(57)【要約】      （修正有）【課題】温度が上昇する際における共振器の周波数の著しい低下を克服する共振器及び共振器を形成するための方法を提供する。【解決手段】共振器は、バルク２１と柱状部２４とを含む共振素子２０を備えたバルクモード共振器である。柱状部２４は、バルクの材料の温度係数の符号と反対の符号の温度係数を有するヤング率の材料から形成されている。また、柱状部２４は、バルク波の振動方向に対して垂直方向に長く、共振素子２０の膨張／圧縮方向に共振素子２０と交差してバルク２１の連続部分を有する様に分散されている。【選択図】図２Ａ
2010022000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルクと柱状部とを含む共振素子を備え、
前記柱状部は、前記バルクの材料の温度係数の符号と反対の符号の温度係数を有するヤング率の材料から形成されていることを特徴とする共振器。
【請求項２】
バルクモード共振器であることを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項３】
前記柱状部は、バルク波の振動方向に対して垂直方向に長いことを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項４】
前記柱状部は、前記共振素子の膨張／圧縮方向に前記共振素子に分散されていることを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項５】
前記共振素子の中央部分を除いて、前記柱状部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項６】
前記共振素子の外周部分を除いて、前記柱状部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項７】
前記柱状部は、10乃至60体積%の割合で前記共振素子に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項８】
前記柱状部は、40体積%の割合で前記共振素子に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の共振器。
【請求項９】
前記バルクは、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素、炭化ケイ素又はダイヤモンド炭素から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項１０】
前記柱状部の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム又は酸窒化ケイ素であることを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項１１】
基板に共振器を形成するための方法において、
共振素子を形成すべき前記基板の一部に、柱状部を形成し、
該柱状部の柱状部材料は、前記基板の材料の温度係数の符号と反対の符号の温度係数を呈するヤング率を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記柱状部の形成は、
前記共振素子を形成すべき前記基板の厚さ全体に亘って開口部を形成するステップと、
前記開口部に前記柱状部材料を堆積するステップと
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板は、絶縁体上に設けられており、
前記柱状部材料を堆積する前に、少なくとも前記開口部の底部に、前記絶縁体上で選択的にエッチング可能な第１の材料を堆積して、
前記柱状部材料を前記開口部に堆積した後に、前記絶縁体上で選択的にエッチング可能な第２の材料を堆積することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小電気機械システムに関する。より具体的には、本発明は共振器及び共振器を形成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
時間基準を設けるために、水晶を含む発振器が多くの回路に用いられている。このような発振器は、100,000 程度の高度な係数と温度安定共振周波数とを有する。しかしながら、このような発振器は、共振周波数の範囲が数100 メガヘルツ(MHz) 、一般的には60MHz より小さい値に制限されるという不利点がある。更に、このような発振器は、寸法が大きく、且つ半導体基板に回路をモノリシックに形成する方法と適合しない製造方法を用いるためマイクロエレクトロニクス技術と組み合わせることが困難である。
【０００３】
高周波化を達成して且つ電力消費レベルを低減するために、水晶発振器を、共振素子を含む微小電気機械システム、特にバルクモード共振器に置き換える手法が提案されている。
【０００４】
図1Aはバルクモード共振器の部分平面略図である。図1Bは、図1Aの線B-B に沿った断面図である。図1Cは、図1Aの線C-C に沿った断面図である。
【０００５】
共振器は共振素子1 を備える。共振素子1 は、矩形断面を有し、棒状であり、単結晶半導体材料又は多結晶半導体材料から形成されている。共振素子1 は腕部4 によって少なくとも１つのアンカー領域2 に取り付けられている。腕部4 は、最小限度の寸法を有しており、腕部4 の振動ノードのレベルで共振素子1 と接するように配置されている。腕部4 及び矩形断面を有する共振素子1 は、点線で示された中性の振動レベル線5 （中性線）に沿って並置されている。
【０００６】
腕部4 との接続とは別に、共振素子1 は空間8 に囲まれている。電極10及び電極11が、中性線5 の両側に共振素子1 と対向して対称的に配置されている。
【０００７】
図1B及び図1Cに示されているように、説明された構造は、絶縁層15を挟んでシリコンウエハからなる支持体13上に配置された単結晶シリコン薄層から形成されている。支持体13から共振素子1 を分離する間隔8 の部分が、絶縁体15の部分的な除去の結果として生じる。共振素子1 、アンカー2 及び電極10,11 はシリコン薄層から形成されている。
【０００８】
共振器は以下に示す通り作動する。共振素子1 は第１電圧に設定され、電極10,11 は第２電圧に設定される。共振素子1 と電極10,11 との間の電圧差が、共振素子1 の結晶格子の変形を引き起こす静電力を生み出す。その後、共振素子1 は、共振素子1 の中央の中性線5 回りのバルク波振動に相当する共振周波数でのバルク波振動モードに入る。共振素子1 の変形は、共振素子1 と電極10,11 とによって形成されたコンデンサの静電容量の変化を引き起こす。この静電容量の変化は電極10又は電極11のレベルで検出されてもよい。
【０００９】
従って、理論上、10乃至300MHzの間から1.5 乃至3GHz（ギガヘルツ）の間までの範囲内で変わる共振周波数を有する共振器を得ることが可能である。
【００１０】
このような共振器は、水晶発振器より電力消費が低く、容易に組み合わせられ得るという理論的な利点を有する。
【００１１】
実際には、このようなバルクモード共振器を特に時間基準として用いることにより、様々な制限を受ける。特には、バルクモード共振器は温度の変動に対して敏感である。
【００１２】
数100MHzより高い高周波数を有する共振器は、電話機又はコンピュータのような携帯機器に設定される時間基準のために、特に求められている。このような機器では、作動中に温度が著しく増加する場合がある。基準として、摂氏温度当り数百万分の一（ppm/ ℃) の周波数温度係数(TCf) の最大値のみが設定される。
【００１３】
共振素子1 を形成する半導体材料では、共振周波数は負の温度係数TCf を有し、温度係数TCf は、基準として設定された制限値より非常に大きい絶対値を有する。例えば、シリコンでは、周波数は、-12 乃至-30ppm/ ℃の間の温度係数TCf を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２０７４８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、公知の機器の不利を克服する共振器及び前記共振器を形成するための方法を提供することを目的とする。
【００１６】
特に、本発明は、数ppm/℃だけに制限された温度係数を有する振動周波数を備えた共振器を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明は更に、正の温度係数を有する共振器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】
【００１８】
本発明は、バルクと柱状部とを含む共振素子を備え、柱状部は、バルクの材料の温度係数の符号と反対の符号の温度係数を有するヤング率の材料から形成されていることを特徴とする共振器を提供する。
【００１９】
本発明によれば、共振器は、変形可能な共振素子を備えた任意の微小電気機械システムを表わすために、広い意味で用いられる。
【００２０】
本発明によれば、バルクモード共振器である。
【００２１】
本発明によれば、柱状部は、バルク波の振動方向に対して垂直方向に長い。
【００２２】
本発明によれば、柱状部は、共振素子の膨張／圧縮方向に共振素子に分散されている。
【００２３】
本発明によれば、共振素子の中央部分を除いて、柱状部が設けられている。
【００２４】
本発明によれば、共振素子の外周部分を除いて、柱状部が設けられている。
【００２５】
本発明によれば、柱状部は、10乃至60体積%の割合で共振素子に設けられている。
【００２６】
本発明によれば、柱状部は、40体積%の割合で共振素子に設けられている。
【００２７】
本発明によれば、バルクは、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素、炭化ケイ素又はダイヤモンド炭素から形成されている。
【００２８】
本発明によれば、柱状部の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム又は酸窒化ケイ素である。
【００２９】
本発明は、更に、基板に共振器を形成するための方法において、共振素子を形成すべき基板の一部に、柱状部を形成し、柱状部の柱状部材料は、基板の材料の温度係数の符号と反対の符号の温度係数を呈するヤング率を有することを特徴とする方法を提供する。
【００３０】
本発明によれば、柱状部の形成は、共振素子を形成すべき基板の厚さ全体に亘って開口部を形成するステップと、開口部に柱状部材料を堆積するステップとを含む。
【００３１】
本発明によれば、基板は、絶縁体上に設けられており、柱状部材料を堆積する前に、少なくとも開口部の底部に、絶縁体上で選択的にエッチング可能な第１の材料を堆積して、柱状部材料を開口部に堆積した後に、絶縁体上で選択的にエッチング可能な第２の材料を堆積する。
【００３２】
本発明の前述の目的、特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない特定の実施形態について以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】公知のバルクモード共振器を示す図である。
【図１Ｂ】図1Aの線B-B に沿った断面図である。
【図１Ｃ】図1Aの線C-C に沿った断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係るバルクモード共振器を示す部分平面略図である。
【図２Ｂ】図2Aの線B-B に沿った断面図である。
【図２Ｃ】図2Aの線C-C に沿った断面図である。
【図２Ｄ】図2Aの線D-D に沿った断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るバルクモード共振器を示す平面図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係るバルクモード共振器を示す平面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係るバルクモード共振器を製造する方法の一連のステップを示す部分断面略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係るバルクモード共振器を製造する方法の一連のステップを示す部分断面略図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態に係るバルクモード共振器を製造する方法の一連のステップを示す部分断面略図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態に係るバルクモード共振器を製造する方法の一連のステップを示す部分断面略図である。
【図５Ｅ】本発明の実施形態に係るバルクモード共振器を製造する方法の一連のステップを示す部分断面略図である。
【図５Ｆ】本発明の実施形態に係るバルクモード共振器を製造する方法の一連のステップを示す部分断面略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
明瞭さのために、微小電気機械システムの表示での通例通りに、様々な図面は正しい縮尺で示されていない。
【００３５】
温度が上昇する際におけるバルクモード共振器の周波数の著しい低下を克服するために、様々な解決法が提供されている。
【００３６】
一解決法として、共振素子1 の形状を例えばフォーク状、板状又は円板状に修正する方法がある。しかしながら、形状の修正による効果は限られており、形状を修正することにより、温度が変化する際に安定した高周波数で作動できるように温度係数TCf を十分に減少したり、制限したりすることは不可能である。
【００３７】
特許文献１は、別の解決法について説明しており、該解決法は、共振素子の共振周波数が共振素子のヤング率E の平方根の関数であるので、温度係数TCf がヤング率E の温度係数TCE の関数であるという事実に基づいている。温度に応じた周波数変動の影響を補正するために、特許文献１は、共振素子の材料の温度係数TCE の符号と反対の符号の温度係数TCE を有するヤング率の材料で共振素子を覆う方法を提供している。従って、シリコン共振素子は、正の温度係数TCE を有する酸化シリコンシースで覆われている。
【００３８】
しかしながら、この解決法は、数ppm/℃のみの差で零又は負のいずれかである温度係数TCf を有する一般的な複合材料を得るために、共振素子を覆うべく著しい量の酸化シリコンが必要であるという問題に直面する。例として、発明者は、図1A乃至1Cの断面図と同様に、42μmの幅及び3μm の厚さを有し、約100MHzの共振周波数を有する矩形断面の棒状単結晶シリコン共振素子について、-15 乃至+85 ℃の温度範囲で約-0.2ppm/℃の一般的な温度係数TCf の所望の条件を満たすために、共振素子は1.5 乃至2μm の範囲の厚さを有する酸化物で覆われる必要があると確定した。このような厚さの酸化物を形成することにより、多くの製造上の問題が生じる。更に、このようなシースは、共振素子の振動及びその検出を著しく妨げる。実際には、シースに大きな厚さが与えられるので、シースは、共振素子及び電極間の仮想コンデンサの絶縁体の大部分となる。シースは、電極及び共振素子間の絶縁体を形成し、絶縁体は電気機械変換効果を著しく低減させて、静電検出を非常に困難にし、不可能にする場合さえある。
【００３９】
他の解決法として、特に位相ロックループによって電子的に周波数を修正する方法がある。このような解決法は、あまりにも嵩高くなり、電池式携帯機器で実施されるには電力を消費し過ぎる。更にこのような解決法は、非標準の発振器位相ノイズを導入するので、このような解決法の使用は許されない。
【００４０】
図2Aは、本発明に係るバルクモード共振器を示す部分平面略図である。図2B、図2C及び図2Dは、夫々図2Aの線B-B 、線C-C 及び線D-D に沿った断面図である。この共振器は、アンカー領域2 間の腕部4 に支持された振動素子20（共振素子）を備える。この振動素子20は、中性線5 の両側でバルク波振動して、図1A乃至1Cに関連して説明された構成と同様に電極10及び電極11間に配置されている。
【００４１】
図2A乃至2Dに示されているように、振動素子20は単結晶半導体材料のバルク21を備え、バルク21は柱状部24に交差されており、柱状部24は、半導体バルク21の温度係数TCE の符号と反対の符号の温度係数TCE を有するヤング率E の材料から形成されている。例えば、バルク21が約-67.5ppm/ ℃の温度係数TCE を有するヤング率の単結晶シリコンから形成されているとした場合、柱状部24は、約+185ppm/℃の温度係数TCE を有する酸化シリコン(SiO2)から少なくとも部分的に形成されている。
【００４２】
図2C及び2Dに示されているように、柱状部24はバルク波の伝搬方向（振動方向）に対して垂直にバルク21の厚さ全体に亘って延びている。
【００４３】
柱状部24は、２本の柱状部24間に、振動素子20の膨張／圧縮方向に振動素子20と完全に交差してバルク21の連続部分を有するように、中性線5 回りに配置された中央部分と振動素子20の外周部分とを除いて、振動素子20に分散されることが好ましい。
【００４４】
従って、図2A及び図2Aの線B-B に沿った図2Bの断面図に見られるように、共振器の構造は図1A乃至1Cの共振器に対して変更されていない。幅が約40μm である振動素子20では、柱状部24は、中性線5 を中心に幅が約1μm である矩形の中央部分から除外されている。幅が約1μm である外周除外領域が、図2A,2C 及び2Dに示されている。この外周除外領域は、共振素子の縁部での電気的及び機械的連続性を可能にするために、柱状部から離れて設けられている。
【００４５】
柱状部24は、平面視で規則的な形状を有してもよく、例えば円形状、正方形状又はダイヤモンド形状を有してもよい。
【００４６】
柱状部24は更に、平面視で、別の柱状部24の断面積より大きい断面積を有してもよく、例えば、楕円形状、又は図2Aに示されているように矩形形状であってもよい。この場合、柱状部24は、柱状部24の断面の最大寸法がバルク波伝搬方向に方向付けられるように配置されている。
【００４７】
柱状部24の幅は、大きくても1μm であり、好ましくは300 乃至700nm であり、例えば約500nm である。
【００４８】
細長い柱状部24は、可能な限り小さな寸法を有する一連のサブ柱状部と置き換えられてもよい。
【００４９】
振動素子20における柱状部24の割合は、10乃至60体積%の範囲にあり、例えば40体積%である。
【００５０】
振動素子20の幅は所望の共振周波数に応じて変わる。例えば、約10MHz の周波数では、振動素子20は約100μm の幅を有し、約1 ギガヘルツの周波数では、振動素子20は約10μmの幅を有する。その結果、外周領域及び中央領域の寸法は1.5μm と0.5μm との間で変わる。
【００５１】
本発明者は、半導体バルク21に埋め込まれた柱状部24であり、バルク21の温度係数の符号と反対の符号の温度係数TCE を有する材料から形成されている柱状部24を含む振動素子20を備えたバルクモード共振器が、夫々の体積割合によって加重された２つの材料の温度係数TCE の組合せと等しい温度係数TCE を有する複合材料として作用することを示した。
【００５２】
従って、数ppm/℃より小さい値で周波数の温度係数TCf を調節することが可能である。非常に有利には、本発明は、更に正の温度係数TCf を有する共振器を提供する。その結果、温度が上昇するとき周波数も増加する。周波数の増加により、１つの作動に必要な回数を減らすことができ、従って作動時間を減らすことができるので、加熱の危険性が低減される。
【００５３】
更に、柱状部24の材料の堆積された厚さが、大きくても柱状部24の長さの半分に制限されるので、製造コストを低減させる。
【００５４】
このような柱状部の形成は特定の共振器の形状に制限されない。そこで、図3 及び図4 は本発明の他の実施形態を示す。
【００５５】
図3 は、正方形板状の共振素子30を備えたバルクモード共振器の平面図である。板30（共振素子）は、単結晶半導体材料から形成されているバルク31を含む。バルク31は、腕部32によって不図示のアンカーに取り付けられてあり、腕部32は、板30の４つの角部分によって形成された振動ノードのレベルでバルク31から突出している。
【００５６】
柱状部34が、板30の厚さ全体に亘って形成されている。好ましくは、柱状部34は、共振素子30の膨張／圧縮方向且つラジアル方向に延びている。
【００５７】
柱状部34は、板30の幾何学的中心36によって形成された振動ノードに中心が置かれた中央領域と外周除外領域との間の領域に規則的に分散されている。
【００５８】
板30の寸法は所望の共振周波数に応じて変わる。例として、板30の一辺は、約10MHz の周波数用の500μm から、約1 ギガヘルツの周波数用の5 乃至10μm間までの範囲にある。除外領域の幅は、数10メガヘルツ以上の周波数用の1 乃至2μm から、約1 ギガヘルツの周波数用の0.2 乃至0.5μm 間まで変わる。例えば、約数100 メガヘルツの周波数用の一辺が30μmである板30では、除外領域の幅は、約1 乃至1.5μm の範囲内にある。
【００５９】
図4 は、本発明の別の実施形態に係るバルクモード共振器を示す平面図である。共振器は円板状の共振素子40を備え、共振素子40は、柱状部44が埋め込まれた単結晶半導体バルク41を含む。柱状部44は円板の中心46によって形成されたノードの周りに分散されている。柱状部44は、平面視で柱状部44の主寸法がバルク波伝搬方向と平行であるように配置されている。図2 及び図3 の実施形態と同様に、柱状部44が形成されていない除外領域が中央ノードの周りに設けられている。同様に、柱状部44は外周領域を除外して設けられている。
【００６０】
従って、共振器は、様々な形状を有する共振素子を備えてもよい。柱状部が中央領域及び外周除外領域を除いて、中心の振動ノードの周りで対称的に延びるように、既に説明された実施形態に応じて柱状部の位置を適合させることは当業者の技能の範囲内である。好ましくは、柱状部34は、バルク波伝搬方向且つラジアル方向に延びている。
【００６１】
図5A乃至5Fは、図2A乃至2Dのバルク波共振器と同様のバルク波共振器を製造する方法の一連のステップを一例として示す断面図である。図5A乃至5Fは、図2Aの線C-C に相当する線に沿った断面図である。
【００６２】
前記方法は、絶縁体上シリコンSOI タイプの半導体ウエハから開始し、半導体ウエハでは、絶縁体50が、半導体材料のスライス52を同一の半導体材料又は別の半導体材料の単結晶薄層54から分離している。
【００６３】
図5Aに示されるように、共振素子58及び電極55,56 のアンカー領域（図示せず）の輪郭が、トレンチ60を掘ることにより層54にまず画定される。このステップの間、開口部62も、本発明に応じた柱状部の形成が望まれる位置に掘られる。トレンチ60及び開口部62は、層54の厚さ全体に亘って形成される。トレンチ60及び開口部62は、同一のマスク又は２つの連続したマスクを用いて形成されてもよい。
【００６４】
図5Bに示される次のステップでは、少なくとも１つの層66が堆積されて、層66は、バルクとなる層54の材料の温度係数TCE の符号と反対の符号の温度係数TCE を有するヤング率E の材料から形成されている。
【００６５】
層66の堆積の前に、絶縁体50のエッチングに影響されないことが可能な材料（第１材料）の保護薄層68が堆積されてもよい。絶縁体50が層66に対して選択的にエッチングできないとき、特に層66の材料が絶縁体50の材料と同一であるとき、例えば酸化シリコンであるとき、保護層68が設けられるだけである。図示しない変形例によれば、層は開口部62の底部に堆積されるだけである。
【００６６】
図5Cに示される次のステップでは、層66は、トレンチ60及び層54の表面から取り除かれる。層66は、図5Aの開口部62にのみ設けられてあり、層66は開口部62を完全に埋めて、柱状部70を形成する。図2Aの平面図及び図2Cの断面図に見られる共振器と比較して、柱状部70は、柱状部がない中央領域71の両側に分配されて、この除外領域71の両側で図2 の細長い柱状部24が夫々３列の並置された柱状部70と置き換えられていることに特に注目すべきである。
【００６７】
図5Dに示される次のステップでは、保護薄層74が堆積される。保護薄層74は、絶縁体50及び柱状部70の材料上で選択的にエッチング可能な材料（第２材料）から形成されている。好ましくは、保護層74は保護層68と同一の材料から形成される。保護層74は、柱状部70上にのみ設けられるようにエッチングされる。その後、保護層68は、トレンチ60と保護層74によって保護されていない全ての表面とから取り除かれる。好ましくは、保護層74は保護層68と同一の性質を有し、保護層68は、保護層74がエッチングされると同時に取り除かれる。
【００６８】
その後、前記方法は、共振器の電極を形成するステップに続き、このステップでは、電極コンタクトを形成すると共に電極55,56 及び共振素子58間の間隔を確保しておく。
【００６９】
この目的のために、図5Eに示されるように、犠牲層78が図5Dに示されるステップで形成された層に沿って堆積されて、犠牲層78の厚さは、電極55,56 を共振素子58から分離するための所望の間隔の幅と等しい。共振素子58の脱離を簡略化するために、犠牲層78は絶縁体50と同一の性質を有することが好ましい。その後、導電性層80が堆積される。導電性層80は、共振素子58の上面から取り除かれるべくエッチングされる。
【００７０】
導電性層80は共振素子58の小さな外周部分上に堆積されてもよい。
【００７１】
電極55,56 の位置では、導電性層80及び犠牲層78は、導電性層、好ましくは金属の堆積及びエッチングにより電極コンタクト82,83 を形成するために開口される。
【００７２】
図5Fに示される次のステップでは、犠牲層78及び絶縁体50 は取り除かれる。犠牲層78及び絶縁体50は同一の材料から形成されて、同一の処理によって取り除かれることが好ましい。絶縁体50及び犠牲層78の除去によって、共振器から共振素子58を脱離することが可能になる。この除去中に、埋め込まれた絶縁体50は、導電性層80の下から少なくとも部分的に取り除かれてもよく、装置の作動に影響を及ぼさない。犠牲層78の除去によって、間隔88を確実に確保することができ、間隔88では共振素子58は電極の近くで振動することができる。保護層68及び柱状部70上の保護層74が設けられることによって、共振素子58の脱離のステップの間に、柱状部70の層66を保護することが可能になる。保護層74の性質及び／又は厚さが、犠牲層78の除去の間に柱状部70を形成する層66を保護するために選択される。
【００７３】
説明された製造方法の利点は、絶縁体50の厚さが100nm と3μm との間にあり、一般的には約1μm である標準的な絶縁体上基板SOI を用いるということである。同様に、用いられる層は全て、標準的な技術処理と適合する寸法を有する。特に、温度係数TCf の等価な安定化を得るために、特許文献１によって提供される方法は、全体として4 倍から10倍までの厚さを有するシースを必要とする。
【００７４】
一例として、様々な層の寸法及び性質を以下に示す。
【００７５】
−  ウエハ52は、単結晶シリコンウエハであり、例えばウエハ52の厚さは300 乃至750μm の範囲にあり、例えば750μm である。
−  絶縁体50は、酸化シリコン層であり、絶縁体50の厚さは100nm 乃至3μm の範囲にあり、例えば1μm である。
−  層54は、単結晶シリコン層であり、層54の厚さは1 乃至20μmの範囲にあり、例えば3μm である。
−  トレンチ60は、犠牲層78及び導電性層80の厚さの半分の合計の２倍に応じて最小化される幅を有する。
−  開口部62は大きくても1μm の幅及び直径を有する。好ましくは、開口部62の幅は、層54をエッチングすべく用いられる方法に応じて可能な限り最小な値に減少される。
【００７６】
−  柱状部70を形成する層66の材料は、層54の材料の温度係数TCE の符号と反対の符号の温度係数TCE のヤング率E を有する。例えば、層54が、165.6GPaのヤング率E 、及び30℃で約-67.5ppm/ ℃の温度係数TCE を有するシリコンである場合、層66は、73GPa のヤング率E 及び+185ppm/℃の温度係数TCE を有する酸化シリコン層である。層66の材料は、更に酸化アルミニウム(Al2O3) 又は酸窒化ケイ素(SiON)であってもよい。
【００７７】
−  保護層68の厚さは、数ナノメートルから数十ナノメートルまでの範囲にあり、保護層68は、絶縁体50及び犠牲層78上で選択的なエッチング特性を有する材料から形成されている。共振素子58の動作を妨げないために、特に共振周波数すなわち温度係数TCE,TCf に影響を及ぼさないために、保護層68の厚さは、柱状部70を形成する層66の厚さと比較して、非常に小さい。例えば、絶縁体50及び犠牲層78が酸化シリコンから形成されている場合、保護層68の材料は、単結晶シリコン層、多結晶シリコン層又は絶縁層であってもよく、例えば窒化シリコン層(Si3N4) 、酸化ハフニウム層(HfO2)、ハフニウム及びジルコニウムの酸化物合金の層(HfZrO2)、酸化アルミニウム層(Al203) 、窒化チタニウム層(TiN) 、窒化タンタル層(TaN) 又は酸化タンタル層(Ta2O5) であってもよい。
【００７８】
−  保護層74は、絶縁体50及び犠牲層78上で極めて選択的なエッチング特性を有する材料から形成されている。保護層74は、保護層68と同一の材料の中から選択されている。好ましくは、保護層74の材料は保護層68の材料と同一である。保護層74は、数十ナノメートルの厚さを有する。保護層68と同様に、この厚さは、共振素子58の動作に影響を及ぼさないために、特に層54（バルク）及び柱状部70を形成する層66のみがその温度係数TCE,TCf に影響を及ぼすようにできる限り小さくする。変形例によれば、影響を最小限に抑えるために、保護層74は連続した層ではなく、各柱状部70上に個別の蓋部のみを残すために図5Dのステップで取り除かれる。
【００７９】
−  犠牲層78の厚さは、20乃至500nm の範囲にある。例えば、犠牲層78は酸化シリコン層である。
【００８０】
保護層68,74 が絶縁体50及び犠牲層78の除去の間にエッチングされていないとみなされている。しかしながら、変形例によれば、保護層68,74 の性質及び厚さは、保護層68,74 のエッチング速度が十分遅くなるように、絶縁体50及び犠牲層78の材料と保護層68,74 のエッチングモードとに応じて選択される。従って、犠牲層78の完全な除去、及び共振素子58下の絶縁体50の除去中に、保護層68,74 はエッチングされるが、部分的にしかエッチングされず、共振素子58の脱離後に、数ナノメートルの厚さの保護層68,74 が適所に残る。これによって、共振素子58への保護層の影響を最小限に抑えることができる。
【００８１】
更に、図5Dに関連して、保護層68,74 がトレンチ60から完全に取り除かれていることに特に注目すべきである。しかしながら、保護層68,74 は、トレンチ60の底部で絶縁体50を部分的にだけ露出させるために部分的に取り除かれるだけでもよい。
【００８２】
本発明の特定の実施形態を説明している。当業者が想起する様々な変形及び変更がなされ得る。従って、本発明がシリコン技術に関して説明されていることは当業者に理解されるべきである。しかしながら、層54は、別の単結晶半導体材料又は多結晶半導体材料から形成されてもよい。特に、層54は、応力を加えられたシリコンゲルマニウム層、ゲルマニウム層、或いは他の材料又はガリウム砒素のような半導体合金の層であってもよい。層54はまた、炭化ケイ素(SiC) 又はダイヤモンド炭素のようなバンドギャップが大きい半導体材料から形成されてもよい。更に、共振器が薄層における絶縁体上基板から形成されていることは既に説明されている。しかしながら、共振器は固体基板に形成されてもよい。
【００８３】
共振器は、更に非半導体材料から形成されてもよい。
【００８４】
寸法は、所与の技術処理の枠組み内で示されている。製造上の制約に応じて様々な共振素子の寸法を適合させることは、当業者の技能の範囲内である。
【００８５】
更に、半導体バルクの形状及び寸法が何であれ任意のタイプの共振器に、既に説明された設計規則に基づき本発明に係る柱状部を形成することは、当業者の技能の範囲内である。
【００８６】
更に、所与の適用に応じて共振素子の構造を変更することは当業者の技能の範囲内である。同様に、共振素子のアンカーモードは変更されてもよい。例として、図3 の板30は４本の腕部32によって取り付けられると説明されている。しかしながら、板30は、単一の腕部にのみ取り付けられるか、又は板30の中央部分で中央アンカー固体に載置されてもよい。
【００８７】
更に、所与の製造処理に用いられる材料を適合することは、当業者の技能の範囲内である。
【００８８】
更に、本発明はバルクモード共振器に適用されるように説明されている。しかしながら、バルクの温度係数の符号と反対の符号の温度係数を有するヤング率の材料の柱状部を微小電気機械システムのバルクに形成する方法が、湾曲型共振器のような他の全てのタイプの共振器に用いられてもよく、更に一般的には任意のタイプの微小電気機械システムに用いられてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
20，30，40，58  共振素子
21，31，41，54  バルク
24，34，44，70  柱状部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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