JP5122888B2 - OSCILLATOR, METHOD FOR MANUFACTURING OSCILLATOR, AND OSCILLATOR - Google Patents

OSCILLATOR, METHOD FOR MANUFACTURING OSCILLATOR, AND OSCILLATOR Download PDF

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Description

本発明は、共振周波数の温度による変化を補正する構造を備えた発振子及び該発振子の製造方法に関する。   The present invention relates to an oscillator having a structure for correcting a change in resonance frequency due to temperature, and a method for manufacturing the oscillator.

デジタル機器のクロックパルス発生や、無線機器などにおいては、従来水晶発振子を用いた水晶発振器が利用されてきたが、より量産性が高く周波数の設計も容易なシリコンを採用したシリコン発振子を用いて発振器を製造しようという試みがなされている。   Conventionally, crystal oscillators using crystal oscillators have been used for clock pulse generation in digital devices and wireless devices. However, silicon oscillators that use silicon, which is more mass-productive and easier to design frequencies, are used. Attempts have been made to manufacture oscillators.

シリコン発振子は、揺動自在に保持された片持ち梁または両持ち梁の共振モードを利用するものである。共振周波数は梁の断面サイズや長さによって規定されるため設計が容易である。また、大口径のシリコン基板上に一括して素子を形成できるため、量産性が高く、従来のCMOS ICの製造ラインを流用して製造することも可能である。   The silicon oscillator utilizes a resonance mode of a cantilever beam or a doubly supported beam held so as to be swingable. Since the resonance frequency is defined by the cross-sectional size and length of the beam, the design is easy. In addition, since elements can be collectively formed on a large-diameter silicon substrate, mass productivity is high, and it is also possible to manufacture using a conventional CMOS IC manufacturing line.

しかし、シリコン発振子は温度による共振周波数の変化が大きいという欠点がある。そのため、特許文献1に示すように、温度特性の補正のための回路を組み込んだ発振器が提供されている。   However, the silicon oscillator has a drawback that the resonance frequency varies greatly with temperature. Therefore, as shown in Patent Document 1, an oscillator incorporating a circuit for correcting temperature characteristics is provided.

図15は従来の発振器の概略を示したブロック図である。この発振器30は発振子31、駆動回路32、PLL回路33、温度センサ34、温度特性補正回路35及び補正データメモリ36を備えている。   FIG. 15 is a block diagram showing an outline of a conventional oscillator. The oscillator 30 includes an oscillator 31, a drive circuit 32, a PLL circuit 33, a temperature sensor 34, a temperature characteristic correction circuit 35, and a correction data memory 36.

駆動回路32からの信号により発振子31が共振し、共振信号をPLL回路33に出力する。また、発振子31に近接して温度センサ34が設けられており、測定した温度に対応する信号を温度特性補正回路35に出力する。また、発振子31の各温度における共振周波数の補正データが補正データメモリ36に蓄えられており、温度特性補正回路35は温度センサ34から受け取った温度を元に、補正データメモリ36から補正データを読み込み、PLL回路33に出力する。PLL回路33は補正データをもとに、発振子31から入力された共振信号の周波数を変調し、外部に出力する。   The oscillator 31 is resonated by a signal from the drive circuit 32, and the resonance signal is output to the PLL circuit 33. A temperature sensor 34 is provided in the vicinity of the oscillator 31 and outputs a signal corresponding to the measured temperature to the temperature characteristic correction circuit 35. The correction data of the resonance frequency at each temperature of the oscillator 31 is stored in the correction data memory 36, and the temperature characteristic correction circuit 35 stores the correction data from the correction data memory 36 based on the temperature received from the temperature sensor 34. Read and output to the PLL circuit 33. The PLL circuit 33 modulates the frequency of the resonance signal input from the oscillator 31 based on the correction data, and outputs it to the outside.

これら駆動回路32、PLL回路33、温度センサ34、温度特性補正回路35及び補正データメモリ36はひとつのCMOS ICチップとして集積することも可能である。
特開2004−23634
The drive circuit 32, PLL circuit 33, temperature sensor 34, temperature characteristic correction circuit 35, and correction data memory 36 can be integrated as a single CMOS IC chip.
JP 2004-23634

しかしながら、上記構成の発振器30では、次のような欠点があった。すなわち、発振器30では、温度特性を補正するために、PLL回路33、温度センサ34、温度特性補正回路35及び補正データメモリ36を搭載しなければならないが、発振子31の温度特性がPLL回路33で補正可能な範囲に収まるとは限らず、また個々の発振子31ごとに温度特性が異なるため、効率的に温度特性補正ができない可能性がある。   However, the oscillator 30 configured as described above has the following drawbacks. That is, the oscillator 30 must be equipped with a PLL circuit 33, a temperature sensor 34, a temperature characteristic correction circuit 35, and a correction data memory 36 in order to correct the temperature characteristic. The temperature characteristics are not always within the correctable range, and the temperature characteristics of each oscillator 31 are different. Therefore, there is a possibility that the temperature characteristics cannot be corrected efficiently.

また、PLL回路で周波数を変調する方式では、温度特性補正データをデジタル処理するため、外部に出力される周波数の変動が急峻であり、効率的に温度特性補正ができない可能性がある。   Further, in the method of modulating the frequency by the PLL circuit, since the temperature characteristic correction data is digitally processed, the fluctuation of the frequency output to the outside is steep and there is a possibility that the temperature characteristic cannot be corrected efficiently.

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、温度特性の補正が効率的に行われる発振子及び発振子の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an oscillator and a method of manufacturing the oscillator in which temperature characteristics are efficiently corrected.

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。   The present invention provides the following means in order to solve the above problems.

この発明に係る発振子は、所定の間隔をあけて配置された少なくとも2つ以上のアンカーと、該アンカーに接続されて揺動自在に保持された振動部と、該振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された駆動電極と、前記振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された検出電極と、前記アンカーに接続され、前記振動部を構成する材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなる温度特性補正基板とを備えたことを特徴とするものである。   An oscillator according to the present invention includes at least two or more anchors arranged at a predetermined interval, a vibration unit connected to the anchor and held so as to be swingable, and a predetermined interval from the vibration unit. A drive electrode arranged to be opposed to the gap, a detection electrode arranged to be opposed to the vibrating section at a predetermined interval, and a material connected to the anchor and more heat than the material constituting the vibrating section. And a temperature characteristic correction substrate made of a material having a small expansion coefficient.

この発明に係る発振子においては、温度の変化により振動部の共振周波数が変化しようとするが、温度特性補正基板は振動部を構成する材料よりも熱膨張率が小さい材料からなるため、振動部に内部応力が加えられるので、温度の変化による振動部の共振周波数の変化を補正した発振子を得ることができる。   In the resonator according to the present invention, the resonance frequency of the vibration part tends to change due to a change in temperature, but the temperature characteristic correction substrate is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the material constituting the vibration part. Since an internal stress is applied to the oscillator, it is possible to obtain an oscillator that corrects the change in the resonance frequency of the vibration part due to a change in temperature.

また、本発明に係る発振子は、上記本発明の発振子であって、前記アンカーは2つであり、前記振動部は直線状であり両端が前記アンカーに接続されていることを特徴とするものである。   The resonator according to the present invention is the above-described resonator according to the present invention, wherein the number of the anchors is two, the vibrating portion is linear, and both ends are connected to the anchor. Is.

この発明に係る発振子においては、振動部は直線状であるため、振動部と温度特性補正基板の熱膨張係数の違いにより発生する振動部の内部応力が軸方向のみになるため、温度の変化による振動部の共振周波数の変化を効率よく補正した発振子を得ることができる。   In the resonator according to the present invention, since the vibration part is linear, the internal stress of the vibration part generated due to the difference in the thermal expansion coefficient between the vibration part and the temperature characteristic correction substrate is only in the axial direction. Thus, it is possible to obtain an oscillator that efficiently corrects the change in the resonance frequency of the vibration part due to the above.

また、本発明に係る発振子は、上記本発明の発振子であって、前記振動部はシリコンからなり、前記温度特性補正基板は石英、窒化ケイ素、ダイヤモンド、インバーのうちいずれか1種類の材料からなることを特徴とするものである。   The resonator according to the present invention is the above-described resonator according to the present invention, wherein the vibrating portion is made of silicon, and the temperature characteristic correction substrate is any one material of quartz, silicon nitride, diamond, and invar. It is characterized by comprising.

この発明に係る発振子においては、温度の変化による振動部の共振周波数の変化を補正できるとともに、振動部はシリコンからなるので、従来より半導体製造やマイクロマシン製造に用いられる加工技術を用いて形状を形成することができ、共振周波数精度の良い発振子を得ることができる。   In the resonator according to the present invention, it is possible to correct a change in the resonance frequency of the vibration part due to a change in temperature, and the vibration part is made of silicon, so that the shape is formed by using a processing technique conventionally used in semiconductor manufacturing or micromachine manufacturing. Therefore, it is possible to obtain an oscillator with high resonance frequency accuracy.

また、本発明に係る発振子は、上記本発明の発振子であって、前記振動部はシリコンからなる活性層と酸化シリコンからなる埋め込み酸化膜層とシリコンからなる支持層とを備えるSilicon On Insulator基板の活性層から形成されることを特徴とするものである。   The resonator according to the present invention is the above-described resonator according to the present invention, wherein the vibrating section includes an active layer made of silicon, a buried oxide film layer made of silicon oxide, and a support layer made of silicon. It is formed from an active layer of a substrate.

この発明に係る発振子においては、温度の変化による振動部の共振周波数の変化を補正できるとともに、振動部はSilicon On Insulator基板の活性層から形成されるので、厚さを精度良く加工することができ、精度の良い発振子を得ることができる。   In the resonator according to the present invention, it is possible to correct a change in the resonance frequency of the vibration part due to a change in temperature, and the vibration part is formed from the active layer of the Silicon On Insulator substrate, so that the thickness can be processed with high accuracy. And an accurate oscillator can be obtained.

また、本発明に係る発振子の製造方法は、所定の間隔をあけて配置された少なくとも2つ以上のアンカーと該アンカーに接続されて揺動自在に保持された振動部と該振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された駆動電極と前記振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された検出電極とを形成する振動部形成工程と、前記振動部を構成する材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなる温度特性補正基板を前記アンカーに接合する接合工程と、を備えたことを特徴とするものである。   Further, the method for manufacturing an oscillator according to the present invention includes at least two or more anchors arranged at a predetermined interval, a vibrating part connected to the anchor and held swayably, A vibrating part forming step of forming a driving electrode arranged to face the gap and a detection electrode arranged to face the vibrating part with a predetermined gap; and configuring the vibrating part And a bonding step of bonding a temperature characteristic correction substrate made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the material to the anchor.

この発明に係る発振子の製造方法においては、温度の変化により振動部の共振周波数が変化しようとするが、温度特性補正基板は振動部を構成する材料よりも熱膨張率が小さい材料からなるため、振動部に内部応力が加えられるので、温度の変化による振動部の共振周波数の変化を補正した発振子を製造することができる。   In the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, the resonance frequency of the vibration part tends to change due to a change in temperature, but the temperature characteristic correction substrate is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the material constituting the vibration part. Since an internal stress is applied to the vibration part, it is possible to manufacture an oscillator that corrects the change in the resonance frequency of the vibration part due to a change in temperature.

また、本発明に係る発振子の製造方法は、上記本発明の発振子の製造方法であって、前記振動部形成工程において前記振動部、前記アンカー、前記駆動電極及び前記検出電極はシリコンから形成され、前記接合工程において石英、窒化ケイ素、ダイヤモンドまたはインバーのうちいずれか1種類の材料からなる温度特性補正基板を前記アンカーに接合することを特徴とするものである。   The method for manufacturing an oscillator according to the present invention is the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, wherein, in the vibration part forming step, the vibration part, the anchor, the drive electrode, and the detection electrode are formed from silicon. In the bonding step, a temperature characteristic correction substrate made of any one of quartz, silicon nitride, diamond, and invar is bonded to the anchor.

この発明に係る発振子の製造方法においては、温度の変化による振動部の共振周波数の変化を補正できるとともに、振動部はシリコンからなるので、従来より半導体製造やマイクロマシン製造に用いられる加工技術を用いて形状を形成することができ、精度の良い発振子を製造することができる。   In the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, it is possible to correct a change in the resonance frequency of the vibrating part due to a change in temperature, and since the vibrating part is made of silicon, a processing technique conventionally used in semiconductor manufacturing or micromachine manufacturing is used. Thus, the shape can be formed, and a highly accurate oscillator can be manufactured.

また、本発明に係る発振子の製造方法は、上記本発明の発振子の製造方法であって、前記接合工程において、前記アンカーと前記温度特性補正基板とを接合する際に、該アンカー及び該温度特性補正基板の表面にプラズマまたはイオンビームを照射することにより表面を活性化させ、該アンカーと該温度特性補正基板とを接触させて接合する表面活性化接合法を用いることを特徴とするものである。   The method for manufacturing an oscillator according to the present invention is the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, wherein the anchor and the temperature characteristic correction substrate are bonded in the bonding step when the anchor and the temperature characteristic correction substrate are bonded. A surface activated bonding method is used in which a surface of a temperature characteristic correction substrate is activated by irradiating the surface of the temperature characteristic correction substrate with plasma or an ion beam, and the anchor and the temperature characteristic correction substrate are contacted and bonded. It is.

この発明に係る発振子の製造方法においては、アンカーと温度特性補正基板とを表面活性化接合法を用いて接合するので、室温から400°C程度の温度で接合することができ、接合による残留応力が小さいため、振動部に加える応力による温度特性の補正を容易に行うことができる。   In the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, the anchor and the temperature characteristic correction substrate are bonded using the surface activated bonding method. Therefore, bonding can be performed at a temperature from room temperature to about 400 ° C. Since the stress is small, the temperature characteristic can be easily corrected by the stress applied to the vibration part.

また、本発明に係る発振子の製造方法は、温度特性補正基板上に犠牲層と、前記温度特性補正基板よりも熱膨張係数の大きな材料からなるデバイス層とを成膜する成膜工程と、前記デバイス層を選択的に除去して、所定の間隔をあけて配置された少なくとも2つ以上のアンカーと、該アンカーに接続されて揺動自在に保持された振動部と、該振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された駆動電極と、前記振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された検出電極とを形成する振動部形成工程と、を備えたことを特徴とするものである。   Further, in the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, a film forming step of forming a sacrificial layer on a temperature characteristic correction substrate and a device layer made of a material having a larger thermal expansion coefficient than the temperature characteristic correction substrate, The device layer is selectively removed and at least two or more anchors arranged at a predetermined interval, a vibration part connected to the anchor and held swayably, and the vibration part and the predetermined part And a vibration part forming step of forming a drive electrode arranged to face the gap and a detection electrode arranged to face the vibration part with a predetermined gap. It is a feature.

この発明に係る発振子の製造方法においては、温度特性補正基板上に直接振動部を形成するため、デバイスの厚さを薄くすることができる。   In the resonator manufacturing method according to the present invention, since the vibration part is formed directly on the temperature characteristic correction substrate, the thickness of the device can be reduced.

また、本発明にかかる発振子の製造方法は、上記本発明の発振子の製造方法であって、前記成膜工程において前記温度特性補正基板は石英、窒化ケイ素、ダイヤモンドまたはインバーのうちいずれか1種類の材料からなり、前記犠牲層は酸化シリコンからなり、前記デバイス層はシリコンからなることを特徴とするものである。   A method for manufacturing an oscillator according to the present invention is the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, wherein the temperature characteristic correction substrate is any one of quartz, silicon nitride, diamond, and invar in the film forming step. The sacrificial layer is made of silicon oxide, and the device layer is made of silicon.

この発明に係る発振子の製造方法においては、温度特性補正基板上に直接振動部を形成するため、デバイスの厚さを薄くすることができるとともに、振動部はシリコンからなるので、従来より半導体製造やマイクロマシン製造に用いられる加工技術を用いて形状を形成することができ、精度の良い発振子を製造することができる。   In the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, since the vibration part is directly formed on the temperature characteristic correction substrate, the thickness of the device can be reduced and the vibration part is made of silicon. In addition, the shape can be formed by using a processing technique used for manufacturing a micromachine, and a highly accurate oscillator can be manufactured.

また、本発明に係る発振子の製造方法は、シリコンからなる活性層と酸化シリコンからなる埋め込み酸化膜層とシリコンからなる支持層とを備えるSilicon On Insulator基板の前記活性層を選択的に除去して、所定の間隔をあけて配置された少なくとも2つ以上のアンカーと該アンカーに接続されて揺動自在に保持された振動部と、該振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された駆動電極と、前記振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された検出電極とを形成する振動部形成工程と、前記振動部、前記アンカー、前記駆動電極及び前記検出電極をトランスファ基板に接合し、前記支持層を除去し、前記埋め込み酸化膜層を前記アンカー及び前記駆動電極並びに前記検出電極に接する領域以外の部分を除去するトランスファ工程と、シリコンよりも熱膨張係数の小さな材料からなる温度特性補正基板と、前記アンカー及び前記駆動電極並びに前記検出電極の領域に残された埋め込み酸化膜層とを接合し、前記トランスファ基板を除去する接合工程と、を備えたことを特徴とするものである。   The method for manufacturing an oscillator according to the present invention selectively removes the active layer of a silicon on insulator substrate including an active layer made of silicon, a buried oxide film layer made of silicon oxide, and a support layer made of silicon. And at least two or more anchors arranged at a predetermined interval, a vibration part connected to the anchor and held so as to be swingable, and arranged to face the vibration part at a predetermined interval A vibration part forming step of forming the drive electrode and the detection electrode arranged to face the vibration part with a predetermined interval; and the vibration part, the anchor, the drive electrode, and the detection electrode. Bonding to the transfer substrate, removing the support layer, and replacing the buried oxide film layer with a portion other than the region in contact with the anchor, the drive electrode, and the detection electrode The transfer step to be removed, the temperature characteristic correction substrate made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than silicon, and the buried oxide film layer left in the region of the anchor, the drive electrode, and the detection electrode are joined, and And a bonding step for removing the substrate.

この発明に係る発振子の製造方法においては、振動部はSilicon On Insulator基板の活性層から形成されるので、厚さを精度良く加工することができ、精度の良い発振子を得ることができる。また、トランスファ基板に接合して支持層を除去したのちに温度特性補正基板に接合するので、温度の変化による振動部の共振周波数の変化を補正できるとともにデバイスの厚さを薄くすることができる。   In the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, since the vibration part is formed from the active layer of the silicon on insulator substrate, the thickness can be processed with high accuracy, and an accurate oscillator can be obtained. In addition, since it is bonded to the temperature characteristic correction substrate after bonding to the transfer substrate and the support layer is removed, it is possible to correct a change in the resonance frequency of the vibration part due to a change in temperature and to reduce the thickness of the device.

また、本発明に係る発振子の製造方法は、上記本発明の発振子の製造方法であって、前記トランスファ工程において、前記振動部、前記アンカー、前記駆動電極及び前記検出電極と、前記トランスファ基板とを、紫外線の照射により結合力を失う接着樹脂により接合し、前記接合工程において紫外線の照射により前記接着樹脂の結合力を失わせて前記トランスファ基板を除去することを特徴とするものである。   The method for manufacturing an oscillator according to the present invention is the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, wherein, in the transfer step, the vibrator, the anchor, the drive electrode, the detection electrode, and the transfer substrate Are bonded with an adhesive resin that loses its bonding strength when irradiated with ultraviolet rays, and the transfer substrate is removed by losing the bonding force of the adhesive resin with irradiation of ultraviolet rays in the bonding step.

この発明に係る発振子の製造方法においては、振動部はSilicon On Insulator基板の活性層から形成されるので、厚さを精度良く加工することができ、精度の良い発振子を得ることができる。また、トランスファ基板に接合して支持層を除去したのちに温度特性補正基板に接合するので、温度の変化による振動部の共振周波数の変化を補正できるとともにデバイスの厚さを薄くすることができる。さらに、トランスファ工程において振動部、アンカー、駆動電極及び検出電極と、トランスファ基板とを紫外線の照射により結合力を失う接着樹脂により接合するので、容易にトランスファ基板を除去することができる。   In the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, since the vibration part is formed from the active layer of the silicon on insulator substrate, the thickness can be processed with high accuracy, and an accurate oscillator can be obtained. In addition, since it is bonded to the temperature characteristic correction substrate after bonding to the transfer substrate and the support layer is removed, it is possible to correct a change in the resonance frequency of the vibration part due to a change in temperature and to reduce the thickness of the device. Furthermore, in the transfer step, the vibration part, anchor, drive electrode and detection electrode are joined to the transfer substrate with an adhesive resin that loses the binding force when irradiated with ultraviolet rays, so that the transfer substrate can be easily removed.

また、本発明に係る発振子の製造方法は、上記本発明の発振子の製造方法であって、前記接合工程において、前記アンカー及び前記駆動電極並びに前記検出電極の領域に残された前記埋め込み酸化膜層と前記温度特性補正基板とを接合する際に、該埋め込み酸化膜層及び該温度特性補正基板の表面にプラズマまたはイオンビームを照射することにより表面を活性化させ、該埋め込み酸化膜層と該温度特性補正基板とを接触させて接合する表面活性化接合法を用いることを特徴とするものである。   The method for manufacturing an oscillator according to the present invention is the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, wherein, in the joining step, the buried oxide remaining in the region of the anchor, the drive electrode, and the detection electrode is provided. When bonding the film layer and the temperature characteristic correction substrate, the surface of the buried oxide film layer and the temperature characteristic correction substrate is activated by irradiating plasma or ion beam, and the buried oxide film layer It is characterized by using a surface activated bonding method in which the temperature characteristic correction substrate is bonded in contact.

この発明に係る発振子の製造方法においては、振動部はSilicon On Insulator基板の活性層から形成されるので、厚さを精度良く加工することができ、精度の良い発振子を得ることができる。また、トランスファ基板に接合して支持層を除去したのちに温度特性補正基板に接合するので、温度の変化による振動部の共振周波数の変化を補正できるとともにデバイスの厚さを薄くすることができる。また、埋め込み酸化膜層と温度特性補正基板とを表面活性化接合法を用いて接合するので、室温から400°C程度の温度で接合することができ、接合による残留応力が小さいため、振動部に加える応力による温度特性の補正を容易に行うことができる。   In the method for manufacturing an oscillator according to the present invention, since the vibration part is formed from the active layer of the silicon on insulator substrate, the thickness can be processed with high accuracy, and an accurate oscillator can be obtained. In addition, since it is bonded to the temperature characteristic correction substrate after bonding to the transfer substrate and the support layer is removed, it is possible to correct a change in the resonance frequency of the vibration part due to a change in temperature and to reduce the thickness of the device. In addition, since the buried oxide film layer and the temperature characteristic correction substrate are bonded using the surface activation bonding method, bonding can be performed at a temperature of about 400 ° C. from room temperature, and the residual stress due to bonding is small. The temperature characteristics can be easily corrected by the stress applied to the.

また、本発明に係る発振器は、上記本発明の発振子と、前記発振子の駆動電極に駆動信号を入力する駆動回路とを備えたことを特徴とする発振器である。   An oscillator according to the present invention includes the above-described oscillator according to the present invention and a drive circuit that inputs a drive signal to a drive electrode of the oscillator.

この発明に係る発振器においては、温度特性補正基板を有する発振子を有するので、温度特性の補正を効率的に行うことができる。   Since the oscillator according to the present invention has the oscillator having the temperature characteristic correction substrate, the temperature characteristic can be corrected efficiently.

本発明にかかる発振子及び本発明に係る発振子の製造方法によれば、振動部と温度特性補正基板の熱膨張係数の違いにより振動部の共振周波数が補正されるので、温度特性の補正が効率的に行われる発振子を得ることができる。   According to the resonator according to the present invention and the method for manufacturing the resonator according to the present invention, the resonance frequency of the vibration part is corrected by the difference in thermal expansion coefficient between the vibration part and the temperature characteristic correction substrate. An efficient oscillator can be obtained.

(第1実施形態)
以下、本発明に係る第1実施形態を、2つのアンカー3に両端を接続されて揺動自在に保持された振動部2をもつ発振子1を例にあげて、図1から図7を参照して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7, taking as an example an oscillator 1 having a vibrating portion 2 that is connected to two anchors 3 at both ends and is swingably held. To explain.

図1は第1実施形態に係る発振子1の平面図であり、図2は図1のAA’線における発振子1の断面図を示している。なお、簡単のために図1では温度特性補正基板5を省略して示し、図2では駆動電極4及び検出電極14を省略して示した。   FIG. 1 is a plan view of an oscillator 1 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the oscillator 1 taken along the line AA ′ of FIG. For simplicity, the temperature characteristic correction substrate 5 is omitted in FIG. 1, and the drive electrode 4 and the detection electrode 14 are omitted in FIG.

なお、第1実施形態においては、発振子1を形成するための材料としてシリコンからなるSOI(Silicon On Insulator)基板6を選択し、該SOI基板6の活性層7を利用して発振子1を形成したものとした。   In the first embodiment, an SOI (Silicon On Insulator) substrate 6 made of silicon is selected as a material for forming the oscillator 1, and the oscillator 1 is formed using the active layer 7 of the SOI substrate 6. It was formed.

発振子1は、2つのアンカー3と、両端がアンカー3に接続され揺動自在に保持された振動部2と、振動部2に所定の間隔をあけて対向するように設けられた駆動電極4と、振動部2に所定の間隔をあけて対向するように設けられた検出電極14と、アンカー3に接合され、振動部2を形成する材料であるシリコンよりも小さな熱膨張係数を持つ材料からなる温度特性補正基板5とからなるものである。   The oscillator 1 includes two anchors 3, a vibration part 2 that is connected to the anchors 3 at both ends and is swingably held, and a drive electrode 4 that is provided to face the vibration part 2 at a predetermined interval. And a detection electrode 14 provided so as to face the vibration part 2 at a predetermined interval, and a material bonded to the anchor 3 and having a smaller thermal expansion coefficient than silicon, which is a material forming the vibration part 2. And a temperature characteristic correction substrate 5.

アンカー3及び駆動電極4並びに検出電極14は、SOI基板6の埋め込み酸化膜層8を介してSOI基板6の支持層9に固定されている。   The anchor 3, the drive electrode 4, and the detection electrode 14 are fixed to the support layer 9 of the SOI substrate 6 through the buried oxide film layer 8 of the SOI substrate 6.

また、図3は発振器20を示すブロック図である。発振器20は発振子1及び駆動回路21から構成される。   FIG. 3 is a block diagram showing the oscillator 20. The oscillator 20 includes an oscillator 1 and a drive circuit 21.

駆動回路21で生成された所定の周波数を持つ駆動信号は発振子1の駆動電極4に入力される。この駆動信号に従って振動部2が振動する。振動部2の振動を、振動部2と検出電極14の間の静電容量の変動として電気信号を取り出し、外部に出力する。振動部2の共振周波数は式1によって決定される。   A drive signal having a predetermined frequency generated by the drive circuit 21 is input to the drive electrode 4 of the oscillator 1. The vibration part 2 vibrates according to this drive signal. An electric signal is extracted from the vibration of the vibration unit 2 as a change in capacitance between the vibration unit 2 and the detection electrode 14 and output to the outside. The resonance frequency of the vibration unit 2 is determined by Equation 1.

Figure 0005122888
Figure 0005122888

ここで、f0は振動部2の共振周波数、Lは振動部2の長さ、Wは振動部2の幅、ESiはシリコンのヤング率、aは振動部2の形状によって決まる係数、αSiはシリコンのヤング率を温度でテイラー展開した1次の係数、σは振動部2の軸方向の内部応力、ΔTは所定の基準温度からの温度変化である。ヤング率が温度依存するために、共振周波数f0が温度によって変化する。   Here, f0 is the resonance frequency of the vibration part 2, L is the length of the vibration part 2, W is the width of the vibration part 2, ESi is the Young's modulus of silicon, a is a coefficient determined by the shape of the vibration part 2, and αSi is silicon Is a first-order coefficient obtained by Taylor expansion of the Young's modulus with temperature, σ is an internal stress in the axial direction of the vibrating portion 2, and ΔT is a temperature change from a predetermined reference temperature. Since the Young's modulus depends on temperature, the resonance frequency f0 changes with temperature.

温度による共振周波数f0の変化を補正するためには、内部応力σを変化させ、式1の平方根の内部がESiだけになるようにすればよい。このときのσは式2で表される。   In order to correct the change in the resonance frequency f0 due to the temperature, the internal stress σ may be changed so that the inside of the square root of Equation 1 is only ESi. Σ at this time is expressed by Equation 2.

Figure 0005122888
Figure 0005122888

振動部2と温度特性補正基板5はそれぞれアンカー3に接続されているので、温度が変化すると一体となって変形する。温度特性補正基板5は振動部2よりも熱膨張係数が小さいため、振動部2は温度特性補正基板5がアンカー3に接続されていないときに比べて伸びが小さくなり、軸方向の圧縮応力が発生し、その大きさσは式3によってあらわされる。   Since the vibration part 2 and the temperature characteristic correction substrate 5 are respectively connected to the anchor 3, they are integrally deformed when the temperature changes. Since the temperature characteristic correction substrate 5 has a smaller thermal expansion coefficient than that of the vibration part 2, the vibration part 2 is less elongated than when the temperature characteristic correction board 5 is not connected to the anchor 3, and the axial compressive stress is increased. And its magnitude σ is expressed by Equation 3.

Figure 0005122888
Figure 0005122888

ここで、EXは温度特性補正基板5を形成する材料のヤング率、CSiは振動部2を形成する材料であるシリコンの熱膨張係数、CXは温度特性補正基板5を形成する材料の熱膨張係数である。   Here, EX is the Young's modulus of the material that forms the temperature characteristic correction substrate 5, CSi is the thermal expansion coefficient of silicon that is the material that forms the vibration part 2, and CX is the thermal expansion coefficient of the material that forms the temperature characteristic correction substrate 5 It is.

したがって、温度による共振周波数f0の変化を補正するためには、式2及び式3で表される振動部2の内部応力の大きさσが一致するように温度特性補正基板5の材料、振動部2の長さL、幅Wを決定すればよい。   Therefore, in order to correct the change in the resonance frequency f0 due to the temperature, the material of the temperature characteristic correction substrate 5 and the vibration part so that the internal stress magnitude σ of the vibration part 2 represented by Expression 2 and Expression 3 are matched. The length L and the width W of 2 may be determined.

シリコンの熱膨張係数はおよそ3.3×10^−6 /Kなので、温度特性補正基板5の材料として、例えば熱膨張係数CX=0.5×10^−6 /Kである石英や、CX=3.1×10^−6 /Kである窒化ケイ素、CX=1.1×10^−6 /Kであるダイヤモンド、CX=2×10^−6 /Kであるインバーなどを選択することができる。   Since the thermal expansion coefficient of silicon is approximately 3.3 × 10 ^ −6 / K, as a material for the temperature characteristic correction substrate 5, for example, quartz having a thermal expansion coefficient CX = 0.5 × 10 ^ −6 / K, CX = Silicon nitride with 3.1 × 10 ^ -6 / K, Diamond with CX = 1.1 × 10 ^ -6 / K, Invar with CX = 2 × 10 ^ -6 / K, etc. Can do.

温度特性補正基板5の材料として上記の各材料について、振動部2の幅Wが10マイクロメートルであると仮定したときの振動部2の内部応力σの長さLに対する関係を式2及び式3にしたがってプロットした。図4は石英、図5は窒化ケイ素、図6はダイヤモンド、図7はインバーの場合である。それぞれ式2及び式3の応力が等しくなる振動部2の長さLが存在する。実際に発振子1を設計する際には、所定の共振周波数が得られ、かつ式2及び式3のσが等しくなるように振動部2の長さL及びWを選択する。   For each of the above materials as the material of the temperature characteristic correction substrate 5, the relationship of the internal stress σ of the vibration part 2 with respect to the length L when the width W of the vibration part 2 is assumed to be 10 micrometers is expressed by Expressions 2 and 3 Plotted according to 4 shows quartz, FIG. 5 shows silicon nitride, FIG. 6 shows diamond, and FIG. 7 shows invar. There is a length L of the vibration part 2 in which the stresses of the expressions 2 and 3 are equal. When the resonator 1 is actually designed, the lengths L and W of the vibration unit 2 are selected so that a predetermined resonance frequency is obtained and σ in the expressions 2 and 3 are equal.

次に、このように構成された第1実施形態の発振子1の製造方法について、図8及び図9を参照しながら説明する。図8及び図9は、図1のAA’線に沿った断面図に対応する。また、発振子1は、同一基板上に多数の発振子1を一括して形成することが出来るが、本実施例においては簡単のため多数の発振子1のうち1つを抜き出したものとして説明する。   Next, a method for manufacturing the resonator 1 according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 8 and 9 correspond to cross-sectional views taken along the line AA 'in FIG. In addition, the oscillator 1 can be formed with a large number of oscillators 1 on the same substrate. However, in this embodiment, it is assumed that one of the many oscillators 1 is extracted for simplicity. To do.

第1実施形態の製造方法は、振動部形成工程と接合工程とを適宜行って製造する方法である。   The manufacturing method of the first embodiment is a method of manufacturing by appropriately performing the vibration part forming step and the joining step.

まず、振動部形成工程を行う。   First, a vibration part formation process is performed.

図8(a)に示すように、シリコンからなるSOI基板6を準備する。   As shown in FIG. 8A, an SOI substrate 6 made of silicon is prepared.

次に、図8(b)に示すように、活性層7の所定の領域を所定の深さだけ選択的に除去し、可動ギャップ10を形成する。活性層7の所定の位置を選択的に除去する方法としては種々の方法を選択することができるが、例えばリソグラフィ技術を用いて活性層7の表面にマスクを形成し、TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)水溶液や水酸化カリウム水溶液などの強アルカリ性のエッチャントによるウェットエッチングや、SF6のプラズマによるRIE(Reactive Ion Etching)を用いたドライエッチングなどの方法を選択して所定の領域を選択的に除去する。可動ギャップ10の深さは振動部2が温度特性補正基板5に接触せず揺動自在に保持されるようにすればよく、例えば1マイクロメートル程度以上であれば良い。   Next, as shown in FIG. 8B, a predetermined region of the active layer 7 is selectively removed by a predetermined depth to form a movable gap 10. Various methods can be selected as a method for selectively removing a predetermined position of the active layer 7. For example, a mask is formed on the surface of the active layer 7 by using a lithography technique, and TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide) is used. A predetermined region is selectively removed by selecting a method such as wet etching using a strong alkaline etchant such as an aqueous solution or an aqueous potassium hydroxide solution, or dry etching using RIE (Reactive Ion Etching) using SF6 plasma. The depth of the movable gap 10 may be such that the vibrating part 2 is held in a swingable manner without contacting the temperature characteristic correction substrate 5, and may be, for example, about 1 micrometer or more.

次に、図8(c)に示すように、活性層7の所定の領域を選択的に除去し、振動部2、アンカー3、図示しない駆動電極4及び図示しない検出電極14を形成する。所定の領域を選択的に除去する方法としては、可動ギャップ10を形成する場合と同様に強アルカリ性エッチャントによるウェットエッチングやRIEによるドライエッチングなどを選択することができる。また、ボッシュプロセスを用いたDeep RIE技術を用いると、高アスペクト比で側壁の角度を垂直に近い状態に保ってエッチングを行うことができる。また、本実施例においてはSOI基板6を用いているので、埋め込み酸化膜層8をエッチングストップとして用いることができる。   Next, as shown in FIG. 8C, a predetermined region of the active layer 7 is selectively removed to form the vibrating portion 2, the anchor 3, the drive electrode 4 (not shown), and the detection electrode 14 (not shown). As a method for selectively removing the predetermined region, wet etching using a strong alkaline etchant, dry etching using RIE, or the like can be selected as in the case of forming the movable gap 10. In addition, when the Deep RIE technique using the Bosch process is used, etching can be performed while maintaining a high aspect ratio and the angle of the side wall close to vertical. In this embodiment, since the SOI substrate 6 is used, the buried oxide film layer 8 can be used as an etching stop.

次に、図9(a)に示すように、振動部2と支持層9との間に存在する埋め込み酸化膜層8を選択的に除去し、振動部2がアンカー3によって揺動自在に保持された状態にする。埋め込み酸化膜層8を除去する方法としては、フッ化水素水溶液によるウェットエッチングや、フッ化水素ガスによるドライエッチングなどを選択することができる。   Next, as shown in FIG. 9A, the buried oxide film layer 8 existing between the vibrating portion 2 and the support layer 9 is selectively removed, and the vibrating portion 2 is held swingably by the anchor 3. To the state. As a method for removing the buried oxide film layer 8, wet etching using a hydrogen fluoride aqueous solution, dry etching using hydrogen fluoride gas, or the like can be selected.

このとき、アンカー3及び駆動電極4並びに検出電極14と支持層9との間に存在する埋め込み酸化膜層8が除去されないようにしなければならない。そのためには、相対的に振動部2よりもアンカー3及び駆動電極4並びに検出電極14の面積や幅を大きくする、振動部2にフッ化水素エッチャントが通過できるような微細な穴を多数あけるなどの方法を選択することができる。   At this time, it is necessary to prevent the buried oxide film layer 8 existing between the anchor 3 and the drive electrode 4 and the detection electrode 14 and the support layer 9 from being removed. For this purpose, the area and width of the anchor 3, the drive electrode 4, and the detection electrode 14 are relatively larger than those of the vibration part 2, and a number of fine holes through which the hydrogen fluoride etchant can pass are formed in the vibration part 2. The method can be selected.

次に、接合工程を行う。   Next, a joining process is performed.

接合工程においては、まず石英や窒化ケイ素、ダイヤモンド、インバーのようにシリコンよりも熱膨張係数の小さな材料からなる温度特性補正基板5を準備する。   In the bonding process, first, a temperature characteristic correction substrate 5 made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than silicon, such as quartz, silicon nitride, diamond, or invar, is prepared.

次に図9(b)に示すように、温度特性補正基板5をアンカー3に接合し、発振子1を形成する。接合には各種の方法を選択することができる。   Next, as shown in FIG. 9B, the temperature characteristic correction substrate 5 is bonded to the anchor 3 to form the oscillator 1. Various methods can be selected for joining.

例えば、陽極接合法を用いる場合、アンカー3の接合面をシリコンまたはアルミニウムとし、温度特性補正基板5の表面にナトリウムなどのアルカリ金属イオンを含むホウケイ酸ガラス薄膜を成膜し、約200°C以上に加熱してから、アンカー3を陽極に、温度特性補正基板5を陰極として200Vから1000Vの電圧を印加すると、陽極接合反応によりアンカー3と温度特性補正基板5とが強固に接合される。   For example, in the case of using the anodic bonding method, the bonding surface of the anchor 3 is made of silicon or aluminum, and a borosilicate glass thin film containing alkali metal ions such as sodium is formed on the surface of the temperature characteristic correction substrate 5 and is about 200 ° C. or higher. When a voltage of 200 V to 1000 V is applied using the anchor 3 as an anode and the temperature characteristic correction substrate 5 as a cathode, the anchor 3 and the temperature characteristic correction substrate 5 are firmly bonded by an anodic bonding reaction.

また、金−シリコン共晶接合法を用いる場合、アンカー3の接合面をシリコンとし、温度特性補正基板5に金薄膜を成膜する。次いで金とシリコンの共晶点以上の温度、例えば350°C以上に加熱してアンカー3と温度特性補正基板5とを接触させると、金とシリコンが共晶反応によって溶融し、強固に接合される。   Further, when the gold-silicon eutectic bonding method is used, the bonding surface of the anchor 3 is made of silicon, and a gold thin film is formed on the temperature characteristic correction substrate 5. Next, when the anchor 3 and the temperature characteristic correction substrate 5 are brought into contact with each other by heating to a temperature equal to or higher than the eutectic point of gold and silicon, for example, 350 ° C. or higher, the gold and silicon are melted by a eutectic reaction and firmly bonded. The

また、金−スズ共晶接合法または銀−スズ共晶接合法を用いる場合、アンカー3と温度特性補正基板5の少なくとも一方に金及びスズからなる合金または銀及びスズからなる合金の薄膜を成膜し、金とスズの共晶点または銀とスズの共晶点以上の温度に加熱してアンカー3と温度特性補正基板5とを接触させると、金とスズまたは銀とスズからなる合金薄膜が共晶反応によって溶融し、強固に接合される。なお、金とスズの共晶点は約270°C、銀とスズの共晶点は約250°Cである。また、アンカー3と温度特性補正基板5の一方に金または銀からなる薄膜を成膜し、もう一方にスズからなる薄膜を成膜したのち、共晶点以上に加熱してアンカー3と温度特性補正基板5とを接触させても良い。   Further, when the gold-tin eutectic bonding method or the silver-tin eutectic bonding method is used, a thin film of an alloy made of gold and tin or an alloy made of silver and tin is formed on at least one of the anchor 3 and the temperature characteristic correction substrate 5. When the film 3 is heated to a temperature equal to or higher than the eutectic point of gold and tin or the eutectic point of silver and tin and the anchor 3 and the temperature characteristic correction substrate 5 are brought into contact with each other, an alloy thin film made of gold and tin or silver and tin is formed. Are melted by the eutectic reaction and firmly bonded. The eutectic point of gold and tin is about 270 ° C., and the eutectic point of silver and tin is about 250 ° C. In addition, a thin film made of gold or silver is formed on one of the anchor 3 and the temperature characteristic correction substrate 5, and a thin film made of tin is formed on the other. Then, the anchor 3 and the temperature characteristic are heated by heating above the eutectic point. The correction substrate 5 may be brought into contact.

また、表面活性化接合法を用いる場合、アンカー3及び温度特性補正基板5の表面をアルゴンや酸素、窒素などのプラズマやイオンビームで照射し、表面を活性な官能基で修飾したり表面にダングリングボンドを形成させたのち、室温から400°C程度の温度に加熱してアンカー3と温度特性補正基板5とを接触させると、接触面の間が化学結合し、強固に接合される。   In addition, when the surface activated bonding method is used, the surface of the anchor 3 and the temperature characteristic correction substrate 5 is irradiated with a plasma or ion beam of argon, oxygen, nitrogen, etc., and the surface is modified with an active functional group or dangling on the surface. After the ring bond is formed, when the anchor 3 and the temperature characteristic correction substrate 5 are brought into contact with each other by heating from room temperature to about 400 ° C., the contact surfaces are chemically bonded and firmly bonded.

また、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などを用いてアンカー3と温度特性補正基板5とを接着接合させてもよい。   Alternatively, the anchor 3 and the temperature characteristic correction substrate 5 may be bonded and bonded using an epoxy resin or a polyimide resin.

以上に述べたように、本発明に係る第1実施形態においては、振動部2の材料であるシリコンよりも熱膨張係数の小さな材料からなる温度特性補正基板5が振動部2の両端に接続されたアンカー3に接合されているので、発振子1の温度が変化すると振動部2と温度特性補正基板5の熱膨張係数の違いにより振動部2に軸方向の応力が生じるため、式1から式3に示す関係に従って振動部2の共振周波数の温度変化を補正することができる。   As described above, in the first embodiment according to the present invention, the temperature characteristic correction substrate 5 made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than that of silicon that is the material of the vibration unit 2 is connected to both ends of the vibration unit 2. Since the stress is generated in the vibrating part 2 due to the difference in thermal expansion coefficient between the vibrating part 2 and the temperature characteristic correction substrate 5 when the temperature of the oscillator 1 changes, 3 can correct the temperature change of the resonance frequency of the vibration unit 2 according to the relationship shown in FIG.

(第2実施形態)
次に、本発明に係る第2実施形態を、図10及び図11を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図10は第2実施形態に係る発振子1の平面図であり、図11は図10のBB’線における発振子1の断面図を示している。なお、簡単のために図11では駆動電極4及び検出電極14を省略して示した。   FIG. 10 is a plan view of the resonator 1 according to the second embodiment, and FIG. 11 is a cross-sectional view of the resonator 1 taken along the line BB ′ of FIG. For simplicity, the drive electrode 4 and the detection electrode 14 are omitted in FIG.

発振子1は、2つのアンカー3と、両端がアンカー3に接続され揺動自在に保持された振動部2と、振動部2に所定の間隔をあけて対向するように設けられた駆動電極4と、アンカー3に接合され、振動部2を形成する材料であるシリコンよりも小さな熱膨張係数を持つ材料からなる温度特性補正基板5とからなるものである。   The oscillator 1 includes two anchors 3, a vibration part 2 that is connected to the anchors 3 at both ends and is swingably held, and a drive electrode 4 that is provided to face the vibration part 2 at a predetermined interval. And a temperature characteristic correction substrate 5 made of a material having a thermal expansion coefficient smaller than that of silicon which is bonded to the anchor 3 and forms the vibrating portion 2.

アンカー3及び駆動電極4は、犠牲層12を介して温度特性補正基板5に固定されている。   The anchor 3 and the drive electrode 4 are fixed to the temperature characteristic correction substrate 5 via the sacrificial layer 12.

温度特性補正基板5は、振動部2の材料よりも温度膨張係数の小さな材料からなる。例えば振動部2の材料としてシリコンを選択する場合、シリコンの熱膨張係数はおよそ3.3×10^−6 /Kなので、温度特性補正基板5の材料として、例えば熱膨張係数CX=0.5×10^−6 /Kである石英や、CX=3.1×10^−6 /Kである窒化ケイ素、CX=1.1×10^−6 /Kであるダイヤモンド、CX=2×10^−6 /Kであるインバーなどを選択することができる。   The temperature characteristic correction substrate 5 is made of a material having a smaller temperature expansion coefficient than the material of the vibration unit 2. For example, when silicon is selected as the material of the vibration unit 2, the thermal expansion coefficient of silicon is approximately 3.3 × 10 ^ −6 / K. Therefore, as the material of the temperature characteristic correction substrate 5, for example, the thermal expansion coefficient CX = 0.5 Quartz with × 10 ^ -6 / K, silicon nitride with CX = 3.1 × 10 ^ -6 / K, diamond with CX = 1.1 × 10 ^ -6 / K, CX = 2 × 10 An invar such as ^ -6 / K can be selected.

また、振動部2の材料としてゲルマニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、金属のうちいずれか1種類を選択することもできる。この場合、温度特性補正基板5の材料はこれらの材料よりも熱膨張率の小さな材料を選択しなければならない。   In addition, any one of germanium, silicon carbide, silicon nitride, and metal can be selected as the material of the vibration unit 2. In this case, a material having a smaller thermal expansion coefficient than these materials must be selected as the material for the temperature characteristic correction substrate 5.

第1実施形態の場合と同様に、振動部2の共振周波数は式1に従って温度変化に対して変動する。この共振周波数の変動を打ち消すためには、振動部2に式2で表される軸方向への応力を印加すればよい。   As in the case of the first embodiment, the resonance frequency of the vibration unit 2 varies with temperature change according to Equation 1. In order to cancel the fluctuation of the resonance frequency, a stress in the axial direction represented by the expression 2 may be applied to the vibration unit 2.

ところでアンカー3に振動部2より熱膨張係数の小さな材料からなる温度特性補正基板5が接続されているので、振動部2には熱膨張係数の違いにより式3で表される軸圧縮応力が働く。従って、式2及び式3で表される軸方向への応力の大きさが等しくなるように材料を選択し、振動部2の長さL及び幅Wを選択すればよい。   By the way, since the temperature characteristic correction substrate 5 made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than that of the vibration part 2 is connected to the anchor 3, the axial compressive stress expressed by Expression 3 acts on the vibration part 2 due to the difference in the thermal expansion coefficient. . Therefore, the material may be selected so that the magnitudes of the stresses in the axial direction expressed by Expression 2 and Expression 3 are equal, and the length L and width W of the vibration unit 2 may be selected.

次に、このように構成された第2実施形態の発振子1の製造方法について、図12を参照しながら説明する。図12は、図10のBB’線に沿った断面図に対応する。また、発振子1は、同一基板上に多数の発振子1を一括して形成することが出来るが、本実施例においては簡単のため多数の発振子1のうち1つを抜き出したものとして説明する。   Next, a method for manufacturing the resonator 1 according to the second embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 12 corresponds to a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. In addition, the oscillator 1 can be formed with a large number of oscillators 1 on the same substrate. However, in this embodiment, it is assumed that one of the many oscillators 1 is extracted for simplicity. To do.

第2実施形態の製造方法は、成膜工程と、振動部形成工程とを適宜行って製造する方法である。   The manufacturing method of the second embodiment is a method of manufacturing by appropriately performing a film forming process and a vibration part forming process.

まず、成膜工程を行う。   First, a film forming process is performed.

図12(a)に示すように、石英や窒化ケイ素、ダイヤモンド、インバーのようにシリコンよりも熱膨張係数の小さな材料からなる温度特性補正基板5を準備する。   As shown in FIG. 12A, a temperature characteristic correction substrate 5 made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than silicon, such as quartz, silicon nitride, diamond, or invar, is prepared.

次に、図12(b)に示すように、所定の厚さの犠牲層12を形成する。犠牲層12は後述する振動部形成工程において振動部2が揺動自在になるように除去されるためのものである。従って、除去工程を用意に行うためには薄いほうが望ましい。しかし振動部2が揺動自在になるようにするためには振動部2が温度特性補正基板5に接触しないようにする必要があるため、犠牲層12の厚さとしては例えば約0.5マイクロメートルから2マイクロメートル程度にする。   Next, as shown in FIG. 12B, a sacrificial layer 12 having a predetermined thickness is formed. The sacrificial layer 12 is for removing the vibrating part 2 so that the vibrating part 2 can swing in a vibrating part forming step described later. Accordingly, it is desirable that the thickness be thinner in order to prepare the removal process. However, in order to make the vibration part 2 swingable, it is necessary to prevent the vibration part 2 from coming into contact with the temperature characteristic correction substrate 5, so that the thickness of the sacrificial layer 12 is about 0.5 μm, for example. The meter should be about 2 micrometers.

犠牲層12の材料はプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)技術などで形成された酸化シリコン膜が通常用いられる。しかし、酸化シリコン膜を除去するためにはフッ化水素水溶液やフッ化水素ガスを用いる必要があるため、温度特性補正基板5の材料として石英や窒化ケイ素を用いる場合は、温度特性補正基板5がエッチングされないように、温度特性補正基板5の表面にシリコン薄膜などの保護膜を形成し、その上に犠牲層12を積層する必要がある。   As the material of the sacrificial layer 12, a silicon oxide film formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) technology or the like is usually used. However, in order to remove the silicon oxide film, it is necessary to use a hydrogen fluoride aqueous solution or hydrogen fluoride gas. Therefore, when quartz or silicon nitride is used as the material of the temperature characteristic correction substrate 5, the temperature characteristic correction substrate 5 is In order not to be etched, it is necessary to form a protective film such as a silicon thin film on the surface of the temperature characteristic correction substrate 5 and to stack the sacrificial layer 12 thereon.

次に、図12(c)に示すように、所定の厚さのデバイス層13を形成する。デバイス層13は加工の容易性や量産性、振動部の振動特性を考慮して、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)技術やプラズマCVD技術で形成されたシリコン薄膜を用いることが多い。シリコン以外の材料を選択してデバイス層13を形成する場合には、温度特性補正基板5の材料はデバイス層13の材料よりも熱膨張係数の小さなものを選択する必要がある。   Next, as shown in FIG. 12C, a device layer 13 having a predetermined thickness is formed. The device layer 13 often uses a silicon thin film formed by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) technology or plasma CVD technology in consideration of ease of processing, mass productivity, and vibration characteristics of the vibration part. When a material other than silicon is selected to form the device layer 13, it is necessary to select a material for the temperature characteristic correction substrate 5 having a smaller thermal expansion coefficient than that of the device layer 13.

次に、振動部形成工程を行う。   Next, a vibration part formation process is performed.

まず、図12(d)に示すように、デバイス層13の所定の領域を選択的に除去し、振動部2、アンカー3、図示しない駆動電極4及び図示しない検出電極14を形成する。所定の領域を選択的に除去する方法としては、デバイス層13の材料としてシリコン薄膜を選択する場合、第1実施形態の製造方法と同様に強アルカリ性エッチャントによるウェットエッチングやRIEによるドライエッチングなどを選択することができる。また、ボッシュプロセスを用いたDeep RIE技術を用いると、高アスペクト比で側壁の角度を垂直に近い状態に保ってエッチングを行うことができる。また、犠牲層12の材料として酸化シリコン膜を選択すれば、犠牲層12をエッチングストップとして用いることができる。   First, as shown in FIG. 12D, a predetermined region of the device layer 13 is selectively removed to form the vibrating portion 2, the anchor 3, the drive electrode 4 (not shown), and the detection electrode 14 (not shown). As a method for selectively removing a predetermined region, when a silicon thin film is selected as the material of the device layer 13, wet etching using a strong alkaline etchant or dry etching using RIE is selected as in the manufacturing method of the first embodiment. can do. In addition, when the Deep RIE technique using the Bosch process is used, etching can be performed while maintaining a high aspect ratio and the angle of the side wall close to vertical. If a silicon oxide film is selected as the material for the sacrificial layer 12, the sacrificial layer 12 can be used as an etching stop.

次に、図12(e)に示すように、振動部2と温度特性補正基板5との間に存在する犠牲層12を選択的に除去し、振動部2がアンカー3によって揺動自在に保持された状態にする。犠牲層12を除去する方法としては、犠牲層12が酸化シリコン膜からなる場合、フッ化水素水溶液によるウェットエッチングや、フッ化水素ガスによるドライエッチングなどを選択することができる。   Next, as shown in FIG. 12 (e), the sacrificial layer 12 existing between the vibration part 2 and the temperature characteristic correction substrate 5 is selectively removed, and the vibration part 2 is swingably held by the anchor 3. To the state. As a method for removing the sacrificial layer 12, when the sacrificial layer 12 is made of a silicon oxide film, wet etching using a hydrogen fluoride aqueous solution, dry etching using hydrogen fluoride gas, or the like can be selected.

このとき、アンカー3及び駆動電極4並びに検出電極14と支持層9との間に存在する犠牲層12が除去されないようにしなければならない。そのためには、相対的に振動部2よりもアンカー3及び駆動電極4並びに検出電極14の面積や幅を大きくする、振動部2にフッ化水素エッチャントが通過できるような微細な穴を多数あけるなどの方法を選択することができる。   At this time, it is necessary to prevent the sacrificial layer 12 existing between the anchor 3 and the drive electrode 4 and the detection electrode 14 and the support layer 9 from being removed. For this purpose, the area and width of the anchor 3, the drive electrode 4, and the detection electrode 14 are relatively larger than those of the vibration part 2, and a number of fine holes through which the hydrogen fluoride etchant can pass are formed in the vibration part 2. The method can be selected.

以上に述べたように、本発明に係る第2実施形態においては、振動部2の材料であるシリコンよりも熱膨張係数の小さな材料からなる温度特性補正基板5が振動部2の両端に接続されたアンカー3に接合されているので、発振子1の温度が変化すると振動部2と温度特性補正基板5の熱膨張係数の違いにより振動部2に軸方向の応力が生じるため、式1から式3に示す関係に従って振動部2の共振周波数の温度変化を補正することができる。   As described above, in the second embodiment according to the present invention, the temperature characteristic correction substrate 5 made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than that of silicon that is the material of the vibration unit 2 is connected to both ends of the vibration unit 2. Since the stress is generated in the vibrating part 2 due to the difference in thermal expansion coefficient between the vibrating part 2 and the temperature characteristic correction substrate 5 when the temperature of the oscillator 1 changes, 3 can correct the temperature change of the resonance frequency of the vibration unit 2 according to the relationship shown in FIG.

また、第1実施形態の場合と異なり、温度特性補正基板5の上に振動部2が形成されるので総厚さが小さくなり、デバイスを小型化できるとともに製造工程を簡略化することができる。   Unlike the case of the first embodiment, since the vibration part 2 is formed on the temperature characteristic correction substrate 5, the total thickness is reduced, the device can be miniaturized, and the manufacturing process can be simplified.

(第3実施形態)
次に、本発明に係る第3実施形態の製造方法を、図13及び図14を参照して説明する。なお、第3実施形態の構成は第2実施形態の場合と同一であるので、構成及び機能についての詳細な説明は省略する。また、この第3実施形態の製造方法においては、第1実施形態の製造方法及び第2実施形態の製造方法における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, the manufacturing method of 3rd Embodiment based on this invention is demonstrated with reference to FIG.13 and FIG.14. Since the configuration of the third embodiment is the same as that of the second embodiment, a detailed description of the configuration and functions is omitted. Moreover, in the manufacturing method of this 3rd Embodiment, about the part same as the component in the manufacturing method of 1st Embodiment and the manufacturing method of 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the detailed description is given. Omitted.

第3実施形態の製造方法は、振動部形成工程と、トランスファ工程と、接合工程とを適宜行って製造する方法である。   The manufacturing method of the third embodiment is a method of manufacturing by appropriately performing a vibration part forming step, a transfer step, and a joining step.

まず、振動部形成工程を行う。   First, a vibration part formation process is performed.

図13(a)に示すように、シリコンからなるSOI基板6を準備する。   As shown in FIG. 13A, an SOI substrate 6 made of silicon is prepared.

次に、図13(b)に示すように、活性層7の所定の領域を選択的に除去し、振動部2、アンカー3、図示しない駆動電極4及び図示しない検出電極14を形成する。所定の領域を選択的に除去する方法としては、可動ギャップ10を形成する場合と同様に強アルカリ性エッチャントによるウェットエッチングやRIEによるドライエッチングなどを選択することができる。また、ボッシュプロセスを用いたDeep RIE技術を用いると、高アスペクト比で側壁の角度を垂直に近い状態に保ってエッチングを行うことができる。また、本実施例においてはSOI基板6を用いているので、埋め込み酸化膜層8をエッチングストップとして用いることができる。   Next, as shown in FIG. 13B, a predetermined region of the active layer 7 is selectively removed to form the vibrating portion 2, the anchor 3, the drive electrode 4 (not shown), and the detection electrode 14 (not shown). As a method for selectively removing the predetermined region, wet etching using a strong alkaline etchant, dry etching using RIE, or the like can be selected as in the case of forming the movable gap 10. In addition, when the Deep RIE technique using the Bosch process is used, etching can be performed while maintaining a high aspect ratio and the angle of the side wall close to vertical. In this embodiment, since the SOI substrate 6 is used, the buried oxide film layer 8 can be used as an etching stop.

次に、トランスファ工程を行う。   Next, a transfer process is performed.

トランスファ工程においては、まず図13(c)に示すように、振動部2、アンカー3、図示しない駆動電極4及び図示しない検出電極14をトランスファ基板11に接合する。   In the transfer step, first, as shown in FIG. 13C, the vibrating portion 2, the anchor 3, the drive electrode 4 (not shown), and the detection electrode 14 (not shown) are joined to the transfer substrate 11.

トランスファ基板11の材料は特に限定されないが、後述する支持層9の研磨や埋め込み酸化膜層8の除去を行っても損傷しないことが望ましい。好適にはシリコンや石英、ホウ珪酸ガラスなどの材料からなる基板を選択することができる。   The material of the transfer substrate 11 is not particularly limited, but it is desirable that the transfer substrate 11 is not damaged even if the support layer 9 described later is polished or the buried oxide film layer 8 is removed. A substrate made of a material such as silicon, quartz, or borosilicate glass is preferably selected.

振動部2、アンカー3、駆動電極4及び検出電極14をトランスファ基板11に接合する方法としては、種々の方法を選択することができるが、支持層9の研磨や埋め込み酸化膜層8の除去プロセスを行っても剥離しないようにしなければならない。その一方で後述する接合工程において最終的にはトランスファ基板11を容易に剥離できることが必要である。このような仮接合技術は近年各種の方法が開発されており、例えば紫外線の照射により接合力を失うような樹脂が提案されている。   Various methods can be selected as a method for joining the vibration unit 2, the anchor 3, the drive electrode 4, and the detection electrode 14 to the transfer substrate 11, but the polishing process of the support layer 9 and the removal process of the buried oxide film layer 8 It must be ensured that no peeling occurs. On the other hand, it is necessary that the transfer substrate 11 can be easily peeled off finally in the bonding step described later. In recent years, various methods have been developed for such a temporary bonding technique. For example, a resin that loses the bonding force by irradiation with ultraviolet rays has been proposed.

次に、図14(a)に示すように、支持層9を除去し、埋め込み酸化膜層8を露出させる。支持層9を除去する方法としては、機械的に研磨する、CMP(Chemical Mechanical Polishing)技術を採用する、RIEまたはDeep RIEによるドライエッチングを行うなどの方法を単独もしくは組み合わせて利用することができる。   Next, as shown in FIG. 14A, the support layer 9 is removed, and the buried oxide film layer 8 is exposed. As a method for removing the support layer 9, a method such as mechanical polishing, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) technique, or dry etching by RIE or Deep RIE may be used alone or in combination.

次に、図14(b)に示すように、アンカー3及び図示しない駆動電極4並びに図示しない検出電極14の領域以外の埋め込み酸化膜8を選択的に除去する。埋め込み酸化膜8を選択的に除去する方法としては、リソグラフィ技術を用いて除去しない領域にマスクを形成した後、フッ酸によるウェットエッチングやRIEによるドライエッチングなどを利用すればよい。   Next, as shown in FIG. 14B, the buried oxide film 8 other than the region of the anchor 3, the drive electrode 4 (not shown), and the detection electrode 14 (not shown) is selectively removed. As a method for selectively removing the buried oxide film 8, a mask may be formed in a region not to be removed using a lithography technique, and then wet etching using hydrofluoric acid or dry etching using RIE may be used.

また、本実施例では振動部2、アンカー3、駆動電極4及び検出電極14を形成した後にトランスファ基板11に接合し、支持層9を除去した後に埋め込み酸化膜8を除去する方法を説明したが、振動部2、アンカー3、駆動電極4及び検出電極14を形成した後に、アンカー3及び駆動電極4並びに検出電極14と支持層9に挟まれた領域以外の埋め込み酸化膜層をフッ酸によるウェットエッチングやRIEによるドライエッチングで除去し、トランスファ基板11に接合しても良い。このように構成すると、支持層9を除去した時点で埋め込み酸化膜8はアンカー3及び駆動電極4の部分にしか残っておらず、図14(a)のように埋め込み酸化膜層8が強度の小さい状態で残ることがない。従って埋め込み酸化膜8を容易にアンカー3及び駆動電極4並びに検出電極14の部分に選択的に残すことができる。   Further, in the present embodiment, the method of removing the buried oxide film 8 after forming the vibrating portion 2, the anchor 3, the drive electrode 4, and the detection electrode 14, bonding to the transfer substrate 11, and removing the support layer 9 has been described. After forming the vibrating portion 2, the anchor 3, the drive electrode 4 and the detection electrode 14, the buried oxide film layer other than the region sandwiched between the anchor 3 and the drive electrode 4 and the detection electrode 14 and the support layer 9 is wetted with hydrofluoric acid. It may be removed by etching or dry etching such as RIE and bonded to the transfer substrate 11. With this configuration, when the support layer 9 is removed, the buried oxide film 8 remains only in the portions of the anchor 3 and the drive electrode 4, and the buried oxide film layer 8 is strong as shown in FIG. It will not remain small. Therefore, the buried oxide film 8 can be easily left selectively at the anchor 3, the drive electrode 4, and the detection electrode 14.

次に、接合工程を行う。   Next, a joining process is performed.

まず、シリコンよりも熱膨張係数の小さな材料からなる温度特性補正基板5を準備する。次に、図14(c)に示すように、アンカー3及び図示しない駆動電極4並びに図示しない検出電極14に接続されて残された埋め込み酸化膜層8と温度特性補正基板5とを接合する。   First, a temperature characteristic correction substrate 5 made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than silicon is prepared. Next, as shown in FIG. 14C, the buried oxide film layer 8 left connected to the anchor 3, the drive electrode 4 (not shown), and the detection electrode 14 (not shown) and the temperature characteristic correction substrate 5 are bonded.

接合方法としては、金−スズ共晶接合法または銀−スズ共晶接合法を用いる場合、アンカー3及び駆動電極4の表面に残された埋め込み酸化膜層8と温度特性補正基板5の少なくとも一方に金及びスズからなる合金または銀及びスズからなる合金の薄膜を成膜し、金とスズの共晶点または銀とスズの共晶点以上の温度に加熱して埋め込み酸化膜層8と温度特性補正基板5とを接触させると、金とスズまたは銀とスズからなる合金薄膜が共晶反応によって溶融し、強固に接合される。なお、金とスズの共晶点は約270°C、銀とスズの共晶点は約250°Cである。また、埋め込み酸化膜層8と温度特性補正基板5の一方に金または銀からなる薄膜を成膜し、もう一方にスズからなる薄膜を成膜したのち、共晶点以上に加熱して埋め込み酸化膜層8と温度特性補正基板5とを接触させても良い。   When the gold-tin eutectic bonding method or the silver-tin eutectic bonding method is used as the bonding method, at least one of the buried oxide film layer 8 left on the surfaces of the anchor 3 and the drive electrode 4 and the temperature characteristic correction substrate 5 is used. A thin film of an alloy made of gold and tin or an alloy made of silver and tin is formed on the substrate and heated to a temperature equal to or higher than the eutectic point of gold and tin or the eutectic point of silver and tin. When the characteristic correction substrate 5 is brought into contact, an alloy thin film made of gold and tin or silver and tin is melted by a eutectic reaction and is firmly bonded. The eutectic point of gold and tin is about 270 ° C., and the eutectic point of silver and tin is about 250 ° C. In addition, a thin film made of gold or silver is formed on one of the buried oxide film layer 8 and the temperature characteristic correction substrate 5, and a thin film made of tin is formed on the other. The film layer 8 and the temperature characteristic correction substrate 5 may be brought into contact with each other.

また、表面活性化接合法を用いる場合、埋め込み酸化膜層8及び温度特性補正基板5の表面をアルゴンや酸素、窒素などのプラズマやイオンビームで照射し、表面を活性な官能基で修飾したり表面にダングリングボンドを形成させたのち、室温から400°C程度の温度に加熱して埋め込み酸化膜層8と温度特性補正基板5とを接触させると、接触面の間が化学結合し、強固に接合される。   When the surface activated bonding method is used, the surface of the buried oxide film layer 8 and the temperature characteristic correction substrate 5 is irradiated with a plasma or ion beam of argon, oxygen, nitrogen or the like to modify the surface with active functional groups. After the dangling bond is formed on the surface, when the buried oxide film layer 8 and the temperature characteristic correction substrate 5 are brought into contact with each other by heating from room temperature to about 400 ° C., the contact surfaces are chemically bonded and firmly To be joined.

また、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などを用いて埋め込み酸化膜層8と温度特性補正基板5とを接着接合させてもよい。   Alternatively, the buried oxide film layer 8 and the temperature characteristic correction substrate 5 may be bonded and bonded using an epoxy resin or a polyimide resin.

最後に、図14(d)に示すように、トランスファ基板11を除去し、発振子1を得る。   Finally, as shown in FIG. 14D, the transfer substrate 11 is removed, and the oscillator 1 is obtained.

以上に述べたように、本発明に係る第3実施形態においては、振動部2の材料であるシリコンよりも熱膨張係数の小さな材料からなる温度特性補正基板5が振動部2の両端に接続されたアンカー3に接合されているので、発振子1の温度が変化すると振動部2と温度特性補正基板5の熱膨張係数の違いにより振動部2に軸方向の応力が生じるため、式1から式3に示す関係に従って振動部2の共振周波数の温度変化を補正することができる。   As described above, in the third embodiment according to the present invention, the temperature characteristic correction substrate 5 made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than that of silicon that is the material of the vibration unit 2 is connected to both ends of the vibration unit 2. Since the stress is generated in the vibrating part 2 due to the difference in thermal expansion coefficient between the vibrating part 2 and the temperature characteristic correction substrate 5 when the temperature of the oscillator 1 changes, 3 can correct the temperature change of the resonance frequency of the vibration unit 2 according to the relationship shown in FIG.

また、第1実施形態の場合と異なり、温度特性補正基板5の上に振動部2が形成されるので総厚さが小さくなり、デバイスを小型化できるとともに製造工程を簡略化することができる。   Unlike the case of the first embodiment, since the vibration part 2 is formed on the temperature characteristic correction substrate 5, the total thickness is reduced, the device can be miniaturized, and the manufacturing process can be simplified.

また、振動部2、アンカー3、駆動電極4及び検出電極14はSOI基板を利用して製造することができるので、第2実施形態の場合と比較して容易に振動部2、アンカー3、駆動電極4及び検出電極14の厚さを制御できる。   Moreover, since the vibration part 2, the anchor 3, the drive electrode 4, and the detection electrode 14 can be manufactured using an SOI substrate, the vibration part 2, the anchor 3, and the drive can be easily performed as compared with the case of the second embodiment. The thickness of the electrode 4 and the detection electrode 14 can be controlled.

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明に係る第1実施形態の発振子の平面図である。1 is a plan view of an oscillator according to a first embodiment of the invention. 図1に示す発振子のAA’線における断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the oscillator shown in FIG. 1. 本発明に係る第1実施形態の発振器のブロック図である。1 is a block diagram of an oscillator according to a first embodiment of the present invention. 本発明に係る第1実施形態の発振子において、振動部2がシリコンからなり温度特性補正基板5が石英からなる場合の振動部2の周波数補正に必要な内部応力と、振動部2と温度特性補正基板5との熱膨張係数の違いによる内部応力を表したグラフである。In the resonator according to the first embodiment of the present invention, the internal stress required for frequency correction of the vibration part 2 when the vibration part 2 is made of silicon and the temperature characteristic correction substrate 5 is made of quartz, the vibration part 2 and the temperature characteristic. 6 is a graph showing internal stress due to a difference in thermal expansion coefficient with the correction substrate 5. 本発明に係る第1実施形態の発振子において、振動部2がシリコンからなり温度特性補正基板5が窒化ケイ素からなる場合の振動部2の周波数補正に必要な内部応力と、振動部2と温度特性補正基板5との熱膨張係数の違いによる内部応力を表したグラフである。In the resonator according to the first embodiment of the present invention, the internal stress necessary for frequency correction of the vibration part 2 when the vibration part 2 is made of silicon and the temperature characteristic correction substrate 5 is made of silicon nitride, the vibration part 2 and the temperature. 6 is a graph showing internal stress due to a difference in thermal expansion coefficient with the characteristic correction substrate 5. 本発明に係る第1実施形態の発振子において、振動部2がシリコンからなり温度特性補正基板5がダイヤモンドからなる場合の振動部2の周波数補正に必要な内部応力と、振動部2と温度特性補正基板5との熱膨張係数の違いによる内部応力を表したグラフである。In the resonator according to the first embodiment of the present invention, the internal stress necessary for frequency correction of the vibration part 2 when the vibration part 2 is made of silicon and the temperature characteristic correction substrate 5 is diamond, the vibration part 2 and the temperature characteristic. 6 is a graph showing internal stress due to a difference in thermal expansion coefficient with the correction substrate 5. 本発明に係る第1実施形態の発振子において、振動部2がシリコンからなり温度特性補正基板5がインバーからなる場合の振動部2の周波数補正に必要な内部応力と、振動部2と温度特性補正基板5との熱膨張係数の違いによる内部応力を表したグラフである。In the resonator according to the first embodiment of the present invention, the internal stress necessary for frequency correction of the vibration part 2 when the vibration part 2 is made of silicon and the temperature characteristic correction substrate 5 is made of invar, the vibration part 2 and the temperature characteristic. 6 is a graph showing internal stress due to a difference in thermal expansion coefficient with the correction substrate 5. 本発明に係る第1実施形態の発振子の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the oscillator of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第1実施形態の発振子の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the oscillator of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第2実施形態の発振子の平面図である。It is a top view of the oscillator of a 2nd embodiment concerning the present invention. 図10に示す発振子のBB’線における断面図である。It is sectional drawing in the BB 'line | wire of the oscillator shown in FIG. 本発明に係る第2実施形態の発振子の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the oscillator of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3実施形態の発振子の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the oscillator of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3実施形態の発振子の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the oscillator of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 従来の発振器を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional oscillator.

符号の説明Explanation of symbols

1 発振子
2 振動部
3 アンカー
4 駆動電極
5 温度特性補正基板
6 SOI基板
7 活性層
8 埋め込み酸化膜層
9 支持層
10 可動ギャップ
11 トランスファ基板
12 犠牲層
13 デバイス層
14 検出電極
20 発振器
21 駆動回路
30 従来の発振器モジュール
31 発振器
32 駆動回路
33 PLL回路
34 温度センサ
35 温度特性補正回路
36 補正データメモリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillator 2 Vibrating part 3 Anchor 4 Drive electrode 5 Temperature characteristic correction board | substrate 6 SOI board | substrate 7 Active layer 8 Embedded oxide film layer 9 Support layer 10 Movable gap 11 Transfer board | substrate 12 Sacrificial layer 13 Device layer 14 Detection electrode 20 Oscillator 21 Drive circuit DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Conventional oscillator module 31 Oscillator 32 Drive circuit 33 PLL circuit 34 Temperature sensor 35 Temperature characteristic correction circuit 36 Correction data memory

Claims (11)

所定の間隔をあけて配置された少なくとも2つ以上のアンカーと、
前記アンカーの底面に接続され当該アンカーを固定する固定部と、
該アンカーに接続されて揺動自在に保持された振動部と、
該振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された駆動電極と、
前記振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された検出電極と、
前記アンカーに接続され、前記振動部を構成する材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなる温度特性補正基板とを備え
前記温度特性補正基板は、前記アンカーの前記固定部と対向する面に接続されることを特徴とする発振子。
At least two anchors arranged at predetermined intervals; and
A fixing portion connected to the bottom surface of the anchor and fixing the anchor;
A vibrating part connected to the anchor and held swingably;
A drive electrode arranged to face the vibrating portion with a predetermined interval;
A detection electrode arranged to face the vibrating portion with a predetermined interval;
A temperature characteristic correction substrate made of a material connected to the anchor and having a smaller coefficient of thermal expansion than the material constituting the vibrating section ;
The temperature characteristic correcting substrate is connected to a surface of the anchor facing the fixed portion .
前記アンカーは2つであり、
前記振動部は直線状であり両端が前記アンカーに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の発振子。
There are two anchors,
The oscillator according to claim 1, wherein the vibrating portion is linear and both ends are connected to the anchor.
前記振動部はシリコンからなり、
前記温度特性補正基板は石英、窒化ケイ素、ダイヤモンド、インバーのうちいずれか1種類の材料からなることを特徴とする請求項1または2に記載の発振子。
The vibrating part is made of silicon,
3. The oscillator according to claim 1, wherein the temperature characteristic correction substrate is made of any one of quartz, silicon nitride, diamond, and invar.
前記振動部はシリコンからなる活性層と酸化シリコンからなる埋め込み酸化膜層とシリコンからなる支持層とを備えるSilicon On Insulator基板の活性層から形成され、前記固定部は前記酸化膜層と前記支持層とから形成されることを特徴とする請求項3に記載の発振子。 The vibration part is formed of an active layer of a silicon on insulator substrate including an active layer made of silicon, a buried oxide film layer made of silicon oxide, and a support layer made of silicon , and the fixed part is made of the oxide film layer and the support layer oscillator of claim 3, wherein Rukoto is formed from. 所定の間隔をあけて配置された少なくとも2つ以上のアンカーと該アンカーに接続されて揺動自在に保持された振動部と該振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された駆動電極と前記振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された検出電極とを形成する振動部形成工程と、
前記振動部を構成する材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなる温度特性補正基板を前記アンカーに接合する接合工程と、を備えたことを特徴とする発振子の製造方法。
At least two or more anchors arranged at a predetermined interval, a vibration part connected to the anchor and held so as to be swingable, and a drive arranged to face the vibration part at a predetermined interval A vibrating part forming step of forming an electrode and a detection electrode arranged to face the vibrating part with a predetermined interval;
And a bonding step of bonding a temperature characteristic correction substrate made of a material having a smaller thermal expansion coefficient to the anchor to the anchor.
前記振動部形成工程において前記振動部、前記アンカー、前記駆動電極及び前記検出電極はシリコンから形成され、
前記接合工程において石英、窒化ケイ素、ダイヤモンドまたはインバーのうちいずれか1種類の材料からなる温度特性補正基板を前記アンカーに接合することを特徴とする請求項5に記載の発振子の製造方法。
In the vibration part forming step, the vibration part, the anchor, the drive electrode, and the detection electrode are formed of silicon,
The method for manufacturing an oscillator according to claim 5, wherein a temperature characteristic correction substrate made of any one of quartz, silicon nitride, diamond, and invar is bonded to the anchor in the bonding step.
前記接合工程において、前記アンカーと前記温度特性補正基板とを接合する際に、該アンカー及び該温度特性補正基板の表面にプラズマまたはイオンビームを照射することにより表面を活性化させ、該アンカーと該温度特性補正基板とを接触させて接合する表面活性化接合法を用いることを特徴とする請求項5または6に記載の発振子の製造方法。   In the bonding step, when the anchor and the temperature characteristic correction substrate are bonded, the surface of the anchor and the temperature characteristic correction substrate is activated by irradiating plasma or an ion beam, and the anchor and the temperature are corrected. The method for manufacturing an oscillator according to claim 5 or 6, wherein a surface activated bonding method is used in which the substrate is bonded to a temperature characteristic correction substrate. シリコンからなる活性層と酸化シリコンからなる埋め込み酸化膜層とシリコンからなる支持層とを備えるSilicon On Insulator基板の前記活性層を選択的に除去して、所定の間隔をあけて配置された少なくとも2つ以上のアンカーと該アンカーに接続されて揺動自在に保持された振動部と、該振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された駆動電極と、前記振動部と所定の間隔をあけて対向するように配置された検出電極とを形成する振動部形成工程と、
前記振動部、前記アンカー、前記駆動電極及び前記検出電極をトランスファ基板に接合し、前記支持層を除去し、前記埋め込み酸化膜層を前記アンカー及び前記駆動電極並びに前記検出電極に接する領域以外の部分を除去するトランスファ工程と、
シリコンよりも熱膨張係数の小さな材料からなる温度特性補正基板と、前記アンカー及び前記駆動電極並びに前記検出電極の領域に残された埋め込み酸化膜層とを接合し、前記トランスファ基板を除去する接合工程と、を備えたことを特徴とする発振子の製造方法。
The active layer of the silicon on insulator substrate having an active layer made of silicon, a buried oxide film layer made of silicon oxide, and a support layer made of silicon is selectively removed, and at least 2 disposed at a predetermined interval. One or more anchors, a vibration part connected to the anchors and held swingably, a drive electrode arranged to face the vibration part with a predetermined gap, and the vibration part with a predetermined gap A vibrating part forming step of forming a detection electrode disposed so as to be opposed to each other,
The vibration portion, the anchor, the drive electrode, and the detection electrode are joined to a transfer substrate, the support layer is removed, and the buried oxide film layer is a portion other than a region that is in contact with the anchor, the drive electrode, and the detection electrode. A transfer process for removing
A bonding step of bonding the temperature characteristic correction substrate made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than silicon and the buried oxide film layer left in the region of the anchor, the drive electrode, and the detection electrode, and removing the transfer substrate. And a method of manufacturing an oscillator.
前記トランスファ工程において、前記振動部、前記アンカー、前記駆動電極及び前記検出電極と、前記トランスファ基板とを、紫外線の照射により結合力を失う接着樹脂により接合し、
前記接合工程において紫外線の照射により前記接着樹脂の結合力を失わせて前記トランスファ基板を除去することを特徴とする請求項に記載の発振子の製造方法。
In the transfer step, the vibrating portion, the anchor, the drive electrode and the detection electrode, and the transfer substrate are joined by an adhesive resin that loses the binding force by irradiation with ultraviolet rays,
9. The method of manufacturing an oscillator according to claim 8 , wherein the transfer substrate is removed by losing the bonding force of the adhesive resin by irradiation of ultraviolet rays in the bonding step.
前記接合工程において、前記アンカー及び前記駆動電極並びに前記検出電極の領域に残された前記埋め込み酸化膜層と前記温度特性補正基板とを接合する際に、該埋め込み酸化膜層及び該温度特性補正基板の表面にプラズマまたはイオンビームを照射することにより表面を活性化させ、該埋め込み酸化膜層と該温度特性補正基板とを接触させて接合する表面活性化接合法を用いることを特徴とする請求項またはに記載の発振子の製造方法。 In the bonding step, when the buried oxide film layer and the temperature characteristic correction substrate left in the region of the anchor, the drive electrode, and the detection electrode are bonded to the temperature characteristic correction substrate, the buried oxide film layer and the temperature characteristic correction substrate A surface activated bonding method is used in which the surface is activated by irradiating the surface of the substrate with plasma or an ion beam, and the buried oxide film layer and the temperature characteristic correction substrate are brought into contact with each other and bonded. 10. A method for manufacturing an oscillator according to 8 or 9 . 請求項1〜4のいずれか1項に記載の発振子と、
前記発振子の駆動電極に駆動信号を入力する駆動回路とを備えたことを特徴とする発振器。
The oscillator according to any one of claims 1 to 4,
An oscillator comprising: a drive circuit that inputs a drive signal to a drive electrode of the oscillator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FI20095988A0 (en) * 2009-09-28 2009-09-28 Valtion Teknillinen Micromechanical resonator and method of manufacture thereof
FI123933B (en) * 2011-05-13 2013-12-31 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt A micromechanical device and method for its design
EP2590325A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-08 The Swatch Group Research and Development Ltd. Thermally compensated ceramic resonator
JP7265729B2 (en) * 2019-06-19 2023-04-27 株式会社村田製作所 RESONANT DEVICE AND RESONANT DEVICE MANUFACTURING METHOD

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10163505A (en) * 1996-11-29 1998-06-19 Mitsubishi Materials Corp Semiconductor inertia sensor and its manufacture
US6557419B1 (en) * 1996-12-31 2003-05-06 Honeywell International Inc. Zero TCF thin film resonator
JP2001235497A (en) * 2000-02-22 2001-08-31 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Method and apparatus for sorting of frequency of quartz oscillator
AU2001255868A1 (en) * 2000-04-20 2001-11-07 The Regents Of The University Of Michigan Method and apparatus for filtering signals in a subsystem including a power amplifier utilizing a bank of vibrating micromechanical apparatus
JP2003023141A (en) * 2001-07-09 2003-01-24 Tokyo Electron Ltd Semiconductor substrate and method for manufacturing the same
JP2004243462A (en) * 2003-02-13 2004-09-02 Sony Corp Microelectromechanical system (mems) element
US6987432B2 (en) * 2003-04-16 2006-01-17 Robert Bosch Gmbh Temperature compensation for silicon MEMS resonator
JP4451736B2 (en) * 2004-07-16 2010-04-14 シャープ株式会社 Micro resonance device, micro filter device, micro oscillator, and wireless communication device
JP2006101005A (en) * 2004-09-28 2006-04-13 Toshiba Corp Thin-film piezoelectric resonator and manufacturing method thereof, and method for manufacturing high-frequency circuit package body
CN100568720C (en) * 2005-01-13 2009-12-09 松下电器产业株式会社 Tortional resonator and the filter that adopts it
JP2007005909A (en) * 2005-06-21 2007-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electromechanical signal selection element, manufacturing method thereof, and electric apparatus using the method
US7847649B2 (en) * 2005-12-23 2010-12-07 Nxp B.V. MEMS resonator, a method of manufacturing thereof, and a MEMS oscillator

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