(57)【要約】【課題】熱応力などの影響による振動特性の変動が抑制された振動子を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ振動子１００は、ウェハー基板１の主面上に積層された応力緩和層１１と、応力緩和層１１に積層された絶縁層（窒化膜１２）と、窒化膜１２の表面に設けられたＭＥＭＳ構造体３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に積層された応力緩和層と、
前記応力緩和層に積層された絶縁層と、
前記絶縁層の表面に設けられたＭＥＭＳ構造体と、を備えることを特徴とする振動子。
【請求項２】
前記応力緩和層を構成する材料の熱膨張係数をα１とし、
前記ＭＥＭＳ構造体を構成する材料の熱膨張係数をα２としたときに、
０．５≦α１／α２≦２．０
であることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
前記応力緩和層は、前記ＭＥＭＳ構造体を構成する材料と同一の組成を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項４】
前記絶縁層は、前記ＭＥＭＳ構造体に対して圧縮する方向の応力を有し、
前記応力緩和層は、前記絶縁層に対し引っ張る方向の応力を有していることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項５】
前記絶縁層は、前記ＭＥＭＳ構造体に対して引っ張る方向の応力を有し、
前記応力緩和層は、前記絶縁層に対し圧縮する方向の応力を有していることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳ構造体は、前記基板の主面上に積層された下部電極と、
前記基板を平面視したときに、前記下部電極と重なる領域を有する上部電極と、を含み構成される静電振動子であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動子。
【請求項７】
基板の主面上に応力緩和層を積層する工程と、
前記応力緩和層に絶縁層を積層する工程と、
前記絶縁層にＭＥＭＳ構成層を積層する工程と、
前記ＭＥＭＳ構成層を加工成形してＭＥＭＳ構造体を形成する工程と、を含み、
前記応力緩和層を構成する材料および前記ＭＥＭＳ構造体を構成する材料が、
前記応力緩和層を構成する材料の熱膨張係数をα１とし、
前記ＭＥＭＳ構造体を構成する材料の熱膨張係数をα２としたときに、
０．５≦α１／α２≦２．０
の関係を満たすことを特徴とする振動子の製造方法。
【請求項８】
前記応力緩和層を構成する材料は、前記ＭＥＭＳ構造体を構成する材料と同一の組成を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項７に記載の振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の振動子を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の振動子を備えていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子、振動子の製造方法、電子機器および移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）は加速度センサー、映像デバイスなどで順調にその成長を見せている。ＭＥＭＳは、マイクロマシン、ＭＳＴ（Micro System Technology）と呼ばれる場合もあるが、通常、「半導体製造技術を用いて作製された微小な機能素子」を意味するものとされる。それらは、従来の半導体で培われた微細加工技術をベースとして製造されている。
ところで、ＭＥＭＳは、表面ＭＥＭＳとバルクＭＥＭＳに大別される。前者はシリコン基板上に複数の薄膜を形成し、犠牲層エッチング（リリースエッチング）技術を使ってＭＥＭＳ構造体を作る。特長として、半導体製造技術との親和性が高くＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）回路との集積化に適している。一方後者は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板など基板自体を深く掘り込むなどの加工を施しＭＥＭＳ構造体を作る。特長として自由度の高い３次元構造体が実現できる。現在はどちらにおいても開発、製品化が進められているが、特に、表面ＭＥＭＳ技術を用いてＩＣ（Integrated Circuit）と同じチップ内にＭＥＭＳ振動子を作成したワンチップＭＥＭＳ振動子が知られている。
【０００３】
従来のＭＥＭＳ振動子の代表例としては、基板面と平行な方向に振動する櫛型振動子と、基板の厚さ方向に振動する梁型振動子とが知られている。梁型振動子は、基板上に形成された下部電極（固定電極）と、この下部電極の上方に間隙を介して配置された上部電極（可動電極）などからなる振動子で、上部電極の支持の仕方により、片持ち梁型（clamped‐free beam）、両持ち梁型（clamped‐clamped beam）、両端自由梁型（free‐free beam）などが知られている。
【０００４】
例えば、両端自由梁型のＭＥＭＳ振動子は、振動する上部電極の振動の節の部分が支持部材によって支持されるため、基板への振動もれが少なく振動の効率が高い。特許文献１には、この支持部材の長さを振動の周波数に対して適切な長さとすることにより振動特性を改善する技術が提案されている。
また、特許文献２には、表面ＭＥＭＳ構造とは異なるが、プリント基板を用いた耐久性の高い片持ち梁型の振動子の例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第ＵＳ６９３０５６９Ｂ２号明細書
【特許文献２】特開２００４−３３５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の梁型振動子では、ワンチップＭＥＭＳ振動子として構成し、更に小型化、微細化を進めた場合に、安定した振動特性が得られなくなるという課題があった。
具体的には、梁型振動子は、基板上に形成された固定電極と、この固定電極に対して僅かな間隙を介して配置された可動電極からなる振動子であるため、小型化、微細化を進めた場合に、これら電極が配置される下地層との間に生ずる残留応力（熱応力などを含む内部応力）の影響を受けて、振動特性が変動してしまうという課題であった。振動特性の変動は、応力を受けることによって生ずる電極間の間隙の変動や、可動電極のスティフネスの変動などによるものであり、熱履歴によって、振動特性に温度ヒステリシスを示してしまうなどの課題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］  本適用例に係る振動子は、基板の主面上に積層された応力緩和層と、前記応力緩和層に積層された絶縁層と、前記絶縁層の表面に設けられたＭＥＭＳ構造体と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、振動子は、振動子を構成するＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層の下層に応力緩和層を備えている。そのため、応力緩和層より下層から絶縁層を介しＭＥＭＳ構造体に伝えられる内部応力を遮断したり緩和したりすることや、絶縁層がＭＥＭＳ構造体に対して与える内部応力の影響を、絶縁層の下層から緩和することができる。その結果、内部応力の変動に起因する振動特性の変動を抑制することができ、良好な振動子を得ることができる。
【００１０】
［適用例２］  上記適用例に係る振動子において、前記応力緩和層を構成する材料の熱膨張係数をα１とし、前記ＭＥＭＳ構造体を構成する材料の熱膨張係数をα２としたときに、０．５≦α１／α２≦２．０であることを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、振動子は、振動子を構成するＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層の下層に応力緩和層を備え、応力緩和層を構成する材料の熱膨張係数をα１とし、ＭＥＭＳ構造体を構成する材料の熱膨張係数をα２としたときに、０．５≦α１／α２≦２．０である。絶縁層の下層に、ＭＥＭＳ構造体の熱膨張係数と０．５≦α１／α２≦２．０の範囲で近似した熱膨張係数の応力緩和層を備えるため、応力緩和層より下層から絶縁層を介しＭＥＭＳ構造体に伝えられる熱応力を緩和することができる。また、ＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層を、熱膨張係数の近似した応力緩和層と挟むサンドイッチ構造とすることで、絶縁層からＭＥＭＳ構造体に伝えられる熱応力を緩和することができる。その結果、内部応力の変動に起因する振動特性の変動を抑制することができ、良好な振動子を得ることができる。
【００１２】
［適用例３］  上記適用例に係る振動子において、前記応力緩和層は、前記ＭＥＭＳ構造体を構成する材料と同一の組成を有する材料で構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、振動子は、振動子を構成するＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層の下層に応力緩和層を備え、応力緩和層は、ＭＥＭＳ構造体を構成する材料と同一の組成を有する材料で構成されている。絶縁層の下層に、ＭＥＭＳ構造体を構成する材料と同一の組成を有する材料で構成される応力緩和層を備えるため、つまり、絶縁層の下層に、ＭＥＭＳ構造体の熱膨張係数と同じ熱膨張係数の応力緩和層を備えるため、応力緩和層より下層から絶縁層を介しＭＥＭＳ構造体に伝えられる熱応力を緩和することができる。また、ＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層を、熱膨張係数が等しい応力緩和層とで挟むサンドイッチ構造とすることで、絶縁層からＭＥＭＳ構造体に伝えられる熱応力を緩和することができる。その結果、内部応力の変動に起因する振動特性の変動を抑制することができ、良好な振動子を得ることができる。
【００１４】
［適用例４］  上記適用例に係る振動子において、前記絶縁層は、前記ＭＥＭＳ構造体に対して圧縮する方向の応力を有し、前記応力緩和層は、前記絶縁層に対し引っ張る方向の応力を有していることを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、振動子は、振動子を構成するＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層の下層に応力緩和層を備え、絶縁層は、ＭＥＭＳ構造体に対して圧縮する方向の応力を有し、応力緩和層は、絶縁層に対し引っ張る方向の応力を有している。つまり、応力緩和層は、絶縁層の下層から、絶縁層がＭＥＭＳ構造体に対し作用させている引っ張り応力を相殺し緩和する方向の応力を与えている。その結果、絶縁層からＭＥＭＳ構造体に伝えられる内部応力を緩和することができる。その結果、内部応力の変動に起因する振動特性の変動を抑制することができ、良好な振動子を得ることができる。
【００１６】
［適用例５］  上記適用例に係る振動子において、前記絶縁層は、前記ＭＥＭＳ構造体に対して引っ張る方向の応力を有し、前記応力緩和層は、前記絶縁層に対し圧縮する方向の応力を有していることを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、振動子は、振動子を構成するＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層の下層に応力緩和層を備え、絶縁層は、ＭＥＭＳ構造体に対して引っ張る方向の応力を有し、応力緩和層は、絶縁層に対し圧縮する方向の応力を有している。つまり、応力緩和層は、絶縁層の下層から、絶縁層がＭＥＭＳ構造体に対し作用させている圧縮応力を相殺し緩和する方向の応力を与えている。その結果、絶縁層からＭＥＭＳ構造体に伝えられる内部応力を緩和することができる。その結果、内部応力の変動に起因する振動特性の変動を抑制することができ、良好な振動子を得ることができる。
【００１８】
［適用例６］  上記適用例に係る振動子において、前記ＭＥＭＳ構造体は、前記基板の主面上に積層された下部電極と、前記基板を平面視したときに、前記下部電極と重なる領域を有する上部電極と、を含み構成される静電振動子であることを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、振動子を構成するＭＥＭＳ構造体は、基板の主面上に積層された下部電極と、下部電極と重なる領域を有する上部電極とを含み構成される静電振動子である。このような構造の静電振動子の場合に、各電極が設けられる絶縁層からの熱応力などを含む内部応力の影響で、振動特性に変動をきたす場合があるが、本適用例のように、振動子は、振動子を構成するＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層の下層に応力緩和層を備えているため、応力緩和層より下層から絶縁層を介し各電極に伝えられる内部応力を遮断したり緩和したりすることや、絶縁層が各電極に対して与える内部応力の影響を、絶縁層の下層から緩和することができる。その結果、内部応力の変動に起因する振動特性の変動を抑制することができ、良好な振動子を得ることができる。
【００２０】
［適用例７］  本適用例に係る振動子の製造方法は、基板の主面上に応力緩和層を積層する工程と、前記応力緩和層に絶縁層を積層する工程と、前記絶縁層にＭＥＭＳ構成層を積層する工程と、前記ＭＥＭＳ構成層を加工成形してＭＥＭＳ構造体を形成する工程と、を含み、前記応力緩和層を構成する材料および前記ＭＥＭＳ構造体を構成する材料が、前記応力緩和層を構成する材料の熱膨張係数をα１とし、前記ＭＥＭＳ構造体を構成する材料の熱膨張係数をα２としたときに、０．５≦α１／α２≦２．０の関係を満たすことを特徴とする。
【００２１】
本適用例による振動子の製造方法によれば、振動子は、振動子を構成するＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層の下層に、ＭＥＭＳ構造体の熱膨張係数と近似した熱膨張係数の応力緩和層が備えられるため、応力緩和層より下層から絶縁層を介しＭＥＭＳ構造体に伝えられる熱応力が緩和された振動子を得ることができる。また、ＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層を、熱膨張係数の近似した応力緩和層とで挟むサンドイッチ構造となるため、絶縁層からＭＥＭＳ構造体に伝えられる熱応力が緩和される。その結果、内部応力の変動に起因する振動特性の変動が抑制された良好な振動子を得ることができる。
【００２２】
［適用例８］  上記適用例に係る振動子の製造方法において、前記応力緩和層を構成する材料は、前記ＭＥＭＳ構造体を構成する材料と同一の組成を有する材料で構成されていることを特徴とする。
【００２３】
本適用例による振動子の製造方法によれば、振動子は、振動子を構成するＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層の下層に、ＭＥＭＳ構造体を構成する材料と同一の組成を有する材料で構成される応力緩和層が備えられるため、つまり、絶縁層の下層に、ＭＥＭＳ構造体の熱膨張係数と同じ熱膨張係数の応力緩和層を備えるため、応力緩和層より下層から絶縁層を介しＭＥＭＳ構造体に伝えられる熱応力が緩和された振動子を得ることができる。また、ＭＥＭＳ構造体が設けられる絶縁層を、熱膨張係数が等しい応力緩和層とで挟むサンドイッチ構造となるため、絶縁層からＭＥＭＳ構造体に伝えられる熱応力が緩和される。その結果、内部応力の変動に起因する振動特性の変動が抑制された良好な振動子を得ることができる。
【００２４】
［適用例９］  本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、電子機器として、特性の変動がより抑制された振動子が活用されることにより、より高性能な電子機器を提供することができる。
【００２６】
［適用例１０］  本適用例に係る移動体は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。
【００２７】
本適用例によれば、移動体として、特性の変動がより抑制された振動子が活用されることにより、より高性能な移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態１に係る振動子としてのＭＥＭＳ振動子の断面図。
【図２】ＭＥＭＳ振動子の製造方法を順に示す工程図。
【図３】（ａ），（ｂ）ＭＥＭＳ構造体に働く内部応力を説明する断面図。
【図４】（ａ）電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図、（ｂ）電子機器の一例としての携帯電話機の構成を示す斜視図。
【図５】電子機器の一例としてのデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図。
【図６】ＭＥＭＳ振動子を備える移動体としての自動車を概略的に示す斜視図。
【図７】変形例２を説明するＭＥＭＳ振動子の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。
【００３０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る振動子としてのＭＥＭＳ振動子１００の断面図である。
ＭＥＭＳ振動子１００は、ウェハー基板の主面上に積層された犠牲層がエッチングされることにより形成される空洞部に配置されたＭＥＭＳ構造体を備える振動子である。
ＭＥＭＳ振動子１００は、ウェハー基板１、空洞部２、ＭＥＭＳ構造体３、第１酸化膜１０、応力緩和層１１、絶縁層としての窒化膜１２、ＭＥＭＳ構成層（第１導電体層１３、第２導電体層１４）、第２酸化膜１５、第３酸化膜１６、保護膜１７、側壁部２０、配線材層２１（第１配線材層２１ａ、第２配線材層２１ｂ）、第１被覆層３０、エッチングホール３１、第２被覆層３２などから構成されている。
【００３１】
ウェハー基板１は、シリコン基板であり、ＭＥＭＳ構造体３は、ウェハー基板１に順に積層された第１酸化膜１０、応力緩和層１１、窒化膜１２の上部に形成されている。
なお、ここでは、ウェハー基板１の主面に各層が順に積層される方向を上方向として説明している。
【００３２】
ＭＥＭＳ構造体３は、下部電極１３ｅと可動部を有する上部電極１４ｅとを備えており、空洞部２に配置されている。上部電極１４ｅは、ウェハー基板１を平面視したときに、下部電極１３ｅと重なる領域を有している。下部電極１３ｅは、窒化膜１２に積層された第１導電体層１３をフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成される。上部電極１４ｅは、さらに上層に積層された第２導電体層１４をフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成される。
第１導電体層１３および第２導電体層１４は、それぞれ好適例として導電性のポリシリコンで構成されているが、これに限定するものではない。ただし、ＩＣ回路を含めたワンチップＭＥＭＳ振動子として構成する場合には、ＩＣ回路を構成する導電体層を活用することが好ましい。
【００３３】
下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとの間には、間隙（空隙部１３ｇ）が形成されている。空洞部２および空隙部１３ｇは、ＭＥＭＳ構造体３に積層した第２酸化膜１５、第３酸化膜１６、および下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとの間に形成した第４酸化膜１３ｆ（後述する図２（ｃ）に図示）をエッチングにより除去（リリースエッチング）することによって形成されている。
第２酸化膜１５、第３酸化膜１６、および第４酸化膜１３ｆは、ＭＥＭＳ構造体３の周囲においては、いわゆる犠牲層であり、この犠牲層がリリースエッチングされることで、空洞部２が構成され、上部電極１４ｅが下部電極１３ｅから遊離した片持ち構造の可動電極構造（ＭＥＭＳ構造体３）が形成されている。
下部電極１３ｅおよび上部電極１４ｅは、それぞれ配線により、空洞部２の外に設けられた外部回路と接続されている。（配線および外部回路は図示を省略している。）
なお、ＭＥＭＳ構造体３は、上述した片持ち構造の可動電極構造に限定するものではなく、例えば、両持ち梁型や両端自由梁型の構造であっても良い。
【００３４】
空洞部２は、下面を窒化膜１２、上面を第１被覆層３０、周囲の側面を側壁部２０によって囲まれた犠牲層（第２酸化膜１５、第３酸化膜１６）を、エッチングホール３１を通して流入されるエッチング液によって除去（リリースエッチング）することによって形成される空洞部である。
側壁部２０は、第１導電体層１３あるいは第２導電体層１４、配線材層２１（第１配線材層２１ａ、第２配線材層２１ｂ）の多層構造で空洞部２を形成するために枠状に形成されており、リリースエッチングにおけるエッチングストッパーとして機能する。
【００３５】
次に、振動子の製造方法として、ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｇ）は、ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法を順に示す工程図である。
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法は、ウェハー基板１の主面上に応力緩和層１１を積層する工程と、応力緩和層１１に窒化膜１２を積層する工程と、窒化膜１２にＭＥＭＳ構成層（第１導電体層１３、第２導電体層１４）を積層する工程と、ＭＥＭＳ構成層を加工成形してＭＥＭＳ構造体３を形成する工程とを含んでいる。また、応力緩和層１１は、ＭＥＭＳ構造体３を構成する材料と同一の組成を有する材料で構成している。
以下、図を参照して具体的に説明する。
【００３６】
図２（ａ）：ウェハー基板１を準備し、主面に第１酸化膜１０を積層する。第１酸化膜１０は、好適例として、半導体プロセスの素子分離層として一般的なＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）酸化膜で形成しているが、半導体プロセスの世代によって、例えば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法による酸化膜であっても良い。
次に応力緩和層１１を積層する。応力緩和層１１としては、ＭＥＭＳ構造体３を構成する材料と同一の組成を有する材料（ポリシリコン層）で構成している。応力緩和層１１の積層厚みは、好適例として０．３μｍとしているが、これに限定するものではなく、例えば、０．００１μｍ〜１．０μｍ程度であっても良い。
次に絶縁層としての窒化膜１２を積層する。窒化膜１２としては、Ｓｉ3Ｎ4をＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）により成膜している。窒化膜１２は、犠牲層をリリースエッチングする際に使用するエッチング液としてのバッファードフッ酸に対して耐性があり、エッチングストッパーとして機能する。窒化膜１２の積層厚みは、好適例として０．２μｍとしているが、これに限定するものではない。
【００３７】
図２（ｂ）：次に、窒化膜１２に第１導電体層１３を積層する。第１導電体層１３は、下部電極１３ｅ、下部電極１３ｅを外部回路と接続する配線、空洞部２を構成する側壁部２０の最下層などを構成するポリシリコン層であり、積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせる。
なお、ＭＥＭＳ振動子１００を、ＩＣ回路を含めたワンチップＭＥＭＳ振動子として構成する場合には、応力緩和層１１をＩＣ回路部（図示省略）における配線層などとして活用することもできるため、応力緩和層１１の積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせても良い。
次に、第１導電体層１３をフォトリソグラフィーによりパターニングして、下部電極１３ｅ、配線、空洞部２を構成する側壁部２０の最下層（図１参照）などを形成する。
【００３８】
図２（ｃ）：下部電極１３ｅの領域を選択的に熱酸化して下部電極１３ｅの表面に第４酸化膜１３ｆを形成する。この第４酸化膜１３ｆは、犠牲層として下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとのギャップを形成する。なお、第４酸化膜１３ｆはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）酸化膜によって形成しても良い。
次に、第２導電体層１４を積層する。第２導電体層１４は、ポリシリコン層であり、積層後にフォトリソグラフィーによりパターニングして、上部電極１４ｅ、上部電極１４ｅを外部回路と接続する配線、空洞部２を構成する側壁部２０の最下層などを形成する。また、積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせる。なお、側壁部２０の最下層は、第１導電体層１３のみで構成しても良いし、第２導電体層１４のみで構成しても良い。
【００３９】
図２（ｄ）：犠牲層を構成する第２酸化膜１５を積層する。第２酸化膜１５は、半導体プロセスでは、層間膜（ＩＭＤ（Inter Metal Dielectric））として形成され、好適例としてＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）を用いて平坦化している。半導体プロセスの世代によっては、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などによる平坦化を行なっても良い。
次に、第１配線材層２１ａの積層に先立ち、第１配線材層２１ａと、第１導電体層１３あるいは第２導電体層１４とを接続させるための露出部をフォトリソグラフィーにより第２酸化膜１５に形成する。この工程は、ＩＣ回路を含めたワンチップＭＥＭＳ振動子として構成する場合には、ＩＣ回路部において、第１配線材層２１ａと第１導電体層１３あるいは第２導電体層１４とで構成される電気配線部を電気的に接続させるためのビアホールを形成する工程であり、図２（ｄ）においては、側壁部２０を構成する第２層部分（第１配線材層２１ａ）を、第１導電体層１３あるいは第２導電体層１４で構成される第１層部分と接続するための露出部を形成する工程である。
次に第１配線材層２１ａを積層し、フォトリソグラフィーによりパターニングする。第１配線材層２１ａには、好適例としてアルミニウムをスパッタリングにより積層している。
【００４０】
図２（ｅ）：犠牲層を構成する二番目の層として、第３酸化膜１６を積層する。第３酸化膜１６は、半導体プロセスでは、層間膜（ＩＬＤ（Inter Layer Dielectrics））として形成される。半導体プロセスの世代によっては、ＣＭＰなどによる平坦化を行なっても良い。
次に、第２配線材層２１ｂの積層に先立ち、第１配線材層２１ａと第２配線材層２１ｂとを接続させるための露出部をフォトリソグラフィーにより第３酸化膜１６に形成する。この工程は、ＩＣ回路を含めたワンチップＭＥＭＳ振動子として構成する場合には、ＩＣ回路部（図示省略）において、第１配線材層２１ａと第２配線材層２１ｂとで構成される電気配線部を電気的に接続させるためのビアホールを形成する工程であり、図２（ｄ）においては、側壁部２０を構成する第３層部分（最上層）を、第１配線材層２１ａで構成される第２層部分と接続するための露出部を形成する工程である。
次に第２配線材層２１ｂを積層し、フォトリソグラフィーによりパターニングする。第２配線材層２１ｂは、側壁部２０の最上層を構成すると共に、犠牲層（第３酸化膜１６）を覆う第１被覆層３０を構成する。第１被覆層３０は、ＭＥＭＳ振動子１００の犠牲層をリリースエッチングするためのエッチングホール３１を備えている。
なお、第２配線材層２１ｂには、好適例としてアルミニウムをスパッタリングにより積層している。
【００４１】
図２（ｆ）：保護膜１７を積層し、エッチングホール３１が露出するように開口領域を設けてフォトリソグラフィーによりパターニングする。保護膜１７は、半導体プロセスで一般的な保護膜（例えばＳｉＯ2膜やＳｉＮの２層膜）であれば良く、ポリイミド膜などであっても良い。
次に、ウェハー基板１をエッチング液に晒し、エッチングホール３１から導入されるエッチング液により犠牲層としての第２酸化膜１５、第３酸化膜１６、および第４酸化膜１３ｆをリリースエッチングすることで、ＭＥＭＳ構造体３を形成する。
【００４２】
図２（ｇ）：リリースエッチング終了後、洗浄した後に第２被覆層３２を積層し、保護膜１７に覆われていない部分が封止されるようにフォトリソグラフィーによりパターニングする。第２被覆層３２により、エッチングホール３１が封止され、犠牲層がリリースエッチング除去された空間は密閉状態に維持される。第２被覆層３２には、好適例としてアルミニウムを用いているがこれに限定するものではなく、その他の金属層などであっても良い。以上の工程により、ＭＥＭＳ振動子１００が製造される。
【００４３】
以上述べたように、本実施形態による振動子、振動子の製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。図を参照してその効果について具体的に説明する。
【００４４】
図３（ａ），（ｂ）は、ＭＥＭＳ構造体３に働く内部応力を説明する断面図であり、図３（ａ）は、従来技術におけるＭＥＭＳ振動子９９の場合を、図３（ｂ）は、実施形態１におけるＭＥＭＳ振動子１００の場合を示している。
ＭＥＭＳ振動子９９は、応力緩和層１１を備えていない。この点を除き、ＭＥＭＳ振動子９９は、ＭＥＭＳ振動子１００と同じである。
【００４５】
一般的に、基板に複数の薄膜を積層した場合、薄膜には内部応力が発生する。この内部応力は、圧縮応力か引っ張り応力のいずれかの応力であり、主として、熱膨張係数の差によって発生する熱応力と、成膜時にその物質が持っている特性によって発生する真応力との和として発生する。なお、圧縮応力とは、物体を圧縮したときに、広がろうとする応力であり、引っ張り応力とは、物体を引っ張ったときに縮もうとする応力である。
【００４６】
本実施形態の場合、ＬＰＣＶＤで成膜した窒化膜１２（Ｓｉ3Ｎ4）の熱膨張係数は、１．６ｐｐｍ、真応力は０．９０ＧＰａ（引っ張り応力）であった。また、ＭＥＭＳ構造体３および応力緩和層１１を構成するポリシリコンの熱膨張係数は、２．８ｐｐｍ、真応力は−０．１６ＧＰａ（圧縮応力）であった。従って、窒化膜１２と、ＭＥＭＳ構造体３との間には、図３（ａ），（ｂ）に示す矢印のような真応力が作用している。また、高低温の温度ストレスをかけた場合には、熱膨張係数の違いによる熱応力が働く。
なお、矢印の大きさや数はイメージであり、応力の大きさを示すものではない。
【００４７】
また、内部応力の大きさや各層の界面の状態によっては、温度ストレスにより残留応力が発生し、内部応力が熱履歴による温度ヒステリシスを示す場合がある。具体的に説明すると、例えば、室温において図３（ａ）に示す状態で内部応力が平衡するＭＥＭＳ振動子９９を高温環境下（例えば＋８５℃の環境）に放置し、再び室温に戻したときに、残留応力により、当初の内部応力と異なる内部応力で平衡する状態に移行している。また、この状態のＭＥＭＳ振動子９９を低温環境下（例えば−４５℃の環境）に放置し、再び室温に戻したときに、残留応力が解消され、当初の内部応力の平衡状態に戻っている。このように、いわゆる温度ヒステリシス特性を示す場合がある。
【００４８】
これらの内部応力の変動によって生ずる電極間の間隙（下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとの間隙）の変動や、可動電極（上部電極１４ｅ）のスティフネスの変動などにより、ＭＥＭＳ振動子９９の振動特性（振動周波数など）は変動し、熱履歴によって振動特性に温度ヒステリシスを示す場合があった。
【００４９】
これに対し、本実施形態によれば、ＭＥＭＳ振動子１００は、ＭＥＭＳ振動子１００を構成するＭＥＭＳ構造体３が設けられる絶縁層（窒化膜１２）の下層に応力緩和層１１を備えている。また、応力緩和層１１は、ＭＥＭＳ構造体３を構成する材料と同一の組成を有する材料（ポリシリコン層）で構成されている。そのため、図３（ｂ）に示すように、窒化膜１２は、内部応力として引っ張り応力を有するため、ＭＥＭＳ構造体３に対しては、圧縮する方向（平面視したときに面積を狭くする方向）の応力を有しているのに対し、応力緩和層１１は、内部応力として圧縮応力を有するため、窒化膜１２に対して引っ張る方向（面積を広げる方向）の応力を有している。つまり、応力緩和層１１の真応力は、窒化膜１２とＭＥＭＳ構造体３との真応力の差異を緩和する方向で働く。
【００５０】
また、窒化膜１２の下層に、ＭＥＭＳ構造体３の熱膨張係数と同じ熱膨張係数の応力緩和層１１を備える構成となるため、つまり、ＭＥＭＳ構造体３と同方向の熱応力を持つ応力緩和層１１とで窒化膜１２を挟むサンドイッチ構造となるため、窒化膜１２からＭＥＭＳ構造体に伝えられる熱応力を緩和することができる。それらの結果、窒化膜１２とＭＥＭＳ構造体３との界面に働く内部応力が軽減される。つまり、窒化膜１２がＭＥＭＳ構造体３に対して与える内部応力の影響を、窒化膜１２の下層に位置する応力緩和層１１によって緩和することができる。また、さらに、応力緩和層１１を備えることにより、応力緩和層１１より下層から窒化膜１２を介しＭＥＭＳ構造体３に伝えられる内部応力を遮断したり緩和したりすることができる。
【００５１】
以上により、本実施形態によれば、窒化膜１２がＭＥＭＳ構造体３に対して与える内部応力の影響を緩和することにより、温度ストレスによる内部応力の変動（温度ヒステリシス）を低減することが可能となり、内部応力の変動に起因する振動特性の変動を抑制することができる。その結果、良好な特性を備える振動子を得ることができる。
【００５２】
［電子機器］
次いで、本発明の一実施形態に係る振動子としてのＭＥＭＳ振動子１００を適用した電子機器について、図４（ａ），（ｂ）、図５に基づき説明する。
【００５３】
図４（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１０００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００が内蔵されている。
【００５４】
図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品（タイミングデバイス）としてのＭＥＭＳ振動子１００が内蔵されている。
【００５５】
図５は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。デジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、表示部１０００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００が内蔵されている。
【００５６】
上述したように、電子機器として、温度特性など、より特性の変動が抑制されたＭＥＭＳ振動子１００が活用されることにより、より高性能な電子機器を提供することができる。
【００５７】
なお、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００は、図４（ａ）のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図４（ｂ）の携帯電話機、図５のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
【００５８】
［移動体］
次いで、本発明の一実施形態に係る振動子としてのＭＥＭＳ振動子１００を適用した移動体について、図６に基づき説明する。
図６は、ＭＥＭＳ振動子１００を備える移動体としての自動車１４００を概略的に示す斜視図である。自動車１４００には本発明に係るＭＥＭＳ振動子１００を含んで構成されたジャイロセンサーが搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１４００には、タイヤ１４０１を制御する該ジャイロセンサーを内蔵した電子制御ユニット１４０２が搭載されている。また、他の例としては、ＭＥＭＳ振動子１００は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
移動体として、特性の変動がより抑制された良好なＭＥＭＳ振動子１００が活用されることにより、より高性能な移動体を提供することができる。
【００５９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。
【００６０】
（変形例１）
実施形態１では、応力緩和層１１は、ＭＥＭＳ構造体３を構成する材料と同一の組成を有する材料（ポリシリコン層）で構成しているとして説明したが、この構成に限定するものではない。つまり、必ずしも応力緩和層１１は、ＭＥＭＳ構造体３を構成する材料と同一の組成を有する材料である必要は無く、材料が異なっても、熱膨張係数が近似する材料であれば同様の効果を得ることができる。具体的には、応力緩和層１１を構成する材料の熱膨張係数をα１とし、ＭＥＭＳ構造体３を構成する材料の熱膨張係数をα２としたときに、０．５≦α１／α２≦２．０の範囲で近似した材料であっても良い。ＭＥＭＳ構造体３がポリシリコンの場合には、応力緩和層１１を構成する材料として、例えば、アモルファスシリコン、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯｘＮｙ膜）などであっても良い。なお、応力緩和層１１を構成する材料は、ＭＥＭＳ構造体３を構成する材料と真応力の方向（圧縮応力か引っ張り応力かの方向）が同じ方向であることが好ましい。
【００６１】
本変形例によれば、窒化膜１２の下層に、ＭＥＭＳ構造体３の熱膨張係数と０．５≦α１／α２≦２．０の範囲で近似した熱膨張係数の応力緩和層１１を備えるため、応力緩和層１１より下層から窒化膜１２を介しＭＥＭＳ構造体３に伝えられる熱応力を緩和することができる。また、ＭＥＭＳ構造体３が設けられる窒化膜１２を、熱膨張係数の近似した応力緩和層１１と挟むサンドイッチ構造とすることで、窒化膜１２からＭＥＭＳ構造体３に伝えられる熱応力を緩和することができる。その結果、内部応力の変動に起因する振動特性の変動を抑制することができ、良好な振動子を得ることができる。
【００６２】
（変形例２）
実施形態１では、図３（ｂ）に示すように、窒化膜１２は、ＭＥＭＳ構造体３に対しては、圧縮する方向の応力を有しているのに対し、応力緩和層１１は、窒化膜１２に対して引っ張る方向の応力を有しているとして説明したが、このような応力方向となる構成に限定するものではない。
【００６３】
図７は、本変形例に係るＭＥＭＳ振動子１０１における内部応力を説明する断面図である。
ＭＥＭＳ振動子１０１は、応力緩和層１１ａ、絶縁層１２ａ、下部電極１３ｅａと上部電極１４ｅａなどから構成されるＭＥＭＳ構造体３ａなどを含み構成されている。これら以外は、ＭＥＭＳ振動子１００と同様である。
ＭＥＭＳ振動子１０１において、絶縁層１２ａは、ＭＥＭＳ構造体３ａに対して引っ張る方向の応力を有し、応力緩和層１１ａは、絶縁層１２ａに対し圧縮する方向の応力を有いている。つまり、図７に示す構成において、絶縁層１２ａは、真応力として圧縮応力を有する材料、応力緩和層１１ａは、真応力として引っ張り応力を有する材料で構成している。
【００６４】
本変形例によれば、応力緩和層１１ａは、絶縁層１２ａの下層から、絶縁層１２ａがＭＥＭＳ構造体３ａに対し作用させている圧縮応力を相殺し緩和する方向の応力を与えている。その結果、絶縁層１２ａからＭＥＭＳ構造体３ａに伝えられる内部応力を緩和することができる。その結果、内部応力の変動に起因する振動特性の変動を抑制することができ、良好な振動子を得ることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…ウェハー基板、２…空洞部、３…ＭＥＭＳ構造体、１０…第１酸化膜、１１…応力緩和層、１２…窒化膜、１３…第１導電体層、１３ｅ…下部電極、１３ｆ…第４酸化膜、１３ｇ…空隙部、１４…第２導電体層、１４ｅ…上部電極、１５…第２酸化膜、１６…第３酸化膜、１７…保護膜、２０…側壁部、２１…配線材層、２１ａ…第１配線材層、２１ｂ…第２配線材層、３０…第１被覆層、３１…エッチングホール、３２…第２被覆層、１００…ＭＥＭＳ振動子。
【図１】
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【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】
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