KR20080069538A - 전기기계 공진기 및 그 제조방법 - Google Patents

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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 전기기계 공진기는 고정 전극과, 상기 고정전극과 갭을 통하여 형성된 진동자를 구비한 공진부를 구비하고, 상기 고정전극의 두께 방향으로 상기 갭 폭이 다른 영역을 갖는다.
공진기, 전극, 갭

Description

전기기계 공진기 및 그 제조방법{ELECTROMECHANICAL RESONATOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 이용하여 제조되는 전기기계 공진기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 전기기계 디바이스에 있어서, 여러가지 구동 방식으로 진동자를 동작시키는 구성이 이용되고 있지만, 그 중에서도 기판에 대하여 평행 이동하는 전기기계 소자는 무수히 응용되고 있다. 이러한 전기기계 디바이스의 진동자를 기계적으로 동작시키기 위해서는, 진동자의 측면에 배치된 고정전극의 입/출력 단자가 필요해진다.
그런데, 이 전기기계 디바이스에 있어서, 전극의 두께를 바꾸어 진동 모드를 변화시키는 방법이 제안되어 있다.
예를 들면, 비특허문헌 1에 나타낸 전기기계 공진기가 제안되어 있다.
이 전기기계 공진기로는 도18에 도시한 바와 같이 양단이 자유단으로서 지지되는 빔형(beam-shaped) 진동자가 있다. 기판(50)에 형성된 고정전극(51)과 진동자(52)의 사이에는 균일한 에어갭(53)이 형성된다. 이 에어갭 사이에 정전력이 작 용하여 진동자가 기계적으로 진동한다. 공진 주파수는 주로 고정전극(51)의 전극배치에 의해 결정하는 진동 모드로 결정하지만, 도18a와 같이 진동자(52)의 하층부에 입력단자와 출력단자의 각 1개의 전극(51)을 배치하는 구성에서는 휨 진동 2차 모드가 여기된다(도18b). 또한, 진동자(52)의 하층부에 전극(51)을 3개 배치하면 2차 모드보다 높은 공진 주파수로 휨 진동 3차 모드가 여기된다. 이 전극배치의 위치결정이란 여기되는 진동 모드가 진동의 파복(anti-node) 위치에 대하여 전극(51)의 배치에 의존함으로써 다르다는 것을 의미한다.
이것 때문에, 다른 공진 주파수를 가지는 전기기계 공진기가 필요한 경우, 여기하는 진동모드에 의해 고정전극의 사이즈나 배치를 가변시킬 필요가 있다. 또한, 그러한 전극을 간단히 형성할 수 있는 제조방법이 필요해진다.
특허문헌 1은 전자총 및 양자세선의 제조방법이며, 3각 단면구조의 상층에 희생층과 전극층을 형성한 구조이다. 이 구조방법에서는 두꺼운 막의 레지스트를 도포하여 에치백함으로써 전극의 정점을 돌출시키고, 이 돌출한 부분의 전극을 제거하여 전극을 형성하는 공정을 이용하고 있다. 전극은 구조의 양측의 측면에 형성되고, 입출력 단자로서 구성된다.
특허문헌 1과 같이, 진동자의 측면에 배치하는 고정전극을 단일 레이어 사이에 작성하는 제조방법을 이용함으로써, 1회로 성막한 전극층에서 복수의 고정 전극이 동시에 형성되는 것이 가능하다.
[비특허문헌 1] M.Demirci, C.T.-C. Nguyen, "Higher-mode Free-Free Beam Micromechanical Resonators," Proceeding, 2003 IEEE Int. Frequency Control Symposium, Tampa, Florida, May 5-8, 2003, pp. 810-818.
[특허문헌 1] 특개평6-310029호 공보
비특허문헌 1의 수직 구동형의 공진기는 고정전극의 배치에 의해 선택한 진동 모드의 공진 주파수가 결정되지만, 이 구성에서는 전극이 진동자의 하층부에만 형성되기 때문에 전극의 배치에 한정이 있다.
특허문헌 1에서는 진동자 양측의 측면에 전극을 배치하고 기판상 평행하게 구동하는 구성을 이용하기 때문에, 비특허문헌 1의 과제가 해결될 수 있다. 하지만, 특허문헌 1에서 구조의 측면에 배치하는 전극의 높이는 제조공정의 레지스트 에치백의 제어시간으로 결정하기 때문에 높이를 가변으로 하려면 고도의 막두께 제어가 과제가 된다. 또한, 복수의 고정전극을 독립적으로 제어하여 막 두께를 변경하는 것은 어렵고, 여기에는 전극층을 다층화하는 것이 필요해진다. 한편, 다층화하면 공정수가 증가하여 제조방법이 복잡해지는 등 제조비용도 상승하는 문제가 발생한다.
또한, 특허문헌 1의 구성에서 평행 구동형의 전기기계 공진기를 실현하는 경우, 진동자의 하층부에 존재하는 희생층을 제거하여 해제된 구조를 형성할 필요가 있다. 도19에 이 전기기계 공진기의 단면도를 나타낸다. 도19에서 진동자(56)의 하층부의 희생층(54)을 제거하지만, 이 때, 전극(55)이 얇으면, 전극(55)의 하층부의 희생층(54)도 동시에 에칭되어 전극에 언더컷이 생긴다. 이것에 의해, 전극(55)이 기판(57)을 찔러 고정되거나, 입력신호에 의해 전극(55)이 여진하는 과제가 발생한다.
따라서, 본 발명에서는 필요에 따라 전극의 높이를 가변할 수 있고, 또한 전극 강도를 유지할 수 있는 평행 구동형의 전기기계 공진기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 진동자의 측면에 단일 레이어로 구성되는 복수의 고정전극과, 진동자와 상기 고정전극 사이에 구성되는 갭을 가지고, 상기 갭 사이의 폭의 일부가 넓은 영역을 갖도록 한 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 전기기계 공진기는 고정전극과, 상기 고정전극과 갭을 통하여 형성된 진동자를 구비한 공진부를 구비하고, 상기 고정전극의 두께 방향으로 상기 갭 폭이 다른 영역을 갖는다.
여기서 고정전극의 두께 방향이란 고정전극의 적층방향을 말하며, 갭의 길이 방향에 상당하는 것으로 한다. 갭의 길이 방향은 갭의 폭 방향에 수직이다. 이것에 의해, 실질적인 갭 폭을 자유롭게 선택할 수 있기 때문에, 다른 것을 변경하지 않고 갭 폭의 조정에 의해서만 소망하는 공진주파수를 갖는 전기기계 공진기를 형성할 수 있다. 또한, 고정전극의 두께를 얇게 하지 않고 형성할 수 있기 때문에, 강도를 유지할 수 있고, 상술한 바와 같은 전극이 기판을 찌르거나 입력신호에 의해 고정전극이 여진되는 문제점은 없다.
또한, 상기 전기기계 공진기에 있어서, 상기 갭은 그 폭이 일정한 제1 갭 영 역과, 상기 고정전극과 상기 진동자 사이의 정전용량을 무시할 정도로 큰 제2 갭 영역을 갖도록 하여도 무방하다.
이 구성에 의해, 제1 갭 영역만을 동작영역으로서 이용할 수 있어 설계가 용이해진다. 또한, 동일 기판상에 다수의 다른 공진주파수를 갖는 공진부를 형성하도록 한 경우에도 예를 들어 홈의 폭을 조정하는 것만으로 제1 갭 영역의 크기를 변경할 수 있고 공진주파수를 변경할 수 있는 등 매우 용이하게 설계하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 고정 전극은 제1 고정전극과 제2 고정전극을 가지며, 상기 진동자는 상기 제1 및 제2 고정전극의 사이에 갭을 통하여 배치되어 있다.
바람직하게는, 상기 갭이 에어갭만이다.
바람직하게는, 상기 갭이 에어갭과 유전체갭을 포함한다.
바람직하게는, 상기 갭이 유전체갭만이다.
바람직하게는, 상기 진동자는 단결정 실리콘이다.
바람직하게는, 상기 진동자는 폴리실리콘이다.
바람직하게는, 상기 고정전극은 기판에 소정의 지지부를 통하여 형성되고, 상기 진동자의 측면은 상기 기판 표면에 대하여 경사면을 구성한다.
바람직하게는, 상기 고정전극은 기판에 소정의 지지부를 통하여 형성되고, 상기 진동자의 측면은 상기 기판 표면에 대하여 수직이다.
바람직하게는, 상기 고정전극의 두께가 상기 진동자의 두께보다도 두껍다.
바람직하게는, 상기 고정전극의 두께가 상기 진동자의 두께와 동등하다.
바람직하게는, 상기 고정전극의 두께가 상기 진동자의 두께보다도 얇다.
바람직하게는, 기판상에 공진주파수가 다른 복수의 공진부를 구비한다.
바람직하게는, 상기 공진부는 각각 고정전극과 진동자를 갖는 제1 공진부와, 제2 공진부로 구성되고, 제1 갭 영역의 폭이 상기 제1 및 제2 공진부에서 서로 다르다.
또한, 본 발명의 전기기계 공진기의 제조방법에서는 기판에 제1 전극을 형성하는 공정과, 상기 제1 전극에 절연막을 성막하는 공정과, 상기 절연막에 도전체층을 형성하고 이를 평탄화하여 제2 전극을 형성하는 공정과, 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 갭을 형성하는 공정을 포함한다. 상기 제1 및 제2 전극중 어느 하나는 고정전극이고 상기 제1 및 제2 전극의 다른 하나는 진동자이다. 상기 갭은 상기 고정 전극의 두께 방향으로 배치된 제1 갭 영역과 제2 갭 영역을 가지며, 상기 제1 갭 영역은 상기 제2 갭 영역과 폭이 다르다. 즉, 고정 전극과 진동자중 하나는 희생층으로서의 절연막을 형성하기 위해 패터닝된다. 다른 전극으로서의 도전체층은 절연막의 상층에 형성된다. 그리고, 이 절연막을 제거하여 일정 폭의 갭을 형성함과 동시에, 홈을 형성하여 이 일정폭의 갭보다도 넓은 폭의 갭을 형성함으로써 용이하게 두께 방향으로 갭 폭이 다른 전기기계 공진기를 형성할 수 있다. 즉, 통상 진동자를 먼저 패터닝하지만, 고정전극을 먼저 패터닝하여도 무방하다.
본 발명에서는 진동자의 상층에 절연층을 성막하는 공정과, 상기 절연층의 상층에 도전체층을 형성하고 이를 평탄화하는 공정과, 상기 전극층에 마스크 패턴을 형성하여 기판표면에 수직인 방향으로 에칭함으로써 홈을 형성하는 공정과, 상 기 홈의 측면에 보호막을 형성하여 상기 도전체층을 선택적으로 제거하고 고정전극의 패턴을 형성하는 공정을 포함한다.
또한, 본 발명에서는 기판에 홈을 형성하는 공정과, 상기 홈에 절연막을 성막하는 공정과, 상기 홈을 도전체층으로 채우는 공정과, 상기 기판의 경사방향으로 에칭함으로써 상기 절연층에 도달하는 상기 홈을 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명의 구조에 의해, 복수의 공진주파수에 대응가능하고, 더욱이 강도가 높은 고정전극을 가지는 전기기계 공진기가 실현된다.
또한, 본 발명의 제조방법에 의해, 동 레이어간에 복수의 공진주파수를 갖는 고정전극의 형성이 가능해지고, 공정의 간략화에 의한 비용의 저감을 실현할 수 있다.
바람직하게는, 상기 갭을 형성하는 공정은, 상기 도전체층에 홈을 형성하는 공정과, 상기 홈에서 연통하는 영역의 상기 절연막을 제거하여 에어 갭을 형성하는 공정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 갭을 형성하는 공정은, 상기 도전체층에 불순물을 도핑하여 제2 갭 영역이 되는 유전체 홈을 형성하는 공정을 포함한다. 유전체 갭은 제2 갭 영역과, 상기 유전체 홈과 연결하는 절연막이 되는 제1 갭 영역을 포함한다.
바람직하게는, 상기 갭을 형성하는 공정은, 상기 유전체 홈이 에어갭을 갖는 제1 갭 영역과 연결하도록 상기 도전체층에 절연성 불순물을 도핑하여 상기 제2 갭 영역이 되는 유전체 홈을 형성하는 공정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 경사면을 갖도록 에칭하고 단면 3각형의 진동자 를 형성한 후, 이 진동자에 절연층을 성막하는 공정과, 상기 절연층에 도전체층을 형성하는 공정과, 상기 도전체층을 수직방향으로 에칭함으로써 상기 절연층에 도달하는 상기 홈을 형성하는 공정을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 갭을 형성하는 공정은, 기판에 홈을 형성하는 공정과, 상기 홈에 절연층을 성막하는 공정과, 상기 홈에 도전체층을 충전하는 공정과, 상기 도전체층을 경사방향으로 에칭함으로써 상기 절연층에 도달하는 상기 홈을 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명은 복수의 공진주파수에 대응 가능하며 동 레이어 간에 형성가능한 기계적 강도가 높은 입출력 전극을 가지는 전기기계 공진기이며, 소형화에 더하여, 공정 간략화에 의한 제조 비용의 저감을 도모할 수 있기 때문에, 휴대단말을 포함하는 통신기기에 적용가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
(실시예 1)
도1a와 도1b 및 도2a와 도2b는 본 발명의 실시예1에서의 전기기계 공진기 및 그 제조방법의 단면도이다.
도1a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 전기기계 공진기는 고정전극과, 고정전극(107)과 갭을 통하여 형성된 진동자(109)를 구비한 공진부를 구비한다. 이 고정전극(107)의 두께 방향으로 갭이 그 폭이 일정한 제1 영역(113)과, 상기 고정전극 과 상기 진동자 간의 정전용량을 무시할 정도로 큰 제2 영역(111)을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다. 진동자(109)는 단면 3각형의 빔형체를 형성하고 있고, 이 진동자의 2개의 측면에 고정전극(107)을 배치하고, 진동자(109)와 고정전극(107) 간의 갭 폭이 일정하지 않은 부분을 포함하는 에어 갭으로 구성되어 있다. 여기서 고정전극(107)의 두께는 진동자(109)의 두께보다도 크게 형성되어 있다. 상세하게는 넓은 폭의 갭(111)과 좁은 폭의 갭(113)을 가지는 에어 갭이고, 진동자(109)와 고정전극(107) 사이에 좁은 폭의 갭(113)에 최대 정전력이 발생한다. 용량 간에 작용하는 정전력은 폭의 2승에 비례하기 때문에 넓은 폭의 갭(111)에서는 정전력이 작고, 구동력이 약하다. 도1b는 이 갭 간격(갭 폭)에 의해 여진되는 진동 모드를 나타낸다. 좁은 폭의 갭(113)이 진동자(109) 두께의 절반까지 겹친 경우, 그 영역에서 구동력이 작용하고, 그 결과 3각 단면빔을 진동자로 하는 비틀림 진동이 여진된다. 또한, 여기에서는 고정전극(107)의 두께는 진동자(109)의 두께보다도 크게 형성함으로써, 고정전극의 강도를 높일 수 있다. 고정전극(107)의 강도를 높이기 위하여 전극막 두께는 구조의 높이 혹은 그 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
도2a 내지 도2d는 본 발명의 실시예 1에서의 공진기 구조의 제조방법을 나타낸다.
먼저, 재료기판(101)으로서 실리콘 기판표면에 제1 절연막(103)으로서의 산화실리콘층을 통하여 단결정 실리콘 박막을 형성한 SOI 기판을 준비한다.
다음, 도2a에 도시한 바와 같이, 포토리소그라피에 의해 마스크 패턴을 형성하고, 이 마스크 패턴을 이용하여 이방성 에칭을 행함으로써, (경사각 54.7도의) 경사진 측면을 갖는 단면 3각형의 빔형체로 이루어진 진동자(109)를 형성하고, 이 상층에 제2 절연막(105)으로서 산화 실리콘층을 성막한다.
그리고, 도2b에 도시한 바와 같이, 제2 절연막(105)상에 CVD법에 의해 고정전극(107)이 되는 도핑된 다결정 실리콘층을 성막한다. 이 때, 평탄한 막을 형성하도록 감압 CVD법 등을 이용하는 것이 바람직하다.
다음, 도2c에 도시한 바와 같이, 이 고정전극(107)이 되는 다결정 실리콘층에 마스크 패턴을 형성하여 홈을 파고, 진동자(109)의 상층에 형성되는 제2 절연막(105)을 노출한다.
마지막으로, 도2d에 도시한 바와 같이, 표면에 드러나는 제2 절연막(105)을 에칭에 의해 제거하고, 갭을 형성함과 동시에 제1 절연막(103)을 제거하여 전기기계 공진기를 형성한다.
이렇게 하여, 도1에 도시한 전기기계 공진기를 작업성 좋게 형성할 수 있다.
또한, 상기 실시예 1에서는 고정전극(107)을 기판상의 포스트로서의 제1 절연막(103)을 통하여 형성하고 있고, 진동자(109) 아래의 이 포스트에 대응하는 부분을 에칭 제거함으로써, 진동자(109)를 선택적으로 가동할 수 있다.
또한, 진동자(109)의 측면은 경사면이고, 제1 영역에서는 이 경사면에 따라 소정 간격의 갭을 두어 고정전극(107)이 대향하고 있고, 양호하게 정전력이 작용하도록 구성되어 있다.
한편, 제2 영역에서는 고정전극(107)의 측면이 단면 수직으로 되어 있고, 진동자(109)의 측면과 크게 이간한 구조로 되어 있고, 이 영역에서는 정전력이 대부 분 작용하지 않는 구조로 되어 있다.
이들 측면의 형상에 대해서는 적당히 변경가능하며, 갭 폭이 일정하게 정전력을 작용할 정도로 좁게 형성한 제1 영역과, 정전력을 고려하지 않아도 좋을 정도로 넓은 갭 폭을 갖는 제2 영역이 배설되어 있으면 좋다.
또한, 상기 실시예에서는 진동자(109)를 구성하는 단면 3각형의 빔형체를 단결정 실리콘으로 형성하기 때문에, 이 진동자(109)의 패터닝시에 실리콘의 이방성 에칭에 의해 매우 제어성이 좋게 형상가공을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 출발재료를 구성하는 재료기판으로서 실리콘 기판에 단결정 실리콘 기판을 점착하여 형성한 SOI 기판을 이용하였지만, 다결정 실리콘 또는 아몰퍼스 실리콘을 점착한 SOI 기판을 이용하여도 좋다는 것은 말할 나위도 없다. 이 때에는 단결정의 결정면에 의존하는 이방성 에칭을 에칭 종점으로서 이용하는 제어가 가능하지 않다.
(실시예 2)
다음, 본 발명의 실시예2에 대하여 설명한다. 상기 실시예에서는 갭은 에어 갭으로 하였지만, 이 변형예로서 용량 절연막(105)이 형성되어 있어도 무방하다.
도3a 및 도3b는 도1에 도시한 실시예1의 전기기계 공진기의 변형예를 나타낸 도이다. 본 실시예에서는 갭을 더 고안함으로써, 넓어진 영역과 좁아진 영역의 용량비를 최적화하는 것이다. 도3b는 도3a의 요부 확대도이다.
도3a 및 도3b에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 전기기계 공진기는 상기 실 시예1의 전기기계 공진기의 제조공정에서 갭 형성을 위한 희생으로 이용한 제2 절연막(105)을 성막한 상태에서 그대로 용량절연막으로서 이용하여 여진·검출을 행하는 용량결합형의 전기기계 공진기이다.
또한, 여기에서는 실리콘 기판(101)을 배면부터 에칭하여 진동자(109)를 보다 진동하기 쉽게 하고 있다.
(실시예 3)
도4a와 도4b 및 도5a 내지 도5h는 본 발명의 실시예3에서의 전기기계 공진기 및 그 제조방법의 단면도이다.
본 발명의 전기기계 공진기가 상기 실시예1의 전기기계 공진기와 다른 것은 고정전극(107)과 진동자(109)의 두께가 대략 같은 점이다. 이 구성에 의해, 고정전극(107)의 기계적 강도는 실시예 1 보다도 작지만, 두께를 최대한으로 살린 구조이다.
즉, 본 발명의 전기기계 공진기는 도4a에 도시한 바와 같이 고정전극과, 고정전극(107)과 갭을 통하여 형성된 진동자(109)를 구비한 공진부를 구비하고, 이 고정전극(107)의 두께 방향으로 갭이 그 폭이 일정한 제1 영역(113)과, 상기 고정전극과 상기 진동자 간의 정전용량을 무시할 정도로 큰 제2 영역(111)을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다. 진동자(109)는 단면 3각형의 빔형체를 형성하고 있고, 이 진동자의 2개의 측면에 고정전극(107)을 배치하고, 진동자(109)와 고정전극(107) 간의 갭 폭이 일정하지 않은 부분을 포함하는 에어 갭으로 구성되어 있다. 여기서 고정전극(107)의 두께는 진동자(109)의 두께와 대략 동등하도록 형성되어 있다. 상세하게는 넓은 폭의 갭(111)과 좁은 폭의 갭(113)을 가지는 에어 갭이고, 진동자(109)와 고정전극(107) 간에 좁은 폭의 갭(113)에 최대 정전력이 발생한다. 용량간에 작용하는 정전력은 폭의 2승에 비례하기 때문에 넓은 폭의 갭(111)에서는 정전력이 작고, 구동력이 약하다. 도4b는 이 갭 간격(갭 폭)에 의해 여진되는 진동 모드를 나타낸다. 좁은 폭의 갭(113)이 진동자(109)의 두께의 절반까지 겹친 경우, 그 영역에서 구동력이 작용하고, 그 결과 3각 단면빔을 진동자로 하는 비틀림 진동이 여진된다. 또한, 여기에서는 고정전극(107)의 두께는 진동자(109)의 두께와 동등하게 형성함으로써, 높이를 최대한으로 이용한 구조이다.
도5a 내지 도5h는 본 발명의 실시예3에서의 공진기 구조의 제조방법을 나타낸다. 실시예1에 있어서 도2를 참조하여 설명한 방법과 다른 것은 고정전극(107) 형성을 위한 도핑된 다결정 실리콘층의 막두께를 크게 하는 점 및 갭의 형성에 앞서 질화실리콘 막(115)으로 도핑된 다결정 실리콘층의 측벽을 피복하고 진동자(109)의 높이까지 에칭하는 공정을 부가한 점이다.
이하의 본 실시예3의 공진기 구조의 제조방법에 대하여 설명한다.
먼저, 재료기판(101)으로서 실리콘 기판 표면에 제1 절연막(103)으로서의 산화실리콘층을 통하여 단결정 실리콘 박막을 형성한 SOI 기판을 준비한다.
다음, 도5a에 도시한 바와 같이, 포토리소그라피에 의해 마스크 패턴을 형성하고, 이 마스크 패턴을 이용하여 이방성 에칭을 행함으로써, (경사각 54.7도의) 경사진 측면을 갖는 단면 3각형의 빔형체로 이루어진 진동자(109)를 형성하고, 이 상층에 제2 절연막(105)으로서 산화 실리콘층을 성막한다.
그리고, 도5b에 도시한 바와 같이, 제2 절연막(105)상에 CVD법에 의해 고정전극(107)이 되는 도핑된 다결정 실리콘층을 성막한다. 이 때, 평탄한 막을 형성하도록 감압 CVD 법 등을 이용하는 것이 바람직하다.
다음, 도5c에 도시한 바와 같이, 이 고정전극(107)이 되는 다결정 실리콘층에 마스크 패턴을 형성하여 홈을 파고 진동자(109)의 상층에 형성되는 제2 절연막(105)을 노출한다.
그 후, 질화실리콘막으로 이루어진 보호막(115)을 퇴적하고(도5d), 이방성 에칭을 실시하면 상면의 보호막(115)이 제거된다(도5e). 다음, 도5f에 도시한 바와 같이 고정전극(107)을 형성하기 위한 다결정 실리콘층을 에칭하여 막두께를 결정한다.
마지막으로, 도5g에 도시한 바와 같이, 표면에 드러나는 제2 절연막(105)을 에칭에 의해 제거하고, 갭을 형성함과 동시에 제1 절연막(103)을 제거하여 도5h에 도시한 바와 같이 전기기계 공진기를 형성한다.
이렇게 하여, 도4에 도시한 전기기계 공진기를 작업성 좋게 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에서도 상기 실시예1과 마찬가지로 고정전극(107)을 기판상의 포스트로서의 제1 절연막(103)을 통하여 형성하고, 진동자(109) 아래의 이 포스트에 대응하는 부분을 에칭 제거함으로써, 진동자(109)를 선택적으로 가동으로 할 수 있다.
또한, 진동자(109)의 측면은 경사면이고, 제1 영역에서는 이 경사면에 따라 소정 간격의 갭을 두어 고정전극(107)이 대향하고 있어 양호하게 정전력이 작용하도록 구성되어 있다.
한편, 제2 영역에서는 고정전극(107)의 측면이 단면 수직으로 되어 있고, 진동자(109)의 측면과 크게 이간한 구조로 되어 있고, 이 영역에서는 정전력이 대부분 작용하지 않는 구조로 되어 있다.
이들 측면의 형상에 대해서는 적당히 변경가능하며, 갭 폭이 일정하게 정전력을 작용할 정도로 좁게 형성한 제1 영역과, 정전력을 고려하지 않아도 좋을 정도로 넓은 갭 폭을 갖는 제2 영역이 배설되어 있으면 무방하다.
또한, 상기 실시예에서는 진동자(109)를 구성하는 단면 3각형의 빔형체를 단결정 실리콘으로 구성하고 있기 때문에, 이 진동자(109)의 패터닝시에 실리콘의 이방성 에칭에 의해 매우 제어성 좋게 형상가공을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 출발재료를 구성하는 재료 기판으로서 실리콘 기판에 단결정 실리콘 기판을 점착하여 형성한 SOI 기판을 이용하였지만, 다결정 실리콘 또는 아몰퍼스 실리콘을 점착한 SOI 기판을 이용하여도 좋다는 것은 말할나위도 없다. 이 때에는 단결정의 결정면에 의존하는 이방성 에칭을 에칭 종점으로서 이용하는 제어가 가능하지 않다.
(실시예 4)
다음, 본 발명의 실시예 4에 대하여 설명한다. 상기 실시예 3에서는 갭은 에어 갭으로 하였지만, 이 변형예로서, 용량 절연막이 형성되어 있어도 무방하다.
도6 및 도7은 도4에 도시한 실시예 3의 전기기계 공진기의 변형예를 나타낸 도이다. 본 실시예에서는 상기 실시예 2와 마찬가지로 갭을 더 고안함으로써, 넓어진 영역과 좁아진 영역의 용량비를 최적화하는 것이다.
도6에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 전기기계 공진기는 상기 실시예 3의 전기기계 공진기의 제조공정에서 갭 형성을 위한 희생층으로 이용한 제2 절연막(105)을 성막한 상태에서 그대로 용량절연막으로서 이용하여 여진·검출을 행하는 용량결합형의 전기기계 공진기이다.
일반적으로 용량의 계산식은 이하로 표현된다.
C = e × S / d = e0 × er × S / d [F]
e0 = 진공의 유전율 = 8.854E-12F/m
er = 절연막의 비유전율
d = 전극간의 거리
S = 용량면적
여기서, 공기의 비유전율(er) = 1에 대하여, 절연막으로서 좋게 사용하는 산화막(SiO2)은 4.5, 질화막(Si3N4)은 7.5 이다.
도 7은 도 6 보다 더 용량변화비를 벌기 위하여 에어 갭 영역의 절연막(105)을 제거한 구성이다.
또한, 도 8a에 변형예를 도시한 바와 같이, 기하학적인 갭 폭은 같게 하고, 유전율이 다른 재료로 유전체 갭을 구성하여도 무방하다. 즉, 제2 절연막(105)을, 높은 유전율을 갖는 제1 유전체(105a)와, 산화실리콘 등의 제2 유전체(105b)로 구성하고, 제1 유전체 갭 및 제2 유전체 갭으로 하여도 무방하다. 이것에 의해, 산화실리콘 등으로 이루어진 제1 영역과, 강유전체층으로 된 산화하프늄 HF02(er=80), 산화티탄 TiO2(er=80), BST, BaSrTiO3(er=300) 등으로 이루어진 제2 영역으로 구성하면, 동일한 갭 폭에서도, 이 유전체 갭(105a,105b)은 높은 용량비(20~60)가 확보되고, 실질적으로는 갭 폭의 비가 20 이상이면 동일하게 작용함으로써, 최적의 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 도 8b에 다른 변형예를 나타낸 바와 같이, 에어 갭(213)에 인접하도록 전극(205)에 절연성 불순물을 도핑하고, 유전체화함으로써 유전체막으로 이루어진 제2 영역(201)을 형성함으로써 에어 갭(213)과 유전체 갭(201)으로 이루어진 갭을 형성하도록 하여도 무방하다.
(실시예 5)
다음, 본 발명의 실시예 5에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는 도9a 내지 도9d에 그 제조공정을 나타낸 바와 같이 제2 영역의 넓은 폭의 갭(111) 대신에, 비도핑된(nondoped) 다결정 실리콘층으로 구성하고, 고정전극(205)을, 고농도로 도핑된 다결정 실리콘층으로 구성하고, 실질적으로 진동자(109)와 고정전극(205)의 거리를 가짐으로써, 넓은 폭의 갭과 동등한 작용을 하도록 한 것이다. 이 전기기계 공진기의 제조시에는 예를 들어 도핑전의 폴리실리콘(201)에 일부 영역을 남겨 고농도의 이온 주입을 행함으로써 결합영역(용량결합영역)을 제어하는 것이 가능하다.
제조시에는 도 5a에 도시한 상기 실시예 1과 마찬가지로 재료기판(101)으로서 실리콘 기판 표면에 제1 절연막(103)으로서의 산화실리콘층을 통하여 단결정 실리콘 박막을 형성한 SOI 기판을 준비하고, 포토리소그라피에 의해 마스크 패턴을 형성하고, 이 마스크 패턴을 이용하여 이방성 에칭을 행함으로써, 경사각 54.7도의 측면을 갖는 단면 3각형의 빔형체로 이루어진 진동자(109)를 형성하고, 이 상층에 제2 절연막(105)으로서 산화실리콘층을 성막한다.
그리고, 도9a에 도시한 바와 같이, 제2 절연막(105)상에, CVD법에 의해 고정전극이 되는 비도핑된 다결정 실리콘층(201)을 성막한다. 이 때, 평탄한 막을 형성하도록 감압 CVD법 등을 이용하는 것이 바람직하다.
다음, 도9b에 도시한 바와 같이, 넓은 폭의 갭을 형성할 영역에 마스크(203)를 형성하고 고정전극을 형성할 영역의 다결정 실리콘층(201)을 노출한다.
그 후, 이 마스크(203)를 통하여 이온 주입을 행하고(도 9c), 도 9d에 도시한 바와 같이 마스크로부터 드러나는 영역의 다결정 실리콘층을 고농도로 도핑하여 고정전극(205)을 형성한다. 한편, 마스크(203)로 피복하여 도핑되지 않은 영역은 비도핑된 다결정 실리콘층인 채로 잔류하고, 유전체 갭(201)으로서 작용한다.
이렇게 하여, 전기기계 공진기를 작업성 좋게 형성할 수 있다.
또한, 상기 실시예1에서는 기판상에 형성된 포스트로서의 제1 절연막(103)을 통하여 고정전극을 형성하고 있고, 진동자(109) 아래의 이 포스트에 대응하는 부분을 에칭 제거함으로써 진동자(109)를 선택적으로 가동할 수 있다. 진동자(109) 아래에 설치된 제1 절연막(103)의 유사한 제거 방식이 실시예 5에서의 전기기계 공진기에 적용될 수 있다.
또한, 희생층으로서의 절연막(105)은 제거하여 에어 갭을 형성하거나 절연막(105)을 남긴채라도 정전력은 작용하기 때문에, 어떻게 하여도 무방하고, 적당히 변경가능하며, 용량결합형의 전기기계 공진기는 성립하게 된다.
또한, 갭을 형성하는 공정은 도10a 및 도10b에 그 제조공정의 일부를 도시한 바와 같이 고정전극이 되는 도핑된 다결정 실리콘층(205)에 절연성 불순물을 도핑하고, 유전체화함으로써 유전체 홈으로 이루어진 제2 영역(201)을 형성하고, 상기 유전체 홈에서 연통하는 영역의 절연막을 제1 영역으로 하여 유전체 갭을 형성하도록 하여도 무방하다.
이 구성에 따르면, 마스크를 통하여 절연성 불순물을 도핑하는 것만으로 용이하게 넓은 폭의 유전체 갭을 갖는 제2 영역을 형성할 수 있다.
또한, 상기 갭을 형성하는 공정은 절연막을 제거하여 에어 갭을 형성한 후에 상기 에어 갭에 연결되도록 상기 전극에 절연성 불순물을 도핑하고, 유전체화함으로써 유전체 홈으로 이루어진 제2 영역을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 에어갭과 유전체 갭으로 이루어진 갭을 형성하도록 하여도 무방하다.
이 구성에 따르면, 일부 희생층을 제거하여 에어 갭으로 하고, 일부를 유전 체 갭으로 구성할 수 있다.
또한, 경사면을 갖도록 에칭하고 단면 3각형의 진동자를 형성한 후, 이 진동자의 상층에 절연층을 성막하는 공정과, 상기 절연층의 상층에 도전체층을 형성하는 공정과, 상기 도전체층을 수직방향으로 에칭함으로써 상기 절연층에 도달하는 상기 홈을 형성하는 공정을 포함한다.
이것에 의해, 절연층에 도달하는 홈이 넓은 폭의 에어 갭이 되어 용이하게 형성 가능하다. 이 절연층을 제거함으로써 일정 폭의 에어 갭을 구성할 수 있다.
또한, 재료기판에 홈을 형성하는 공정과, 상기 홈에 절연막을 형성하는 공정과, 상기 홈을 도전체층으로 채우는 공정과, 마스크 패턴을 형성하여 상기 기판의 경사방향으로 상기 도전체층을 에칭하도록 하여도 무방하다.
이 구성에 의해서도, 용이하게 넓은 폭의 에어 갭을 형성할 수 있다. 또한, 홈을 도전체층으로 채우는 공정은 홈을 형성하고 절연막을 형성한 후 도전체층을 형성하고 에치백 또는 CSP 등에 의해 평탄화함으로써 용이하게 형성가능하다. 여기에서는 이 홈내에 충전되는 도전체층이 진동자 또는 고정전극을 구성하게 된다.
(실시예 6)
다음, 본 발명의 실시예6에 대하여 설명한다. 상기 실시예3에서는 기판상에 하나의 공진부를 갖는 예에 대하여 설명하였지만, 본 실시예에서는 기판상에 다른 복수의 공진부를 갖는 예에 대하여 설명한다.
도11은 본 발명의 실시예 6에서의 전기기계 공진기, 도12는 그 제조방법의 단면도이다.
도11은 이 완성도이고, 1매의 기판상에 다른 공진주파수를 가지는 전기기계 공진기를 복수 늘어놓아 형성한 구성을 나타낸다. 부호 121은 사다리꼴 단면빔을 가지는 제1 진동자를 나타내고, 부호 123은 사이즈가 큰 사각형의 제2 진동자이다. 또한, 고정전극(107)은 동 레이어 사이에 형성되고, 제2 진동자(123)와 고정전극(107) 사이에 형성되는 갭은 균일한 폭을 가진다. 한편, 제1 진동자(121)의 갭은 상기 실시예1과 마찬가지로 균일한 갭 폭을 갖는 제1 영역과, 넓은 폭의 갭 폭을 갖는 제2 영역으로 구성되어 있다. 제2 영역에서는 진동자(121)와 전극(107)의 간격이 넓어지는 영역이 생긴다.
이 구성에 의해, 제1 진동자(121)와 제2 진동자(123)는 다른 진동모드로 여기되기 때문에 공진 주파수가 다르고, 그 결과 복수의 주파수에 대응가능한 전기기계 공진기를 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 공진주파수가 다른 공진기를 2개 늘어놓은 실시예이지만, 동 레이어 간에 형성하는 고정전극과 진동자 사이에서 생기는 일정 갭 폭의 오버랩 영역은 자유롭게 변경할 수 있기 때문에, 2개 이상의 병렬화도 가능하다.
본 발명의 실시예 6의 전기기계 공진기의 제조방법을 도12a 내지 도12f에 나타낸다. 이 제조방법에 대해서는 진동자의 패터닝을 위한 포토마스크가 다를 뿐 도2a 내지 도2d에 도시한 실시예1과 동일한 공정으로 실현가능하기 때문에, 설명을 생략한다. 여기서 실시예3에 도시한 단면 3각빔(109) 대신에 단면 사다리꼴의 빔(121,123)을 형성하는 점이 실시예1과 다른 점이다.
(실시예 7)
도13 및 도14는 본 발명의 실시예7에서의 전기기계 공진기 및 그 제조방법의 단면도이다.
상기 실시예 1 내지 4에서는 진동자로서 단면 3각빔을 이용하고, 경사면에 갭을 형성하였지만, 본 실시예에서는 진동자(153,155,157)의 측면은 기판표면에 대하여 수직이도록 하고, 넓은 폭의 갭을 형성할 영역만을 고정전극(151)의 단면을 테이퍼 단면이 되도록 하고 있다. 그 외에 대해서는 상기 실시예6의 전기기계 공진기와 동일하다.
본 실시예에서는 실리콘 기판(101) 표면에 제1 절연막(103)을 통하여 다결정 실리콘층(도전체층)(151)에 홈(171)을 파고, 단면 직사각형의 진동자(153,155,157)를 형성한 전기기계 공진기를 나타낸다. 고정전극(151)은 이들 진동자에 대하여 공진기의 공진 주파수에 최적인 전극 배치가 행해지기 때문에, 넓은 폭과 좁은 폭의 갭을 가지는 경사를 이용한 전극을 형성한다.
도 14a 내지 도 14e에 그 제조방법을 나타낸다. 도 14a에서는 상기 실시예1과 마찬가지로 SOI 기판을 출발재료로 하고, 다결정 실리콘층(151)에 홈(171)을 파고, 질화실리콘막으로 이루어진 제1 보호막(173)을 형성한다.
다음, 도14b에 도시한 바와 같이, 진동자가 되는 다결정 실리콘층(도전체층)(175)을 퇴적하고, 에치백에 의해 상면층을 제거한다.
그 후, 도14c에 도시한 바와 같이, 질화실리콘막으로 이루어진 제2 보호막(177)을 성막하고 포토리소그라피에 의해 패터닝한다.
그리고, 이 제2 보호막(177)을 마스크로서 에칭을 행하고, 이 때 양의 테이퍼 단면 형상을 형성한다. 이것은 예를 들면 이온빔 에칭(IBE)이나 결정 이방성 에칭등에 의한 공정으로 간단하게 실현가능하다(도14d).
마지막으로, 제1 보호막(173)과 제1 절연막(103)을 제거하여 진동자(153)를 기판(101)에서 개방한다.
이렇게 하여 협 갭폭의 제1 영역(163)과, 넓은 갭의 제2 영역(161)을 구비한 전기기계 공진기가 형성된다.
여기서 이용한 제1 및 제2 보호막은 에칭의 마스크가 되는 재료이면 무방하고, 절연성 재료에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 보호막(173)을 제거하지 않고 잔류시켜 유전체 갭으로서 이용하는 경우에는 소망하는 유전율을 갖는 유전체막을 이용하도록 하면 무방하다.
(실시예 8)
다음, 본 발명의 실시예8에 대하여 설명한다. 상기 실시예6에서는 기판상에 다른 복수의 공진부를 갖는 예에 대하여 설명하였지만, 본 실시예에서는 동일한 구조에 있어서 고정전극의 두께를 공진부를 구성하는 진동자의 두께보다 두껍게 구성한 예에 대하여 설명한다.
도15a 내지 도15d는 본 발명의 실시예8에서의 전기기계 공진기의 제조방법의 단면도이다.
도15d는 이 완성도이고, 1매의 기판상에 다른 공진주파수를 가지는 전기기계 공진기를 복수 늘어놓아 형성한 구성을 나타낸다. (121)은 사다리꼴 단면빔을 가지는 제1 진동자를 나타내고, (123)은 사이즈가 큰 사각형의 제2 진동자이다. 또한, 고정전극(107)은 동 레이어로 형성되고, 제2 진동자(123)와 고정전극(107) 사이에 형성되는 갭은 균일한 폭을 갖는다. 한편, 제1 진동자(121)의 갭은 상기 실시예1과 마찬가지로 균일한 갭 폭을 갖는 제1 영역과, 넓은 폭의 갭폭을 갖는 제2 영역으로 구성되어 있다. 제2 영역에서는 진동자(121)와 전극(107)의 간격이 넓어지는 영역이 생긴다.
이 구성에 의해, 제1 진동자(121)와 제2 진동자(123)는 다른 진동모드로 여기되기 때문에 공진주파수가 다르고, 그 결과 복수의 주파수에 대응가능한 전기기계 공진기를 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 공진주파수가 다른 공진기를 2개 늘어놓은 실시예이지만, 동 레이어간에 형성하는 고정전극과 진동자 사이에 생기는 일정 갭폭의 오버랩 영역은 자유롭게 변경할 수 있기 때문에 2개 이상의 병렬화도 가능하다.
본 발명의 실시예8의 전기기계 공진기의 제조방법을 도15a 내지 도15d에 나타낸다. 이 제조방법에 대해서는 진동자의 패터닝을 위한 포토마스크가 다를 뿐 도 2a 내지 도2d에 도시한 실시예1과 동일한 공정으로 실현가능하기 때문에 설명을 생략한다. 여기서 실시예 1에 도시한 단면 3각빔(109) 대신에 단면 사다리꼴의 빔(121,123)을 형성하는 점이 실시예 1과 다른 점이다.
(실시예 9)
도16 및 도17a 내지 도17e는 본 발명의 실시예9에서의 전기기계 공진기 및 그 제조방법의 단면도이다.
본 실시예의 전기기계 공진기는 상기 실시예 1에서는 고정전극(107)의 두께와 진동자의 두께가 대략 같은 경우에 대하여 설명하였지만, 본 실시예에서는 고정전극(107)의 두께가 진동자의 두께보다도 작은 경우에 대하여 설명한다.
본 발명의 전기기계 공진기는 도16에 도시한 바와 같이 고정전극(107)과, 고정전극(107)과 갭을 통하여 형성된 진동자(109)를 구비한 공진부를 구비하고, 고정전극(107)의 두께가 진동자(109)보다도 얇기 때문에 결과적으로 진동자의 두께 방향으로 고정전극(107)의 갭이 그 폭이 일정한 제1 영역과, 고정전극이 존재하지 않는 결과, 고정전극과 진동자 사이의 정전용량을 무시할 정도로 큰 제2 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다. 진동자(109)는 단면 3각형의 빔형체를 형성하고, 이 진동자의 2개의 측면의 소정 높이까지 고정전극(107)을 배치하고 진동자(109)의 일부에는 고정전극(107)이 대향하지 않는 부분을 포함하는 에어 갭으로 구성되어 있다. 상세하게는 넓은 폭의 갭(111)과 좁은 폭의 갭(113)을 가지는 에어 갭이며, 진동자(109)와 고정전극(107) 사이에 좁은 폭의 갭(113)에 최대 정전력이 발생한다. 용량간에 작용하는 정전력은 폭의 2승에 비례하기 때문에, 넓은 폭의 갭(111)에서는 정전력이 대부분 생기지 않고 구동력이 약하다.
도17a 내지 도17e는 본 발명의 실시예9에서의 공진기 구조의 제조방법을 나 타낸다.
먼저, 재료기판(101)으로서 실리콘 기판표면에, 제1 절연막(103)으로서의 산화실리콘층을 통하여 단결정 실리콘 박막을 형성한 SOI 기판을 준비한다.
다음, 포토리소그라피에 의해 마스크 패턴을 형성하고, 이 마스크 패턴을 이용하여 이방성 에칭을 행함으로써, (경사각 54.7도의) 경사진 측면을 갖는 단면 3각형의 빔형체로 이루어진 진동자(109)를 형성하고 이 상층에 제2 절연막(105)으로서 산화실리콘층을 성막한다.
그리고 도17a에 도시한 바와 같이 제2 절연막(105)상에 CVD법에 의해 고정전극(107)이 되는 도핑된 다결정 실리콘층을 성막한다. 이 때, 단차상에도 균일한 막을 형성하도록 감압 CVD법 등을 이용하는 것이 바람직하다.
그리고 도17b에 도시한 바와 같이 고정전극(107)이 되는 도핑된 다결정 실리콘층상에 레지스트 R를 도포한다.
그리고 도17c에 도시한 바와 같이 진동자 표면의 정상부만 고정전극(107)이 되는 도핑된 다결정 실리콘층이 드러나도록 레지스트 에치백법에 의해 레지스트를 소정의 깊이까지 제거한다.
이 후, 도17d에 도시한 바와 같이 이 레지스트 R를 마스크로 하여 도핑된 다결정 실리콘층을 제거한다.
마지막으로, 도17d에 도시한 바와 같이 표면에 드러나는 제2 절연막(105)을 에칭에 의해 제거하여 갭을 형성함과 동시에 제1 절연막(103)을 제거하여 전기기계 공진기를 형성한다.
이렇게 하여 도16에 도시한 전기기계 공진기를 작업성 좋게 형성할 수 있다.
또한, 상기 실시예9에서는 고정전극(107)을 기판상의 포스트로서의 제1 절연막(103)을 통하여 형성하고, 진동자(109)와 대향하는 고정전극의 두께를 얇게 하고, 진동자의 측벽에 따르도록 형성함으로써 소망하는 폭의 정전력 생성영역을 형성할 수 있다.
고정전극의 두께가 진동자의 두께보다도 얇기 때문에, 강도적으로는 뒤떨어지지만, 마스크 변경에 의해 용이하게 대향영역을 결정할 수 있게 하는 이점이 있다.
본 발명의 상기 목적 및 장점들은 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 보다 명백해질 것이다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 실시예 1에서의 전기기계 공진기의 단면도.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 실시예 1에서의 전기기계 공진기의 제조방법을 나타낸 단면도.
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예 2에서의 전기기계 공진기를 나타낸 도.
도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예 3에서의 전기기계 공진기를 나타낸 도.
도 5a 내지 5h는 본 발명의 실시예 3에서의 전기기계 공진기 제조방법을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예 4에서의 전기기계 공진기를 나타낸 도.
도 7은 본 발명의 실시예 4에서의 전기기계 공진기를 나타낸 도.
도 8a 및 8b는 본 발명의 실시예 4에서의 전기기계 공진기의 제조공정을 나타낸 도.
도 9a 내지 9d는 본 발명의 실시예 5에서의 전기기계 공진기를 나타낸 도.
도 10a 및 10b는 본 발명의 실시예 5에서의 전기기계 공진기의 제조공정을 나타낸 도.
도 11은 본 발명의 실시예 6에서의 전기기계 공진기를 나타낸 도.
도 12a 내지 12f는 본 발명의 실시예 6에서의 전기기계 공진기의 제조 공정을 나타낸 도.
도 13은 본 발명의 실시예 7에서의 전기기계 공진기를 나타낸 도.
도 14a 내지 14e는 본 발명의 실시예 7에서의 전기기계 공진기의 제조 공정을 나타낸 도.
도 15a 내지 15d는 본 발명의 실시예 8에서의 전기기계 공진기의 제조 공정을 나타낸 도.
도 16은 본 발명의 실시예 9에서의 전기기계 공진기를 나타낸 도.
도 17a 내지 17e는 본 발명의 실시예 9에서의 전기기계 공진기의 제조공정을 나타낸 도.
도 18은 종래예의 전기기계 공진기를 나타낸 도.
도 19는 종래예의 전기기계 공진기를 나타낸 도.

Claims (21)

  1. 고정전극과, 상기 고정전극과 갭을 통하여 형성된 진동자를 구비한 공진부를 구비하고,
    상기 갭은 상기 고정전극의 두께 방향으로 배치된 제1 갭 영역과 제2 갭 영역을 가지며,
    상기 제1 갭 영역은 상기 제2 갭 영역과 폭이 다른 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 갭 영역의 폭은 일정하고,
    상기 제2 갭 영역은 상기 고정전극과 상기 진동자 사이의 정전용량을 무시할 정도의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정전극은 제1 및 제2 고정전극을 가지며,
    상기 진동자는 상기 제1 및 제2 고정전극의 사이에 갭을 통하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 갭이 에어갭만인 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 갭이 에어갭과 유전체갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 갭이 유전체갭만인 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진동자는 단결정 실리콘인 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 진동자는 폴리실리콘인 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고정전극은 기판에 소정의 지지부를 통하여 형성되고,
    상기 진동자의 측면은 상기 기판표면에 대하여 경사면을 구성하는 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고정전극은 기판에 소정의 지지부를 통하여 형성되고,
    상기 진동자의 측면은 상기 기판표면에 대하여 수직인 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고정전극의 두께가 상기 진동자의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 고정전극의 두께가 상기 진동자의 두께와 동등한 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 고정전극의 두께가 상기 진동자의 두께보다도 얇은 것을 특징으로 하는전기기계 공진기.
  14. 제1항에 있어서,
    기판상에 공진주파수가 다른 복수의 공진부를 구비한 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 공진부는 각각 상기 고정 전극과 상기 진동자를 갖는 제1 공진부와 제2 공진부로 구성되고,
    상기 제1 공진부의 상기 제1 갭 영역이 상기 제2 공진부의 상기 제1 갭 영역과 폭이 다른 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기.
  16. 기판에 제1 전극을 형성하는 공정;
    상기 제1 전극의 상층에 절연막을 성막하는 공정;
    상기 절연막의 상층에 도전체층을 형성하고, 상기 도전체층을 평탄화하여 제2 전극을 형성하는 공정; 및
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 갭을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 전극중 하나는 고정전극이고, 상기 제1 및 제2 전극중 다른 하나는 진동자이고,
    상기 갭은 상기 고정전극의 두께 방향으로 배치된 제1 갭 영역과 제2 갭 영역을 가지고,
    상기 제1 갭 영역은 상기 제2 갭 영역과 폭이 다른 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 갭을 형성하는 공정은,
    상기 도전체층에 상기 고정전극과 상기 진동자 간의 정전력을 무시할 정도로 폭이 큰 상기 제2 갭 영역이 되는 홈을 형성하는 공정; 및
    상기 홈에서 노출되는 상기 절연막을 제거하여 상기 제1 갭 영역이 되는 에어 갭을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 갭을 형성하는 공정은,
    상기 도전체층에 불순물을 도핑하여 상기 고정전극과 상기 진동자 간의 정전력을 무시할 정도의 폭을 갖는 상기 제2 갭 영역이 되는 유전체 홈을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 유전체 홈과 연통하는 상기 절연막은 상기 제1 갭 영역이 되는 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기 제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 갭을 형성하는 공정은,
    상기 절연막을 제거하고 에어갭을 형성하는 공정과,
    상기 에어갭에 연통되는 상기 도전체층의 일부에 절연성 불순물을 도핑하여 상기 제2 갭 영역이 되는 유전체 홈을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기 제조방법.
  20. 제17항에 있어서,
    경사면을 갖도록 에칭하여 단면 3각형의 진동자를 형성한 후, 상기 진동자의 상층에 절연층을 성막하는 공정;
    상기 절연층의 상층에 도전체층을 형성하는 공정; 및
    상기 도전체층을 수직방향으로 에칭함으로써 상기 절연층에 도달하는 상기 홈을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기 제조방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 갭을 형성하는 공정은,
    상기 기판에 홈을 형성하는 공정;
    상기 홈에 상기 절연층을 성막하는 공정;
    상기 홈에 도전체층을 충전하는 공정; 및
    상기 도전체층을 경사방향으로 에칭함으로써 상기 절연층에 도달하는 상기 홈을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계 공진기 제조방법.
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