WO2019064663A1 - 共振子及び共振装置 - Google Patents

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WO2019064663A1
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vibrating
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vibration
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義久 井上
河合　良太
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a resonator and a resonance device.
  • a resonator such as a piezoelectric vibrator is used as a device for realizing a timing function in an electronic device.
  • miniaturization of electronic devices miniaturization of resonators is also required, and resonators manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology (hereinafter also referred to as "MEMS vibrators") attract attention. ing.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the frequency is adjusted by additional etching or the like.
  • Patent Document 1 in a vibrator having a plurality of vibrating arms, a mass portion for rough tuning provided on the tip end side of the vibrating arms, and a mass portion for fine tuning provided on the proximal end side of the vibrating arms An arrangement is disclosed to adjust the resonant frequency by reducing
  • the mass part described in Patent Document 1 includes an insulator layer and a conductive layer formed on the insulator layer.
  • the MEMS vibrator when such a mass portion is formed and the resonance frequency is adjusted using an ion beam, a pyroelectric material or the like, the insulator layer may be charged.
  • the MEMS vibrator vibrates in a state where the insulator layer on the MEMS vibrator is charged, a charge in the insulator layer generates a coulomb force, which affects the vibration of the resonator, for example, the resonance frequency fluctuates.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and it is desirable to suppress the influence of the voltage applied to the insulator layer on the resonator or the conductive layer on the insulator layer on the vibration of the resonator. To aim.
  • a resonator is a vibrating portion, which is provided between an upper electrode and a lower electrode, and an upper electrode and a lower electrode, and has a main surface opposed to the upper electrode.
  • the piezoelectric film vibrates in a predetermined vibration mode when a voltage is applied between the lower electrodes.
  • the piezoelectric film is provided opposite to the main surface of the piezoelectric film with the upper electrode interposed therebetween.
  • a conductive film exposed in the second region which is opposite to the main surface of the piezoelectric film with the protective film interposed between the protective film and the protective film and is adjacent to the first region in the vibrating portion.
  • a vibrating portion having a film, a protective film, and a connection electrode electrically connecting the conductive film to the lower electrode, a holding portion provided so as to surround at least a part of the vibrating portion, and a vibrating portion And a holding arm connected to the holding portion, and the upper electrode is Area of the region overlapping the conductive film such that less than half of the total area of the conductive film, or is formed to avoid a conductive film as overlapping region.
  • the present invention it is possible to suppress the influence of the voltage applied to the insulator layer on the resonator or the conductive layer on the insulator layer on the vibration of the resonator.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the appearance of a resonance device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a structure of a resonance device according to a first embodiment of the present invention. It is a top view of a resonator concerning a 1st embodiment of the present invention which removed an upper substrate.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA 'or aa' of FIG. 3;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3; It is the figure which showed typically the orientation direction and the electric field direction about the resonator which concerns on 1st Embodiment, and the resonator of a comparative example.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 7; It is a top view of the resonator concerning a 3rd embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line DD 'of FIG. 9;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line EE ′ of FIG. 9; It is sectional drawing of the resonator in 4th Embodiment corresponding to FIG. It is a figure for demonstrating the structure of the vibrating arm of the resonator which concerns on 4th Embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the appearance of a resonance apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the structure of the resonance device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the resonance device 1 includes a resonator 10, and an upper cover 30 and a lower cover 20 provided to face each other with the resonator 10 interposed therebetween. That is, the resonance device 1 is configured by laminating the lower lid 20, the resonator 10, and the upper lid 30 in this order.
  • the resonator 10 is joined to the lower lid 20 and the upper lid 30, whereby the resonator 10 is sealed and a vibration space of the resonator 10 is formed.
  • the resonator 10, the lower lid 20, and the upper lid 30 are each formed using a Si substrate.
  • the Si substrates are bonded to each other in the resonator 10, the lower lid 20, and the upper lid 30.
  • the resonator 10 and the lower lid 20 may be formed using an SOI substrate.
  • the resonator 10 is a MEMS resonator manufactured using MEMS technology.
  • the resonator 10 will be described as an example formed using a silicon substrate.
  • each configuration of the resonance device 1 will be described in detail.
  • the upper lid 30 spreads like a flat plate along the XY plane, and a recess 31 having a flat rectangular parallelepiped shape, for example, is formed on the back surface.
  • the recess 31 is surrounded by the side wall 33 and forms a part of a vibration space which is a space in which the resonator 10 vibrates.
  • the lower lid 20 has a rectangular flat bottom plate 22 provided along the XY plane, and a side wall 23 extending from the periphery of the bottom plate 22 in the Z-axis direction (that is, the stacking direction of the lower lid 20 and the resonator 10).
  • the lower lid 20 is provided with a recess 21 formed by the surface of the bottom plate 22 and the inner surface of the side wall 23 on the surface facing the resonator 10.
  • the recess 21 forms a part of the vibration space of the resonator 10.
  • the vibration space is airtightly sealed by the upper cover 30 and the lower cover 20 described above, and a vacuum state is maintained.
  • the vibration space may be filled with a gas such as an inert gas, for example.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing the structure of the resonator 10 according to the present embodiment.
  • the resonator 10 includes a vibrating portion 120, a holding portion 140, holding arms 111 and 112, and vias V1, V2, V3 and V4.
  • the vibrating portion 120 has a rectangular outline extending along the XY plane in the orthogonal coordinate system of FIG.
  • the vibrating portion 120 is provided inside the holding portion 140, and a space is formed between the vibrating portion 120 and the holding portion 140 at a predetermined interval.
  • the vibrating unit 120 has a base 130 and four vibrating arms 135A to 135D (collectively referred to as “vibrating arms 135”).
  • the number of vibrating arms is not limited to four, and may be set to, for example, one or more arbitrary numbers.
  • each vibrating arm 135 and the base 130 are integrally formed.
  • the base 130 has long sides 131a and 131b in the X-axis direction and short sides 131c and 131d in the Y-axis direction in plan view.
  • the long side 131a is one side of a surface 131A of the front end of the base 130 (hereinafter also referred to as "front end 131A”)
  • the long side 131b is a surface 131B of the rear end of the base 130 (hereinafter, "rear end 131B" Also called one side of In the base portion 130, the front end 131A and the rear end 131B are provided to face each other.
  • the base 130 is connected to a vibrating arm 135 described later at the front end 131A, and connected to holding arms 111 and 112 described later at the rear end 131B.
  • the base 130 has a substantially rectangular shape in a plan view in the example of FIG. 3, but is not limited to this, and is a virtual plane P defined along a perpendicular bisector of the long side 131a. It may be formed to be substantially plane-symmetrical with respect to each other.
  • the base 130 may have, for example, a trapezoidal shape in which the long side 131 b is shorter than 131 a or a semicircular shape having the long side 131 a as a diameter.
  • the long sides 131a and 131b and the short sides 131c and 131d are not limited to straight lines, and may be curved lines.
  • the base length (the length of the short sides 131c and 131d in FIG. 3) which is the longest distance between the front end 131A and the rear end 131B in the direction from the front end 131A to the rear end 131B is about 40 ⁇ m.
  • the base width (the length of the long sides 131a and 131b in FIG. 3) which is the width direction orthogonal to the base length direction and which is the longest distance between the side ends of the base 130 is about 285 ⁇ m.
  • the vibrating arms 135 extend in the Y-axis direction and have the same size.
  • the vibrating arms 135 are respectively provided in parallel to the Y-axis direction between the base portion 130 and the holding portion 140, one end is connected to the front end 131A of the base portion 130 to be a fixed end, and the other end is an open end It has become.
  • the vibrating arms 135 are provided in parallel in the X-axis direction at predetermined intervals.
  • the vibrating arm 135 has a width of, for example, about 50 ⁇ m in the X-axis direction and a length of about 420 ⁇ m in the Y-axis direction.
  • the vibrating arms 135 each have a weight G at the open end.
  • the weight G is wider in the X-axis direction than the other parts of the vibrating arm 135.
  • the weight G has, for example, a width of about 70 ⁇ m in the X-axis direction.
  • the weight G is integrally formed with the vibrating arm 135 by the same process. By forming the weight G, the weight per unit length of the vibrating arm 135 is heavier on the open end side than on the fixed end side. Therefore, the vibration arms 135 having the weight portions G on the open end side can increase the amplitude of the vertical vibration in each of the vibration arms.
  • two vibrating arms 135A and 135D are disposed outside in the X-axis direction, and two vibrating arms 135B and 135C are disposed inside.
  • the distance W1 between the vibrating arms 135B and 135C in the X-axis direction is the outer vibrating arm 135A (135D) and the inner vibrating arm 135B (135C) adjacent to the outer vibrating arm 135A (135D) in the X-axis direction.
  • the interval W2 between the The distance W1 is, for example, about 35 ⁇ m, and the distance W2 is, for example, about 25 ⁇ m.
  • the space W1 may be set smaller than the space W2 or may be equally spaced so that the resonance device 1 can be miniaturized.
  • a protective film 235 is formed on the surface of the vibrating section 120 (the surface facing the upper lid 30) so as to cover the entire surface. Furthermore, on a part of the surface of the protective film 235 in the vibrating arms 135A to 135D, the frequency adjustment films 236A to 236D (an example of a conductive film is described below. The frequency adjustment films 236A to 236D are collectively referred to as “frequency adjustment film 236) are also formed. The resonant frequency of the vibration unit 120 can be adjusted by the protective film 235 and the frequency adjustment film 236.
  • the protective film 235 does not necessarily cover the entire surface of the vibrating portion 120, but damage to the underlying electrode film (for example, the metal layer E2 in FIG. 4) and the piezoelectric film (for example, the piezoelectric thin film F3 in FIG. 4) in frequency adjustment. The whole surface of the vibrating portion 120 is desirable to protect the underlying electrode film (for example, the metal layer E2 in FIG. 4) and the piezoelectric film (for
  • the frequency adjustment film 236 is formed on the protective film 235 so that the surface is exposed in at least a part of the area where the average displacement due to the vibration is larger than that of the other area in the vibration part 120.
  • the frequency adjustment film 236 is formed on the tip of the vibrating arm 135, that is, on the weight portion (which is an example of the second region) G.
  • the surface of the protective film 235 is exposed in the other area (an example of the first area) in the vibrating arm 135.
  • the frequency adjustment film 236 is formed up to the tip of the vibrating arm 135, and the protection film 235 is not exposed at all at the tip, but the frequency adjustment film 236 is A configuration not formed at the tip of the vibrating arm 135 is also possible.
  • a second frequency adjustment film may be formed on the base side of the vibrating arm 135 (the side connected to the base 230). In this case, it is possible to suppress the change of the temperature characteristic of the frequency accompanying the frequency adjustment.
  • the holding unit 140 is formed in a rectangular frame shape along the XY plane.
  • the holding portion 140 is provided so as to surround the outside of the vibrating portion 120 along the XY plane in plan view.
  • the holding part 140 should just be provided in at least one part of the circumference
  • the holding unit 140 may be provided around the vibrating unit 120 so as to hold the vibrating unit 120 and to be able to be bonded to the upper lid 30 and the lower lid 20.
  • the holding portion 140 is formed of integrally formed prismatic frames 140a to 140d.
  • the frame 140 a is provided so as to face the open end of the vibrating arm 135 so that the longitudinal direction is parallel to the X axis.
  • the frame body 140 b is provided so as to face the rear end 131 B of the base 130 so that the longitudinal direction is parallel to the X axis.
  • the frame 140c is provided in parallel with the Y axis in the longitudinal direction so as to face the side end (short side 131c) of the base 130 and the vibrating arm 135A, and is connected to one end of the frames 140a and 140b at both ends thereof. .
  • the frame 140d is provided in parallel with the Y axis in the longitudinal direction opposite to the side end (short side 131d) of the base 130 and the vibrating arm 135D, and is connected to the other ends of the frames 140a and 140b at both ends thereof. Ru.
  • the holding unit 140 is described as being covered with the protective film 235.
  • the protective film 235 may not be formed on the surface of the holding unit 140.
  • (C) Holding arms 111 and 112 The holding arm 111 and the holding arm 112 are provided inside the holding portion 140, and connect the rear end 131B of the base 130 and the frame bodies 140c and 140d. As shown in FIG. 3, the holding arm 111 and the holding arm 112 are formed substantially in plane symmetry with respect to a virtual plane P defined parallel to the YZ plane along the center line of the base 130 in the X-axis direction. .
  • the holding arm 111 has arms 111a, 111b, 111c, and 111d.
  • the holding arm 111 is connected at one end to the rear end 131B of the base 130 and extends therefrom toward the frame 140b. Then, the holding arm 111 is bent in a direction toward the frame 140c (that is, in the X-axis direction), and further bent in a direction toward the frame 140a (that is, in the Y-axis direction). That is, it is bent in the X axis direction, and the other end is connected to the frame 140 c.
  • the arm 111a is provided between the base 130 and the frame 140b so as to face the frame 140c so that the longitudinal direction is parallel to the Y-axis.
  • the arm 111a is connected at one end to the base 130 at the rear end 131B, and extends therefrom substantially perpendicularly to the rear end 131B, that is, in the Y-axis direction.
  • the axis passing through the center of the arm 111a in the X-axis direction is preferably provided inside the center line of the vibrating arm 135A.
  • the arm 111a is provided between the vibrating arms 135A and 135B. ing.
  • the other end of the arm 111a is connected to one end of the arm 111b on the side surface.
  • the arm 111a has a width of about 20 ⁇ m defined in the X-axis direction and a length of 40 ⁇ m defined in the Y-axis direction.
  • the arm 111 b is provided between the base 130 and the frame 140 b so as to face the frame 140 b so that the longitudinal direction is parallel to the X-axis direction.
  • the arm 111b has one end connected to the other end of the arm 111a and the side surface facing the frame 140c, and extends therefrom substantially perpendicular to the arm 111a, that is, in the X-axis direction. Further, the other end of the arm 111 b is connected to a side surface which is one end of the arm 111 c and which faces the vibrating portion 120.
  • the arm 111b has, for example, a width of about 20 ⁇ m defined in the Y-axis direction and a length of about 75 ⁇ m defined in the X-axis direction.
  • the arm 111 c is provided between the base 130 and the frame 140 c so as to face the frame 140 c so that the longitudinal direction is parallel to the Y-axis direction.
  • One end of the arm 111c is connected to the other end of the arm 111b at its side, and the other end is one end of the arm 111d and is connected to the side on the frame 140c side.
  • the arm 111c has a width of about 20 ⁇ m defined in the X-axis direction and a length of about 140 ⁇ m defined in the Y-axis direction.
  • the arm 111 d is provided between the base 130 and the frame 140 c so as to face the frame 140 a so that the longitudinal direction is parallel to the X-axis direction.
  • One end of the arm 111 d is connected to the other end of the arm 111 c and the side surface facing the frame 140 c.
  • the arm 111d is connected to the frame 140c at a position where the other end faces in the vicinity of the connection point between the vibrating arm 135A and the base 130, and from that point, substantially perpendicular to the frame 140c, that is, X It extends in the axial direction.
  • the arm 111d has, for example, a width of about 20 ⁇ m defined in the Y-axis direction and a length of about 10 ⁇ m defined in the X-axis direction.
  • the holding arm 111 is connected to the base 130 at the arm 111a, and after bending at the connection point between the arm 111a and the arm 111b, the connection point between the arms 111b and 111c, and the connection point between the arms 111c and 111d , And the holding unit 140.
  • the holding arm 112 has arms 112a, 112b, 112c and 112d.
  • the holding arm 112 is connected at one end to the rear end 131B of the base 130 and extends therefrom toward the frame 140b. Then, the holding arm 112 bends in a direction toward the frame 140 d (that is, in the X-axis direction) and further bends in a direction toward the frame 140 a (that is, in the Y-axis direction). (That is, in the X-axis direction) is bent, and the other end is connected to the frame 140 d.
  • the configurations of the arms 112a, 112b, 112c, and 112d are symmetrical to those of the arms 111a, 111b, 111c, and 111d, respectively, and thus detailed description will be omitted.
  • FIGS. 4A and 4B Vias V1, V2, V3, V4
  • the vias V1, V2, V3 and V4 are metal-filled holes formed on the vicinity of the tip end portion of the vibrating arm 135, and frequency adjustment films 236A, 236B, 236C and 236D, and a metal layer E1 (described later) Electrical connection is made with FIGS. 4A and 4B.
  • a two-dot chain line indicates an electrical connection
  • a dotted line particularly indicates an electrical connection by the vias V1, V2, V3, and V4.
  • the vias V1, V2, V3, and V4 are the boundaries between the area where the frequency adjustment film 236 is exposed at the tip of the vibrating arms 135A, 135B, 135C, and 135D, and the area where the protective film 235 is exposed. It is formed in the vicinity. In this embodiment, it is formed at the end of the fixed end side of the weight G.
  • the positions where the vias V1 to V4 are formed are not limited to the positions shown in FIG. 3.
  • the vias V1 to V4 may be formed in a region on the open end side of the weight portion G.
  • FIG. 4A is a schematic view schematically showing an AA ′ cross section of FIG. 3 and an electrical connection mode of the resonator 10
  • FIG. 4B is an aa ′ cross section of FIG. 3 and a resonator It is the schematic which shows the electrical connection aspect of ten typically.
  • FIG. 5 is a schematic view schematically showing the BB ′ cross section of FIG. 3, and shows a case where the frequency adjustment film 236D is connected to the metal layer E1.
  • the holding portion 140, the base portion 130, the vibrating arm 135, and the holding arms 111 and 112 are integrally formed in the same process.
  • the metal layer E1 (which is an example of the lower electrode) is stacked on the Si (silicon) substrate F2.
  • a piezoelectric thin film F3 (an example of a piezoelectric film) is stacked on the metal layer E1 so as to cover the metal layer E1, and a surface of the piezoelectric thin film F3 (an example of a main surface).
  • a metal layer E2 (which is an example of the upper electrode) is stacked.
  • a protective film 235 is stacked on the metal layer E2 so as to cover the metal layer E2.
  • a frequency adjustment film 236 is further stacked on the protective film 235 on the vibrating portion 120.
  • the metal layer E2 is preferably patterned so as not to extend to the tip in order to suppress a change in characteristics due to a short circuit with the metal layer E1 and the frequency adjustment film 236.
  • the metal layer E1 can be omitted by using the degenerate silicon substrate which has a low resistance and the Si substrate F2 itself also serving as the metal layer E1.
  • the Si substrate F2 is formed of, for example, a degenerate n-type Si semiconductor having a thickness of about 6 ⁇ m, and can contain P (phosphorus), As (arsenic), Sb (antimony) or the like as an n-type dopant.
  • the rotation angle formed between the vibrating arm 135 and the [100] crystal axis of the Si substrate F2 made of an n-type Si semiconductor or a crystal axis equivalent thereto is 15 degrees or less (or 0 degrees or more). Or less), or preferably in the range of 75 degrees or more and 90 degrees or less.
  • the rotation angle refers to the angle in the direction in which the holding arm 110 extends with respect to the [100] crystal axis of the Si substrate F2 or a line segment along the crystal axis equivalent thereto.
  • the resistance value of degenerate Si used for the Si substrate F2 is, for example, less than 1.6 m ⁇ ⁇ cm, and more preferably 1.2 m ⁇ ⁇ cm or less.
  • a silicon oxide (for example, SiO 2 ) layer (temperature characteristic correction layer) F21 is formed on the lower surface of the Si substrate F2. This makes it possible to improve the temperature characteristics.
  • the silicon oxide layer (temperature characteristic correction layer) F21 is compared to the case where the silicon oxide layer F21 is not formed on the Si substrate F2, when the temperature correction layer is formed on the Si substrate F2.
  • the silicon oxide layer F21 be formed to have a uniform thickness.
  • the uniform thickness means that the variation of the thickness of the silicon oxide layer F21 is within ⁇ 20% from the average value of the thickness.
  • the silicon oxide layer F21 may be formed on the upper surface of the Si substrate F2, or may be formed on both the upper surface and the lower surface of the Si substrate F2. In addition, in the holding unit 140, the silicon oxide layer F21 may not be formed on the lower surface of the Si substrate F2.
  • the metal layers E2 and E1 are formed of, for example, Mo (molybdenum) or aluminum (Al) with a thickness of about 0.1 to 0.2 ⁇ m.
  • the metal layers E2 and E1 are formed into a desired shape by etching or the like.
  • the metal layer E1 is formed to function as, for example, a lower electrode or a float electrode or a ground electrode on the vibrating portion 120. In this embodiment, it is a float electrode.
  • the metal layer E1 is formed on the holding arms 111 and 112 and the holding portion 140 so as to function as a wire for connecting the lower electrode or the ground electrode to an AC power supply provided outside the resonator 10. Ru.
  • the metal layer E2 is formed on the vibrating portion 120 to function as an upper electrode. Further, the metal layer E2 is formed on the holding arms 111 and 112 and the holding portion 140 so as to function as a wire for connecting the upper electrode to a circuit provided outside the resonator 10.
  • an electrode (an example of an external electrode) is formed on the outer surface of the upper lid 30, and the electrode is a circuit and the lower wiring or upper wiring.
  • a via is formed in the upper lid 30, a conductive material is filled inside the via to provide a wire, and the wire is used to connect the AC power supply and the lower wire or the upper wire.
  • the piezoelectric thin film F3 is a thin film of a piezoelectric that converts an applied voltage into vibration, and can be mainly composed of a nitride or an oxide such as AlN (aluminum nitride), for example.
  • the piezoelectric thin film F3 can be formed of ScAlN (scandium aluminum nitride). ScAlN is a part of aluminum in aluminum nitride replaced with scandium.
  • the piezoelectric thin film F3 has a thickness of, for example, 1 ⁇ m, it is also possible to use about 0.2 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the piezoelectric thin film F3 expands and contracts in the in-plane direction of the XY plane, that is, the Y-axis direction according to the electric field applied to the piezoelectric thin film F3 by the metal layers E2 and E1.
  • the vibrating arm 135 displaces its open end toward the inner surface of the lower lid 20 and the upper lid 30, and vibrates in an out-of-plane bending vibration mode.
  • the two inner arms and the two outer arms are bent and vibrated in opposite directions to each other.
  • the vibrating arm may be configured to vibrate in a single configuration or in an in-plane bending vibration mode.
  • the protective film 235 is a layer of a piezoelectric insulator, and is formed of a material whose mass reduction rate by etching is slower than that of the frequency adjustment film 236.
  • the protective film 235 is formed by an oxide film or the PZ film of 2 such as a nitride film or a ZnO, such as AlN or ScAlN.
  • the mass reduction rate is expressed by the product of the etching rate (thickness removed per unit time) and the density.
  • the thickness of the protective film 235 is formed to be half or less of the thickness of the piezoelectric thin film F3 (in the C-axis direction), and is about 0.2 ⁇ m in this embodiment, for example.
  • the more preferable thickness of the protective film 235 is about one fourth of the thickness of the piezoelectric thin film F3.
  • a piezoelectric protective film having substantially the same orientation as the piezoelectric thin film F3 is used.
  • the frequency adjustment film 236 is a layer of a conductor, and is formed of a material whose mass reduction rate by etching is faster than that of the protective film 235.
  • the frequency adjustment film 236 is formed of, for example, a metal such as molybdenum (Mo), tungsten (W), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), aluminum (Al), titanium (Ti) or the like.
  • the magnitude relationship between the etching rates is arbitrary as long as the relationship between the mass reduction rates is as described above.
  • the frequency adjustment film 236 is formed on substantially the entire surface of the vibrating portion 120, it is formed only in a predetermined region by processing such as etching.
  • Etching of the protective film 235 and the frequency adjustment film 236 is performed, for example, by simultaneously irradiating the protective film 235 and the frequency adjustment film 236 with an ion beam (for example, an argon (Ar) ion beam).
  • the ion beam can be irradiated to a wider range than the resonator 10.
  • an ion beam for example, an argon (Ar) ion beam.
  • the frequency adjustment film 236D is connected to the metal layer E1 through the via V4.
  • the via V4 removes a part of the protective film 235 and the piezoelectric thin film F3 so that the surface of the metal layer E1 is exposed.
  • the holes are filled with a conductive material.
  • the frequency adjustment film 236D is connected to the metal layer E1 via the via V1 on the surface of the protective film 235.
  • the area of the metal layer E2 is adjusted so that the area overlapping with the frequency adjustment film 236 becomes as small as possible.
  • the metal layer E2 is preferably formed so that the area overlapping with the frequency adjustment film 236 is equal to or less than half the area of the frequency adjustment film 236.
  • the length of the overlapping region of the metal layer E2 and the frequency adjustment film 236 may be half or less of the length of the metal layer E2.
  • the frequency adjustment film 236 is formed in the weight portion G, and the metal layer E2 is formed in a region other than the weight portion G in the vibrating arm 135.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of a resonator 10 'of a comparative example in which the metal layer E2 and the frequency adjustment film 236D are formed to overlap with each other.
  • 6B is a cross-sectional view of the resonator 10 according to the present embodiment, taken along the line BB ', as in FIG.
  • the broken line indicates the alignment direction of the piezoelectric thin film F3 and the piezoelectric protective film 235
  • the solid line indicates the electric field direction.
  • the metal layer E2 is formed with its area adjusted so that the area overlapping with the frequency adjustment film 236 becomes as small as possible. There is. Therefore, it is possible to suppress the inhibition of the vibration of the piezoelectric thin film F3 by the electric field generated in the protective film 235.
  • the metal layer E2 and the frequency adjustment film 236 are formed so as not to overlap with each other. Therefore, since no electric field is generated in the protective film 235, it is possible to further suppress the inhibition of the vibration of the piezoelectric thin film F3.
  • the equivalent series capacitance was measured for the resonator 10 'of the comparative example and the resonator 10 according to this embodiment, while the resonator 10' of the comparative example is 4.92 [fF],
  • the resonator 10 according to the present embodiment was 5.18 fF, and it was found that the performance of the resonator 10 according to the present embodiment was improved.
  • the phases of the electric field applied to the outer vibrating arms 135A and 135D and the phases of the electric fields applied to the inner vibrating arms 135B and 135C are set to be opposite to each other.
  • the outer vibrating arms 135A and 135D and the inner vibrating arms 135B and 135C are displaced in opposite directions to each other. For example, when the outer vibrating arms 135A and 135D displace the open end toward the inner surface of the upper lid 30, the inner vibrating arms 135B and 135C displace the open end toward the inner surface of the lower lid 20.
  • the vibrating arm 135A rotates around the central axis r1 extending parallel to the Y-axis between the vibrating arm 135A and the vibrating arm 135B shown in FIG. And the vibrating arm 135B vibrate in the up and down direction.
  • the vibrating arm 135C and the vibrating arm 135D vibrate in the upside-down direction around the central axis r2 extending in parallel with the Y axis between the vibrating arm 135C and the vibrating arm 135D.
  • torsional moments in opposite directions are generated between the central axes r1 and r2, and bending vibration is generated at the base 130.
  • the resonance frequency of the resonator 10 is measured, and the deviation with respect to the target frequency is calculated.
  • the film thickness of the frequency adjustment film 236 is adjusted.
  • the adjustment of the film thickness of the frequency adjustment film 236 can be performed, for example, by irradiating the entire surface of the resonance device 1 with an argon (Ar) ion beam and etching the frequency adjustment film 236.
  • Ar argon
  • connection aspect between the frequency adjustment film 236 and the metal layer E1 in the resonator 10 according to the present embodiment will be described taking the connection aspect between the frequency adjustment film 236D and the metal layer E1 as an example.
  • the via V4 is one of the protective film 235, the metal layer E2, and the piezoelectric thin film F3 so that the surface of the metal layer E1 is exposed.
  • the conductor is filled and formed in the hole from which the portion is removed.
  • the frequency adjustment film 236D is connected to the metal layer E1 via the via V4.
  • the frequency adjustment film 236D is electrically connected to the metal layer E1
  • the ion beam is also irradiated to the protective film 235, whereby the protective film 235 is charged by the charge of the ion beam.
  • a pyroelectric effect is generated due to the temperature rise and fall of heat, so that charges are deposited on the interface of the protective film 235.
  • the frequency adjustment film 236D made of a conductor and formed on a part of the protective film 235 is connected to the metal layer E1 through the via V4. Thereby, the charge charged in the protective film 235 can be moved to the metal layer E1. The charge transferred to the metal layer E1 can escape to the outside of the resonant device 1 through the connection terminal with the outside connected to the metal layer E1. As described above, in the resonator 10 according to the present embodiment, since charging of the protective film 235 formed on the vibrating portion 120 can be suppressed, fluctuation of the resonance frequency due to the charge of the vibrating portion 120 is prevented. be able to.
  • FIGS. 7 and 8 A second embodiment of the present invention will be described using FIGS. 7 and 8.
  • descriptions of matters in common with the first embodiment will be omitted, and only different points will be described.
  • the same operation and effect by the same configuration will not be sequentially referred to in each embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing an example of the structure of the resonator 10A according to the present embodiment.
  • the resonator 10A according to the present embodiment has terminals T1 to T4 instead of the vias V1, V2, V3 and V4 described in the first embodiment.
  • the terminals T1 to T4 are formed near the open end of the vibrating arms 135A to 135D. Specifically, the terminals T1 to T4 are formed on the frequency adjustment films 236A to 236D so as to cover at least a part of the ends on the open end side of the vibrating arms 135A to 135D. The terminals T1 to T4 are formed using a conductor such as Al.
  • FIG. 8 is a schematic view schematically showing the CC ′ cross section of FIG. 7, and shows the case where the frequency adjustment film 236D is connected to the metal layer E1. As shown in FIG. 8, at least a part of the end face on the open end side of the vibrating arm 135D is covered by the metal film E3.
  • the frequency adjustment films 236A to 236D according to the present embodiment are connected to the metal layer E1 via the terminals T1 to T4 and the metal film E3.
  • the other configuration and function of the resonance device 1 are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view of a resonator 10B according to the present embodiment.
  • 10 and 11 are schematic views schematically showing the DD ′ cross section and the EE ′ cross section of FIG. 9, respectively.
  • the resonator 10B is an in-plane vibrator that oscillates in a contour in the XY plane.
  • the resonator 10B includes the vias V1, V2, V3, V4, the vibrating portion 120, the holding arms 111 and 112, the vias V10 to V13 instead of the metal layer E2, and the vibrating portion described in the first embodiment. 120B, a holding arm 110, and a metal layer E2A.
  • Vibration unit 120B The vibrating portion 120B has a substantially rectangular parallelepiped outline that spreads like a flat plate along the XY plane in the orthogonal coordinate system of FIG.
  • the vibrating portion 120 also has short sides 121a and 121b in the X-axis direction and long sides 121c and 121d in the Y-axis direction.
  • the vibrating portion 120 is connected to and held by the holding portion 140 by the pair of holding arms 110 at the short sides 121a and 121b. Further, a protective film 235 is formed so as to cover the entire surface of the vibrating portion 120B.
  • the frequency adjustment film 236E to 236H are stacked at the four corners (which is an example of the second region) of the vibrating portion 120B.
  • the other configuration of the vibration unit 120 is the same as that of the first embodiment.
  • the number of frequency adjustment films is not limited to four, and for example, two of 236F and 236F may be connected and 236G and 236H may be connected.
  • the frequency adjustment film includes a second region where displacement at the time of vibration is large, and the second region is equal to or less than the area of the first region other than the second region on the surface of the vibrating portion 120B. As a result, frequency adjustment can be performed efficiently, and changes in frequency temperature characteristics associated with frequency adjustment can be suppressed.
  • the pair of holding arms 110 has a substantially rectangular shape having a long side in the Y-axis direction and a short side in the X-axis direction.
  • each of the pair of holding arms 110 is connected to the vicinity of the center of the short sides 121a and 121b in the vibrating portion 120, and extends substantially perpendicularly along the Y-axis direction from there.
  • the other end of the holding arm 110 is connected to the vicinity of the center of the frame 140 a or 140 b in the holding unit 140.
  • the configuration and functions of the other holding arms 110 are the same as the holding arms 111 and 112 of the first embodiment.
  • the vias V10 to V13 are formed in regions of the frequency adjustment films 236E to 236H which do not overlap with the metal layer E2A.
  • the configurations of the other vias V10 to V13 are the same as the vias V1 to V4 of the first embodiment.
  • the metal layer E2A is adjusted and formed so that the area overlapping with the frequency adjustment films 236E to 236H is as small as possible.
  • the metal layer E2A is formed such that the area overlapping with the frequency adjustment films 236E to 236H is half or less of the total area of the frequency adjustment films 236E to 236H.
  • the configuration of the other metal layer E2A is the same as the configuration of the metal layer E2 in the first embodiment.
  • the metal layer E2A and the metal layer E1 can cause in-plane vibration by applying an electric field to the piezoelectric thin film F3.
  • the metal layer E2A and the metal layer E1 are respectively connected to an external AC power supply, and can perform primary contour oscillation. Incidentally, it is also possible to realize a resonator of a high-order mode by continuously arranging a plurality of such rectangular contour vibration resonators.
  • connection Mode As shown in FIG. 11, in the vias V10 and V11, the conductive film is filled in the holes from which the protective film 235 and the piezoelectric thin film F3 have been partially removed so that the surface of the metal layer E1 is exposed. It is formed.
  • the frequency adjustment films 236E and 236F are connected to the metal layer E1 through the vias V10 and V11.
  • connection aspect of the vias V12 and V13 and the material and the like are the same as the vias V10 and V11, the description will be omitted.
  • the configuration of the other vias V10 to V13 is the same as the configuration of the vias V1 to V4 in the first embodiment.
  • FIG. 12 corresponds to FIG. 5 in the first embodiment, and is a cross-sectional view of a resonator 10C according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a vibrating arm 135D according to the present embodiment in a plane along the upper surface of the metal layer E2 (the frequency adjustment film 236D is not present in this plane, but is indicated by an alternate long and short dashed line for the purpose of description). ing.).
  • the plan view of the surface of the resonator 10C is the same as that of the first embodiment (FIG. 3), and thus the description thereof is omitted.
  • the metal layer E2 in the present embodiment has a region in which a portion thereof overlaps with the frequency adjustment film 236D.
  • a protective film 235 is formed along the inner wall of the via V4 so that the metal filled in the via V4 is not connected to the metal layer E2.
  • the configurations of the vias V1 to V3, the vibrating arms 135A to 135C, and the frequency adjustment films 236A to 236C are the same as those of the via V4, the vibrating arms 135D, and the frequency adjustment film 236D, respectively, and therefore the description thereof is omitted.
  • the configuration of the other resonator 10C is the same as that of the first embodiment.
  • a resonator 10 is a vibrating portion 120, which is provided between an upper electrode E2, a lower electrode E1, an upper electrode E2 and a lower electrode E1, and is opposed to the upper electrode E2.
  • Connection electrodes V1 to V4 which are formed on the conductive film 236 and the protective film 235 exposed in the second region which is a region adjacent to the first region in the case and which electrically connects the conductive film 236 to the lower electrode E1 And And the holding arms 111 and 112 connecting the vibration unit 120 and the holding unit 140, and the upper electrode E2 is formed by the vibration unit 120, the holding unit 140 provided so as to surround at least a part of the vibration unit 120;
  • the area of the region overlapping with the conductive film 236 is equal to or less than half of the total area of the conductive film 236, or the region overlapping with the conductive film 236 is avoided. Thereby, it is possible to suppress the inhibition of the vibration of the piezoelectric thin film F3 by the electric field generated in the protective film 235.
  • the protective film 235 made of a piezoelectric material preferably has the same orientation as that of the piezoelectric film F3.
  • the connection electrode is preferably a via electrode penetrating at least the protective film 235.
  • the vibrating portion 120 also has a fixed end and an open end, and a vibrating arm 135 that bends and vibrates, a front end connected to the fixed end of the vibrating arm 135, and a base 130 having a rear end opposite to the front end.
  • the second area is preferably an area near the open end of the vibrating arm 135.
  • the piezoelectric film F3 performs contour vibration according to the voltage applied to the piezoelectric film F3, and the long side parallel to the node of the contour vibration of the piezoelectric film F3 and the contour vibration of the piezoelectric film F3
  • the at least one rectangular vibration region may be orthogonal to the node and have a short side corresponding to a half wavelength of the contour vibration, and the second region may be a region including a corner of the vibration region.
  • the resonance device 1 includes the above-described resonator 10, an upper lid 30 and a lower lid 20 provided to face each other with the resonator 10 interposed therebetween, and an external electrode.
  • the resonance apparatus 1 according to the present embodiment can suppress the charge from being charged on the protective film 235 formed on the vibrating unit 120, and thus can prevent the fluctuation of the resonance frequency due to the charge charged to the vibrating unit 120. .
  • each embodiment described above is for facilitating the understanding of the present invention, and is not for limiting and interpreting the present invention.
  • the present invention can be modified / improved without departing from the gist thereof, and the present invention also includes the equivalents thereof. That is, those in which persons skilled in the art appropriately modify the design of each embodiment are also included in the scope of the present invention as long as they have the features of the present invention.
  • each element included in each embodiment and its arrangement, material, conditions, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and may be changed as appropriate.
  • the laminated body including the metal layer E2 and the piezoelectric thin film F3 has been described as a single layer, but is not limited thereto.
  • the laminate formed of the metal layer E2 and the piezoelectric thin film F3 is a multilayer, and the protective film 235 may be formed on the surface of the uppermost layer (upper lid 30 side).
  • the protective film 235 may be formed on the surface of the uppermost layer (upper lid 30 side).

Landscapes

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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

共振子上の絶縁体層又は、絶縁体層上の導電層に印加された電圧が共振子の振動に与える影響を抑制する。　振動部であって、上部電極及び下部電極と、上部電極と下部電極との間に設けられ、上部電極に対向する主面を有し、上部電極及び下部電極の間に電圧が印加されたときに振動部を所定の振動モードで振動させる、圧電膜と、上部電極を挟んで圧電膜の主面と対向して設けられ、振動部における第１領域において露出した、絶縁体からなる保護膜と、保護膜を挟んで圧電膜の前記主面と対向して設けられ、振動部における第１領域と隣接する領域である第２領域において露出した、導電膜と、保護膜に形成され、導電膜を下部電極に電気的に接続させる接続電極と、を有する振動部と、振動部の少なくとも一部を囲むように設けられた保持部と、振動部と保持部とを接続する保持腕とを備え、上部電極は、導電膜と重なり合う領域の面積が導電膜の面積の総和の半分以下となるように、又は導電膜と重なり合う領域を避けて形成された。

Description

共振子及び共振装置
　本発明は、共振子及び共振装置に関する。
　電子機器において計時機能を実現するためのデバイスとして、圧電振動子等の共振子が用いられている。電子機器の小型化に伴い、共振子も小型化が要求されており、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて製造される共振子（以下、「ＭＥＭＳ振動子」ともいう。）が注目されている。
　ＭＥＭＳ振動子においては、製造ばらつきによって共振周波数にばらつきが生じることがある。そこで、ＭＥＭＳ振動子の製造中や製造後に、追加エッチング等によって周波数を調整することが行われる。
　例えば、特許文献１には、複数の振動腕を有する振動子において、振動腕の先端側に設けられた粗調用の質量部と、振動腕の基端側に設けられた微調用の質量部とをそれぞれ減少させることにより、共振周波数を調整する構成が開示されている。
特開２０１２－０６５２９３号公報
　特許文献１に記載の質量部は、絶縁体層と、当該絶縁体層上に形成された導電層とを有している。ＭＥＭＳ振動子において、このような質量部を形成して、イオンビームや焦電体等を用いて共振周波数を調整した場合、絶縁体層が帯電してしまう場合がある。ＭＥＭＳ振動子上の絶縁体層が帯電した状態で、ＭＥＭＳ振動子が振動すると、絶縁体層における電荷によってクーロン力が発生してしまい、共振周波数が変動する等、共振子の振動に影響を及ぼしてしまう。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、共振子上の絶縁体層又は、絶縁体層上の導電層に印加された電圧が共振子の振動に与える影響を抑制することを目的とする。
　本発明の一側面に係る共振子は、振動部であって、上部電極及び下部電極と、上部電極と下部電極との間に設けられ、上部電極に対向する主面を有し、上部電極及び下部電極の間に電圧が印加されたときに振動部を所定の振動モードで振動させる、圧電膜と、上部電極を挟んで圧電膜の主面と対向して設けられ、振動部における第１領域において露出した、絶縁体からなる保護膜と、保護膜を挟んで圧電膜の前記主面と対向して設けられ、振動部における第１領域と隣接する領域である第２領域において露出した、導電膜と、保護膜に形成され、導電膜を下部電極に電気的に接続させる接続電極と、を有する振動部と、振動部の少なくとも一部を囲むように設けられた保持部と、振動部と保持部とを接続する保持腕とを備え、上部電極は、導電膜と重なり合う領域の面積が導電膜の面積の総和の半分以下となるように、又は導電膜と重なり合う領域を避けて形成された。
　本発明によれば、共振子上の絶縁体層又は、絶縁体層上の導電層に印加された電圧が共振子の振動に与える影響を抑制することができる。
本発明の第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。 本発明の第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。 上側基板を取り外した本発明の第１実施形態に係る共振子の平面図である。 図３のＡＡ’線又はａａ’線に沿った断面図である。 図３のＢＢ’線に沿った断面図である。 第１実施形態に係る共振子と比較例の共振子とについて、配向方向と電界方向とを模式的に示した図である。 本発明の第２実施形態に係る共振子の平面図である。 図７のＣＣ’線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態に係る共振子の平面図である。 図９のＤＤ’線に沿った断面図である。 図９のＥＥ’線に沿った断面図である。 図５に対応し、第４実施形態における共振子の断面図である。 第４実施形態に係る共振子の振動腕の構造を説明するための図である。
［第１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。
　この共振装置１は、共振子１０と、共振子１０を挟んで互いに対向するように設けられた上蓋３０及び下蓋２０と、を備えている。すなわち、共振装置１は、下蓋２０と、共振子１０と、上蓋３０とがこの順で積層されて構成されている。
　また、共振子１０と下蓋２０及び上蓋３０とが接合され、これにより、共振子１０が封止され、共振子１０の振動空間が形成される。共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、それぞれＳｉ基板を用いて形成されている。そして、共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、Ｓｉ基板同士が互いに接合されて、互いに接合される。共振子１０及び下蓋２０は、ＳＯＩ基板を用いて形成されてもよい。
　共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ共振子である。なお、本実施形態においては、共振子１０はシリコン基板を用いて形成されるものを例として説明する。以下、共振装置１の各構成について詳細に説明する。
（１．上蓋３０）
　上蓋３０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３１が形成されている。凹部３１は、側壁３３に囲まれており、共振子１０が振動する空間である振動空間の一部を形成する。
（２．下蓋２０）
　下蓋２０は、ＸＹ平面に沿って設けられる矩形平板状の底板２２と、底板２２の周縁部からＺ軸方向（すなわち、下蓋２０と共振子１０との積層方向）に延びる側壁２３とを有する。下蓋２０には、共振子１０と対向する面において、底板２２の表面と側壁２３の内面とによって形成される凹部２１が設けられる。凹部２１は、共振子１０の振動空間の一部を形成する。上述した上蓋３０と下蓋２０とによって、この振動空間は気密に封止され、真空状態が維持される。この振動空間には、例えば不活性ガス等の気体が充填されてもよい。
（３．共振子１０）
　図３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３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、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１１、１１２と、及びビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を備えている。
（ａ）振動部１２０
　振動部１２０は、図３の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って広がる矩形の輪郭を有している。振動部１２０は、保持部１４０の内側に設けられており、振動部１２０と保持部１４０との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図３の例では、振動部１２０は、基部１３０と４本の振動腕１３５Ａ～１３５Ｄ（まとめて「振動腕１３５」とも呼ぶ。）とを有している。なお、振動腕の数は、４本に限定されず、例えば１本以上の任意の数に設定される。本実施形態において、各振動腕１３５と、基部１３０とは、一体に形成されている。
　基部１３０は、平面視において、Ｘ軸方向に長辺１３１ａ、１３１ｂ、Ｙ軸方向に短辺１３１ｃ、１３１ｄを有している。長辺１３１ａは、基部１３０の前端の面１３１Ａ（以下、「前端１３１Ａ」とも呼ぶ。）の一つの辺であり、長辺１３１ｂは基部１３０の後端の面１３１Ｂ（以下、「後端１３１Ｂ」とも呼ぶ。）の一つの辺である。基部１３０において、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとは、互いに対向するように設けられている。
　基部１３０は、前端１３１Ａにおいて、後述する振動腕１３５に接続され、後端１３１Ｂにおいて、後述する保持腕１１１、１１２に接続されている。なお、基部１３０は、図３の例では平面視において、略長方形の形状を有しているがこれに限定されず、長辺１３１ａの垂直二等分線に沿って規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成されていればよい。基部１３０は、例えば、長辺１３１ｂが１３１ａより短い台形や、長辺１３１ａを直径とする半円の形状であってもよい。また、長辺１３１ａ、１３１ｂ、短辺１３１ｃ、１３１ｄは直線に限定されず、曲線であってもよい。
　基部１３０において、前端１３１Ａから後端１３１Ｂに向かう方向における、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとの最長距離である基部長（図３においては短辺１３１ｃ、１３１ｄの長さ）は４０μｍ程度である。また、基部長方向に直交する幅方向であって、基部１３０の側端同士の最長距離である基部幅（図３においては長辺１３１ａ、１３１ｂの長さ）は２８５μｍ程度である。
　振動腕１３５は、Ｙ軸方向に延び、それぞれ同一のサイズを有している。振動腕１３５は、それぞれが基部１３０と保持部１４０との間にＹ軸方向に平行に設けられ、一端は、基部１３０の前端１３１Ａと接続されて固定端となっており、他端は開放端となっている。また、振動腕１３５は、それぞれ、Ｘ軸方向に所定の間隔で、並列して設けられている。なお、振動腕１３５は、例えばＸ軸方向の幅が５０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが４２０μｍ程度である。
　振動腕１３５はそれぞれ開放端に、錘部Ｇを有している。錘部Ｇは、振動腕１３５の他の部位よりもＸ軸方向の幅が広い。錘部Ｇは、例えば、Ｘ軸方向の幅が７０μｍ程度である。錘部Ｇは、振動腕１３５と同一プロセスによって一体形成される。錘部Ｇが形成されることで、振動腕１３５は、単位長さ当たりの重さが、固定端側よりも開放端側の方が重くなっている。従って、振動腕１３５が開放端側にそれぞれ錘部Ｇを有することで、各振動腕における上下方向の振動の振幅を大きくすることができる。
　本実施形態の振動部１２０では、Ｘ軸方向において、外側に２本の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが配置されており、内側に２本の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃが配置されている。Ｘ軸方向における、振動腕１３５Ｂと１３５Ｃとの間隔Ｗ１は、Ｘ軸方向における、外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）と当該外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）に隣接する内側の振動腕１３５Ｂ（１３５Ｃ）との間の間隔Ｗ２よりも大きく設定される。間隔Ｗ１は例えば３５μ程度、間隔Ｗ２は例えば２５μｍ程度である。間隔Ｗ２は間隔Ｗ１より小さく設定することにより、振動特性が改善される。また、共振装置１を小型化できるように、間隔Ｗ１を間隔Ｗ２よりも小さく設定してもよいし、等間隔にしても良い。
　振動部１２０の表面（上蓋３０に対向する面）には、その全面を覆うように保護膜２３５が形成されている。さらに、振動腕１３５Ａ～１３５Ｄにおける保護膜２３５の表面の一部には、それぞれ、周波数調整膜２３６Ａ～２３６Ｄ（導電膜の一例である。以下、周波数調整膜２３６Ａ～２３６Ｄをまとめて「周波数調整膜２３６」とも呼ぶ。）が形成されている。保護膜２３５及び周波数調整膜２３６によって、振動部１２０の共振周波数を調整することができる。尚、必ずしも保護膜２３５は振動部１２０の全面を覆う必要はないが、周波数調整における下地の電極膜（例えば図４の金属層Ｅ２）及び圧電膜（例えば図４の圧電薄膜Ｆ３）へのダメージを保護する上で、振動部１２０の全面の方が望ましい。
　周波数調整膜２３６は、振動部１２０における、他の領域よりも振動による平均変位の大きい領域の少なくとも一部において、その表面が露出するように、保護膜２３５上に形成されている。具体的には、周波数調整膜２３６は、振動腕１３５の先端、即ち錘部（第２領域の一例である。）Ｇに形成される。他方、保護膜２３５は、振動腕１３５におけるその他の領域（第１領域の一例である。）において、その表面が露出している。この実施例では、振動腕１３５の先端まで周波数調整膜２３６が形成され、先端部では保護膜２３５は全く露出していないが、保護膜２３５の一部が露出する様に、周波数調整膜２３６を振動腕１３５の先端部には形成されない構成も可能である。なお、振動腕１３５の根本側（基部２３０と接続する側）に第２の周波数調整膜を形成しても良い。この場合、周波数調整に伴う、周波数の温度特性の変化を抑制する事ができる。
（ｂ）保持部１４０
　保持部１４０は、ＸＹ平面に沿って矩形の枠状に形成される。保持部１４０は、平面視において、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。なお、保持部１４０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。例えば、保持部１４０は、振動部１２０を保持し、また、上蓋３０及び下蓋２０と接合できる程度に、振動部１２０の周囲に設けられていればよい。
　本実施形態においては、保持部１４０は一体形成される角柱形状の枠体１４０ａ～１４０ｄからなる。枠体１４０ａは、図３に示すように、振動腕１３５の開放端に対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４０ｂは、基部１３０の後端１３１Ｂに対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４０ｃは、基部１３０の側端（短辺１３１ｃ）及び振動腕１３５Ａに対向して、長手方向がＹ軸に平行に設けられ、その両端で枠体１４０ａ、１４０ｂの一端にそれぞれ接続される。枠体１４０ｄは、基部１３０の側端（短辺１３１ｄ）及び振動腕１３５Ｄに対向して、長手方向がＹ軸に平行に設けられ、その両端で枠体１４０ａ、１４０ｂの他端にそれぞれ接続される。
　本実施形態においては、保持部１４０は、保護膜２３５で覆われているとして説明するが、これに限定されず、保護膜２３５は、保持部１４０の表面には形成されていなくてもよい。
（ｃ）保持腕１１１、１１２
　保持腕１１１及び保持腕１１２は、保持部１４０の内側に設けられ、基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ｃ、１４０ｄとを接続する。図３に示すように、保持腕１１１と保持腕１１２とは、基部１３０のＸ軸方向の中心線に沿ってＹＺ平面に平行に規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成される。
　保持腕１１１は、腕１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを有している。保持腕１１１は、一端が基部１３０の後端１３１Ｂに接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１１は、枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１４０ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲し、再度枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲して、他端が枠体１４０ｃに接続している。
　腕１１１ａは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｃに対向して、長手方向がＹ軸に平行になるように設けられている。腕１１１ａは、一端が、後端１３１Ｂにおいて基部１３０と接続しており、そこから後端１３１Ｂに対して略垂直、すなわち、Ｙ軸方向に延びている。腕１１１ａのＸ軸方向の中心を通る軸は、振動腕１３５Ａの中心線よりも内側に設けられることが望ましく、図３の例では、腕１１１ａは、振動腕１３５Ａと１３５Ｂとの間に設けられている。また腕１１１ａの他端は、その側面において、腕１１１ｂの一端に接続されている。腕１１１ａは、Ｘ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｙ軸方向に規定される長さが４０μｍである。
　腕１１１ｂは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｂに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように設けられている。腕１１１ｂは、一端が、腕１１１ａの他端であって枠体１４０ｃに対向する側の側面に接続し、そこから腕１１１ａに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。また、腕１１１ｂの他端は、腕１１１ｃの一端であって振動部１２０と対向する側の側面に接続している。腕１１１ｂは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｘ軸方向に規定される長さが７５μｍ程度である。
　腕１１１ｃは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ｃに対向して、長手方向がＹ軸方向に平行になるように設けられている。腕１１１ｃの一端は、その側面において、腕１１１ｂの他端に接続されており、他端は、腕１１１ｄの一端であって、枠体１４０ｃ側の側面に接続されている。腕１１１ｃは、例えばＸ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが１４０μｍ程度である。
　腕１１１ｄは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ａに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように設けられている。腕１１１ｄの一端は、腕１１１ｃの他端であって枠体１４０ｃと対向する側の側面に接続している。また、腕１１１ｄは、他端が、振動腕１３５Ａと基部１３０との接続箇所付近に対向する位置において、枠体１４０ｃと接続しており、そこから枠体１４０ｃに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。腕１１１ｄは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｘ軸方向に規定される長さが１０μｍ程度である。
　このように、保持腕１１１は、腕１１１ａにおいて基部１３０と接続し、腕１１１ａと腕１１１ｂとの接続箇所、腕１１１ｂと１１１ｃとの接続箇所、及び腕１１１ｃと１１１ｄとの接続箇所で屈曲した後に、保持部１４０へと接続する構成となっている。
　保持腕１１２は、腕１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを有している。保持腕１１２は、一端が基部１３０の後端１３１Ｂに接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１２は、枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１４０ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲して、再度枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）屈曲し、他端が枠体１４０ｄに接続している。
　なお、腕１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの構成は、それぞれ腕１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄと対称な構成であるため、詳細な説明については省略する。
（ｄ）ビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４
　ビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は振動腕１３５における先端部近傍上に形成された金属が充填された孔であり、周波数調整膜２３６Ａ、２３６Ｂ、２３６Ｃ、２３６Ｄと、と、後述する金属層Ｅ１（図４（Ａ）（Ｂ）参照）とを電気的に接続させる。図４においては、二点鎖線は電気的な接続を示しており、点線は、特にビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４による電気的な接続を示している。
　詳細については後述するが、ビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、それぞれ振動腕１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃ、１３５Ｄの先端部における周波数調整膜２３６が露出する領域と、保護膜２３５が露出する領域の境界近傍に形成される。本実施形態では、錘部Ｇの固定端側の端部に形成されている。なお、ビアＶ１～Ｖ４が形成される位置は図３の位置に限定されず、例えば錘部Ｇの開放端側の領域に形成されてもよい。
（４．積層構造）
　図４及び図５を用いて共振子１０の積層構造について説明する。図４（Ａ）は、図３のＡＡ’断面、及び共振子１０の電気的な接続態様を模式的に示す概略図であり、図４（Ｂ）は図３のａａ’断面、及び共振子１０の電気的な接続態様を模式的に示す概略図である。また図５は、図３のＢＢ’断面を模式的に示す概略図であり、周波数調整膜２３６Ｄが金属層Ｅ１と接続される場合を示している。
　共振子１０では、保持部１４０、基部１３０、振動腕１３５、保持腕１１１，１１２は、同一プロセスで一体的に形成される。共振子１０では、まず、Ｓｉ（シリコン）基板Ｆ２の上に、金属層Ｅ１（下部電極の一例である。）が積層されている。そして、金属層Ｅ１の上には、金属層Ｅ１を覆うように、圧電薄膜Ｆ３（圧電膜の一例である。）が積層されており、さらに、圧電薄膜Ｆ３の表面（主面の一例である。）には、金属層Ｅ２（上部電極の一例である。）が積層されている。金属層Ｅ２の上には、金属層Ｅ２を覆うように、保護膜２３５が積層されている。振動部１２０上においては、さらに、保護膜２３５上に、周波数調整膜２３６が積層されている。金属層Ｅ２は、金属層Ｅ１や周波数調整膜２３６との短絡による特性が変化を抑制するため、先端まで延在させない様にパターニングする方が望ましい。尚、低抵抗となる縮退シリコン基板を用いる事で、Ｓｉ基板Ｆ２自体が金属層Ｅ１を兼ねる事で、金属層Ｅ１を省略する事も可能である。
　Ｓｉ基板Ｆ２は、例えば、厚さ６μｍ程度の縮退したｎ型Ｓｉ半導体から形成されており、ｎ型ドーパントとしてＰ（リン）やＡｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などを含むことができる。特に、振動腕１３５とｎ型Ｓｉ半導体から構成されたＳｉ基板Ｆ２の［１００］結晶軸またはこれと等価な結晶軸とのなす回転角は、０度より大きく１５度以下（又は０度以上１５度以下でもよい）、または７５度以上９０度以下の範囲内にあることが好ましい。なお、ここで回転角とは、Ｓｉ基板Ｆ２の［１００］結晶軸またはこれと等価な結晶軸に沿った線分に対して保持腕１１０が伸びる方向の角度をいう。
　また、Ｓｉ基板Ｆ２に用いられる縮退Ｓｉの抵抗値は、例えば１．６ｍΩ・ｃｍ未満であり、より好ましくは１．２ｍΩ・ｃｍ以下である。さらにＳｉ基板Ｆ２の下面には酸化ケイ素（例えばＳｉＯ2）層（温度特性補正層）Ｆ２１が形成されている。これにより、温度特性を向上させることが可能になる。
　本実施形態において、酸化ケイ素層（温度特性補正層）Ｆ２１とは、当該酸化ケイ素層Ｆ２１をＳｉ基板Ｆ２に形成しない場合と比べて、Ｓｉ基板Ｆ２に温度補正層を形成した時の振動部における周波数の温度係数（すなわち、温度当たりの変化率）を、少なくとも常温近傍において低減する機能を持つ層をいう。振動部１２０が酸化ケイ素層Ｆ２１を有することにより、例えば、Ｓｉ基板Ｆ２と金属層Ｅ１、Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３及び酸化ケイ素層（温度補正層）Ｆ２１による積層構造体の共振周波数の、温度に伴う変化を低減することができる。
　共振子１０においては、酸化ケイ素層Ｆ２１は、均一の厚みで形成されることが望ましい。なお、均一の厚みとは、酸化ケイ素層Ｆ２１の厚みのばらつきが、厚みの平均値から±２０％以内であることをいう。
　なお、酸化ケイ素層Ｆ２１は、Ｓｉ基板Ｆ２の上面に形成されてもよいし、Ｓｉ基板Ｆ２の上面と下面の双方に形成されてもよい。また、保持部１４０においては、Ｓｉ基板Ｆ２の下面に酸化ケイ素層Ｆ２１が形成されなくてもよい。
　金属層Ｅ２、Ｅ１は、例えば厚さ０．１～０．２μｍ程度のＭｏ（モリブデン）やアルミニウム（Ａｌ）等を用いて形成される。金属層Ｅ２、Ｅ１は、エッチング等により、所望の形状に形成される。金属層Ｅ１は、例えば振動部１２０上においては、下部電極またはフロート電極またはグランド電極として機能するように形成される。本実施例ではフロート電極となっている。また、金属層Ｅ１は、保持腕１１１，１１２や保持部１４０上においては、共振子１０の外部に設けられた交流電源に下部電極またはグランド電極を接続するための配線として機能するように形成される。
　他方で、金属層Ｅ２は、振動部１２０上においては、上部電極として機能するように形成される。また、金属層Ｅ２は、保持腕１１１、１１２や保持部１４０上においては、共振子１０の外部に設けられた回路に上部電極を接続するための配線として機能するように形成される。
　なお、交流電源またはグランド電極から下部配線または上部配線への接続にあたっては、上蓋３０の外面に電極（外部電極の一例である。）を形成して、当該電極が回路と下部配線または上部配線とを接続する構成や、上蓋３０内にビアを形成し、当該ビアの内部に導電性材料を充填して配線を設け、当該配線が交流電源と下部配線または上部配線とを接続する構成が用いられてもよい。
　圧電薄膜Ｆ３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、ＡｌＮ（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Ｆ３は、ＳｃＡｌＮ（窒化スカンジウムアルミニウム）により形成することができる。ＳｃＡｌＮは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部をスカンジウムに置換したものである。また、圧電薄膜Ｆ３は、例えば、１μｍの厚さを有するが、０．２μｍから２μｍ程度を用いることも可能である。
　圧電薄膜Ｆ３は、金属層Ｅ２、Ｅ１によって圧電薄膜Ｆ３に印加される電界に応じて、ＸＹ平面の面内方向すなわちＹ軸方向に伸縮する。この圧電薄膜Ｆ３の伸縮によって、振動腕１３５は、下蓋２０及び上蓋３０の内面に向かってその開放端を変位させ、面外の屈曲振動モードで振動する。なお、本実施形態では、４本腕の面外屈曲振動モードにおいて、内腕２本と外腕２本とが互いに逆方向に屈曲振動する構成となっているが、これに限定されない。例えば、振動腕が１本の構成や、面内屈曲振動モードで振動する構成でもよい。
　保護膜２３５は、圧電性の絶縁体の層であり、エッチングによる質量低減の速度が周波数調整膜２３６より遅い材料により形成される。例えば、保護膜２３５は、ＡｌＮやＳｃＡｌＮ等の窒化膜やＺｎＯ2等の酸化膜やＰＺ膜等により形成される。なお、質量低減速度は、エッチング速度（単位時間あたりに除去される厚み）と密度との積により表される。保護膜２３５の厚さは、圧電薄膜Ｆ３の厚さ（Ｃ軸方向）の半分以下で形成され、本実施形態では、例えば０．２μｍ程度である。なお、保護膜２３５のより好ましい厚さは、圧電薄膜Ｆ３の厚さの４分の１程度である。また、圧電薄膜Ｆ３とほぼ同じ配向を持った圧電体保護膜が用いられることが好ましい。
　周波数調整膜２３６は、導電体の層であり、エッチングによる質量低減の速度が保護膜２３５より速い材料により形成される。周波数調整膜２３６は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）や金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成される。
　なお、保護膜２３５と周波数調整膜２３６とは、質量低減速度の関係が上述のとおりであれば、エッチング速度の大小関係は任意である。
　周波数調整膜２３６は、振動部１２０の略全面に形成された後、エッチング等の加工により所定の領域のみに形成される。
　保護膜２３５及び周波数調整膜２３６に対するエッチングは、例えば、保護膜２３５及び周波数調整膜２３６に同時にイオンビーム（例えば、アルゴン（Ａｒ）イオンビーム）を照射することによって行われる。イオンビームは共振子１０よりも広い範囲に照射することが可能である。なお、本実施形態では、イオンビームによりエッチングを行う例を示すが、エッチング方法は、イオンビームによるものに限られない。
　また、図５に示すように、周波数調整膜２３６Ｄは、ビアＶ４を介して金属層Ｅ１に接続されている。図５に示すように、周波数調整膜２３６Ｄが金属層Ｅ１と接続される場合には、ビアＶ４は、金属層Ｅ１の表面が露出するように保護膜２３５、及び圧電薄膜Ｆ３の一部を除去した孔に導電体が充填されて形成される。周波数調整膜２３６Ｄは、保護膜２３５の表面において、ビアＶ１を介して金属層Ｅ１に接続される。
　さらに金属層Ｅ２は周波数調整膜２３６となるべく重なり合う領域が小さくなるように、その面積が調整されて形成される。例えば、金属層Ｅ２は、周波数調整膜２３６と重なり合う領域が周波数調整膜２３６の面積の半分以下となるように形成されることが好ましい。また例えば、振動腕１３５Ａの延びる方向において、金属層Ｅ２と周波数調整膜２３６との重なり合う領域の長さが金属層Ｅ２の長さの半分以下であってもよい。なお、本実施形態では、周波数調整膜２３６は錘部Ｇに形成され、金属層Ｅ２は振動腕１３５における錘部Ｇ以外の領域に形成されている。
　次に図６を参照して金属層Ｅ２と、周波数調整膜２３６との、重なり合う領域を低減させることの効果について説明する。図６（Ａ）は、金属層Ｅ２と、周波数調整膜２３６Ｄとが重なり合うように形成した場合の比較例の共振子１０'における断面図である。また、図６（Ｂ）は図５と同様、本実施形態に係る共振子１０のＢＢ’断面図である。図６（Ａ）（Ｂ）において、破線は圧電薄膜Ｆ３及び圧電性の保護膜２３５の配向方向を示しており、実線は電界方向を示している。
　図６（Ａ）に示す比較例の共振子１０'において、金属層Ｅ１と周波数調整膜２３６Ｄとを接続させた場合、金属層Ｅ１，Ｅ２に電圧が印加された際には、保護膜２３５と圧電薄膜Ｆ３とで逆方向の電界が発生することになる。そうすると、保護膜２３５に発生した電界によって、圧電薄膜Ｆ３の振動が阻害されてしまう。
　他方で図６（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る共振子１０においては、金属層Ｅ２は周波数調整膜２３６となるべく重なり合う領域が小さくなるように、その面積が調整されて形成されている。このため、保護膜２３５に発生した電界によって、圧電薄膜Ｆ３の振動が阻害されることを抑制することができる。特に図６（Ｂ）の例では、金属層Ｅ２と周波数調整膜２３６とは重なり合わないように形成されている。したがって、保護膜２３５には電界が発生しないため、より一層、圧電薄膜Ｆ３の振動が阻害されることを抑制することができる。
　具体的には比較例の共振子１０’と本実施形態に係る共振子１０とについて等価直列容量を測定したところ、比較例の共振子１０’が４．９２[ｆＦ]であるのに対し、本実施形態に係る共振子１０は５．１８[ｆＦ]であり、本実施形態に係る共振子１０の方が性能が向上していることが分かった。
（５．共振子の機能）
　図４を参照して共振子１０の機能について説明する。本実施形態では、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄに印加される電界の位相と、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃに印加される電界の位相とが互いに逆位相になるように設定される。これにより、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとが互いに逆方向に変位する。例えば、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが上蓋３０の内面に向かって開放端を変位すると、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃは下蓋２０の内面に向かって開放端を変位する。
　これによって、本実施形態に係る共振子１０では、逆位相の振動時、すなわち、図４に示す振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｂとの間でＹ軸に平行に延びる中心軸ｒ１回りに振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｂとが上下逆方向に振動する。また、振動腕１３５Ｃと振動腕１３５Ｄとの間でＹ軸に平行に延びる中心軸ｒ２回りに振動腕１３５Ｃと振動腕１３５Ｄとが上下逆方向に振動する。これによって、中心軸ｒ１とｒ２とで互いに逆方向の捩れモーメントが生じ、基部１３０で屈曲振動が発生する。
（６．周波数調整膜の機能）
　次に周波数調整膜２３６の機能について説明する。本実施形態に係る共振装置１では、上述のような共振子１０が形成された後、周波数調整膜２３６の膜厚を調整するトリミング工程が行われる。
　トリミング工程では、まず共振子１０の共振周波数を測定し、狙い周波数に対する偏差を算出する。次に、算出した周波数偏差に基づき、周波数調整膜２３６の膜厚を調整する。周波数調整膜２３６の膜厚の調整は、例えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームを共振装置１の全面に対して照射して、周波数調整膜２３６をエッチングすることによって行うことができる。さらに、周波数調整膜２３６の膜厚が調整されると、共振子１０の洗浄を行い、飛び散った膜を除去することが望ましい。
　このようにトリミング工程によって、周波数調整膜２３６の膜厚が調整されることによって、同一ウエハにおいて製造される複数の共振装置１の間で、周波数のばらつきを抑えることができる。
（７．接続態様）
　再度図５を用いて本実施形態に係る共振子１０における、周波数調整膜２３６と金属層Ｅ１との接続態様について、周波数調整膜２３６Ｄと金属層Ｅ１との接続態様を例に説明する。
　図５に示すように、周波数調整膜２３６Ｄが金属層Ｅ１と接続される場合には、ビアＶ４は、金属層Ｅ１の表面が露出するように保護膜２３５、金属層Ｅ２及び圧電薄膜Ｆ３の一部を除去した孔に導電体が充填されて形成される。周波数調整膜２３６Ｄは、ビアＶ４を介して金属層Ｅ１に接続される。
　周波数調整膜２３６Ｄが金属層Ｅ１に電気的に接続されることの効果について説明する。上述のトリミング工程において、イオンビームが共振子１０に照射された場合、保護膜２３５にもイオンビームが照射されてしまうことで、イオンビームの有する電荷によって保護膜２３５が帯電してしまう。また、圧電性の保護膜２３５では、熱の昇降温によって焦電効果が発生するため、保護膜２３５の界面に電荷が析出する。
　本実施形態に係る共振子１０では、保護膜２３５上の一部に形成された、導電体から成る周波数調整膜２３６Ｄを、ビアＶ４を介して金属層Ｅ１へと接続させる。これによって、保護膜２３５に帯電された電荷を金属層Ｅ１へと移動させることができる。金属層Ｅ１へ移動させた電荷は、金属層Ｅ１に接続された外部との接続端子を介して、共振装置１の外部へ逃がすことができる。このように本実施形態に係る共振子１０では、振動部１２０上に形成された保護膜２３５に電荷が帯電することを抑制できるため、振動部１２０に帯電した電荷による共振周波数の変動を防止することができる。
　なお、ビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３の接続態様、及び材質、効果等は、ビアＶ４と同様であるため説明を省略する。
［第２実施形態］
　図７及び図８を用いて本発明の第２実施形態にいて説明する。第２実施形態以降では第１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７は、本実施形態に係る、共振子１０Ａの構造の一例を概略的に示す平面図である。以下に、本実施形態に係る共振子１０Ａ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。本実施形態に係る共振子１０Ａは、第１の実施形態で説明したビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４に代えて端子Ｔ１～Ｔ４を有している。
　端子Ｔ１～Ｔ４は、振動腕１３５Ａ～１３５Ｄにおける開放端近傍に形成されている。具体的には端子Ｔ１～Ｔ４は、それぞれ周波数調整膜２３６Ａ～２３６Ｄ上において、振動腕１３５Ａ～１３５Ｄの開放端側の端部の少なくとも一部を覆うように形成されている。端子Ｔ１～Ｔ４は、Ａｌ等の導電体を用いて形成される。
　図８は、図７のＣＣ’断面を模式的に示す概略図であり、周波数調整膜２３６Ｄが金属層Ｅ１と接続される場合を示している。図８に示すように、振動腕１３５Ｄにおける開放端側の端面の少なくとも一部は金属膜Ｅ３によって覆われている。本実施形態に係る周波数調整膜２３６Ａ～２３６Ｄは、端子Ｔ１～Ｔ４、及び金属膜Ｅ３を介して金属層Ｅ１に接続される。
　その他の共振装置１の構成、機能は第１実施形態と同様である。
［第３実施形態］
　図９乃至図１１を用いて本発明の第３実施形態について説明する。図９は本実施形態に係る共振子１０Ｂの平面図である。また、図１０、１１は、それぞれ図９のＤＤ’断面及びＥＥ’断面を模式的に示す概略図である。
　本実施形態では、共振子１０Ｂは、ＸＹ平面面内において輪郭振動する面内振動子である。本実施形態において、共振子１０Ｂは、第１の実施形態で説明したビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、振動部１２０、保持腕１１１、１１２、金属層Ｅ２に代えてビアＶ１０～Ｖ１３、振動部１２０Ｂ、保持腕１１０、金属層Ｅ２Ａを有している。
（１）振動部１２０Ｂ
　振動部１２０Ｂは、図９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。また、振動部１２０は、Ｘ軸方向に短辺１２１ａ、１２１ｂを有し、Ｙ軸方向に長辺１２１ｃ、１２１ｄを有している。振動部１２０は、短辺１２１ａ、１２１ｂにおいて、１対の保持腕１１０によって保持部１４０に接続され、保持されている。また、振動部１２０Ｂの全面を覆うように、保護膜２３５が形成されている。さらに、保護膜２３５の表面には、振動部１２０Ｂの四隅（第２領域の一例である。）に４つの周波数調整膜２３６Ｅ～２３６Ｈが積層されている。
　その他の振動部１２０の構成は、第１実施形態と同様である。尚、周波数調整膜は4つに限定されず、例えば２３６Ｆと２３６Ｆが連結し、２３６Ｇと２３６Ｈが連結した２つでも良い。但し、周波数調整膜は振動時の変位の大きな第２領域を含み、第２領域は、振動部１２０Ｂの表面において、第２領域以外の第１領域の面積以下となる事が望ましい。これにより、周波数調整を効率よく実施し、かつ、周波数調整に伴う周波数温度特の変化を抑制する事ができる。
（２）保持腕１１０
　１対の保持腕１１０は、Ｙ軸方向に長辺を、Ｘ軸方向に短辺を有する略矩形の形状を有している。
　１対の保持腕１１０は、それぞれ一端が振動部１２０における短辺１２１ａ、１２１ｂの中心近傍と接続し、そこからＹ軸方向に沿って略垂直に延びている。また、保持腕１１０の他端は、それぞれ保持部１４０における枠体１４０ａ、１４０ｂの中心近傍と接続している。
　その他の保持腕１１０の構成・機能は第１実施形態の保持腕１１１，１１２と同様である。
（３）ビアＶ１０～Ｖ１３
　本実施形態では、ビアＶ１０～Ｖ１３は、それぞれ周波数調整膜２３６Ｅ～２３６Ｈにおける金属層Ｅ２Ａと重なり合わない領域に形成されている。その他のビアＶ１０～Ｖ１３の構成は、第１実施形態のビアＶ１～Ｖ４と同様である。
（４）金属層Ｅ２Ａ、Ｅ１
　金属層Ｅ２Ａは、周波数調整膜２３６Ｅ～２３６Ｈと重なり合う領域がなるべく小さくなるように調整されて形成されている。本実施形態においては、金属層Ｅ２Ａは、周波数調整膜２３６Ｅ～２３６Ｈと重なり合う面積が、当該周波数調整膜２３６Ｅ～２３６Ｈの合計の面積の半分以下となるように形成されている。
　その他の金属層Ｅ２Ａの構成は、第１実施形態における金属層Ｅ２の構成と同様である。
　金属層Ｅ２Ａ及び金属層Ｅ１により、圧電薄膜Ｆ３に電界を印加する事で、面内振動させることができる。本実施例では、金属層Ｅ２Ａと、金属層Ｅ１がそれぞれ、外部の交流電源に接続され、１次の輪郭振動させることができる。
　尚、この様な矩形状の輪郭振動共振子を複数連続して、高次モードの共振子を実現する事も可能である。
　（５）接続態様
　図１１に示すように、ビアＶ１０、Ｖ１１は、金属層Ｅ１の表面が露出するように保護膜２３５、及び圧電薄膜Ｆ３の一部を除去した孔に導電帯が充填されて形成される。周波数調整膜２３６Ｅ、２３６ＦはビアＶ１０、Ｖ１１を介して金属層Ｅ１に接続される。なお、ビアＶ１２、Ｖ１３の接続態様、及び材質等は、ビアＶ１０、Ｖ１１と同様であるため説明を省略する。
　その他のビアＶ１０～Ｖ１３の構成は第１実施形態におけるビアＶ１～Ｖ４の構成と同様である。
［第４実施形態］
　図１２及び図１３を用いて本発明の第４実施形態について説明する。図１２は、第１実施形態における図５に対応し、本実施形態に係る共振子１０Ｃの断面図である。また、図１３は本実施形態に係る振動腕１３５Ｄの、金属層Ｅ２の上面に沿った平面における平面図である（周波数調整膜２３６Ｄはこの平面には存在しないが、説明のため一点鎖線で示している。）。なお、共振子１０Ｃの表面における平面図については第１実施形態（図３）と同様であるため説明を省略する。
　図１２に示すように、本実施形態における金属層Ｅ２は、その一部が周波数調整膜２３６Ｄと重なり合う領域を有している。さらに、図１２及び図１３に示すように、ビアＶ４に充填された金属が金属層Ｅ２と接続されないように、ビアＶ４の内壁に沿って保護膜２３５が形成されている。なお、ビアＶ１～ビアＶ３、振動腕１３５Ａ～１３５Ｃ、周波数調整膜２３６Ａ～２３６Ｃの構成はそれぞれビアＶ４、振動腕１３５Ｄ、周波数調整膜２３６Ｄと同様であるため説明を省略する。
　その他の共振子１０Ｃの構成は第１実施形態と同様である。
　以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に係る共振子１０は、振動部１２０であって、上部電極Ｅ２及び下部電極Ｅ１と、上部電極Ｅ２と下部電極Ｅ１との間に設けられ、上部電極Ｅ２に対向する主面を有し、上部電極Ｅ２及び下部電極Ｅ１の間に電圧が印加されたときに振動部１２０を所定の振動モードで振動させる、圧電膜Ｆ３と、上部電極Ｅ２を挟んで圧電膜Ｆ３の主面と対向して設けられ、振動部１２０における第１領域において露出した、圧電体からなる保護膜２３５と、保護膜２３５を挟んで圧電膜Ｆ３の主面と対向して設けられ、振動部１２０における第１領域と隣接する領域である第２領域において露出した、導電膜２３６と、保護膜２３５に形成され、導電膜２３６を下部電極Ｅ１に電気的に接続させる接続電極Ｖ１～Ｖ４（Ｅ３）と、を有する振動部１２０と、振動部１２０の少なくとも一部を囲むように設けられた保持部１４０と、振動部１２０と保持部１４０とを接続する保持腕１１１，１１２とを備え、上部電極Ｅ２は、導電膜２３６と重なり合う領域の面積が導電膜２３６の面積の総和の半分以下となるように、又は導電膜２３６と重なり合う領域を避けて形成された。これによって、保護膜２３５に発生した電界によって、圧電薄膜Ｆ３の振動が阻害されることを抑制することができる。
　また、圧電体からなる保護膜２３５は、圧電膜Ｆ３と配向方向が同じでることが好ましい。また、接続電極は、少なくとも保護膜２３５を貫通するビア電極であることが好ましい。
　また、振動部１２０は、固定端と開放端とを有し、屈曲振動する振動腕１３５、並びに、振動腕１３５の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部１３０、を有し、第２領域は、振動腕１３５の開放端近傍の領域であることが好ましい。また、振動部１２０は、圧電膜Ｆ３が当該圧電膜Ｆ３に印加された電圧に応じて輪郭振動を行い、圧電膜Ｆ３の輪郭振動の節に平行な長辺と、圧電膜Ｆ３の輪郭振動の節に直交し、かつ輪郭振動の半波長に相当する短辺とを有する、少なくとも１つの矩形状の振動領域を有し、第２領域は、振動領域の角部を含む領域でもよい。
　また、本実施形態に係る共振装置１は、上述の共振子１０と、共振子１０を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋３０及び下蓋２０と、外部電極とを備える。本実施形態に係る共振装置１は、振動部１２０上に形成された保護膜２３５に電荷が帯電することを抑制できるため、振動部１２０に帯電した電荷による共振周波数の変動を防止することができる。
　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。例えば、既述の実施形態において、金属層Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３とから成る積層体は単層である構成について説明したが、これに限定されない。共振子１０は、金属層Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３とから成る積層体は多層であり、最上層（上蓋３０側）の表面に保護膜２３５が形成される構成でもよい。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
　１０，１０Ａ、１０Ｂ　　　　共振子
　３０　　　　　　　　　　　　上蓋
　２０　　　　　　　　　　　　下蓋
　１４０　　　　　　　　　　　保持部
　１４０ａ～ｄ　　　　　　　　枠体
　１１０、１１１、１１２　　　保持腕
　１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ　振動部
　１３０　　　　　　　　　　　基部
　１３５Ａ～Ｄ　　　　　　　　振動腕
　Ｆ２　　　　　　　　　　　　Ｓｉ基板
　Ｆ２１　　　　　　　　　　　酸化ケイ素層（温度特性補正層）
　Ｖ１～Ｖ４、Ｖ１０～Ｖ１３　ビア
　２３５　　　　　　　　　　　保護膜
　２３６　　　　　　　　　　　周波数調整膜

Claims (6)

  1. 　振動部であって、
    　　上部電極及び下部電極と、
    　　前記上部電極と前記下部電極との間に設けられ、前記上部電極に対向する主面を有し、前記上部電極及び前記下部電極の間に電圧が印加されたときに前記振動部を所定の振動モードで振動させる、圧電膜と、
    　　前記上部電極を挟んで前記圧電膜の前記主面と対向して設けられ、前記振動部における第１領域において露出した、絶縁体からなる保護膜と、
    　　前記保護膜を挟んで前記圧電膜の前記主面と対向して設けられ、前記振動部における第１領域と隣接する領域である第２領域において露出した、導電膜と、
    　　前記保護膜に形成され、前記導電膜を前記下部電極に電気的に接続させる接続電極と、
    を有する振動部と、
    　前記振動部の少なくとも一部を囲むように設けられた保持部と、
    　前記振動部と前記保持部とを接続する保持腕と
    を備え、
    　前記上部電極は、
    前記導電膜と重なり合う領域の面積が前記導電膜の面積の総和の半分以下となるように、又は前記導電膜と重なり合う領域を避けて形成された
    共振子。
  2. 　前記保護膜は、圧電体からなる、請求項１に記載の共振子。
  3. 　前記接続電極は、少なくとも前記保護膜を貫通するビア電極である、
    請求項１又は２に記載の共振子。
  4. 　前記振動部は、
     固定端と開放端とを有し、屈曲振動する振動腕、並びに、前記振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、
    を有し、
    　前記第２領域は、少なくとも前記振動腕の開放端近傍の領域を含む、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の共振子。
  5. 　前記振動部は、
    　前記圧電膜が当該圧電膜に印加された電圧に応じて輪郭振動を行い、
    　前記圧電膜の輪郭振動の節に平行な長辺と、前記圧電膜の輪郭振動の節に直交し、かつ輪郭振動の半波長に相当する短辺とを有する、少なくとも１つの矩形状の振動領域を有し、
    　前記第２領域は、
    　少なくとも前記振動領域の角部の領域を含む、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の共振子。
  6. 　請求項１乃至５の何れか一項に記載の共振子と、
    　前記共振子を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋及び下蓋と、
    　外部電極と、
    を備える共振装置。
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