JP5225840B2 - 振動子、これを用いた共振器およびこれを用いた電気機械フィルタ - Google Patents
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Description
本発明は、振動子、これを用いた共振器およびこれを用いた電気機械フィルタに係り、特に高密度に集積化された電気回路内において、高性能のフィルタ回路を実現するものに関する。
微細加工技術を用いた機械共振器が、近年注目されている。
従来の機械共振器の一例について図３３を参照して説明する。図３３は非特許文献１で提案されているたわみ振動を用いた機械振動フィルタの構成を簡略化して示した図である。
従来の機械共振器の一例について図３３を参照して説明する。図３３は非特許文献１で提案されているたわみ振動を用いた機械振動フィルタの構成を簡略化して示した図である。
このフィルタは、シリコン基板上に薄膜プロセスを用いてパターン形成を行うことで形成され、入力線路１０４と、出力線路１０５と、それぞれの線路に対して１ミクロン以下の空隙をもって配置された両持ち梁１０１、１０２と、その２つの梁を結合する結合梁１０３とで構成されている。入力線路１０４から入力した信号は、梁１０１と容量的に結合し、梁１０１に静電力を発生させる。信号の周波数が、梁１０１、１０２および結合梁１０３からなる弾性構造体の共振周波数近傍と一致したときのみ機械振動が励振され、この機械振動をさらに出力線路１０５と梁１０２との間の静電容量の変化として検出することで、入力信号のフィルタリング出力を取り出すようにしたものである。
矩形断面の両持ち梁の場合、弾性率Ｅ、密度ρ、厚みｈ、長さＬとすると、たわみ振動の共振周波数ｆは、次式となる。
材料をポリシリコンとするとＥ＝１６０ＧＰａ、ρ＝２．２×１０３ｋｇ／ｍ３、また寸法をＬ＝４０μｍ、ｈ＝１．５μｍとするとｆ＝８．２ＭＨｚとなり、約８ＭＨｚ帯のフィルタを構成することが可能である。コンデンサやコイルなどの受動回路で構成したフィルタに比べて機械共振を用いることでＱ値の高い急峻な周波数選択特性を得ることができる。
しかしながら、上記構成では、さらに高い周波数帯域をもつフィルタを構成するには、以下のような制約がある。すなわち、（数１）から明らかなように、第１に材料を変更してＥ／ρを大きくすることが望ましいことがわかるが、Ｅを大きくすると梁をたわませる力が同じであっても梁の変位量は小さくなってしまい、梁の変位を検知することが難しくなる。
また、梁の曲がりやすさをあらわす指標を、両持ち梁の梁表面に静荷重を加えたときの梁中心部のたわみ量ｄと梁の長さＬの比ｄ／Ｌとすると、ｄ／Ｌは、次式の比例関係で表される。
これらから、ｄ／Ｌの値を保ちながら共振周波数を上げるには、少なくともＥは変更できず、密度ρの低い材料を求める必要があるが、ポリシリコンと同等のヤング率で密度が低い材料としてはＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）等の複合材料を用いる必要がある。この場合、半導体プロセスで微小機械振動フィルタを構成することは難しくなる。
そこでこのような複合材料を用いない第２の方法として、（数１）において梁の寸法を変更してｈ・Ｌ−２を大きくする方法がある。しかし、梁の厚みｈを大きくすることと梁の長さＬを小さくすることは、たわみやすさの指標である（数２）のｄ／Ｌを小さくしてしまい、梁のたわみを検出することが困難となる。
（数１）および（数２）についてｌｏｇ（Ｌ）とｌｏｇ（ｈ）の関係を図３４に示すと、直線ａは（数１）から求まる関係であり、直線ｂは（数２）から求まる関係である。この図３４において、現寸法Ａ点を起点に傾き「２」の直線より上の範囲（領域Ａ）のＬとｈを選ぶとｆは大きくなり、傾き「１」の直線より下の範囲（領域Ｂ）のＬとｈを選ぶとｄ／Ｌは大きくなる。従って、図中のハッチング部分（領域Ｃ）が梁のたわみ量も確保しつつ、共振周波数を上げることができるＬとｈの範囲である。
図３４より明らかなことは、機械振動フィルタの高周波化には、梁の長さＬおよび梁の厚みｈ双方の寸法の微小化が必要条件であり、Ｌおよびｈを同じスケーリングで小型化すること、すなわち傾き１の直線に乗りながらＬとｈを小さくすることは、図３４のハッチング部分の十分条件である。
このように、従来の機械共振器では機械振動子の寸法を小型化することで、共振周波数を高くすることができる。しかし、概して寸法を小型化することで、機械的Ｑ値が低下し、望ましい周波数選択特性を得るために必要なＱ値が得られない場合が生じるという課題を有していた。
そこで、Ｑ値のすぐれた共振器として、単結晶材料を利用した共振器が考えられる。単結晶材料の振動子は内部の原子が規則正しく配列されているので、多結晶材料に比較して高いＱ値を得ることができる。例えば図３５は非特許文献２に示される、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を構成するシリコン基板２０４のＳＯＩ層を加工して作製した両持ち梁構造である。しかしこの構造において、梁はＳＯＩ層の下部のＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）層２０３をフッ酸で除去して振動可能としたものであり、支持部２０５下部のＢＯＸ層も除去され、支持部は脆弱となる。これにより支持部２０５の振動は無視できないものとなり、両持ち梁の共振周波数の低下を伴い、かつ、支持部からの振動エネルギの散逸が生じるために大きなＱ値を得ることが難しくなる。
そこで支持部２０５の厚みを梁を構成する振動子２０１の厚みより十分に厚くすることで、支持部２０５の脆弱性を改善した例が非特許文献３に開示されている。図３６は非特許文献３に示される両持ち梁の支持部２０５近傍の構造である。支持部２０５の厚みはシリコン基板２０４の厚みであり、梁の厚みはシリコン基板の厚みに対して十分薄く、従って支持部２０５は強固な構造となっている。しかし、支持部構造は梁の長さ方向に対して軸対称ではないため、軸に対して片側の支持部（たとえばＡ側）が梁長さ方向に後退するほど支持部２０５は脆弱となる。支持部２０５のＡ側、Ａ’側は２回の個別のリソグラフィおよびドライエッチングで形成されるので、片側の後退を低減するためには２度のリソグラフィの高精度のあわせが必要となる。このあわせ工程は、振動子の寸法がμｍからｎｍオーダへと微細になるほど非常に難しくなる。
また、非特許文献３の振動子の作製方法では、振動子２０１に近接させて電極２０２を形成することが困難である。図３７は図３６の振動子と基板の断面を示した図である。（ａ）に示したように振動子と基板の間には開口部があるので、振動子２０１の側面に近接した電極２０２をスパッタ等の薄膜形成技術で形成しようとしても、開口部があるために電極を基板に繋留させることができない、もしくは（ｂ）のように開口部付近の電極厚みが極端に薄くなり、強固な電極構造を形成することができない。
シリコン基板表面からボロンを拡散させ、シリコン基板の裏面から異方性エッチングを行い、ボロンの拡散層を異方性エッチングのエッチングストップ層として利用する技術もある（非特許文献４）。ボロンの拡散領域を梁形状に作れば、図３８のように梁型の振動子を形成することもできる。異方性エッチングを行う前は、基板表面に開口部はないので、基板表面に電極を形成することができる。ただし、ボロンの拡散のむらによりエッチングストップの効果が異なるので、所定の寸法を有する梁形状を得ることが難しく共振周波数についても所望の値を得ることは極めて困難であった。また振動子の表面も平坦ではないため、表面粗さに起因する振動エネルギの損失が生じてＱ値が低くなってしまう。
また、共振器の共振周波数をＶＨＦ帯やＵＨＦ帯まで高めるためには、より小さな振動子にしなければならない。これに伴い電極と振動子の対向面積もより縮小するため、静電容量は小さくなり、また、インピーダンスは高くなる。高周波信号では、インピーダンス不整合の度合いが高くなるとＲＦ信号のエネルギ損失が大きくなる。この解決法として、共振器を複数個並列に電気接続することでインピーダンスを低減し、整合状態に近づける方法がある。図３９（ａ）は、アルミニウムを材料とした振動子で構成された共振器である。振動子２０１は両持ち梁構造で両端を支持部２０５で支持されている。振動子２０１の両側面にはギャップを介して励振用電極２０２ａと検出用電極２０２ｂが配置されている。この構成では振動子２０１は励振用電極２０２ａ方向にひきつけられる方向にたわみ振動を行い、その共振周波数は３５．５ＭＨｚとなっている。図３９（ｂ）は（ａ）の共振器を電気的に複数個並列接続し、インピーダンスの低減をはかった構成である。
図４０（ａ）は、電気的に並列接続した共振器の個数Ｎを１、１０、１００としたときのインピーダンスを示している。ただし個々の共振器は極めて寸法精度が高く作られているために共振周波数のばらつきはほぼ０となっている。図に示すように、個数Ｎを増やすほど、共振特性を変化させずにインピーダンスを低減させることができる。
図４０（ｂ）は、個々の共振器の共振周波数にばらつき（標準偏差で０．３ＭＨｚ）を持った場合のインピーダンスを示している。ばらつきを有すると共振器の個数Ｎを１０、１００と増やすほど共振周波数でのピークがなまり、優れた共振器を構成することが難しくなる。
このように、インピーダンス低減のために複数個の共振器を電気的に並列接続するには個々の共振器を精度よく加工し、共振周波数のばらつきを抑えなければならない。両持ち梁の共振周波数は、たわみ振動では梁の長さと厚み、ねじり振動では梁の長さが支配的となるため、たわみ共振を用いる場合は梁の長さと厚みの管理が、ねじり共振を用いる場合は、梁の長さ管理が重要となる。
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このように、従来の共振器では、梁の長さや、厚みを高精度に制御することは極めて困難であるのに対し、特に複数の振動子を接続して用いるような場合には、極めて高精度に制御された寸法を持つ振動子を用いる必要がある。しかしながら、振動子の振動エネルギの散逸を抑制し、高精度で高Ｑ値を持つ振動子を再現性よく得ることは極めて困難であった。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、振動子の振動における振動エネルギの散逸が小さい、高Ｑ値の振動子および共振器を提供することを目的とする。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、振動子の振動における振動エネルギの散逸が小さい、高Ｑ値の振動子および共振器を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の共振器の振動子は、梁構造の振動子の支持部の厚みを振動子の厚みよりも厚くかつ、支持部を梁の長さ方向に対して軸対称とする。
この構成によれば、支持部の脆弱性を改善し、支持部からの振動エネルギの損失を低減できるので、高Ｑ値を有する共振器を提供することが可能となる。
また、同時に振動子を単結晶材料とし、振動子表面を結晶面とする。これにより振動子表面の表面粗さに起因する振動エネルギの損失を低減することができるので高Ｑ値を有する共振器を提供することが可能となる。表面粗さが粗いと、それだけ秩序正しく配列された原子（振動子の深層部）に比べて秩序正しくなく配列されている原子（振動子の表層部）の数が増大する。この表層部の原子は、深層部の原子とは運動の拘束のされかたが違うので、秩序正しく配列して調和して振動する深層部の原子の動きを阻害し、結果的に振動エネルギの損失要因となる。
この構成によれば、支持部の脆弱性を改善し、支持部からの振動エネルギの損失を低減できるので、高Ｑ値を有する共振器を提供することが可能となる。
また、同時に振動子を単結晶材料とし、振動子表面を結晶面とする。これにより振動子表面の表面粗さに起因する振動エネルギの損失を低減することができるので高Ｑ値を有する共振器を提供することが可能となる。表面粗さが粗いと、それだけ秩序正しく配列された原子（振動子の深層部）に比べて秩序正しくなく配列されている原子（振動子の表層部）の数が増大する。この表層部の原子は、深層部の原子とは運動の拘束のされかたが違うので、秩序正しく配列して調和して振動する深層部の原子の動きを阻害し、結果的に振動エネルギの損失要因となる。
すなわち、本発明の振動子は、単結晶基板の裏面に形成されたキャビティと、前記キャビティの底面と前記単結晶基板表面間の厚み内に、支持部によって少なくとも一端を支持せしめられるように形成された振動子とで構成され、前記単結晶基板は、単結晶シリコン基板であり、前記振動子の断面形状が｛１００｝および｛１１１｝の結晶面に囲まれた三角形又は台形であり、前記振動子の厚みは、前記支持部よりも薄くかつ、支持部を梁の長さ方向に対して軸対称となるように構成される。
また、本発明の共振器は、単結晶基板と、前記単結晶基板の裏面に形成されたキャビティと、前記キャビティの底面と前記単結晶基板表面間の厚み内に、支持部によって少なくとも一端を支持せしめられるように形成された梁型の振動子と、前記梁型の振動子に静電力の励振力を与える電極とを備え、前記単結晶基板は、単結晶シリコン基板であり、前記振動子の断面形状が｛１００｝および｛１１１｝の結晶面に囲まれた三角形又は台形であり、前記振動子の厚みは、前記支持部よりも薄くかつ、支持部を梁の長さ方向に対して軸対称となるように形成したことを特徴とする。
上記構成によれば、梁型の振動子の厚みよりも厚膜の支持部を形成することができるとともに、支持部を梁の長さ方向に対して軸対称とすることができるので支持部を強固な構造とすることができる。また、支持性を高めつつ、振動特性を高めることも可能となる。また単結晶シリコンなどの単結晶基板を異方性エッチングすることにより、制御性よくパターン形成をおこなうことができるとともに、同時に単結晶材料の振動子を得ることができるため、多結晶材料に見られるような結晶粒界における振動エネルギ損失をも低減することができる。また、振動子の表面はすべて結晶面となっているので、表面粗さに起因する振動エネルギの損失を低減する効果も有する。
また、本発明の共振器は、同一キャビティの底面と前記単結晶基板表面間の厚み内に複数個の梁型の振動子を形成したものを含む。
この構成によれば、長さが等しい複数個の振動子を形成できるために、同一の共振周波数を有する複数個の共振器を隣接して並べることができる。従って、前記電極と振動子の間に形成される静電容量を電気的に並列に接続することで容量を増加させ、電気的なインピーダンスを低減させ、共振器を含む周辺の電気回路との電気的インピーダンスの整合を取りやすくすることができる。
この構成によれば、長さが等しい複数個の振動子を形成できるために、同一の共振周波数を有する複数個の共振器を隣接して並べることができる。従って、前記電極と振動子の間に形成される静電容量を電気的に並列に接続することで容量を増加させ、電気的なインピーダンスを低減させ、共振器を含む周辺の電気回路との電気的インピーダンスの整合を取りやすくすることができる。
また、本発明の共振器は、前記単結晶基板がシリコン基板であるものを含む。
この構成によれば、共振器を半導体製造装置で製造することができる。また同一シリコン基板上で共振器を他の能動素子を接続し集積化することが可能である。または、共振器を他の能動素子内に作りこむことも可能である。
この構成によれば、共振器を半導体製造装置で製造することができる。また同一シリコン基板上で共振器を他の能動素子を接続し集積化することが可能である。または、共振器を他の能動素子内に作りこむことも可能である。
また、本発明の共振器は、前記単結晶基板はＳＯＩ基板のＳＯＩ層であるものを含む。 この構成によれば、マイクロメートルまたはナノメートルオーダの薄いＳＯＩ層から振動子を形成することができるので、極めて微小なＵＨＦ帯に共振点を有する梁型の振動子を形成することができる。
また、本発明の共振器は、前記電極が、前記単結晶基板の表面に露出された梁型の振動子側面の幅方向全域に対して空隙を介して対向し、前記梁型の振動子との間に容量を形成したものを含む。
この構成によれば、電極と梁型の振動子の間に生じる静電力で梁型の振動子のたわみ振動モードを励起することができる。
この構成によれば、電極と梁型の振動子の間に生じる静電力で梁型の振動子のたわみ振動モードを励起することができる。
また、本発明の共振器は、前記振動子の導電率が、梁長手方向のねじり中心軸に対して非対称であるものを含む。
この構成によれば、同一共振周波数のねじり振動子を複数個、密に集積化することが可能となり、かつインピーダンスを低減することができる。
この構成によれば、同一共振周波数のねじり振動子を複数個、密に集積化することが可能となり、かつインピーダンスを低減することができる。
また、本発明の共振器は、前記電極が、前記単結晶基板の表面に露出された梁型の振動子側面の幅方向の約半分に対して空隙を介して対向し、前記梁型の振動子との間に容量を形成したものを含む。
この構成によれば、電極と梁型の振動子の間に生じる静電力で梁型の振動子のねじり振動モードを励起することができる。この空隙は、電極と振動子との間隔が所定の静電力を生起しうる値とし、その他の領域では相対向する電極がなくてもよいし、振動子との間隔が所定の値以上となり、静電力が他の領域よりも十分に小さくなるように、空隙の大きさを調整するようにしてもよい。
この構成によれば、電極と梁型の振動子の間に生じる静電力で梁型の振動子のねじり振動モードを励起することができる。この空隙は、電極と振動子との間隔が所定の静電力を生起しうる値とし、その他の領域では相対向する電極がなくてもよいし、振動子との間隔が所定の値以上となり、静電力が他の領域よりも十分に小さくなるように、空隙の大きさを調整するようにしてもよい。
また、本発明の共振器は、前記梁型の振動子の共振モード次数に従って前記電極の数を複数個備えたものを含む。
この構成によれば、振動の基本モード周波数のみではなく、高次モードの共振周波数を利用した共振器を構成することができる。
この構成によれば、振動の基本モード周波数のみではなく、高次モードの共振周波数を利用した共振器を構成することができる。
また、本発明の共振器は、前記電極は、前記キャビティ周縁の前記単結晶基板厚膜部上に絶縁膜を介して固定されたものを含む。
この構成によれば、電極が固定される基板部位の厚みは、梁の厚みに対して十分厚いため強固であるため、外部からの衝撃や、電極と振動子間との静電力により、電極自身が変位する量を低減することができる。
この構成によれば、電極が固定される基板部位の厚みは、梁の厚みに対して十分厚いため強固であるため、外部からの衝撃や、電極と振動子間との静電力により、電極自身が変位する量を低減することができる。
また、本発明の共振器は、前記梁型の振動子は両持ち梁であり、その両端に前記梁型の振動子とは逆導電型の不純物拡散領域からなる支持部を備え、前記梁型の振動子をチャネルとし、前記不純物拡散領域からなる支持部をソース領域およびドレイン領域とし、増幅器を構成するものを含む。
この構成によれば、振動子の共振現象を増幅器を介して電気的に出力することができるとともに、増幅器の内部に共振器を包含するので、共振器と増幅器間の信号線路を設けた場合に信号線路に重畳するノイズを低減することができる。
この構成によれば、振動子の共振現象を増幅器を介して電気的に出力することができるとともに、増幅器の内部に共振器を包含するので、共振器と増幅器間の信号線路を設けた場合に信号線路に重畳するノイズを低減することができる。
また、本発明の共振器は、電気的に並列に配置された複数個共振器を備えたものを含む。
この構成によれば、共振器の電気的インピーダンスをさらに低減することができる、また高度の寸法精度を得ることができることから、特性ばらつきを抑え、極めて信頼性の高い共振器を得る事が可能となる。
この構成によれば、共振器の電気的インピーダンスをさらに低減することができる、また高度の寸法精度を得ることができることから、特性ばらつきを抑え、極めて信頼性の高い共振器を得る事が可能となる。
また、本発明の共振器は、前記共振器が、雰囲気を真空に封止したケース内に収納されたものを含む。
この構成によれば、共振器の保護製を向上させるとともに、振動子の振動が空気の粘性により阻害されることがない、高Ｑ値の共振器を提供することができる。
この構成によれば、共振器の保護製を向上させるとともに、振動子の振動が空気の粘性により阻害されることがない、高Ｑ値の共振器を提供することができる。
また、本発明のフィルタは、上記共振器を用いたものを含む。
本発明の共振器の構成によれば、Ｑ値が高く、ＵＨＦ帯で使用可能なフィルタを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、単結晶シリコン基板４の異方性エッチングによってキャビティ７を形成すると共に振動子１を形成するに際し、前記キャビティ７の底面と前記単結晶基板４表面間の厚み内に、支持部５によって両端を支持せしめられるように振動子１が形成され、前記振動子１の厚みが、前記支持部よりも薄くなるように構成される。
（実施の形態１）
本実施の形態では、単結晶シリコン基板４の異方性エッチングによってキャビティ７を形成すると共に振動子１を形成するに際し、前記キャビティ７の底面と前記単結晶基板４表面間の厚み内に、支持部５によって両端を支持せしめられるように振動子１が形成され、前記振動子１の厚みが、前記支持部よりも薄くなるように構成される。
図１は、本発明の実施の形態１における共振器の要部斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ’の垂直方向の断面図、図３は図１のＢ−Ｂ’の垂直方向の断面図である。本実施の形態１の共振器は、ねじり振動を行う梁型の振動子１と、梁型の振動子１の側面にギャップ６を介して近接して配置された電極２を有する。
ここで単結晶シリコン基板４の裏面にはキャビティ７が形成され、キャビティの上方に基板４と同じ材料で振動子１が加工されている。単結晶シリコン基板の加工によって振動子が形成されるため、支持部と振動子とは同じ単結晶材料で構成されており、多結晶材料の振動子に見られるような結晶粒界面での振動エネルギ損失がないため、高Ｑ値を有する振動子とすることができる。
ここで単結晶シリコン基板４の裏面にはキャビティ７が形成され、キャビティの上方に基板４と同じ材料で振動子１が加工されている。単結晶シリコン基板の加工によって振動子が形成されるため、支持部と振動子とは同じ単結晶材料で構成されており、多結晶材料の振動子に見られるような結晶粒界面での振動エネルギ損失がないため、高Ｑ値を有する振動子とすることができる。
振動子１の両端は支持部５に固定されている。支持部５の厚みは基板４の厚みと一致しており、振動子１の厚みよりも厚い。従って支持部の厚みが振動子の厚みと同一の場合に比べて支持部は強固となり、振動子１が振動しても、支持部は振動されにくく、振動子１の振動が支持部に漏れて振動エネルギが散逸する量を抑える効果を得る。また、振動子１の長さ方向のＢ−Ｂ’を軸に支持部２０５と振動子２０１の接続部付近は対称形となっているため、従来例の図３６に示したように支持部２０５の一方が梁の長さ方向に後退することはないため、支持部はより強固な構造となっている。
電極２は多結晶シリコン膜で形成されている。図２に示したように、電極２は、梁型の振動子１の側面の幅方向の約半分に対してギャップ６を介して対向し、梁型の振動子１との間に容量を構成している。これは対向する面間に静電力を与えて振動子が振動を起こすとき、静電力がねじり回転モーメントを有効に与えるためである。
次に本発明の実施の形態１における共振器の製造方法について図４乃至図１３を用いて説明する。図４乃至図１３において（ａ）は基板上方から要部を見た図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である（図５乃至図１３ではＣ−Ｃ’を省略した）。基板４は単結晶シリコン基板であり、基板の表面および裏面は｛１００｝面、断面に見える面は｛１１０｝面である。基板の表面（図では下方）には酸化シリコン膜を形成している。基板の裏面には窒化シリコン膜を形成し、この窒化シリコン膜に四角形の窓を形成する。この窓の４辺は｛１１１｝面に沿うように形成する。
基板４の裏面よりＫＯＨを用いてシリコンの異方性エッチングを行う。｛１１１｝面のエッチング速度は他の面よりも大幅に遅いため、結果として図５（ａ）および（ｂ）に示すように｛１１１｝面が露出するようにエッチングが進行する。｛１００｝と｛１１１｝は５４．７°の位置関係となる。キャビティ７の底面が基板４の表面までは到達しない時間内でエッチングを停止する。窒化シリコン膜を除去すると図６（ａ）および（ｂ）の状態となる。
次に梁型の振動子の作製工程に移行する。梁構造の作製にも異方性エッチングによる加工技術を利用する。これは非特許文献５に紹介され、量子細線の生成にも用いられている方法を一部利用したものである。図７（ａ）および（ｂ）は基板４の裏面に再び窒化シリコン膜８を堆積し、窒化シリコン膜８に四角形の窓を形成する。このとき窓の一辺を図７（ａ）および（ｂ）に示すようにキャビティ７を横断し、かつ｛１１１｝面に沿うように形成する。
基板４の裏面よりＫＯＨを用いてシリコンの異方性エッチングを行う。エッチングがシリコン基板４の表面に到達するまで進行すると、図８（ａ）および（ｂ）に示すようになる。
次にシリコン基板４の裏面でシリコンが露出している部分に局所的な酸化シリコン膜（ＬＯＣＯＳ）を形成する（図９（ａ）および（ｂ））。たとえば酸化炉でシリコン表面を酸化させる。（図１０（ａ）および（ｂ）にＬＯＣＯＳを残して窒化シリコン膜を除去した状態を示す。
次にシリコン基板４の裏面でシリコンが露出している部分に局所的な酸化シリコン膜（ＬＯＣＯＳ）を形成する（図９（ａ）および（ｂ））。たとえば酸化炉でシリコン表面を酸化させる。（図１０（ａ）および（ｂ）にＬＯＣＯＳを残して窒化シリコン膜を除去した状態を示す。
ＬＯＣＯＳをマスクとして、再びＫＯＨを用いてシリコンの異方性エッチングを行うと、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、三角形断面の両持ち梁の振動子を形成することができる。梁の３つの側面は、２つの｛１１１｝と１つの｛１００｝で形成される。
そして図１２に示すようにシリコン基板４の表面に対して酸化シリコン膜３の上に電極２を堆積しパターニングする。電極２には例えばＣＶＤ（化学気相成長法）で形成した多結晶シリコン膜を用いる。このパターニングは、電極２が梁の幅の約半分まで梁側面と対向するように形成する。これは梁型の振動子１をねじり振動子として用いる場合に有効である。これは振動子１と電極２間の静電力により振動子１にねじりのモーメントを有効に作用させるためである。
そして図１２に示すようにシリコン基板４の表面に対して酸化シリコン膜３の上に電極２を堆積しパターニングする。電極２には例えばＣＶＤ（化学気相成長法）で形成した多結晶シリコン膜を用いる。このパターニングは、電極２が梁の幅の約半分まで梁側面と対向するように形成する。これは梁型の振動子１をねじり振動子として用いる場合に有効である。これは振動子１と電極２間の静電力により振動子１にねじりのモーメントを有効に作用させるためである。
最後に酸化シリコン膜３を除去する。これは例えばフッ酸を用いて除去可能である。これにより図１３に示すように振動子１と電極２の間にギャップ６が形成され、振動子１は振動可能な状態となり、かつ振動子１と電極２の間に容量を形成する。図１３は図１〜図３の構成と同等である。
G. Hashiguchi and H. Mimura, "Fabrication of Silicon Quantum Wires Using Separation by Implanted Oxygen Wafer", Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 33(1994), pp. L1649-1650.
以上の製造方法によれば、図１〜図３に示したように、梁型の振動子１の支持部５厚みを梁の厚みに比べて厚く、支持部を強固にすることができる。また、振動子１の長さ方向のＢ−Ｂ’を軸に支持部と振動子の接続部付近は対称形となっているため、従来例の図３６に示すように支持部の一方が梁の長さ方向に後退することはないため、支持部はより強固な構造となっている。従って振動子１の振動が支持部へ漏れる量を低減させることが可能であり、高いＱ値を有する共振器を構成することができる。
また、梁型の振動子１は基板４と同じ単結晶材料であるので、多結晶材料の振動子に見られるような結晶粒界面での振動エネルギ損失がないので、高いＱ値を有する共振器を構成することができる。
また、梁型の振動子１の側面はシリコンの結晶面で構成されているので、極めて表面性状が滑らかであり、表面粗さに起因する振動エネルギの損失が低減され、高いＱ値を有する共振器を構成することができる。
また、図４乃至図１３に示す製造方法は、半導体プロセスにおけるパターニング幅の限界を越えた細さの構造物を形成できるため、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚに共振周波数を有する微細な梁型の振動子の作製に有用な製造方法である。例えば梁の長さを１．６μｍとすると１．２ＧＨｚにねじり共振周波数を有する振動子を提供することができる。
なお、異方性エッチングにはＫＯＨのかわりにＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）やＥＤＰ（エチレンジアミン、ピロカテロール、水の混合物）を用いてもよい。
（実施の形態２）
なお、梁型の振動子１の断面は三角形としたが、台形とすることもできる。本発明の実施の形態２としてこの台形状の振動子を持つ共振器の製造方法について説明する。
本実施の形態では、図４乃至図６までは同様に作製し、以降を図１４（ａ）および（ｂ）に示すように変更することで台形断面の振動子を形成することができる。図１４（ａ）および（ｂ）は基板４の裏面（図では上方）に窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜に四角形の窓を２つ形成する。このときある幅を持つ直線状の窒化シリコン膜８がキャビティ７を横断し、かつ｛１１１｝面に沿うように形成する。ＫＯＨを用いてシリコンの異方性エッチングを行うと、図１５（ａ）および（ｂ）に示すように、台形断面の両持ち梁の振動子を形成することができる。台形の４つの側面は、２つの｛１１１｝と２つの｛１００｝で形成される。図１６（（ａ）および（ｂ）は窒化シリコン膜を除去した状態、図１７はシリコン基板４の表面（図では下方）の上の酸化シリコン膜３上に多結晶シリコンの電極２を形成してパターニングを行った状態である。このパターニングは、電極２が梁の幅の約半分まで対向するように形成する。これは振動子１と電極２間の静電力が振動子１にねじりのモーメントを作用させるためであり、この構成によりねじり共振器を構成できる。最後に酸化シリコン膜を除去する（図１８）。これはたとえばフッ酸を用いて除去可能である。振動子１と電極２の間にギャップ６が形成され、振動子１は振動可能な状態となる。図１４乃至図１８の工程は三角形断面を得る図４乃至図１３の工程よりも少ない工程数で共振器を形成することができるのが特徴である。
なお、梁型の振動子１の断面は三角形としたが、台形とすることもできる。本発明の実施の形態２としてこの台形状の振動子を持つ共振器の製造方法について説明する。
本実施の形態では、図４乃至図６までは同様に作製し、以降を図１４（ａ）および（ｂ）に示すように変更することで台形断面の振動子を形成することができる。図１４（ａ）および（ｂ）は基板４の裏面（図では上方）に窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜に四角形の窓を２つ形成する。このときある幅を持つ直線状の窒化シリコン膜８がキャビティ７を横断し、かつ｛１１１｝面に沿うように形成する。ＫＯＨを用いてシリコンの異方性エッチングを行うと、図１５（ａ）および（ｂ）に示すように、台形断面の両持ち梁の振動子を形成することができる。台形の４つの側面は、２つの｛１１１｝と２つの｛１００｝で形成される。図１６（（ａ）および（ｂ）は窒化シリコン膜を除去した状態、図１７はシリコン基板４の表面（図では下方）の上の酸化シリコン膜３上に多結晶シリコンの電極２を形成してパターニングを行った状態である。このパターニングは、電極２が梁の幅の約半分まで対向するように形成する。これは振動子１と電極２間の静電力が振動子１にねじりのモーメントを作用させるためであり、この構成によりねじり共振器を構成できる。最後に酸化シリコン膜を除去する（図１８）。これはたとえばフッ酸を用いて除去可能である。振動子１と電極２の間にギャップ６が形成され、振動子１は振動可能な状態となる。図１４乃至図１８の工程は三角形断面を得る図４乃至図１３の工程よりも少ない工程数で共振器を形成することができるのが特徴である。
（実施の形態３）
また、図１９に一例を示すように、この共振器が、雰囲気を真空に封止したケース内に収納されるようにしてもよい。この場合は、シリコン基板４を接着剤等の接着層１０を介してシリコン基台１１に接合する。さらにシリコン基台１１とガラスキャップ９の凹部で共振器を内包し、内部を真空吸引しながら、シリコン基台１１とガラスキャップ９を陽極接合で接合する。この構成により、保護製の高い共振器を形成できるとともに、空気の粘性による振動子１の振動エネルギの損失が低減された共振器を提供することができる。
また、図１９に一例を示すように、この共振器が、雰囲気を真空に封止したケース内に収納されるようにしてもよい。この場合は、シリコン基板４を接着剤等の接着層１０を介してシリコン基台１１に接合する。さらにシリコン基台１１とガラスキャップ９の凹部で共振器を内包し、内部を真空吸引しながら、シリコン基台１１とガラスキャップ９を陽極接合で接合する。この構成により、保護製の高い共振器を形成できるとともに、空気の粘性による振動子１の振動エネルギの損失が低減された共振器を提供することができる。
（実施の形態４）
また、図１〜３に示したねじり共振器の電極の構成を変えることで、たわみ共振器を構成することもできる。図２０にたわみ共振器の断面図を示す。電極２はギャップを介して振動子１の側面の幅方向全域にわたって対向し、容量を形成している。本構成により振動子１が基板厚み方向にたわみ振動する励振力を静電力で与えることができる。
また、図１〜３に示したねじり共振器の電極の構成を変えることで、たわみ共振器を構成することもできる。図２０にたわみ共振器の断面図を示す。電極２はギャップを介して振動子１の側面の幅方向全域にわたって対向し、容量を形成している。本構成により振動子１が基板厚み方向にたわみ振動する励振力を静電力で与えることができる。
（実施の形態５）
また、振動子に対して励起したい共振モード次数に従って電極の数を複数個備えることによって振動子に対して高次の共振モードを励起することができる。図２１は図１のねじり共振器の電極２の数を２個にした構成である。電極２ａ、２ｂは梁の２次のねじり振動を励起するために、２次のねじりモードの２つの腹とその近傍に励振力を与える部位に位置している。すなわち、電極２ａ、２ｂと梁側面とが対向するのは、梁の長さの約半分、かつ梁の幅の約半分の部位としている。
この場合も、極めて高度の寸法精度をもち均一な梁を形成することができるため、信頼性の高い共振器を提供することが可能となる。
また、振動子に対して励起したい共振モード次数に従って電極の数を複数個備えることによって振動子に対して高次の共振モードを励起することができる。図２１は図１のねじり共振器の電極２の数を２個にした構成である。電極２ａ、２ｂは梁の２次のねじり振動を励起するために、２次のねじりモードの２つの腹とその近傍に励振力を与える部位に位置している。すなわち、電極２ａ、２ｂと梁側面とが対向するのは、梁の長さの約半分、かつ梁の幅の約半分の部位としている。
この場合も、極めて高度の寸法精度をもち均一な梁を形成することができるため、信頼性の高い共振器を提供することが可能となる。
（実施の形態６）
また、図１とほぼ同等の構成で、共振器から出力信号を取り出し、増幅する構成を追加することも可能である。図２２は図１の共振器において、振動子１の両端の支持部５上に新たに２つの電極を設けたものである。振動子１上の電極をゲート電極２２、支持部５上の一方をドレイン電極２３、もう一方をソース電極２４とする。図２３は図２２のＢ−Ｂ’の縦方向の断面図である。基板４および振動子１はＮ型半導体であり、ドレイン電極２４下の基板にはｐ＋拡散領域からなるドレイン領域２６が、ソース電極２３下の基板にはｐ＋拡散領域からなるソース領域２５が形成されている。すなわち共振器全体がｐチャネルＭＯＳトランジスタであり、ＭＯＳ構造の酸化膜がギャップ６に置き換わり、振動子１の振動を可能とさせている。振動子１はゲート電極２２との間の静電力を受け、共振周波数近傍で大きな振幅のねじり振動を行い、振動子１内のチャネルの形成に変調を与え、結果それに伴うドレイン電流を得る。かかる構成によれは、共振器と増幅器を個別に作製して両者を配線で接続する場合に比べて素子の小型化をはかることができるとともに、配線に起因する損失や雑音の重畳を低減することが可能となる。
また、図１とほぼ同等の構成で、共振器から出力信号を取り出し、増幅する構成を追加することも可能である。図２２は図１の共振器において、振動子１の両端の支持部５上に新たに２つの電極を設けたものである。振動子１上の電極をゲート電極２２、支持部５上の一方をドレイン電極２３、もう一方をソース電極２４とする。図２３は図２２のＢ−Ｂ’の縦方向の断面図である。基板４および振動子１はＮ型半導体であり、ドレイン電極２４下の基板にはｐ＋拡散領域からなるドレイン領域２６が、ソース電極２３下の基板にはｐ＋拡散領域からなるソース領域２５が形成されている。すなわち共振器全体がｐチャネルＭＯＳトランジスタであり、ＭＯＳ構造の酸化膜がギャップ６に置き換わり、振動子１の振動を可能とさせている。振動子１はゲート電極２２との間の静電力を受け、共振周波数近傍で大きな振幅のねじり振動を行い、振動子１内のチャネルの形成に変調を与え、結果それに伴うドレイン電流を得る。かかる構成によれは、共振器と増幅器を個別に作製して両者を配線で接続する場合に比べて素子の小型化をはかることができるとともに、配線に起因する損失や雑音の重畳を低減することが可能となる。
従来から、ゲート電極を振動させるゲート振動型ＭＯＳＦＥＴは考案されていたが、通常、ゲート電極材料には多結晶シリコンまたは金属薄膜が用いられるため、結晶粒界における振動エネルギの損失が生じ、高いＱ値の共振器を構成できなかったが、このように振動子を単結晶シリコンで構成することにより、単結晶シリコンで構成したチャネルに相当する振動子が振動するのでＱ値の高い共振器および増幅器とすることができる。
また、本実施の形態では基板４の材料はシリコンとしたが、ＳｉＧｅ等の半導体材料を利用することもできる。
また、本実施の形態の共振器を電気的に並列に配置することで、共振器の電気的インピーダンスを低減し、共振器外部の信号回路と共振器の電気的インピーダンスの整合性を高めることができる。
また、本実施の形態の振動子はシリコン基板を加工して形成したが、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板のＳＯＩ層を加工して振動子を形成してもよい。ＳＯＩ基板はマイクロメートルまたはナノメートルオーダの薄いＳＯＩ層を有するものもあるため、極めて厚みの薄く長さも短い微小なＵＨＦ帯に共振点を有するような梁型の振動子を形成する場合に利用することができる。
また、本実施の形態の共振器を電気的に並列に配置することで、共振器の電気的インピーダンスを低減し、共振器外部の信号回路と共振器の電気的インピーダンスの整合性を高めることができる。
また、本実施の形態の振動子はシリコン基板を加工して形成したが、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板のＳＯＩ層を加工して振動子を形成してもよい。ＳＯＩ基板はマイクロメートルまたはナノメートルオーダの薄いＳＯＩ層を有するものもあるため、極めて厚みの薄く長さも短い微小なＵＨＦ帯に共振点を有するような梁型の振動子を形成する場合に利用することができる。
（実施の形態７）
次に本発明の実施の形態７について説明する。実施の形態１における図１のねじり共振器では、キャビティの底に１個の振動子を形成していたが、複数本を同時形成することができる。振動子を２本形成した場合の斜視図を図２４に示す。各振動子に対して電極２ａ、２ｂをギャップを介して配置している。この場合はねじり共振器であるので、電極２ａ、２ｂともに梁型の振動子の幅方向の約半分まで電極が振動子と対向するように形成し、ねじり振動を効果的に励起する構成としている。
次に本発明の実施の形態７について説明する。実施の形態１における図１のねじり共振器では、キャビティの底に１個の振動子を形成していたが、複数本を同時形成することができる。振動子を２本形成した場合の斜視図を図２４に示す。各振動子に対して電極２ａ、２ｂをギャップを介して配置している。この場合はねじり共振器であるので、電極２ａ、２ｂともに梁型の振動子の幅方向の約半分まで電極が振動子と対向するように形成し、ねじり振動を効果的に励起する構成としている。
共振器は図４乃至図６の工程までは同様に作製し、以降を図２５のように変更することで形成することができる。図２５（ａ）および（ｂ）は基板４の裏面（図では上方）に窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜に四角形の窓を２つ形成する。このときある幅を持つ直線状の窒化シリコン膜がキャビティを横断し、かつ｛１１１｝面に沿うように形成する。ＫＯＨを用いてシリコンの異方性エッチングを行うと、図２６（ａ）および（ｂ）のようになる。基板４の裏面でシリコンが露出している部分にＬＯＣＯＳを形成し（図２７（ａ）および（ｂ））、窒化シリコン膜を除去し（図２８（ａ）および（ｂ））、ＬＯＣＯＳをマスクとして再びＫＯＨを用いてシリコンの異方性エッチングを行うと、（図２９）に示すように三角形断面の２本の梁型の振動子を並べて形成することができる。
図２８（ａ）および（ｂ）に示した｛１１１｝面ａと｛１１１｝面ｂは、結晶面であるので、これらを端面に持つ２本の梁型の振動子は精度よく同一長さとなる。すなわち２本の梁型の振動子の共振周波数は同一となる。たわみ振動の共振周波数は梁の長さと厚みに依存するが、特にねじり振動の共振周波数は長さ依存性に比べて厚み依存性は極めて小さいため、本構成は複数本の同一ねじり共振周波数を有する振動子を形成する場合に有効な手段となる。
図２４に示した構成において、振動子が微細化するほど電極と振動子間の静電容量は小さくなり、電気的インピーダンスは大きくなり、電気的インピーダンスの不整合が生じやすく、入力交流信号のエネルギが効率よく振動子の機械振動に変換されにくくなる。しかし、図２４のように複数個の同じ共振周波数を有する振動子および電極の対を複数個並列に接続することでインピーダンスを下げることができる。
なお、同一共振周波数を有するより多くの振動子を形成した場合の構成を図３０に示す。図３０は梁の断面が見えるような断面図である。ここでの特徴は第１のキャビティＣ１を形成している点である。続いて第１のキャビティＣ１の底面に対して、図４乃至６および図２５乃至図２９に示した振動子の形成方法を実施している。最終的に基板４には第１のキャビティＣ１および第２のキャビティＣ２が形成され、第２のキャビティＣ２の底面と基板４の表面との間に複数個の振動子を形成している。本構成によれば長さの等しい振動子を複数個形成できると同時に、電極２の固定を強固にしている。すなわち、第１のキャビティの底面と基板４の表面との間の厚みＺ０は、梁の厚みＺ１よりも十分に厚くすることができるので、電極２を基板上の強固な部位に形成できる。これにより、外部からの衝撃や、電極と振動子間との静電力により、電極自身が変位する量を低減することができる。
(実施の形態８)
次に本発明の実施の形態８として、ねじり振動モードを用いた低インピーダンス共振器の他の構成を図３１に示す。図３１は図２４と同様、第１のキャビティの底面に対して複数個の振動子を形成したものであるが、図２４に示した実施の形態７の低インピーダンス共振器と異なるのは、電極２が振動子の幅方向の約半分までではなく幅方向全域と対向するように形成されている点である。そして、この電極２と対向する振動子のうちの一部の電気的特性が他部と異なるようにし、実質的に静電力が電極２の一部で他部よりも十分に大きくなるようにしたことを特徴とする。ここでは電気的特性を変えるために、振動子のうち電極２に対向する領域の一部にのみ不純物拡散領域１ｄを形成し、この不純物拡散領域１ｄと電極２とが対向する領域で大きい静電力が生起せしめられるように構成したことを特徴とする。従って、図２４のような電極２のパターニングが不要である。また、図３０において電極２を支持するための厚みＺ０部分が不要となるため、振動子をさらに高密度に集積化しやすい。
次に本発明の実施の形態８として、ねじり振動モードを用いた低インピーダンス共振器の他の構成を図３１に示す。図３１は図２４と同様、第１のキャビティの底面に対して複数個の振動子を形成したものであるが、図２４に示した実施の形態７の低インピーダンス共振器と異なるのは、電極２が振動子の幅方向の約半分までではなく幅方向全域と対向するように形成されている点である。そして、この電極２と対向する振動子のうちの一部の電気的特性が他部と異なるようにし、実質的に静電力が電極２の一部で他部よりも十分に大きくなるようにしたことを特徴とする。ここでは電気的特性を変えるために、振動子のうち電極２に対向する領域の一部にのみ不純物拡散領域１ｄを形成し、この不純物拡散領域１ｄと電極２とが対向する領域で大きい静電力が生起せしめられるように構成したことを特徴とする。従って、図２４のような電極２のパターニングが不要である。また、図３０において電極２を支持するための厚みＺ０部分が不要となるため、振動子をさらに高密度に集積化しやすい。
図３１においてねじり振動モードを励起させるために、振動子の導電率を梁長手方向のねじり中心軸に対して非対称とさせる。導電率に非対称性を持たせる製造工程例を図３２に示す。図３２（ａ）は実施の形態２で説明した台形断面の梁を作成する説明図である図１４とほぼ同様であるが、キャビティの底面に形成した窒化シリコン膜マスクのパターン数を複数個としている。キャビティの底面に異方性エッチングを行うと図３２（ｂ）のようになる。ここで窒化シリコン膜マスクを残したまま、露出したシリコン面にリンなどの一導電型の不純物イオンを注入し、アニールを行うことで不純物拡散領域を形成する（図３２（ｃ））。不純物拡散領域の形成に際し、拡散源としてはＳＯＧ（スピンオングラス）を用いてもイオン・インプランテーションを用いてもよい。次に不純物を拡散したシリコン面に酸化シリコン膜の保護膜を形成し、窒化シリコン膜を除去後、再び異方性エッチングを行うと、図３２（ｄ）のように、導電率に非対称性を有する三角形断面の梁が形成される。ここで図３２（ｄ）は拡大図である。電極２を酸化シリコン膜３上（図では酸化シリコン膜の下方）に形成し、フッ酸で酸化シリコン膜３を除去すると、図３２（ｅ）の構造、すなわち図３１に示したねじり振動モードを用いた低インピーダンス共振器を得る。振動子と電極の間に電圧を加えると、振動子の導電率の非対称性により、図３２（ｅ）のように、電極と振動子の導電率の高い部位すなわち不純物拡散領域との間に電圧がかかり、静電力が生起されることで、この不純物拡散領域に選択的に回転性の励振力（モーメント）が加わり、ねじり振動モードを励起することができる。
以上により、図３１の構成では、梁の長さが同じであるため共振周波数ずれのない複数の振動子を同一キャビティ内に密に並列配置することができ、低インピーダンス化が可能であり、かつＱ値の高いねじり振動モードを利用した高Ｑ共振器を実現することができる。
なお、前記実施の形態では、リンなどの一導電型の不純物を拡散することで、振動子の導電率を一部変化させるようにしたが、酸素イオンなどの注入により、振動子の一部を絶縁化することによってもねじり振動を生起することが可能となる。この場合は、酸素イオンの注入された領域が絶縁化され、静電力を生起されにくい領域となることで、この酸素イオンの注入されていない領域に回転性の励振力（モーメント）が加わり、ねじり振動モードを励起することができる。
本発明にかかる共振器は、半導体プロセスで作製可能な極めて微細な構造体が主に静電力で励振されるようにしたものであって、特に梁型の振動子に対して、支持部を強固な構造とし、かつ振動子表面を平坦な結晶面とすることで、振動エネルギの散逸が低減された高Ｑ値の共振器を提供するものである。本共振器は携帯型無線端末に積載される高密度に集積化された高周波フィルタ回路等として有用である。また、音声帯域や超音波帯域におけるスペクトル解析や、機械共振による質量分析等の医療用や環境分野等の用途にも適用可能である。
１ 振動子
２ 電極
３ 絶縁膜
４ 基板
５ 支持部
６ ギャップ
７ キャビティ
１０１、１０２ 両持ち梁型の振動子
１０３ 結合梁
１０４ 入力線路
１０５ 出力線路
２ 電極
３ 絶縁膜
４ 基板
５ 支持部
６ ギャップ
７ キャビティ
１０１、１０２ 両持ち梁型の振動子
１０３ 結合梁
１０４ 入力線路
１０５ 出力線路
Claims (15)
- 単結晶基板と、
前記単結晶基板の裏面に形成されたキャビティと、前記キャビティの底面と前記単結晶基板表面間の厚み内に、支持部によって少なくとも一端を支持せしめられるように形成された梁型の振動子と、
前記梁型の振動子に静電力の励振力を与える電極とを備え、
前記単結晶基板は、単結晶シリコン基板であり、
前記振動子の断面形状が｛１００｝および｛１１１｝の結晶面に囲まれた三角形又は台形であり、
前記振動子の厚みは、前記支持部よりも薄く、かつ前記支持部は、前記振動子の梁の長さ方向に対して軸対称である共振器であって、
前記電極が、前記単結晶基板の表面に露出された梁型の振動子側面の幅方向全域に対して空隙を介して対向し、前記梁型の振動子との間に容量を形成した共振器。 - 単結晶基板と、
前記単結晶基板の裏面に形成されたキャビティと、前記キャビティの底面と前記単結晶基板表面間の厚み内に、支持部によって少なくとも一端を支持せしめられるように形成された梁型の振動子と、
前記梁型の振動子に静電力の励振力を与える電極とを備え、
前記単結晶基板は、単結晶シリコン基板であり、
前記振動子の断面形状が｛１００｝および｛１１１｝の結晶面に囲まれた三角形又は台形であり、
前記振動子の厚みは、前記支持部よりも薄く、かつ前記支持部は、前記振動子の梁の長さ方向に対して軸対称である共振器であって、
前記電極が、前記単結晶基板の表面に露出された梁型の振動子側面の幅方向の約半分に対して空隙を介して対向し、前記梁型の振動子との間に容量を形成した共振器。 - 請求項１記載の共振器であって、
前記振動子の導電率が、梁長手方向のねじり中心軸に対して非対称である、ねじり共振器。 - 請求項１または２に記載の共振器であって、
同一キャビティの底面と前記単結晶基板表面間の厚み内に複数個の梁型の振動子を形成した共振器。 - 請求項１または２に記載の共振器であって、
前記単結晶基板はＳＯＩ基板のＳＯＩ層である共振器。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載の共振器であって、
前記電極は、前記梁型の振動子の共振モード次数に対応して複数個配設された共振器。 - 請求項１乃至６のいずれかに記載の共振器であって、
前記電極は、前記キャビティ周縁の前記単結晶基板厚膜部上に絶縁膜を介して固定された共振器。 - 請求項１乃至７のいずれかに記載の共振器であって、
前記梁型の振動子は両持ち梁であり、その両端に前記梁型の振動子とは逆導電型の不純物拡散領域からなる支持部を備え、前記梁型の振動子をチャネルとし、前記不純物拡散領域からなる支持部をソース領域およびドレイン領域とした、増幅器を具備した共振器。 - 請求項１乃至８のいずれかに記載の共振器であって、
電気的に並列に配置された複数個の共振器を備えた共振器。 - 請求項１乃至９のいずれかに記載の共振器であって、
前記振動子が、雰囲気を真空に封止したケース内に収納された共振器。 - 請求項１乃至１０のいずれかに記載の共振器を用い、所望の周波数帯域の信号を通過または阻止するように構成した電気機械フィルタ。
- 表面および裏面が｛１００｝面であるシリコン基板を準備し、
シリコン基板厚みより小なる厚みを残すように、裏面から第１のマスクの開口を通して異方性エッチングを行って、結晶面を側面として囲まれたキャビティを形成し、かつ少なくとも２つの｛１１１｝面が側面として向かいあうように形成し、前記第１のマスクを除去し、
裏面に第２のマスクの開口を形成し、開口の１辺は前記キャビティの底および前記２つの向かい合う｛１１１｝面を横断するように形成され、
前記シリコン基板の表面まで前記第２のマスクの開口から異方性エッチングを行って、前記シリコン基板に｛１１１｝面の斜面を作り、
前記シリコン基板の裏面でシリコンが露出している部分に第３のマスクとなる膜を形成し、
その後、第３のマスクを残して前記第２のマスクを除去し、
前記第３のマスクを用いて、異方性エッチングを行って、前記斜面とは逆側に｛１１１｝面の斜面を作り、前記第３のマスクを除去して、三角形断面の梁の振動子を形成し、
前記振動子と前記シリコン基板とが連結している前記シリコン基板が支持部を構成し、
前記振動子の断面形状が｛１００｝および｛１１１｝の結晶面に囲まれた三角形であり、
前記振動子の厚みは、前記支持部よりも薄く、前記支持部は、前記振動子の梁の長さ方向に対して軸対称である振動子の製造方法。 - 表面および裏面が｛１００｝面であるシリコン基板を準備し、
シリコン基板厚みより小なる厚みを残すように、裏面から第１のマスクの開口を通して異方性エッチングを行って、結晶面を側面として囲まれたキャビティを形成し、かつ少なくとも２つの｛１１１｝面が側面として向かいあうように形成し、前記第１のマスクを除去し、
裏面に第２のマスクの２つの開口を形成し、各々の開口の１辺は平行に前記キャビティの底および前記２つの向かい合う｛１１１｝面を横断するように形成され、
前記シリコン基板の表面まで前記第２のマスク開口から異方性エッチングを行って、前記シリコン基板に｛１１１｝面の斜面を作り、
前記第２のマスクを除去して、台形断面の梁の振動子を形成し、
前記振動子と前記シリコン基板とが連結している前記シリコン基板が支持部を構成し、
前記振動子の断面形状が｛１００｝および｛１１１｝の結晶面に囲まれた台形であり、
前記振動子の厚みは、前記支持部よりも薄く、前記支持部は、前記振動子の梁の長さ方
向に対して軸対称である振動子の製造方法。 - 表面および裏面が｛１００｝面であるシリコン基板を準備し、
表面に犠牲層を堆積し、
シリコン基板厚みより小なる厚みを残すように、裏面から第１のマスクの開口を通して異方性エッチングを行って、結晶面を側面として囲まれたキャビティを形成し、かつ少なくとも２つの｛１１１｝面が側面として向かいあうように形成し、前記第１のマスクを除去し、
裏面に第２のマスクの開口を形成し、開口の１辺は前記キャビティの底および前記２つの向かい合う｛１１１｝面を横断するように形成され、
前記シリコン基板の表面まで前記第２のマスクの開口から異方性エッチングを行って、前記シリコン基板に｛１１１｝面の斜面を作り、
前記シリコン基板の裏面でシリコンが露出している部分に第３のマスクとなる膜を形成し、
その後、第３のマスクを残して前記第２のマスクを除去し、
前記第３のマスクを用いて、異方性エッチングを行って、前記斜面とは逆側に｛１１１｝面の斜面を作り、
前記第３のマスクを除去して、三角形断面の梁の振動子を形成し、
前記犠牲層上に電極を形成し、前記犠牲層を部分的に除去することにより、振動子と電極を離間して振動子を振動可能とし、
前記振動子と前記シリコン基板とが連結している前記シリコン基板が支持部を構成し、
前記振動子の断面形状が｛１００｝および｛１１１｝の結晶面に囲まれた三角形であり、
前記振動子の厚みは、前記支持部よりも薄く、前記支持部は、前記振動子の梁の長さ方向に対して軸対称である共振器の製造方法。 - 表面および裏面が｛１００｝面であるシリコン基板を準備し、
表面に犠牲層を堆積し、
シリコン基板厚みより小なる厚みを残すように、裏面から第１のマスクの開口を通して異方性エッチングを行って、結晶面を側面として囲まれたキャビティを形成し、かつ少なくとも２つの｛１１１｝面が側面として向かいあうように形成し、前記第１のマスクを除去し、
裏面に第２のマスクの２つの開口を形成し、各々の開口の１辺は平行に前記キャビティの底および前記２つの向かい合う｛１１１｝面を横断するように形成され、
前記シリコン基板の表面まで前記第２のマスク開口から異方性エッチングを行って、前記シリコン基板に｛１１１｝面の斜面を作り、
前記第２のマスクを除去して、台形断面の梁の振動子を形成し、
前記犠牲層上に電極を形成し、前記犠牲層を部分的に除去することにより、振動子と電極を離間して振動子を振動可能とし、
前記振動子と前記シリコン基板とが連結している前記シリコン基板が支持部を構成し、
前記振動子の断面形状が｛１００｝および｛１１１｝の結晶面に囲まれた台形であり、
前記振動子の厚みは、前記支持部よりも薄く、前記支持部は、前記振動子の梁の長さ方向に対して軸対称である共振器の製造方法。
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