(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に配置されている第１電極と、
前記第１電極との間に空隙を有する状態で配置され、前記基板の厚み方向に静電力によって振動可能となる梁部、および前記基板の上方に配置され、前記梁部を支持する支持部を有する第２電極と、
を有し、
前記第１電極および前記第２電極は、導電性を有する単結晶シリコンを含み、
前記基板と前記第１電極との間に窒化シリコンを含む層を有し、
前記基板と前記窒化シリコン層との間に単結晶シリコンを含む層を有するＭＥＭＳ振動子。
【請求項２】
基板の上方に、第１絶縁層を成膜する工程と、
前記第１絶縁層をパターニングして前記基板を露出する工程と、
露出された前記基板の上方に、第１シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第１シリコンゲルマニウム層上に、第１単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第１単結晶シリコン層を覆うように、第２絶縁層を成膜する工程と、
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層をパターニングして、前記第１シリコンゲルマニウム層の側面を露出する工程と、
前記第２絶縁層および前記第１単結晶シリコン層に貫通孔を形成して、前記第１シリコンゲルマニウム層を露出する工程と、
前記貫通孔にエッチング液またはエッチングガスを通して、前記第１シリコンゲルマニウム層を除去する工程と、
前記第１シリコンゲルマニウム層が除去された前記基板と前記第１単結晶シリ
コン層との間に、窒化シリコン層を成膜する工程と、
前記第２絶縁層を除去する工程と、
前記第１単結晶シリコン層をパターニングして、第１電極および第２電極の固定部を形成する工程と、
前記第１電極を覆うように、第２シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第２シリコンゲルマニウム層および前記固定部を覆うように、第２単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第２単結晶シリコン層をパターニングして、前記第１電極の上方に、前記シリコン基板の厚み方向に静電力によって振動可能となる前記第２電極の梁部を形成し、前記固定部上に、前記梁部を支持する前記第２電極の支持部を形成する工程と、
前記第２シリコンゲルマニウム層を除去する工程と、
を含む、ＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項３】
前記第１シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程の前に、前記基板上にバッファー層をエピタキシャル成長させる工程を、さらに含み、
前記第１シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記バッファー層上に、前記第１シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させ、
前記バッファーの材質は、単結晶シリコンである、請求項２に記載のＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項４】
前記窒化シリコン層を成膜する工程の前に、前記第１単結晶シリコン層に形成された前記貫通孔を塞ぐように、前記第１単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程を、さらに含む、請求項２または３に記載のＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載のＭＥＭＳ振動子と、
前記ＭＥＭＳ振動子の、前記第１電極および前記第２電極と電気的に接続されている回路部と、
を含む、発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ振動子およびその製造方法、並びに発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）は、微小構造体形成技術の１つで、例えば、ミクロンオーダーの微細な電子機械システムを作る技術やその製品のことをいう。
【０００３】
特許文献１には、半導体基板の表面に、片持ち梁状のＭＥＭＳ振動子を形成しつつ、同一チップ内にＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）も形成することが記載されている。このＭＥＭＳ振動子は、導電性が付与された多結晶シリコンからなる上部ＭＥＭＳ構造層および下部ＭＥＭＳ構造層で構成されており、上部ＭＥＭＳ構造層を屈曲振動させることで、共振周波数を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０５１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなＭＥＭＳ振動子は、梁部が繰り返し屈曲振動することにより、疲労破壊を起こす場合がある。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、梁部が疲労破壊することを抑制できるＭＥＭＳ振動子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、梁部が疲労破壊することを抑制できるＭＥＭＳ振動子の製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記のＭＥＭＳ振動子を有する発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子は、
基板と、
前記基板の上方に配置されている第１電極と、
前記第１電極との間に空隙を有する状態で配置され、前記基板の厚み方向に静電力によって振動可能となる梁部、および前記基板の上方に配置され、前記梁部を支持する支持部を有する第２電極と、
を有し、
前記第１電極および前記第２電極は、導電性を有する単結晶シリコンを含み、
前記基板と前記第１電極との間に窒化シリコンを含む層を有し、
前記基板と前記窒化シリコン層との間に単結晶シリコンを含む層を有する。
【０００８】
このようなＭＥＭＳ振動子によれば、第１電極および第２電極の材質が多結晶シリコンである場合に比べて、梁部が疲労破壊することを抑制できる。これにより、例えば、梁部の機械特性を向上させることができ、長寿命化を図ることができる。例えば、第１電極および第２電極の材質が多結晶シリコンの場合は、屈曲振動によって、粒界で梁部が折れたりすることがあり、単結晶シリコンに比べて、疲労破壊しやすい。
【０００９】
さらに、このようなＭＥＭＳ振動子によれば、上述のように梁部が疲労破壊することを抑制できるので、梁部が繰り返し屈曲振動しても、梁部の位置精度が低下することを抑制できる。
【００１０】
また、単結晶シリコンは、多結晶シリコンに比べて、平坦性が高い。そのため、このようなＭＥＭＳ振動子によれば、例えば、第１電極および第２電極の周囲にガスが発生したとしても、第１電極および第２電極にガスがトラップされることを抑制できる。
【００１１】
さらに、このようなＭＥＭＳ振動子によれば、第１電極および第２電極は、窒化シリコン層上に配置されている。そのため、梁部がシリコン基板にくっ付いてしまうこと（すなわちプルイン）を抑制することができる。
【００１２】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【００１３】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子において、
前記シリコン基板と前記窒化シリコン層との間に配置されたバッファー層を、さらに含み、
前記バッファーの材質は、単結晶シリコンであってもよい。
【００１４】
このようなＭＥＭＳ振動子によれば、後述する第１シリコンゲルマニウム層の平坦性を向上させることができるため、第１電極の平坦性を向上させることができる。
【００１５】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法は、
シリコン基板の上方に、第１絶縁層を成膜する工程と、
前記第１絶縁層をパターニングして前記シリコン基板を露出する工程と、
露出された前記シリコン基板の上方に、第１シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第１シリコンゲルマニウム層上に、第１単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第１単結晶シリコン層を覆うように、第２絶縁層を成膜する工程と、
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層をパターニングして、前記第１シリコンゲルマニウム層の側面を露出する工程と、
前記第２絶縁層および前記第１単結晶シリコン層に貫通孔を形成して、前記第１シリコンゲルマニウム層を露出する工程と、
前記貫通孔にエッチング液またはエッチングガスを通して、前記第１シリコンゲルマニウム層を除去する工程と、
前記第１シリコンゲルマニウム層が除去された前記シリコン基板と前記第１単結晶シリコン層との間に、窒化シリコン層を成膜する工程と、
前記第２絶縁層を除去する工程と、
前記第１単結晶シリコン層をパターニングして、第１電極および第２電極の固定部を形成する工程と、
前記第１電極を覆うように、第２シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第２シリコンゲルマニウム層および前記固定部を覆うように、第２単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第２単結晶シリコン層をパターニングして、前記第１電極の上方に、前記シリコン基板の厚み方向に静電力によって振動可能となる前記第２電極の梁部を形成し、前記固定部上に、前記梁部を支持する前記第２電極の支持部を形成する工程と、
前記第２シリコンゲルマニウム層を除去する工程と、
を含む。
【００１６】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、シリコン基板の上方に、単結晶シリコン層を第１電極および第２電極としたＭＥＭＳ振動子を形成することができる。
【００１７】
さらに、このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、貫通孔にエッチング液またはエッチングガスを通して、シリコン基板と第１単結晶シリコン層との間の第１シリコンゲルマニウム層を除去することができる。したがって、平面視における面積が大きい第１電極および第２電極を形成する場合であっても、例えば貫通孔の数を増やすことにより、シリコン基板と第１単結晶シリコン層との間の第１シリコンゲルマニウム層を除去することができる。また、例えば貫通孔の数を増やすことにより、第１シリコンゲルマニウム層のエッチング時間を短縮することができ、エッチング液によって、第１単結晶シリコン層がダメージを受けることを抑制できる。
【００１８】
さらに、このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、第１電極および第２電極の材質が多結晶シリコンである場合に比べて、梁部が疲労破壊することを抑制できるＭＥＭＳ振動子を形成することができる。
【００１９】
さらに、このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、シリコン基板と、第１電極および第２電極と、の間に、窒化シリコン層を形成することができる。そのため、第２シリコンゲルマニウム層を除去するリリース工程において、窒化シリコン層がエッチングされることがなく、第２電極の梁部がシリコン基板にくっ付いてしまうこと（プルイン）を抑制できる。
【００２０】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法において、
前記第１シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程の前に、前記シリコン基板上にバッファー層をエピタキシャル成長させる工程を、さらに含み、
前記第１シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記バッファー層上に、前記第１シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させ、
前記バッファーの材質は、単結晶シリコンであってもよい。
【００２１】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、第１シリコンゲルマニウム層の平坦性を向上させることができる。したがって、第１シリコンゲルマニウム層上にエピタキシャル成長される第１単結晶シリコン層の平坦性を向上させることができ、高い平坦性を有する第１電極を形成することができる。
【００２２】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法において、
前記窒化シリコン層を成膜する工程の前に、前記第１単結晶シリコン層に形成された前記貫通孔を塞ように、前記第１単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる工程を、さらに含んでもよい。
【００２３】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、貫通孔が塞がれない場合に比べて、第１電極および第２電極の強度を大きくすることができる。
【００２４】
本発明に係る発振器は、
本発明に係るＭＥＭＳ振動子と、
前記ＭＥＭＳ振動子の、前記第１電極および前記第２電極と電気的に接続された回路部と、
を含む。
【００２５】
このような発振器によれば、高い信頼性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子を模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図４】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図５】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図６】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図７】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図８】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図９】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図１０】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図１１】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図１２】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図１３】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図１４】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図１５】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図１６】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図１７】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図および平面図。
【図１８】実験例１のＳＥＭ観察結果。
【図１９】実験例２のＳＥＭ観察結果。
【図２０】本実施形態に係る発振器を示す回路図。
【図２１】本実施形態の変形例に係る発振器を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２８】
１．  ＭＥＭＳ振動子
まず、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【００２９】
ＭＥＭＳ振動子１００は、図１および図２に示すように、シリコン基板１０と、窒化シリコン層３０と、第１電極４０と、第２電極５０と、を含む。さらに、ＭＥＭＳ振動子１００は、バッファー層２０と、酸化シリコン層３２と、絶縁層３４（第１絶縁層３４ともいえる）と、を有することができる。
【００３０】
シリコン基板１０は、例えば、単結晶のシリコンからなる基板である。
【００３１】
酸化シリコン層３２は、シリコン基板１０上に配置されている。酸化シリコン層３２は、例えば、酸化シリコンからなる層である。より具体的には、酸化シリコン層３２としては、例えば、ＬＯＣＯＳ（ｌｏｃａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ）絶縁層、セミリセスＬＯＣＯＳ絶縁層、トレンチ絶縁層を形成する際に用いるパッド酸化膜である。酸化シリコン層３２によって、第１電極４０および第２電極５０は、他の素子（例えばトランジスター、図示せず）と電気的に分離されていてもよい。
【００３２】
絶縁層３４は、酸化シリコン層３２上に配置されている。絶縁層３４は、例えば、窒化シリコンからなる層である。
【００３３】
バッファー層２０は、シリコン基板１０上に配置されている。図示の例では、バッファー層２０は、シリコン基板１０の酸化シリコン層３２が設けられていない面に、形成されている。バッファー層２０の上面は、例えば、酸化シリコン層３２の上面と連続している。バッファー層２０の厚みは、例えば、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下である。バッファー層２０の材質は、単結晶シリコンであり、バッファー層２０は、単結晶のシリコンからなる層である。バッファー層２０は、後述する第１シリコンゲルマニウム層６０の平坦性を向上させることができる。
【００３４】
窒化シリコン層３０は、バッファー層２０上に配置されている。図２に示す例では、平面視において、窒化シリコン層３０の両側に絶縁層３４が形成されている。窒化シリコン層３０の上面は、例えば、絶縁層３４の上面と連続している。窒化シリコン層３０の厚みは、例えば、０．１μｍ以上１μｍ以下である。窒化シリコン層３０は、例えば、窒化シリコンからなる層である。
【００３５】
第１電極４０は、窒化シリコン層３０上に配置されている。第１電極４０の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１電極４０の厚みは、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。第１電極４０の平面形状は、第２電極５０の梁部５４と空隙を空けて対向する面を有していれば、特に限定されない。
【００３６】
第２電極５０は、窒化シリコン層３０上に、第１電極４０と空隙を空けて配置されている。第１電極４０および第２電極５０の材質は、導電性を有する単結晶シリコンである。より具体的には、電極４０，５０の材質は、所定の不純物（例えばボロン）をドーピングすることにより導電性が付与された単結晶のシリコンである。
【００３７】
第２電極５０は、シリコン基板１０上に固定された固定部５２と、第１電極４０と対向配置された梁部５４と、固定部５２上に配置され梁部５４を支持する支持部５６と、を有することができる。
【００３８】
梁部５４は、第１電極４０との間に空隙を有した状態で配置されている。梁部５４は、第１電極４０の上方に、第１電極４０と所定の間隔を空けて形成されている。梁部５４と第１電極４０との間の距離は、例えば、０．０１μｍ以上１μｍ以下である。梁部５４は、支持部５６から延出している。第２電極４０は、梁部５４の一端を支持部５６で固定し、梁部５４の他端を自由にした片持ち梁状（カンチレバー状）に形成されている。梁部５４の平面形状は、特に限定されないが、図２に示す例では、四角形である。梁部５４の厚みは、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。
【００３９】
固定部５２は、支持部５６を窒化シリコン層３０の上方に固定している。固定部５２の厚みは、例えば、第１電極４０の厚みと同じである。固定部５２の形状は、支持部５６を窒化シリコン層３０の上方に固定できれば、特に限定されない。
【００４０】
支持部５６は、固定部５２上に配置され、固定部５２に固定されている。支持部５６の厚みは、例えば、梁部５４の厚みと同じである。支持部５６の形状は、梁部５４を支持できれば、特に限定されない。
【００４１】
ＭＥＭＳ振動子１００では、第１電極４０および第２電極５０の間に電圧（交番電圧）が印加されると、梁部５４は、電極４０，５０間に発生する静電力により、基板１０の厚み方向に振動することができる。なお、ここで、基板１０の厚み方向とは、基板１０の主面（電極４０，５０が形成される面）の垂線Ｐに沿う方向であるということができる。これにより、例えば、第１電極４０から所定の周波数（梁部５４の固有振動数に応じた周波数）の信号（出力信号）を出力することができる。ＭＥＭＳ振動子１００は、静電力によって動作する静電型のＭＥＭＳ振動子である。第１電極４０、および第２電極５０の固定部５２は、電極４０，５０間に電圧を印加するための配線（図示せず）に接続されることができる。
【００４２】
なお、図示はしないが、ＭＥＭＳ振動子１００は、第１電極４０および第２電極５０を減圧状態で気密封止する被覆構造体を有していてもよい。これにより、梁部５４の振動時における空気抵抗を減少させることができる。
【００４３】
ＭＥＭＳ振動子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４４】
ＭＥＭＳ振動子１００によれば、第１電極４０および第２電極５０の材質は、導電性を有する単結晶シリコンである。そのため、ＭＥＭＳ振動子１００は、第１電極および第２電極の材質が多結晶シリコンである場合に比べて、梁部５４が疲労破壊することを抑制できる。これにより、例えば、梁部５４の機械特性を向上させることができ、長寿命化を図ることができる。例えば、第１電極および第２電極の材質が多結晶シリコンの場合は、屈曲振動によって、粒界で梁部が折れたりすることがあり、単結晶シリコンに比べて、疲労破壊しやすい。
【００４５】
さらに、ＭＥＭＳ振動子１００によれば、上述のように梁部５４が疲労破壊することを抑制できるので、梁部５４が繰り返し屈曲振動しても、梁部５４の位置精度が低下することを抑制できる。
【００４６】
また、単結晶シリコンは、多結晶シリコンに比べて、平坦性が高い。そのため、ＭＥＭＳ振動子１００によれば、例えば、電極４０，５０の周囲にガスが発生したとしても、電極４０，５０にガスがトラップされることを抑制できる。電極にガスがトラップされるとＭＥＭＳ振動子の周波数が変動し、所望の周波数を得ることができない場合がある。なお、ガスの発生源は、特に限定されないが、例えば、電極４０，５０を気密封止する被覆構造体（図示せず）から発生する場合がある。
【００４７】
さらに、ＭＥＭＳ振動子１００によれば、電極４０，５０は、窒化シリコン層３０上に配置されている。そのため、第２電極５０の梁部５４がシリコン基板１０（図１に示す例では、バッファー層２０）にくっ付いてしまうこと（すなわちプルイン）を抑制することができる。例えば、電極とシリコン基板との間に窒化シリコン層が形成されておらず、電極がシリコン基板と空隙を空けて配置されている場合は、グランド電位を有するシリコン基板に電極が引っ張られ、プルインが発生してしまう。
【００４８】
なお、窒化シリコン層を設けず、シリコン基板に接して（バッファー層に接して）第１電極および第２電極を配置させると、シリコン基板を介して（バッファー層を介して）第１電極と第２電極とが短絡してしまう場合がある。
【００４９】
また、窒化シリコン層の代わりに酸化シリコン層を用いた場合は、後述するリリース工程において、酸化シリコン層がエッチングされてしまう場合があり、プルインを抑制できない場合がある。
【００５０】
ＭＥＭＳ振動子１００によれば、シリコン基板１０と窒化シリコン層３０との間には、バッファー層２０が配置されることができる。これにより、後述する第１シリコンゲルマニウム層６０の平坦性を向上させることができるため、第１電極４０の平坦性を向上させることができる。例えば、第１電極の平坦性が低く、表面に凹凸がある場合は、梁部が屈曲振動する際に第１電極と梁部とが接触し、第１電極と第２電極とが短絡してしまう可能性がある。
【００５１】
２．  ＭＥＭＳ振動子の製造方法
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３〜図１７は、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１００の製造工程を模式的に示す図である。なお、図３〜図１７では、図中の（ａ）に平面図を示し、図中の（ｂ）に（ａ）で示した平面図のＢ−Ｂ線断面図を示している。さらに、図７〜図１１では、図中の（ｃ）に（ａ）で示した平面図のＣ−Ｃ線断面図を示している。
【００５２】
図３に示すように、シリコン基板１０上に、酸化シリコン層３２および第１絶縁層３４を、この順で成膜する。酸化シリコン層３２は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、熱酸化法により成膜される。第１絶縁層３４は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法により成膜される。
【００５３】
図４に示すように、酸化シリコン層３２および第１絶縁層３４をパターニングして、シリコン基板１０の面１２を露出する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。
【００５４】
図５に示すように、露出されたシリコン基板１０の面１２上に、バッファー層２０をエピタキシャル成長させる。次に、バッファー層２０上に、第１シリコンゲルマニウム層６０をエピタキシャル成長させる。次に、第１シリコンゲルマニウム層６０上に、第１単結晶シリコン層２２をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｎｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法が挙げられる。
【００５５】
図示の例では、バッファー層２０の上面は、酸化シリコン層３２の上面と連続しており、第１シリコンゲルマニウム層６０の上面は、第１絶縁層３４の上面と連続している。第１シリコンゲルマニウム層６０の厚みは、例えば、窒化シリコン層３０（図１参照）の厚みと同じである。第１単結晶シリコン層２２の厚みは、例えば、第１電極４０（図１参照）の厚みと同じである。バッファー層２０、第１シリコンゲルマニウム層６０、第１単結晶シリコン層２２の平面形状は、特に限定されないが、図示の例では、長方形である。
【００５６】
第１シリコンゲルマニウム層６０は、例えば、単結晶のシリコンゲルマニウムからなる層である。第１シリコンゲルマニウム層６０のシリコンとゲルマニウムと比は、特に限定されないが、例えば、シリコン：ゲルマニウム＝７：３である。第１単結晶シリコン層２２は、例えば、単結晶のシリコンからなる層である。
【００５７】
なお、図示はしないが、シリコン基板１０上にバッファー層２０をエピタキシャル成長させず、シリコン基板１０上に直接第１シリコンゲルマニウム層６０をエピタキシャル成長させてもよい。
【００５８】
図６に示すように、第１単結晶シリコン層２２を覆うように、第２絶縁層３６を成膜する。より具体的には、第１単結晶シリコン層２２の上、および第１絶縁層３４上であって第１単結晶シリコン層２２の側方に第２絶縁層３６を成膜する。第２絶縁層３６は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法により成膜される。第２絶縁層３６は、例えば、酸化シリコンからなる層である。
【００５９】
図７に示すように、絶縁層３４，３６をパターニングして、第１シリコンゲルマニウム層６０の側面６０ａ，６０ｂ、および第１単結晶シリコン層２２の側面２２ａ，２２ｂを露出する。また、該パターニングによって、図７（ｃ）に示すように酸化シリコン層３２の上面が露出される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。
【００６０】
図７（ａ）に示す例では、第１シリコンゲルマニウム層６０の側面６０ａ，６０ｂは、互い対向する面であり、平面視において第１シリコンゲルマニウム層６０の長辺をなす面である。また、第１単結晶シリコン層２２の側面２２ａ，２２ｂは、互い対向する面であり、平面視において第１単結晶シリコン層２２の長辺をなす面である。平面視において、第１シリコンゲルマニウム層６０の短辺をなす面６０ｃ，６０ｄ、および第１単結晶シリコン層２２の短辺をなす面２２ｃ，２２ｄは、本パターニング工程において露出されない。側面６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄは、それぞれ側面２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと連続していてもよい。
【００６１】
なお、図示はしないが、第１シリコンゲルマニウム層６０の側面６０ａ，６０ｂが露出されれば、第１単結晶シリコン層２２の側面２２ａ，２２ｂは、露出されなくてもよい。また、第１シリコンゲルマニウム層６０の長辺をなす側面６０ａ，６０ｂではなく、第１シリコンゲルマニウム層６０の短辺をなす側面６０ｃ，６０ｄが露出されてもよい。また、後述する窒化シリコン層３０を成膜する工程において、バッファー層２０と第１単結晶シリコン層２２との間に窒化シリコン層３０を成膜することができれば、第１シリコンゲルマニウム層６０の２つの側面が露出される必要はなく、第１シリコンゲルマニウム層６０の側面のうちの一部が露出されればよい。
【００６２】
次に、第２絶縁層３６をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によってパターニングし、パターニングされた第２絶縁層３６をマスクとして、第１単結晶シリコン層２２をエッチング技術によりパターニングする。これにより、第２絶縁層３６および第１単結晶シリコン層２２に貫通孔７０を形成することができ、第１シリコンゲルマニウム層６０の上面を露出させることができる。貫通孔７０は、例えば複数形成される。図示の例では、貫通孔７０は、マトリックス状に配置されているが、その数および形状は、後述するように、貫通孔７０を通して第１シリコンゲルマニウム層６０を除去することができれば、特に限定されない。
【００６３】
なお、貫通孔７０の深さは、第１シリコンゲルマニウム層６０が露出されれば特に限定されず、例えば、貫通孔７０の底面が、第１シリコンゲルマニウム層６０の上面と下面との間に位置していてもよい。
【００６４】
また、第１単結晶シリコン層２２の側面２２ａ，２２ｂおよび第１シリコンゲルマニウム層６０の側面６０ａ，６０ｂを露出するパターニング工程と、貫通孔７０を形成するパターニング工程とは、先後を問わない。
【００６５】
図８に示すように、貫通孔７０にエッチング液またはエッチングガスを通して、第１シリコンゲルマニウム層６０を除去する。より具体的には、貫通孔７０にフッ硝酸を通して、第１シリコンゲルマニウム層６０を除去する。第１シリコンゲルマニウム層６０は、露出された側面６０ａ，６０ｂからもエッチングされてもよい。これにより、バッファー層２０と第１単結晶シリコン層２２との間に、空洞部７２を形成することができる。
【００６６】
図９に示すように、第１単結晶シリコン層２２に形成された貫通孔７０を塞ぐように、第１単結晶シリコン層２２をエピタキシャル成長させる。より具体的には、貫通孔７０を規定する第１単結晶シリコン層２２の側面（すなわち貫通孔７０の内面）を、ＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などによって、選択的に横方向エピタキシャル成長（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ；ＥＬＯ）させて、貫通孔７０を塞ぐ。
【００６７】
図１０に示すように、第１シリコンゲルマニウム層６０が除去されたシリコン基板１０と第１単結晶シリコン層２２との間（図示の例では、バッファー層２０と第１単結晶シリコン層２２との間）の空洞部７２に、窒化シリコン層３０を成膜する。窒化シリコン層３０は、例えば、ＣＶＤ法により形成される。窒化シリコン層３０は、第１シリコンゲルマニウム層６０の側面６０ａ，６０ｂ（図７参照）が形成されていた部分から回り込んで、バッファー層２０と第１単結晶シリコン層２２との間に成膜される。図示の例では、第２絶縁層３６上、第２絶縁層３６に形成された貫通孔７０内、第１単結晶シリコン層２２の側面２２ａ，２２ｂ、および上記の側面２２ａ，２２ｂ，６０ａ，６０ｂを露出するパターニング工程において露出された酸化シリコン層３２上（図１０（ｃ）参照）にも、窒化シリコン層３０が成膜される。
【００６８】
図１１に示すように、バッファー層２０と第１単結晶シリコン層２２との間、および酸化シリコン層３２上に窒化シリコン層３０が残るように、窒化シリコン層３０をパターニングする。より具体的には、第２絶縁層３６上の窒化シリコン層３０と、貫通孔７０内の窒化シリコン層３０と、側面２２ａ，２２ｂの窒化シリコン層３０と、を除去する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。次に、公知の方法により第２絶縁層３６を除去する。
【００６９】
図１２に示すように、第１単結晶シリコン層２２を覆うように、第３絶縁層３８を成膜する。より具体的には、第１単結晶シリコン層２２上、および第１絶縁層３４上であって第１単結晶シリコン層２２の側方に、第３絶縁層３８を成膜する。第３絶縁層３８は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法により形成される。第３絶縁層３８は、例えば、酸化シリコンからなる層である。
【００７０】
図１３に示すように、第３絶縁層３８をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によってパターニングし、パターニングされた第３絶縁層３８をマスクとして、第１単結晶シリコン層２２をエッチング技術によりパターニングする。これにより、窒化シリコン層３０上に、第１電極４０および第２電極５０の固定部５２を形成することができる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。
【００７１】
図１４に示すように、第１電極４０および固定部５２の側面に、シリコンゲルマニウム層６２をエピタキシャル成長させる。より具体的には、ＬＰＣＶＤ法やＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などによって、シリコンゲルマニウム層６２を横方向エピタキシャル成長（ＥＬＯ）させる。なお、第１電極４０の上面および固定部５２の上面には、第３絶縁層３８が形成されているため、シリコンゲルマニウム層６２は成長されない。
【００７２】
図１５に示すように、第３絶縁層３８を公知の方法により除去した後、固定部５２を覆うように、第４絶縁層３９を形成する。より具体的には、固定部５２上、および第１絶縁層３４上であってシリコンゲルマニウム層６２の側方に第４絶縁層３９を形成する。第４絶縁層３９は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法などにより絶縁層（図示せず）を成膜した後、該絶縁層をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。第４絶縁層３９は、例えば、酸化シリコンからなる層である。
【００７３】
なお、第３絶縁層３８を除去した後であって第４絶縁層３９を形成する前に、第１電極４０および固定部５２に所定の不純物（例えばボロン）をドーピングして、導電性を付与することができる。不純物をドーピングする工程の順番は、特に限定されず、例えば、第３絶縁層３８を成膜する前に（図１２参照）、第１単結晶シリコン層２２にドーピングしてもよい。
【００７４】
次に、第１電極４０上に、シリコンゲルマニウム層６３をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法が挙げられる。シリコンゲルマニウム層６２，６３によって、第１電極４０を覆う第２シリコンゲルマニウム層６４を形成することができる。シリコンゲルマニウム層６２，６３のシリコンとゲルマニウムとの比は、特に限定されないが、例えば、シリコン：ゲルマニウム＝７：３である。シリコンゲルマニウム層６３の厚みによって、第１電極４０と第２電極５０の梁部５４との間隔が決定される。
【００７５】
図１６に示すように、第２シリコンゲルマニウム層６４（シリコンゲルマニウム層６２，６３）および固定部５２を覆うように、第２単結晶シリコン層２４をエピタキシャル成長させる。より具体的には、シリコンゲルマニウム層６３上、固定部５２上、および第１絶縁層３４上であってシリコンゲルマニウム層６２の側方に、第２単結晶シリコン層２４をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法が挙げられる。
【００７６】
なお、第２単結晶シリコン層２４をエピタキシャル成長させた後に、第２単結晶シリコン層２４に所定の不純物（例えばボロン）をドーピングして、導電性を付与することができる。不純物をドーピングする工程の順番は、特に限定されず、例えば、後述する第２電極５０の梁部５４および支持部５６を形成する工程（図１７参照）の後に行ってもよい。
【００７７】
図１７に示すように、第２単結晶シリコン層２４をパターニングして、第２電極５０の梁部５４および支持部５６を形成する。これにより、梁部５４、支持部５６、および固定部５２を有する第２電極５０を形成することができる。
【００７８】
図１に示すように、第２シリコンゲルマニウム層６４（シリコンゲルマニウム層６２，６３）を除去して、梁部５４と第１電極４０との間に空隙を形成する（リリース工程）。例えば、フッ硝酸を用いてリリース工程を行うことができる。
【００７９】
以上の工程により、ＭＥＭＳ振動子１００を製造することができる。
【００８０】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００８１】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、シリコン基板１０の上方に、単結晶シリコン層を第１電極４０および第２電極５０としたＭＥＭＳ振動子１００を形成することができる。
【００８２】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、貫通孔７０にエッチング液またはエッチングガスを通して、シリコン基板１０と第１単結晶シリコン層２２との間（より具体的には、バッファー層２０と第１単結晶シリコン層２２との間）の第１シリコンゲルマニウム層６０を除去することができる。したがって、ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法では、平面視における面積が大きい電極４０，５０を形成する場合であっても、例えば貫通孔７０の数を増やすことにより、バッファー層２０と第１単結晶シリコン層２２との間の第１シリコンゲルマニウム層６０を除去することができる。また、例えば貫通孔７０の数を増やすことにより、第１シリコンゲルマニウム層６０のエッチング時間を短縮することができ、エッチング液によって、第１単結晶シリコン層２２やバッファー層２０などがダメージを受けることを抑制できる。
【００８３】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、第１電極および第２電極の材質が多結晶シリコンである場合に比べて、梁部５４が疲労破壊することを抑制できるＭＥＭＳ振動子１００を形成することができる。
【００８４】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、シリコン基板１０と電極３０，４０との間（より具体的には、バッファー層２０と電極３０，４０との間）に、窒化シリコン層３０を成膜することができる。そのため、リリース工程において、窒化シリコン層３０がエッチングされることがなく、第２電極５０の梁部５４がシリコン基板１０に（より具体的にはバッファー層２０に）くっ付いてしまうこと（プルイン）を抑制できる。例えば、窒化シリコン層３０の代わりに酸化シリコン層を用いた場合は、リリース工程において、酸化シリコン層がエッチングされてしまう場合があり、プルインを抑制できない場合がある。
【００８５】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、シリコン基板１０上にバッファー層２０をエピタキシャル成長させ、バッファー層２０上に第１シリコンゲルマニウム層６０をエピタキシャル成長させることができる。これにより、第１シリコンゲルマニウム層６０の平坦性を向上させることができる（以下に示す実験例参照）。したがって、第１シリコンゲルマニウム層６０上にエピタキシャル成長される第１単結晶シリコン層２２の平坦性を向上させることができ、高い平坦性を有する第１電極４０を形成することができる。例えば、第１電極の平坦性が低く、表面に凹凸がある場合は、梁部が屈曲振動する際に第１電極と梁部とが接触し、第１電極と第２電極とが短絡してしまう可能性がある。
【００８６】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、第１単結晶シリコン層２２に形成された貫通孔７０を塞ぐように、第１単結晶シリコン層２２をエピタキシャル成長させることができる。これにより、貫通孔７０が塞がれない場合に比べて、電極４０，５０の強度を大きくすることができる。
【００８７】
なお、上記には、第１単結晶シリコン層２２に形成された貫通孔７０を、第１単結晶シリコン層２２をエピタキシャル成長させることによって塞ぐ例について説明したが（図９参照）、第１単結晶シリコン層２２に形成された貫通孔７０は、第１単結晶シリコン層２２をエピタキシャル成長させることによって塞がれなくてもよい。この場合、シリコンゲルマニウム層６２をエピタキシャル成長させる工程において（図１４参照）、第１単結晶シリコン層２２（第１電極４０および固定部５２）に形成された貫通孔は、シリコンゲルマニウム層６２により塞がれる場合があるが、シリコンゲルマニウム層６２，６３を除去するリリース工程において（図１参照）、貫通孔内のシリコンゲルマニウム層６２は除去されることができる。その結果、少なくとも第１電極４０に貫通孔が形成されたＭＥＭＳ振動子（図示せず）を形成することができる。
【００８８】
３．  実験例
次に、実験例について説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
【００８９】
実験例１として、単結晶シリコン基板上に、単結晶シリコンからなるバッファー層をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させ、バッファー層上に、単結晶シリコンゲルマニウム（Ｓｉ０．７Ｇｅ０．３）からなるシリコンゲルマニウム層をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。バッファー層の厚みを５ｎｍとし、シリコンゲルマニウム層の厚みを１５ｎｍとした。
【００９０】
実験例２として、単結晶シリコン基板上に、直接、単結晶シリコンゲルマニウム（Ｓｉ０．７Ｇｅ０．３）からなるシリコンゲルマニウム層をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。すなわち、実験例２では、単結晶シリコンからなるバッファー層を形成しなかった。シリコンゲルマニウム層の厚みを１５ｎｍとした。
【００９１】
図１８は、実施例１のＳＥＭ観察結果である。図１９は、実験例２のＳＥＭ観察結果である。図１８および図１９より、実験例１は、実験例２に比べて、シリコンゲルマニウム層の平坦性が高いことがわかった。すなわち、単結晶シリコンからなるバッファー層は、シリコンゲルマニウム層の平坦性を向上させることがわかった。
【００９２】
シリコンゲルマニウム層は、下地の表面（単結晶シリコン基板の表面）状態に敏感であり、異物等が単結晶シリコン基板の表面に付着している場合は、該異物が転写されて、シリコンゲルマニウム層の表面には凹凸が形成されると考えられる（図１９参照）。しかしながら、単結晶シリコンからなるバッファー層は、シリコンゲルマニウム層ほど下地の表面状態に影響されないため、仮に、単結晶シリコン基板の表面に不純物が付着していても、平坦性の高い表面を形成することができる。そのため、バッファー層上のシリコンゲルマニウム層も高い平坦性を有することができると考えられる。
【００９３】
４．  発振器
次に、本実施形態に係る発振器について、図面を参照しながら説明する。図２０は、本実施形態に係る発振器６００を示す回路図である。
【００９４】
発振器６００は、図２０に示すように、例えば、本発明に係るＭＥＭＳ振動子（例えばＭＥＭＳ振動子１００）と、反転増幅回路（回路部）６１０と、を含む。
【００９５】
ＭＥＭＳ振動子１００は、第１電極４０と電気的に接続された第１端子１００ａと、第２電極５０と電気的に接続された第２端子１００ｂと、を有している。ＭＥＭＳ振動子１００の第１端子１００ａは、反転増幅回路６１０の入力端子６１０ａと少なくとも交流的に接続する。ＭＥＭＳ振動子１００の第２端子１００ｂは、反転増幅回路６１０の出力端子６１０ｂと少なくとも交流的に接続する。
【００９６】
図示の例では、反転増幅回路６１０は、１つのインバーターから構成されているが、所望の発振条件が満たされるように、複数のインバーター（反転回路）や増幅回路を組み合わせて構成されていてもよい。
【００９７】
発振器６００は、反転増幅回路６１０に対する帰還抵抗を含んで構成されていてもよい。図２０に示す例では、反転増幅回路６１０の入力端子と出力端子とが抵抗６２０を介して接続されている。
【００９８】
発振器６００は、反転増幅回路６１０の入力端子６１０ａと基準電位（接地電位）との間に接続された第１キャパシター６３０と、反転増幅回路６１０の出力端子６１０ｂと基準電位（接地電位）との間に接続された第２キャパシター６３２と、を含んで構成されている。これにより、ＭＥＭＳ振動子１００とキャパシター６３０，６３２とで共振回路を構成する発振回路とすることができる。発振器６００は、この発振回路で得られた発振信号ｆを出力する。
【００９９】
なお、発振器６００は、図２１に示すように、さらに、分周回路６４０を有していてもよい。分周回路６４０は、発振回路の出力信号Ｖｏｕｔを分周し、発振信号ｆを出力する。これにより、発振器６００は、例えば、出力信号Ｖｏｕｔの周波数よりも低い周波数の出力信号を得ることができる。
【０１００】
発振器６００を構成するトランジスターやキャパシター（図示せず）等は、例えば、基板１０上に（図１参照）形成されていてもよい。これにより、ＭＥＭＳ振動子１００と反転増幅回路６１０をモノリシックに形成することができる。
【０１０１】
発振器６００によれば、上記のとおり梁部５４が疲労破壊することを抑制できるＭＥＭＳ振動子１００を含む。そのため、発振器６００は、高い信頼性を有することができる。
【０１０２】
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１０３】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  基板、１２  基板の面、２０  バッファー層、２２  第１単結晶シリコン層、
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ  側面、２４  第２単結晶シリコン層、
３０  窒化シリコン層、３２  酸化シリコン層、３４  第１絶縁層、３６  第２絶縁層、
３８  第３絶縁層、３９  第４絶縁層、４０  第１電極、５０  第２電極、
５２  固定部、５４  梁部、５６  支持部、６０  第１シリコンゲルマニウム層、
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ  側面、６２  シリコンゲルマニウム層、
６３  シリコンゲルマニウム層、６４  第２シリコンゲルマニウム層、７０  貫通孔、
７２  空洞部、１００  ＭＥＭＳ振動子、１００ａ  第１端子、１００ｂ  第２端子、
６００  発振器、６１０  反転増幅回路、６１０ａ  入力端子、６１０ｂ  出力端子、
６２０  抵抗、６３０  第１キャパシター、６３２  第２キャパシター、
６４０  分周回路
【図１】
0005879955.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005879955.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005879955.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005879955.tif 000017
【図１７】
0005879955.tif 000018
【図２０】
0005879955.tif 000019
【図２１】
0005879955.tif 000020
【図１８】
0005879955.tif 000021
【図１９】
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