。これらの各電極７ａ〜７ｃを構成する第１導電層は、例えばリン（Ｐ）を含有するポリシリコン等のシリコン層であることとする。そして、これらの各電極７ａ〜７ｃは、入力電極７ｂと支持電極７ｃとの間に出力電極７ａを挟むように、基板４上に配置されることとする。
【００２３】
その後、図１（ｃ）に示すように、各電極７ａ〜７ｃから露出している基板４の表面を酸化シリコン膜９で覆う。この際、例えば、各電極７ａ〜７ｃを覆う状態で窒化シリコン膜３ａ上に酸化シリコン膜を形成し、各電極７ａ〜７ｃが露出するまで酸化シリコン膜９を研磨することで、基板４の表面上のみに酸化シリコン膜９を形成する。
【００２４】
次いで、図１（ｄ）に示すように、入力電極７ｂおよび支持電極７ｃを介しての基板４上に、後に行われる犠牲層のエッチング除去に対してエッチング耐性を有する絶縁性材料からなる保護膜１１をパターン形成する。この際、例えば、犠牲層を酸化シリコンで形成する場合には、窒化シリコンからなる保護膜１１を形成することとする（以上、図３参照）。
【００２５】
尚、保護膜１１は、例えば、基板４の上方に成膜された窒化シリコン膜をレジストパターン（図示省略）をマスクに用いてエッチングすることによって形成されるが、このエッチングの際には酸化シリコン膜９が、基板４表面の窒化シリコン膜３ａを保護する膜となる。このため、保護膜１１を形成するためのエッチングに対して、窒化シリコン膜３ａが充分な膜厚を有している場合には、先の工程で酸化シリコン膜９を形成する必要はない。そして、酸化シリコン膜９を形成しない場合には、図３中に二点鎖線に示すように、入力電極７ｂおよび支持電極７ｃ上から基板４上にはみ出すように保護膜１１’を形成しても良い。また、基板４の表面が保護膜形成材料のパターンエッチングに対して耐性を有する材料からなる場合も、同様の二点鎖線で示す保護膜１１’を設けても良い。
【００２６】
以上の後、図１（ｅ）に示すように、保護膜１１のみを露出させ得た状態で、絶縁層３の上方を犠牲層１３で覆う。この犠牲層１３は、基板４の表面層（ここでは窒化シリコン膜３ａ）および保護膜（ここでは窒化シリコン）１１、さらには各電極（ここではポリシリコン）７ａ〜７ｃに対して選択的にエッチング除去される材料で形成される。このような犠牲層１３は、各電極７ａ〜７ｃを覆う状態で犠牲層膜を形成し、保護膜１１が露出するまで犠牲層膜を研磨することによって形成される。
【００２７】
次に、図２（ｆ）に示すように、保護膜１１に、入力電極７ｂに達する接続孔１１ｂと、支持電極７ｃを介して基板４に達する接続孔１１ｃとを形成する。
【００２８】
以上の後、図２（ｇ）および図４に示すように、接続孔１１ｂ、１１ｃを介して入力電極７ｂおよび支持電極７ｃに接続されると共に、出力電極７ａ上を横切る帯状の振動子電極１５を形成する。この振動子電極１５は、接続孔１１ｂ，１１ｃ内を含む犠牲層１３上に形成した第２導電層（例えばポリシリコン膜）をパターンエッチングすることによって形成される。この際、振動子電極１５の両側の端部が接続孔１１ｂ，１１ｂ内を完全に覆うと共に、各端部の周縁端が保護膜１１上に位置し、かつ中央部が出力電極７ａ上を横切るように、パターンエッチングを行うこととする。
【００２９】
以上の後、図２（ｈ）に示すように、振動子電極１５の下方に犠牲層１３を残した状態で、入力電極７ｂに接続される配線の形成部を露出させるように犠牲層１３の部分的な除去を行う。この場合、少なくとも振動子電極１５およびその周囲を覆い、かつ入力電極７ｂに接続される配線の形成部を露出させる形状のレジストパターン（図示省略）を基板４の上方に形成する。そして、このレジストパターンをマスクにして、保護膜（窒化シリコン）１１、各電極（ポリシリコン）７ａ〜７ｃ，１５、基板４の表面層（窒化シリコン膜３ａ）、に対して選択的に犠牲層（酸化シリコン）１３をエッチング除去する。これにより、振動子電極１５と出力電極７ａとの間に犠牲層１３を残し、配線形成部分の犠牲層１３を部分的に除去する。その後、レジストパターンを除去する。
【００３０】
次いで、入力電極７ｂの露出面に接続させた状態で、配線１７を形成する。この配線１７を形成する場合には、先ず、基板４上の全面に金（Ａｕ）のシード層を形成した後、配線を形成する部分を露出させて他の部分を覆うレジストパターン（図示省略）を形成する。次いで、メッキ法によりレジストパターンの開口部内のシード層上にメッキ層を成長させて配線１７を形成する。配線１７形成後には、レジストパターンを除去し、さらにシード層を除去するための全面エッチングを行う。
【００３１】
以上の後、保護膜１１、各電極７ａ〜７ｃ，１５、基板４の表面層に対して選択的に犠牲層１３をエッチング除去する。この際、バッファードフッ酸を用いたウェットエッチングを行うことで、振動子電極１５下の酸化シリコンからなる犠牲層１３を確実に除去する。これにより、図２（ｉ）に示すように、振動子電極１５の下部に空間部（ギャップ）Ａを形成する。
【００３２】
以上のようにして、図２（ｉ）および図５に示すように、入力電極７ｂ上と支持電極７ｃを介しての基板４上とに両側の端部を支持させた状態で、出力電極７ａの上部に空間部Ａを介してビーム（振動部）１５ａを敷設してなる帯状の振動子電極１５が設けられた構成のマイクロマシン２０が得られる。
【００３３】
特に、上述した第１実施形態の製造方法では、図２（ｇ）および図４を用いて説明したように、接続孔１１ｂ，１１ｃが形成された保護膜１１を露出させるように基板４上に犠牲層１３を形成した状態で、接続孔１１ｂ，１１ｃを覆うと共に両端部の周縁端が保護膜１１上に配置されるように振動子電極１５のパターン形成を行っている。このため、振動子電極１５は、その両端の全面が保護膜１１および接続孔１１ｂ，１１ｃ上に配置された状態で、中央部のみが犠牲層１３上に配置されることになる。
【００３４】
そしてこの状態で、図２（ｉ）および図５を用いて説明したように、保護膜１１に対して犠牲層１３を選択的に除去するため、中央のビーム（振動部）１５ａの下方のみに空間部Ａが設けられ、かつ両端部の周縁が保護膜１１上からはみ出ることなく、先端からビーム（振動部）１５ａに至るまでの間の全面が、保護膜１１および接続孔１１ｂ，１１ｃを介して入力電極７および支持電極７ｃに対して全面で固定された形状の振動子電極１５を得ることが可能になる。
【００３５】
このような形状の振動子電極１５を有するマイクロマシン２０では、入力電極７ｂを介して所定周波数の電圧を印可して振動子電極１５を振動させた場合、ビーム（振動部）１５ａのみが振動に関与して振動することになる。したがって、固有振動周波数が、上述した式（１）を満たす理論上の値（振動部の長さＬの二乗に反比例した値）により近くなり、微細化による高周波化の達成が容易になる。この結果、Ｑ値が高く、かつ周波数帯域のより高い高周波フィルタを実現することが可能になる。
【００３６】
尚、図３を用いて説明したように、入力電極７ｂおよび支持電極７ｃ上から基板４上にはみ出すように保護膜１１’を設けた場合、図６に示すように、この保護膜１１’に形成される接続孔１１ｂ，１１ｃも、入力電極７ｂおよび支持電極７ｃ上から基板４上にはみ出す形状としても良い。このような場合であっても、振動子電極１５’を形成する際には、振動子電極１５’の両側の端部が接続孔１１ｂ，１１ｃ内を完全に覆うと共に、各端部の周縁端が保護膜１１’上に配置され、かつ中央部が出力電極７ａ上を横切るようにパターンエッチングを行うことで、振動子電極１５’の両端部の周縁が保護膜１１’上からはみ出ることなく、かつ先端からビーム（振動部）１５ａ’に至るまでの間の全面を、保護膜１１’および接続孔１１ｂ，１１ｃを介して入力電極７および支持電極７ｃに対して全面で固定させる構成とする。
【００３７】
このような構成の振動子電極１５’を有するマイクロマシン２０’では、入力電極７ｂの線幅に依存することなく、振動子電極１５’の線幅を設定することができる。尚、図６に示した構成のマイクロマシン２０’においては、振動子電極１５’が一定の線幅で形成されても良い。また、ビーム（振動部）１５ａ’の幅よりも端部の幅を充分に広く設定できるため、ビーム（振動部）１５ａ’の支持を確実にすることが可能になり、より理論値に近い高周波振動を達成することが可能になる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
図７，図８は、第２実施形態の製造方法を示す断面工程図であり、また図９〜図１１は第２実施形態の製造方法を説明するための平面図である。ここでは、図７、図８に基づき、図９〜図１１を参照しつつ第１実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明する。尚、図７，図８は、図９〜図１１の平面図におけるＡ−Ａ’断面に対応している。
【００３９】
先ず、図７（ａ）に工程を、第１実施形態で図１（ａ）を用いて説明したと同様に行い、単結晶シリコンなどの半導体基板１上を、酸化シリコン膜３ａ上に窒化シリコン膜３ｂを積層してなる絶縁層３で覆った基板４を形成する。
【００４０】
次に、図７（ｂ）に示すように、基板４上に第１導電層をパターニングしてなる出力電極７ａ’、入力電極７ｂ’、および支持電極７ｃ’を形成する。本第２実施形態においては、これらの各電極７ａ’〜７ｃ’を構成する第１導電層として、以降に形成する振動子電極をパターン形成する際にエッチング耐性を有する材料を用いることを特徴としている。このため、例えば、振動子電極をポリシリコンのようなシリコン層で構成する場合、シリコンのエッチングに対してエッチング耐性を有する導電性材料、例えばチタンおよびチタン合金、タングステンおよびタングステン合金、ホウ素（B）を含有したポリシリコン、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）、ホウ素（B）あるいは窒素（N）を含有したダイヤモンドを用いてこれらの各電極７ａ’〜７ｃ’を形成する。尚、これらの各電極７ａ’〜７ｃ’の配置状態は、第１実施形態の電極７ａ〜電極７ｃと同様であることとする。
【００４１】
その後、図７（ｃ）に示すように、各電極７ａ’〜７ｃ’を覆う状態で、基板４の上方を犠牲層１３で覆う。この犠牲層１３は、基板４の表面層（ここでは窒化シリコン膜３ａ）、および各電極７ａ’〜７ｃ’に対して選択的にエッチング除去される材料（例えば酸化シリコン）で形成されることとする。
【００４２】
次に、図７（ｄ）および図９に示すように、犠牲層１３に、入力電極７ｂ’に達する接続孔１３ｂと、支持電極７ｃ’を介して基板４上に達する接続孔１３ｃとを形成する。これらの接続孔１３ｂ，１３ｃは、入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’上の範囲内に形成されても良いし、図９中に二点鎖線に示すように、入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’上から基板４の上方にはみ出すような接続孔１３ｂ’，１３ｃ’として設けても良い。
【００４３】
以上の後、図７（ｅ）および図１０に示すように、接続孔１３ｂ、１３ｃを介して入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’に接続されると共に、出力電極７ａ’上を横切る帯状の振動子電極１５を形成する。この振動子電極１５は、接続孔１３ｂ，１３ｃ内を含む犠牲層１３上に、出力電極７ａ’、入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’に対して選択的なエッチングが可能な第２導電層（例えばポリシリコン膜）を形成し、これを選択的にパターンエッチングすることによって形成される。
【００４４】
この振動子電極１５は、両端部が接続孔１３ｂ，１３ｃ内からはみ出すことのないようにパターン形成されることとする。このため、入力電極７ｂ’や支持電極７ｃ’上から基板４の上方にはみ出した形状の接続孔１３ｂ’，１３ｃ’であれば、振動子電極１５の両端部も、基板４の上方にはみ出して形成されても良い。
【００４５】
以上の後、図８（ｆ）に示すように、振動子電極１５下の間に犠牲層１３を残して配線形成部分の犠牲層１３を部分的に除去し、次いで入力電極７ｂ’に接続する配線１７を形成する。この工程は、第１実施形態で図２（ｈ）を用いて説明したと同様に行う。
【００４６】
以上の後、各電極７ａ’〜７ｃ’，１５、基板４の表面層、および配線１７に対して選択的に犠牲層（１３）をエッチング除去する。これにより、図８（ｇ）および図１１に示すように、振動子電極１５の下部に空間部（ギャップ）Ａを形成する。この工程は、第１実施形態において図２（ｉ）を用いて説明したと同様に行う。
【００４７】
以上のようにして、入力電極７ｂ’上と支持電極７ｃ’を介しての基板４上とに両側の端部を支持させた状態で、出力電極７ａ’の上部に空間部Ａを介してビーム（振動部）１５ａを敷設してなる帯状の振動子電極１５が設けられた構成のマイクロマシン２１が得られる。
【００４８】
特に、上述した第２実施形態の製造方法では、図７（ｅ）および図１０を用いて説明したように、犠牲層１３に設けられた接続孔１３ｂ，１３ｃ内に、両端部の周縁端が配置されるように振動子電極１５のパターン形成を行う。この際、振動子電極１５を構成する第２導電層は、入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’を構成する第１電極層に対して選択的にエッチングが可能であるため、振動子電極のパターン形成の際には、接続孔１３ｂ，１３ｃの底部に露出する入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’に対して影響を及ぼすことなく振動子電極１５をパターン形成できる。そして、このパターン形成により、振動子電極１５は、その両端の全面が接続孔１３ｂ，１３ｃ内に配置された状態で、中央部のみが犠牲層１３上に配置されることになる。
【００４９】
そしてこの状態で、図８（ｇ）を用いて説明したように、犠牲層１３を選択的に除去するため、中央のビーム（振動部）１５ａの下方のみに空間部Ａが設けられ、かつ両端部が入力電極７ｂ’および基板４上の支持電極７ｃ’に対して全面で固定された形状の振動子電極１５を得ることが可能になる。
【００５０】
このような形状の振動子電極１５を有するマイクロマシン２１であっても、第１実施形態のマイクロマシン２０，２０’と同様に、入力電極７ｂを介して所定周波数の電圧を印可して振動子電極１５を振動させた場合、ビーム（振動部）のみが振動に関与して振動することになるため、固有振動周波数が、理論上の値（振動部の長さＬの二乗に反比例した値）により近くなり、微細化による高周波化の達成が容易になる。この結果、Ｑ値が高く、かつ周波数帯域のより高い高周波フィルタを実現することが可能になる。
【００５１】
尚、図９を用いて説明したように、入力電極７ｂおよび支持電極７ｃ上から基板４上にはみ出すような接続孔１３ｂ’，１３ｃ’を設けた場合、図１２に示すように、振動子電極１５’の両側の端部も、基板４上にはみ出して形成する事が可能になる。このため、入力電極７ｂ’の線幅に依存することなく、振動子電極１５’の線幅を設定することができる。このような振動子電極１５’は、一定の線幅で形成されても良く、また端部のみが線幅が太い構成であっても良い。また、ビーム（振動部）１５ａ’の幅よりも端部の幅を充分に広く設定できるため、ビーム（振動部）１５ａ’の支持を確実にすることが可能になる。したがって、より理論値に近い高周波振動を達成することが可能なマイクロマシン２１’を得ることが可能になる。
【００５２】
また、上述した第２実施形態において支持電極７ｃ’を形成しない場合には、図７（ｄ）を用いて説明した工程において、接続孔１３ｃを基板４に達する様に形成することで、同様の効果を得ることが可能なマイクロマシンが得られる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のマイクロマシンおよびその製造方法によれば、ビーム（振動部）の下方のみに空間部を備え、これを支持する両端部の全面が入力電極や基板等の下地に対して固定された振動子電極を形成する構成としたことで、入力電極を介して所定周波数の電圧を印可して振動子電極を振動させた場合に、ビーム（振動部）のみが振動を関与させて理論上の値に近い固有振動周波数を得ることが可能になる。これにより、振動子電極の微細化による高周波化の達成が容易になり、Ｑ値が高くかつ周波数帯域のより高い高周波フィルタを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図２】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図３】図１（ｄ）に対応する平面図である。
【図４】図２（ｇ）に対応する平面図である。
【図５】図２（ｉ）に対応する平面図である。
【図６】第１実施形態の他の構成例を示す平面図である。
【図７】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図８】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図９】図７（ｄ）に対応する平面図である。
【図１０】図７（ｅ）に対応する平面図である。
【図１１】図８（ｇ）に対応する平面図である。
【図１２】第２実施形態の他の構成例を示す平面図である。
【図１３】従来のマイクロマシン（微小振動子）の構成を示す図である。
【図１４】従来の製造方法を示す断面工程図である。
【図１５】従来のマイクロマシンの課題を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
４…基板、７ｂ…入力電極、７ａ…出力電極、１１…保護膜、１１ｂ，１１ｃ，１３ｂ，１３ｃ…接続孔、１３…犠牲層、１５，１５’…振動子電極、１５ａ，１５ａ’…ビーム（振動部）、２０，２０’，２１，２１’…マイクロマシン、Ａ…空間部
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロマシンおよびその製造方法に関し、特には空間部を介して出力電極上を横切るように振動子電極が設けられたマイクロマシンおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上における微細加工技術の進展に伴い、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に、微細構造体とこの駆動を制御する電極および半導体集積回路等を形成するマイクロマシン技術が注目されている。
【０００３】
その中の一つに、無線通信用の高周波フィルタとしての利用が提案されている微小振動子がある。図１３に示すように、微小振動子１００は、基板１０１上に設けられた出力電極１０２ａの上方に、空間部Ａを介して振動子電極１０３を配置してなる。この振動子電極１０３は、出力電極１０２ａと同一の導電層で構成された入力電極１０２ｂに一端部が接続されており、入力電極１０２ｂに特定の周波数電圧が印加された場合に、出力電極１０２ａ上に空間部Ａを介して設けられた振動子電極１０３のビーム（振動部）１０３ａが振動し、出力電極１０２ａとビーム（振動部）１０３ａとの間の空間部Ａで構成されるキャパシタの容量が変化し、これが出力電極１０２ａから出力される。このような構成の微小振動子１００からなる高周波フィルタは、表面弾性波（ＳＡＷ）や薄膜弾性波（ＦＢＡＲ）を利用した高周波フィルタと比較して、高いＱ値を実現することができる。
【０００４】
このような微小振動子の製造は、次のように行う。先ず、図１４（ａ）に示すように、表面が絶縁膜で覆われた基板１０１上に、ポリシリコンからなる出力電極１０２ａ、入力電極１０２ｂ、支持電極１０２ｃを形成する。これらの電極１０２ａ〜１０２ｃは、出力電極１０２ａを挟んだ両側に入力電極１０２ｂと支持電極１０２ｃとが配置される。次いで、これらの電極１０２ａ〜１０２ｃを覆う状態で、基板１０１上に酸化シリコンからなる犠牲層１０５を形成する。
【０００５】
次に、図１４（ｂ）に示すように、犠牲層１０５に、入力電極１０２ｂおよび支持電極１０２ｃに達する接続孔１０５ｂ，１０５ｃを形成する。その後、これらの接続孔１０５ｂ，１０５ｃ内を含む犠牲層１０５上にポリシリコン層１０６を形成する。
【０００６】
次いで、図１４（ｃ）に示すように、このポリシリコン層１０６をパターンエッチングすることで、出力電極１０２ａ上を通過する帯状の振動子電極１０３を形成する。この際、ポリシリコンからなる入力電極１０２ｂおよび支持電極１０２ｃのエッチングを防止するために、接続孔１０５ｂ，１０５ｃが完全に覆われるようにポリシリコン層１０６のパターンエッチングを行う。
【０００７】
以上の後、犠牲層１０５を選択的に除去し、これによって先の図１３に示すように、出力電極１０２ａと振動子電極１０３との間に空間部Ａを形成して、微小振動子１００を完成させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにして得られた微小振動子１００には、ビーム１０３ａの両端にあたるアンカー（支持部）１０３ｂの周縁部分に、入力電極１０２ｂや支持電極１０２ｃに固定されない庇部Ｂが形成される。このような庇部Ｂは、振動子電極１０３がさらに縮小された場合、ビーム１０３ａの振動に対して大きな影響を及ぼすようになる。
【０００９】
図１５は、上述した構成の微小振動子１００のビーム長Ｌと固有振動周波数との関係を示す図である。この図に示すように、下記式（１）に基づく理論上の固有振動周波数（Theory）は、（１／Ｌ2）に比例する。
【数１】
しかし、上述した構成の微小振動子１００においては、有限要素法を用いたシミュレーション結果（Simulation)からも明らかなように、ビーム長Ｌが１０μｍ以下に縮小され、ビーム１０３ａとこれを支持するアンカー１０３ｂとの長さが同程度となる領域（１００ＭＨｚ以上）では、庇部Ｂの影響によって、（１／Ｌ2）に比例する形での固有振動周波数の高周波化は困難になってくる。
【００１１】
そこで本発明は、１００ＭＨｚ以上の高周波数帯域においても、（１／Ｌ2）に比例させて固有振動周波数の高周波化を実現することが可能な振動子電極を有するマイクロマシンを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明は、基板上に設けられた入力電極および出力電極と、入力電極および基板上に両側の端部を支持させた状態で出力電極の上部に空間部を介して振動部を敷設してなる帯状の振動子電極とを備えたマイクロマシンにおいて、振動子電極の各端部は、先端から振動部に至るまでの間の全面が、入力電極および基板に対して完全に固定されていることを特徴としている。
【００１３】
このような構成のマイクロマシンは、振動子電極の両端部が、その先端から振動部に至るまでの全面において下地に対して完全に固定されているため、振動部のみが下地との間に空間部を介して配置される構成となる。このため、入力電極を介して振動子電極に所定周波数の電圧を印可して当該振動子電極を振動させた場合、振動部のみが振動に関与して振動することになる。したがって、固有振動周波数が、理論上の値（振動部の長さＬの二乗に反比例した値）により近くなり、微細化による高周波化の達成が容易になる。
【００１４】
また本発明は、このような構成のマイクロマシンの製造方法でもあり、次の手順で行うことを特徴としている。
【００１５】
先ず、第１の製造方法は、基板上の第１導電層をパターニングすることで、入力電極および出力電極を形成した後、入力電極の上面および出力電極を挟んで当該入力電極と反対側の基板上に絶縁性の保護膜を形成する。次いで、保護膜に対して選択的にエッチングが可能な犠牲層を、当該保護膜を露出させて入力電極および出力電極を覆う状態で基板上に形成する。また保護膜には入力電極および基板に達する接続孔を形成する。その後、接続孔内を含む犠牲層上に第２導電層を形成してこれをパターンニングすることにより、両端部が接続孔内を完全に覆うと共に当該両端部の周縁端が保護膜上に位置し、かつ中央部が出力電極上を横切る帯状の振動子電極を形成する。次に、犠牲層を選択的に除去して振動子電極と出力電極との間に空間部を設ける。
【００１６】
このような第１の製造方法によれば、接続孔が形成された保護膜を露出させるように基板上が犠牲層で覆われた状態で、接続孔内を覆うと共に両端部の周縁端が保護膜上に位置するように振動子電極のパターン形成を行う。このため、振動子電極は、その両端の全面が接続孔および保護膜上に配置された状態で、中央部のみが犠牲層上に配置されることになる。そしてこの状態で、保護膜に対して犠牲層を選択的に除去するため、振動子電極は、中央部の下方のみに空間部が設けられ、かつ両端部の周縁が保護膜上からはみ出ることなく保護膜および接続孔に対して全面で固定された形状に形成される。また、接続孔を覆うように振動子電極をパターン形成することで、接続孔の下部に配置される入力電極が振動子電極と同一材料で構成されていたとしても、接続孔内の入力電極に対して振動子電極のパターン形成の影響が及ぼされることはない。
【００１７】
また、第２の製造方法は、基板上の第１導電層をパターニングすることで、入力電極および出力電極を形成した後、これらを覆う犠牲層を基板上に形成する。次いで、入力電極に達する接続孔および出力電極を挟んで当該入力電極と反対側の基板上に達する接続孔を犠牲層に形成し、これらの接続孔内を含む犠牲層上に、第１導電層に対して選択的にエッチングが可能な第２導電層を形成する。その後、第１電極層に対して第２導電層を選択的にパターンエッチングすることで、両端部の周縁端が各接続孔内に配置され、かつ中央部が出力電極上を横切る帯状の振動子電極を形成する。次に、犠牲層を選択的に除去することで振動子電極と出力電極との間に空間部を設ける。
【００１８】
このような第２の製造方法によれば、入力電極および基板にそれぞれ達する接続孔を有する犠牲層上に、両端部の周縁端が接続孔内に配置されるように振動子電極のパターン形成を行う。このため、振動子電極は、その両端の全面が接続孔内に配置された状態で、中央部のみが犠牲層上に配置されることになる。ここで、振動子電極を構成する第２導電層は、入力電極を構成する第１電極層に対して選択的にエッチングが可能であるため、振動子電極のパターン形成の際には、接続孔の底部に露出する入力電極部分に対して振動子電極のパターン形成の影響が及ぼされることはない。そしてこの状態で、犠牲層を選択的に除去するため、振動子電極は、中央部の下方のみに空間部が設けられ、かつ両端部が入力電極および基板に対して全面で固定された形状に形成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、各実施形態においては、先ず製造方法を説明し、次いでこれによって得られるマイクロマシンの構成を説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１、図２は、第１実施形態の製造方法を示す断面工程図であり、また図３〜図５は第１実施形態の製造方法を説明するための平面図である。ここでは、図１，図２に基づき、図３〜図５を参照しつつ第１実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明する。尚、図１、図２は、図３〜図５の平面図におけるＡ−Ａ’断面に対応している。
【００２１】
先ず、図１（ａ）に示すように、単結晶シリコンなどの半導体基板１上を絶縁層３で覆ってなる基板４を形成する。この絶縁層３は、以降に行われる犠牲層（酸化シリコン）のエッチング除去に対してエッチング耐性を有する材料で最表面が構成されることする。そこで、例えば、半導体基板１との間の応力を緩和するための酸化シリコン膜３ａを介して、上述したエッチング耐性を有する窒化シリコン膜３ｂをこの順に積層してなる絶縁層３を形成することとする。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板４上に第１導電層をパターニングしてなる出力電極７ａ、入力電極７ｂ、および支持電極７ｃを形成する。これらの各電極７ａ〜７ｃを構成する第１導電層は、例えばリン（Ｐ）を含有するポリシリコン等のシリコン層であることとする。そして、これらの各電極７ａ〜７ｃは、入力電極７ｂと支持電極７ｃとの間に出力電極７ａを挟むように、基板４上に配置されることとする。
【００２３】
その後、図１（ｃ）に示すように、各電極７ａ〜７ｃから露出している基板４の表面を酸化シリコン膜９で覆う。この際、例えば、各電極７ａ〜７ｃを覆う状態で窒化シリコン膜３ａ上に酸化シリコン膜を形成し、各電極７ａ〜７ｃが露出するまで酸化シリコン膜９を研磨することで、基板４の表面上のみに酸化シリコン膜９を形成する。
【００２４】
次いで、図１（ｄ）に示すように、入力電極７ｂおよび支持電極７ｃを介しての基板４上に、後に行われる犠牲層のエッチング除去に対してエッチング耐性を有する絶縁性材料からなる保護膜１１をパターン形成する。この際、例えば、犠牲層を酸化シリコンで形成する場合には、窒化シリコンからなる保護膜１１を形成することとする（以上、図３参照）。
【００２５】
尚、保護膜１１は、例えば、基板４の上方に成膜された窒化シリコン膜をレジストパターン（図示省略）をマスクに用いてエッチングすることによって形成されるが、このエッチングの際には酸化シリコン膜９が、基板４表面の窒化シリコン膜３ａを保護する膜となる。このため、保護膜１１を形成するためのエッチングに対して、窒化シリコン膜３ａが充分な膜厚を有している場合には、先の工程で酸化シリコン膜９を形成する必要はない。そして、酸化シリコン膜９を形成しない場合には、図３中に二点鎖線に示すように、入力電極７ｂおよび支持電極７ｃ上から基板４上にはみ出すように保護膜１１’を形成しても良い。また、基板４の表面が保護膜形成材料のパターンエッチングに対して耐性を有する材料からなる場合も、同様の二点鎖線で示す保護膜１１’を設けても良い。
【００２６】
以上の後、図１（ｅ）に示すように、保護膜１１のみを露出させ得た状態で、絶縁層３の上方を犠牲層１３で覆う。この犠牲層１３は、基板４の表面層（ここでは窒化シリコン膜３ａ）および保護膜（ここでは窒化シリコン）１１、さらには各電極（ここではポリシリコン）７ａ〜７ｃに対して選択的にエッチング除去される材料で形成される。このような犠牲層１３は、各電極７ａ〜７ｃを覆う状態で犠牲層膜を形成し、保護膜１１が露出するまで犠牲層膜を研磨することによって形成される。
【００２７】
次に、図２（ｆ）に示すように、保護膜１１に、入力電極７ｂに達する接続孔１１ｂと、支持電極７ｃを介して基板４に達する接続孔１１ｃとを形成する。
【００２８】
以上の後、図２（ｇ）および図４に示すように、接続孔１１ｂ、１１ｃを介して入力電極７ｂおよび支持電極７ｃに接続されると共に、出力電極７ａ上を横切る帯状の振動子電極１５を形成する。この振動子電極１５は、接続孔１１ｂ，１１ｃ内を含む犠牲層１３上に形成した第２導電層（例えばポリシリコン膜）をパターンエッチングすることによって形成される。この際、振動子電極１５の両側の端部が接続孔１１ｂ，１１ｂ内を完全に覆うと共に、各端部の周縁端が保護膜１１上に位置し、かつ中央部が出力電極７ａ上を横切るように、パターンエッチングを行うこととする。
【００２９】
以上の後、図２（ｈ）に示すように、振動子電極１５の下方に犠牲層１３を残した状態で、入力電極７ｂに接続される配線の形成部を露出させるように犠牲層１３の部分的な除去を行う。この場合、少なくとも振動子電極１５およびその周囲を覆い、かつ入力電極７ｂに接続される配線の形成部を露出させる形状のレジストパターン（図示省略）を基板４の上方に形成する。そして、このレジストパターンをマスクにして、保護膜（窒化シリコン）１１、各電極（ポリシリコン）７ａ〜７ｃ，１５、基板４の表面層（窒化シリコン膜３ａ）、に対して選択的に犠牲層（酸化シリコン）１３をエッチング除去する。これにより、振動子電極１５と出力電極７ａとの間に犠牲層１３を残し、配線形成部分の犠牲層１３を部分的に除去する。その後、レジストパターンを除去する。
【００３０】
次いで、入力電極７ｂの露出面に接続させた状態で、配線１７を形成する。この配線１７を形成する場合には、先ず、基板４上の全面に金（Ａｕ）のシード層を形成した後、配線を形成する部分を露出させて他の部分を覆うレジストパターン（図示省略）を形成する。次いで、メッキ法によりレジストパターンの開口部内のシード層上にメッキ層を成長させて配線１７を形成する。配線１７形成後には、レジストパターンを除去し、さらにシード層を除去するための全面エッチングを行う。
【００３１】
以上の後、保護膜１１、各電極７ａ〜７ｃ，１５、基板４の表面層に対して選択的に犠牲層１３をエッチング除去する。この際、バッファードフッ酸を用いたウェットエッチングを行うことで、振動子電極１５下の酸化シリコンからなる犠牲層１３を確実に除去する。これにより、図２（ｉ）に示すように、振動子電極１５の下部に空間部（ギャップ）Ａを形成する。
【００３２】
以上のようにして、図２（ｉ）および図５に示すように、入力電極７ｂ上と支持電極７ｃを介しての基板４上とに両側の端部を支持させた状態で、出力電極７ａの上部に空間部Ａを介してビーム（振動部）１５ａを敷設してなる帯状の振動子電極１５が設けられた構成のマイクロマシン２０が得られる。
【００３３】
特に、上述した第１実施形態の製造方法では、図２（ｇ）および図４を用いて説明したように、接続孔１１ｂ，１１ｃが形成された保護膜１１を露出させるように基板４上に犠牲層１３を形成した状態で、接続孔１１ｂ，１１ｃを覆うと共に両端部の周縁端が保護膜１１上に配置されるように振動子電極１５のパターン形成を行っている。このため、振動子電極１５は、その両端の全面が保護膜１１および接続孔１１ｂ，１１ｃ上に配置された状態で、中央部のみが犠牲層１３上に配置されることになる。
【００３４】
そしてこの状態で、図２（ｉ）および図５を用いて説明したように、保護膜１１に対して犠牲層１３を選択的に除去するため、中央のビーム（振動部）１５ａの下方のみに空間部Ａが設けられ、かつ両端部の周縁が保護膜１１上からはみ出ることなく、先端からビーム（振動部）１５ａに至るまでの間の全面が、保護膜１１および接続孔１１ｂ，１１ｃを介して入力電極７および支持電極７ｃに対して全面で固定された形状の振動子電極１５を得ることが可能になる。
【００３５】
このような形状の振動子電極１５を有するマイクロマシン２０では、入力電極７ｂを介して所定周波数の電圧を印可して振動子電極１５を振動させた場合、ビーム（振動部）１５ａのみが振動に関与して振動することになる。したがって、固有振動周波数が、上述した式（１）を満たす理論上の値（振動部の長さＬの二乗に反比例した値）により近くなり、微細化による高周波化の達成が容易になる。この結果、Ｑ値が高く、かつ周波数帯域のより高い高周波フィルタを実現することが可能になる。
【００３６】
尚、図３を用いて説明したように、入力電極７ｂおよび支持電極７ｃ上から基板４上にはみ出すように保護膜１１’を設けた場合、図６に示すように、この保護膜１１’に形成される接続孔１１ｂ，１１ｃも、入力電極７ｂおよび支持電極７ｃ上から基板４上にはみ出す形状としても良い。このような場合であっても、振動子電極１５’を形成する際には、振動子電極１５’の両側の端部が接続孔１１ｂ，１１ｃ内を完全に覆うと共に、各端部の周縁端が保護膜１１’上に配置され、かつ中央部が出力電極７ａ上を横切るようにパターンエッチングを行うことで、振動子電極１５’の両端部の周縁が保護膜１１’上からはみ出ることなく、かつ先端からビーム（振動部）１５ａ’に至るまでの間の全面を、保護膜１１’および接続孔１１ｂ，１１ｃを介して入力電極７および支持電極７ｃに対して全面で固定させる構成とする。
【００３７】
このような構成の振動子電極１５’を有するマイクロマシン２０’では、入力電極７ｂの線幅に依存することなく、振動子電極１５’の線幅を設定することができる。尚、図６に示した構成のマイクロマシン２０’においては、振動子電極１５’が一定の線幅で形成されても良い。また、ビーム（振動部）１５ａ’の幅よりも端部の幅を充分に広く設定できるため、ビーム（振動部）１５ａ’の支持を確実にすることが可能になり、より理論値に近い高周波振動を達成することが可能になる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
図７，図８は、第２実施形態の製造方法を示す断面工程図であり、また図９〜図１１は第２実施形態の製造方法を説明するための平面図である。ここでは、図７、図８に基づき、図９〜図１１を参照しつつ第１実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明する。尚、図７，図８は、図９〜図１１の平面図におけるＡ−Ａ’断面に対応している。
【００３９】
先ず、図７（ａ）に工程を、第１実施形態で図１（ａ）を用いて説明したと同様に行い、単結晶シリコンなどの半導体基板１上を、酸化シリコン膜３ａ上に窒化シリコン膜３ｂを積層してなる絶縁層３で覆った基板４を形成する。
【００４０】
次に、図７（ｂ）に示すように、基板４上に第１導電層をパターニングしてなる出力電極７ａ’、入力電極７ｂ’、および支持電極７ｃ’を形成する。本第２実施形態においては、これらの各電極７ａ’〜７ｃ’を構成する第１導電層として、以降に形成する振動子電極をパターン形成する際にエッチング耐性を有する材料を用いることを特徴としている。このため、例えば、振動子電極をポリシリコンのようなシリコン層で構成する場合、シリコンのエッチングに対してエッチング耐性を有する導電性材料、例えばチタンおよびチタン合金、タングステンおよびタングステン合金、ホウ素（B）を含有したポリシリコン、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）、ホウ素（B）あるいは窒素（N）を含有したダイヤモンドを用いてこれらの各電極７ａ’〜７ｃ’を形成する。尚、これらの各電極７ａ’〜７ｃ’の配置状態は、第１実施形態の電極７ａ〜電極７ｃと同様であることとする。
【００４１】
その後、図７（ｃ）に示すように、各電極７ａ’〜７ｃ’を覆う状態で、基板４の上方を犠牲層１３で覆う。この犠牲層１３は、基板４の表面層（ここでは窒化シリコン膜３ａ）、および各電極７ａ’〜７ｃ’に対して選択的にエッチング除去される材料（例えば酸化シリコン）で形成されることとする。
【００４２】
次に、図７（ｄ）および図９に示すように、犠牲層１３に、入力電極７ｂ’に達する接続孔１３ｂと、支持電極７ｃ’を介して基板４上に達する接続孔１３ｃとを形成する。これらの接続孔１３ｂ，１３ｃは、入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’上の範囲内に形成されても良いし、図９中に二点鎖線に示すように、入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’上から基板４の上方にはみ出すような接続孔１３ｂ’，１３ｃ’として設けても良い。
【００４３】
以上の後、図７（ｅ）および図１０に示すように、接続孔１３ｂ、１３ｃを介して入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’に接続されると共に、出力電極７ａ’上を横切る帯状の振動子電極１５を形成する。この振動子電極１５は、接続孔１３ｂ，１３ｃ内を含む犠牲層１３上に、出力電極７ａ’、入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’に対して選択的なエッチングが可能な第２導電層（例えばポリシリコン膜）を形成し、これを選択的にパターンエッチングすることによって形成される。
【００４４】
この振動子電極１５は、両端部が接続孔１３ｂ，１３ｃ内からはみ出すことのないようにパターン形成されることとする。このため、入力電極７ｂ’や支持電極７ｃ’上から基板４の上方にはみ出した形状の接続孔１３ｂ’，１３ｃ’であれば、振動子電極１５の両端部も、基板４の上方にはみ出して形成されても良い。
【００４５】
以上の後、図８（ｆ）に示すように、振動子電極１５下の間に犠牲層１３を残して配線形成部分の犠牲層１３を部分的に除去し、次いで入力電極７ｂ’に接続する配線１７を形成する。この工程は、第１実施形態で図２（ｈ）を用いて説明したと同様に行う。
【００４６】
以上の後、各電極７ａ’〜７ｃ’，１５、基板４の表面層、および配線１７に対して選択的に犠牲層（１３）をエッチング除去する。これにより、図８（ｇ）および図１１に示すように、振動子電極１５の下部に空間部（ギャップ）Ａを形成する。この工程は、第１実施形態において図２（ｉ）を用いて説明したと同様に行う。
【００４７】
以上のようにして、入力電極７ｂ’上と支持電極７ｃ’を介しての基板４上とに両側の端部を支持させた状態で、出力電極７ａ’の上部に空間部Ａを介してビーム（振動部）１５ａを敷設してなる帯状の振動子電極１５が設けられた構成のマイクロマシン２１が得られる。
【００４８】
特に、上述した第２実施形態の製造方法では、図７（ｅ）および図１０を用いて説明したように、犠牲層１３に設けられた接続孔１３ｂ，１３ｃ内に、両端部の周縁端が配置されるように振動子電極１５のパターン形成を行う。この際、振動子電極１５を構成する第２導電層は、入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’を構成する第１電極層に対して選択的にエッチングが可能であるため、振動子電極のパターン形成の際には、接続孔１３ｂ，１３ｃの底部に露出する入力電極７ｂ’および支持電極７ｃ’に対して影響を及ぼすことなく振動子電極１５をパターン形成できる。そして、このパターン形成により、振動子電極１５は、その両端の全面が接続孔１３ｂ，１３ｃ内に配置された状態で、中央部のみが犠牲層１３上に配置されることになる。
【００４９】
そしてこの状態で、図８（ｇ）を用いて説明したように、犠牲層１３を選択的に除去するため、中央のビーム（振動部）１５ａの下方のみに空間部Ａが設けられ、かつ両端部が入力電極７ｂ’および基板４上の支持電極７ｃ’に対して全面で固定された形状の振動子電極１５を得ることが可能になる。
【００５０】
このような形状の振動子電極１５を有するマイクロマシン２１であっても、第１実施形態のマイクロマシン２０，２０’と同様に、入力電極７ｂを介して所定周波数の電圧を印可して振動子電極１５を振動させた場合、ビーム（振動部）のみが振動に関与して振動することになるため、固有振動周波数が、理論上の値（振動部の長さＬの二乗に反比例した値）により近くなり、微細化による高周波化の達成が容易になる。この結果、Ｑ値が高く、かつ周波数帯域のより高い高周波フィルタを実現することが可能になる。
【００５１】
尚、図９を用いて説明したように、入力電極７ｂおよび支持電極７ｃ上から基板４上にはみ出すような接続孔１３ｂ’，１３ｃ’を設けた場合、図１２に示すように、振動子電極１５’の両側の端部も、基板４上にはみ出して形成する事が可能になる。このため、入力電極７ｂ’の線幅に依存することなく、振動子電極１５’の線幅を設定することができる。このような振動子電極１５’は、一定の線幅で形成されても良く、また端部のみが線幅が太い構成であっても良い。また、ビーム（振動部）１５ａ’の幅よりも端部の幅を充分に広く設定できるため、ビーム（振動部）１５ａ’の支持を確実にすることが可能になる。したがって、より理論値に近い高周波振動を達成することが可能なマイクロマシン２１’を得ることが可能になる。
【００５２】
また、上述した第２実施形態において支持電極７ｃ’を形成しない場合には、図７（ｄ）を用いて説明した工程において、接続孔１３ｃを基板４に達する様に形成することで、同様の効果を得ることが可能なマイクロマシンが得られる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のマイクロマシンおよびその製造方法によれば、ビーム（振動部）の下方のみに空間部を備え、これを支持する両端部の全面が入力電極や基板等の下地に対して固定された振動子電極を形成する構成としたことで、入力電極を介して所定周波数の電圧を印可して振動子電極を振動させた場合に、ビーム（振動部）のみが振動を関与させて理論上の値に近い固有振動周波数を得ることが可能になる。これにより、振動子電極の微細化による高周波化の達成が容易になり、Ｑ値が高くかつ周波数帯域のより高い高周波フィルタを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図２】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図３】図１（ｄ）に対応する平面図である。
【図４】図２（ｇ）に対応する平面図である。
【図５】図２（ｉ）に対応する平面図である。
【図６】第１実施形態の他の構成例を示す平面図である。
【図７】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図８】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図９】図７（ｄ）に対応する平面図である。
【図１０】図７（ｅ）に対応する平面図である。
【図１１】図８（ｇ）に対応する平面図である。
【図１２】第２実施形態の他の構成例を示す平面図である。
【図１３】従来のマイクロマシン（微小振動子）の構成を示す図である。
【図１４】従来の製造方法を示す断面工程図である。
【図１５】従来のマイクロマシンの課題を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
４…基板、７ｂ…入力電極、７ａ…出力電極、１１…保護膜、１１ｂ，１１ｃ，１３ｂ，１３ｃ…接続孔、１３…犠牲層、１５，１５’…振動子電極、１５ａ，１５ａ’…ビーム（振動部）、２０，２０’，２１，２１’…マイクロマシン、Ａ…空間部
Claims (3)
- 基板上に設けられた入力電極、出力電極、および支持電極と、
前記入力電極上と前記支持電極上とに両側の端部を支持させた状態で前記出力電極の上部に空間部を介して振動部を敷設してなる帯状の振動子電極とを備えたマイクロマシンにおいて、
前記入力電極および支持電極の上面には当該入力電極および支持電極に達する接続孔を備えた保護膜がそれぞれパターン形成されており、
前記振動子電極における前記両側の端部は、前記接続孔内を完全に覆うと共に、周縁端が前記保護膜上に位置する状態でパターンエッチングされたことにより、先端から前記振動部に至るまでの間の全面が当該入力電極および支持電極に対して完全に固定されている
ことを特徴とするマイクロマシン。 - 請求項１記載のマイクロマシンにおいて、
前記入力電極側に固定されている前記振動子電極の端部の幅は、当該入力電極の幅よりも大きい
ことを特徴とするマイクロマシン。 - 基板上の第１導電層をパターニングすることで、入力電極、出力電極、および支持電極を形成する工程と、
前記入力電極および支持電極の上面に、絶縁性の保護膜をパターン形成する工程と、
前記保護膜に対して選択的にエッチングが可能な犠牲層を、当該保護膜の表面を露出させて前記入力電極、出力電極、および支持電極を覆う状態で前記基板上に形成する工程と、
前記各保護膜に、前記入力電極および支持電極に達する接続孔を形成する工程と、
前記接続孔内を含む前記犠牲層上に形成した第２導電層をパターンニングすることで、両端部が前記接続孔内を完全に覆うと共に当該両端部の周縁端が前記保護膜上に位置し、かつ中央部が前記出力電極上を横切る帯状の振動子電極を形成する工程と、
前記犠牲層を選択的に除去することで前記振動子電極と前記出力電極との間に空間部を設ける工程とを行う
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
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