(57)【要約】【課題】安定した周波数の信号を供給すること。【解決手段】発振器１は、シリコンで構成され、変位可能な可動部２と、可動部２を静電気力により振動させる電圧を供給する電極３ａ、３ｂと、シリコンで構成され、可動部２の少なくとも一部を支持する固定部４と、固定部４に接して設けられ、固定部４の温度を検出する温度検出部５と、温度検出部５が検出した温度に応じて可動部２の出力に基づく出力周波数を一定に保つよう補正を行う補正部６を有する。【選択図】図１
2010154509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンで構成され、静電気力により振動する可動部と、
前記可動部を支持する固定部と、
前記固定部に接し、前記固定部の温度を検出する温度検出部と、
前記可動部と前記固定部の接合面に接合し、前記接合面と対向する面で、前記可動部、前記固定部および前記温度検出部を支持する支持部と、
前記支持部と接し、前記支持部と共に前記可動部を包囲する包囲部と、
前記包囲部の前記可動部に対向する面の反対側の面に設けられた電極と、
を有することを特徴とする発振器。
【請求項２】
前記可動部と前記固定部間に第１配線層と、
前記温度検出部と接合する第２配線層と、
補正部と接合する第３配線層と、
前記支持部および前記包囲部内を通過し、前記第１配線層、前記第２配線層、前記第３配線層および前記電極と電気的接合するビアと、
をさらに有することを特徴とする請求項１記載の発振器。
【請求項３】
さらに、前記温度検出部が検出した温度に応じて前記可動部の出力を補正する補正部を有することを特徴とする請求項１記載の発振器。
【請求項４】
シリコンで構成され、静電気力により振動する可動部と、
前記可動部を支持する固定部と、
前記固定部に接し、前記固定部の温度を検出する温度検出部と、
前記可動部と前記固定部の接合面に接合し、前記接合面と対向する面で、前記可動部、前記固定部および前記温度検出部を支持する支持部と、
前記支持部と接し、前記支持部と共に前記可動部を包囲する包囲部と、
前記包囲部の前記可動部に対向する面の反対側の面に設けられた電極と、を有し、
前記可動部の前記振動から生成される発振信号をクロック信号として動作することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振器および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ（シリコン）を使用した振動子、振動子の温度を検出する温度センサ、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）等の周辺回路を組み合わせて１チップ化し、検出した温度に応じて振動子の周波数変動を最小限にする発振器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
振動子をＳｉで製造するため、チップ上にＣＭＯＳプロセスを用いた回路の形成が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８６８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｓｉは、温度特性が比較的急激に変動する物質であるため、少しの温度の差分でも振動周波数に大きな変化が生じてしまう。このため、振動子と温度センサとが離れている場合、振動子の温度と温度センサが検出する温度との間に差分が生じて安定した周波数を供給することが難しいという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、安定した周波数の信号を供給することができる発振器および半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、開示の発振器が提供される。この発振器は、可動部と、固定部と、温度検出部と、支持部と、包囲部と、電極とを有している。
可動部は、シリコンで構成され、静電気力により振動する。
【０００８】
固定部は、可動部を支持する。
温度検出部は、固定部に接し、固定部の温度を検出する。
支持部は、可動部と固定部の接合面に接合し、接合面と対向する面で、可動部、固定部および温度検出部を支持する。
【０００９】
包囲部は、支持部と接し、支持部と共に可動部を包囲する。
電極は、包囲部の可動部に対向する面の反対側の面に設けられている。
【発明の効果】
【００１０】
開示の発振器によれば、安定した周波数の信号を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態の発振器の概要を示す図である。
【図２】実施の形態の半導体装置を示す図である。
【図３】発振器を示す斜視図である。
【図４】発振器の構成を示す断面図である。
【図５】発振器の周波数変動特性を示す図である。
【図６】発振器の製造方法を示す図である。
【図７】発振器の製造方法を示す図である。
【図８】発振器の変形例を示す図である。
【図９】発振器の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、実施の形態の発振器について説明し、その後、実施の形態をより具体的に説明する。
【００１３】
図１は、実施の形態の発振器の概要を示す図である。
発振器１は、可動部２と、電極３ａ、３ｂと、固定部４と、温度検出部５と、補正部６と、支持部８と、包囲部１４とを有している。
【００１４】
可動部２は、板状をなし、シリコンで構成され、厚さ方向（図１中左右方向）に変位可能である。
電極３ａ、３ｂは、可動部２を静電気力により変位させる（交流）電圧を可動部２に供給する。
【００１５】
固定部４は、シリコンで構成され、可動部２の少なくとも一部を支持する配線層７ｃを支持している。可動部２は、電極３ａ、３ｂが設置された面の反対側で支持されている。
温度検出部５は、固定部４に接して設けられ、固定部４の温度を検出する。
【００１６】
補正部６は、温度検出部５が検出した温度に応じて可動部２の出力に基づく出力周波数を一定に保つよう補正を行う。
配線層７ａ、７ｂ、７ｃは、可動部２、温度検出部５および補正部６へ電源を供給し、入出力信号を伝達する配線パターンを有する。
【００１７】
支持部８は、可動部２が可動する空間を維持し、可動部２、固定部４、温度検出部５、補正部６、配線層７ａ、７ｂ、７ｃを支持する。
包囲部１４は、支持部８と接し、支持部８と接する面の反対側の面がプリント基板の設置面となる。この反対側の面に電極３ａ、３ｂが形成される。
【００１８】
支持部８と包囲部１４は、可動部２を囲むことにより、可動部２の周囲に気密空間を形成している。
ＶＩＡ９ａ、９ｂは、電極３ａ、３ｂ、配線層７ａ、７ｂ、７ｃを電気的に接合し、可動部２、温度検出部５および補正部６を発振器として機能させている。
【００１９】
このように発振器１を構成することで、後述する発振器１の製造時に、支持部８と包囲部１４を積層後、電極３ａ、３ｂを形成することができる。電極３ａ、３ｂを形成後、各層を形成することは極めて困難である。また、可動部２の支持する面の反対の面に電極３ａ、３ｂを形成することで、プリント板から電極３ａ、３ｂへの配線が発振器１側部を通過する必要がなくなる。この結果、プリント板への発振器１の設置のために必要な面積が小さくなる。
【００２０】
以下、実施の形態をより具体的に説明する。
図２は、実施の形態の半導体装置を示す図である。
半導体装置１０は、発振器１１と、電圧供給回路１２と、ＩＣ１３とを有している。
【００２１】
発振器１１は、ＩＣ１３のクロック信号となる発振信号を生成する。
電圧供給回路１２は、発振器１１を発振させる交流電圧や、後述するバイアス電圧を供給する。
【００２２】
ＩＣ１３は、発振器１１からの発振信号をクロック信号として動作する。このような機能を備えていれば、ＩＣ１３の種類は特に限定されない。
図３は、発振器を示す斜視図である。
【００２３】
発振器１１は、矩形の板状をなす本体２０と、本体２０の４つの角部に設けられた電極３１〜３４とを有している。
電極３１は、電圧供給回路１２から供給される電圧を印加する端子である。電極３２は、ＧＮＤ端子である。電極３３は、発振器１１の発振信号の出力端子である。電極３４は、発振可否を決定するイネーブル信号の入力端子である。
【００２４】
図４は、発振器の構成を示す断面図である。なお、図４中上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」と言う。また、図４では、説明を分かりやすくするために、発振器１１の形状を上下方向に誇張して示している。
【００２５】
本体２０は、温度センサとしての機能を備える固定部２１と、一端側が固定部２１に固着され、他端側が開放されている柱状の可動部（ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子）２２と、固定部２１の、可動部２２と反対側に設けられたＩＣ部（温度検出部）２３と、所定の間隙を介して可動部２２を囲む包囲部２４とを有している。
【００２６】
固定部２１の高さ（上下方向の長さ）は、例えば、１μｍ程度である。
この固定部２１は、可動部２２の一端側（下側）を変位しないように支持している。
可動部２２の高さは、例えば、１μｍ程度である。
【００２７】
この可動部２２は、図示しないビア（Ｖｉａ）を介して電極３３に接続されている。
なお、可動部２２の形状、大きさは、図示の形状に限定されないのは言うまでもない。
ＩＣ部２３は、固定部２１から伝わる（固定部２１の）温度を検出する。そして、温度に応じて、ＩＣ部２３が予め備える補正プログラムに従って、ＩＣ１３に供給する発振信号の周波数が一定になるように発振器の出力周波数を補正する。
【００２８】
具体的には、温度センサによって読み取った温度情報を電圧に変換しＩＣ１３に伝える。ＩＣ内のメモリに予め補正情報を設定しておき、読み取った電圧に応じて補正情報を選択し、発振器の出力周波数を調整する。
【００２９】
ここで、固定部２１には可動部２２の温度が迅速に伝わるため、ＩＣ部２３の補正が温度変化に正しく追従することができ、発振信号の周波数を一定に保つことができる。
また、ＩＣ部２３は、固定部２１を介して可動部２２の反対側に設けられていることにより、ＩＣ部２３に可動部２２の振動が直接伝わることを防止している。
【００３０】
包囲部２４は、可動部２２の側部および上部を囲むことにより、可動部２２の周囲に気密空間を形成している。
発振器１１がこのような構成をなしていることにより、後述する製造方法により発振器１１を容易に製造することができるという利点がある。
【００３１】
次に、図３および図４を用いて発振器１１の動作を説明する。
発振器１１の駆動時において、可動部２２には電荷を適切に保つための直流のバイアス電圧が電極３３を介して電圧供給回路１２から印加されている。
【００３２】
電圧供給回路１２から電極３１、３２間に交流電圧を印加することにより、電極３１と可動部２２との間に静電気力が生じる。可動部２２は、この静電気力により厚さ方向（図３中左右方向）に変位する。換言すれば、可動部２２が共振周波数で振動する。この振動を図示しないアンプにより増幅することにより得られた電圧が、電極３３から出力される。この電圧は、ＩＣ１３に供給される。
【００３３】
図５は、発振器の周波数変動特性を示す図であり、図５（ａ）は、比較例の発振器の周波数変動特性を示す図であり、図５（ｂ）は、実施の形態の発振器の周波数変動特性を示す図である。
【００３４】
比較例の発振器（発振器１１ではない）は、ＩＣ内部に温度センサを設けた発振器であり、温度センサに伝わる温度と、発振部分（可動部２２に対応）の実際の温度が異なっている場合が多く、図５（ａ）に示すように、目標値とする温度にするために行った補正は不適切なものとなり、波形が安定しない。例えば、図５（ａ）では目標値に対する最大の誤差は３ｐｐｍである。
【００３５】
一方、図５（ｂ）に示すように、発振器１１の固定部２１が温度センサを構成することにより、可動部２２の正確な温度情報をＩＣ部２３に伝えることが可能になり、高精度で安定した発振器１１を実現することができる。例えば、図５（ｂ）では目標値に対する最大の誤差は１ｐｐｍである。また、周波数の変動も安定する。
【００３６】
次に、このような発振器１１の製造方法について説明する。
図６および図７は、発振器の製造方法を示す図である。
まず、図６（ａ）に示すように、複数のＩＣ部２３が所定間隔で設けられたＩＣ基板４１と、第１のシリコン基板（ウェハ）４２と、第２のシリコン基板（ウェハ）４３とがこの順番に重ねられた基板４０を用意する。
【００３７】
なお、ＩＣ基板４１と、第１のシリコン基板４２と、第２のシリコン基板４３の厚さは、いずれも例えば１μｍ程度である。図６（ａ）では、説明を分かりやすくするために、第２のシリコン基板４３の厚さを多少誇張して図示している。
【００３８】
次に、図６（ｂ）に示すように、第２のシリコン基板４３にエッチングを施すことにより可動部２２と、包囲部２４の側部と、後に包囲部２４の側部となる構造体２４ａを形成する。
【００３９】
次に、図６（ｃ）に示すように、可動部２２と包囲部２４の側部との間隙、および可動部２２と構造体２４ａとの間隙を埋めるようにＳｉＯ2を配設し、ＳｉＯ2層４４を形成する。
【００４０】
次に、図６（ｄ）に示すように、包囲部２４、構造体２４ａおよびＳｉＯ2層４４の上面をポリシリコン（Poly-Si）４５で覆う。
次に、図７（ｅ）に示すように、ポリシリコン４５の、可動部２２の上部に対応する位置に犠牲層エッチング用の開口部４６を形成する。
【００４１】
次に、図７（ｆ）に示すように、開口部４６からエッチングを施すことで、ＳｉＯ2層４４を除去する。
次に、図７（ｇ）に示すように、ポリシリコン４７で開口部４６の開口を封止する。このとき、ポリシリコン４５およびポリシリコン４７により包囲部２４の上部が形成される。
【００４２】
次に、図７（ｈ）に示すように、ダイシング（Dicing）により、構造体２４ａの中央部を通るように切削する。これにより本体２０が得られる。
次に、本体２０の４つの角部に電極３１〜３４を接合（配置）する。
【００４３】
これにより、発振器１１が得られる。
以上述べたように、半導体装置１０によれば、発振器１１のＩＣ部２３が、温度センサを構成する固定部２１の温度を検出するようにしたので、正確な温度情報がＩＣ部２３に伝わる。
【００４４】
これにより、可動部２２をシリコンで構成した場合でも高精度で安定した発振信号をＩＣ１３に供給することができる。
なお、固定部が可動部の一部を支持し、ＩＣ部が固定部の温度を検出する構成であれば、本実施の形態の形状には限定されない。以下、変形例を示す。
【００４５】
＜変形例＞
図８および図９は、発振器の変形例を示す図である。
図８に示す発振器１１ａは、円形の板状をなす固定部２１ａと、円形の板状をなし、中空の可動部２２ａと、円形の板状をなすＩＣ部２３ａとを有している。なお、発振器１１ａでは、包囲部および電極の図示を省略している。
【００４６】
固定部２１ａ、可動部２２ａおよびＩＣ部２３ａの厚さは、それぞれ例えば、１μｍ程度である。
図９に示す発振器１１ｂは、矩形の板状をなす固定部２１ｂと、矩形の板状をなし、中空の可動部２２ｂと、矩形の板状をなすＩＣ部２３ｂを有している。
【００４７】
可動部２２ｂには、対辺間を接続する梁２２１ｂが設けられている。
固定部２１ｂおよび可動部２２ｂの厚さは、それぞれ例えば、１μｍ程度である。
以上、本発明の発振器および半導体装置を、図示の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や工程が付加されていてもよい。
【００４８】
また、本発明は、前述した実施の形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１、１１、１１ａ、１１ｂ  発振器
２、２２、２２ａ、２２ｂ  可動部
３ａ、３ｂ、３１〜３４  電極
４、２１、２１ａ、２１ｂ  固定部
５  温度検出部
６  補正部
７ａ、７ｂ、７ｃ  配線層
８  支持部
９ａ、９ｂ  ＶＩＡ
１０  半導体装置
１２  電圧供給回路
１３  ＩＣ
１４、２４  包囲部
２０  本体
２３、２３ａ、２３ｂ  ＩＣ部
２４ａ  構造体
４０  基板
４１  ＩＣ基板
４２  第１のシリコン基板
４３  第２のシリコン基板
４４  ＳｉＯ2層
４５、４７  ポリシリコン
４６  開口部
２２１ｂ  梁
【図１】
2010154509.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010154509.tif 000009
【図８】
2010154509.tif 000010
【図９】
2010154509.tif 000011