WO2010147156A1 - 共振器およびその製造方法 - Google Patents

共振器およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2010147156A1
WO2010147156A1 PCT/JP2010/060224 JP2010060224W WO2010147156A1 WO 2010147156 A1 WO2010147156 A1 WO 2010147156A1 JP 2010060224 W JP2010060224 W JP 2010060224W WO 2010147156 A1 WO2010147156 A1 WO 2010147156A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vibration
vibration member
resonator
insulating film
main surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/060224
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健一郎 鈴木
晃正 玉野
光広 岡田
昌也 競
Original Assignee
三洋電機株式会社
学校法人立命館
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三洋電機株式会社, 学校法人立命館 filed Critical 三洋電機株式会社
Priority to JP2011519818A priority Critical patent/JP5376472B2/ja
Publication of WO2010147156A1 publication Critical patent/WO2010147156A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/0072Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks of microelectro-mechanical resonators or networks
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/05Holders; Supports
    • H03H9/10Mounting in enclosures
    • H03H9/1057Mounting in enclosures for microelectro-mechanical devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/24Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive
    • H03H9/2405Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive of microelectro-mechanical resonators
    • H03H9/2447Beam resonators
    • H03H9/2463Clamped-clamped beam resonators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02244Details of microelectro-mechanical resonators
    • H03H2009/02488Vibration modes
    • H03H2009/02519Torsional

Definitions

  • the present invention relates to a resonator and a manufacturing method thereof.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the micromechanical resonator created by such MEMS technology is suitably used for RF radio such as a remote keyless entry system and spread spectrum communication.
  • An example of a MEMS filter using a micromechanical resonator created by such a MEMS technology is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-41911 (Patent Document 1).
  • the MEMS filter device described in this document includes a resonator.
  • the resonator included in this resonator has a square plate shape, is arranged parallel to the substrate surface and spaced from the substrate, and is supported by a cylinder connected to the substrate surface.
  • Non-Patent Document 1 RF-MEMS filters using a silicon process with high affinity to semiconductor processes are published by Akinori Hashimura et al., “Development of RF-MEMS Filters Using Torsional Vibration”, IEICE Technical Report, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers. , IEICE Technical Report NW2005-185 (2006-3) (Non-Patent Document 1). In this document, it is introduced that a resonator using a torsional vibration mode is effective in achieving both miniaturization and high Q factor.
  • a resonator in which a beam-like vibration member is installed on a substrate can be considered. In that case, it arrange
  • the vibration member portion is uniquely formed of Si.
  • a desired electrode pattern and lead-out wiring are formed on the surface of a separately prepared glass substrate by a conductor film.
  • the separately produced vibrating member and glass substrate are anodically bonded to each other.
  • it is desired that the lower surface of the vibration member is opposed to the surface of the substrate through a gap as narrow as possible, but conventionally, it has been difficult to make the gap less than 1 ⁇ m.
  • the anodic bonding process since a voltage of several hundred volts is applied under the condition of several hundred degrees Celsius, there is a problem that sticking occurs between the vibrating member and the electrode on the substrate surface.
  • the present invention provides a MEMS resonator using a torsional vibration mode, which has a structure in which the substrate surface and the lower surface of the vibration member face each other with a sufficiently narrow gap, and can be easily manufactured, and
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method thereof.
  • a resonator includes a base material having a flat main surface, a layered anchor portion fixed to the main surface, and a layered structure fixed to the main surface and having conductivity. And a vibration member having a beam shape and a layer shape which are joined to the upper surface of the anchor portion via an insulating film and are developed two-dimensionally, and formed on the main surface, with respect to the vibration imparting portion.
  • a lead wire extending to the outside of the region covered with the vibration member as viewed from above, and the upper surface of the vibration applying portion is connected to the lower surface of the vibration member.
  • a torsional vibration can be generated for at least a part of the vibration member by generating a potential difference therebetween, and the thickness of the insulating film is substantially equal to a part of the lower surface of the vibration member. Opposite through a distance gap
  • the gap between the vibration applying portion and the vibration member can be formed by etching using the insulating film of the SOI substrate as a sacrificial layer, the resonator capable of easily producing a very narrow gap It can be.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view taken along the line XXVII-XXVII in FIG. 26.
  • FIG. 1 shows the resonator viewed from above
  • FIG. 2 shows the resonator viewed from the side.
  • the resonator 101 includes a base material 1 having a flat main surface 1u, layered anchor portions 2a and 2b fixed to the main surface 1u, and a layered vibration applying to the main surface 1u and having conductivity.
  • the portion 3 is bonded to the upper surfaces of the anchor portions 2a and 2b via the insulating film 5 and is formed on the main surface 1u and the beam-like and layer-like vibrating member 4 that is two-dimensionally developed.
  • a lead wire 6 that extends to the outside of the region covered with the vibration member 4 when viewed from above, and the upper surface 3u of the vibration applying portion 3 has a vibration member.
  • An insulating film is formed on a part of the lower surface 4w of the vibration member 4 so that a torsional vibration can be generated on at least a part of the vibration member 4 by generating a potential difference with the lower surface 4w of the vibration member 4.
  • the lead-out wiring 6 extends in the vicinity of the outer peripheral edge of the substrate 1.
  • An external connection electrode 7 is provided at the tip of the lead wire 6 near the outer peripheral edge.
  • the vibration member 4 includes block-like portions 4a and 4b arranged at both ends and a beam-like portion 4c arranged at the center. Of the vibrating member 4, the beam-like portion 4 c actually performs torsional vibration.
  • the gap 11 between the vibration applying portion 3 and the vibration member 4 can be formed by etching using the insulating film of the SOI substrate as a sacrificial layer, so that a very narrow gap can be easily formed. It can be set as the resonator which can be produced.
  • the anchor portions 2a and 2b, the vibration applying portion 3, the insulating film 5, and the vibration member 4 described above are formed by etching an SOI substrate. Since it is manufactured using an SOI substrate, it is a resonator that can be easily manufactured, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the vibration member is not limited to the shape shown in FIG. 1, and may be other shapes as long as the shape can use the torsional vibration mode.
  • This manufacturing method includes a step of bonding both after performing several steps on both the SOI substrate and the glass substrate.
  • Steps performed on the SOI substrate side First, steps performed on the SOI substrate side will be described.
  • an SOI (Silicon on Insulator) substrate 51 is prepared.
  • the Si layer 21, the SiO 2 layer 22, and the Si layer 23 are laminated in order from the bottom, and oxide films 20a and 20b are formed on both the front and back surfaces.
  • the oxide films 20a and 20b are SiO 2 films.
  • the oxide films 20a and 20b on both sides are removed with hydrofluoric acid (HF), and the state shown in FIG. 4 is reached.
  • HF hydrofluoric acid
  • this step using hydrofluoric acid is not necessary and starts from the state shown in FIG. A part of this Si layer 21 will be an anchor part and a vibration imparting part later.
  • a Cr film 24 is formed on the lower surface of the SOI substrate 51.
  • the Cr film 24 is patterned to form a Cr pattern 25 as shown in FIG.
  • the Cr pattern 25 corresponds to the shape of an anchor portion, a vibration applying portion, or the like.
  • a resist is applied so as to cover the Cr pattern 25, and a resist layer 26 is provided as shown in FIG. Photoresist is performed and the resist layer 26 is patterned. As a result, a resist pattern 27 is obtained as shown in FIG. Using this resist pattern 27 as a mask, inductively coupled plasma etching (hereinafter referred to as “ICP etching”) is performed on the Si layer 21. As a result, the Si layer 21 is partially removed to reach the structure shown in FIG. As shown in FIG. 10, the resist pattern 27 is removed. The Si layer 21 is further etched using the Cr pattern 25 as a mask to obtain the structure shown in FIG. The portion of the Si layer 21 that is not covered with the Cr pattern 25 is lower as the removal proceeds than the portion that is covered.
  • ICP etching inductively coupled plasma etching
  • the Cr pattern 25 is removed to obtain the structure shown in FIG. This structure is washed with sulfuric acid / hydrogen peroxide and hydrofluoric acid. Note that “sulfuric acid / hydrogen peroxide” is a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution, and sulfuric acid and hydrogen peroxide solution.
  • a glass substrate 61 is prepared as shown in FIG. In the state shown in FIG. 13, the glass substrate 61 includes the glass layer 31. As shown in FIG. 14, a Ti film 32 is formed on the upper surface of the glass substrate 61. As shown in FIG. 15, a Pt film 33 is formed on the upper surface of the glass substrate 61. As shown in FIG. 16, an Au film 34 is formed on the upper surface of the glass substrate 61. Thus, a laminate of three types of metal films is completed on the upper surface of the glass substrate 61. As shown in FIG. 17, the laminate of these three types of metal films is patterned so as to have a wiring shape.
  • a resist is applied on the upper surface to form a resist layer 41.
  • the resist layer 41 is patterned to form a resist pattern 42 as shown in FIG.
  • ICP etching is performed on the upper surface of the structure using the resist pattern 42 as a mask.
  • the Si layer 23 is partially removed to reach the structure shown in FIG.
  • the resist pattern 42 is removed to reach the structure shown in FIG.
  • a portion 23 i separated into an island shape at the center of the Si layer 23 is to be the vibration member 4 later.
  • ICP etching is performed on the entire surface of the Si layer 23 to adjust the thickness.
  • the SiO 2 layer 22 is removed with hydrofluoric acid (HF). Thereby, the structure shown in FIG. 23 can be obtained.
  • the vibration applying unit 3 since the area of the remaining SiO 2 layer 22 is small, the SiO 2 layer 22 is completely removed, and a gap 11 is formed between the vibration applying unit 3 and the vibration member 4.
  • the area of the SiO 2 layer 22 was originally large, so that the SiO 2 layer 22 in each portion was removed from the outer peripheral portion to reduce the area, but it was completely removed. Not in.
  • the SiO 2 layer 22 used in this way is also called a “sacrificial layer”.
  • the sealing member 43 is put on the upper side.
  • the sealing member 43 may be separately manufactured using another glass substrate.
  • a commercially available lid member referred to as “LID” may be appropriately used as the sealing member 43 for sealing electronic components and the like.
  • the sealing member 43 has a structure that does not directly contact the vibration member 4 by having the concave portion 43c on the lower surface, that is, the surface facing the glass layer 31 side.
  • FIG. 25 shows a plan view of an example of a resonator manufactured using such a manufacturing method.
  • the dimensional ratio, the detailed structure, and the like may be different from those manufactured up to FIG. 24, but the technical idea is common.
  • FIG. 25 shows a state where the sealing member 43 is removed.
  • the vibration member 4 is surrounded by the outer wall member 8. Since this figure is a plan view, only the rectangular block-like portions 4a and 4b, which are part of the vibration member 4, are visible at both the left and right ends of the vibration member 4, but in reality, behind the block-like portions 4a and 4b.
  • the outer wall member 8 has an anchor portion 2a, 2b made of an Si layer so as to be in contact with the main surface 1u, an insulating film 5 on top of the anchor portion 2a, 2b, and a vibrating member 4 made of an Si layer on the insulating film 5.
  • the outer wall member 8 also has a laminated structure of an Si layer, an insulating film 5, and an Si layer from the side close to the main surface 1u.
  • an SOI substrate 51 having a large area is used, and the outer wall member 8 is also formed by patterning in the same manner as the vibration member 4, the anchor portions 2a and 2b, the vibration applying portion 3, and the like. What should I do? By doing so, a structure including the outer wall member 8 can be obtained by bonding the SOI substrate and the base material.
  • the laminated body composed of the Ti film 32, the Pt film 33, and the Au film 34 is displayed as the lead-out wiring 6 and the external connection electrode 7 in FIG.
  • the lead-out wiring 6 arranged on the main surface 1u from the lower side to the outer side of the vibration member 4 extends outside the outer wall member 8 so as to pass through one place of the outer wall member 8.
  • the lead-out wiring 6 reaches the vicinity of the outer edge of the substrate 1, and the external connection electrode 7 is disposed at the end of the lead-out wiring 6.
  • the nitride film 9 is formed by CVD (Chemical Vapor Deposition) after a process of bonding an SOI substrate that has been subjected to predetermined processing and a glass substrate as a base material.
  • a horizontally long rectangle indicated by a two-dot chain line indicates a contour shape of the recess 43c provided on the back surface of the sealing member 41.
  • the outer wall member 8 has a notch 10 on the outer periphery.
  • the main surface 1 u of the base material 1 is exposed at the notch 10, and the external connection electrode 7 is disposed so as to be located within the notch 10. Therefore, electrical connection to the external connection electrode 7 can be performed using the notch 10.
  • the lead-out wiring 6 is arranged so as to cross right below a portion that becomes a node when the torsional vibration is caused in the beam-like portion 4c.
  • the lead-out wiring 6 extending from the vibration applying portion 3 is a beam at the center of the branch portion of the beam-like portion 4c. Intersects with the shaped portion 4c.
  • the lead wiring 6 is arranged so as to extend along the trunk portion of the beam-like portion 4c and to pass under the block-like portion 4b. Also good.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view taken along the line XXVII-XXVII in FIG.
  • the lead wiring 6 passes through the inside of a groove provided on the lower surface of the block-like portion 4b and is drawn to the outside of the block-like portion 4b. It is the same as the example shown in FIG. 25 in that it passes under the outer wall member 8 and reaches the external connection electrode 7.
  • This manufacturing method is a manufacturing method for obtaining any one of the resonators described in the first embodiment, and the first and second silicon layers are laminated so as to sandwich an insulating film therebetween.
  • the first patterning step (FIGS. 3 to 12) is performed on the SOI substrate 51, but the second patterning step is not yet performed (FIG. 12).
  • the step of bonding the SOI substrate 51 to the base material (FIG. 17) (FIG. 18) is completed, and then the second patterning step (FIGS. 19 to 22) is performed.
  • both the first and second patterning steps may be performed on the SOI substrate and then bonded to the base material.
  • the second patterning step is preferably performed after the bonding step because the structure is easily supported.
  • FIGS. The step of separating the vibration applying portion and the vibration member while maintaining the connection state through the insulating film between the anchor portion and the vibration member by etching the insulating film” is shown in FIGS.
  • the connection state between the anchor portions 2a and 2b and the vibration member 4 via the insulating film 22 is maintained, while the removal of the insulating film 22 has progressed between the vibration applying portion 3 and the vibration member 4.
  • the vibration applying unit 3 and the vibration member 4 are separated.
  • the SOI substrate and the base material separately processed are bonded together, and the insulating film contained in the SOI substrate is used as a sacrificial layer, and the insulating film is partially removed.
  • a gap is formed between the vibration applying portion and the vibration member to constitute a resonator. Therefore, a structure in which the substrate surface and the lower surface of the vibration member face each other with a sufficiently narrow gap can be easily and accurately established. Can be produced.
  • the planar shape of the vibration member 4 is a shape in which two rectangular frame structures are arranged, one on each side (upper and lower in FIG. 1) across the central beam (“medium”).
  • the planar shape of the vibration member 4 may be any other shape as long as it can generate torsional vibration.
  • the shape which connected many more rectangles may be sufficient.
  • the vibration applying unit 3 is provided at one location, but the vibration applying unit may be provided at a plurality of locations on the single substrate 1.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

【課題】ねじり振動を利用した共振器において、基板表面と振動部材下面とが十分に狭い間隙で対向した構造を有し、容易に製造可能な共振器とする。 【解決手段】共振器は、平坦な主表面1uを有する基材1と、主表面1uに固定された層状のアンカ部2a,2bと、導電性を有する層状の振動付与部3と、アンカ部2a,2bの上面に対して絶縁膜5を介して接合され2次元的に展開する梁状かつ層状の振動部材4と、振動付与部3に対して電気的に接続されており、上から見て振動部材に被覆される領域の外側にまで延在している引出配線6とを備え、振動付与部3の上面3uは、振動部材4の下面4wとの間に電位差を生じさせることによって振動部材4の少なくとも一部に対してねじり振動を発生させることができるように、振動部材4の下面4wの一部に対して、絶縁膜5の厚さとほぼ等しい距離の間隙11を介して対向している。

Description

共振器およびその製造方法
 本発明は、共振器およびその製造方法に関するものである。
 近年、半導体分野における微細加工技術を利用して、微細な機械構造を電子回路と一体化して形成するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術が開発されており、フィルタや共振器への応用が検討されている。
 なかでもこのようなMEMS技術で作成されたマイクロメカニカル共振器は、リモートキーレスエントリシステム、スペクトラム拡散通信等のRF無線に好適に使用される。このようなMEMS技術で作成されたマイクロメカニカル共振器を利用したMEMSフィルタの一例が特開2006-41911号公報(特許文献1)に開示されている。この文献に記載されたMEMSフィルタ装置は、共振器を備える。この共振器に含まれる振動子は、正方形の板状のものであって、基板表面と平行で、なおかつ基板から離隔するように配置され、基板表面に連結された円柱で支持されている。共振器の各辺に対して所定間隔を隔てて対向するように形成された固定電極に交流電圧を印加することによって、この振動子と固定電極との間に静電気力が発生し、共振器が振動する仕組みとなっている。この場合、振動子の各辺の中心と角とが水平振動する。共振器同士が連結体で連結されている場合は、連結体は縦振動を伝えることとなる。
 また、半導体プロセスと親和性が高いシリコンプロセスを用いたRF-MEMSフィルタが、橋村 昭範ら、「ねじり振動を用いたRF-MEMSフィルタの開発」,信学技報,社団法人電子情報通信学会発行,IEICE Technical Report NW2005-185(2006-3)(非特許文献1)で提案されている。この文献では、小型化と高Q値化の両立にねじり振動モードを利用した共振器が有効であることが紹介されている。
特開2006-41911号公報
橋村 昭範ら、「ねじり振動を用いたRF-MEMSフィルタの開発」,信学技報,社団法人電子情報通信学会発行,IEICE Technical Report W2005-185(2006-3)
 ねじり振動モードを利用したMEMS共振器としては、基板上に梁状の振動部材を設置したものが考えられる。その場合、基板の表面に対して、振動部材の下面が離隔して対向するように配置される。
 このような構造を作製するためには、まず、振動部材の部分はSiで独自に形成される。一方、別途用意されたガラス基板の表面には導電体膜によって所望の電極パターンや引出配線が形成される。このように別々に作製された振動部材とガラス基板とが互いに陽極接合されることとなる。このとき、振動部材の下面は基板の表面に対してなるべく狭い間隙を介して対向することが望まれるが、従来、間隙を1μm未満とすることは困難であった。
 また、脚部と振動部材とを組み合わせた構造体を一体物として、脚部の下面と振動部材の下面との高低差が正確に1μm未満になるように作製できたとしても、陽極接合の工程では、数百℃の条件下で数百Vの電圧が印加されるので、振動部材と基板表面の電極との間で固着が生じるなどの問題があった。
 そこで、本発明は、ねじり振動モードを利用したMEMS共振器において、基板表面と振動部材下面とが十分に狭い間隙で対向した構造を有し、容易に製造可能な共振器を提供すること、および、その製造方法を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明に基づく共振器は、平坦な主表面を有する基材と、上記主表面に固定された層状のアンカ部と、上記主表面に固定され、導電性を有する層状の振動付与部と、上記アンカ部の上面に対して絶縁膜を介して接合され、2次元的に展開する梁状かつ層状の振動部材と、上記主表面に形成され、上記振動付与部に対して電気的に接続されており、上から見て上記振動部材に被覆される領域の外側にまで延在している引出配線とを備え、上記振動付与部の上面は、上記振動部材の下面との間に電位差を生じさせることによって上記振動部材の少なくとも一部に対してねじり振動を発生させることができるように、上記振動部材の下面の一部に対して、上記絶縁膜の厚さとほぼ等しい距離の間隙を介して対向している。
 本発明によれば、振動付与部と振動部材との間の間隙を、SOI基板の絶縁膜を犠牲層としてエッチングすることによって形成することができるので、きわめて狭い間隙が容易に作製可能な共振器とすることができる。
本発明に基づく実施の形態1における共振器の平面図である。 本発明に基づく実施の形態1における共振器の側面図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちSOI基板側で行なう第1の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちSOI基板側で行なう第2の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちSOI基板側で行なう第3の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちSOI基板側で行なう第4の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちSOI基板側で行なう第5の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちSOI基板側で行なう第6の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちSOI基板側で行なう第7の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちSOI基板側で行なう第8の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちSOI基板側で行なう第9の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちSOI基板側で行なう第10の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちガラス基板側で行なう第1の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちガラス基板側で行なう第2の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちガラス基板側で行なう第3の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちガラス基板側で行なう第4の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうちガラス基板側で行なう第5の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうち貼合せ以降の第1の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうち貼合せ以降の第2の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうち貼合せ以降の第3の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうち貼合せ以降の第4の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうち貼合せ以降の第5の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうち貼合せ以降の第6の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法のうち貼合せ以降の第7の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法で得られる共振器の平面図である。 本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法で得られる共振器の変形例の平面図である。 図26におけるXXVII-XXVII線に関する矢視断面図である。
 (実施の形態1)
 (構成)
 図1、図2を参照して、本発明に基づく実施の形態1における共振器について説明する。この共振器を上方から見たところを図1に示し、側方から見たところを図2に示す。この共振器101は、平坦な主表面1uを有する基材1と、この主表面1uに固定された層状のアンカ部2a,2bと、主表面1uに固定され、導電性を有する層状の振動付与部3と、アンカ部2a,2bの上面に対して絶縁膜5を介して接合され、2次元的に展開する梁状かつ層状の振動部材4と、主表面1uに形成され、振動付与部3に対して電気的に接続されており、上から見て振動部材4に被覆される領域の外側にまで延在している引出配線6とを備え、振動付与部3の上面3uは、振動部材4の下面4wとの間に電位差を生じさせることによって振動部材4の少なくとも一部に対してねじり振動を発生させることができるように、振動部材4の下面4wの一部に対して、絶縁膜5の厚さとほぼ等しい距離の間隙11を介して対向している。引出配線6は基材1の外周縁近傍に延在している。引出配線6の外周縁近傍の先端には外部接続電極7が設けられている。
 振動部材4は、両端に配置されたブロック状部分4a,4bと中央に配置された梁状部分4cとを含む。振動部材4のうち実際にねじり振動をするのは、梁状部分4cである。
 (作用・効果)
 このような構造であれば、振動付与部3と振動部材4との間の間隙11を、SOI基板の絶縁膜を犠牲層としてエッチングすることによって形成することができるので、きわめて狭い間隙が容易に作製可能な共振器とすることができる。
 さらに、上述したアンカ部2a,2b、振動付与部3、絶縁膜5および振動部材4は、SOI基板をエッチングして形成されたものであることが好ましい。SOI基板を利用して製造したものであるので、容易に作製可能な共振器であり、製造コストを下げることができる。
 なお、ここでは基材1上に振動部材4が1つ配置されただけの単純な例を示したが、基材1の主表面1uにおいて振動部材の周囲を取囲む部材を設けたり、振動部材の上側をキャップのように覆う部材を設けることとしてもよい。振動部材の形状も図1に示した形状に限らず、ねじり振動モードを利用できる形状である限り、他の形状であってもよい。
 (実施の形態2)
 (製造方法)
 図3~図25を参照して、本発明に基づく実施の形態2における共振器の製造方法について説明する。これらの図では、説明の便宜のために縦横比を誇張している。
 この製造方法では、SOI基板とガラス基板との両方においてそれぞれいくつかの工程を行なったのちに両者を貼り合わせる工程を含む。
 (SOI基板側で行なう工程)
 まずSOI基板側で行なう工程について説明する。
 図3に示すようにSOI(Silicon on Insulator)基板51を用意する。このSOI基板51の場合、下から順にSi層21、SiO2層22、Si層23が積層されており、表裏両面に酸化膜20a,20bが形成されている。酸化膜20a,20bはSiO2の膜である。まず、フッ酸(HF)によって表裏両面の酸化膜20a,20bを除去し、図4に示す状態に至る。表裏両面の酸化膜が元々形成されていない場合は、フッ酸によるこの工程は不要であり、図4の状態から開始する。このSi層21の一部は、のちにアンカ部および振動付与部となる予定のものである。
 図5に示すようにSOI基板51の下面にCr膜24を形成する。このCr膜24をパターニングして、図6に示すようにCrパターン25を形成する。このCrパターン25はアンカ部、振動付与部などの形状に対応している。
 Crパターン25を覆うようにレジストを塗布し、図7に示すように、レジスト層26を設ける。フォトリソグラフィを行ない、レジスト層26をパターニングする。その結果、図8に示すようにレジストパターン27を得る。このレジストパターン27をマスクとしてSi層21に対して誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma)エッチング(以下「ICPエッチング」という。)を行なう。その結果、Si層21は部分的に除去されて図9に示す構造に至る。図10に示すようにレジストパターン27を除去する。Crパターン25をマスクとしてSi層21をさらにエッチングして図11に示す構造を得る。Si層21のうちCrパターン25に覆われていなかった部分は覆われていた部分に比べて除去が進行して低くなっている。Crパターン25を除去し、図12に示す構造を得る。この構造体を硫酸過水およびフッ酸で洗浄する。なお、「硫酸過水」とは、硫酸と過酸化水素水を、硫酸と過酸化水素水との混合物である。
 (ガラス基板側で行なう工程)
 次に、共振器の基材1となるべきガラス基板を用いた工程について説明する。
 まず、図13に示すようにガラス基板61を用意する。図13に示した状態ではガラス基板61はガラス層31からなる。図14に示すようにガラス基板61の上面にTi膜32を形成する。図15に示すようにガラス基板61の上面にPt膜33を形成する。図16に示すようにガラス基板61の上面にAu膜34を形成する。こうしてガラス基板61の上面には3種類の金属膜の積層体が出来上がる。図17に示すように、この3種類の金属膜の積層体を、配線の形状となるようにパターニングする。
 (貼合せ以降の工程)
 図12に示したSOI基板51と図17に示したガラス基板61とを陽極接合によって貼り合わせる。こうして図18に示す構造体を得る。
 図19に示すように、上面にレジストを塗布し、レジスト層41を形成する。レジスト層41をパターニングし、図20に示すようにレジストパターン42を形成する。この構造体の上面に対してレジストパターン42をマスクとしてICPエッチングを行なう。その結果、Si層23が部分的に除去されて図21に示す構造に至る。さらにレジストパターン42を除去して図22に示す構造に至る。Si層23のうち中央でアイランド状に分離された部分23iはのちに振動部材4となる予定のものである。必要に応じてSi層23の全面に対してICPエッチングを行ない、厚みを調整する。
 フッ酸(HF)により、SiO2層22を除去する。これにより、図23に示す構造を得ることができる。振動付与部3においては、残っていたSiO2層22の面積が狭かったためSiO2層22は完全に除去され、振動付与部3と振動部材4との間に間隙11が形成されている。他の部分においては、SiO2層22の面積が元々広かったため、各部分にあったSiO2層22は外周部からいくらかは除去されて面積が縮小しているが完全に除去されるには至っていない。このように利用されるSiO2層22は「犠牲層」とも呼ばれる。
 図24に示すように、上側に封止部材43を被せる。封止部材43は他のガラス基板を用いて別途作製しておいてもよい。また、電子部品などの封止のために「LID」と称して市販されている蓋部材を封止部材43として適宜利用してもよい。ただし、封止部材43は、下面すなわちガラス層31の側を向く面に凹部43cを有することによって、振動部材4には直接当接しない構造となっている。
 このような製造方法を用いて作製した共振器の一例の平面図を図25に示す。図25では、図24までで作製したものと寸法比、細部構造などが異なっているかもしれないが、技術的思想は共通する。図25は封止部材43を取り去った状態を示している。この図に示した例では、振動部材4は外壁部材8によって包囲されている。この図では平面図であるので、振動部材4の左右両端には振動部材4の一部である長方形のブロック状部分4a,4bしか見えていないが、実際にはブロック状部分4a,4bの背後には、主表面1uに接するようにSi層からなるアンカ部2a,2bがあり、その上に絶縁膜5があり、その絶縁膜5の上側にSi層からなる振動部材4が載る構造となっている。外壁部材8も主表面1uに近い側からSi層、絶縁膜5、Si層という積層構造になっている。外壁部材8のある構造を作製する場合は、SOI基板51として面積が大きなものを用い、振動部材4、アンカ部2a,2b、振動付与部3などと同様にパターニングすることによって外壁部材8も作成することとすればよい。そのようにすればSOI基板と基材との貼合せによって、外壁部材8を備えた構造を得ることができる。
 図24における、Ti膜32、Pt膜33およびAu膜34からなる積層体は、図25においては引出配線6および外部接続電極7として表示されている。
 振動部材4の下側から外側に向けて主表面1u上に配置されている引出配線6は外壁部材8の1ヶ所をくぐるようにして外壁部材8の外側に延在している。引出配線6は基材1の外縁近傍にまで至っており、引出配線6の終端には外部接続電極7が配置されている。図25に示すように、引出配線6が外壁部材8の下をくぐる部分では、窒化膜9を成膜して隙間を塞いでおくことが好ましい。この場合の窒化膜9は、所定の加工を済ませたSOI基板と基材としてのガラス基板とを貼り合わせる工程の後で、CVD(Chemical Vapor Deposition)により形成したものである。
 図25において2点鎖線で示された横長の長方形は、封止部材41の裏面に設けられた凹部43cの輪郭形状を示す。
 外壁部材8は外周部に切欠き部10を有している。切欠き部10においては基材1の主表面1uが露出しており、外部接続電極7は、切欠き部10内に位置するように配置されている。したがって、外部接続電極7への電気的接続は切欠き部10を利用して行なうことができる。
 図25に示した例では、引出配線6は梁状部分4cのうちねじり振動をしたときに節となる部位の真下を横切るように配置されている。この例では、節となるのは梁状部分4cの枝部分の中央であるので、図25においては、振動付与部3から延在する引出配線6は梁状部分4cの枝部分の中央において梁状部分4cと交差している。
 引出配線6の配置の仕方としては、これに限らず、たとえば図26に示すように、梁状部分4cの幹部分に沿って延在し、ブロック状部分4bの下をくぐるように配置されてもよい。図26におけるXXVII-XXVII線に関する矢視断面図を図27に示す。引出配線6はブロック状部分4bの下面に設けられた溝の内部をくぐってブロック状部分4bの外側に引き出されている。その先で外壁部材8の下をくぐって外部接続電極7に至っているという点では、図25に示した例と同じである。
 本実施の形態における製造方法について、発明としての構成要件をまとめると以下のようになる。
 この製造方法は、実施の形態1で説明したいずれかの共振器を得るための製造方法であって、第1,第2のシリコン層が両者の間に絶縁膜を挟み込むようにして積層されたSOI基板を用意する工程と、前記SOI基板において前記第1のシリコン層をエッチングすることによって前記アンカ部および前記振動付与部が残るようにパターニングする第1パターニング工程と、前記SOI基板において前記第2のシリコン層をエッチングすることによって2次元的に展開する梁状の振動部材が前記アンカ部および前記振動付与部と部分的に重なって残るようにパターニングする第2パターニング工程と、前記主表面に、上から見て前記振動部材に被覆される予定の領域の外側にまで延在するように前記引出配線を設ける工程と、前記第1,第2パターニング工程のうち少なくとも前記第1パターニング工程が済んだ前記SOI基板を、前記アンカ部が前記主表面に接し、かつ、前記振動付与部が前記引出配線と電気的に接続されるように、前記基材に向けて貼り合わせる工程と、前記貼り合わせる工程より後に前記絶縁膜をエッチングすることによって、前記アンカ部と前記振動部材との間の前記絶縁膜を介した接続状態を維持しつつ、前記振動付与部と前記振動部材とを分離する工程とを含む。
 図3~図24で説明した製造方法の例においては、SOI基板51に第1パターニング工程(図3~図12)を施したが第2パターニング工程はまだ施していない状態(図12)で、このSOI基板51を基材(図17)に向けて貼り合わせる工程(図18)を済ませ、その後で第2パターニング工程(図19~図22)を行なっている。ここで、SOI基板に第1、第2パターニング工程を両方とも施してから基材に向かって貼り合わせることとしてもよい。ただし、第2パターニング工程は貼り合わせる工程より後に行なった方が構造体を支持しやすいので好ましい。「絶縁膜をエッチングすることによって、アンカ部と振動部材との間の絶縁膜を介した接続状態を維持しつつ、振動付与部と振動部材とを分離する工程」とは、図22から図23にかけて行なっている工程を指す。この工程は、犠牲層である絶縁膜22を部分的に除去する工程である。アンカ部2a,2bと振動部材4との間の絶縁膜22を介した接続状態は維持されている一方、振動付与部3と振動部材4との間では、絶縁膜22の除去が進んだ結果、振動付与部3と振動部材4とが分離されている。
 (作用・効果)
 本実施の形態における製造方法では、SOI基板と基材とで別々に加工を施したものを貼り合わせ、SOI基板に含まれる絶縁膜を犠牲層として利用して、この絶縁膜を部分的に除去することによって振動付与部と振動部材との間の間隙を形成し、共振器を構成するものであるので、基板表面と振動部材下面とが十分に狭い間隙で対向した構造を、容易に正確に作製することができる。
 なお、上記各実施の形態では、振動部材4の平面形状が、中央の梁を挟んで両側(図1における上下)に1つずつの合計2つの長方形のフレーム構造を並べた形状(「中」の字形状)である例を示したが、振動部材4の平面形状はねじり振動を生じることができるものであれば、他の形状であってもよい。たとえば、より多くの数の長方形をつなげた形状であってもよい。
 上記各実施の形態では、振動付与部3は1ヶ所としたが、振動付与部は1枚の基材1上で複数箇所に設けられていてもよい。
 なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
 1 基材、1u 主表面、2a,2b アンカ部、3 振動付与部、3u 上面、4 振動部材、4a,4b ブロック状部分、4c 梁状部分、4w 下面、5 絶縁膜、6 引出配線、7 外部接続電極、8 外壁部材、9 窒化膜、10 切欠き部、11 間隙、20a,20b 酸化膜、21,23 Si層、22 SiO2層、23i 部分、24 Cr膜、25 Crパターン、26,41 レジスト層、27,42 レジストパターン、31 ガラス層、32 Ti膜、33 Pt膜、34 Au膜、43 封止部材、43c 凹部、51 SOI基板、61 ガラス基板、101 共振器。

Claims (3)

  1.  平坦な主表面を有する基材と、
     前記主表面に固定された層状のアンカ部と、
     前記主表面に固定され、導電性を有する層状の振動付与部と、
     前記アンカ部の上面に対して絶縁膜を介して接合され、2次元的に展開する梁状かつ層状の振動部材と、
     前記主表面に形成され、前記振動付与部に対して電気的に接続されており、上から見て前記振動部材に被覆される領域の外側にまで延在している引出配線とを備え、
     前記振動付与部の上面は、前記振動部材の下面との間に電位差を生じさせることによって前記振動部材の少なくとも一部に対してねじり振動を発生させることができるように、前記振動部材の下面の一部に対して、前記絶縁膜の厚さとほぼ等しい距離の間隙を介して対向している、共振器。
  2.  前記アンカ部、前記振動付与部、前記絶縁膜および前記振動部材は、SOI基板をエッチングして形成されたものである、請求項1に記載の共振器。
  3.  請求項1または2に記載の共振器を得るための製造方法であって、
     第1,第2のシリコン層が両者の間に絶縁膜を挟み込むようにして積層されたSOI基板を用意する工程と、
     前記SOI基板において前記第1のシリコン層をエッチングすることによって前記アンカ部および前記振動付与部が残るようにパターニングする第1パターニング工程と、
     前記SOI基板において前記第2のシリコン層をエッチングすることによって2次元的に展開する梁状の振動部材が前記アンカ部および前記振動付与部と部分的に重なって残るようにパターニングする第2パターニング工程と、
     前記主表面に、上から見て前記振動部材に被覆される予定の領域の外側にまで延在するように前記引出配線を設ける工程と、
     前記第1,第2パターニング工程のうち少なくとも前記第1パターニング工程が済んだ前記SOI基板を、前記アンカ部が前記主表面に接し、かつ、前記振動付与部が前記引出配線と電気的に接続されるように、前記基材に向けて貼り合わせる工程と、
     前記貼り合わせる工程より後に前記絶縁膜をエッチングすることによって、前記アンカ部と前記振動部材との間の前記絶縁膜を介した接続状態を維持しつつ、前記振動付与部と前記振動部材とを分離する工程とを含む、共振器の製造方法。
PCT/JP2010/060224 2009-06-17 2010-06-16 共振器およびその製造方法 WO2010147156A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011519818A JP5376472B2 (ja) 2009-06-17 2010-06-16 共振器およびその製造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-144372 2009-06-17
JP2009144372 2009-06-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010147156A1 true WO2010147156A1 (ja) 2010-12-23

Family

ID=43356472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/060224 WO2010147156A1 (ja) 2009-06-17 2010-06-16 共振器およびその製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5376472B2 (ja)
WO (1) WO2010147156A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012178710A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Sanyo Electric Co Ltd Memsデバイスおよびその製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002535865A (ja) * 1999-01-14 2002-10-22 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミシガン 動作周波数を有するマイクロメカニカル共振器を含むデバイス及び動作周波数を拡張する方法
WO2006013741A1 (ja) * 2004-08-05 2006-02-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 捩り共振器およびこれを用いたフィルタ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002535865A (ja) * 1999-01-14 2002-10-22 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミシガン 動作周波数を有するマイクロメカニカル共振器を含むデバイス及び動作周波数を拡張する方法
WO2006013741A1 (ja) * 2004-08-05 2006-02-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 捩り共振器およびこれを用いたフィルタ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012178710A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Sanyo Electric Co Ltd Memsデバイスおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5376472B2 (ja) 2013-12-25
JPWO2010147156A1 (ja) 2012-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10294097B2 (en) Aluminum nitride (AlN) devices with infrared absorption structural layer
US10160635B2 (en) MEMS device and process for RF and low resistance applications
KR101096548B1 (ko) 멤스 마이크로폰 및 그 제조방법
JP2006519707A (ja) ガラス−シリコンmemsプロセスで埋め込まれた電気的フィードスルーに関するシステム及び方法
JP2007184931A (ja) 真空封入単結晶シリコン・デバイス
TW201517246A (zh) 具有紅外線吸收結構層的氮化鋁(ain)裝置
TW202239697A (zh) 電可致動的微機電系統開關
JP2010135634A (ja) 半導体装置の製造方法及び半導体装置
JP5376472B2 (ja) 共振器およびその製造方法
KR101127167B1 (ko) 마이크로머신의 제조방법
JP2011010216A (ja) 共振器パッケージおよびその製造方法
US8432232B2 (en) MEMS device and oscillator
JP2008252854A (ja) 静電型トランスデューサおよびその製造方法
JP5453705B2 (ja) 共振器
US20160289064A1 (en) Thin Film Encapsulation of Electrodes
WO2020153362A1 (ja) 振動発電素子
JP5757634B2 (ja) Memsデバイスおよびその製造方法
JP2004306208A (ja) Mems素子及びのその製造方法
US20100327993A1 (en) Micro mechanical resonator
CN111203375B (zh) 换能器及其制作方法
JP2012178710A (ja) Memsデバイスおよびその製造方法
JP2018110282A (ja) 静電容量型トランスデューサ、及びその製造方法
JP2002237245A (ja) スイッチング素子及びその作製方法
JP5757633B2 (ja) Memsデバイスおよびその製造方法
CN113906666A (zh) 静电型设备、静电型设备中间体以及制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10789530

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011519818

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10789530

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1