JPWO2016159018A1

JPWO2016159018A1 - 共振装置

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Publication number: JPWO2016159018A1
Application number: JP2017510062A
Authority: JP
Inventors: 西村　俊雄; 俊雄西村; 後藤　雄一; 雄一後藤; 健太郎吉井; ヴィレカーヤカリ
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2036-03-29
Also published as: JP6547983B2; CN107431473B; WO2016158056A1; CN107431473A; US10972071B2; WO2016159018A1; US20180048285A1

Abstract

共振周波数を安定させることを可能にする。下部電極と複数の上部電極と、下部電極と複数の上部電極との間に形成された圧電膜と、を有する共振子と、第１の面及び第２の面を有し、当該第１の面が共振子の上部電極に対向して共振子の第１の面を封止するように設けられた上蓋と、第１の面及び第２の面を有し、当該第１の面が共振子の下部電極に対向して共振子の第１の面を封止するように設けられた下蓋と、上部電極に電気的に接続された電源端子と、上蓋の前記第２の面に設けられた接地端子と、を備え、下部電極は、前記上蓋を介して前記接地端子と電気的に接続される。

Description

本発明は、共振装置に関する。

従来、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた圧電共振装置が例えばタイミングデバイスとして用いられている。この圧電共振装置は、スマートフォンなどの電子機器内に組み込まれるプリント基板上に実装される。
このような圧電共振装置に用いられる共振子のうち、高調波の輪郭振動を行う共振子には、下部電極上に圧電膜が形成され、さらに圧電膜を覆うように複数の上部電極が形成される。特許文献１には、２つの上部電極をそれぞれ入力端子と出力端子とに接続し、下部電極をフローティングにする共振子の構成が開示されている。

米国特許出願公開第２０１２／０２９３５２０号明細書

特許文献１に記載された従来の技術では、下部電極付近に他の電位が存在した場合、その電位が、下部電極に影響を与えてしまう。その結果、共振子の共振周波数が変動してしまうという課題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、共振周波数を安定させることが可能な共振装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る共振装置は、下部電極と複数の上部電極と、下部電極と複数の上部電極との間に形成された圧電膜と、を有する共振子と、第１の面及び第２の面を有し、当該第１の面が共振子の上部電極に対向して共振子の第１の面を封止するように設けられた上蓋と、第１の面及び第２の面を有し、当該第１の面が共振子の下部電極に対向して共振子の第２の面を封止するように設けられた下蓋と、上部電極に電気的に接続された電源端子と、上蓋の第２の面に設けられた接地端子と、を備え、下部電極は、上蓋を介して接地端子と電気的に接続される。

かかる共振装置によると、下部電極が付近の他電位の影響を受けることを低減することができる。これによって、共振周波数を安定させることができる。

また、共振装置は、さらに、上蓋に形成された第１の貫通孔と、第１の貫通孔を介して電源端子と上部電極とを接続する配線と、上蓋と第１の貫通孔との間に設けられた絶縁層とを備え、上蓋は、縮退したシリコンにより形成され、接地端子および下部電極と電気的に接続されており、絶縁層を介して上蓋と電源端子との間に容量が形成されることが好ましい。

この好ましい態様では、上蓋と電源端子との間に電荷が形成される。これによって、形成された電荷を蓄積して、発振回路の容量とすることが可能になる。

また、上蓋は、縮退したシリコンにより形成されることが好ましい。

この好ましい態様によると、上蓋は導電性を有する。従って、上蓋に接地端子を設け、上蓋を接地させることにより、上蓋に形成された電源端子付近に発生する寄生容量を低減することができる。これによって、共振特性を向上させることができる。

また、共振装置は、さらに、上蓋と共振子とを接合する接合層を備え、下部電極は、接合層を介して接地端子と電気的に接続されることが好ましい。

この好ましい態様によると、接合層を利用して、下部電極を接地端子と電気的に接続させることができる。これによって、共振装置のサイズを小さくすることができる。

また、共振装置は、さらに、上蓋に形成された第２の貫通孔と、第２の貫通孔に設けられた配線とを備え、下部電極は、第２の貫通孔の配線を介して接地端子と電気的に接続されることが好ましい。

この好ましい態様によると、下部電極と接地端子とは、上蓋の貫通孔に設けられた配線を介して接続する。これによって、下部電極と接地端子との導通の信頼性を向上させることができる。

本発明によれば共振周波数を安定させることが可能となる。

第１実施形態に係る共振装置の外観を概略的に示す斜視図である。第１実施形態に係る共振装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。第１の実施形態に係る共振装置の断面の構造の一例を概略的に示す図である。第１の実施形態に係る共振子の構造の一例を概略的に示す平面図である。第１の実施形態に係る共振子の断面の構造の一例を概略的に示す図である。第１の実施形態に係る共振子の断面の構造の一例を概略的に示す図である。第２の実施形態に係る共振装置の断面の構造の一例を概略的に示す図である。第３の実施形態に係る共振装置の断面の構造の一例を概略的に示す図である。第４の実施形態に係る共振装置の断面の構造の一例を概略的に示す図である。第５の実施形態に係る共振装置の断面の構造の一例を概略的に示す図である。第６の実施形態に係る共振子の第１層における平面構造の一例を概略的に示す図である。第６の実施形態に係る共振子の第２層における平面構造の一例を概略的に示す図である。第６の実施形態に係る共振子の下部電極層における平面構造の一例を概略的に示す図である。第６の実施形態に係る共振子の断面構造の一例を概略的に示す図である。第６の実施形態に係る共振子の断面構造の一例を概略的に示す図である。

［第１の実施形態］
以下、添付の図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の外観を概略的に示す斜視図である。また、図２は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。また、図３は、図１のＸＸ´断面図である。

この共振装置１は、共振子１０と、共振子１０を挟んで封止するとともに、共振子１０が振動する振動空間を形成する上蓋１３及び下蓋１４と、を備えている。共振装置１は、下蓋１４と、共振子１０と、接合部１２７（接合層の一例である。）と、上蓋１３とがこの順で積層され、接合されて構成されている。

共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ振動子である。
共振子１０と上蓋１３とは、接合部１２７を介して接合され、これにより、共振子１０の振動空間が形成され、また、共振子１０が封止される。また、共振子１０と下蓋１４は、それぞれＳｉ基板を用いて形成されており、Ｓｉ基板同士が互いに接合されて、共振子１０の振動空間が形成される。共振子１０及び下蓋１４は、ＳＯＩ基板を用いて形成されてもよい。
以下、共振装置１の各構成について詳細に説明する。なお、以下の説明では、共振装置１のうち上蓋１３が設けられている側を表、下蓋１４が設けられている側を裏、として説明する。

（１．下蓋１４）
図２は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。下蓋１４はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、その表面（下蓋の第１の面の一例である。）に例えば平たい直方体形状の凹部１７が形成されている。凹部１７は共振子１０の振動空間の一部を形成する。下蓋１４は例えばシリコン（Ｓｉ）から形成されている。

（２．共振子１０）
図４は、本実施形態に係る、共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。図４を用いて本実施形態に係る共振子１０の各構成について説明する。共振子１０は、その表面（共振子の第１の面の一例である。）において、上蓋１３に封止され、その裏面（共振子の第２の面の一例である。）において、下蓋１４に封止される。共振子１０は、振動部１２０と、保持部１１と、保持腕１１１、１１２とを備えている。

（２−１．共振子１０の構成）
（ａ）振動部１２０
振動部１２０は、図４の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って平板状に広がる略直方体の輪郭を有している。振動部１２０上には、長さ方向と幅方向とを有する矩形板状の５つの上部電極１２１〜１２５が設けられている。図４において、振動部１２０は、Ｘ軸方向に長辺、Ｙ軸方向に短辺を有し、５つの上部電極１２１〜１２５は、いずれもＹ軸方向に長辺、Ｘ軸方向に短辺を有している。

上部電極１２１と上部電極１２３とはバスバーＢ１２１ａによって接続される。バスバーＢ１２１ａは、上部電極１２２における短辺（枠体１１ａ側）に対向して、振動部１２０における枠体１１ａ側の端部に設けられている。バスバーＢ１２１ａは、上部電極１２１における上部電極１２２と対向する長辺の上端（枠体１１ａ側の端部）と、上部電極１２３における上部電極１２２と対向する長辺の上端（枠体１１ａ側の端部）とに接続される。

同様に、上部電極１２３と上部電極１２５とはバスバーＢ１２１ｂによって接続される。バスバーＢ１２１ｂは、上部電極１２４における短辺（枠体１１ａ側）に対向して、振動部１２０における枠体１１ａ側の端部に設けられている。バスバーＢ１２１ｂは、上部電極１２３における上部電極１２４と対向する長辺の上端（枠体１１ａ側の端部）と、上部電極１２５における上部電極１２４と対向する長辺の上端（枠体１１ａ側の端部）とに接続される。

また、上部電極１２２と上部電極１２４とはバスバーＢ１２２によって接続される。バスバーＢ１２２は、上部電極１２３における短辺（枠体１１ｂ側）に対向して、振動部１２０における枠体１１ｂ側の端部に設けられている。バスバーＢ１２２は、上部電極１２２における上部電極１２３と対向する長辺の下端（枠体１１ｂ側の端部）と、上部電極１２４における上部電極１２３と対向する長辺の下端（枠体１１ｂ側の端部）とに接続される。

振動部１２０と保持部１１との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図４の例では、振動部１２０は、１対の長辺において、それぞれ後述する保持腕１１１、１１２によって保持部１１に接続され、保持されている。他方で、振動部１２０は、１対の短辺において、保持部１１によって保持されていない。

図５（Ａ）を用いて振動部１２０の積層構造について説明する。図５（Ａ）は、図４のＡＡ´断面図である。

図５（Ａ）に示すように、振動部１２０は、縮退半導体からなるＳｉ基板１３０上に、下部電極１２９が積層されている。Ｓｉ基板１３０は、長さ１４０μｍ程度、幅４００μｍ程度、厚さ１０μｍ程度であることが望ましい。下部電極１２９は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属を用いて形成され、厚さ０．１μｍ程度である。なお、下部電極１２９を形成せずに、縮退した半導体であるＳｉ基板１３０を下部電極として用いてもよい。

また、下部電極１２９の上には、下部電極１２９を覆うように圧電薄膜１２８（圧電膜の一例である。）が積層されており、さらに、圧電薄膜１２８上には、上部電極１２１〜１２５が積層されている。上部電極１２１〜１２５は、振動部１２０に形成された後、エッチング等の加工により５つに分割される。

圧電薄膜１２８は、印加された電圧を振動に変換する圧電体の薄膜であり、例えば、窒化アルミニウム等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。具体的には、圧電薄膜１２８は、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）により形成することができる。ＳｃＡＬＮは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）におけるアルミニウム（Ａｌ）の一部をスカンジウム（Ｓｃ）に置換したものである。また、圧電薄膜１２８は、例えば、０．８μｍの厚さを有する。

また、上部電極１２１〜１２５は、下部電極１２９と同様、例えばモリブデンやアルミニウム等の金属を用いて形成され、厚さ０．１μｍ程度である。
なお、Ｓｉ基板１３０の上面や下面、または、圧電薄膜１２８の上面や下面にＳｉ酸化膜が形成されてもよい。これにより、共振子１０の周波数温度特性を改善する効果がある。

次に、振動部１２０の機能について説明する。振動部１２０は、交番電界が印加されることによって、Ｘ軸方向に沿って輪郭振動する。
具体的には、圧電薄膜１２８はｃ軸方向に配向しており、そのため、上部電極１２１〜１２５に所定の電界を印加して、下部電極１２９と上部電極１２１〜１２５との間に所定の電位差を形成すると、この電位差に応じて圧電薄膜１２８がＸＹ面内方向において伸縮することにより、振動部１２０が輪郭振動する。

図５（Ａ）に示すとおり、振動部１２０は、上部電極１２１〜１２５に対応する振動領域Ａ１２１〜Ａ１２５に区画される。すなわち、振動領域Ａ１２１〜Ａ１２５には、それぞれ上部電極１２１〜１２５が形成されている。上部電極１２１〜１２５は、隣接する電極とは逆位相となるように、圧電薄膜１２８のｃ軸方向に交番電界が印加されると、隣接する振動領域Ａ１２１〜１２５が機械的に結合する。それにより、各領域のＸ軸方向における中心付近が振動の節となり、５つの振動領域Ａ１２１〜Ａ１２５は、隣接する領域同士が逆位相で面内方向において振動する。これによって、振動部１２０は、全体として輪郭振動する。
なお、Ｓｉ基板１３０、下部電極１２９及び圧電薄膜１２８は、振動領域Ａ１２１〜Ａ１２５で共有されている。
また、振動部１２０の振動モードは、面外屈曲振動、面内屈曲振動、及び輪郭振動などのいずれであってもよい。

図４に戻り、共振子１０の他の構成について説明する。
（ｂ）保持部１１
保持部１１は、ＸＹ平面に沿って矩形の枠状に形成される。なお、保持部１１は、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に設けられていればよく、枠状の形状に限定されない。
保持部１１は、振動部１２０と、ＸＹ平面に沿って振動部１２０の外側を囲むように設けられる。保持部１１は、より具体的には、Ｘ軸方向に平行に、振動部１２０の長辺に対向して延びる１対の長辺板状の枠体１１ａ、１１ｂと、振動部１２０の短辺に対向してＹ軸方向に平行に延び、その両端で枠体１１ａ、１１ｂの両端にそれぞれ接続される１対の短辺の枠体１１ｃ、１１ｄと、を備えている。

枠体１１ａ及び枠体１１ｂには、電圧印加部１１０ａ、１１０ｂが形成されている。電圧印加部１１０ａ、１１０ｂは、上部配線Ｗ１１１、Ｗ１１２を介して上部電極１２１〜１２５に交番電界を印加することができる。本実施形態では、電圧印加部１１０ａは枠体１１ａの中央付近に、電圧印加部１１０ｂは枠体１１ｂの中央付近にそれぞれ形成されている。

図５（Ａ）に示すように、保持部１１は、縮退半導体からなるＳｉ基板１３０上に、下部電極１２９が形成され、さらに下部配線Ｗ１２９を覆うように、圧電薄膜１２８が積層されている。保持部１１は、Ｓｉ基板１３０上に下部配線Ｗ１２９、圧電薄膜１２８、上部配線Ｗ１１１、Ｗ１１２の順に、振動部１２０のＳｉ基板１３０、下部電極１２９、圧電薄膜１２８、及び上部電極１２１と同一のプロセスで一体形成される。その後、エッチング等の加工により望ましい形状となるように上部電極１２１〜１２５が除去されて形成される。なお、保持部１１に設けられた下部配線Ｗ１２９は、エッチング等により下部電極１２９を所定の形状に形成するときに除去されてもよい。

さらに、図３に示すように、保持部１１は、枠体１１ｂ上に形成されている圧電薄膜１２８の一部が、エッチング等の加工によって下部配線Ｗ１２９が露出するように除去され、ビアが形成されている。当該ビア（すなわち、圧電薄膜１２８の除去された箇所）には、例えばモリブデンやアルミニウム等の導電材料が充填され、導電層Ｃが形成されている。なお、導電層Ｃは、後述する接地配線Ｇ１２９と下部電極１２９との接続点となる。

図４に戻り、振動部１２０の構成の続きを説明する。
（ｃ）保持腕１１１、１１２
保持腕１１１は、保持部１１の内側に設けられ、振動部１２０の長辺と枠体１１ａとを接続する。保持腕１１１の表面には、振動部１２０の上部電極１２１、１２３、１２５が連続して保持腕１１１へと形成された上部配線Ｗ１１１が設けられている。具体的には、上部配線Ｗ１１１が、振動部１２０と保持腕１１１との接続箇所から、保持腕１１１と枠体１１ａとの接続箇所まで連続して一体形成されている。

また、保持腕１１２は、保持部１１の内側に設けられ、振動部１２０の長辺と枠体１１ｂとを接続する。保持腕１１２の表面には、振動部１２０の上部電極１２２、１２３が連続して保持腕１１２へと形成された上部配線Ｗ１１２が設けられている。具体的には、上部配線Ｗ１１２が、振動部１２０と保持腕１１２との接続箇所から、保持腕１１１と枠体１１ｂとの接続箇所まで連続して一体形成されている。

図５（Ｂ）は、図４のＢＢ´断面図である。図５（Ｂ）を用いて、保持腕１１１、１１２の積層構造について説明する。なお、同図における点線は、保持腕１１１又は１１２と、振動部１２０又は枠体１１ａ若しくは１１１ｂとの境界を示す。

図５（Ｂ）に示すように、保持腕１１１、１１２は、縮退半導体からなるＳｉ基板１３０上に、振動部１２０の下部電極１２９と同一のプロセスで一体形成された下部配線Ｗ１２９が積層されている。下部電極１２９と下部配線Ｗ１２９とは、振動部１２０から保持腕１１１、１１２へと亘って連続して形成されている。下部配線Ｗ１２９の上には、下部配線Ｗ１２９を覆うように圧電薄膜１２８が積層されている。

保持腕１１１には、さらに、圧電薄膜１２８上に、振動部１２０の上部電極１２１〜１２５と同一のプロセスで一体形成された上部配線Ｗ１１１が設けられている。上部電極１２１、１２３、１２５と上部配線Ｗ１１１とは、振動部１２０から保持腕１１１へと亘って連続して形成されている。また、保持腕１１２には、さらに、圧電薄膜１２８上に、振動部１２０の上部電極１２１〜１２５と同一のプロセスで一体形成された上部配線Ｗ１１２が設けられている。上部電極１２２、１２４と上部配線Ｗ１１２とは、振動部１２０から保持腕１１２へと亘って連続して形成されている。

保持腕１１１、１１２におけるＳｉ基板１３０、下部配線Ｗ１２９、圧電薄膜１２８並びに上部配線Ｗ１１１及びＷ１１２は、それぞれ、振動部１２０におけるＳｉ基板１３０、下部電極１２９、圧電薄膜１２８、上部電極１２１と同時に形成される。これらの構成は、必要に応じて、エッチング等の加工により、適宜、望ましい形状となるように形成される。なお、保持腕１１１、１１２に設けられた下部配線Ｗ１２９は、エッチング等により下部電極１２９を所定の形状に形成するときに除去されてもよい。

図１に戻り、共振装置１の他の構成について説明する。

（３．接合部１２７）
接合部１２７は、ＸＹ平面に沿って矩形の枠状に形成される。接合部１２７は、共振子１０と上蓋１３との間に設けられ、共振子１０と上蓋１３とを共晶接合し、共振子１０の振動空間を封止する。接合部１２７は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の金属を用いて形成される。

（４．上蓋１３）
（４−１．上蓋１３の構成）
図１に示すように、上蓋１３はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、その裏面に例えば平たい直方体形状の凹部１８が形成されている。凹部１８は共振子１０の振動空間の一部を形成する。この振動空間では真空状態が維持されている。
上蓋１３には、端子Ｔ１、Ｔ２（電源端子の一例である。）、Ｔ１´、Ｔ２´と、接地端子Ｇと、配線Ｗ１、Ｗ２と、接地配線Ｇ１２９とが形成されている。
図３を用いて上蓋１３の各構成について説明する。

（ａ）端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１´、Ｔ２´
端子Ｔ１、Ｔ２は、上蓋１３の表面（上蓋の第２の面の一例である。）に形成される。また、端子Ｔ１´、Ｔ２´は上蓋１３の裏面（上蓋の第１の面の一例である。）において、端子Ｔ１、Ｔ２に対向する位置に設けられる。端子Ｔ１と端子Ｔ１´とは、配線Ｗ１で接続される。また端子Ｔ２とＴ２´とは、配線Ｗ２で接続される。端子Ｔ１´、Ｔ２´は、いずれも上蓋１３と共振子１０とが接合部１２７によって共晶結合されると、電圧印加部１１０ａ、１１０ｂと接続される。これによって、端子Ｔ１、Ｔ２から電圧印加部１１０ａ、１１０ｂへと、電圧を供給することができる。

（ｂ）配線Ｗ１、Ｗ２
配線Ｗ１は、後述する貫通孔ＴＳＶ（第１の貫通孔の一例である。）の内部に設けられ、端子Ｔ１と端子Ｔ１´とを接続する。配線Ｗ２は、後述する貫通孔ＴＳＶの内部に設けられ、端子Ｔ１と端子Ｔ２´とを接続する。

（ｃ）接地端子Ｇ
接地端子Ｇは、接地配線Ｇ１２９を介して保持部１１の下部配線Ｗ１２９と電気的に接続し、下部電極１２９を接地させる。

（ｄ）接地配線Ｇ１２９
接地配線Ｇ１２９は、共振子１０上に形成された導電層Ｃにおいて、電気的に下部配線Ｗ１２９と接続する。接地配線Ｇ１２９は、導電層Ｃと、上蓋１３と共振子１０とが接合部１２７によって共晶接合されるときに接続する。

（４−２．上蓋１３の断面）
図３に示すように、上蓋１３は、例えば縮退半導体からなるＳｉ層１５１の表面に、酸化ケイ素（例えばＳｉＯ２）からなる絶縁膜１５０（絶縁層の一例である。）が形成されて構成されている。絶縁膜１５０は、例えば、Ｓｉ層１５１の表面の酸化や、化学気相蒸着（ＣＶＤ: ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、Ｓｉ層１５１の表面に形成される。

上蓋１３には、端子Ｔ１及びＴ２が形成される位置に、それぞれ貫通孔ＴＳＶが形成されている。配線Ｗ１、Ｗ２は、貫通孔ＴＳＶの内部に形成されている。貫通孔ＴＳＶの内側を含み、Ｓｉ層１５１の表面には絶縁膜１５０が形成されている。すなわち、配線Ｗ１、Ｗ２は、絶縁膜１５０によって、Ｓｉ層１５１から電気的に絶縁されている。

上蓋１３のうち接地端子Ｇが形成される箇所において、絶縁膜１５０はエッチング等の加工によって除去され、Ｓｉ層１５１が露出される。そして、接地端子Ｇが、露出したＳｉ層１５１上に形成される。これによって、Ｓｉ層１５１と接地端子Ｇとが直接接続し、上蓋１３のＳｉ層１５１全体が、接地端子Ｇを介して接地される。接地端子Ｇは、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属をＳｉ層１５１上に形成し、熱アニールすることによって、Ｓｉ層１５１に対してオーミック接合される。

さらに、上蓋１３のうち接地配線Ｇ１２９が形成される箇所において、絶縁膜１５０はエッチング等の加工によって除去され、接地配線Ｇ１２９が露出したＳｉ層１５１上に形成される。接地配線Ｇ１２９は、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属をＳｉ層１５１上に形成し、熱アニールすることによって、Ｓｉ層１５１に対してオーミック接合される。これによって、接地端子Ｇと接地配線Ｇ１２９とは、上蓋１３のＳｉ層１５１を介して電気的に接続される。さらに、接地配線Ｇ１２９と導電層Ｃとが接合することによって、下部電極１２９は電気的に接地端子Ｇと接続することになる。

このように、本実施形態に係る共振装置１は、上蓋１３を介して共振子１０の下部電極１２９が接地端子Ｇと電気的に接続される。下部電極１２９が接地されることによって、下部電極１２９付近に存在する他の電位（例えば、配線、他部品、人などの影響による電位）の影響を低減することができる。その結果、共振周波数や安定させることができる。

また、上蓋１３は縮退半導体で形成されているため、導電性を有している。このため、上蓋１３に接地端子Ｇを設けて、上蓋１３及び下部電極１２９を接地させることにより、端子Ｔ１、Ｔ２付近、又は接合部１２７付近に発生する寄生容量の影響を低減することができる。これによって、共振子１０の最大位相や発振安定性等の共振特性を向上させることができる。

さらに、上蓋１３が接地端子Ｇによって接地されることで、絶縁膜１５０を介して上蓋１３と端子Ｔ１、Ｔ２との間に容量が形成される。ひいては、この容量を、例えば、共振装置１を用いて形成する発振回路の容量とすることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

図６は、本実施形態に係る、共振装置１の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振装置１の詳細構成のうち、第１の実施形態との差異点を中心に説明する。

（１．下蓋１４）
下蓋１４の構成は第１の実施形態と同様である。

（２．共振子１０）
共振子１０の構成は第１の実施形態と同様である。

（３．接合部１２７）
接合部１２７の構成は第１の実施形態と同様である。

（４．上蓋１３）
本実施形態では、上蓋１３は、２つの貫通孔ＴＳＶに加え、さらにビアＶ１（第２の貫通孔の一例である。）を有している。ビアＶ１は、上蓋１３の表面の絶縁膜１５０と、Ｓｉ層１５１と、裏面の絶縁膜１５０とを貫通して形成される。さらに、ビアＶ１の内部には、表面に絶縁膜１５０は形成されず、Ｓｉ層１５１が露出している。接地配線Ｇ１２９は、上蓋１３に設けられたビアＶ１の内部に設けられる。接地端子Ｇと導電層Ｃとは、接地配線Ｇ１２９によって接続される。これによって、下部電極１２９と接地端子Ｇとの導通信頼性を向上させることができる。その他の上蓋１３の構成は第１の実施形態と同様である。
その他の共振装置１の構成、効果は第１の実施形態と同様である。

［第３の実施形態］
図７は、本実施形態に係る、共振子１０の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振子１０の各構成のうち、第１の実施形態との差異点について説明する。

（２．共振子１０）
本実施形態では、保持部１１と接合部１２７との接合箇所において形成されている、保持部１１の圧電薄膜１２８の一部は、エッチング等の加工によって除去されている。圧電薄膜１２８の除去された箇所には例えばモリブデンやアルミニウム等の下部配線Ｗ１２９を形成する金属が充填されている。本実施形態では、この金属が充填された箇所が、第１の実施形態における導電層Ｃに対応する。
その他の共振子１０の構成は第１の実施形態と同様である。

（４．上蓋１３）
本実施形態では、上蓋１３は、裏面の一部において、絶縁膜１５０が除去されて、Ｓｉ層１５１が露出している。露出したＳｉ層１５１の表面には、モリブデンやアルミニウム等の金属等の導電材料で形成される膜Ｚが形成されている。上蓋１３は接合部１２７と膜Ｚによって接続する。

これによって、本実施形態では、接地端子Ｇと、膜Ｚとが、上蓋１３のＳｉ層１５１を介して電気的に接続する。また、膜Ｚと導電層Ｃとが、接合部１２７を介して電気的に接続する。従って、接地端子Ｇと、下部電極１２９とは、上蓋１３と接合部１２７を介して電気的に接続することになる。

このように、本実施形態では、接合部１２７を利用して下部電極１２９を接地することができるため、上蓋１３の内部に接地配線Ｇ１２９を設ける必要がなくなり、製品サイズを小さくすることができる。さらに、本実施形態では、接合部１２７が上蓋１３を介して接地される。これによって、振動部１２０の周囲を接地された接合部１２７で囲むことになり、配線や静電気等の外乱の影響を低減することができる。
その他の上蓋の構成は第１の実施形態と同様である。
その他の共振装置１の構成、効果は第１の実施形態と同様である。

［第４の実施形態］
図８は、本実施形態に係る、共振子１０の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振子１０の各構成のうち、第１の実施形態との差異点について説明する。

（１．共振子１０）
本実施形態では、保持部１１と接合部１２７との接合箇所において形成されている、保持部１１の圧電薄膜１２８の一部は、エッチング等の加工によって除去されている。圧電薄膜１２８の除去された箇所には例えばモリブデンやアルミニウム等の下部配線Ｗ１２９を形成する金属が充填されている。本実施形態では、この金属が充填された箇所が、第１の実施形態における導電層Ｃに対応する。
その他の共振子１０の構成は第１の実施形態と同様である。

（２．上蓋１３）
本実施形態では、接地配線Ｇ１２９は、接地端子Ｇから、接合部１２７と上蓋１３との接合箇所までに亘って、上蓋１３の表面に沿って形成される。具体的には、接地配線Ｇ１２９は、上蓋１３の表面に形成された絶縁膜１５０上に設けられる。
これによって、接地端子Ｇと接合部１２７とは、接地配線Ｇ１２９によって接続される。また接地配線Ｇ１２９と、導電層Ｃとは接合部１２７を介して電気的に接続される。
このように、本実施形態では、接地配線Ｇ１２９は、上蓋１３の表面に設けられ、接合部１２７を利用して下部電極１２９を接地することができる。したがって、上蓋１３の内部に接地配線Ｇ１２９を設ける必要がなくなり、製品サイズを小さくすることができる。その他の上蓋の構成は第１の実施形態と同様である。
その他の共振装置１の構成、効果は第１の実施形態と同様である。

［第５の実施形態］
図９は、本実施形態に係る、共振子１０の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振子１０の各構成のうち、第１の実施形態との差異点について説明する。

（１．下蓋１４）
本実施形態では、下蓋１４は、端子Ｔ１、Ｔ２、配線Ｗ１、Ｗ２、及び２つの貫通孔ＴＳＶを有している。また、貫通孔ＴＳＶの内側を含み、下蓋１４の裏面（下蓋の第２の面の一例である。）は、絶縁膜１５０が形成されている。従って、配線Ｗ１、Ｗ２と貫通孔ＴＳＶとは電気的に絶縁されている。その他の下蓋１４の構成は第１の実施形態と同様である。

（２．共振子１０）
本実施形態では、保持部１１と接合部１２７との接合箇所において形成されている、保持部１１の圧電薄膜１２８の一部は、エッチング等の加工によって除去されている。圧電薄膜１２８の除去された箇所には例えばモリブデンやアルミニウム等の下部配線Ｗ１２９を形成する金属が充填されている。本実施形態では、この金属が充填された箇所が、第１の実施形態における導電層Ｃに対応する。

また、保持部１１は、貫通孔Ｖ２、Ｖ３を有している。
貫通孔Ｖ２、Ｖ３は、Ｓｉ基板１３０、下部配線Ｗ１２９、及び圧電薄膜１２８を貫通するように形成される。貫通孔Ｖ２、Ｖ３の形成フローについて説明する。まず、Ｓｉ基板１３０に貫通孔を形成した後、当該貫通孔の内側に絶縁膜１５０を形成する。次に、下部配線Ｗ１２９を保持部１１上に積層した際に、Ｓｉ基板１３０に形成された貫通孔は、下部配線Ｗ１２９を形成する金属によって充填される。充填された金属は、エッチング等の加工によって貫通孔から除去される。次に、圧電薄膜１２８を、保持部１１上に積層した際に、金属が除去された貫通孔に圧電薄膜１２８が充填される。さらに、充填された圧電薄膜１２８が、内側の表面を覆う部分に残るように、エッチング等の加工によって除去されることによって、貫通孔Ｖ２、Ｖ３が形成される。
他方で、配線Ｗ１、Ｗ２は、上部配線Ｗ１１１、Ｗ１１２が保持部１１上に積層される際に、貫通孔Ｖ２、Ｖ３の内部に上部配線Ｗ１１１、Ｗ１１２を形成する金属が充填されることによって形成される。
貫通孔Ｖ２、Ｖ３の内部の配線Ｗ１、Ｗ２は、下蓋１４と共振子１０とが接合する際に、下蓋１４に形成される配線Ｗ１、Ｗ２と接続する。
その他の共振子１０の構成は第１の実施形態と同様である。

（３．上蓋１３）
本実施形態では上蓋１３は、端子Ｔ１、Ｔ２、配線Ｗ１、Ｗ２、及び２つの貫通孔ＴＳＶを有しておらず、ビアＶ１を有している。ビアＶ１は、上蓋１３と接合部１２７との接合箇所の上部に設けられる。ビアＶ１は、上蓋１３の表面の絶縁膜１５０と、Ｓｉ層１５１と、裏面の絶縁膜１５０とを貫通して形成される。さらに、ビアＶ１の内部には、表面に絶縁膜１５０は形成されず、Ｓｉ層１５１が露出している。接地配線Ｇ１２９は、上蓋１３に設けられたビアＶ１の内部に設けられる。これによって、接地端子Ｇと接合部１２７とは、接地配線Ｇ１２９によって接続される。また、接地配線Ｇ１２９と導電層Ｃとは接合部１２７を介して電気的に接続される。

このように、本実施形態では、接合部１２７を利用して下部電極１２９を接地することができるため、上蓋１３の内部に接地配線Ｇ１２９を設ける必要がなくなり、製品サイズを小さくすることができる。その他の上蓋の構成は第１の実施形態と同様である。
その他の共振装置１の構成、効果は第１の実施形態と同様である。

［第６の実施形態］
図１０〜図１４は、本実施形態に係る、共振子１０の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振子１０の各構成のうち、第１の実施形態との差異点について説明する。

本実施形態において、共振子１０は、２層の圧電薄膜１２８、１２８１（図１３参照）及び、２層の上部電極１２１〜１２５、１２１１〜１２５１（図１３参照）を備えている。なお、圧電薄膜及び上部電極の層数は２層に限定されず、２層以上の多層構造でもよい。

以下の説明では、共振子１０のＺ軸方向において、圧電薄膜１２８、及び上部電極１２１〜１２５を含む層を第１層と呼び、圧電薄膜１２８１、及び上部電極１２１１〜１２５１を含む層を第２層と呼び、下部電極１２９を含む層を下部電極層と呼ぶ。

（１．第１層）
図１０は、本実施形態における共振子１０の第１層の平面図である。本実施形態に係る振動部１２０は、第１層において、第１の実施形態で図４を用いて説明した構成に加え、ビアＶ４及びＶ５を備えている。ビアＶ４は、上部電極１２３と上部配線Ｗ１１１との接続箇所付近において、上部電極１２３及び圧電薄膜１２８を貫通するように形成されている。また、ビアＶ５は、バスバーＢ１２２の中央付近において、バスバーＢ１２２及び圧電薄膜１２８を貫通するように形成されている。ビアＶ４、Ｖ５には、モリブデンやアルミニウム等の導電材料が充填されている。
その他の第１層の構成は、第１の実施形態における平面構造と同様である。

（２．第２層）
図１１は、本実施形態における共振子１０の、第２層の平面図の一例である。本実施形態に係る振動部１２０は、第２層において、上部電極１２１１〜１２５１と、バスバーＢ１２１１ａ、Ｂ１２１１ｂ、Ｂ１２２１とを有している。

上部電極１２１１〜１２５１はそれぞれ第１層における上部電極１２１〜１２５に対応する位置に形成される。

上部電極１２１１と上部電極１２３１とは、その下端（枠体１１ｂ側）においてバスバーＢ１２１１ａに接続される。また、上部電極１２３１と上部電極１２５１とは、その下端（枠体１１ｂ側）においてバスバーＢ１２１１ｂに接続される。さらに、上部電極１２２１と上部電極１２４１とは、その上端（枠体１１ａ側）において、バスバーＢ１２２１に接続される。

さらに、第１層に形成されたビアＶ４は、第２層においては、バスバーＢ１２２１の中央付近に位置している。また、第１層に形成されたビアＶ５は、第２層においては上部電極１２３１の下端（枠体１１ｂ側）における中央付近に位置している。

また、第２層においても、枠体１１ｂには導電層Ｃが形成されている。

このように、第２層における振動部１２０は、第１層における振動部１２０のＹ軸方向に沿った上下を反転させた構造を有している。

（３．下部電極層）
図１２は、本実施形態における共振子１０の、下部電極層の平面図の一例である。本実施形態に係る振動部１２０は、下部電極層において、その全面に下部電極１２９が形成されている。振動部１２０に形成された下部電極１２９は、下部配線Ｗ１２９によって保持腕１１１、１１２に引き出され、保持部１１の全面に広がっている。

さらに、第１層及び第２層に形成された導電層Ｃは、下部電極層において、枠体１１ｂの中央付近に位置している。

（４．断面構成）
図１３は、図１０のＣＣ´断面図である。図１３に示すように、本実施形態においては、下部電極１２９及び下部配線Ｗ１２９を覆うように、圧電薄膜１２８１が積層されている。さらに、圧電薄膜１２８１上には上部電極１２１１〜１２５１が積層されている。上部電極１２１１〜１２５１は、振動部１２０に形成された後、エッチング等の加工により５つに分割される。

上部電極１２１１〜１２５１上には、圧電薄膜１２８が積層され、さらに圧電薄膜１２８上には、上部電極１２１〜１２５が形成されている。

なお、圧電薄膜１２８１、及び上部電極１２１１〜１２５１の成分や膜厚は、それぞれ第１の実施形態において説明した、圧電薄膜１２８１、及び上部電極１２１〜１２５と同様である。また、本実施形態における圧電薄膜１２８、１２８１、及び上部電極１２１〜１２５、１２１１〜１２５１の製造方法は第１の実施形態における圧電薄膜１２８及び上部電極１２１〜１２５と同様である。

図１４は、図１０のＤＤ´断面図である。図１４に示すように、第２層におけるバスバーＢ１２２１は、ビアＶ４によって第１層に引き出され、上部配線Ｗ１１１を介して電圧印加部１１０ａに接続される。上述のようにバスバーＢ１２２１は、上部電極１２２１、１２４１に接続される（図１１参照）。従って、上部電極１２２１、１２４１もビアＶ４によって電圧印加部１１０ａに接続される。

他方で、第２層における上部電極１２３１はビアＶ５によって第１層へ引き出され、上部配線Ｗ１１２を介して電圧印加部１１０ｂに接続される。上述のように上部電極１２３１は、バスバーＢ１２１１ａ、Ｂ１２１１ｂによって上部電極１２１１、１２５１に接続される（図１１参照）。従って、上部電極１２１１，１２５１もビアＶ５によって電圧印加部１１０ｂに接続される。

図１３、１４に示すように、本実施形態における共振子１０において、第１層と第２層とにおいて互いに対向する位置に形成された上部電極１２１〜１２５と上部電極１２１１〜１２５１とは、逆位相の交番電界が印加される。即ち、上部電極１２１、１２３、１２５、１２２１、１２４１には同位相の交番電界が印加される。また、上部電極１２２、１２４、１２１１、１２３１、１２５１には上部電極１２１、１２３、１２５、１２２１、１２４１とは逆位相の交番電界が印加される。

このように本実施形態に係る共振子１０は、圧電薄膜及び上部電極が多層化されることによって、静電容量を大きくすることができ、また、浮遊容量の影響を抑制することができる。

以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１共振装置
１０共振子
１３上蓋
１４下蓋
１１保持部
１１ａ〜ｄ枠体
１１０ａ、ｂ電圧印加部
１１１保持腕
１２０振動部
１２１〜１２５上部電極
１２８圧電薄膜
１２９下部電極
１３０Ｓｉ基板
１２７接合部
１５０絶縁膜
１５１Ｓｉ層
ＴＳＶ貫通孔
Ｖ１、２、３ビア
Ｇ接地端子
Ｔ１、Ｔ２端子
Ｇ１２９接地配線
Ｗ１、Ｗ２配線

また、共振装置は、さらに、上蓋に形成された第１の貫通孔と、第１の貫通孔を介して電源端子と上部電極とを接続する配線と、上蓋と第１の貫通孔との間に設けられた絶縁層とを備え、上蓋は、シリコンにより形成され、接地端子および下部電極と電気的に接続されており、絶縁層を介して上蓋と電源端子との間に容量が形成されることが好ましい。

次に、振動部１２０の機能について説明する。振動部１２０は、交番電界が印加されることによって、Ｘ軸方向に沿って輪郭振動する。
具体的には、圧電薄膜１２８はｃ軸方向（図５（Ａ）におけるＺ軸方向）に配向しており、そのため、上部電極１２１〜１２５に所定の電界を印加して、下部電極１２９と上部電極１２１〜１２５との間に所定の電位差を形成すると、この電位差に応じて圧電薄膜１２８がＸＹ面内方向において伸縮することにより、振動部１２０が輪郭振動する。

図５（Ａ）に示すとおり、振動部１２０は、上部電極１２１〜１２５に対応する振動領域Ａ１２１〜Ａ１２５に区画される。すなわち、振動領域Ａ１２１〜Ａ１２５には、それぞれ上部電極１２１〜１２５が形成されている。上部電極１２１〜１２５は、隣接する電極とは逆位相となるように、圧電薄膜１２８のｃ軸方向（図５（Ａ）におけるＺ軸方向）に交番電界が印加されると、隣接する振動領域Ａ１２１〜１２５が機械的に結合する。それにより、各領域のＸ軸方向における中心付近が振動の節となり、５つの振動領域Ａ１２１〜Ａ１２５は、隣接する領域同士が逆位相で面内方向において振動する。これによって、振動部１２０は、全体として輪郭振動する。
なお、Ｓｉ基板１３０、下部電極１２９及び圧電薄膜１２８は、振動領域Ａ１２１〜Ａ１２５で共有されている。
また、振動部１２０の振動モードは、面外屈曲振動、面内屈曲振動、及び輪郭振動などのいずれであってもよい。

図５（Ａ）に示すように、保持部１１は、縮退半導体からなるＳｉ基板１３０上に、下部電極Ｗ１２９が形成され、さらに下部配線Ｗ１２９を覆うように、圧電薄膜１２８が積層されている。保持部１１は、Ｓｉ基板１３０上に下部配線Ｗ１２９、圧電薄膜１２８、上部配線Ｗ１１１、Ｗ１１２の順に、振動部１２０のＳｉ基板１３０、下部電極１２９、圧電薄膜１２８、及び上部電極１２１と同一のプロセスで一体形成される。その後、エッチング等の加工により望ましい形状となるように上部電極１２１〜１２５が除去されて形成される。なお、保持部１１に設けられた下部配線Ｗ１２９は、エッチング等により下部電極１２９を所定の形状に形成するときに除去されてもよい。

また、保持腕１１２は、保持部１１の内側に設けられ、振動部１２０の長辺と枠体１１ｂとを接続する。保持腕１１２の表面には、振動部１２０の上部電極１２２、１２４が連続して保持腕１１２へと形成された上部配線Ｗ１１２が設けられている。具体的には、上部配線Ｗ１１２が、振動部１２０と保持腕１１２との接続箇所から、保持腕１１２と枠体１１ｂとの接続箇所まで連続して一体形成されている。

図５（Ｂ）は、図４のＢＢ´断面図である。図５（Ｂ）を用いて、保持腕１１１、１１２の積層構造について説明する。なお、同図における点線は、保持腕１１１又は１１２と、振動部１２０又は枠体１１ａ若しくは１１ｂとの境界を示す。

（ｂ）配線Ｗ１、Ｗ２
配線Ｗ１は、後述する貫通孔ＴＳＶ（第１の貫通孔の一例である。）の内部に設けられ、端子Ｔ１と端子Ｔ１´とを接続する。配線Ｗ２は、後述する貫通孔ＴＳＶの内部に設けられ、端子Ｔ２と端子Ｔ２´とを接続する。

（２．上蓋１３）
本実施形態では、接地配線Ｇ１２９は、接地端子Ｇから、接合部１２７と上蓋１３との接合箇所までに亘って、上蓋１３の側面に形成される。
これによって、接地端子Ｇと接合部１２７とは、接地配線Ｇ１２９によって接続される。また接地配線Ｇ１２９と、導電層Ｃとは接合部１２７を介して電気的に接続される。
このように、本実施形態では、接地配線Ｇ１２９は、上蓋１３の表面に設けられ、接合部１２７を利用して下部電極１２９を接地することができる。したがって、上蓋１３の内部に接地配線Ｇ１２９を設ける必要がなくなり、製品サイズを小さくすることができる。その他の上蓋の構成は第１の実施形態と同様である。
その他の共振装置１の構成、効果は第１の実施形態と同様である。

なお、圧電薄膜１２８１、及び上部電極１２１１〜１２５１の成分や膜厚は、それぞれ第１の実施形態において説明した、圧電薄膜１２８、及び上部電極１２１〜１２５と同様である。また、本実施形態における圧電薄膜１２８、１２８１、及び上部電極１２１〜１２５、１２１１〜１２５１の製造方法は第１の実施形態における圧電薄膜１２８及び上部電極１２１〜１２５と同様である。

Claims

下部電極と複数の上部電極と、前記下部電極と前記複数の上部電極との間に形成された圧電膜と、を有する共振子と、
第１の面及び第２の面を有し、当該第１の面が前記共振子の前記上部電極に対向して前記共振子の第１の面を封止するように設けられた上蓋と、
第１の面及び第２の面を有し、当該第１の面が前記共振子の前記下部電極に対向して前記共振子の第２の面を封止するように設けられた下蓋と、
前記上部電極に電気的に接続された電源端子と、
前記上蓋の第２の面に設けられた接地端子と、
を備え、
前記下部電極は、前記上蓋を介して前記接地端子と電気的に接続された、共振装置。
前記共振装置は、さらに
前記上蓋に形成された第１の貫通孔と、
前記第１の貫通孔を介して前記電源端子と前記上部電極とを接続する配線と、
前記上蓋と前記第１の貫通孔との間に設けられた絶縁層と
を備え、
前記上蓋は、縮退したシリコンにより形成され、前記接地端子および前記下部電極と電気的に接続されており、
前記絶縁層を介して前記上蓋と前記電源端子との間に容量が形成された、
請求項１に記載の共振装置。
前記上蓋は、縮退したシリコンにより形成された、請求項１または２に記載の共振装置。
前記共振装置は、さらに、
前記上蓋と前記共振子とを接合する接合層を備え、
前記下部電極は、前記接合層を介して前記接地端子と電気的に接続された、
請求項１〜３いずれか一項に記載の共振装置。
前記共振装置は、さらに、
前記上蓋に形成された第２の貫通孔と、当該第２の貫通孔に設けられた配線とを備え、前記下部電極は、前記第２の貫通孔の配線を介して前記接地端子と電気的に接続される、請求項１〜３いずれか一項に記載の共振装置。