(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電薄膜上に形成された櫛型電極を備え、基板上にエアギャップを介して保持された共振部と、前記共振部を支持する支持部と、前記共振部の両端で前記共振部と前記支持部とを接続する２つの梁部とを有する共振子であって、
前記梁部が、第１の幅で前記共振部に接続する細梁部と、前記第１の幅より広い第２の幅で前記支持部に接続する拡張梁部とから成り、
前記エアギャップによって形成される段差に、前記拡張梁部が形成されていることを特徴とする共振子。
【請求項２】
梁部の上に櫛型電極に接続する配線部を備え、
前記配線部は、拡張梁部の上に形成された部分の幅が、細梁部の上に形成された部分の幅より広いことを特徴とする請求項１記載の共振子。
【請求項３】
圧電薄膜上に形成された櫛型電極を備え、基板上にエアギャップを介して保持された共振部と、前記共振部を支持する支持部と、前記共振部の両端で前記共振部と前記支持部とを接続する２つの梁部とを有する共振子であって、
前記エアギャップによって形成される段差が、前記支持部にあることを特徴とする共振子。
【請求項４】
圧電薄膜が、窒化アルミニウム、酸化亜鉛又はチタン酸ジルコン酸鉛のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の共振子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、櫛型電極（ＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極）を備えた圧電共振子に係り、特に共振部の構造体を支持する梁の破損や電極の断線を防ぎ、信頼性を向上させることができる共振子に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明］
従来、高周波共振子として、ラム波（Lamb Wave）を用いたラム波型共振子がある。
また、ラム波型共振子としては、半導体製造技術を用いてシリコン基板上に作製されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）タイプのものがある。
【０００３】
［従来の共振子の構成：図４］
従来の共振子の構成について図４を用いて説明する。図４は、従来の共振子の上面図である。
図４に示すように、従来の共振子は、例えば、シリコン基板上に形成された支持部１の内側のシリコン基板が露出した領域（シリコン領域）１１上に、エアギャップ（間隙）を介して共振部２が形成され、共振部２が、梁部３によって支持部１に接続されたものがある。
【０００４】
支持部１は、共振部２及び梁部３を支える構造部分であり、シリコン領域１１の周囲に広がる部分である。
共振部２は、上に凸の形状で梁部３によってシリコン領域１１上に保持されている。
そして、共振部２の上面部にはＩＤＴ電極５が形成され、ＩＤＴ電極５は、梁部３に形成された配線を介して、支持部１上の励振電極６に接続されている。
シリコン領域１１は、エアギャップを形成するための犠牲層が除去された領域であり、支持部１より低く形成されている。
【０００５】
上記構成の共振子においては、例えば、支持部１、共振部２及び梁部３は、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）とＡｌＮ（窒化アルミニウム）の圧電薄膜とが積層されて形成され、その上に、ＩＤＴ電極５、励振電極６のパターンがＭｏ（モリブデン）によって形成されている。尚、圧電薄膜は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）又はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛；組成式Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｏ３）で形成してもよい。
【０００６】
そして、上記構成の共振子では、支持部１と共振部２とを接続する梁部３を太く形成すると、アンカーロスにより共振部２における振動特性が劣化するため、梁部３を細く形成するようになっている。
【０００７】
また、上記構成の共振子では、共振部２は、下部をシリコン基板から浮かせたエアギャップ構造となっており、上に凸の形状で保持されるため、共振部２を支える梁部３には段差３５が生じ、梁部３や梁部３の上に形成された電極が破損し易い。
【０００８】
［梁部の段差：図５］
ここで、梁部３に生じる段差３５について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、従来の共振子を模式的に表した上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ′間の断面を示す模式断面説明図であり、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ′間の断面を示す模式断面説明図である。尚、図５（ａ）では、見易くするために、ＩＤＴ電極及び励振電極は省略している。
【０００９】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、支持部１は、シリコン基板上に積層されたＳｉＯ２層１２及びＡｌＮ層１３によって形成されており、（ａ）に示すように、ＳｉＯ２層１２が形成された領域の内側のシリコンが露出したシリコン領域１１に、共振部２が設けられている。シリコン領域１１は、犠牲層が除去された領域に相当する。
また、図５（ａ）（ｃ）に示すように、共振部２は、エアギャップ１６を介してシリコン領域１１上に梁部３によって保持された構成となっている。
【００１０】
ここで、共振子の製造方法について簡単に説明する。
まず、シリコン基板１０の上にゲルマニウム等から成る犠牲層（図示せず）を形成する。
その上にＳｉＯ２層を形成し、更に下電極１４となる金属（Ｍｏ）層を形成し、下電極１４の形状をパターニングする。
更に、ＡｌＮ層１３を積層し、上電極１５となる金属層を成膜し、ＩＤＴ電極、励振電極、及び配線部分を形成する。
【００１１】
そして、ＡｌＮ層１３及びＳｉＯ２層１２を加工して、共振部２の形状をパターニングする。
最後に、犠牲層であるゲルマニウムを薬液を用いたエッチングにより除去して、エアギャップ１６が形成される。薬液としては、硝酸第二セリウムアンモニウム等が用いられる。
【００１２】
つまり、従来の共振子においては、エアギャップ１６の形成により生じる梁部３の段差３５は、ＳｉＯ２層１２とシリコン領域１１との境界部分に相当する位置に形成され、梁部３に共振部２を支える負荷が集中することになる。
尚、エアギャップ１６によって生じるＳｉＯ２層１２とシリコン領域１１との段差を段差部と称する。
【００１３】
［関連技術］
尚、ラム波共振子に関する技術としては、 Jan H. Kuypers et al, "Intrinsic Temperature Compensation of Aluminum Nitride Lamb Wave Resonators for Multiple-Frequency References", Proc. IEEE 2008, p240-249 （非特許文献１）がある。
また、振動子の構造的な強度を向上させる技術としては、特開２０００−２６９７７６号公報「表面実装用水晶振動子」（日本電波工業株式会社、特許文献１）、特開平０２−０５３３１３号公報「振動子」（富士通株式会社、特許文献２）がある。
また、エアギャップ構造を備えた共振子に関する技術として、特開２００４−２８２５１４号公報「圧電共振回路およびその製造方法」（株式会社メムス・コア、特許文献３）がある。
【００１４】
非特許文献１には、ＡｌＮを用いたラム波共振を１００MHz〜１０００MHz帯域の水晶振動子及びＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator）に適用する際の温度補償についての記載がある。
【００１５】
特許文献１には、水晶振動子において、励振電極を水晶片に直接形成しないエアギャップ方式とし、水晶片を格納するケースの内底面及びケースを封止するカバーの内表面に励振電極を形成して、励振電極をケースの外表面に延出して実装端子として、耐衝撃性を向上させることが記載されている。
【００１６】
特許文献２には、振動部を備えた振動基板を、振動部に対向する面に電極を備えた一対のプレートで挟み込んで隙間空間に不活性ガスを封入した水晶振動子が記載されている。
【００１７】
特許文献３には、ゲルマニウムを犠牲層に用いて、エアギャップ構造の圧電共振子を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２０００−２６９７７６号公報
【特許文献２】特開平０２−０５３３１３号公報
【特許文献３】特開２００４−２８２５１４号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Jan H. Kuypers et al, "Intrinsic Temperature Compensation of Aluminum Nitride Lamb Wave Resonators for Multiple-Frequency References", PROC. IEEE 2008, p240-249
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、従来の共振子では、アンカーロスによる特性劣化を防ぐために梁部が細く形成されており、また、梁部の途中でエアギャップによる段差が形成されるため、梁部にかかる負荷が大きく、梁部の破損やその上に形成される配線の断線が発生し易いという問題点があった。
【００２１】
尚、特許文献１〜３や、非特許文献１には、梁部の太さを、共振部に接続する部分では細く形成し、段差が形成される部分から支持部にかけて太く形成することは記載されていない。
【００２２】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、アンカーロスによる特性劣化を防ぎつつ構造的な強度を向上させ、梁部の破損や配線部の断線を防いで、信頼性を向上させることができる共振子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】
【００２３】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、圧電薄膜上に形成された櫛型電極を備え、基板上にエアギャップを介して保持された共振部と、共振部を支持する支持部と、共振部の両端で共振部と支持部とを接続する２つの梁部とを有する共振子であって、梁部が、第１の幅で共振部に接続する細梁部と、第１の幅より広い第２の幅で支持部に接続する拡張梁部とから成り、エアギャップによって形成される段差に、拡張梁部が形成されていることを特徴としている。
【００２４】
また、本発明は、上記共振子において、梁部の上に櫛型電極に接続する配線部を備え、配線部は、拡張梁部の上に形成された部分の幅が、細梁部の上に形成された部分の幅より広いことを特徴としている。
【００２５】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、圧電薄膜上に形成された櫛型電極を備え、基板上にエアギャップを介して保持された共振部と、共振部を支持する支持部と、共振部の両端で共振部と支持部とを接続する２つの梁部とを有する共振子であって、エアギャップによって形成される段差が、支持部にあることを特徴としている。
【００２６】
また、本発明は、上記共振子において、圧電薄膜が、窒化アルミニウム、酸化亜鉛又はチタン酸ジルコン酸鉛のいずれかであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、圧電薄膜上に形成された櫛型電極を備え、基板上にエアギャップを介して保持された共振部と、共振部を支持する支持部と、共振部の両端で共振部と支持部とを接続する２つの梁部とを有する共振子であって、梁部が、第１の幅で共振部に接続する細梁部と、第１の幅より広い第２の幅で支持部に接続する拡張梁部とから成り、エアギャップによって形成される段差に、拡張梁部が形成されている共振子としているので、幅の狭い細梁部を共振部に接続させて、アンカーロスによる振動特性の劣化を防ぐと共に、段差部分に幅の広い拡張梁部を配置して強度を向上させ、梁部の破損を防ぎ、信頼性を向上させることができる効果がある。
【００２８】
また、本発明によれば、梁部の上に櫛型電極に接続する配線部を備え、配線部は、拡張梁部の上に形成された部分の幅が、細梁部の上に形成された部分の幅より広い上記共振子としているので、段差部分の配線の幅を広くして、断線を防ぎ、信頼性を向上させることができる効果がある。
【００２９】
また、本発明によれば、圧電薄膜上に形成された櫛型電極を備え、基板上にエアギャップを介して保持された共振部と、共振部を支持する支持部と、共振部の両端で共振部と支持部とを接続する２つの梁部とを有する共振子であって、エアギャップによって形成される段差が支持部にある共振子としているので、梁部には段差による負荷がかからず、梁部の破損を防ぎ、信頼性を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る共振子の上面図である。
【図２】第１の共振子を模式的に表した上面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る共振子を模式的に表した上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ′間の断面を示す模式断面説明図である。
【図４】従来の共振子の上面図である。
【図５】（ａ）は、従来の共振子を模式的に表した上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ′間の断面を示す模式断面説明図であり、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ′間の断面を示す模式断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る共振子は、共振部と支持部とを接続する梁部を、支持部からエアギャップによる段差が形成される領域までは太く形成し、共振部に接続する部分では細く形成しているので、エアギャップによる段差は太い部分になり、梁部が破損したり、配線が断線するのを防ぐことができ、また、共振部に接続する部分は細くしているため、アンカーロスによる振動特性の劣化を抑えることができるものである。
【００３２】
また、本発明の実施の形態に係る別の共振子は、梁部の形状は従来と同様に細く形成し、シリコン領域との境界となるＳｉＯ２層の端部を、その上に形成されるＡｌＮ層の端部よりも外側に形成して、シリコン領域を梁部より外側まで拡張しているので、エアギャップによる段差を支持部に形成させて梁部には形成させないようにして、梁部の破損や配線の断線を防ぐことができるものである。
【００３３】
［第１の実施の形態に係る共振子：図１］
本発明の第１の実施の形態に係る共振子について図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る共振子の上面図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る共振子（第１の共振子）は、図４に示した従来の共振子と同様に、シリコン基板上に、支持部１と、共振部２と、梁部３０が形成され、エアギャップ構造の共振部２が梁部３０によって支持部１に接続されてシリコン領域１１上に保持されている。
【００３４】
第１の共振子では、共振部２及びＩＤＴ電極５の構成は、図４に示した従来の共振子と同様となっている。
そして、第１の共振子の特徴として、梁部３０が、異なる太さを備えた２つの部分から構成されている。具体的には、第１の共振子の梁部３０は、共振部２に接続する細梁部３１と、支持部１に接続する拡張梁部３２とから構成されている。
【００３５】
第１の共振子の特徴部分について説明する。
細梁部３１は、共振部２に接続し、従来と同様に細く（幅が狭く）形成されている。これにより、共振部２の振動を妨げないものである。
細梁部３１は、共振部２に接続する位置からエアギャップによる段差部３５に達しない位置まで形成されている。
【００３６】
拡張梁部３２は、第１の共振子の特徴部分であり、細梁部３１に接続し、エアギャップによる段差部３５に亘って形成されている。
つまり、第１の共振子では、エアギャップ形成に伴う段差３５を含む領域に、拡張梁部３２を形成するようにしている。そして、十分な強度を備えた幅の広い拡張梁部３２で共振部２を支えることにより、エアギャップが形成されても負荷を集中させずに共振部２を保持することができ、梁部３０が破損するのを防ぐことができるものである。
【００３７】
また、第１の共振子では、梁部３０の形状に合わせて、励振電極６及び梁部３０上の配線部分を形成している。
すなわち、段差が生じる拡張梁部３２上の配線部は幅が広く形成され、これにより、段差３５があっても配線の断線を防ぐことができるものである。
【００３８】
［第１の共振子における梁部の段差：図２］
次に、第１の共振子における梁部の段差について図２を用いて説明する。図２は、第１の共振子を模式的に表した上面図である。但し、見易くするために、図２ではＩＤＴ電極及び励振電極は省略している。また、第１の共振子における断面及び製造方法は、図５に示した従来の共振子と同様であるため、ここでは図示及び説明を省略する。
【００３９】
図２に示すように、第１の共振子は、支持部１がＳｉＯ２層１２及びＡｌＮ層１３によって形成されており、ＳｉＯ２層１２が形成された領域の内側の、シリコンが露出したシリコン領域１１の上に、エアギャップを介して共振部２が設けられている。共振部２は梁部３０によって支持部１に接続されている。尚、ＡｌＮ層１３の代わりに、ＺｎＯ層又はＰＺＴ層としてもよい。
【００４０】
そして、上述したように、第１の共振子では、共振部２に接続する細梁部３１と、細梁部３１と支持部１とを接続する拡張梁部３２とで梁部３０を構成している。
梁部３０は、支持部１と同様にＳｉＯ２層１２及びＡｌＮ層１３が積層された構成であり、細梁部３１の幅は、従来の梁部３と同程度の第１の幅であり、拡張梁部３２の幅は、第１の幅より広い第２の幅として形成されている。
図２の例では、拡張梁部３２の幅は、共振部２の幅（図２の上下方向）より広くしている。
【００４１】
第１の共振子では、ＳｉＯ２層１２及びＡｌＮ層１３をパターニングする際に、犠牲層のエッジ付近の上部に拡張梁部３２を形成する。
つまり、図２に示すように、シリコン基板が露出したシリコン領域１１と支持部１との境目であるＳｉＯ２層１２の端部に相当する段差３５の位置に拡張梁部３２が形成される。
尚、段差３５は、除去される前の犠牲層によって形成されるものである。
【００４２】
拡張梁部３２は、エアギャップによる段差３５上でも破損しない程度の十分な幅を備えており、更に、拡張梁部３２上に形成される配線も幅広く形成することが可能となっている。
これにより、梁部３０の破損や配線の断線を防ぐことができ、製造時の歩留まりを向上させ、構造的な強度を向上させることができるものである。
【００４３】
細梁部３１は、段差３５の傾斜部分が終わった平坦な部分に形成されることになるため、大きな負荷はかからず、破損しにくくなる。
また、第１の共振子では、共振部２に直接接続する細梁部３１が従来と同程度に細く形成されるため、アンカーロスを防ぐことができるものである。
【００４４】
［第１の実施の形態の効果］
本発明の第１の実施の形態に係る共振子によれば、共振部２と支持部１とを接続する梁部３０が、第１の幅で形成され共振部２に接続する細梁部３１と、第１の幅より広い第２の幅で形成され細梁部３１と支持部１とに接続する拡張梁部３２とを備え、拡張梁部３２が、エアギャップによる段差３５が形成される位置に設けられ、更に拡張梁部３２上に形成される配線の幅を、細梁部３１に形成される配線の幅より広くしているので、段差３５が形成される部分の梁部３０の幅を広くして構造的な強度を向上させて、梁部３０の破損や配線の断線を防ぐことができ、また、共振部２に接続する細梁部３１は細く形成することにより、アンカーロスによる特性劣化を抑えることができる効果がある。
【００４５】
また、第１の共振子によれば、拡張梁部３２を備えた梁部３０や幅の広い配線部は、特別な工程を追加することなく形成することができ、梁部や配線部の破損を防ぐ共振子を容易に実現することができる効果がある。
【００４６】
［第２の実施の形態に係る共振子］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る共振子について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る共振子を模式的に表した上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ′間の断面を示す模式断面説明図である。尚、図３（ａ）では、見易くするために、ＩＤＴ電極及び励振電極は省略している。
本発明の第２の実施の形態に係る共振子（第２の共振子）は、基本的な構成は従来の共振子とほぼ同様であるが、エアギャップによる段差を生じさせる犠牲層の端部、つまりＳｉＯ２層とシリコン領域１１とが接する端部の位置が従来の共振子とは異なっているものである。
【００４７】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、第２の共振子は、エアギャップ構造の共振部２が、幅の狭い梁部３３によって支持部１に接続されてシリコン領域１１上に保持されている。
第２の共振子では、共振部２、ＩＤＴ電極、及び梁部３３の構成は、従来の共振子と同様である。
梁部３３の幅も従来と同程度に細く形成されており、アンカーロスを防ぐものである。
【００４８】
そして、第２の共振子の特徴として、（ａ）に示すように、段差部３５が、支持部１の領域に形成されている。
具体的には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、第２の共振子では、第１の共振子よりも犠牲層を外側に広げて形成し、その上にＳｉＯ２層１２′及びＡｌＮ層１３を形成することにより、支持部１となるＡｌＮ層１３及びＳｉＯ２層１２′の下側に、犠牲層が除去されシリコン基板が露出したシリコン領域１１が露出している。
【００４９】
つまり、犠牲層エッチングによって形成される段差３５は、梁部３３ではなく、支持部１に接続される梁部３３の根元部分よりも外側の、梁部３３近傍の支持部１に形成されている。
これにより、第２の共振子では梁部３３に段差３５を生じないようにして、梁部３３の破損や配線の断線を防ぐことができるものである。
尚、段差３５による応力を軽減するよう、ＳｉＯ２層１２′やＡｌＮ層１３の膜厚を適切に形成することが望ましい。
【００５０】
また、図３の例では、シリコン領域１１全体を外側に広げるようにＳｉＯ２層１２′が形成されているが、梁部３３付近のシリコン領域１１を広げて、エアギャップの端部を支持部１の下に形成すればよい。
【００５１】
［第２の実施の形態の効果］
本発明の第２の実施の形態に係る共振子によれば、梁部３３の近傍において、シリコン領域１１の周囲に形成されるＳｉＯ２層１２′を、ＡｌＮ層１３の端部より外側となるように形成し、梁部３３の幅は従来と同程度に狭く形成しているので、エアギャップによる段差が、梁部３３ではなく支持部１に形成されるため、梁部３３の破損や配線の断線を防ぐことができ、また、アンカーロスによる特性劣化を防ぐことができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、共振部の構造体を支持する梁の破損や電極の断線を防ぎ、信頼性を向上させることができる共振子に適している。
【符号の説明】
【００５３】
１...支持部、  ２...共振部、  ３，３０，３３...梁部、    ５...ＩＤＴ電極、  ６...励振電極、  １０...シリコン基板、  １１...シリコン領域、  １２，１２′...ＳｉＯ２層、  １３...ＡｌＮ層、  ３１...細梁部、  ３２...拡張梁部、  １４...下電極、  １５...上電極、  １６...エアギャップ
【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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