WO2019207829A1 - 共振子及び共振装置 - Google Patents

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WO2019207829A1
WO2019207829A1 PCT/JP2018/043411 JP2018043411W WO2019207829A1 WO 2019207829 A1 WO2019207829 A1 WO 2019207829A1 JP 2018043411 W JP2018043411 W JP 2018043411W WO 2019207829 A1 WO2019207829 A1 WO 2019207829A1
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vibrating
vibrating arms
resonator
arm
conductive film
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PCT/JP2018/043411
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河合　良太
佳介 竹山
後藤　雄一
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株式会社村田製作所
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Publication date
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    • H03H9/24—Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive
    • H03H9/2405—Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive of microelectro-mechanical resonators
    • H03H9/2447—Beam resonators
    • H03H9/2457—Clamped-free beam resonators
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    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H03H9/1057—Mounting in enclosures for microelectro-mechanical devices

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 timekeeping function in an electronic device.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the resonance frequency may vary due to manufacturing variations. Therefore, the frequency is adjusted by additional etching or the like during or after the manufacture of the MEMS vibrator.
  • Patent Document 1 in a vibrator having a plurality of vibrating arms, a coarse adjustment mass portion provided on the distal end side of the vibration arm, and a fine adjustment mass portion provided on the proximal end side of the vibration arm; A configuration is disclosed in which the resonance frequency is adjusted by decreasing each of the values.
  • the mass part described in Patent Document 1 has 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 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 Coulomb force is generated by the electric charge in the insulator layer, and the resonance frequency fluctuates.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to suppress the influence of the charge charged on the insulator layer on the resonator or the conductive layer on the insulator layer on the resonance frequency. .
  • a resonance device includes a base, a fixed end connected to the base, and an open end provided apart from the base, and a plurality of vibrating arms extending from the fixed end to the open end.
  • the base and the plurality of vibrating arms include a piezoelectric film, a lower electrode and an upper electrode provided to face each other with the piezoelectric film interposed therebetween, and an insulating film provided to cover the upper electrode ,
  • a resonator having a vibrating portion, a holding portion extending to the open end side of the plurality of vibrating arms, a holding arm connecting the vibrating portion and the holding portion, and an upper portion of the resonator
  • the protrusion has an insulating film, and the vibrating arm is provided on the open end side and is attached to the vibrating arm.
  • the weight portion has a wider width portion than other portions, and the weight portion has a conductive film formed on the insulating film, and a plurality of portions when the surface of the lower lid facing the lower electrode is viewed in plan view.
  • the second distance between the weight portion and the projection portion is larger than the first distance between the weight portion and the holding portion of any one of the two adjacent vibrating arms. Is bigger.
  • the present invention it is possible to suppress the influence of the electric charge charged on the insulator layer on the resonator or the conductive layer on the insulator layer on the resonance frequency.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an appearance of a resonance device according to a first embodiment of the present invention.
  • 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 the resonator which concerns on 1st Embodiment of this invention which removed the upper cover. It is sectional drawing along the AA 'line of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. 3. It is sectional drawing along CC 'line of FIG. It is a figure which shows an example of the process flow of the resonance apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an appearance of a resonance device 1 according to the 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 lid 30 and a lower lid 20 provided to face each other with the resonator 10 interposed therebetween. That is, the resonance device 1 is configured by stacking the lower lid 20, the resonator 10, and the upper lid 30 in this order.
  • the resonator 10 is sealed by joining the resonator 10 and the lower lid 20 and joining the resonator 10 and the upper lid 30, thereby forming a vibration space of the resonator 10.
  • the resonator 10, the lower lid 20, and the upper lid 30 are each formed using a Si (silicon) substrate.
  • the Si substrates of the resonator 10 and the lower lid 20 are bonded to each other, and the Si substrates of the resonator 10 and the upper lid 30 are bonded to each other.
  • the resonator 10 and the lower lid 20 may be formed using an SOI substrate. Note that the lower lid 20 and the upper lid 30 may be joined to each other, and the resonator 10 may be sealed in a vibration space formed by the lower lid 20 and the upper lid 30.
  • the resonator 10 is a MEMS resonator manufactured using MEMS technology.
  • the resonator 10 is described as an example formed using a Si substrate.
  • the surface facing the resonator 10 is the front surface, and the surface facing the surface is the back surface.
  • a surface facing the resonator 10 is a back surface, and a surface facing the back surface is a surface.
  • a surface facing the lower lid 20 is a back surface
  • a surface facing the upper lid 30 is a surface.
  • a surface facing each lower lid 20 is a back surface
  • a surface facing each upper lid 30 is a surface.
  • the direction from the lower lid 20 toward the upper lid 30 is the upper side, and the opposite direction is the lower side.
  • each configuration of the resonance device 1 will be described in detail.
  • the upper lid 30 extends in a flat plate shape along the XY plane, and a flat rectangular parallelepiped concave portion 31 is formed on the back surface thereof.
  • the recess 31 is surrounded by the side wall 33 and forms part of a vibration space that is a space in which the resonator 10 vibrates.
  • the lower lid 20 includes a rectangular flat plate-shaped bottom plate 22 provided along the XY plane, and a side wall 23 extending in the Z-axis direction (that is, the stacking direction of the lower lid 20 and the resonator 10) from the peripheral edge of the bottom plate 22.
  • 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 part of the vibration space of the resonator 10.
  • the vibration space is hermetically sealed by the upper lid 30 and the lower lid 20 described above, and a vacuum state is maintained.
  • the vibration space may be filled with a gas such as an inert gas.
  • a protrusion 50 projecting into the vibration space is formed on the inner surface of the lower lid 20, that is, the surface of the bottom plate 22. The detailed configuration of the protrusion 50 will be described later.
  • FIG. 3 is a plan view of the resonance device 1 with the upper lid 30 removed.
  • the resonator 10 includes a vibrating unit 120, a holding unit 140, holding arms 111 and 112, and vias V1, V2, V3, and V4.
  • the vibration unit 120 has a comb-shaped outline extending along the XY plane in the orthogonal coordinate system of FIG.
  • the vibrating unit 120 is provided inside the holding unit 140, and a space is formed between the vibrating unit 120 and the holding unit 140 at a predetermined interval.
  • the vibrating unit 120 includes a base 130 and four vibrating arms 135A to 135D (collectively referred to as “a plurality of vibrating arms 135”).
  • the number of vibrating arms is not limited to four, and is set to an arbitrary number of, for example, two or more.
  • the plurality of vibrating arms 135 and the base 130 are integrally formed.
  • the base 130 has long sides 131a and 131b extending along the X-axis direction and short sides 131c and 131d extending along the Y-axis direction in plan view.
  • the long side 131a is one side of the front end surface 131A (hereinafter also referred to as “front end 131A”) of the base 130
  • the long side 131b is the rear end surface 131B (hereinafter referred to as “rear end 131B”) of the base 130. It is also called one side.
  • the front end 131A and the rear end 131B are provided to face each other.
  • the base 130 is connected to the plurality of vibrating arms 135 at the front end 131A, and is connected to the holding arms 111 and 112 at the rear end 131B.
  • the base portion 130 has a substantially rectangular shape in plan view in the example of FIG. 3, but is not limited to this, and the base portion 130 is on a virtual plane P defined along the vertical bisector of the long side 131a.
  • the base 130 may be, for example, a trapezoid whose long side 131b is shorter than the long side 131a, or a semicircular shape having the long side 131a as a diameter.
  • the long sides 131a and 131b and the short sides 131c and 131d are not limited to straight lines, and at least a part of each may be a curve.
  • 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 is the longest distance between the side ends of the base 130, is about 285 ⁇ m.
  • the plurality of vibrating arms 135 extend in the Y-axis direction and have the same size.
  • Each of the plurality of vibrating arms 135 is provided between the base portion 130 and the holding portion 140 in parallel with the Y-axis direction, and one end is connected to the front end 131A of the base portion 130 to be a fixed end, and the other end is Open end.
  • the plurality of vibrating arms 135 are provided in parallel at predetermined intervals in the X-axis direction.
  • Each of the plurality of vibrating arms 135 has, for example, a width in the X-axis direction of about 50 ⁇ m and a length in the Y-axis direction of about 420 ⁇ m.
  • Each of the plurality of vibrating arms 135 has a weight portion G at the open end.
  • the weight part G is wider in the X-axis direction than other parts of the plurality of vibrating arms 135.
  • the weight G has a width in the X-axis direction of about 70 ⁇ m.
  • the weight portion G is integrally formed by the same process as other portions of the plurality of vibrating arms 135.
  • the plurality of vibrating arms 135 is heavier per unit length on the open end side than on the fixed end side. Accordingly, the plurality of vibrating arms 135 each have the weight portion G on the open end side, whereby the amplitude of the vertical vibration in each of the plurality of vibrating arms 135 can be increased.
  • two vibrating arms 135A and 135D are arranged on the outside in the X-axis direction, and two vibrating arms 135B and 135C are arranged on the inside.
  • the interval W1 between the adjacent inner vibrating arms 135B and 135C in the X-axis direction is the inner vibrating arm 135A (135D) adjacent to the outer vibrating arm 135A (135D) in the X-axis direction. It is set to be larger than the interval W2 between 135B (135C).
  • the interval W1 is, for example, about 35 ⁇ m, and the interval W2 is, for example, about 25 ⁇ m.
  • the interval W1 may be set smaller than the interval W2 or may be equally spaced so that the resonant device 1 can be miniaturized.
  • a protective film 235 is formed on the entire surface of the vibration unit 120 over the entire surface. Further, a conductive film 236 is formed on a part of the surface of the protective film 235 in each of the plurality of vibrating arms 135.
  • the resonance frequency of the vibration unit 120 can be adjusted by the protective film 235 and the conductive film 236.
  • the protective film 235 is not necessarily provided over the entire surface of the vibration unit 120, but in the frequency adjustment, 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 order to protect the device from damage, it is preferable that the vibration portion 120 is provided over the entire surface.
  • the conductive film 236 is formed on the protective film 235 so that the surface thereof is exposed in at least a part of a region of the vibration unit 120 where the average displacement due to vibration is larger than other regions. Specifically, the conductive film 236 is formed on the protective film 235 at the tips of the plurality of vibrating arms 135, that is, at the weight part G. On the other hand, the surface of the protective film 235 is exposed in a region other than the weight portion G in the plurality of vibrating arms 135. In this embodiment, the conductive film 236 is formed up to the tip of each of the plurality of vibrating arms 135, and the protective film 235 is not exposed at the tip.
  • the conductive film 236 may not be formed on at least one tip portion of the plurality of vibrating arms 135 so that a part of the protective film 235 is exposed at at least one tip portion of the plurality of vibrating arms 135.
  • a second conductive film may be formed on each root side (side connected to the base portion 130) of the plurality of vibrating arms 135. Such a second conductive film is formed on the protective film 235, for example. Is done. In this case, it is possible to suppress the change in the temperature characteristic of the frequency accompanying the frequency adjustment.
  • the holding part 140 is formed in a rectangular frame shape along the XY plane.
  • the holding unit 140 is provided so as to surround the outside of the vibrating unit 120 along the XY plane in plan view.
  • the holding unit 140 may be provided to extend to at least a part of the periphery of the vibrating unit 120, specifically, to the open end side of the plurality of vibrating arms 135 as viewed from the base 130, and
  • the shape is not limited.
  • the holding unit 140 may be provided around the vibrating unit 120 to such an extent that the holding unit 140 holds the vibrating unit 120 and can be joined to the upper lid 30 and the lower lid 20.
  • the holding portion 140 is formed of prismatic frame bodies 140a to 140d that are integrally formed.
  • the frame body 140 a faces the open ends of the plurality of vibrating arms 135 and has a longitudinal direction parallel to the X axis.
  • the frame 140b faces the rear end 131B of the base 130, and the longitudinal direction is provided in parallel with the X axis.
  • the frame body 140c faces the side end (short side 131c) of the base portion 130 and the vibrating arm 135A, the longitudinal direction is provided in parallel to the Y axis, and is connected to one end of each of the frame bodies 140a and 140b at both ends thereof. .
  • the frame body 140d faces the side end (short side 131d) of the base portion 130 and the vibrating arm 135D, and the longitudinal direction is provided parallel to the Y axis, and is connected to the other ends of the frame bodies 140a and 140b at both ends thereof.
  • a protective film 235 is formed on the holding portion 140 over substantially the entire surface. Further, a conductive film 236 is provided on the protective film 235 in a region facing the open ends of the plurality of vibrating arms 135 in the frame 140 a of the holding unit 140. Specifically, the conductive film 236 is formed in the frame 140a along the inner edge of the holding unit 140 from a region facing the vibrating arm 135A to a region facing the vibrating arm 135D. The conductive film 236 is provided at a position where the inner edge thereof substantially coincides with the inner edge of the holding portion 140 in a plan view, and the outer edge thereof is provided between the inner edge and the outer edge of the holding portion 140. Also good. The conductive film 236 of the holding unit 140 is drawn out by a conductive wire 238 and is electrically connected to a via V5 described later.
  • (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 portion 130 and the frame bodies 140c and 140d. As shown in FIG. 3, the holding arm 111 and the holding arm 112 are formed in substantially plane symmetry with respect to a virtual plane P defined parallel to the YZ plane along the center line of the base portion 130 in the X-axis direction. .
  • the holding arm 111 has arms 111a, 111b, 111c, and 111d. One end of the holding arm 111 is connected to the rear end 131B of the base portion 130, and extends therefrom toward the frame body 140b.
  • the holding arm 111 is bent in the direction toward the frame body 140c (that is, the X-axis direction), further bent in the direction toward the frame body 140a (that is, the Y-axis direction), and again in the direction toward the frame body 140c ( That is, it is bent in the X-axis direction) and the other end is connected to the frame 140c.
  • the arm 111a is provided between the base portion 130 and the frame body 140b so as to face the frame body 140c so that the longitudinal direction thereof is parallel to the Y axis.
  • One end of the arm 111a is connected to the base portion 130 at the rear end 131B, and extends substantially perpendicular to the rear end 131B, that is, in the Y-axis direction.
  • the axis passing through the center in the X-axis direction of the arm 111a 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 defined in the X-axis direction of about 20 ⁇ m and a length defined in the Y-axis direction of 40 ⁇ m.
  • the arm 111b is provided between the base portion 130 and the frame body 140b so as to face the frame body 140b so that the longitudinal direction is parallel to the X-axis direction.
  • One end of the arm 111b is connected to the side surface on the side opposite to the frame 140c, which is the other end of the arm 111a, and extends substantially perpendicular to the arm 111a, that is, in the X-axis direction.
  • the other end of the arm 111b is connected to a side surface that is one end of the arm 111c and faces the vibrating unit 120.
  • the arm 111b has a width defined in the Y-axis direction of about 20 ⁇ m and a length defined in the X-axis direction of about 75 ⁇ m.
  • the arm 111c is provided between the base 130 and the frame 140c so as to face the frame 140c 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 on its side surface, and the other end is one end of the arm 111d and connected to the side surface on the frame 140c side.
  • the arm 111c has a width defined in the X-axis direction of about 20 ⁇ m and a length defined in the Y-axis direction of about 140 ⁇ m.
  • the arm 111d is provided between the base portion 130 and the frame body 140c so as to face the frame body 140a so that the longitudinal direction is parallel to the X-axis direction.
  • One end of the arm 111d is connected to the side surface on the side opposite to the frame 140c, which is the other end of the arm 111c.
  • the arm 111d is connected to the frame 140c at a position where the other end faces the vicinity of the connection portion between the vibrating arm 135A and the base 130, and from there, it is substantially perpendicular to the frame 140c, that is, X It extends in the axial direction.
  • the arm 111d has a width defined in the Y-axis direction of about 20 ⁇ m and a length defined in the X-axis direction of about 10 ⁇ m.
  • the holding arm 111 is connected to the base portion 130 in the arm 111a, and is bent at a connection place between the arms 111a and 111b, a connection place between the arms 111b and 111c, and a connection place between the arms 111c and 111d. In this configuration, it is connected to the holding unit 140.
  • the holding arm 112 has arms 112a, 112b, 112c, and 112d. One end of the holding arm 112 is connected to the rear end 131B of the base 130, and extends therefrom toward the frame 140b.
  • the holding arm 112 is bent in the direction toward the frame body 140d (that is, the X-axis direction), is further bent in the direction toward the frame body 140a (that is, the Y-axis direction), and is again directed toward the frame body 140d. It is bent (that is, in the X-axis direction) and the other end is connected to the frame body 140d.
  • the configuration of the arms 112a, 112b, 112c, and 112d is symmetric with respect to the arms 111a, 111b, 111c, and 111d, respectively, and a detailed description thereof will be omitted.
  • V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7 Vias V1, V2, V3, and V4 are holes filled with metal (conductor 237 in FIG. 7C) formed in the vicinity of the tips of the plurality of vibrating arms 135, and are formed in the vibrating arms 135A to 135D, respectively.
  • the conductive film 236 thus formed is electrically connected to a metal layer E1 (see FIG. 6) described later. Therefore, the charges generated on the surfaces of the vibrating arms 135A to 135D can be canceled.
  • a broken line indicates an electrical connection
  • a dotted line particularly indicates an electrical connection by vias V1, V2, V3, and V4.
  • the vias V1, V2, V3, and V4 are in the vicinity of the boundary between the region where the conductive film 236 is exposed and the region where the protective film 235 is exposed at the tip of the vibrating arms 135A, 135B, 135C, and 135D, respectively.
  • the weight G is formed at the end on the fixed end side.
  • the vias V5, V6, and V7 are preferably formed in the vicinity of the connection portion of the holding unit 140 with the holding arm 111 or 112.
  • the vias V5 and V6 are formed in the vicinity of the connection portion with the holding arm 111 (arm 111d) in the frame 140c, and the via V7 is connected to the holding arm 112 (arm 112d) in the frame 140d. It is formed near the location. Note that the positions at which the vias V5, V6, and V7 are formed are not limited to this, and may be formed at any position of the holding unit 140.
  • the via V5 is filled with metal (the conductor 237 in FIGS. 4 and 7C), and electrically connects a metal layer E1 (lower electrode), which will be described later, and the conductor 238.
  • a metal layer E1 lower electrode
  • the conductor 238 As a result, it is possible to cancel charges generated in a region of the holding unit 140 facing the plurality of vibrating arms 135.
  • the conductive film 236 of the frame 140a is grounded through the metal layer E1, the charge generated on the surface of the holding unit 140 can be further canceled.
  • the conductive film 236 of the plurality of vibrating arms 135 and the conductive film 236 of the frame 140a can be set to the same potential as long as they are electrically connected to each other through the metal layer E1. According to this, the Coulomb force generated between the plurality of vibrating arms 135 and the frame body 140a can be reduced, and fluctuations in the resonance frequency can be suppressed.
  • the vias V6 and V7 are formed with terminals for electrically connecting a metal layer E2 (upper electrode) described later and an external drive power source. As a result, drive power is supplied to the vibration unit 120.
  • the protrusion 50 is formed on the lower lid 20 so as to protrude between the adjacent vibrating arms 135B and 135C.
  • the protrusion 50 is formed in a prismatic shape extending in parallel with the vibrating arms 135B and 135C.
  • the length of the protrusion 50 in the direction along the vibrating arms 135B and 135C is about 240 ⁇ m, and the length (width) orthogonal to the direction is about 15 ⁇ m.
  • the weight G and the protrusion 50 of each of the vibrating arms 135B and 135C face each other in the Y-axis direction, that is, the X-axis direction (perpendicular to the extending direction of the plurality of vibrating arms 135).
  • region which overlaps (direction) is shown, it is not necessarily limited to this aspect.
  • the conductive film 236 is exposed on the surface of the protrusion 50.
  • a protective film 235 is formed on the protrusion 50, and the conductive film 236 is formed on the surface of the protective film 235.
  • a via V8 is formed at the end of the protrusion 50 on the frame 140b side.
  • the via V8 is filled with metal (conductor 237 in FIG. 7C), and electrically connects a metal layer E1 (lower electrode) described later and the conductive film 236 formed on the protrusion 50.
  • a metal layer E1 lower electrode
  • the charge generated on the surface of the protrusion 50 can be canceled.
  • the conductive film 236 formed on the protrusion 50 is grounded through the metal layer E1, the charge generated on the surface of the protrusion 50 can be further canceled.
  • the conductive films 236 of the plurality of vibrating arms 135 and the conductive films 236 of the protrusions 50 can have the same potential as long as they are electrically connected to each other through the metal layer E1. According to this, the Coulomb force generated between the plurality of vibrating arms 135 and the protrusion 50 can be reduced, and fluctuations in the resonance frequency can be suppressed.
  • the charge generated on the side surface of the protective film 235 formed under the conductive film 236 of the protrusion 50 cannot be canceled through the conductive film 236.
  • charges generated on the side surfaces of the protective film 235 formed under the conductive film 236 of the plurality of vibrating arms 135 and the holding unit 140 (frame body 140a) cannot be canceled through the conductive film 236.
  • the charges generated on the side surfaces of the insulating film such as the protective film 235 and the piezoelectric thin film F3 may cause the resonance frequency of the resonator 10 to fluctuate.
  • either the vibrating arm 135B or the vibrating arm 135C and the holding portion 140 (frame)
  • the distance from the body 140a) is defined as a distance L1
  • the distance between the weight G and the protrusion 50 is defined as a distance L2.
  • the distance L2 is the distance between the protrusion 50 and the weight G in the extending direction (Y-axis direction) of the plurality of vibrating arms 135 when the surface of the lower lid 20 facing the resonator 10 is viewed in plan. The distance.
  • the distance L2 refers to the distance in the Y-axis direction between the end portion of the protrusion portion 50 closest to the weight portion G and the end portion of the weight portion G closest to the protrusion portion 50.
  • the distance L1 is the vibrating arm 135B or the vibrating arm in the extending direction (Y-axis direction) of the plurality of vibrating arms 135 when the surface of the lower lid 20 facing the resonator 10 is viewed in plan.
  • the distance between any weight part G of 135C and the holding part 140 is said.
  • the distance L1 refers to the distance in the Y-axis direction between the end of the weight G that is closest to the frame 140a and the end of the frame 140a that is closest to the weight G.
  • the distance L2 is set to be longer than the distance L1, and more preferably set to be twice or more.
  • the distance L2 is 20 ⁇ m or more.
  • the deterioration of the vibration characteristics of the resonator 10 can be reduced. .
  • the deterioration of the vibration characteristics of the resonator 10 can be reduced even if the protrusion 50 and the conductive film 235 of the frame 140a are omitted and the charges generated on the surfaces of the protrusion 50 and the frame 140a are not canceled.
  • a laminated structure of the resonator 10 will be described with reference to FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
  • the AA ′ cross section is a cross section parallel to the frame body 140b and passing through the via V5.
  • the upper lid 30 is formed of a Si (silicon) wafer S3 having a predetermined thickness. As shown in FIG. 4, the upper lid 30 is bonded to the holding unit 140 of the resonator 10 by a bonding layer 40 to be described later by the back surface at the peripheral portion (side wall 33).
  • the back surface of the upper lid 30 is preferably covered with a silicon oxide film (not shown).
  • the silicon oxide film is formed on the surface of the Si wafer S3 by, for example, oxidation of the surface of the Si wafer S3 or chemical vapor deposition (CVD).
  • terminals are formed on the surface of the upper lid 30.
  • a through-hole formed in the upper lid 30 is filled with a conductive material such as impurity-doped polycrystalline silicon (Poly-Si), Cu (copper), Au (gold), or impurity-doped single crystal silicon. It is formed.
  • the terminals are electrically connected to the vias V6 and V7, and function as wiring for electrically connecting the external power supply and the resonator 10.
  • the terminal may be formed on the back surface of the lower lid 20 or the side surface of the upper lid 30 or the lower lid 20.
  • the bottom plate 22 and the side wall 23 of the lower lid 20 are integrally formed of a Si (silicon) wafer S1.
  • the lower lid 20 is joined to the holding part 140 of the resonator 10 by the surface of the side wall 23.
  • the thickness of the lower lid 20 defined in the Z-axis direction is, for example, 150 ⁇ m, and the depth of the recess 21 is, for example, 50 ⁇ m.
  • the Si wafer S1 is made of non-degenerate silicon and has a resistivity of, for example, 16 m ⁇ ⁇ cm or more.
  • the holding unit 140, the base 130, the plurality of vibrating arms 135, and the holding arms 111 and 112 are integrally formed by the same process.
  • a metal layer E1 (an example of a lower electrode) is first laminated on a Si (silicon) substrate F2.
  • a piezoelectric thin film F3 (an example of a piezoelectric film) is laminated on the metal layer E1 so as to cover the metal layer E1, and the metal layer E2 ( Is an example of an upper electrode).
  • the metal layer E1 and the metal layer E2 are provided so as to face each other with the piezoelectric thin film F3 interposed therebetween, the lower cover 20 is provided to face the metal layer E1, and the upper cover 30 is provided to face the metal layer E2. It has been.
  • a protective film 235 is laminated on the metal layer E2 so as to cover the metal layer E2.
  • a conductive film 236 is further stacked on the protective film 235.
  • the metal layer E2 is configured not to extend to the tips of the plurality of vibrating arms 135. Thereby, the characteristic change by the short circuit with the metal layer E1 and the electrically conductive film 236 can be suppressed.
  • the metal layer E2 is preferably patterned so as not to extend to the tips of the plurality of vibrating arms 135, but may be extended to the tips.
  • the metal layer E1 can be omitted because the Si substrate F2 itself also functions as a lower electrode.
  • the Si substrate F2 is formed of, for example, a degenerate n-type Si semiconductor having a thickness of about 6 ⁇ m, and can include P (phosphorus), As (arsenic), Sb (antimony), and the like as n-type dopants. Further, 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. Further, a temperature characteristic correction layer made of, for example, a silicon oxide (for example, SiO 2 ) layer F21 is formed on the lower surface of the Si substrate F2. This makes it possible to improve temperature characteristics.
  • a silicon oxide for example, SiO 2
  • the temperature characteristic correction layer refers to a layer having a function of reducing the temperature coefficient of the frequency in the vibration part (that is, the rate of change per temperature) at least near the normal temperature.
  • the vibration unit 120 includes the silicon oxide layer F21 corresponding to the temperature characteristic correction layer, for example, the resonance of the laminated structure including the Si substrate F2, the metal layers E1 and E2, the piezoelectric thin film F3, and the silicon oxide layer F21. A change in frequency with temperature can be reduced.
  • the silicon oxide layer F21 is desirably formed with a uniform thickness.
  • uniform thickness means that the dispersion
  • 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 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 using, for example, Mo (molybdenum) or aluminum (Al) having a thickness of about 0.1 to 0.2 ⁇ m.
  • the metal layers E2 and E1 are formed in a desired shape by etching or the like.
  • the metal layer E1 is formed on the vibrating portion 120 so as to function as a lower electrode, a float electrode, or a ground electrode. In this embodiment, it is the lower electrode.
  • the metal layer E1 is a lower wiring for electrically connecting the lower electrode to an AC power source provided outside the resonator 10, or a ground electrode for grounding. Are formed so as to function as a lower wiring for electrically connecting the two.
  • the metal layer E2 is formed on the vibrating part 120 so as to function as an upper electrode.
  • the metal layer E2 functions as an upper wiring for electrically connecting the upper electrode to a circuit provided on the outside of the resonator 10 or an AC power supply on the holding arms 111 and 112 and the holding unit 140. Formed.
  • an extraction electrode is formed at the junction between the upper lid 30 and the resonator 10, and the extraction electrode connects the inside and the outside of the resonance device 1.
  • a structure in which electrical connection is made a via is formed in the upper lid 30, a conductive material is filled in the via and a via wiring is provided, and the via wiring electrically connects the inside and the outside of the resonance device 1.
  • a connecting configuration may be used.
  • Such electrical connection using the lead electrode and via electrode can be similarly applied to electrical connection from an external circuit or an AC power source to the upper wiring.
  • the functions of the metal layer E1 and the metal layer E2 may be interchanged. That is, the metal layer E2 (upper electrode) may be electrically connected to an external AC power supply or ground, and the metal layer E1 (lower electrode) may be electrically connected to an external circuit.
  • the piezoelectric thin film F3 is a piezoelectric thin film that converts an applied voltage into vibration, and can be mainly composed of a nitride or oxide such as AlN (aluminum nitride). Specifically, the piezoelectric thin film F3 can be formed of ScAlN (scandium aluminum nitride). ScAlN is obtained by replacing a part of aluminum in aluminum nitride with scandium.
  • the piezoelectric thin film F3 has a thickness of 1 ⁇ m, for example, but 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 expansion and contraction of the piezoelectric thin film F3 causes the plurality of vibrating arms 135 to displace the open ends toward the inner surfaces of the lower lid 20 and the upper lid 30 and vibrate in an out-of-plane bending vibration mode.
  • the upper electrode is divided and connected to an AC power source, so that the two inner arms and the two outer arms are bent in opposite directions.
  • it is configured to vibrate, it is not limited to this.
  • a configuration with one vibrating arm or a configuration that vibrates in an in-plane bending vibration mode may be used.
  • the protective film 235 is an insulating layer and is formed of a material whose mass reduction rate by etching is slower than that of the conductive film 236.
  • the protective film 235 is formed of a nitride film such as AlN or SiN, or an oxide film such as Ta 2 O 5 (tantalum pentoxide) or SiO 2 .
  • the mass reduction rate is represented by the product of the etching rate (thickness removed per unit time) and the density.
  • the thickness of the protective film 235 is less than half the thickness of the piezoelectric thin film F3 (C-axis direction), and is about 0.2 ⁇ m in this embodiment, for example.
  • a more preferable thickness of the protective film 235 is about one quarter of the thickness of the piezoelectric thin film F3. Furthermore, when the protective film 235 is formed of a piezoelectric material such as AlN, it is preferable to use a piezoelectric material having the same orientation as the piezoelectric thin film F3.
  • the conductive film 236 is a conductor layer, and is formed of a material whose mass reduction rate by etching is faster than that of the protective film 235.
  • the conductive film 236 is formed of a metal such as molybdenum (Mo), tungsten (W), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), aluminum (Al), or titanium (Ti), for example.
  • the protective film 235 and the conductive film 236 can have any relationship in the etching rate as long as the relationship in mass reduction rate is as described above.
  • the conductive film 236 is formed on substantially the entire surface of the vibration part 120 and then formed only in a predetermined region by processing such as etching.
  • a trimming process for adjusting the film thickness of the conductive film 236 is performed.
  • the film thickness of the conductive film 236 is adjusted based on the calculated frequency deviation.
  • the film thickness of the conductive film 236 can be adjusted by, for example, irradiating the entire surface of the resonance device 1 with an argon (Ar) ion beam and etching the conductive film 236.
  • the ion beam can be irradiated over a wider range than the resonator 10.
  • etching is performed using an ion beam, but the etching method is not limited to that using an ion beam.
  • the via V5 is formed by filling a conductor 237 into a hole from which a part of the protective film 235, the metal layer E2, and the piezoelectric thin film F3 has been removed so that the surface of the metal layer E1 is exposed.
  • the conductor 237 filled in the via V5 is, for example, Mo (molybdenum) or aluminum (Al).
  • the conductive film 236 formed on the frame 140a of the holding unit 140 and the metal layer E1 are electrically connected through a conductor 237 filled in the via V5.
  • FIG. 5 is a schematic view of a cross section when the vibrating arm 135D is cut along the line BB 'in FIG. As shown in FIG. 5, the metal layer E ⁇ b> 2 is formed so that its area is adjusted so that a region overlapping with the conductive film 236 is as small as possible.
  • the via V4 is formed by filling a conductor 237 into a hole from which a part of the protective film 235, the metal layer E2, and the piezoelectric thin film F3 is removed so that the surface of the metal layer E1 is exposed.
  • the conductor 237 filled in the via V4 is, for example, Mo (molybdenum) or aluminum (Al).
  • the conductive film 236 and the metal layer E1 are electrically connected via a conductor 237 filled in the via V4. Thereby, the electric charge charged in the protective film 235 can be moved to the metal layer E1.
  • the electric charge moved to the metal layer E1 can be released to the outside of the resonance device 1 through a connection terminal connected to the outside connected to the metal layer E1.
  • the resonator 10 since it is possible to suppress the charge from being charged to the protective film 235 formed on the vibration unit 120, it is possible to prevent fluctuations in the resonance frequency due to the charge charged in the vibration unit 120. be able to.
  • the overlapping region between the metal layer E2 and the conductive film 236 is set to be as small as possible. Thereby, it is possible to suppress the vibration of the piezoelectric thin film F3 from being hindered by the electric field applied to the protective film 235.
  • the connection mode, material, and effect of the vias V1, V2, and V3 are the same as those of the via V4, description thereof is omitted.
  • FIG. 6 is a schematic view of a cross section when the resonator 10 is cut along the line CC ′ in FIG.
  • the phase of the electric field applied to the outer vibrating arms 135A and 135D and the phase of the electric field 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 directions opposite to each other.
  • the outer vibrating arms 135 ⁇ / b> A and 135 ⁇ / b> D displace the open end toward the inner surface of the upper lid 30
  • the inner vibrating arms 135 ⁇ / b> B and 135 ⁇ / b> C displace the open end toward the inner surface of the lower lid 20.
  • twisting moments in opposite directions are generated between the central axes r 1 and r 2
  • bending vibration is generated at the base 130.
  • the protrusion 50 includes a first layer 51 formed integrally with the Si wafer S ⁇ b> 1 of the lower lid 20, and a second layer 52 formed by the same process as the resonator 10.
  • the silicon oxide layer F21, the Si substrate F2, the metal layer E1, the piezoelectric thin film F3, the metal layer E2, the protective film 235, and the conductive film 236 are stacked in this order. It is formed.
  • a bonding layer 40 is formed between the peripheral portion of the upper lid 30 and the holding portion 140, and the upper lid 30 is bonded to the holding portion 140 by the bonding layer H.
  • the bonding layer 40 is made of, for example, an Au (gold) film and an Sn (tin) film.
  • FIG. 7A is a process flow of the DD ′ cross section of FIG.
  • a handle Si (Si wafer S1) to be the lower lid 20 is prepared (STEP 1).
  • a cavity is formed in the handle Si by etching, the lower lid 20 and the first layer 51 of the protrusion 50 are formed (STEP 2), and an SOI substrate prepared separately in STEP 3 (Si on which the silicon oxide layer F21 is formed). Thermally bonding with the substrate F2) (STEP4).
  • a metal layer E1, a piezoelectric thin film F3, and a metal layer E2 are formed in this order on the SOI substrate (STEP 5).
  • a seed layer may be formed between the metal layer E1 and the Si substrate F2.
  • the seed layer is, for example, an aluminum nitride layer. In this case, the crystallinity of the piezoelectric thin film F3 formed on the metal layer E1 can be improved.
  • FIG. 7B (A) and FIG. 7C (A) show the process flow of the DD ′ section of FIG. 3 as in FIG. 7A.
  • FIG. 7B (B) and FIG. 7C (B) are process flows of the EE ′ cross section of FIG. 3.
  • the metal layer E2 is patterned by etching or the like to form an upper electrode (STEP 6).
  • the metal layer E1 and the piezoelectric thin film F3 may be patterned.
  • a protective film 235 and a conductive film 236 are formed in this order (STEP 7 and STEP 8).
  • vias V1 to V5 are formed (STEP 9). Specifically, the conductive film 236, the protective film, the metal layer E2, and the piezoelectric thin film F3 are removed so that the metal layer E1 is exposed in the regions where the vias V1 to V5 are to be formed.
  • the conductor 237 is laminated and the vias V1 to V5 are filled with the conductor 237 (STEP 10). The conductor 237 is patterned so as to cover the openings of the vias V1 to V5 (STEP 11).
  • the space between the plurality of vibration arms 135 or between the plurality of vibration arms 135 and the holding part 140 is released by etching or the like (STEP 12). Thereafter, it is joined to a separately prepared upper lid 30 to form the resonance device 1.
  • FIG. 8 and 9 are graphs showing the results of verifying the influence of the length of the distance L2 on the distance L1 on the frequency fluctuation due to the charge charged on the protective film 235.
  • FIG. 8 the distance L1 is fixed to 10 ⁇ m, and the distance L2 is 49 ⁇ m (A-1, A-2, A-3), 25 ⁇ m (B-1), 19 ⁇ m (for each sample of the resonance device).
  • the conductive film 236 formed on the protrusion 50 is grounded.
  • the conductive film 236 formed on the protrusion 50 is in a float state. Further, in the sample E-3, the conductive film 236 is not formed on the protrusion 50.
  • Other configurations in each sample are as described above.
  • the graph of FIG. 8 shows the change in frequency when trimming is performed by irradiating each sample with an ion beam for about 1.0 second.
  • An Ar ion beam is used for the verification of FIG.
  • the frequency was measured with a transmission circuit and a frequency counter.
  • the frequency increases. However, when there is an influence of charge, the frequency temporarily decreases immediately after irradiation with the ion beam. Referring to the graph of FIG. 8, when the distance L2 is 5 ⁇ m (E-1, E-2, E-3), the conductive film 236 of the protrusion 50 is in the ground state, the float state, and the protrusion 50. In any case where no conductive film 236 is provided, the frequency decreases immediately after the ion beam irradiation, and it is understood that the film is affected by the charge.
  • the length of the distance L2 is 19 ⁇ m or more (A-1, A-2, B-1, C-1), the decrease in frequency immediately after the ion beam irradiation is mitigated, and the influence of charging is affected. It can be seen that it has been reduced.
  • FIG. 9 is a graph showing the verification results of FIG. 8, with the horizontal axis representing the length of the distance L2 and the vertical axis representing the frequency change rate.
  • the distance L2 is larger than 10 ⁇ m, that is, larger than the distance L1
  • the frequency change rate is reduced.
  • this tendency is remarkable when the distance L2 is 20 ⁇ m or more, that is, twice or more than the distance L1.
  • the distance L2 between the protrusion 50 and the rear end of the weight G is from the open end of the plurality of vibrating arms 135 to the region facing the open end of the holding unit 140. It is set longer than the distance L1. More preferably, the distance L2 is at least twice as long as the distance L1, for example, the length of the distance L2 is 20 ⁇ m. As a result, it is possible to reduce the influence of the Coulomb force due to the electric charge charged on the protective film 235 on the frequency variation of the resonator 10.
  • FIG. 10 corresponds to FIG. 4 and is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the resonance device 2 according to the present embodiment.
  • the resonance device 2 has a protrusion 60 instead of the protrusion 50 in the resonance device 1.
  • the protrusion 60 is composed of the first layer 51 in the protrusion 50 and does not have the second layer 52.
  • the other configuration of the protrusion 60 is the same as that of the protrusion 50.
  • Other configurations and functions of the resonance device 2 are the same as those of the resonance device 1.
  • the semiconductor layer, the lower electrode, the piezoelectric film, the upper electrode, the insulating film, and the conductive film on the first layer 51 may or may not be present as necessary.
  • FIG. 11 corresponds to FIG. 3 and is a diagram obtained by extracting a part of a plan view in which the upper lid 30 is removed from the resonance device 3 in the present embodiment.
  • the resonance device 3 includes vibration arms 136A to 136D (a plurality of vibration arms 136) and a protrusion 70 instead of the vibration arms 135A to 135D and the protrusion 50 of the resonance device 1.
  • the open ends of the plurality of vibrating arms 136 are R-shaped. Further, in FIG. 11, the weight portion G of the vibrating arm 136 refers to a region closer to the open end than the one-dot chain line shown in the vibrating arms 136 ⁇ / b> B and 136 ⁇ / b> C of FIG. Further, the plurality of vibrating arms 136 has a shape in which the width gradually increases toward the open end in the vicinity of the region where the weight portion G is formed.
  • the protrusion 70 has an R shape at the tip along the direction in which the plurality of vibrating arms 136 extend.
  • the distance L ⁇ b> 1 is the opening end of the resonating arm 136 and the frame 140 a in the extending direction of the resonating arms 136 when the surface of the lower lid 20 facing the resonator 10 is viewed in plan.
  • the distance L2 refers to the distance between the weight part G and the protrusion part 70 in the extending direction of the plurality of vibrating arms 136 when the surface of the lower lid 20 facing the resonator 10 is viewed in plan.
  • the distance between the protrusion 70 and the vibrating arms 136B and 136C in the direction orthogonal to the extending direction of the plurality of vibrating arms 136 is determined.
  • L3 the distance between the protrusion 70 and the vibrating arms 136B and 136C in the direction orthogonal to the extending direction of the plurality of vibrating arms 136 is determined.
  • L3 the distance between the protrusion 70 and the vibrating arms 136B and 136C in the direction orthogonal to the extending direction of the plurality of vibrating arms 136 is determined.
  • FIG. 14 corresponds to FIG. 3 and is a diagram in which a part of a plan view in which the upper lid 30 is removed from the resonance device 4 in the present embodiment is extracted.
  • the resonance device 4 includes vibration arms 137A to 137C (a plurality of vibration arms 137) and protrusions 80A and 80B instead of the vibration arms 135A to 135D and the protrusions 50 of the resonance device 1.
  • the plurality of vibrating arms 137 are three vibrating arms composed of one inner vibrating arm 137B and two outer vibrating arms 137A, 137C.
  • the outer vibrating arms 137A and 137C vibrate in the opposite phase to the inner vibrating arm 137B.
  • the protrusion 80A is formed between the vibrating arm 137A and the vibrating arm 137B.
  • the protrusion 80B is formed between the vibrating arm 137B and the vibrating arm 137C.
  • Other configurations and functions of the resonance device 4 are the same as those of the resonance device 1.
  • the resonance device 1 has a base portion 130, a fixed end connected to the base portion 130, and an open end provided away from the base portion 130, and extends from the fixed end to the open end.
  • the base 130 and the plurality of vibrating arms 135 include a piezoelectric film F3, a lower electrode E1 and an upper electrode E2 provided to face each other with the piezoelectric film F3 interposed therebetween, A vibrating part 120 having an insulating film 235 provided so as to cover the upper electrode E2, a holding part 140 provided extending to the open end side of the plurality of vibrating arms 135, the vibrating part 120, and the holding part 140, the resonator 10 having the holding arms 111 and 112 connected to the resonator 140, the upper lid 30 provided to face the upper electrode E ⁇ b> 2 of the resonator 10, and the lower electrode E ⁇ b> 1 of the resonator 10.
  • the lower lid 20 has a protruding portion 50 protruding between two adjacent vibrating arms 135B and 135C of the plurality of vibrating arms 135, the protruding portion 50 has an insulating film 235, and the vibrating arm 135 is opened.
  • the weight portion G is provided on the end side and has a width wider than other portions of the vibrating arm 135, and the weight portion G includes a conductive film 236 formed on the insulating film 235, and a lower portion of the lower lid 20.
  • the second distance L2 between the weight G and the protrusion 50 is larger than the first distance L1.
  • the second distance L2 is more preferably twice or more the first distance L1.
  • the second distance L2 is preferably 20 ⁇ m or more. In this case, since the first distance L1 can be secured more widely, it is possible to further reduce the influence of the Coulomb force due to the charge charged on the protective film 235 or the conductive film 236 on the frequency variation of the resonator 10. .
  • the plurality of vibrating arms 135 are three vibrating arms, and it is preferable that the central vibrating arm and the outer vibrating arm vibrate in opposite phases. According to this preferable aspect, the moment in the rotational direction between the central vibrating arm and the outer vibrating arm can be canceled, and higher Q resonance can be obtained.
  • the plurality of vibrating arms 135 are four vibrating arms, and it is preferable that the inner two vibrating arms and the outer two vibrating arms vibrate in opposite phases. According to this preferred embodiment, the gap between the two inner vibrating arms can be widened, and as a result, k 2 Q representing the ease of vibration of the resonator can be improved.
  • the conductive film 236 formed on the weight portion G is preferably connected to the upper electrode E2 or the lower electrode E1.
  • the holding unit 140 includes an insulating film 235 and a conductive film 236 formed on the insulating film 235, and the conductive film 236 of the holding unit 140 is preferably connected to the upper electrode E2 or the lower electrode E1.
  • the protrusion 50 further includes a conductive film 236 formed over the insulating film 235, and the conductive film 236 of the protrusion 50 is preferably connected to the upper electrode E2 or the lower electrode E1. According to this preferred embodiment, it is possible to further reduce the influence of the Coulomb force caused by the electric charge charged on the protective film 235 or the conductive film 236 on the frequency variation of the resonator 10.
  • the protruding portion 50 protrudes between the portions other than the weight portion G of the two adjacent vibrating arms 135B and 135C, and extends to the portion other than the weight portion G in the protruding portion 50 and the vibrating arms 135B and 135C.
  • the third distance L3 is preferably smaller than the first distance L1.
  • each embodiment described above is for facilitating the understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
  • the present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
  • those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
  • Each embodiment is an exemplification, and it is needless to say that a partial replacement or combination of configurations shown in different embodiments is possible, and these are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention. .
  • the configuration in which the conductive film 236 is formed in the region facing the open end of the vibrating arm 135 in the holding unit 140 has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the conductive film 236 may not be formed on the surface of the holding unit 140.
  • the configuration in which the conductive film 236 is exposed on the surface of the protrusion 50 has been described, but the conductive film 236 may not be formed on the protrusion 50.
  • the conductive film 236 of the weight part G and the conductive film 236 of the protrusion 50 are both connected to the metal layer E1 (lower electrode). However, the metal layer E2 (upper part) is described. Electrode). Further, the conductive film 236 of the weight portion G and the conductive film 236 of the protrusion 50 are not connected to the metal layers E1 and E2, and may be in a float state. In this case, the resonance device 1 does not have vias V1 to V5.
  • the protrusions 50, 60, and 70 have been described as being formed between the vibrating arms 135B and 135C (that is, between the inner vibrating arms), but are not limited thereto.
  • the protrusions 50, 60, and 70 may be formed between any two adjacent vibrating arms 135, and may be between the vibrating arms 135A and 135B or between the vibrating arms 135C and 135D. Further, it may be formed between all the vibrating arms 135.
  • the resonator 10 has the configuration including the four vibrating arms 135 and the configuration including the three vibrating arms 137.
  • the number of the vibrating arms 135 included in the resonator 10 is as follows. Any number of two or more may be used.
  • the configuration may be such that the outer two vibrating arms and the vibrating arms other than the outer two vibrate in opposite phases.
  • the protrusion may be formed between at least one pair of adjacent vibrating arms.

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Abstract

共振装置（１）は、基部（１３０）と、複数の振動腕（１３５）とを備える振動部（１２０）と、保持部（１４０）と、保持腕（１１１，１１２）と、を有する共振子（１０）と、上蓋（３０）と、下蓋（２０）と、を備え、下蓋（２０）は、隣り合う２つの振動腕（１３５Ｂ，１３５Ｃ）の間に突起する突起部（５０）を有し、突起部（５０）は絶縁膜（２３５）を有し、振動腕（１３５）は錘部（Ｇ）を有し、錘部（Ｇ）は絶縁膜（２３５）上に形成された導電膜（２３６）を有し、複数の振動腕（１３５）が延在する方向において、隣り合う２つの振動腕（１３５Ｂ，１３５Ｃ）のいずれか１つの錘部（Ｇ）と保持部（１４０）との間の第１距離（Ｌ１）よりも、錘部（Ｇ）と突起部（５０）との間の第２距離（Ｌ２）のほうが大きい。

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帯電した電荷が共振周波数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装置は、基部と、当該基部に接続された固定端及び当該基部から離れて設けられた開放端を有し、固定端から開放端まで延在する複数の振動腕とを備え、基部及び複数の振動腕は、圧電膜と、当該圧電膜を間に挟んで対向するように設けられた下部電極及び上部電極と、上部電極を覆うように設けられた絶縁膜と、を有する振動部と、複数の振動腕の開放端側に延在して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、を有する共振子と、共振子の上部電極に対向して設けられた上蓋と、共振子の下部電極に対向して設けられた下蓋と、を備え、下蓋は、複数の振動腕のうち隣り合う２つの振動腕の間に突起する突起部を有し、突起部は絶縁膜を有し、振動腕は、開放端側に設けられかつ振動腕における他の部位よりも幅が広い錘部を有し、錘部は、絶縁膜上に形成された導電膜を有し、下蓋における下部電極と対向する面を平面視したときに、複数の振動腕が延在する方向において、隣り合う２つの振動腕のいずれか１つの錘部と保持部との間の第１距離よりも、当該錘部と前記突起部との間の第２距離のほうが大きい。
　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帯電した電荷が共振周波数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。 上蓋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２の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。 図３のＣＣ´線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態に係る共振装置のプロセスフローの一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る共振装置のプロセスフローの一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る共振装置のプロセスフローの一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る共振装置の効果を検証した結果を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る共振装置の効果を検証した結果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る共振子の平面図である。 本発明の第３実施形態に係る共振子の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る共振子の平面図である。
［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。なお、各図においては、共振装置１の構造における特徴の少なくとも一部を説明するのに必要な構成を抽出して記載しているが、共振装置１が不図示の構成を備えることを妨げるものではない。
　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との接合、及び共振子１０と上蓋３０との接合により、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（シリコン）基板を用いて形成されている。共振子１０及び下蓋２０のそれぞれのＳｉ基板同士は互いに接合され、また、共振子１０及び上蓋３０のそれぞれのＳｉ基板同士は互いに接合されている。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。なお、下蓋２０と上蓋３０とが互いに接合され、下蓋２０及び上蓋３０によって形成される振動空間に共振子１０が封止されてもよい。
　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Ｓｉ基板を用いて形成されるものを例として説明する。また、以下の説明では、下蓋２０において、共振子１０と対向する面を表面、当該表面と対向する面を裏面とする。さらに上蓋３０において、共振子１０と対向する面を裏面、当該裏面に対向する面を表面とする。共振子１０において、下蓋２０と対向する面を裏面、上蓋３０と対向する面を表面とする。同様に、共振子１０の構成要素において、それぞれの下蓋２０と対向する面を裏面、それぞれの上蓋３０と対向する面を表面とする。下蓋２０から上蓋３０に向かう方向を上とし、その反対方向を下とする。
　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。
　下蓋２０の内面、すなわち底板２２の表面には振動空間内に突出する突起部５０が形成される。突起部５０の詳細な構成については後述する。
（３．共振子１０）
　図３は、上蓋３０を取り外した共振装置１の平面図である。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、ビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４とを備えている。
（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櫛歯形状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「複数の振動腕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２本以上の任意の数に設定される。本実施形態において、複数の振動腕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軸方向に沿って延びる長辺１３１ａ、１３１ｂ、Ｙ軸方向に沿って延びる短辺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、複数の振動腕１３５に接続され、後端１３１Ｂにおいて、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が長辺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及び短辺１３１ｃ、１３１ｄは直線に限定されず、それぞれの少なくとも一部が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。
　複数の振動腕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。複数の振動腕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、複数の振動腕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、複数の振動腕１３５は、それぞれ、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。
　複数の振動腕１３５はそれぞれ開放端に、錘部Ｇを有している。錘部Ｇは、複数の振動腕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、複数の振動腕１３５の他の部位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、複数の振動腕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、複数の振動腕１３５が開放端側にそれぞれ錘部Ｇを有することで、複数の振動腕１３５のそれぞれ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、隣り合う内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃ同士の間隔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３５μｍ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、等間隔にしてもよい。
　振動部１２０の表面側には、その全面に亘って保護膜２３５が形成されている。さらに、複数の振動腕１３５における保護膜２３５の表面の一部には、それぞれ、導電膜２３６が形成されている。保護膜２３５及び導電膜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の全面に亘って設けられる必要はないが、周波数調整において下地の電極膜（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）をダメージから保護する上で、振動部１２０の全面に亘って設けられる方が望ましい。
　導電膜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、導電膜２３６は、複数の振動腕１３５のそれぞれの先端、即ち錘部Ｇにおいて、保護膜２３５上に形成される。他方、保護膜２３５は、複数の振動腕１３５における錘部Ｇ以外の領域において、その表面が露出している。この実施例では、複数の振動腕１３５のそれぞれの先端まで導電膜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。しかし、保護膜２３５の一部が複数の振動腕１３５の少なくとも１つの先端部で露出する様に、導電膜２３６が複数の振動腕１３５の少なくとも１つの先端部には形成されなくてもよい。なお、複数の振動腕１３５のそれぞれの根本側（基部１３０と接続する側）に第２の導電膜が形成されてもよく、このような第２の導電膜は、例えば保護膜２３５上に形成される。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、具体的には基部１３０から視て複数の振動腕１３５の開放端側に延在して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、複数の振動腕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。
　保持部１４０には、その略全面に亘って保護膜２３５が形成されている。さらに、保持部１４０の枠体１４０ａにおける複数の振動腕１３５の開放端と対向する領域では、保護膜２３５の上に導電膜２３６が設けられている。具体的には、導電膜２３６は、枠体１４０ａにおいて、保持部１４０における内縁に沿って、振動腕１３５Ａに対向する領域から振動腕１３５Ｄに対向する領域に亘って形成されている。導電膜２３６は、平面視において、その内縁が保持部１４０の内縁と略一致する位置に設けられており、その外縁が、保持部１４０における内縁と外縁との間に位置するように設けられてもよい。なお保持部１４０の導電膜２３６は、導線２３８によって引き出され、後述するビアＶ５に電気的に接続されている。
（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、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７
　ビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は複数の振動腕１３５における先端部近傍に形成された金属（図７Ｃの導電体２３７である。）が充填された孔であり、振動腕１３５Ａ～１３５Ｄそれぞれに形成された導電膜２３６と、後述する金属層Ｅ１（図６参照）とを電気的に接続させる。このため、振動腕１３５Ａ～１３５Ｄそれぞれの表面に発生する電荷をキャンセルすることができる。特に、振動腕１３５Ａ～１３５Ｄそれぞれに形成された導電膜２３６が金属層Ｅ１を通してアースされる場合、振動腕１３５Ａ～１３５Ｄそれぞれの導電膜２３６表面に発生する電荷をキャンセルできる。図６においては、破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の先端部における導電膜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。
　ビアＶ５、Ｖ６、Ｖ７は、保持部１４０における保持腕１１１又は１１２との接続箇所近傍に形成されることが好ましい。図３の例では、ビアＶ５、Ｖ６は枠体１４０ｃにおける保持腕１１１（腕１１１ｄ）との接続箇所近傍に形成されており、ビアＶ７は枠体１４０ｄにおける保持腕１１２（腕１１２ｄ）との接続箇所近傍に形成されている。なお、ビアＶ５、Ｖ６、Ｖ７が形成される位置はこれに限定されず、保持部１４０の任意の位置に形成されてよい。
　ビアＶ５には金属（図４および図７Ｃの導電体２３７である。）が充填されており、後述する金属層Ｅ１（下部電極）と導線２３８とを電気的に接続させる。これによって、保持部１４０における複数の振動腕１３５と対向する領域に発生する電荷をキャンセルすることができる。特に、枠体１４０ａの導電膜２３６が金属層Ｅ１を通してアースされる場合、保持部１４０の表面に発生する電荷をさらにキャンセルできる。また、複数の振動腕１３５の導電膜２３６と枠体１４０ａの導電膜２３６とは、金属層Ｅ１を通して互いに電気的に接続されれば同電位とすることができる。これによれば、複数の振動腕１３５と枠体１４０ａとの間で発生するクーロン力を低減し、共振周波数の変動を抑制できる。
　ビアＶ６、ビアＶ７は後述する金属層Ｅ２（上部電極）と外部の駆動電源とを電気的に接続させるための端子が形成されている。これによって、振動部１２０に駆動電源が与えられる。
（４．突起部５０）
　突起部５０は、隣り合う振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃの間に突起するように下蓋２０に形成されている。本実施形態では、突起部５０は、振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃに平行に延びる角柱形状に形成されている。突起部５０の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃに沿った方向の長さは２４０μｍ程度、当該方向に直交する長さ（幅）は１５μｍ程度である。下蓋２０に突起部５０が形成されることで、例えば共振装置１を薄型化するために、下蓋２０の厚さを低減したとしても、下蓋２０の反りの発生を抑制することが可能になる。図３では、一例として、振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃそれぞれの錘部Ｇと突起部５０とがＹ軸方向において対向している、すなわち、Ｘ軸方向（複数の振動腕１３５の延在方向に直交する方向）に重なる領域を有している例を示しているが、必ずしもこの態様に限定されない。
　突起部５０の表面には導電膜２３６が露出している。図３には示さないが、突起部５０には、保護膜２３５が形成されており、導電膜２３６は保護膜２３５の表面に形成されている。
　さらに突起部５０の枠体１４０ｂ側の端部にはビアＶ８が形成されていることが好ましい。ビアＶ８には金属（図７Ｃの導電体２３７）が充填されており、後述する金属層Ｅ１（下部電極）と突起部５０に形成された導電膜２３６とを電気的に接続させる。これによって突起部５０の表面に発生する電荷をキャンセルすることができる。特に、突起部５０に形成された導電膜２３６が金属層Ｅ１を通してアースされる場合、突起部５０の表面で発生する電荷をさらにキャンセルできる。また、複数の振動腕１３５の導電膜２３６と突起部５０の導電膜２３６とは、金属層Ｅ１を通して互いに電気的に接続されれば同電位とすることができる。これによれば、複数の振動腕１３５と突起部５０との間で発生するクーロン力を低減し、共振周波数の変動が抑制できる。しかし、突起部５０の導電膜２３６の下に形成された保護膜２３５の側面に発生した電荷は、導電膜２３６を通してキャンセルできない。同様に、複数の振動腕１３５及び保持部１４０（枠体１４０ａ）の導電膜２３６の下に形成された保護膜２３５の側面に発生する電荷は、導電膜２３６を通してキャンセルできない。このように保護膜２３５や圧電薄膜Ｆ３などの絶縁膜の側面に発生した電荷は、共振子１０の共振周波数を変動させる恐れがある。
　ここで、図３において（すなわち、下蓋２０の共振子１０に対向する面を平面視した場合において）、振動腕１３５Ｂ、又は振動腕１３５Ｃのいずれか１つの錘部Ｇと保持部１４０（枠体１４０ａ）との距離を距離Ｌ１とし、当該錘部Ｇと突起部５０との間の距離を距離Ｌ２とする。距離Ｌ２は、より詳細には、下蓋２０の共振子１０に対向する面を平面視した場合に複数の振動腕１３５の延在方向（Ｙ軸方向）における、突起部５０と錘部Ｇとの距離をいう。より詳細には、距離Ｌ２は、突起部５０の錘部Ｇに最も近い端部と、錘部Ｇの突起部５０に最も近い端部との間の、Ｙ軸方向における距離をいう。また、距離Ｌ１は、より詳細には、下蓋２０の共振子１０に対向する面を平面視した場合に複数の振動腕１３５の延在方向（Ｙ軸方向）における、振動腕１３５Ｂ又は振動腕１３５Ｃのいずれかの錘部Ｇと、保持部１４０との距離をいう。より詳細には、距離Ｌ１は、錘部Ｇの枠体１４０ａに最も近い端部と、枠体１４０ａの錘部Ｇに最も近い端部との間の、Ｙ軸方向における距離をいう。このとき、距離Ｌ２は、距離Ｌ１よりも長く設定されており、より好ましくは２倍以上に設定されている。例えば距離Ｌ２は２０μｍ以上である。この構成により、錘部Ｇと突起部５０との間のクーロン力による特性の劣化を低減することができる。これによれば、複数の振動腕１３５、突起部５０及び枠体１４０ａの側面に発生した電荷に起因する共振子１０の振動特性の劣化が抑制できる。また、導電膜２３５が金属層Ｅ１又は金属層Ｅ２に電気的に接続されておらず、したがって導電膜２３５の表面の電荷がキャンセルされていなくても、共振子１０の振動特性の劣化が低減できる。また、突起部５０及び枠体１４０ａの導電膜２３５が省略され、突起部５０及び枠体１４０ａの表面に発生した電荷がキャンセルされていなくても、共振子１０の振動特性の劣化が低減できる。
（４．積層構造）
　図４を用いて共振子１０の積層構造について説明する。図４は、図２のＡＡ’断面図である。ＡＡ’断面は、枠体１４０ｂに平行であり、ビアＶ５をとおる断面である。
（４－１．上蓋の積層構造）
　上蓋３０は、所定の厚みのＳｉ（シリコン）ウエハＳ３により形成されている。図４に示すように、上蓋３０はその周辺部（側壁３３）での裏面によって、後述する接合層４０により共振子１０の保持部１４０と接合されている。上蓋３０の裏面は、酸化ケイ素膜（不図示）に覆われていることが好ましい。酸化ケイ素膜は、例えばＳｉウエハＳ３の表面の酸化や、化学気相蒸着（ＣＶＤ: Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＳｉウエハＳ３の表面に形成される。
　なお、図４には示さないが、上蓋３０の表面には、端子が形成されている。端子は上蓋３０に形成された貫通孔に不純物ドープされた多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）やＣｕ（銅）やＡｕ（金）や不純物ドープされた単結晶シリコン等の導電性材料が充填されて形成される。端子は、ビアＶ６、Ｖ７と電気的に接続されており、外部電源と共振子１０とを電気的に接続させる配線として機能する。端子は下蓋２０の裏面や、上蓋３０又は下蓋２０の側面に形成されてもよい。
（４－２．下蓋の積層構造）
　下蓋２０の底板２２及び側壁２３は、Ｓｉ（シリコン）ウエハＳ１により、一体的に形成されている。また、下蓋２０は、側壁２３の表面によって、共振子１０の保持部１４０と接合されている。Ｚ軸方向に規定される下蓋２０の厚みは例えば、１５０μｍ、凹部２１の深さは例えば５０μｍである。なお、ＳｉウエハＳ１は、縮退されていないシリコンから形成されており、その抵抗率は例えば１６ｍΩ・ｃｍ以上である。
（４－３．共振子の積層構造）
　共振子１０では、保持部１４０、基部１３０、複数の振動腕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の表面には、金属層Ｅ２（上部電極の一例である。）が積層されている。すなわち、金属層Ｅ１と金属層Ｅ２が圧電薄膜Ｆ３を挟んで対向するように設けられ、金属層Ｅ１には下蓋２０が対向して設けられ、金属層Ｅ２には上蓋３０が対向して設けられている。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。複数の振動腕１３５のそれぞれの錘部Ｇにおいては、さらに、保護膜２３５の上に、導電膜２３６が積層されている。本実施例では、金属層Ｅ２は、複数の振動腕１３５の先端まで延在しない構成になっている。これによって、金属層Ｅ１や導電膜２３６との短絡による特性変化を抑制することができる。このように金属層Ｅ２は、複数の振動腕１３５の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が、先端まで延在させてもよい。尚、低抵抗となる縮退シリコン基板をＳｉ基板Ｆ２として用いる場合、Ｓｉ基板Ｆ２自体が下部電極の機能を兼ねる事で、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。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の下面にはたとえば酸化ケイ素（例えばＳｉＯ2）層Ｆ２１からなる温度特性補正層が形成されている。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、温度特性補正層とは、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が温度特性補正層に相当する酸化ケイ素層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と、酸化ケイ素層Ｆ２１と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、下部電極となっている。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を電気的に接続するための下部配線、もしくはアースにグランド電極を電気的に接続するための下部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または交流電源に上部電極を電気的に接続するための上部配線として機能するように形成される。
　なお、外部の交流電源またはアースから下部配線への電気的な接続にあたっては、上蓋３０と共振子１０の接合部分に引出電極を形成して、当該引出電極が共振装置１の内部と外部とを電気的に接続する構成や、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ビア配線を設け、当該ビア配線が共振装置１の内部と外部とを電気的に接続する構成が用いられてもよい。このような引出電極やビア電極を用いた電気的接続は、外部の回路または交流電源から上部配線への電気的な接続についても同様に適用することができる。なお、金属層Ｅ１及び金属層Ｅ２の機能は入れ替わっていてもよい。すなわち、金属層Ｅ２（上部電極）が外部の交流電源またはアースに電気的に接続され且つ金属層Ｅ１（下部電極）が外部の回路に電気的に接続されてもよい。
　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、複数の振動腕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、上部電極を分割して、それぞれ交流電源に接続する事で、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、絶縁体の層であり、エッチングによる質量低減の速度が導電膜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ＳｉＮ等の窒化膜やＴａ2Ｏ5（５酸化タンタル）やＳｉＯ2等の酸化膜により形成される。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。さらに、保護膜２３５がＡｌＮ等の圧電体によって形成される場合には、圧電薄膜Ｆ３と同じ配向を持った圧電体が用いられることが好ましい。
　導電膜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。導電膜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と導電膜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。
　導電膜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。
　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、導電膜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、導電膜２３６の膜厚を調整する。導電膜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、導電膜２３６をエッチングすることによって行うことができる。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。さらに、導電膜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。
　ビアＶ５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２３７が充填されて形成される。ビアＶ５に充填される導電体２３７は、例えばＭｏ（モリブデン）やアルミニウム（Ａｌ）等である。保持部１４０の枠体１４０ａに形成された導電膜２３６と金属層Ｅ１はビアＶ５に充填された導電体２３７を介して電気的に接続されている。
　図５は、図３のＢＢ’線に沿って振動腕１３５Ｄを切断した場合の断面の概略図である。図５に示すように、金属層Ｅ２は導電膜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。
　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２３７が充填されて形成される。ビアＶ４に充填される導電体２３７は、例えばＭｏ（モリブデン）やアルミニウム（Ａｌ）等である。導電膜２３６と金属層Ｅ１はビアＶ４に充填された導電体２３７を介して電気的に接続されている。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。
　ここで、金属層Ｅ１と導電膜２３６とを電気的に接続させた場合、保護膜２３５と圧電薄膜Ｆ３とには逆方向の電界が印加されることになる。このため、金属層Ｅ２と導電膜２３６との重なり合う領域が大きいと、共振子１０の振動が阻害されてしまう。本実施形態に係る共振子１０によると、金属層Ｅ２と導電膜２３６との重なり合う領域がなるべく小さくなるように設定されている。これによって、保護膜２３５に印加される電界によって、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。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。
　図６は、図３のＣＣ’線に沿って共振子１０を切断した場合の断面の概略図である。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ている。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５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。
（４－４．突起の積層構造）
　図４に戻り、共振装置１の積層構造の続きを説明する。
　突起部５０は、下蓋２０のＳｉウエハＳ１と一体形成される第１層５１と、共振子１０と同一プロセスで形成される第２層５２とを有している。第２層５２には、上述の酸化ケイ素層Ｆ２１と、Ｓｉ基板Ｆ２と、金属層Ｅ１と、圧電薄膜Ｆ３と、金属層Ｅ２と、保護膜２３５と、導電膜２３６とがこの順に積層されて形成される。
（４－５．接合層４０の積層構造）
　上蓋３０の周縁部と保持部１４０との間には、接合層４０が形成されており、この接合層Ｈによって、上蓋３０が保持部１４０と接合される。接合層４０は、例えばＡｕ（金）膜及びＳｎ（錫）膜から形成されている。
（５．プロセスフロー）
　次に、図７Ａ乃至図７Ｃを参照して、共振装置１のプロセスフローについて説明する。図７Ａは、図３のＤＤ’断面のプロセスフローである。
　まず、最初の工程では、下蓋２０となるハンドルＳｉ（ＳｉウエハＳ１）を用意する（ＳＴＥＰ１）。次に、ハンドルＳｉにエッチングでキャビティを形成し、下蓋２０と突起部５０の第１層５１とを形成し（ＳＴＥＰ２）、ＳＴＥＰ３で別途用意したＳＯＩ基板（酸化ケイ素層Ｆ２１が形成されたＳｉ基板Ｆ２）と熱接合する（ＳＴＥＰ４）。次に、ＳＯＩ基板上に、金属層Ｅ１、圧電薄膜Ｆ３、金属層Ｅ２をこの順で成膜する（ＳＴＥＰ５）。なお、金属層Ｅ１とＳｉ基板Ｆ２との間にシード層を成膜してもよい。シード層は、例えば、窒化アルミニウム層等である。この場合、金属層Ｅ１上に形成される圧電薄膜Ｆ３の結晶性を向上させることができる。
　続く工程を図７Ｂ、図７Ｃを用いて説明する。図７Ｂ（Ａ）及び図７Ｃ（Ａ）は、図７Ａと同様、図３のＤＤ’断面のプロセスフローである。他方、図７Ｂ（Ｂ）及び図７Ｃ（Ｂ）は図３のＥＥ’断面のプロセスフローである。
　上述のＳＴＥＰ５に続くＳＴＥＰ６では、金属層Ｅ２をエッチング等によってパターニングし、上部電極を形成する（ＳＴＥＰ６）。なお、ＳＴＥＰ５において金属層Ｅ１、圧電薄膜Ｆ３、金属層Ｅ２を成膜する際に、金属層Ｅ１、圧電薄膜Ｆ３をパターニングしてもよい。次に、保護膜２３５、導電膜２３６をこの順で成膜する（ＳＴＥＰ７、ＳＴＥＰ８）。
　続くステップでは、ビアＶ１～Ｖ５を形成する（ＳＴＥＰ９）。具体的にはビアＶ１～Ｖ５を形成する領域において金属層Ｅ１が露出するように、導電膜２３６、保護膜、金属層Ｅ２、圧電薄膜Ｆ３を除去する。次に、導電体２３７を積層させビアＶ１～Ｖ５を導電体２３７で充填する（ＳＴＥＰ１０）。導電体２３７は、ビアＶ１～Ｖ５の開口を覆うようにパターニングされる（ＳＴＥＰ１１）。
　さらに、振動部１２０の外形を形成するため、エッチング等により複数の振動腕１３５の間や、複数の振動腕１３５と保持部１４０との間をリリースする（ＳＴＥＰ１２）。その後別途用意した上蓋３０と接合され、共振装置１が形成される。
（６．効果）
　図８、図９を参照して、突起部５０から錘部Ｇまでの距離Ｌ２を、複数の振動腕１３５の開放端から保持部１４０までの距離Ｌ１よりも長く設定することの効果について説明する。
　図８、図９は、距離Ｌ１に対する距離Ｌ２の長さが、保護膜２３５にチャージ（帯電）された電荷による周波数変動に与える影響を検証した結果を示すグラフである。
　図８に結果を示す検証では、距離Ｌ１を１０μｍに固定し、距離Ｌ２を共振装置のサンプルごとに４９μｍ（Ａ－１，Ａ－２，Ａ－３）、２５μｍ（Ｂ－１）、１９μｍ（Ｃ－１）、９μｍ（Ｄ－１）、５μｍ（Ｅ－１，Ｅ－２，Ｅ－３）の間で変動させている。Ａ－１，Ｂ－１，Ｃ－１，Ｄ－１，Ｅ－１のサンプルでは、突起部５０に形成した導電膜２３６を接地させている。Ａ－２、Ｅ－２のサンプルでは、突起部５０に形成した導電膜２３６をフロート状態にしている。さらにＥ－３のサンプルでは、突起部５０には導電膜２３６は形成されていない。各サンプルにおけるその他の構成は、上述のとおりである。
　図８のグラフは、各サンプルに対してイオンビームを１．０秒程度照射してトリミングを行った場合の周波数の変化を示している。図７の検証にはＡｒイオンビームを用いている。また、周波数の測定は発信回路と周波数カウンタによって行った。
　共振子にイオンビームを照射して、導電膜２３６がエッチングされると、周波数は上昇する。しかし、電荷のチャージの影響がある場合、イオンビームの照射直後は一時的に周波数が低下する。ここで図８のグラフを参照して、距離Ｌ２が５μｍの場合（Ｅ－１，Ｅ－２，Ｅ－３）では、突起部５０の導電膜２３６が接地状態、フロート状態、及び突起部５０が導電膜２３６を有していない場合のいずれも、イオンビーム照射直後に周波数が低下しており、チャージの影響を受けていることが分かる。
　次に、距離Ｌ２の長さが９μｍの場合（Ｄ－１）、突起部５０の導電膜２３６を接地しても、イオンビーム照射直後に周波数が低下しており、チャージの影響を受けていることが分かる。
　他方、距離Ｌ２の長さが１９μｍ以上の場合（Ａ－１，Ａ－２，Ｂ－１，Ｃ－１）には、イオンビーム照射直後の周波数の低下は緩和されており、チャージの影響が低減されていることが分かる。
　図９を図８の検証結果を、横軸を距離Ｌ２の長さ、縦軸を周波数変化率として示したグラフである。図９から明らかなように、距離Ｌ２は１０μｍより大きい、すなわち距離Ｌ１よりも大きい場合には、周波数変化率が低減されている。さらに距離Ｌ２が２０μｍ以上、すなわち距離Ｌ１の２倍以上の場合にはこの傾向は顕著である。
　このように本実施形態に係る共振装置１は、突起部５０と錘部Ｇの後端までの距離Ｌ２が、複数の振動腕１３５の開放端から保持部１４０における開放端と対向する領域までの距離Ｌ１より長く設定されている。より好ましくは、距離Ｌ２は距離Ｌ１の２倍以上の長さであり、例えば距離Ｌ２の長さは２０μｍである。これによって、保護膜２３５にチャージされた電荷によるクーロン力が共振子１０の周波数の変動に与える影響を低減することができる。
［第２実施形態］
　第２実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
　図１０は、図４に対応し、本実施形態に係る共振装置２のＡＡ’断面図である。共振装置２は、共振装置１における突起部５０に代えて、突起部６０を有している。突起部６０は、突起部５０における第１層５１から構成され、第２層５２を有していない。その他の突起部６０の構成は突起部５０と同様である。
　その他の共振装置２の構成・機能は、共振装置１と同様である。同様に、第１層５１上の、半導体層、下部電極、圧電膜、上部電極、絶縁膜、導電膜は、それぞれ、必要に応じて、あっても無くてもよい。
［第３実施形態］
　図１１を用いて第３実施形態に係る共振装置３の構成、機能について説明する。図１１は、図３に対応し、本実施形態における共振装置３から上蓋３０を取り外した平面図の一部を抜粋した図である。共振装置３は、共振装置１の振動腕１３５Ａ乃至１３５Ｄ、突起部５０に代えて、振動腕１３６Ａ乃至１３６Ｄ（複数の振動腕１３６）、突起部７０を有している。
　複数の振動腕１３６は、それぞれの開放端がＲ形状である。また、図１１において、振動腕１３６の錘部Ｇは、図１１の振動腕１３６Ｂ，１３６Ｃに示した一点鎖線よりも開放端側の領域をいう。さらに複数の振動腕１３６は、錘部Ｇが形成される領域近傍において、開放端に向かうにつれて徐々に幅が広がる形状をしている。また突起部７０は、複数の振動腕１３６が伸びる方向に沿った先端がＲ形状である。
　共振装置３において、距離Ｌ１は、下蓋２０の共振子１０に対向する面を平面視した場合に、複数の振動腕１３６の延在する方向における、振動腕１３６の開放端と枠体１４０ａとの間の距離をいう。他方、距離Ｌ２は、下蓋２０の共振子１０に対向する面を平面視した場合に、複数の振動腕１３６の延在する方向における、錘部Ｇと、突起部７０との距離をいう。ここで、下蓋２０の共振子１０に対向する面を平面視した場合に、複数の振動腕１３６の延在する方向に直交する方向における、突起部７０と振動腕１３６Ｂ、１３６Ｃとの距離をＬ３とする。このとき、共振装置３では、距離Ｌ３は距離Ｌ１より小さく、かつ距離Ｌ２より小さく設定されている。これにより、振動腕の根本側の電荷の影響より、振動腕先端側の電荷の影響を小さくすることで、周波数変動を抑制する事ができる。
　その他の共振装置３の構成は第１実施形態における共振装置１の構成と同様である。
［第４実施形態］
　図１２を用いて第４実施形態に係る共振装置４の構成、機能について説明する。図１４は、図３に対応し、本実施形態における共振装置４から上蓋３０を取り外した平面図の一部を抜粋した図である。共振装置４は、共振装置１の振動腕１３５Ａ乃至１３５Ｄ、突起部５０に代えて、振動腕１３７Ａ乃至１３７Ｃ（複数の振動腕１３７）、突起部８０Ａ、８０Ｂを有している。
　複数の振動腕１３７は、１本の内側の振動腕１３７Ｂと、２本の外側の振動腕１３７Ａ、１３７Ｃと、からなる３本の振動腕である。外側の振動腕１３７Ａ、１３７Ｃは、内側の振動腕１３７Ｂとは逆相で振動する。突起部８０Ａは、振動腕１３７Ａと振動腕１３７Ｂとの間に形成されている。突起部８０Ｂは、振動腕１３７Ｂと振動腕１３７Ｃとの間に形成されている。
　その他の共振装置４の構成・機能は、共振装置１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装置１は、基部１３０と、当該基部１３０に接続された固定端及び当該基部１３０から離れて設けられた開放端を有し、固定端から開放端まで延在する複数の振動腕１３５とを備え、基部１３０及び複数の振動腕１３５は、圧電膜Ｆ３と、当該圧電膜Ｆ３を間に挟んで対向するように設けられた下部電極Ｅ１及び上部電極Ｅ２と、上部電極Ｅ２を覆うように設けられた絶縁膜２３５と、を有する振動部１２０と複数の振動腕１３５の前記開放端側に延在して設けられた保持部１４０と、振動部１２０と保持部１４０とを接続する保持腕１１１、１１２と、を有する共振子１０と、共振子１０の上部電極Ｅ２に対向して設けられた上蓋３０と、共振子１０の下部電極Ｅ１に対向して設けられた下蓋２０と、を備え、下蓋２０は、複数の振動腕１３５のうち隣り合う２つの振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃの間に突起する突起部５０を有し、突起部５０は絶縁膜２３５を有し、振動腕１３５は、開放端側に設けられかつ振動腕１３５における他の部位よりも幅が広い錘部Ｇを有し、錘部Ｇは、絶縁膜２３５上に形成された導電膜２３６を有し、下蓋２０における下部電極Ｅ１と対向する面を平面視したときに、複数の振動腕１３５が延在する方向において、隣り合う２つの振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃのいずれか１つの錘部Ｇと保持部１４０との間の第１距離Ｌ１よりも、当該錘部Ｇと突起部５０との間の第２距離Ｌ２のほうが大きい。第２距離Ｌ２は、より好ましく第１距離Ｌ１の２倍以上である。これにより、保護膜２３５または導電膜２３６にチャージされた電荷によるクーロン力が共振子１０の周波数の変動に与える影響を低減することができる。
　また、第２距離Ｌ２は、２０μｍ以上であることが好ましい。この場合、第１距離Ｌ１をより広く確保することができるため、保護膜２３５または導電膜２３６にチャージされた電荷によるクーロン力が共振子１０の周波数の変動に与える影響をより低減することができる。
　また、複数の振動腕１３５は、３本の振動腕であり、中央の振動腕と外側の振動腕とは、逆相で振動することが好ましい。この好ましい態様によると、中央の振動腕と外側の振動腕との回転方向のモーメントを打ち消すことができ、より高いＱの共振を得ることができる。
　また複数の振動腕１３５は、４本の振動腕であり、内側の２本の振動腕と外側の２本の振動腕とは、逆相で振動することが好ましい。この好ましい態様によると、内側の振動腕２本の間を広げて形成することができ、この結果、共振子の振動のしやすさを表すｋ２Ｑを向上させることができる。
　また、錘部Ｇに形成された導電膜２３６は、上部電極Ｅ２又は下部電極Ｅ１と接続されることが好ましい。また保持部１４０は、絶縁膜２３５と当該絶縁膜２３５上に形成された導電膜２３６とを有し、保持部１４０の導電膜２３６は、上部電極Ｅ２又は下部電極Ｅ１と接続されることが好ましい。また、突起部５０は、絶縁膜２３５上に形成された導電膜２３６をさらに有し、突起部５０の導電膜２３６は、上部電極Ｅ２又は下部電極Ｅ１と接続されることが好ましい。この好ましい態様によると、保護膜２３５または導電膜２３６にチャージされた電荷によるクーロン力が共振子１０の周波数の変動に与える影響をより低減することができる。
　また突起部５０は、隣り合う２つの振動腕１３５Ｂ，１３５Ｃのうち錘部Ｇ以外の部位同士の間に突起しており、突起部５０と振動腕１３５Ｂ，１３５Ｃにおける錘部Ｇ以外の部位までの第３距離Ｌ３は、第１距離Ｌ１よりも小さいことが好ましい。
　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／改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　例えば、既述の実施形態において、保持部１４０における振動腕１３５の開放端と対向する領域には導電膜２３６が形成されている構成を説明した。しかし、これに限定されず、保持部１４０の表面には導電膜２３６は形成されていない構成でもよい。同様に、既述の実施形態において、突起部５０の表面には導電膜２３６が露出する構成を説明したが、突起部５０には導電膜２３６が形成されていなくてもよい。
　また、既述の実施形態において、錘部Ｇの導電膜２３６、及び突起部５０の導電膜２３６はいずれも金属層Ｅ１（下部電極）と接続される構成を説明したが、金属層Ｅ２（上部電極）と接続されてもよい。また、錘部Ｇの導電膜２３６、及び突起部５０の導電膜２３６は金属層Ｅ１，Ｅ２とは接続されず、フロート状態でもよい。この場合、共振装置１はビアＶ１～Ｖ５を有さない。
　さらに既述の実施形態において、突起部５０、６０、７０は、振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃの間（すなわち内側の振動腕の間）に形成される構成を説明したがこれに限定されない。突起部５０、６０、７０は、隣り合う２つの振動腕１３５の何れかの間に形成されていればよく、振動腕１３５Ａ，１３５Ｂの間でもよいし、振動腕１３５Ｃ，１３５Ｄの間でもよい。また、すべての振動腕１３５の間に形成されていてもよい。
　また、既述の実施形態では、共振子１０は４本の振動腕１３５を有する構成と３本の振動腕１３７を有する構成とを説明したが、共振子１０が有する振動腕１３５の数は、２本以上の任意の本数でもよい。例えば、共振子１０が５本以上の振動腕を有する構成の場合、外側２本の振動腕と、外側２本以外の振動腕とが逆相で振動する構成でもよい。突起部は、少なくとも１組の隣り合う振動腕の間に形成されればよい。
１、２、３、４　　　　　　　　　　　　　　　　共振装置
１０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共振子
２０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　下蓋
３０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　上蓋
５０、６０、７０、８０Ａ、８０Ｂ　　　　　　　突起部
１１１、１１２　　　　　　　　　　　　　　　　保持腕
１２０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　振動部
１３０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　基部
１３５（１３５Ａ～１３５Ｄ）、１３６、１３７　振動腕
１４０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　保持部
２３５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　保護膜
２３６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　導電膜

Claims (9)

  1. 　基部と、当該基部に接続された固定端及び当該基部から離れて設けられた開放端を有し、前記固定端から前記開放端まで延在する複数の振動腕とを備え、前記基部及び前記複数の振動腕は、圧電膜と、当該圧電膜を間に挟んで対向するように設けられた下部電極及び上部電極と、前記上部電極を覆うように設けられた絶縁膜と、を有する振動部と、
    　前記複数の振動腕の前記開放端側に延在して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、
    を有する共振子と、
    　前記共振子の前記上部電極に対向して設けられた上蓋と、
    　前記共振子の前記下部電極に対向して設けられた下蓋と、
    を備え、
    　前記下蓋は、前記複数の振動腕のうち隣り合う２つの振動腕の間に突起する突起部を有し、前記突起部は絶縁膜を有し、
    　前記振動腕は、前記開放端側に設けられかつ前記振動腕における他の部位よりも幅が広い錘部を有し、前記錘部は、前記絶縁膜上に形成された導電膜を有し、
    　前記下蓋における前記下部電極と対向する面を平面視したときに、前記複数の振動腕が延在する方向において、前記隣り合う２つの振動腕のいずれか１つの前記錘部と前記保持部との間の第１距離よりも、当該錘部と前記突起部との間の第２距離のほうが大きい、
    共振装置。
  2. 　前記第２距離は、前記第１距離の２倍以上である、
    請求項１に記載の共振装置。
  3. 　前記第２距離は２０μｍ以上である、
    請求項１又は２に記載の共振装置。
  4. 　前記複数の振動腕は、
    　３本の振動腕であり、中央の振動腕と外側の振動腕とは、逆相で振動する、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の共振装置。
  5. 　前記複数の振動腕は、
    　４本の振動腕であり、内側の２本の振動腕と外側の２本の振動腕とは、逆相で振動する、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の共振装置。
  6. 　前記錘部に形成された前記導電膜は、前記上部電極又は前記下部電極と電気的に接続される、
    請求項１乃至５の何れか一項に記載の共振装置。
  7. 　前記保持部は、絶縁膜と当該絶縁膜上に形成された導電膜とを有し、
    　前記保持部の前記導電膜は、前記上部電極又は前記下部電極と電気的に接続される、
    請求項１乃至６の何れか一項に記載の共振装置。
  8. 　前記突起部は、前記絶縁膜上に形成された導電膜をさらに有し、
    　前記突起部の前記導電膜は、前記上部電極又は前記下部電極と電気的に接続される、
    請求項１乃至７の何れか一項に記載の共振装置。
  9. 　前記突起部は、前記隣り合う２つの振動腕のうち前記錘部以外の部位同士の間に突起しており、
    　前記突起部と前記振動腕における前記錘部以外の部位までの第３距離は、前記第１距離よりも小さい、
    請求項１乃至８の何れか一項に記載の共振装置。
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