WO2020044634A1 - 共振装置 - Google Patents

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WO2020044634A1
WO2020044634A1 PCT/JP2019/010821 JP2019010821W WO2020044634A1 WO 2020044634 A1 WO2020044634 A1 WO 2020044634A1 JP 2019010821 W JP2019010821 W JP 2019010821W WO 2020044634 A1 WO2020044634 A1 WO 2020044634A1
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terminal
supply terminal
resonator
wiring
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後藤　雄一
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 resonance device.
  • This resonance device includes, for example, a resonator, a lower lid (lower substrate), and an upper lid (upper substrate).
  • This type of resonator has a lower electrode, a plurality of upper electrodes, a resonator having a piezoelectric film formed between the lower electrode and the plurality of upper electrodes, and a first surface and a second surface.
  • An upper lid provided so that the first surface faces the upper electrode of the resonator and seals the first surface of the resonator, and a first surface and a second surface;
  • a lower lid provided so that the first surface faces the lower electrode of the resonator to seal the first surface of the resonator; a power supply terminal electrically connected to the upper electrode;
  • a ground terminal provided on the surface of the lower electrode, and the lower electrode is known to be electrically connected to the ground terminal via an upper lid (see Patent Document 1).
  • This capacitance is determined by the area of the wiring drawn inside, the thickness of the insulating film formed on the substrate, and the like.
  • the capacitance generated between one power supply terminal and the ground terminal and the other power supply terminal and the ground terminal An imbalance occurs between the capacitance that occurs between them.
  • a resonator having an unbalanced capacitance for example, if the voltage signal applied to one power supply terminal and the voltage signal applied to the other power supply terminal are reversed, a difference may occur in the oscillation frequency. .
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a resonance device that can suppress imbalance in capacitance.
  • a resonator includes a resonator including three or more upper electrodes, a lower electrode, and a piezoelectric film formed between the three or more upper electrodes and the lower electrode.
  • a substrate provided with one surface facing the upper electrode of the resonator, and a first power supply terminal provided on the second surface of the substrate and electrically connected to at least one of the three or more upper electrodes
  • a second power supply terminal provided on the second surface of the substrate and electrically connected to at least one of the remaining three or more upper electrodes; and a second power supply terminal provided on the second surface of the substrate and provided on the lower electrode.
  • a ground terminal that is electrically connected to the first power supply terminal and the ground terminal, and a capacitance generated between the second power supply terminal and the ground terminal is approximated so as to approximate a capacitance generated between the second power supply terminal and the ground terminal.
  • the area of the first power supply terminal is different from the area of the second power supply terminal.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an appearance of a resonance device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the structure of the resonance device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing the structure of the resonator shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a cross section taken along line IV-IV of the resonance device 1 shown in FIGS.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing the structure of a power supply terminal and a ground terminal provided on the upper lid shown in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing the resonator shown in FIGS. 1 to 4 and the wiring around the resonator.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing a structure of a modification of the power supply terminal and the ground terminal provided on the upper lid shown in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an appearance of a resonance device 1 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the structure of the resonance device 1 shown in FIG.
  • the resonance device 1 includes the resonator 10 and the lower lid 20 and the upper lid 30 that form a vibration space in which the resonator 10 vibrates. That is, the resonance device 1 is configured by stacking the lower lid 20, the resonator 10, a joining portion 60 described later, and the upper lid 30 in this order.
  • the upper cover 30 corresponds to an example of the “substrate” of the present invention.
  • the side of the resonance device 1 on which the upper lid 30 is provided is described as upper (or front), and the side on which the lower lid 20 is provided is described as lower (or back).
  • the resonator 10 is a MEMS vibrator manufactured using the MEMS technology.
  • the resonator 10 and the upper lid 30 are joined via a joint 60.
  • the resonator 10 and the lower lid 20 are each formed using a silicon (Si) substrate (hereinafter, referred to as “Si substrate”), and the Si substrates are bonded to each other. Note that the resonator 10 and the lower lid 20 may be formed using an SOI substrate.
  • the upper lid 30 is spread 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 a part of a vibration space in which the resonator 10 vibrates.
  • the upper lid 30 may have a flat plate shape without the concave portion 31. Further, a getter layer for adsorbing outgas may be formed on the surface of the concave portion 31 of the upper lid 30 on the resonator 10 side.
  • the power terminals ST1 and ST2 are electrically connected to upper electrodes 125A, 125B, 125C, and 125D of the resonator 10, which will be described later.
  • the ground terminal GT is electrically connected to a lower electrode 129 of the resonator 10 described later.
  • the lower cover 20 has a rectangular flat plate-shaped bottom plate 22 provided along the XY plane, and a side wall 23 extending from the peripheral edge of the bottom plate 22 in the Z-axis direction, that is, in the direction in which the lower cover 20 and the resonator 10 are stacked.
  • the lower lid 20 has a concave portion 21 formed on the surface facing the resonator 10 by the surface of the bottom plate 22 and the inner surface of the side wall 23.
  • the recess 21 forms a part of the vibration space of the resonator 10.
  • the lower lid 20 may have a flat plate shape without the concave portion 21. Further, a getter layer for adsorbing outgas may be formed on the surface of the concave portion 21 of the lower lid 20 on the resonator 10 side.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the structure of the resonator 10 shown in FIG.
  • the resonator 10 is a MEMS vibrator manufactured by using the MEMS technology, and vibrates out of plane in the XY plane in the orthogonal coordinate system of FIG.
  • the resonator 10 is not limited to a resonator using the out-of-plane bending vibration mode.
  • the resonator of the resonance device 1 may use, for example, a spreading vibration mode, a thickness longitudinal vibration mode, a Lamb wave vibration mode, an in-plane bending vibration mode, or a surface wave vibration mode. These vibrators are applied, for example, to timing devices, RF filters, duplexers, ultrasonic transducers, gyro sensors, acceleration sensors, and the like.
  • a piezoelectric mirror having an actuator function
  • a piezoelectric gyro having a pressure sensor function
  • an ultrasonic vibration sensor or the like.
  • the present invention may be applied to an electrostatic MEMS element, an electromagnetically driven MEMS element, or a piezoresistive MEMS element.
  • the resonator 10 includes the vibrating part 120, the holding part 140, and the holding arm 110.
  • the holding unit 140 is formed in a rectangular frame shape so as to surround the outside of the vibrating unit 120 along the XY plane.
  • the holding portion 140 is integrally formed from a prismatic frame.
  • the holding section 140 may be provided on at least a part of the periphery of the vibration section 120, and is not limited to a frame shape.
  • the holding arm 110 is provided inside the holding section 140 and connects the vibration section 120 and the holding section 140.
  • the vibration unit 120 is provided inside the holding unit 140, and a space is formed between the vibration unit 120 and the holding unit 140 at a predetermined interval.
  • the vibrating section 120 has a base 130 and four vibrating arms 135A to 135D (hereinafter, also collectively referred to as "vibrating arms 135").
  • the vibrating arm 135 includes four upper electrodes 125A to 125D (hereinafter, also collectively referred to as “upper electrodes 125”).
  • the number of the vibrating arms and the upper electrodes is not limited to four, but may be set to an arbitrary number of, for example, three or more.
  • each of the vibrating arms 135A to 135D and the base 130 are formed integrally.
  • 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 front end surface (hereinafter, also referred to as “front end 131A”) of the base 130
  • the long side 131b is a rear end surface (hereinafter, also referred to as “rear end 131B”) of the base 130.
  • front end 131A and the rear end 131B are provided so as to face each other.
  • the base 130 is connected to the vibrating arm 135 at the front end 131A, and is connected to the holding arm 110 described later at the rear end 131B.
  • the base 130 has a substantially rectangular shape in plan view, but is not limited thereto.
  • the base 130 may be formed substantially plane-symmetric with respect to the virtual plane P defined along the perpendicular bisector of the long side 131a.
  • the base 130 may have a trapezoidal shape in which the long side 131b is shorter than 131a, or may have a semicircular shape in which the long side 131a has a diameter.
  • each surface of the base 130 is not limited to a flat surface, and may be a curved surface.
  • the virtual plane P is a plane passing through the center of the vibrating section 120 in the direction in which the vibrating arms 135 are arranged.
  • the base length 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 35 ⁇ m.
  • the base width, which is the longest distance between the side ends of the base 130 in the width direction orthogonal to the base length direction, is about 265 ⁇ m.
  • the vibrating arms 135 extend in the Y-axis direction, and have the same size. Each of the vibrating arms 135 is provided between the base 130 and the holding unit 140 in parallel in the Y-axis direction, and one end is connected to the front end 131A of the base 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 at a predetermined interval in the X-axis direction.
  • the vibrating arm 135 has a width of about 50 ⁇ m in the X-axis direction and a length of about 450 ⁇ m in the Y-axis direction, for example.
  • a portion about 150 ⁇ m from the open end is wider in the X-axis direction than other portions of the vibrating arm 135.
  • This widened portion is called a weight G.
  • the weight portion G is, for example, wider by 10 ⁇ m left and right along the X-axis direction than other portions of the vibrating arm 135, and has a width of about 70 ⁇ m in the X-axis direction.
  • the weight portion G is integrally formed with the vibrating arm 135 by the same process. Due to the formation of the weight portion 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, since each of the vibrating arms 135 has the weight portion G on the open end side, the amplitude of the vertical vibration of each vibrating arm can be increased.
  • a protective film 235 described later is formed on the surface of the vibrating section 120 (the surface facing the upper lid 30) so as to cover the entire surface.
  • a frequency adjusting film 236 is formed on the surface of the protective film 235 at the open ends of the vibrating arms 135A to 135D. The resonance frequency of the vibration section 120 can be adjusted by the protection film 235 and the frequency adjustment film 236.
  • the surface of the resonator 10 (the surface on the side facing the upper lid 30) is substantially entirely covered with the protective film 235.
  • the protective film 235 only needs to cover at least the vibrating arm 135, and is not limited to a configuration that covers substantially the entire surface of the resonator 10.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a cross section taken along line IV-IV of the resonance device 1 shown in FIGS. 1 to 3.
  • the resonator 10 is joined on the lower lid 20, and the resonator 10 and the upper lid 30 are joined.
  • the resonator 10 is held between the lower lid 20 and the upper lid 30, and the lower lid 20, the upper lid 30, and the holder 140 of the resonator 10 form a vibration space in which the vibrating arm 135 vibrates.
  • the lower lid 20 is integrally formed of a silicon (Si) wafer (hereinafter, referred to as “Si wafer”) L1.
  • Si wafer silicon
  • the thickness of the lower lid 20 defined in the Z-axis direction is, for example, about 150 ⁇ m.
  • the Si wafer L1 is formed using non-degenerate silicon, and has a resistivity of, for example, 10 ⁇ ⁇ cm or more.
  • a lower electrode 129 is formed on a silicon (Si) substrate (hereinafter, referred to as “Si substrate”) F2, which is an example of a substrate, so as to cover the Si substrate F2.
  • Si substrate silicon
  • a piezoelectric thin film F3 is formed on the lower electrode 129 so as to cover the lower electrode 129, and upper electrodes 125A, 125B, 125C, and 125D are stacked on the piezoelectric thin film F3.
  • a protective film 235 is stacked on the upper electrodes 125A, 125B, 125C, and 125D so as to cover the upper electrodes 125A, 125B, 125C, and 125D.
  • the Si substrate F2 is formed using, for example, a degenerated n-type silicon (Si) semiconductor having a thickness of about 6 ⁇ m, and includes phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and the like as n-type dopants. be able to.
  • the resistance value of the degenerated silicon (Si) used for the Si substrate F2 is, for example, less than 16 m ⁇ ⁇ cm, and more preferably 1.2 m ⁇ ⁇ cm or less.
  • a silicon oxide (for example, SiO 2 ) layer may be formed on at least one of the upper surface and the lower surface of the Si substrate F2 as an example of the temperature characteristic correction layer.
  • the thickness of the lower electrode 129 and the upper electrodes 125A, 125B, 125C, and 125D is, for example, about 0.1 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less, and is patterned into a desired shape by etching or the like.
  • a metal whose crystal structure is a body-centered cubic structure is used for the lower electrode 129 and the upper electrodes 125A, 125B, 125C, and 125D.
  • the lower electrode 129 and the upper electrodes 125A, 125B, 125C, 125D are formed using Mo (molybdenum), tungsten (W), or the like.
  • the piezoelectric thin film F3 is a piezoelectric thin film that converts an applied voltage into vibration.
  • the piezoelectric thin film F3 is formed using a material having a wurtzite hexagonal crystal structure, such as aluminum nitride (AlN), scandium aluminum nitride (ScAlN), zinc oxide (ZnO), and gallium nitride (GaN). ), A nitride or oxide such as indium nitride (InN). Scandium aluminum nitride is obtained by substituting a part of aluminum in aluminum nitride with scandium.
  • the piezoelectric thin film F3 has a thickness of, for example, 1 ⁇ m, but may have a thickness of about 0.2 ⁇ m or more and about 2 ⁇ m or less.
  • the piezoelectric thin film F3 expands and contracts in the in-plane direction of the XY plane, that is, in the Y-axis direction according to the electric field applied to the piezoelectric thin film F3 by the lower electrode 129 and the upper electrodes 125A, 125B, 125C, and 125D. Due to the expansion and contraction of the piezoelectric thin film F3, the vibrating arm 135 displaces its free ends toward the inner surfaces of the lower lid 20 and the upper lid 30, and vibrates in an out-of-plane bending vibration mode.
  • the phases of the electric field applied to the upper electrodes 125A and 125D of the outer vibrating arms 135A and 135D and the phases of the electric fields applied to the upper electrodes 125B and 125C of the inner vibrating arms 135B and 135C are mutually different.
  • the phases 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. For example, when the outer vibrating arms 135A and 135D displace their free ends toward the inner surface of the upper lid 30, the inner vibrating arms 135B and 135C displace their free ends toward the inner surface of the lower lid 20.
  • the protective film 235 prevents oxidation of the upper electrodes 125A, 125B, 125C, 125D.
  • the protective film 235 is preferably formed of a material whose mass reduction speed by etching is lower than that of the frequency adjustment film 236.
  • the mass reduction rate is represented by the etching rate, that is, the product of the thickness removed per unit time and the density.
  • the protective film 235 is made of, for example, a piezoelectric film of aluminum nitride (AlN), scandium aluminum nitride (ScAlN), zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), silicon nitride (SiN), or the like. It is formed of an insulating film such as silicon oxide (SiO 2 ) and alumina oxide (Al 2 O 3 ).
  • the thickness of the protective film 235 is, for example, about 0.2 ⁇ m.
  • the frequency adjustment film 236 is formed on substantially the entire surface of the vibration section 120, it is formed only in a predetermined region by processing such as etching.
  • the frequency adjusting film 236 is formed of a material whose mass reduction speed by etching is higher than that of the protective film 235.
  • the frequency adjustment film 236 is formed using a metal such as molybdenum (Mo), tungsten (W), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), and titanium (Ti).
  • the protective film 235 and the frequency adjusting film 236 may have any magnitude relationship between the etching rates as long as the relationship between the mass reduction rates is as described above.
  • the conductive layer CL is formed so as to be in contact with the lower electrode 129. Specifically, when the conductive layer CL is connected to the lower electrode 129, a portion of the piezoelectric thin film F3 laminated on the lower electrode 129 is removed so that the lower electrode 129 is exposed, and a via is formed. The inside of the via is filled with the same material as the lower electrode 129, and the lower electrode 129 and the conductive layer CL are connected.
  • the upper wirings UW1, UW2 are electrically connected to the upper electrodes 125A, 125B, 125C, 125D.
  • the upper wiring UW1 is electrically connected to the upper electrodes 125B and 125C of the inner vibrating arms 135B and 135C via a lower wiring (not shown).
  • the upper wiring UW2 is electrically connected to upper electrodes 125A and 125D of the outer vibrating arms 135A and 135D via a lower line (not shown).
  • the upper wirings UW1 and UW2 are formed using a metal such as aluminum (Al), gold (Au), and tin (Sn).
  • the joint 60 is formed between the resonator 10 and the upper lid 30 in a rectangular ring shape along the XY plane.
  • the joining portion 60 joins the resonator 10 and the upper lid 30 so as to seal the vibration space of the resonator 10. As a result, the vibration space is hermetically sealed, and a vacuum state is maintained.
  • the bonding portion 60 is formed using a metal such as aluminum (Al), germanium (Ge), or an alloy in which aluminum (Al) and germanium (Ge) are eutectic bonded.
  • the upper lid 30 is formed of a Si wafer L3 having a predetermined thickness.
  • the upper lid 30 is joined to the resonator 10 at a peripheral portion (side wall 33) by a joining portion 60 described later.
  • the upper surface on which the power terminals ST1 and ST2 and the ground terminal GT are provided, the lower surface facing the resonator 10, and the side surfaces of the through electrodes V1 and V2 are preferably covered with a silicon oxide film L31.
  • the silicon oxide film L31 is formed on the surface of the Si wafer L3 by, for example, oxidation of the surface of the Si wafer L3 or chemical vapor deposition (CVD: Chemical Vapor Deposition).
  • the through electrodes V1 and V2 are formed by filling a through hole formed in the upper lid 30 with a conductive material.
  • the conductive material to be filled is, for example, impurity-doped polycrystalline silicon (Poly-Si), copper (Cu), gold (Au), impurity-doped single-crystal silicon, or the like.
  • the through electrode V1 serves as a wiring for electrically connecting the power supply terminal ST1 and the terminal T1 '
  • the through electrode V2 serves as a wiring for electrically connecting the power supply terminal ST2 and the terminal T2'. Fulfill.
  • Power terminals ST1 and ST2 and a ground terminal GT are formed on the upper surface of the upper lid 30 (the surface opposite to the surface facing the resonator 10). Further, terminals T1 'and T2' and a ground wiring GW are formed on the lower surface of the upper lid 30 (the surface facing the resonator 10).
  • the power terminal ST1, the through electrode V3, and the terminal T1 ' are electrically insulated from the Si wafer L3 by the silicon oxide film L31.
  • the terminal T1 ' is connected to the upper wiring UW1, whereby the power supply terminal ST1 is electrically connected to the upper wiring UW1.
  • the power supply terminal ST1 is electrically connected to the upper electrodes 125B and 125C of the resonator 10.
  • the power supply terminal ST2 is electrically connected to the upper wiring UW2 via the through electrode V2 and the terminal T2 '.
  • the power terminal ST2, the through electrode V3, and the terminal T2 ' are electrically insulated from the Si wafer L3 by the silicon oxide film L31.
  • the terminal T2 ' is connected to the upper wiring UW2, so that the power supply terminal ST2 is electrically connected to the upper wiring UW2.
  • the power supply terminal ST2 is electrically connected to the upper electrodes 125A and 125D of the resonator 10.
  • the ground terminal GT provided on the X-axis positive direction side is formed so as to contact the Si wafer L3. Specifically, a part of the silicon oxide film L31 is removed by processing such as etching, and the ground terminal GT is formed on the exposed Si wafer L3. Similarly, ground wiring GW is formed so as to contact Si wafer L3. Specifically, a part of the silicon oxide film L31 is removed by processing such as etching, and the ground wiring GW is formed on the exposed Si wafer L3.
  • the ground terminal GT and the ground wiring GW are formed using, for example, a metal such as gold (Au) or aluminum (Al).
  • a metal such as gold (Au) or aluminum (Al).
  • the ground terminal GT is electrically connected to the conductive layer CL by connecting the ground wiring GW and the conductive layer CL. As described above, since the conductive layer CL is electrically connected to the lower electrode 129, the ground terminal GT is electrically connected to the lower electrode 129 of the resonator 10.
  • a stray capacitance occurs between the power supply terminal ST1 and the ground terminal GT, and a stray capacitance also occurs between the power supply terminal ST2 and the ground terminal GT.
  • the stray capacitance between the power supply terminal ST1 and the ground terminal GT, and the power supply terminal ST2 and the ground An imbalance may occur with the stray capacitance between the terminal GT.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing the structures of power terminals ST1 and ST2 and a ground terminal GT provided on the upper lid 30 shown in FIGS.
  • the power supply terminal ST1 includes a power supply pad PD1 and a power supply wiring LN1.
  • the power supply pad PD ⁇ b> 1 is disposed on the surface of the upper lid 30 at a corner on the X-axis positive direction side and on the Y-axis positive direction side.
  • the power supply pad PD1 has a substantially rectangular shape.
  • the power supply line LN1 has one end (the right end in FIG. 5) connected to the power supply pad PD1, and extends near a ground pad PD4 described later. Further, at the other end (the left end in FIG. 5) of the power supply line LN1, the through electrode V1 shown in FIG. 4 is formed.
  • the power supply terminal ST2 includes a power supply pad PD2.
  • the power supply pad PD2 is arranged on the surface of the upper lid 30 at a corner on the X-axis negative direction side and on the Y-axis negative direction side.
  • the power supply pad PD1 has a substantially rectangular shape. Further, the power supply pad PD1 has a portion protruding in the X-axis positive direction. In this portion, the through electrode V2 shown in FIG. 4 is formed.
  • Ground terminal GT includes ground pads PD3, PD4 and ground wiring LN3.
  • the ground pad PD3 is disposed at a corner on the negative side of the X axis and on the positive side of the Y axis, and the ground pad PD4 is located on the positive side of the X axis and on the negative side of the Y axis. It is located at the corner.
  • the ground pads PD3 and PD4 have a substantially rectangular shape.
  • the ground wiring LN3 has one end (the right end in FIG. 5) connected to the power supply pad PD1, and the other end (the left end in FIG. 5) connected to the ground pad PD4.
  • a through electrode V3 similar to the through electrodes V1 and V2 shown in FIG. 4 is formed on the power supply line LN1.
  • the power supply terminal ST1 includes the power supply pad PD1 and the power supply line LN1, while the power supply terminal ST2 includes only the power supply pad PD2. Therefore, the power supply terminal ST1 and the power supply terminal ST2 have different areas. I have. More specifically, the area of power supply terminal ST1 and the area of power supply terminal ST2 are determined by the capacitance generated between power supply terminal ST1 and ground terminal GT and the capacitance generated between power supply terminal ST2 and ground terminal GT. Different to approximate. This reduces the absolute value of the difference between the capacitance generated between the power supply terminal ST1 and the ground terminal GT and the capacitance generated between the power supply terminal ST2 and the ground terminal GT. Therefore, it is possible to suppress an imbalance between the capacitance generated between the power supply terminal ST1 and the ground terminal GT and the capacitance generated between the power supply terminal ST2 and the ground terminal GT.
  • the capacitance generated between the power supply terminal ST1 and the ground terminal GT is preferably within ⁇ 50% of the capacitance generated between the power supply terminal ST2 and the ground terminal GT.
  • the capacitance generated between the power supply terminal ST1 and the ground terminal GT is within ⁇ 20% of the capacitance generated between the power supply terminal ST2 and the ground terminal GT.
  • the capacitance generated between the power supply terminal ST1 and the ground terminal GT is 6.5 pF
  • the capacitance generated between the power supply terminal ST2 and the ground terminal GT is 7.3 pF.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing the resonator 10 shown in FIGS. 1 to 4 and the wiring around the resonator.
  • the terminal T1 ′ electrically connects the through electrode V1 formed on the power terminal ST1 of the upper lid 30 and the upper wiring UW1 formed on the protective film 235 of the resonator 10. .
  • the upper wiring UW1 is electrically connected to the lower wiring LW1 covered by the protective film 235.
  • the lower wiring LW1 is routed and electrically connected to the upper electrode 125B of the vibrating arm 135B and the upper electrode 125C of the vibrating arm 135C.
  • the upper wiring UW2 is electrically connected to the lower wirings LW21 and LW22 covered by the protective film 235.
  • the lower wiring LW21 is routed and electrically connected to the upper electrode 125D of the vibrating arm 135D.
  • the lower wiring LW22 is routed and electrically connected to the upper electrode 125A of the vibrating arm 135A.
  • the penetrating electrode V3 formed on the ground terminal GT of the upper lid 30 is connected to a joint 60 formed on the resonator 10 in an annular shape.
  • the upper wiring UW1 and the lower wiring LW1 for electrically connecting the power supply terminal ST1 to the upper electrodes 125B and 125C are formed by an upper wiring for electrically connecting the power supply terminal ST2 to the upper electrodes 125A and 125D.
  • the wiring UW2 and the lower wirings LW21 and LW22 have different areas because the lengths (distances) of the wiring are different.
  • the lower wiring LW1 includes a dummy wiring DW.
  • the dummy wiring DW is not electrically connected, but increases the area thereof while maintaining the symmetry of the lower wiring LW1.
  • the symmetry of the vibration of the vibrating arm 135 can be maintained, and the imbalance of the capacitance generated by the areas of the upper wiring UW1, the lower wiring LW1, the upper wiring UW2, and the lower wirings LW21 and LW22 can be reduced.
  • the adjustment can be made by the area of the wiring DW.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing a structure of a modification of the power terminals ST1 and ST2 and the ground terminal GT provided on the upper lid 30 shown in FIG.
  • the power terminal ST1 is different from the power terminal ST1 shown in FIG. 5 in the shape of the power pad PD1 and the line width of the power wiring LN1.
  • the power supply pad PD2 of the power supply terminal ST2 has a substantially rectangular shape, whereas the power supply pad PD1 of the power supply terminal ST1 has a shape including the notch CO. I have.
  • the shape of the power terminal ST1 is different from the shape of the power terminal ST2, the power terminal ST1 and the power terminal ST2 having different areas can be easily realized.
  • the power supply terminal ST2 includes only the power supply pad PD2, while the power supply terminal ST1 includes the power supply wiring LN1 in addition to the power supply pad PD1, and the line width of the power supply wiring LN1 is smaller than that shown in FIG. , Is wide. As described above, even when the width of the power terminal ST1 is different from the width of the power terminal ST2, the power terminals ST1 and ST2 having different areas can be easily realized.
  • the length (distance) of the power supply terminal ST1 and the length (distance) of the power supply terminal ST2 may be different from each other instead of or together with the shape and the width. With this configuration, the power supply terminals ST1 and ST2 having different areas can be easily realized.
  • the first power supply terminal is set such that the capacitance generated between the first power supply terminal and the ground terminal is approximately equal to the capacitance generated between the second power supply terminal and the ground terminal.
  • the area of the terminal is different from the area of the second power supply terminal. This reduces the absolute value of the difference between the capacitance generated between the first power supply terminal and the ground terminal and the capacitance generated between the second power supply terminal and the ground terminal. Therefore, it is possible to suppress the imbalance between the capacitance generated between the first power supply terminal and the ground terminal and the capacitance generated between the second power supply terminal and the ground terminal.
  • the length of the first power supply terminal is different from the length of the second power supply terminal. Therefore, the first power supply terminal and the second power supply terminal having different areas can be easily realized.
  • the width of the first power supply terminal is different from the width of the second power supply terminal. Therefore, the first power supply terminal and the second power supply terminal having different areas can be easily realized.
  • the shape of the first power supply terminal is different from the shape of the second power supply terminal. Therefore, the first power supply terminal and the second power supply terminal having different areas can be easily realized.
  • the capacitance generated between the first power supply terminal and the ground terminal is within ⁇ 50% of the capacitance generated between the second power supply terminal and the ground terminal.
  • the capacitance generated between the first power supply terminal and the ground terminal is within ⁇ 20% of the capacitance generated between the second power supply terminal and the ground terminal.
  • the upper wiring and the lower wiring for electrically connecting the first power supply terminal to the upper electrode, and the upper wiring and the lower wiring for electrically connecting the second power supply terminal to the upper electrode One includes a dummy wiring.
  • a dummy wiring thereby, it is possible to maintain the symmetry of the vibration of the vibrating arm, and to electrically connect the upper wiring and the lower wiring for electrically connecting the first power supply terminal and the upper electrode, and the second power supply terminal and the upper electrode. It is possible to adjust the imbalance of the capacitance generated due to the area of the upper wiring and the lower wiring that are electrically connected to each other by the area of the dummy wiring.
  • the voltage signal applied to the first power supply terminal and the voltage signal applied to the second power supply terminal have opposite phases. This makes it possible to easily realize a resonance device that vibrates in the bending vibration mode while suppressing the imbalance in capacitance.
  • LW 1, LW22 lower wiring
  • P virtual plane
  • PD1 power pad
  • PD2 power pad
  • PD3, PD4 ground pad
  • ST1 power terminal
  • ST2 power terminal
  • T1 ', T2' terminal
  • UW1 upper Wiring
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Abstract

容量のアンバランスを抑制することのできる共振装置を提供する。共振装置１は、上部電極１２５Ａ～１２５Ｄと下部電極１２９と上部電極１２５Ａ～１２５Ｄと下部電極１２９との間に形成される圧電薄膜Ｆ３とを含む共振子１０と、第１面が共振子１０の上部電極１２５Ａ～１２５Ｄに対向するように設けられる上蓋３０と、前記上蓋３０の第２面に設けられ、上部電極１２５Ｂ，１２５Ｃに電気的に接続される電源端子ＳＴ１と、前記上蓋３０の第２面に設けられ、上部電極１２５Ａ，１２５Ｄに電気的に接続される電源端子ＳＴ２と、上蓋３０の第２面に設けられ、下部電極１２９に電気的に接続される接地端子ＧＴと、を備え、電源端子ＳＴ１と接地端子ＧＴとの間に発生する容量と電源端子ＳＴ２と接地端子ＧＴとの間に発生する容量とが近似するように、電源端子ＳＴ１の面積と電源端子ＳＴ２の面積とが異なる。

Description

共振装置
　本発明は、共振装置に関する。
　従来、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて製造された共振装置が普及している。この共振装置は、例えば、共振子と、下蓋（下側基板）と、上蓋（上側基板）と、を備える。
　この種の共振装置として、下部電極と複数の上部電極と、下部電極と複数の上部電極との間に形成された圧電膜を有する共振子と、第１の面及び第２の面を有し、当該第１の面が共振子の上部電極に対向して共振子の第１の面を封止するように設けられた上蓋と、第１の面及び第２の面を有し、当該第１の面が共振子の下部電極に対向して共振子の第１の面を封止するように設けられた下蓋と、上部電極に電気的に接続された電源端子と、上蓋の第２の面に設けられた接地端子と、を備え、下部電極は、上蓋を介して接地端子と電気的に接続されるものが知られている（特許文献１参照）。
国際公開第２０１６／１５９０１８号
　特許文献１の共振装置のように、２つの電源端子と、１つの接地端子とを備える場合、一方の電源端子と接地端子との間、及び、他方の電源端子と接地端子との間に、それぞれ浮遊容量（以下、単に「容量」ともいう）が発生する。
　この容量は、内部で引きまわれる配線の面積、基板に形成される絶縁膜の厚み等によって決定される。ここで、共振装置の共振子が上部電極を３つ以上有する場合、電極接続設計の都合上、一方の電源端子と接地端子との間に発生する容量と、他方の電源端子と接地端子との間に発生する容量との間にアンバランスが生じてしまう。容量のアンバランスが生じた共振子では、例えば一方の電源端子に印加される電圧信号と他方の電源端子に印加される電圧信号とを逆にすると、発振周波数に差が発生することがあった。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、容量のアンバランスを抑制することのできる共振装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る共振装置は、３つ以上の上部電極と、下部電極と、３つ以上の上部電極と下部電極との間に形成される圧電膜と、を含む共振子と、第１面が共振子の上部電極に対向するように設けられる基板と、基板の第２面に設けられ、３つ以上の上部電極のうちの少なくとも１つに電気的に接続される第１電源端子と、基板の第２面に設けられ、３つ以上の上部電極のうちの残りの少なくとも１つに電気的に接続される第２電源端子と、基板の第２面に設けられ、下部電極に電気的に接続される接地端子と、を備え、第１電源端子と接地端子との間に発生する容量と第２電源端子と接地端子との間に発生する容量とが近似するように、第１電源端子の面積と第２電源端子の面積とが異なる。
　本発明によれば、容量のアンバランスを抑制することができる。
図１は、本発明の一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。 図２は、図１に示した共振装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。 図３は、図２に示した共振子の構造を概略的に示す平面図である。 図４は、図１から図３に示した共振装置１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。 図５は、図１及び図２に示した上蓋に設けられる電源端子及び接地端子の構造を概略的に示す平面図である。 図６は、図１から図４に示した共振子及びその周辺の配線を概略的に示す平面図である。 図７は、図５に示した上蓋に設けられる電源端子及び接地端子の変形例の構造を概略的に示す平面図である。
　以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
　＜実施形態＞
　まず、図１及び図２を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る共振装置１の概略構成について説明する。図１は、本発明の一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。図２は、図１に示した共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。
　共振装置１は、共振子１０と、共振子１０が振動する振動空間を形成する下蓋２０及び上蓋３０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、後述する接合部６０と、上蓋３０とが、この順で積層されて構成されている。なお、上蓋３０は本発明の「基板」の一例に相当する。
　以下において、共振装置１の各構成について説明する。なお、以下の説明では、共振装置１のうち上蓋３０が設けられている側を上（又は表）、下蓋２０が設けられている側を下（又は裏）、として説明する。
　共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ振動子である。共振子１０と上蓋３０とは、接合部６０を介して接合されている。また、共振子１０と下蓋２０は、それぞれシリコン（Ｓｉ）基板（以下、「Ｓｉ基板」という）を用いて形成されており、Ｓｉ基板同士が互いに接合されている。なお、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。
　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。なお、上蓋３０は、凹部３１を有さずに平板状の形状であってもよい。また、上蓋３０の凹部３１の共振子１０側の面に、アウトガスを吸着するためのゲッター層が形成されていてもよい。
　上蓋３０の表面には、２つの電源端子ＳＴ１，ＳＴ２と、接地端子ＧＴと、が設けられている。各電源端子ＳＴ１，ＳＴ２は、後述する共振子１０の上部電極１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄに電気的に接続される。接地端子ＧＴは、後述する共振子１０の下部電極１２９に電気的に接続される。
　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、つまり、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が形成されている。凹部２１は、共振子１０の振動空間の一部を形成する。なお、下蓋２０は、凹部２１を有さずに平板状の形状であってもよい。また、下蓋２０の凹部２１の共振子１０側の面に、アウトガスを吸着するためのゲッター層が形成されてもよい。
　次に、図３を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る共振子１０の概略構成について説明する。同図は、図２に示した共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。
　図３に示すように、共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ振動子であり、図３の直交座標系におけるＸＹ平面内で面外振動する。なお、共振子１０は、面外屈曲振動モードを用いた共振子に限定されるものではない。共振装置１の共振子は、例えば、広がり振動モード、厚み縦振動モード、ラム波振動モード、面内屈曲振動モード、表面波振動モードを用いるものであってもよい。これらの振動子は、例えば、タイミングデバイス、ＲＦフィルタ、デュプレクサ、超音波トランスデューサー、ジャイロセンサ、加速度センサ等に応用される。また、アクチュエーター機能を持った圧電ミラー、圧電ジャイロ、圧力センサ機能を持った圧電マイクロフォン、超音波振動センサ等に用いられてもよい。さらに、静電ＭＥＭＳ素子、電磁駆動ＭＥＭＳ素子、ピエゾ抵抗ＭＥＭＳ素子に適用してもよい。
　共振子１０は、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１０と、を備える。
　保持部１４０は、ＸＹ平面に沿って振動部１２０の外側を囲むように、矩形の枠状に形成される。例えば、保持部１４０は、角柱形状の枠体から一体に形成されている。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るものではない。
　保持腕１１０は、保持部１４０の内側に設けられ、振動部１２０と保持部１４０とを接続する。
　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に示す例では、振動部１２０は、基部１３０と４本の振動腕１３５Ａ～１３５Ｄ（以下、まとめて「振動腕１３５」ともいう）と、を有している。振動腕１３５は、４つの上部電極１２５Ａ～１２５Ｄ（以下、まとめて「上部電極１２５」ともいう）を含んでいる。なお、振動腕及び上部電極の数は、４つに限定されるものではなく、例えば３つ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１３５Ａ～１３５Ｄ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（以下、「前端１３１Ａ」ともいう）の一つの辺であり、長辺１３１ｂは基部１３０の後端の面（以下、「後端１３１Ｂ」ともいう）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、振動腕１３５に接続され、後端１３１Ｂにおいて、後述する保持腕１１０に接続されている。なお、基部１３０は、図３に示す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るものではない。基部１３０は、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。例えば、基部１３０は、長辺１３１ｂが１３１ａより短い台形であってもよいし、長辺１３１ａを直径とする半円の形状であってもよい。また、基部１３０の各面は平面に限定されるものではなく、湾曲した面であってもよい。なお、仮想平面Ｐは、振動部１２０における、振動腕１３５が並ぶ方向の中心を通る平面である。
　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は３５μｍ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は２６５μｍ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４５０μｍ程度である。
　振動腕１３５は、それぞれ、例えば開放端から１５０μｍ程度の部分が、振動腕１３５の他の部位よりもＸ軸方向の幅が広くなっている。この幅が広くなった部位は、錘部Ｇと呼ばれる。錘部Ｇは、例えば、振動腕１３５の他の部位よりも、Ｘ軸方向に沿って左右に幅が１０μｍずつ広く、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のそれぞれが開放端側に錘部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。
　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後述の保護膜２３５が形成されている。また、振動腕１３５Ａ～１３５Ｄの開放端側の先端における保護膜２３５の表面には、それぞれ、周波数調整膜２３６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。
　なお、本実施形態では、共振子１０の表面（上蓋３０と対向する側の面）は、その略全面が保護膜２３５によって覆われている。なお、保護膜２３５は少なくとも振動腕１３５を覆っていればよく、共振子１０の略全面を覆う構成に限定されるものではない。
　次に、図４を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る共振装置１の積層構造について説明する。同図は、図１から図３に示した共振装置１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。
　図４に示すように、共振装置１は、下蓋２０上に共振子１０が接合され、さらに共振子１０と上蓋３０とが接合される。このように下蓋２０と上蓋３０との間に共振子１０が保持され、下蓋２０と上蓋３０と共振子１０の保持部１４０とによって、振動腕１３５が振動する振動空間が形成される。
　下蓋２０は、シリコン（Ｓｉ）ウエハ（以下、「Ｓｉウエハ」という）Ｌ１によって、一体的に形成されている。Ｚ軸方向に規定される下蓋２０の厚みは、例えば１５０μｍ程度である。なお、ＳｉウエハＬ１は、縮退されていないシリコンを用いて形成されており、その抵抗率は、例えば１０Ω・ｃｍ以上である。
　共振子１０における、保持部１４０、基部１３０、振動腕１３５、及び保持腕１１０は、同一プロセスで一体的に形成される。共振子１０は、基板の一例であるシリコン（Ｓｉ）基板（以下、「Ｓｉ基板」という）Ｆ２の上に、Ｓｉ基板Ｆ２を覆うように下部電極１２９が形成されている。下部電極１２９の上には、下部電極１２９を覆うように圧電薄膜Ｆ３が形成され、圧電薄膜Ｆ３の上には、上部電極１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄが積層されている。さらに、上部電極１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄの上には、上部電極１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄを覆うように保護膜２３５が積層されている。
　Ｓｉ基板Ｆ２は、例えば、厚さ６μｍ程度の縮退したｎ型シリコン（Ｓｉ）半導体を用いて形成されており、ｎ型ドーパントとしてリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等を含むことができる。Ｓｉ基板Ｆ２に用いられる縮退シリコン（Ｓｉ）の抵抗値は、例えば１６ｍΩ・ｃｍ未満であり、より好ましくは１．２ｍΩ・ｃｍ以下である。なお、Ｓｉ基板Ｆ２の上面及び下面の少なくとも一方に、温度特性補正層の一例として、酸化ケイ素（例えばＳｉＯ２）層が形成されていてもよい。
　また、下部電極１２９及び上部電極１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄは、厚さが、例えば０．１μｍ以上０．２μｍ以下程度であり、エッチング等によって所望の形状にパターニングされる。下部電極１２９及び上部電極１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄは、結晶構造が体心立法構造である金属が用いられる。具体的には、下部電極１２９及び上部電極１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄは、Ｍｏ（モリブデン）、タングステン（Ｗ）等を用いて形成される。
　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る。圧電薄膜Ｆ３は、結晶構造がウルツ鉱型六方晶構造を持つ材料を用いて形成されており、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。なお、窒化スカンジウムアルミニウムは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部がスカンジウムに置換されたものであり、スカンジウムの代わりにマグネシウム（Ｍｇ）及びニオブ（Ｎｂ）やマグネシウム（Ｍｇ）及びジルコニウム（Ｚｒ）等の２元素で置換されていてもよい。また、圧電薄膜Ｆ３は、例えば１μｍの厚さを有するが、０．２μｍ以上２μｍ以下程度の厚さを用いることも可能である。
　圧電薄膜Ｆ３は、下部電極１２９及び上部電極１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄ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自由端を変位させ、面外の屈曲振動モードで振動する。
　本実施形態では、外側の振動腕１３５Ａ，１３５Ｄの上部電極１２５Ａ，１２５Ｄに印加される電界の位相と、内側の振動腕１３５Ｂ，１３５Ｃの上部電極１２５Ｂ，１２５Ｃ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の内面に向かって自由端を変位すると、内側の振動腕１３５Ｂ，１３５Ｃは下蓋２０の内面に向かって自由端を変位する。
　保護膜２３５は、上部電極１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄの酸化を防ぐ。保護膜２３５は、エッチングによる質量低減の速度が周波数調整膜２３６より遅い材料によって形成されることが好ましい。質量低減速度は、エッチング速度、つまり、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は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の圧電膜の他、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁膜で形成される。保護膜２３５の厚さは、例えば０．２μｍ程度である。
　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って所定の領域のみに形成される。周波数調整膜２３６は、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。具体的には、周波数調整膜２３６は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等の金属を用いて形成される。
　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前述の通りであれば、エッチング速度の大小関係は任意である。
　導電層ＣＬは、下部電極１２９に接触するように形成される。具体的には、導電層ＣＬと下部電極１２９との接続にあたり、下部電極１２９が露出するように、下部電極１２９上に積層された圧電薄膜Ｆ３の一部が除去され、ビアが形成される。このビアの内部に下部電極１２９と同様の材料が充填され、下部電極１２９と導電層ＣＬとが接続される。
　上部配線ＵＷ１，ＵＷ２は、上部電極１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄに電気的に接続する。具体的には、上部配線ＵＷ１は、図示しない下部配線を介して、内側の振動腕１３５Ｂ，１３５Ｃの上部電極１２５Ｂ，１２５Ｃに電気的に接続している。上部配線ＵＷ２は、図示しない下部回線を介して、外側の振動腕１３５Ａ，１３５Ｄの上部電極１２５Ａ，１２５Ｄに電気的に接続している。上部配線ＵＷ１，ＵＷ２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、錫（Ｓｎ）等の金属を用いて形成される。
　接合部６０は、共振子１０と上蓋３０との間に、ＸＹ平面に沿って矩形の環状に形成される。接合部６０は、共振子１０の振動空間を封止するように、共振子１０と上蓋３０とを接合する。これにより、振動空間は気密に封止され、真空状態が維持される。
　接合部６０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とが共晶接合した合金等の金属を用いて形成される。
　上蓋３０は、所定の厚みのＳｉウエハＬ３によって形成されている。上蓋３０は、その周辺部（側壁３３）で後述する接合部６０によって共振子１０と接合されている。上蓋３０において、電源端子ＳＴ１，ＳＴ２及び接地端子ＧＴが設けられる上面、共振子１０に対向する下面、及び貫通電極Ｖ１，Ｖ２の側面は、酸化ケイ素膜Ｌ３１に覆われていることが好ましい。酸化ケイ素膜Ｌ３１は、例えばＳｉウエハＬ３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Ｌ３の表面に形成される。
　貫通電極Ｖ１，Ｖ２は、上蓋３０に形成された貫通孔に導電性材料が充填されて形成される。充填される導電性材料は、例えば、不純物ドープされた多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、不純物ドープされた単結晶シリコン等である。貫通電極Ｖ１は、電源端子ＳＴ１と端子Ｔ１’とを電気的に接続させる配線としての役割を果たし、貫通電極Ｖ２は、電源端子ＳＴ２と端子Ｔ２’とを電気的に接続させる配線としての役割を果たす。
　上蓋３０の上面（共振子１０と対向する面と反対側の面）には、電源端子ＳＴ１，ＳＴ２と、接地端子ＧＴと、が形成されている。また、上蓋３０の下面（共振子１０と対向する面）には、端子Ｔ１’、Ｔ２’と、接地配線ＧＷと、が形成されている。電源端子ＳＴ１、貫通電極Ｖ３、及び端子Ｔ１’は、酸化ケイ素膜Ｌ３１によって、ＳｉウエハＬ３から電気的に絶縁されている。他方、上蓋３０と共振子１０とが接合する際に、端子Ｔ１’と上部配線ＵＷ１とが接続することによって、電源端子ＳＴ１は、上部配線ＵＷ１に電気的に接続される。前述したように、上部配線ＵＷ１は上部電極１２５Ｂ，１２５Ｃに電気的に接続するので、電源端子ＳＴ１は、共振子１０の上部電極１２５Ｂ，１２５Ｃに電気的に接続される。
　電源端子ＳＴ２は、貫通電極Ｖ２及び端子Ｔ２’を介して、上部配線ＵＷ２に電気的に接続されている。電源端子ＳＴ２、貫通電極Ｖ３、及び端子Ｔ２’は、酸化ケイ素膜Ｌ３１によって、ＳｉウエハＬ３から電気的に絶縁されている。他方、上蓋３０と共振子１０とが接合する際に、端子Ｔ２’と上部配線ＵＷ２とが接続することによって、電源端子ＳＴ２は、上部配線ＵＷ２に電気的に接続される。前述したように、上部配線ＵＷ２は上部電極１２５Ａ，１２５Ｄに電気的に接続するので、電源端子ＳＴ２は、共振子１０の上部電極１２５Ａ，１２５Ｄに電気的に接続される。
　Ｘ軸正方向側に設けられる接地端子ＧＴは、ＳｉウエハＬ３に接触するように形成される。具体的には、エッチング等の加工によって酸化ケイ素膜Ｌ３１の一部が除去され、露出したＳｉウエハＬ３の上に接地端子ＧＴが形成される。同様に、接地配線ＧＷは、ＳｉウエハＬ３に接触するように形成される。具体的には、エッチング等の加工によって酸化ケイ素膜Ｌ３１の一部が除去され、露出したＳｉウエハＬ３の上に接地配線ＧＷが形成される。
　接地端子ＧＴ及び接地配線ＧＷは、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属を用いて形成される。形成された金属にアニール処理（熱処理）を行うことによって、接地端子ＧＴ及び接地配線ＧＷは、ＳｉウエハＬ３に対してオーミック接触する。これにより、接地端子ＧＴと接地配線ＧＷとが、ＳｉウエハＬ３を介して電気的に接続される。
　上蓋３０と共振子１０とが接合する際に、接地配線ＧＷと導電層ＣＬとが接続することによって、接地端子ＧＴは、導電層ＣＬに電気的に接続される。前述したように、導電層ＣＬは下部電極１２９に電気的に接続するので、接地端子ＧＴは、共振子１０の下部電極１２９に電気的に接続される。
　ここで、電源端子ＳＴ１と接地端子ＧＴとの間には浮遊容量が発生し、電源端子ＳＴ２と接地端子ＧＴとの間にも浮遊容量が発生する。例えば、電源端子ＳＴ１から引き回される配線の面積は、電源端子ＳＴ２から引き回される配線の面積と異なるため、電源端子ＳＴ１と接地端子ＧＴとの間の浮遊容量と、電源端子ＳＴ２と接地端子ＧＴとの間の浮遊容量とは、アンバランスが生じるおそれがある。
　次に、図５を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る電源端子ＳＴ１，ＳＴ２及び接地端子ＧＴの概略構成について説明する。同図は、図１及び図２に示した上蓋３０に設けられる電源端子ＳＴ１，ＳＴ２及び接地端子ＧＴの構造を概略的に示す平面図である。
　図５に示すように、電源端子ＳＴ１は、電源パッドＰＤ１と、電源配線ＬＮ１と、を含む。電源パッドＰＤ１は、上蓋３０の表面において、Ｘ軸正方向側、かつ、Ｙ軸正方向側の角部に配置されている。また、上蓋３０の表面を平面視（以下、単に「平面視」という）したときに、電源パッドＰＤ１は略矩形の形状を有する。電源配線ＬＮ１は、一端部（図５おいて右端部）が電源パッドＰＤ１に接続し、後述する接地パッドＰＤ４の近くまで延在している。また、電源配線ＬＮ１の他端部（図５おいて左端部）には、図４に示した貫通電極Ｖ１が形成される。
　電源端子ＳＴ２は、電源パッドＰＤ２を含む。電源パッドＰＤ２は、上蓋３０の表面において、Ｘ軸負方向側、かつ、Ｙ軸負方向側の角部に配置されている。また、平面視において、電源パッドＰＤ１は略矩形の形状を有する。さらに、電源パッドＰＤ１は、Ｘ軸正方向に突出する部分を有する。当該部分には、図４に示した貫通電極Ｖ２が形成される。
　接地端子ＧＴは、接地パッドＰＤ３，ＰＤ４と、接地配線ＬＮ３と、を含む。上蓋３０の表面において、接地パッドＰＤ３は、Ｘ軸負方向側、かつ、Ｙ軸正方向側の角部に配置され、接地パッドＰＤ４は、Ｘ軸正方向側、かつ、Ｙ軸負方向側の角部に配置されている。また、平面視において、接地パッドＰＤ３，ＰＤ４は略矩形の形状を有する。接地配線ＬＮ３は、一端部（図５おいて右端部）が電源パッドＰＤ１に接続し、他端部（図５において左端部）が接地パッドＰＤ４に接続している。また、電源配線ＬＮ１の線上に、図４に示した貫通電極Ｖ１，Ｖ２と同様の貫通電極Ｖ３が形成されている。
　図５から明らかなように、電源端子ＳＴ１が電源パッドＰＤ１及び電源配線ＬＮ１を含む一方、電源端子ＳＴ２は電源パッドＰＤ２のみを含むので、電源端子ＳＴ１と電源端子ＳＴ２とは、その面積が異なっている。より詳細には、電源端子ＳＴ１の面積と電源端子ＳＴ２の面積とは、電源端子ＳＴ１と接地端子ＧＴとの間に発生する容量と電源端子ＳＴ２と接地端子ＧＴとの間に発生する容量とが近似するように、異なる。これにより、電源端子ＳＴ１と接地端子ＧＴとの間に発生する容量と電源端子ＳＴ２と接地端子ＧＴとの間に発生する容量との差の絶対値が低減する。従って、電源端子ＳＴ１と接地端子ＧＴとの間に発生する容量と電源端子ＳＴ２と接地端子ＧＴとの間に発生する容量とのアンバランスを抑制することができる。
　具体的には、電源端子ＳＴ１と接地端子ＧＴとの間に発生する容量は、電源端子ＳＴ２と接地端子ＧＴとの間に発生する容量の±５０％以内であることが好ましい。これにより、例えば電源端子ＳＴ１に印加される電圧信号と電源端子ＳＴ２に印加される電圧信号とを逆にしても、良好な発振を得ることができる。
　また、電源端子ＳＴ１と接地端子ＧＴとの間に発生する容量は、電源端子ＳＴ２と接地端子ＧＴとの間に発生する容量の±２０％以内であることがさらに好ましい。本実施形態では、例えば、電源端子ＳＴ１と接地端子ＧＴとの間に発生する容量は、６．５ｐＦであり、電源端子ＳＴ２と接地端子ＧＴとの間に発生する容量は７．３ｐＦである。これにより、例えば電源端子ＳＴ１に印加される電圧信号と電源端子ＳＴ２に印加される電圧信号とを逆にしても、さらに良好な発振を得ることができる。
　次に、前述した実施形態の変形例について説明する。なお、図１から図５に示した共振装置１と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。
　（第１変形例）
　図６は、図１から図４に示した共振子１０及びその周辺の配線を概略的に示す平面図である。
　図６に示すように、端子Ｔ１’は、上蓋３０の電源端子ＳＴ１に形成される貫通電極Ｖ１と、共振子１０の保護膜２３５上に形成される上部配線ＵＷ１と、を電気的に接続する。上部配線ＵＷ１は、保護膜２３５によって覆われた下部配線ＬＷ１に電気的に接続する。下部配線ＬＷ１は、引き回されて、振動腕１３５Ｂの上部電極１２５Ｂ及び振動腕１３５Ｃの上部電極１２５Ｃに電気的に接続している。
　端子Ｔ２’は、上蓋３０の電源端子ＳＴ２に形成される貫通電極Ｖ２と、共振子１０の保護膜２３５上に形成される上部配線ＵＷ２と、を電気的に接続する。上部配線ＵＷ２は、保護膜２３５によって覆われた下部配線ＬＷ２１、ＬＷ２２に電気的に接続する。下部配線ＬＷ２１は、引き回されて、振動腕１３５Ｄの上部電極１２５Ｄに電気的に接続している。下部配線ＬＷ２２は、引き回されて、振動腕１３５Ａの上部電極１２５Ａに電気的に接続している。
　上蓋３０の接地端子ＧＴに形成される貫通電極Ｖ３は、共振子１０の上に環状に形成された接合部６０に接続される。
　図６から明らかなように、電源端子ＳＴ１と上部電極１２５Ｂ，１２５Ｃとを電気的に接続する上部配線ＵＷ１及び下部配線ＬＷ１は、電源端子ＳＴ２と上部電極１２５Ａ，１２５Ｄとを電気的に接続する上部配線ＵＷ２及び下部配線ＬＷ２１，ＬＷ２２とは、引き回される長さ（距離）が異なるため、面積が異なる。
　第１変形例では、下部配線ＬＷ１は、ダミー配線ＤＷを含む。
ダミー配線ＤＷは、電気的に接続されるものでなく、下部配線ＬＷ１の対称性を図りつつ、その面積を増やすものである。これにより、振動腕１３５の振動の対称性を保つことが可能となるとともに、上部配線ＵＷ１、下部配線ＬＷ１、上部配線ＵＷ２、及び下部配線ＬＷ２１，ＬＷ２２の面積によって発生する容量のアンバランスを、ダミー配線ＤＷの面積で調整することが可能となる。
　（第２変形例）
　図７は、図５に示した上蓋３０に設けられる電源端子ＳＴ１，ＳＴ２及び接地端子ＧＴの変形例の構造を概略的に示す平面図である。
　図７に示すように、電源端子ＳＴ１は、電源パッドＰＤ１の形状及び電源配線ＬＮ１の線幅が、図５に示した電源端子ＳＴ１のものと相違する。
　具体的には、平面視において、電源端子ＳＴ２の電源パッドＰＤ２は、略矩形の形状を有しているのに対し、電源端子ＳＴ１の電源パッドＰＤ１は、切欠きＣＯを含む形状を有している。このように、電源端子ＳＴ１の形状と電源端子ＳＴ２の形状とが異なることにより、互いに面積の異なる電源端子ＳＴ１及び電源端子ＳＴ２を容易に実現できる。
　また、電源端子ＳＴ２は電源パッドＰＤ２のみを含むのに対し、電源端子ＳＴ１は電源パッドＰＤ１に加えて電源配線ＬＮ１を含み、電源配線ＬＮ１の線幅は、図５にしめしたものと比較して、幅広である。このように、電源端子ＳＴ１の幅と電源端子ＳＴ２の幅とが異なることによっても、互いに面積の異なる電源端子ＳＴ１及び電源端子ＳＴ２を容易に実現できる。
　なお、形状及び幅に代えて、若しくは、形状及び幅とともに、電源端子ＳＴ１の長さ（距離）と電源端子ＳＴ２の長さ（距離）とが異なっていてもよい。これによっても、互いに面積の異なる電源端子ＳＴ１及び電源端子ＳＴ２を容易に実現できる。
　以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の実施形態に係る共振装置では、第１電源端子と接地端子との間に発生する容量と第２電源端子と接地端子との間に発生する容量とが近似するように、第１電源端子の面積と第２電源端子の面積とが異なる。これにより、第１電源端子と接地端子との間に発生する容量と第２電源端子と接地端子との間に発生する容量との差の絶対値が低減する。従って、第１電源端子と接地端子との間に発生する容量と第２電源端子と接地端子との間に発生する容量とのアンバランスを抑制することができる。
　また、前述した共振装置において、第１電源端子の長さと第２電源端子の長さとが異なる。これにより、互いに面積の異なる第１電源端子及び第２電源端子を容易に実現できる。
　また、前述した共振装置において、第１電源端子の幅と第２電源端子の幅とが異なる。これにより、互いに面積の異なる第１電源端子及び第２電源端子を容易に実現できる。
　また、前述した共振装置において、第１電源端子の形状と第２電源端子の形状とが異なる。これにより、互いに面積の異なる第１電源端子及び第２電源端子を容易に実現できる。
　また、前述した共振装置において、第１電源端子と接地端子との間に発生する容量は、第２電源端子と接地端子との間に発生する容量の±５０％以内である。これにより、例えば第１電源端子に印加される電圧信号と第２電源端子に印加される電圧信号とを逆にしても、良好な発振を得ることができる。
　また、前述した共振装置において、第１電源端子と接地端子との間に発生する容量は、第２電源端子と接地端子との間に発生する容量の±２０％以内である。これにより、例えば第１電源端子に印加される電圧信号と第２電源端子に印加される電圧信号とを逆にしても、さらに良好な発振を得ることができる。
　また、前述した共振装置において、第１電源端子と上部電極とを電気的に接続する上部配線及び下部配線と、第２電源端子と上部電極とを電気的に接続する上部配線及び下部配線との一方は、ダミー配線を含む。これにより、振動腕の振動の対称性を保つことが可能となるとともに、第１電源端子と上部電極とを電気的に接続する上部配線及び下部配線と、第２電源端子と上部電極とを電気的に接続する上部配線及び下部配線との面積によって発生する容量のアンバランスを、ダミー配線の面積で調整することが可能となる。
　また、前述した共振装置において、第１電源端子に印加される電圧信号と第２電源端子に印加される電圧信号とが逆位相である。これにより、容量のアンバランスを抑制するとともに、屈曲振動モードで振動する共振装置を容易に実現することができる。
　なお、以上説明した実施形態は、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／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、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、実施形態が備える各要素及びその配置、材料、振動モード、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、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又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　１…共振装置、１０…共振子、２０…下蓋、２１…凹部、２２…底板、２３…側壁、３０…上蓋、３１…凹部、３３…側壁、６０…接合部、１１０…保持腕、１２０…振動部、１２５，１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄ…上部電極、１２９…下部電極、１３０…基部、１３１ａ…長辺、１３１Ａ…前端、１３１ｂ…長辺、１３１Ｂ…後端、１３１ｃ…短辺、１３１ｄ…短辺、１３５，１３５Ａ，１３５Ｂ，１３５Ｃ，１３５Ｄ…振動腕、１４０…保持部、２３５…保護膜、２３６…周波数調整膜、ＣＬ…導電層、ＤＷ…ダミー配線、Ｆ２…Ｓｉ基板、Ｆ３…圧電薄膜、Ｇ…錘部、ＧＴ…接地端子、ＧＷ…接地配線、Ｌ１，Ｌ３…Ｓｉウエハ、Ｌ３１…酸化ケイ素膜、ＬＮ１…電源配線、ＬＮ３…接地配線、ＬＷ１…下部配線、ＬＷ２１，ＬＷ２２…下部配線、Ｐ…仮想平面、ＰＤ１…電源パッド、ＰＤ２…電源パッド、ＰＤ３，ＰＤ４…接地パッド、ＳＴ１…電源端子、ＳＴ２…電源端子、Ｔ１’，Ｔ２’…端子、ＵＷ１…上部配線、ＵＷ２…上部配線、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３　貫通電極。

Claims (8)

  1. 　３つ以上の上部電極と、下部電極と、前記３つ以上の上部電極と下部電極との間に形成される圧電膜と、を含む共振子と、
    　第１面が前記共振子の前記上部電極に対向するように設けられる基板と、
    　前記基板の第２面に設けられ、前記３つ以上の上部電極のうちの少なくとも１つに電気的に接続される第１電源端子と、
    　前記基板の第２面に設けられ、前記３つ以上の上部電極のうちの残りの少なくとも１つに電気的に接続される第２電源端子と、
    　前記基板の第２面に設けられ、前記下部電極に電気的に接続される接地端子と、を備え、
    　前記第１電源端子と前記接地端子との間に発生する容量と前記第２電源端子と前記接地端子との間に発生する容量とが近似するように、前記第１電源端子の面積と前記第２電源端子の面積とが異なる、
    　共振装置。
  2. 　前記第１電源端子の長さと前記第２電源端子の長さとが異なる、
    　請求項１に記載の共振装置。
  3. 　前記第１電源端子の幅と前記第２電源端子の幅とが異なる、
    　請求項１又は２に記載の共振装置。
  4. 　前記第１電源端子の形状と前記第２電源端子の形状とが異なる、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載の共振装置。
  5. 　前記第１電源端子と前記接地端子との間に発生する容量は、前記第２電源端子と前記接地端子との間に発生する容量の±５０％以内である、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載の共振装置。
  6. 　前記第１電源端子と前記接地端子との間に発生する容量は、前記第２電源端子と前記接地端子との間に発生する容量の±２０％以内である、
    　請求項５に記載の共振装置。
  7. 　前記第１電源端子と前記上部電極とを電気的に接続する第１配線と、
    　前記第２電源端子と前記上部電極とを電気的に接続する第２配線と、をさらに備え、
    　前記第１配線及び前記第２配線の一方は、ダミー配線を含む、
    　請求項１から６のいずれか一項に記載の共振装置。
  8. 　前記第１電源端子に印加される電圧信号と、前記第２電源端子に印加される電圧信号とが、逆位相である、
    　請求項１から７のいずれか一項に記載の共振装置。
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