JPH08186467A

JPH08186467A - 拡がり振動型圧電振動子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08186467A
Application number: JP34026194A
Authority: JP
Inventors: Masaki Takeuchi; 雅樹竹内; Yasuo Fujii; 康生藤井; Tomoji Iyoda; 友二伊豫田; Katsuhiko Tanaka; 克彦田中; Akihiko Shibata; 明彦柴田; Hidekazu Takada; 英一高田; Yoji Yamamoto; 洋司山本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1994-12-29
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】拡がり振動型圧電振動子において、共振振動
の機械的品質係数Ｑｍを向上させると共に、１〜１０Ｍ
Ｈｚの共振周波数に設定可能として支持梁の機械的強度
を向上させる。【構成】圧電振動子１をシリコン材料からなる枠体２
と、枠体２に対抗する支持梁３，３を介して支持された
振動部４とから構成する。振動部４はシリコン材料から
なり支持辺６Ａ，６Ａと開放辺６Ｂ，６Ｂを有する振動
板６と、振動板６上に設けられた圧電薄膜７と、圧電薄
膜７の上，下に設けられた上側電極９，下側電極１０と
から構成する。また、振動板６（振動部４）を正方形状
に形成し、一辺の長さ寸法の所定寸法に設定すれば、共
振周波数を１〜１０ＭＨｚに設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、発振器，メカ
ニカルフィルタ等に用いて好適な圧電振動子に関し、特
にシリコン基板上に薄膜圧電材料を着膜形成すると共
に、圧電体の拡がり振動を用いた拡がり振動型圧電振動
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体微細加工技術により酸化
亜鉛（ＺｎＯ）等の薄膜圧電材料を基板上に着膜形成し
た圧電振動子は知られている。このような圧電振動子
は、マイクロエレクトロニクス等の分野において発振器
やメカニカルフィルタとして用いられる。

【０００３】ここで、従来技術による圧電振動子とし
て、特開昭５９−１４１８１３号公報の記載によるもの
は、シリコン基板上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）の圧電体から
なる圧電薄膜を形成した複合構造の振動部を有する圧電
振動子である。また、この従来技術による圧電振動子は
圧電体の厚み振動モードを利用しており、その共振周波
数は例えば１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚである。

【０００４】また、厚み振動の共振周波数は圧電薄膜を
含む圧電振動子の厚さに反比例するので、共振周波数を
数１０ＭＨｚ以上の高い周波数に設定して使用するのに
適している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、圧電体の厚み振動モードを使用しているた
め、共振周波数を例えば１００ＭＨｚ以上の高い周波数
に設定するのには好適だが、共振周波数を１〜１０ＭＨ
ｚの比較的低い周波数に設定することが困難であるとい
う問題がある。

【０００６】例えば、従来技術のように圧電薄膜（圧電
体）の厚み振動モードを用いた場合には、共振周波数を
１００ＭＨｚに設定したいときには、圧電薄膜を含む圧
電振動子の厚さは１０μｍ程度が必要である。しかし、
この圧電振動子の共振周波数を下げて１〜１０ＭＨｚに
設定するためには、圧電薄膜を含む圧電振動子の厚さを
数１０倍〜数１００倍と厚くしなければならず、実際に
製造することができないという問題がある。

【０００７】そこで、他の従来技術として特開昭６１−
４６６０９号公報の記載による拡がり振動型圧電振動子
がある。この圧電振動子は、圧電薄膜（圧電体）の拡が
り振動モードを使用しており、この圧電薄膜をインバ，
エリンバ等の合金材料からなる基板上に形成している。
この場合、拡がり振動モードの共振周波数は、圧電薄膜
を形成している振動部分の輪郭形状に依存する。例え
ば、圧電薄膜を形成している振動部分の形状が正方形な
らば、当該圧電振動子の共振周波数は、正方形の一辺の
長さ寸法に反比例する関係にある。これにより、圧電薄
膜を形成している振動部分の正方形の一辺の長さ寸法を
所定寸法に設定すれば、共振周波数を１〜１０ＭＨｚに
設定することが可能であり、圧電薄膜の厚さとは無関係
であるから、圧電薄膜を薄く形成することができる。

【０００８】しかし、他の従来技術による圧電振動子
は、基板が合金材料であるため、加工性が悪く、微細加
工が困難であるという問題がある。

【０００９】一方、圧電体として、例えばＰＺＴを用い
た圧電振動子においては、機械的品質係数Ｑｍが低くな
り、また製造面において寸法精度が悪いため、微細加工
が困難であるという問題がある。

【００１０】さらに、水晶を用いた振動子では、水晶の
コストが高く、回路との一体化等、デバイスの複合化が
困難であるという問題がある。

【００１１】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、機械的品質係数Ｑｍを向上させると共
に、共振周波数を１〜１０ＭＨｚ程度の比較的低い周波
数に設定し、かつマイクロデバイスとして使用できる程
度に小型化した拡がり振動型圧電振動子とその製造方法
を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明が採用する拡がり振動型圧電振
動子の構成は、半導体により形成された基板部と、該基
板部から互いに対向して延びるように該基板部と一体的
に形成された一対の支持梁と、該各支持梁間で支持され
た振動部とを備え、該振動部は、各支持梁と一体に形成
された振動板と、該振動板上に設けられた圧電薄膜と、
該圧電薄膜上に着膜形成された上側電極と、前記振動板
上に位置して前記圧電薄膜の下側に着膜形成された下側
電極とからなる。

【００１３】また、請求項２の発明が採用する拡がり振
動型圧電振動子の構成は、半導体により形成された基板
部と、該基板部から互いに対向して延びるように該基板
部と一体的に形成された一対の支持梁と、該各支持梁間
で支持された振動部とを備え、該振動部は、各支持梁と
一体に形成された振動板と、該振動板上に設けられた圧
電薄膜と、該圧電薄膜上に着膜形成された上側電極と、
前記振動板上に位置して前記圧電薄膜の下側に着膜形成
された下側電極とからなり、かつ前記支持梁の厚さを、
前記振動板の厚さよりも大となるように形成したことに
ある。

【００１４】請求項３の発明では、前記支持梁はその下
面を振動板から基板部に向けて漸次厚くなる傾斜面とし
て形成したことにある。

【００１５】請求項４の発明では、前記基板部はシリコ
ン材料によって形成され、前記支持梁はその下面をシリ
コンの（１１１）面によって形成したことにある。

【００１６】請求項５の発明では、前記基板部はシリコ
ン材料によって形成され、前記支持梁はその下面をシリ
コンの（１１１）面によって形成したことにある。

【００１７】請求項６の発明では、前記振動板は各支持
梁で支持される対向した辺が支持辺となり他の２辺が開
放辺となった矩形状に形成し、該振動板の支持辺の長さ
寸法をａとし、開放辺の長さ寸法をｂとした場合、その
比率ｂ／ａ＞０．５としたことにある。

【００１８】請求項７の発明では、前記支持梁には、前
記支持部の共振周波数と同一周波数で振動を行う動吸振
部を形成したことにある。

【００１９】また、請求項８の発明が採用する拡がり振
動型圧電振動子の製造方法は、シリコンウェハの表面に
形成した酸化膜をエッチングして一方の表面に所定のエ
ッチングパターンを形成する工程と、エッチングパター
ンを利用して異方性エッチングを施して傾斜面が（１１
１）面となり底面が（１００）面となる凹溝を形成する
工程と、前記シリコンウェハの他方の表面に圧電薄膜お
よび電極を着膜形成する工程と、前記凹溝の底面の部分
は他方の表面からドライエッチングして振動部を形成す
る工程とからなる。

【００２０】さらに、請求項９による拡がり振動型圧電
振動子の製造方法は、請求項８による製造方法における
所定のエッチングパターンを形成する工程と凹溝を形成
する工程との間には、前記酸化膜のエッチングパターン
の上に窒化膜によるエッチングパターンを形成し、この
エッチングパターンを利用して異方性エッチングを施し
て傾斜面が（１１１）面となり底面が（１００）面とな
る他の凹溝を形成する工程を含んでなる。

【００２１】

【作用】請求項１の発明では、振動部を構成する振動板
を例えばシリコン材料によって形成することにより、機
械的強度を大きくすることができ、振動部の機械的品質
係数Ｑｍを増加させることができる。

【００２２】また、請求項２の発明では、支持梁の厚さ
を、振動板の厚さよりも大となるように形成したから、
該支持梁の機械的強度を高め、当該支持梁の破損を防止
することができる。

【００２３】請求項３の発明のように、支持梁の下面を
基板部に向けて漸次厚くなる傾斜面とすることにより、
該支持梁の機械的強度を高め、当該支持梁の破損を防止
できる。

【００２４】請求項４の発明のように、基板部をシリコ
ン材料によって形成し、支持梁の下面をシリコンの（１
１１）面によって形成することにより、支持梁の下面は
振動板から基板部に向けて（１１１）面で傾斜した面と
することができ、支持梁の厚さ寸法を振動板の厚さ寸法
よりも厚くして、該支持梁の機械的強度を高めることが
できる。

【００２５】請求項５の発明のように、支持梁の下面を
シリコンの（１１１）面と（１００）面とによって形成
することにより、支持梁の下面は振動板から基板部に向
けて（１１１）面と（１００）面とによる傾斜した面と
水平面の段付状とすることができ、支持梁の厚さ寸法を
振動板の厚さ寸法よりも厚くして、該支持梁の機械的強
度を高めることができる。

【００２６】請求項６の発明のように、前記振動板と支
持梁との関係を、該振動板の対向する２辺を支持梁で各
々支持し、他の２辺を開放辺としたから、この形状から
圧電薄膜の振動モードを拡がり振動モードとすることが
できる。

【００２７】請求項７の発明のように、動吸振部が振動
部の共振周波数と同一の周波数で振動することにより、
振動部の機械的な振動エネルギが基板部側に伝搬される
のを緩和し、振動部の振動エネルギの損失を減少させる
と共に、支持梁の歪み振動を緩和し、該支持梁と基板部
の支持部位における応力集中を減少できる。

【００２８】また、請求項８の発明による拡がり振動型
圧電振動子の製造方法では、所定のエッチングパターン
を形成する工程によりシリコンウェハの表面に形成した
酸化膜にエッチングを施して形成し、凹溝を形成する工
程によりこのエッチングパターンを利用して異方性エッ
チングを施して傾斜面が（１１１）面，底面が（１０
０）面となる凹溝を形成し、圧電薄膜および電極を着膜
形成する工程により前記シリコンウェハの他方の表面に
圧電薄膜および電極を着膜形成し、振動部を形成する工
程により前記底面の部分を他方の表面からドライエッチ
ング施して振動部を形成する。これにより、該振動部を
支持する支持梁の下面をシリコンの（１１１）面によっ
て形成できる。

【００２９】さらに、請求項９の発明による製造方法で
は、請求項８の製造方法における所定のエッチングパタ
ーンを形成する工程と凹溝を形成する工程との間に、傾
斜面が（１１１）面，底面が（１００）面となる第１の
凹溝を形成する工程を含むことにより、枠体と振動部と
の間に（１１１）面の傾斜と（１００）面の水平面とな
る段差を形成でき、よって支持梁の下面を（１１１）面
と（１００）面とによる傾斜した面と水平面の段付状と
することができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図３５を
参照しつつ詳述する。

【００３１】まず、本発明の第１の実施例を図１ないし
図８に基づいて説明する。

【００３２】図中、１は本実施例による拡がり振動型圧
電振動子を示し、該圧電振動子１は、基板部としての枠
体２と、該枠体２の対向する内周面から互いに対向して
延びるように該枠体２に一体的形成された一対の支持梁
３，３と、該各支持梁３を介して支持された振動部４と
から大略構成されている。

【００３３】即ち、枠体２はシリコン材料からなり、そ
の中心部位がエッチング処理により除去され、外形は正
方形をなして形成されている。また、該枠体２の上側表
面には絶縁膜５が形成されている。

【００３４】また、各支持梁３は枠体２の内周面のうち
前後方向に対向する各内周面から内側に向けてそれぞれ
延び、振動部４は各支持梁３を介して枠体２に支持され
ている。さらに、振動部４は後述する振動板６，圧電薄
膜７，上側電極９および下側電極１０とから大略構成さ
れている。

【００３５】６はシリコン材料により各支持梁３と一体
的に形成された振動板を示し、該振動板６は正方形状の
厚さが５〜１０μｍの薄膜として形成され、該振動板６
の前後方向に対向する側面の長さ方向中央部は振動板６
の寸法ａより狭い幅の支持梁３でそれぞれ支持され、そ
の対向する２辺は支持辺６Ａ，６Ａとなり、左右方向に
対向する２辺は開放辺６Ｂ，６Ｂとなっている。なお、
本実施例においては、振動板６は正方形状となっている
から、支持辺６Ａの長さ寸法ａと開放辺６Ｂの長さ寸法
ｂはそれぞれ等しい長さとなり、その比率ｂ／ａは１と
なる。

【００３６】７は振動板６上の絶縁膜８を介してスパッ
タ等の手段によって着膜形成された圧電薄膜を示し、該
圧電薄膜７は酸化亜鉛（ＺｎＯ）の圧電体により形成さ
れ、その形状は前記振動板６とほぼ同様の正方形状で、
厚さが３〜１０μｍの薄膜である。

【００３７】ここで、前記圧電薄膜７が着膜形成される
振動板６は正方形状に形成され、かつ該振動板６の支持
辺６Ａ，６Ａには枠体２に支持するための支持梁３，３
が形成されると共に、振動板６の他の２辺は開放辺６
Ｂ，６Ｂとなっているから、圧電薄膜７の振動の逃げ道
は開放辺６Ｂ，６Ｂ方向となる。このため、本実施例に
よる圧電振動子１の振動部４は拡がり振動モードで振動
する。

【００３８】また、拡がり振動モードで振動する場合に
は、その共振周波数は圧電体（振動板）の輪郭形状に依
存し、当該圧電薄膜７（振動板６）は正方形状であるか
ら、正方形の一辺の長さ寸法ａ（ｂ）によって共振周波
数が決定される。例えば、長さ寸法ａ（ｂ）を３００〜
２０００μｍに設定することにより、共振周波数が１〜
１０ＭＨｚに設定することができる。なお、該圧電薄膜
７は、当該圧電振動子１の製造の都合上、振動板６上だ
けでなく各支持梁３上，枠体２上の部分にも一体的に形
成されている。

【００３９】９は圧電薄膜７上に設けられた上側電極を
示し、該上側電極９はアルミニウム薄膜等によって形成
され、振動板６上に位置して圧電薄膜７の上側表面全体
に亘って接触し、下側電極１０と共に圧電薄膜７に電界
を付与する電極部９Ａと、該電極部９Ａから支持梁３を
伝って枠体２上に伸長し、外部からのリード線等が接続
される端子部９Ｂとから構成されている。

【００４０】１０は圧電薄膜７と振動板６との間に位置
して設けられた下側電極を示し、該下側電極１０はアル
ミニウム薄膜等によって形成され、振動板６上に位置し
て圧電薄膜７の下側表面全体に亘って接触し、上側電極
９と共に圧電薄膜７に電界を付与する電極部１０Ａと、
該電極部１０Ａから支持梁３を伝って枠体２上に伸長
し、外部からのリード線等が接続される端子部１０Ｂと
から構成されている。また、端子部１０Ｂ上にも前述し
たように圧電薄膜７が形成されているから、該圧電薄膜
７には端子部１０Ｂが外部のリード線と接続するための
コンタクトホール１０Ｃが形成されている。

【００４１】本実施例による拡がり振動型圧電振動子１
は上述のように構成されるが、端子部９Ｂと１０Ｂの間
に１〜１０ＭＨｚの交流電圧を重畳した３〜５Ｖの直流
電圧を加えると、圧電薄膜７が振動を始め、これに伴っ
て振動部４は形状によって決まる共振周波数で拡がり振
動をする。例えば、振動部４の表面が矩形であれば、４
つの角部分が最も大きく拡がる態様の振動を行うように
なっている。

【００４２】次に、拡がり振動型圧電振動子１の製造方
法を図５ないし図８を参照しつつ述べる。

【００４３】まず、図５に示す絶縁膜形成工程におい
て、表面が（１００）面であるシリコン材料からなるシ
リコンウェハ１１の上面，下面に熱酸化によるＳｉＯ₂
の絶縁膜１２，マスク膜１３を形成する。なお、前記シ
リコンウェハ１１には、通常、直径が７．５〜１５．５
ｃｍ程度で、厚さｔ0 が３００μｍ程度のものが用いら
れ、圧電振動子１を製造するときには、１枚のシリコン
ウェハ上に複数個の圧電振動子１を一度に形成するよう
にしている。そこで、図６以降では説明の便宜上、１個
の圧電振動子１を製造する場合を示す。

【００４４】また、前記マスク膜１３には、シリコンウ
ェハ１１の下側面全面に酸化膜を形成した後に、レジス
トでマスキングしてフォトリソグラフィ技術で酸化膜の
被エンチング部分のレジストを除去し、フッ酸等のエッ
チャントで酸化膜をエッチングすることによって１辺の
長さ寸法がＬとなる矩形のエッチングパターン１３Ａが
形成されている。

【００４５】次に、図６に示す第１のエッチング工程に
おいては、シリコンウェハ１１をアルカリ系のエッチン
グ溶液（ＫＯＨ等）によって異方性エッチングを施し、
マスク膜１３に形成されたエッチングパターン１３Ａの
部分を利用して凹溝１４を形成すると共に、該凹溝１４
上にはダイヤフラム１５を形成する。

【００４６】次に、図７に示す圧電薄膜形成工程におい
て、シリコンウェハ１１上側面の絶縁膜１２上に、下側
電極１６を着膜形成し、該下側電極１６の上側に圧電薄
膜１７をスパッタ等の手段により形成し、該圧電薄膜１
７上に上側電極１８を着膜形成する。

【００４７】最後に、図８に示す第２のエッチング工程
において、シリコンウェハ１１にアルカリ系のエッチン
グ液を用いてウエットエッチングを施し、ダイヤフラム
１５の外周側部位を貫通させ、図１，図２に示す枠体
２，振動板６等を形成し、圧電振動子１の製造を完了す
る。

【００４８】次に、本実施例による圧電振動子１の動作
について説明すると、上側電極９と下側電極１０との間
に電界が付与されると、振動板６と各支持梁３の形状に
より振動板６はその共振周波数の拡がり振動モードで振
動する。

【００４９】ここで、本実施例による圧電振動子１は、
拡がり振動モードで振動するため、共振周波数は振動板
６の輪郭形状、即ち、正方形の一辺の長さ寸法ａ（ｂ）
によって決定される。従って、長さ寸法ａ（ｂ）を３０
０〜２０００μｍとすることにより、共振周波数を１〜
１０ＭＨｚに設定することができる。

【００５０】また、上述した製造方法により、圧電薄膜
７の輪郭形状を容易に微細加工することができるため、
正方形の長さ寸法ａ（ｂ）を高精度にエッチング加工で
き、所望の共振周波数を正確に設定することができる。

【００５１】さらに、振動部４の振動板６をシリコン材
料で形成したから、機械的強度を大きくすることがで
き、機械的品質係数Ｑｍを増加させることができる。ま
た、該振動板６をシリコン材料により形成したから、該
振動板６を上述した製造方法により高い寸法精度をもっ
て容易に微細加工することができる。

【００５２】かくして、本実施例によれば、振動部４を
構成する振動板６をシリコン材料により形成すると共
に、圧電体の拡がり振動モードを利用して当該圧電振動
子１を構成したから、共振振動の機械的品質係数Ｑｍを
増加させることができると共に、圧電薄膜７を薄く形成
した状態で、共振周波数を１〜１０ＭＨｚに設定するこ
とができる。

【００５３】即ち、従来技術による圧電振動子では、圧
電体の厚み振動モードを用いていたため、通常、共振周
波数が５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚであり、共振周波数を１〜
１０ＭＨｚの比較的低い周波数に設定するには、圧電薄
膜を非現実的な厚さに形成しなければならず、事実上の
製造がほぼ不可能だったのに対し、本実施例による圧電
振動子１は、圧電薄膜７の輪郭形状（長さ寸法ａ
（ｂ））を所定の長さ寸法にエッチング加工すれば、共
振周波数を容易に１〜１０ＭＨｚに設定することができ
る。

【００５４】また、本実施例によれば、上述の如く圧電
薄膜７を薄く形成することができることに加え、振動板
６をシリコン材料により形成することで、振動板６をエ
ッチング加工して高精度の微細加工ができ、当該圧電振
動子１をマイクロデバイスとして使用できる程度の小型
なものとすることができる。

【００５５】さらに、枠体２，振動板６をシリコン材料
によって一体形成することにより、他の半導体電子部品
またはそれらから構成された電子回路と一体化した複合
的なデバイスの製造が可能となり、種々の電子デバイス
として幅広く応用することが可能となる。

【００５６】次に、本発明の第２の実施例を図９ないし
図１６に基づいて説明する。

【００５７】図中、２１は本実施例による拡がり振動型
圧電振動子を示し、該圧電振動子２１は、基板部として
の枠体２２と、該枠体２２の対向する内周面から互いに
対向して延びるように該枠体２２に一体的に形成された
一対の支持梁２３，２３と、該各支持梁２３を介して支
持された振動部２４とから大略構成されている。

【００５８】即ち、枠体２２はシリコン材料からなり、
その中心部位がエッチング処理により除去され、外形は
正方形をなして形成されている。また、該枠体２２の上
側表面には絶縁膜２５が形成されている。

【００５９】また、各支持梁２３は枠体２２の内周面の
うち前後方向に対向する各内周面から内側に向けてそれ
ぞれ延び、振動部２４は各支持梁２３を介して枠体２２
に支持されている。さらに、振動部２４は後述する振動
板２６，圧電薄膜２７，上側電極２９および下側電極３
０とから大略構成されている。さらに、支持梁２３の下
面は振動板２６から枠体２２に向けて漸次厚くなるシリ
コンの（１１１）面によって傾斜面２３Ａとして形成さ
れている。

【００６０】２６はシリコン材料により各支持梁２３と
一体的に形成された振動板を示し、該振動板２６は正方
形状の厚さが５〜１０μｍの薄膜として形成され、該振
動板２６の前後方向に対向する側面の長さ方向中央部は
振動板２６の幅ａより狭い幅の支持梁２３でそれぞれ支
持され、その対向する２辺は支持辺２６Ａ，２６Ａとな
り、左右方向に対向する２辺は開放辺２６Ｂ，２６Ｂと
なっている。なお、本実施例における振動板２６は正方
形状となっているから、支持辺２６Ａの長さ寸法ａと開
放辺２６Ｂの長さ寸法ｂはそれぞれ等しい長さとなり、
その比率ｂ／ａは１となっている。

【００６１】２７は振動板２６上の絶縁膜２８を介して
スパッタ等の手段によって着膜形成された圧電薄膜を示
し、該圧電薄膜２７は酸化亜鉛（ＺｎＯ）の圧電体によ
り形成され、その形状は前記振動板２６とほぼ同様の正
方形状で、厚さが３〜１０μｍの薄膜である。

【００６２】ここで、前記圧電薄膜２７が着膜形成され
る振動板２６は正方形状に形成され、かつ該振動板２６
の支持辺２６Ａ，２６Ａには枠体２２に支持するための
支持梁２３，２３が形成されると共に、振動板２６の他
の２辺は開放辺２６Ｂ，２６Ｂとなっているから、圧電
薄膜２７の振動の逃げ道は開放辺２６Ｂ，２６Ｂ方向と
なる。このため、本実施例による圧電振動子２１の振動
部２４は拡がり振動モードで振動する。

【００６３】また、拡がり振動モードで振動する場合に
は、その共振周波数は圧電体（振動板）の輪郭形状に依
存し、当該圧電薄膜２７（振動板２６）の場合には正方
形状であるから、正方形の一辺の長さ寸法ａ（ｂ）によ
って共振周波数が決定される。例えば、長さ寸法ａ
（ｂ）を３００〜２０００μｍに設定することにより、
共振周波数が１〜１０ＭＨｚに設定することができる。

【００６４】２９は圧電薄膜２７上に設けられた上側電
極を示し、該上側電極２９はアルミニウム薄膜等によっ
て形成され、振動板２６上に位置して圧電薄膜２７の上
側表面全体に亘って接触し、下側電極３０と共に圧電薄
膜２７に電界を付与する電極部２９Ａと、該電極部２９
Ａから支持梁２３を伝って枠体２２上に伸長し、外部か
らのリード線等が接続される端子部２９Ｂとから構成さ
れている。

【００６５】３０は圧電薄膜２７と振動板２６との間に
位置して設けられた下側電極を示し、該下側電極３０は
アルミニウム薄膜等によって形成され、振動板２６上に
位置して圧電薄膜２７の下側表面全体に亘って接触し、
上側電極２９と共に圧電薄膜２７に電界を付与する電極
部３０Ａと、該電極部３０Ａから支持梁２３を伝って枠
体２２上に伸長し、外部からのリード線等が接続される
端子部３０Ｂとから構成されている。

【００６６】本実施例による拡がり振動型圧電振動子２
１は上述のように構成され、端子部２９Ｂと３０Ｂの間
に１〜１０ＭＨｚの交流電圧を重畳した３〜５Ｖの直流
電圧を加えると、圧電薄膜２７が振動を始め、これに伴
って振動部２４は形状によって決まる共振周波数で拡が
り振動をする。例えば、振動部２４の表面が矩形であれ
ば、４つの角部分が最も大きく拡がる態様の振動を行う
ようになっている。

【００６７】次に、拡がり振動型圧電振動子２１の製造
方法について、図１３ないし図１６を参照しつつ述べ
る。

【００６８】まず、図１３に示す絶縁膜形成工程におい
て、表面が（１００）面であるシリコン材料からなるシ
リコンウェハ３１の上面，下面に熱酸化によるＳｉＯ₂
の絶縁膜３２，マスク膜３３を形成する。なお、前記シ
リコンウェハ３１には、通常、直径が７．５〜１５．５
ｃｍ程度で、厚さｔ0 が３００μｍ程度のものが用いら
れ、圧電振動子２１を製造するときには、１枚のシリコ
ンウェハ上に複数個の圧電振動子２１を一度に形成する
ようにしている。そこで、図１４以降では説明の便宜
上、１個の圧電振動子１を製造する場合を示す。

【００６９】また、前記マスク膜３３には、シリコンウ
ェハ３１の下側面全面に酸化膜を形成した後に、レジス
トでマスキングしてフォトリソグラフィ技術で酸化膜の
被エンチング部分のレジストを除去し、フッ酸等のエッ
チャントで酸化膜をエッチングすることによって１辺の
長さ寸法がＬとなる矩形のエッチングパターン３３Ａが
形成されている。

【００７０】次に、図１４に示す第１のエッチング工程
においては、シリコンウェハ３１をアルカリ系のエッチ
ング溶液（ＫＯＨ等）によって異方性エッチングを施
し、マスク膜３３に形成されたエッチングパターン３３
Ａの部分を利用して凹溝３４を形成する。このとき、該
凹溝３４の底面３４Ａは（１００）面となり、シリコン
ウェハ３１の上面との間には厚さ寸法ｔのダイヤフラム
３５が形成されると共に、凹溝３４の傾斜面３４Ｂ，３
４Ｂはシリコンウェハ３１の下面とのなす角度がθ（θ
＝５４．７°）となるシリコンの（１１１）面となる。

【００７１】ここで、エッチングパターン３３Ａの１辺
の長さＬは次の数１によって算出することができる。

【００７２】

【数１】Ｌ＝｛（ｔ0 −ｔ）／ｔａｎθ｝×２＋Ｓ但し、Ｓ：ダイヤフラム３５（振動板２６）の１辺の長
さ

【００７３】ここで、上記数１によって長さＬを求める
場合の具体例として、例えば、ｔ0＝３００μｍ、ｔ＝
１０μｍ、Ｓ＝１０００μｍとすると、θ＝５４．７°
であるから、被エッチング部分の１辺の長さＬ＝１４０
６μｍとなる。このように、凹溝３４を異方性エッチン
グによって形成することにより、必ず（１１１）面の傾
斜面３４Ｂが形成できる。

【００７４】次に、図１５に示す圧電薄膜形成工程にお
いて、シリコンウェハ３１上側面の絶縁膜３２上に、下
側電極３６を着膜形成し、該下側電極３６の上側に圧電
薄膜３７をスパッタ等の手段により形成し、該圧電薄膜
３７上に上側電極３８を着膜形成する。

【００７５】最後に、図１６に示す第２のエッチング工
程において、シリコンウェハ３１の上面側からＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）を施し、ダイヤフラム３５
の外周側部位を貫通させ、図１，図２に示す枠体２２，
支持梁２３および振動部２４等を形成し、圧電振動子２
１の製造を完了する。

【００７６】これにより、枠体２２に支持梁２３，２３
を介して振動部２４を支持することができると共に、前
記各支持梁２３の傾斜面２３Ａを振動板２６から枠体２
２に向けて漸次厚くなる（１１１）面の傾斜面とし得る
から、支持梁２３の厚さ寸法を振動板２６の厚さ寸法ｔ
よりも厚く形成することができる。そして、支持梁２３
の機械的強度を高めることができる。

【００７７】本実施例による圧電振動子２１はこのよう
に製造されるが、次に本実施例の圧電振動子２１の動作
について説明すると、本実施例による圧電振動子２１に
おいても第１の実施例と同様の作用効果を得ることがで
き、上側電極２９と下側電極３０との間に電界を付与す
ることにより、振動板２６と各支持梁２３の形状により
振動板２６はその共振周波数の拡がり振動モードで振動
する。また、当該圧電振動子２１は拡がり振動モードで
振動するため、共振周波数は振動板２６の輪郭形状、即
ち、正方形の一辺の長さ寸法ａとｂによって決定され、
長さ寸法ａとｂを３００〜２０００μｍとすることによ
り、共振周波数を１〜１０ＭＨｚに設定することができ
る。

【００７８】また、上述した製造方法により、圧電薄膜
２７の輪郭形状を容易に微細加工することができるた
め、正方形の長さ寸法ａとｂを高精度にエッチング加工
でき、所望の共振周波数を正確に設定することができ
る。

【００７９】さらに、支持梁２３は図１４で示したよう
に、ダイヤフラム３５（振動板２６）を形成するための
凹溝３４の傾斜面３４Ｂを（１１１）面とすることによ
り形成しているから、支持梁２３の傾斜面２３Ａを振動
板２６から枠体２２に向けて漸次厚くなる傾斜面として
形成することができ、各支持梁２３の機械的強度を高め
ることができる。これにより、第２のエッチング行程時
における支持梁２３の破損を確実に防止し、歩留りを向
上できる。

【００８０】かくして、本実施例によれば、圧電体によ
る拡がり振動モードを利用して当該圧電振動子２１を構
成したから、共振振動の機械的品質係数Ｑｍを増加させ
ると共に、圧電薄膜２７を薄く形成した状態で、共振周
波数を１〜１０ＭＨｚに設定することができる。

【００８１】また、本実施例では、支持梁２３の傾斜面
２３Ａを振動板２６から枠体２２に向けて漸次厚くなる
傾斜面として形成することにより、各支持梁２３の機械
的強度を高め、製造時の損傷を防止し、生産効率を高め
ることができる。

【００８２】次に、本発明による第３の実施例を図１７
ないし図２６に基づいて説明するに、本実施例の特徴
は、支持梁の下面を（１１１）面と（１００）面の段付
き状に形成したことにある。なお、前記第２の実施例と
同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略す
るものとする。

【００８３】図中、４１は本実施例による拡がり振動型
圧電振動子を示し、該圧電振動子４１は第２の実施例で
述べた圧電振動子２１とほぼ同様に、シリコン材料によ
り形成された基板部としての枠体４２と、該枠体４２に
支持梁４３，４３を介して支持された振動部４４とから
構成されている。

【００８４】ここで、前記振動部４４は、前記第２の実
施例で述べた振動部２４と同様に、シリコン材料によっ
て各支持梁４３と一体形成され、支持辺４５Ａ，４５Ａ
と開放辺４５Ｂ，４５Ｂとが等しい長さ寸法の正方形状
となった振動板４５と、該振動板４５上の絶縁膜４６を
介して設けられた圧電薄膜４７と、該圧電薄膜４７を上
側表面と下側表面とにそれぞれ接触して配設された上側
電極４８と下側電極４９とから構成されている。さら
に、上側電極４８，下側電極４９は振動板４５上に位置
する部位が、圧電薄膜４７に電界を付与する電極部４８
Ａ，４９Ａとなり、各支持梁４３を伝って枠体４２上に
伸長した部位が、外部からのリード線等を接続する端子
部４８Ｂ，４９Ｂとなっているものの、本実施例の特徴
は、各支持梁４３の下面を、シリコンの（１１１）面と
なる傾斜面４３Ａ、（１００）面による水平面４３Ｂか
らなる段付き状に形成したものである。なお、枠体４２
の表面にも絶縁膜５０が形成されている。

【００８５】即ち、前記各支持梁４３の下面には図１９
に示すように、振動板４５から枠体４２に向けて（１１
１）面の傾斜面４３Ａと（１００）面の水平面４３Ｂが
漸次厚くなるように段付き状に形成されている。

【００８６】なお、本実施例の枠体４２には、支持梁４
３の下面をなす水平面４３Ｂに連続する傾斜面４２Ａが
形成されており、この傾斜面４２Ａもシリコンの（１１
１）面となっている。

【００８７】本実施例による拡がり振動型圧電振動子４
１は上述のような構成を有するもので、次に当該圧電振
動子４１の製造方法を図２０ないし図２５に基づいて説
明する。

【００８８】まず、図２０に示す絶縁膜形成工程におい
ては、前述した第１の実施例における絶縁膜形成工程と
同様に、表面が（１００）面であるシリコン材料からな
るシリコンウェハ５１の上面，下面に熱酸化によるＳｉ
Ｏ₂ の絶縁膜５２，マスク膜５３を形成する。

【００８９】また、前記マスク膜５３には、シリコンウ
ェハ５１の下側面全面に酸化膜を形成した後に、レジス
トでマスキングしてフォトリソグラフィ技術で酸化膜の
被エンチング部分のレジストを除去し、フッ酸等のエッ
チャントで酸化膜をエッチングすることによって１辺の
長さ寸法がＬとなる矩形のエッチングパターン５３Ａが
形成されている。

【００９０】さらに、図２１に示す窒化膜形成行程にお
いては、シリコンウェハ５１の上，下表面にシリコン窒
化膜（ＳｉＮ）５４，マスク膜５５を形成する。また、
該マスク膜５５には１辺の長さ寸法がＬ′となる矩形の
エッチングパターン５５Ａが形成される。

【００９１】次に、図２２に示す第１のエッチング工程
において、シリコンウェハ５１にアルカリ系のエッチン
グ液（ＫＯＨ等）を用いて異方性エッチングを施し、マ
スク膜５５のエッチングパターン５５Ａを利用して他の
凹溝となる第１の凹溝５６を形成する。このとき、該第
１の凹溝５６の底面５６Ａは（１００）面となると共
に、該底面５６Ａとシリコンウェハ５１の上面との厚さ
寸法がｔ′となるようにエッチングする。また、第１の
凹溝５６には、シリコンウェハ５１の下面から第１の凹
溝５６の底面５６Ａに向けて角度θ（θ＝５４．７°）
となる（１１１）面の傾斜面５６Ｂ，５６Ｂが形成され
ている。

【００９２】また、図２３に示す窒化膜除去行程では、
シリコンウェハ５１の上，下面に形成したシリコン窒化
膜５４，マスク膜５５を熱リン酸によってエッチング除
去する。

【００９３】さらに、図２４に示す第２のエッチング工
程においては、アルカリ系のエッチング液（ＫＯＨ等）
を用いて異方性エッチングを施し、マスク膜５３のエッ
チングパターン５３Ａを利用してその中心のシリコンウ
ェハ５１の厚さ寸法がｔとなるまでエッチングを行い、
第２の凹溝５７を形成する。

【００９４】ここで、前記第２の凹溝５７は、先に形成
された第１の凹溝５６に対してエッッチングされるため
に、２段の段付き状に形成されている。即ち、シリコン
ウェハ５１の厚さ寸法ｔの（１００）面となる底面５７
Ａと、該底面５７Ａからシリコンウェハ５１の下面に向
けて延びる（１１１）面となった第１の傾斜面５７Ｂ，
５７Ｂと、該各第１の傾斜面５７Ｂから（１００）面と
なって形成された水平面５７Ｃ，５７Ｃと、該各水平面
５７Ｃからシリコンウェハ５１の下面に延びる第２の傾
斜面５７Ｄ，５７Ｄとからなる。また、第２の凹溝５７
の底面５７Ａとシリコンウェハ５１の上面との間には厚
さ寸法ｔの前述した振動板４５となるダイヤフラム５８
が形成されている。

【００９５】ここで、第２の凹溝５７が傾斜面５７Ｂ，
５７Ｄが形成される条件を考えると、下記の数２に示す
ように、マスク膜５３のエッチングパターン５３Ａの１
辺の長さＬと、マスク膜５５のエッチングパターン５５
Ａの１辺の長さＬ′に依存していることがわかる。

【００９６】

【数２】Ｌ＝｛（ｔ0 −ｔ）／ｔａｎθ｝×２＋（Ｓ
＋２Ｓ′）Ｌ′＝｛（ｔ0 −ｔ）／ｔａｎθ｝×２＋Ｓ但し、Ｓ：ダイヤフラム５８（振動板４６）の１辺の
長さＳ′：支持梁４３の長さ寸法

【００９７】次に、図２５に示す圧電薄膜形成工程にお
いて、シリコンウェハ５１上面の絶縁膜５２上に、下側
電極５９を着膜形成し、該下側電極５９の上側に圧電薄
膜６０をスパッタ等の手段により形成し、該圧電薄膜６
０上に上側電極６１を着膜形成する。

【００９８】最後に、第３のエッチング工程において、
シリコンウェハ５１の上面からＲＩＥ（反応性イオンエ
ッチング）を施し、ダイヤフラム５８の外周側部位を貫
通させ、図１７に示す枠体４２，支持梁４３および振動
部４４等を形成し、圧電振動子４１の製造を完了する。

【００９９】これにより、枠体４２に支持梁４３，４３
を介して振動部４４を支持することができると共に、前
記各支持梁４３の下面を振動板４５から枠体４２に向け
て漸次厚くなる（１１１）面の傾斜面４３Ａと、（１０
０）面の水平面４３Ｂによって形成することができ、支
持梁４３の厚さ寸法を振動板４５の厚さ寸法ｔよりも厚
く形成することができる。そして、支持梁４３の機械的
強度を高めることができる。

【０１００】このように構成される本実施例の拡がり振
動型圧電振動子４１においても、前記第１の実施例と第
２の実施例と同様の作用効果を得ることができる。

【０１０１】特に、本実施例による圧電振動子４１は支
持梁４３の長さ寸法Ｓ′にかかわらず、該支持梁４３の
厚さ寸法ｔ′をシリコンウェハ５１の厚さ寸法ｔ0 より
も薄くしたから、ダイヤフラム５８の外周側部位を貫通
させる第３のエッチングにおけるエッチング時間を短く
することができ、エッチング工程を簡略化することがで
きる。そして、エッチング時における破損を少なくし
て、第２の実施例よりも歩留りを向上できる。

【０１０２】なお、前記第３の実施例では、支持梁４３
の下面の形状を傾斜面４３Ａと水平面４３Ｂとからなる
１段の段付状に形成したが、本発明はこれに限らず、図
２６に示す第３実施例に対する変形例のように、支持梁
４３′の下面を傾斜面４３Ａ′，水平面４３Ｂ′および
傾斜面４３Ｃ′となる２段の段付状に形成してもよく、
複数段に形成してもよい。

【０１０３】また、前記第２と第３の実施例では、端子
部２９Ｂ（４８Ｂ）と３０Ｂ（４９Ｂ）の間には、電界
のみを印加すればよいから、圧電薄膜２７（４７）と電
極２９（４８），３０（４９）の間に絶縁膜を形成し、
この絶縁膜としては酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）や窒化シ
リコン（ＳｉＮ）等でもよく、絶縁膜を形成することに
より電極間の絶縁抵抗を大きくすることができ、さらに
絶縁膜は一方の電極と圧電薄膜の間にのみ形成すればよ
い。

【０１０４】次に、本発明による第４の実施例を図２７
および図２８に基づいて説明するに、本実施例の特徴
は、支持梁に動吸振部を設け、振動部の振動エネルギが
基板側に伝搬されるのを緩和するようにしたことにあ
る。なお、本実施例では、前述した第１の実施例による
圧電振動子と同一の構成要素に同一の符号を付し、その
説明を省略するものとする。

【０１０５】図中、７１は本実施例による拡がり振動型
圧電振動子を示し、該圧電振動子７１は前記第１の実施
例で述べた圧電振動子１とほぼ同様の構成であるが、該
圧電振動子７１は、各支持梁３のうち、振動部４と枠体
２との中間に位置する部位に、長方形状の動吸振部７
２，７２が形成されている。

【０１０６】即ち、該各動吸振部７２は、各支持梁３と
一体的に形成された下側板部７２Ａと、該下側板部７２
Ａ上に絶縁膜７２Ｂを介して形成され、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）の圧電体からなる圧電体部７２Ｃとから構成されて
いる。そして、該圧電体部７２Ｃは、振動部４の圧電薄
膜７と同一の共振周波数で付加振動を行うように設定さ
れている。

【０１０７】本実施例による圧電振動子７１は上述のよ
うな構成を有するもので、各支持梁３に各動吸振部７２
を設けた各動吸振部７２が振動部４の圧電薄膜７と同一
の共振周波数で付加振動を行うことにより、振動部４の
機械的な振動エネルギが枠体２側に伝搬されるのを緩和
することができる。

【０１０８】かくして、本実施例によれば、各支持梁３
に各動吸振部７２を設けることにより、振動部４の機械
的な振動エネルギが枠体２側に伝搬されるを緩和するこ
とができるため、振動部４の振動エネルギの損失を減少
させることができ、機械的品質係数Ｑｍを増加させるこ
とができる。

【０１０９】また、動吸振部７２により振動部４の機械
的な振動エネルギが各支持梁３を介して枠体２側に伝搬
されるのを緩和できるから、振動部４の機械的振動が各
支持梁３に伝搬されることによって各支持梁３に歪み振
動が生じ、各支持梁３と枠体２との結合部位に応力が集
中するのを効果的に防止することができる。これによ
り、各支持梁３と枠体２との結合部位の機械結合強度を
向上させることができ、各支持梁３の局部的な経時劣
化，破損を確実に防止でき、耐久性の向上を図ることが
できる。また、各支持梁３と枠体２との結合部に応力集
中するのを防止できるため、各支持梁３と枠体２との結
合部を強化すべく各支持梁３の形状を考慮する等の必要
がなくなり、設計段階，製造段階において各支持梁３の
固定方法に制限がなくなる。

【０１１０】次に、本発明の第５の実施例を図２９およ
び図３０に基づいて説明するに、本実施例の特徴は、基
板部を凹部を有する基板によって形成し、該凹部内で振
動部を支持する構成としたことにある。なお、本実施例
では、前述した第１の実施例による圧電振動子と同一の
構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するもの
とする。

【０１１１】図中、８１は本実施例による拡がり振動型
圧電振動子を示し、該圧電振動子８１は第１の実施例で
述べた圧電振動子１とほぼ同様に、シリコン材料により
形成され、凹部８２Ａを有する基板部としての基板８２
と、該基板８２の凹部８２Ａ内に一対の支持梁８３，８
３を介して振動可能に支持された振動部８４とから構成
され、前記基板８２の上側面には絶縁膜８５が形成され
ている。

【０１１２】ここで、前記振動部８４は、前記第１の実
施例で述べた振動部４と同様に、シリコン材料によって
各支持梁８３と一体形成され、支持辺８６Ａ，８６Ａと
開放辺８６Ｂ，８６Ｂとが等しい長さ寸法の正方形状と
なった振動板８６と、該振動板８６上の絶縁膜８７を介
して設けられた圧電薄膜８８と、該圧電薄膜８８を上側
表面と下側表面とにそれぞれ接触して配設された上側電
極８９と下側電極９０とから構成されている。さらに、
上側電極８９，下側電極９０は振動板８６上に位置する
部位が、圧電薄膜８８に電界を付与する電極部８９Ａ，
９０Ａとなり、各支持梁８３を伝って基板８２上に伸長
した部位が、外部からのリード線等を接続する端子部８
９Ｂ，９０Ｂとなっている。また、下側電極９０の端子
部９０Ｂ上にはコンタクトホール９０Ｃが形成されてい
る。

【０１１３】このように構成される本実施例の拡がり振
動型圧電振動子８１においても、前記第１の実施例と同
様の作用効果を得ることができる。

【０１１４】特に、本実施例による圧電振動子８１は基
板８２に凹部８２Ａを形成し、該凹部８２Ａ内に振動部
８４を設ける構成としたから、当該圧電振動子８１を製
造する際には、シリコン材料からなる単一の基板（シリ
コンウェハ）の上方から酸素のイオン注入法やＲＩＥ法
を併用して、基板８２の凹部８２Ａを形成し、振動部８
４の振動板８６を分離して形成することができる。これ
により、圧電振動子８１のエッチング工程を簡略化する
ことができる。

【０１１５】次に、本発明の第６の実施例を図３１ない
し図３３に基づいて説明するに、本実施例の特徴は、平
板の基板上に基板部を固着し、振動部を該基板から離間
させて設けたことにある。なお、本実施例では、前述し
た第１の実施例による圧電振動子と同一の構成要素に同
一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

【０１１６】図中、９１は本実施例による拡がり振動型
圧電振動子を示し、該圧電振動子９１は、シリコン材料
からなる基板９２と、該基板９２上に位置し、前後方向
に対向して設けられたシリコン材料からなる一対の基板
部となる支持部９３，９３と、該各支持部９３に対向す
る支持梁９４，９４を介して支持された振動部９５とか
ら大略構成となっている。そして、振動部９５は各支持
梁９４によって基板９２に対して上側に浮上した状態で
支持されている。

【０１１７】一方、振動部９５は、前記第１の実施例で
述べた振動部４と同様に、シリコン材料によって形成さ
れ、支持辺９６Ａ，９６Ａと開放辺９６Ｂ，９６Ｂとが
等しい長さ寸法の正方形状となった振動板９６と、該振
動板９６上に絶縁膜９７を介して設けられた圧電薄膜９
８と、該圧電薄膜９８を上側表面と下側表面とにそれぞ
れ接触して配設された上側電極９９と下側電極１００と
から構成されている。さらに、上側電極９９，下側電極
１００は振動板９６上に位置する部位が、圧電薄膜９８
に電界を付与する電極部９９Ａ，１００Ａとなり、各支
持梁９３を伝って基板８２上に伸長した部位が、外部か
らのリード線等を接続する端子部９９Ｂ，１００Ｂとな
っている。また、下側電極１００の端子部１００Ｂ上に
はコンタクトホール１００Ｃが形成されている。

【０１１８】このように構成される本実施例による圧電
振動子９１においても、前記第１の実施例と同様の作用
効果を得ることができる。しかも、本実施例による圧電
振動子９１は、前記第１の実施例による圧電振動子１の
ように枠体２に直接エッチングを施し、振動板６を分離
して形成するのではなく、基板９２の上側表面にシリコ
ン薄膜、圧電薄膜等を着膜していくことにより、支持部
９３，振動部９５等を形成する製造方法を採用してい
る。また、振動部９５が基板９２から浮上した構造は、
基板９２上にＰＳＧ膜等の犠牲層を形成した後に、該犠
牲層の上にシリコン膜を形成し、最終的に、前記犠牲層
をエッチング液を用いて除去するといった方法で実現で
きる。これにより、基板９２の上方からのみの着膜およ
びエッチング加工によって当該圧電振動子９１の製造す
ることができ、製造を簡略化することができる。さら
に、基板９２はエッチングしないから、機械的な強度は
前記各実施例に比べて高くなっている。

【０１１９】なお、前記各実施例では、振動板６（２
６，４５，８６，９６）、圧電薄膜７（２７，４７，８
８，９８）を正方形状に形成するものとして述べたが、
本発明はこれに限るものでなく、例えば、長方形状に形
成してもよい。

【０１２０】この場合、圧電体が拡がり振動する条件は
鋭意実験の結果、振動板の支持辺の長さ寸法ａと開放辺
の長さ寸法ｂとの比率μは次式の関係になる。

【０１２１】

【数３】

【０１２２】そして、図３４に示す第１の変形例は前述
した第１の実施例において比率μを１．３とした場合で
あり、図３５に示す第２の変形例は比率μを０．７５に
設定したものである。この２つの変形例においても圧電
体が拡がり振動モードで振動して拡がり振動型圧電振動
子を構成することができる。さらに、図３５に示す第２
の変形例において、振動部４の角部を削り長円形状に構
成してもよい。

【０１２３】一方、前記各実施例では、支持梁３（２
３，４３）の形状を、下面からの異方性エッチングと上
面からのＲＩＥによるエッチングによって形成したが、
振動部４（２４，４５）と支持梁３（２３，４３）との
結合部分にウェットまたはドライによる等方性エッチン
グを施すことにより丸みを持たせてもよく。この場合に
は、各支持梁３（２３，４３）と枠体２（２２，４２）
との結合部位に働く応力集中を緩和することができ、機
械的強度を向上させることができ、局部的な経時変化、
破損を確実に防止し、耐久性の向上を図ることができ
る。

【０１２４】また、前記第２，第３等の実施例では圧電
薄膜２７，４７は枠体２２，４２上に残存しないように
形成したが、第１の実施例に示すように、圧電薄膜２
７，４７は枠体２２，４２上に一体的に形成残存しても
よく、この場合には下側電極３０，４９の端子部３０
Ｂ，４９Ｂ上に位置した圧電薄膜２７，４７にはコンタ
クトホールを穿設し、該コンタクトホールを介して外部
のリード線と接続可能にすればよい。

【０１２５】また、前述した各実施例においては、半導
体材料としてシリコン材料について述べたが、酸化シリ
コン（ＳｉＯ₂ ），窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いるこ
とができる。

【０１２６】さらに、前記第４の実施例で示した動吸振
部７２は、第１の実施例による支持梁３に形成するもの
として述べたが、本発明はこれに限らず、他の実施例に
よる支持梁２３，４３，８３，９４に形成してもよいこ
とは勿論である。

【０１２７】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、振動部を構成する振動板を機械的強度の大きい半
導体によって形成したことにより、機械的品質係数Ｑｍ
を増加させることができる。また、半導体として例えば
シリコン材料で形成した場合には、半導体微細加工技術
により寸法精度の高い加工が可能となり、振動板の加工
を精度よく行うことができる。これにより、共振周波数
を正確なものとすることができ、共振振動を安定化させ
ることができる。

【０１２８】また、圧電振動子の振動モードを拡がり振
動モードとすることにより、圧電薄膜を薄く形成した状
態で、共振周波数を１〜１０ＭＨｚの比較的低い周波数
帯域に設定することができ、当該圧電振動子をマイクロ
デバイスとして使用できる程度の小型なものとすること
ができる。従って、基板部を例えばシリコン材料等の半
導体によって形成することにより、他の半導体電子部品
またはそれらから構成された電子回路と一体化した複合
的なデバイスの製造が可能となり、種々の電子デバイス
として幅広く応用することが可能となる。

【０１２９】また、請求項２の発明では、支持梁の厚さ
を、前記振動板の厚さよりも大となるように形成したか
ら、支持梁の機械的強度を高め、当該支持梁の破損を防
止し、圧電振動子の信頼性を大幅に向上できる。そし
て、製造工程における歩留りを向上できる。

【０１３０】請求項３の発明では、支持梁の下面を基板
部に向けて漸次厚くなる傾斜面とすることによって、該
支持梁の機械的強度を高め、当該支持梁の破損を防止
し、圧電振動子の信頼性を大幅に向上できる。さらに、
製造工程における歩留りを向上できる。

【０１３１】請求項４の発明では、支持梁の下面をシリ
コンの（１１１）面によって形成することにより、支持
梁の下面は振動板から基板部に向けて（１１１）面で傾
斜した面とすることができ、支持梁の厚さ寸法を振動板
の厚さ寸法よりも厚くして、該支持梁の機械的強度を高
めることができる。

【０１３２】請求項５の発明では、支持梁の下面をシリ
コンの（１１１）面と（１００）面とによって段付状に
形成することにより、支持梁の下面は振動板から基板部
に向けて（１１１）面と（１００）面とによる傾斜した
面と水平面の段付状とすることができ、支持梁の厚さ寸
法を振動板の厚さ寸法よりも厚くして、該支持梁の機械
的強度を高めることができる。

【０１３３】請求項６の発明によれば、圧電薄膜が形成
される振動板の開放辺と支持辺の長さ寸法の比率ｂ／ａ
＞０．５とすることにより、圧電薄膜に発生する振動の
うち振動の逃げ道は各開放辺側となり、これにより圧電
薄膜によって発生する振動モードを拡がり振動モードと
することができる。

【０１３４】請求項７の発明によれば、支持梁に動吸振
部を設けることにより、振動部の機械的な振動エネルギ
が基板部側に伝搬させるのを緩和することができ、振動
部の振動エネルギの損失を低減させることができる。ま
た、振動部の機械的な振動エネルギが支持梁を伝わって
基板部側に伝搬されるのを緩和できるから、支持梁に歪
み振動が生じるのを緩和でき、支持梁と基板部との支持
部位における応力集中を減少させ、機械結合強度を向上
させることができる。

【０１３５】また、請求項８の発明による拡がり振動型
圧電振動子の製造方法では、所定のエッチングパターン
を形成する工程によりシリコンウェハの表面に形成した
酸化膜にエッチングを施して形成し、凹溝を形成する工
程によりこのエッチングパターンを利用して異方性エッ
チングを施して傾斜面が（１１１）面，底面が（１０
０）面となる凹溝を形成し、圧電薄膜および電極を着膜
形成する工程により前記シリコンウェハの他方の表面に
圧電薄膜および電極を着膜形成し、振動部を形成する工
程により前記底面の部分を他方の表面からドライエッチ
ング施して振動部を形成する。これにより、該振動部を
支持する支持梁の下面をシリコンの（１１１）面によっ
て傾斜させて形成でき、支持梁の機械的強度を強くで
き、製造工程における歩留りを向上できる。

【０１３６】さらに、請求項９の発明による製造方法で
は、請求項８の製造方法における所定のエッチングパタ
ーンを形成する工程と凹溝を形成する工程の間に、傾斜
面が（１１１）面，底面が（１００）面となる第１の凹
溝を形成する工程を含むことにより、枠体と振動部との
間に（１１１）面の傾斜と（１００）面の水平面となる
段差を形成でき、よって支持梁の下面を（１１１）面と
（１００）面とによる傾斜面と水平面との段付状とする
ことができ、支持梁の機械的強度を強くでき、製造工程
における歩留りを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による拡がり振動型圧電
振動子を示す斜視図である。

【図２】第１の実施例による拡がり振動型圧電振動子を
示す平面図である。

【図３】図２中の矢示III −III 方向からみた縦断面図
である。

【図４】図２中の矢示IV−IV方向からみた縦断面図であ
る。

【図５】第１の実施例による拡がり振動型圧電振動子の
製造工程において絶縁膜形成工程を示す縦断面図であ
る。

【図６】絶縁膜形成工程に続く第１のエッチング工程を
示す縦断面図である。

【図７】第１のエッチング工程に続く圧電薄膜形成工程
を示す縦断面図である。

【図８】圧電薄膜形成工程に続く第２のエッチング工程
を示す縦断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例による拡がり振動型圧電
振動子を示す斜視図である。

【図１０】第２の実施例による拡がり振動型圧電振動子
を示す平面図である。

【図１１】図１０中の矢示XI−XI方向からみた縦断面図
である。

【図１２】図１０中の矢示XII −XII 方向からみた縦断
面図である。

【図１３】第２の実施例による拡がり振動型圧電振動子
の製造工程において絶縁膜形成工程を示す縦断面図であ
る。

【図１４】絶縁膜形成工程に続く第１のエッチング工程
を示す縦断面図である。

【図１５】第１のエッチング工程に続く圧電薄膜形成工
程を示す縦断面図である。

【図１６】圧電薄膜形成工程に続く第２のエッチング工
程を示す縦断面図である。

【図１７】本発明の第３の実施例による拡がり振動型圧
電振動子を示す平面図である。

【図１８】図１７中の矢示XVIII −XVIII 方向からみた
縦断面図である。

【図１９】図１７中の矢示XIX −XIX 方向からみた縦断
面図である。

【図２０】第３の実施例による拡がり振動型圧電振動子
の製造工程において酸化膜形成工程を示す縦断面図であ
る。

【図２１】酸化膜形成工程に続く窒化膜形成工程を示す
縦断面図である。

【図２２】窒化膜形成工程に続く第１のエッチング工程
を示す縦断面図である。

【図２３】第１のエッチング工程に続く窒化膜除去工程
を示す縦断面図である。

【図２４】窒化膜除去工程に続く第２のエッチング工程
を示す縦断面図である。

【図２５】第２のエッチング工程に続く圧電薄膜形成工
程および第３のエッチング工程を示す縦断面図である。

【図２６】第３の実施例による拡がり振動型振動子の変
形例を示す縦断面図である。

【図２７】本発明の第４の実施例による拡がり振動型振
動子を示す平面図である。

【図２８】図２７中の要部を拡大して示す斜視図であ
る。

【図２９】本発明の第５の実施例による拡がり振動型振
動子を示す斜視図である。

【図３０】図２９中の矢示XXX −XXX 方向からみた縦断
面図である。

【図３１】本発明の第６の実施例による拡がり振動型振
動子を示す斜視図である。

【図３２】図３１中の矢示XXXII −XXXII 方向からみた
縦断面図である。

【図３３】図３１中の矢示XXXIII−XXXIII方向からみた
縦断面図である。

【図３４】本発明の各実施例による拡がり振動型圧電振
動子の第１の変形例を示す平面図である。

【図３５】本発明の各実施例による拡がり振動型圧電振
動子の第２の変形例を示す平面図である。

【符号の説明】

１，２１，４１，７１，８１，９１拡がり振動型圧電
振動子２，２２，４２枠体（基板部）３，２３，４３，８３，９４支持梁２３Ａ，４３Ａ傾斜面４，２４，４４，８４，９５振動部６，２６，４５，８６，９６振動板６Ａ，２６Ａ，４５Ａ，８６Ａ，９６Ａ支持辺６Ｂ，２６Ｂ，４５Ｂ，８６Ｂ，９６Ｂ開放辺７，２７，４７，８８，９８圧電薄膜９，２９，４８，８９，９９上側電極１０，３０，４９，９０，１００下側電極３４凹溝３４Ａ，５７Ａ底面４３Ｂ水平面５６第１の凹溝（他の凹溝）５７第２の凹溝７２動吸振部８２，９２基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中克彦京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者柴田明彦京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者高田英一京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者山本洋司京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体により形成された基板部と、該基
板部から互いに対向して延びるように該基板部と一体的
に形成された一対の支持梁と、該各支持梁間で支持され
た振動部とを備え、該振動部は、各支持梁と一体に形成
された振動板と、該振動板上に設けられた圧電薄膜と、
該圧電薄膜上に着膜形成された上側電極と、前記振動板
上に位置して前記圧電薄膜の下側に着膜形成された下側
電極とから構成してなる拡がり振動型圧電振動子。
【請求項２】半導体により形成された基板部と、該基
板部から互いに対向して延びるように該基板部と一体的
に形成された一対の支持梁と、該各支持梁間で支持され
た振動部とを備え、該振動部は、各支持梁と一体に形成
された振動板と、該振動板上に設けられた圧電薄膜と、
該圧電薄膜上に着膜形成された上側電極と、前記振動板
上に位置して前記圧電薄膜の下側に着膜形成された下側
電極とからなり、かつ前記支持梁の厚さを、前記振動板
の厚さよりも大となるように形成してなる拡がり振動型
圧電振動子。
【請求項３】前記支持梁はその下面を振動板から基板
部に向けて漸次厚くなる傾斜面として形成してなる請求
項１または２記載の拡がり振動型圧電振動子。
【請求項４】前記基板部はシリコン材料によって形成
され、前記支持梁はその下面をシリコンの（１１１）面
によって形成してなる請求項１または２記載の拡がり振
動型圧電振動子。
【請求項５】前記基板部はシリコン材料によって形成
され、前記支持梁はその下面をシリコンの（１００）面
と（１１１）面とによって形成してなる請求項１または
２記載の拡がり振動型圧電振動子。
【請求項６】前記振動板は各支持梁で支持される対向
した辺が支持辺となり他の２辺が開放辺となった矩形状
に形成し、該振動板の支持辺の長さ寸法をａとし、開放
辺の長さ寸法をｂとした場合、その比率ｂ／ａ＞０．５
としてなる請求項１，２，３，４または５記載の拡がり
振動型圧電振動子。
【請求項７】前記支持梁には、前記支持部の共振周波
数と同一周波数で振動を行う動吸振部を形成してなる請
求項１，２，３，４，５または６記載の拡がり振動型圧
電振動子。
【請求項８】シリコンウェハの表面に形成した酸化膜
をエッチングして一方の表面に所定のエッチングパター
ンを形成する工程と、このエッチングパターンを利用し
て異方性エッチングを施して傾斜面が（１１１）面とな
り底面が（１００）面となる凹溝を形成する工程と、前
記シリコンウェハの他方の表面に圧電薄膜および電極を
着膜形成する工程と、前記凹溝の底面の部分は他方の表
面からドライエッチングして振動部を形成する工程とか
らなる拡がり振動型圧電振動子の製造方法。
【請求項９】前記所定のエッチングパターンを形成す
る工程と凹溝を形成する工程との間には、前記酸化膜の
エッチングパターンの上に窒化膜によるエッチングパタ
ーンを形成し、このエッチングパターンを利用して異方
性エッチングを施して傾斜面が（１１１）面となり底面
が（１００）面となる他の凹溝を形成する工程を含んで
なる請求項８記載の拡がり振動型圧電振動子の製造方
法。