(57)【要約】  マイクロメカニカル共振器（１）は、高誘電体基板（２）と、一方端が高誘電体基板（２）に固定された固定端であり、他方端が自由端であるねじり振動体（１１）とを備える。ねじり振動体（１１）は、略円板状の形状であり下面が基板（２）に固定される固定端であり、上面が固定されていない自由端である。固定端端面の円中心と自由端端面の円中心とを結ぶ軸（ねじり振動軸）を中心としてねじり振動をする。これにより、製造容易でかつ高Ｑ値化が図られたマイクロメカニカル共振器が実現できる。
2009104541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高誘電体基板（２）と、
一方端が前記高誘電体基板に固定された固定端であり、他方端が自由端であるねじり振動体（１１）とを備える、マイクロメカニカル共振器。
【請求項２】
前記ねじり振動体は、
前記固定端から前記自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸から所定距離だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部を有し、
前記マイクロメカニカル共振器は、
前記高誘電体基板上に設けられ前記加振部に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極をさらに備える、請求の範囲第１項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項３】
前記ねじり振動体に設けられた前記加振部は、前記自由端端面に形成された加振力を与えるための突起である、請求の範囲第２項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項４】
前記ねじり振動体は、ねじり振動体本体と前記突起とを含んで構成され、
前記ねじり振動体本体は、第１の材料で形成され、
前記ねじり振動体本体の前記自由端端面に形成された突起は、第２の材料で形成され、
前記電極は、
前記高誘電体基板上に固定され、前記第１の材料で形成された脚部と、
前記脚部に接続され前記突起と対向し、前記第２の材料で形成された対向部とを含む、請求の範囲第３項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項５】
前記ねじり振動体に設けられた前記加振部は、前記自由端と前記固定端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための突起である、請求の範囲第２項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項６】
前記電極は、前記高誘電体基板上に固定され前記突起と少なくとも一部分が対向する、請求の範囲第５項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項７】
前記ねじり振動体に設けられた前記加振部は、前記自由端と前記固定端の間の部分の側面部に凹んで形成された加振力を与えるための凹部である、請求の範囲第２項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項８】
前記電極は、前記高誘電体基板上に固定され前記凹部に少なくとも一部分が挿入され前記凹部の内面に対向する、請求の範囲第７項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項９】
前記凹部は、互いに対向する第１、第２の面を含む溝であり、
前記電極の前記凹部に挿入された部分は、前記第２の面よりも前記第１の面に近接している、請求の範囲第８項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項１０】
高誘電体基板（３３２）と、
一方端が前記高誘電体基板に固定された固定端であり、他方端が自由端であるねじり振動体（３４１）とを備え、
前記ねじり振動体は、
前記一方端と他方端を結ぶ軸部（３４２）と、
前記他方端に形成された錘部（３６０）とを含む、マイクロメカニカル共振器。
【請求項１１】
前記錘部は、前記固定端から前記自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸に沿う単位長あたりの質量が前記軸部よりも大きい、請求の範囲第１０項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項１２】
前記ねじり振動体は、
前記固定端から前記自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸から所定距離だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部を有し、
前記マイクロメカニカル共振器は、
前記高誘電体基板上に設けられ前記加振部に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極をさらに備える、請求の範囲第１０項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項１３】
前記ねじり振動体に設けられた前記加振部は、前記自由端と前記固定端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための突起である、請求の範囲第１２項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項１４】
前記電極は、前記高誘電体基板上に固定され前記突起と少なくとも一部分が対向する、請求の範囲第１３項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項１５】
前記ねじり振動体に設けられた前記加振部は、前記自由端と前記固定端の間の部分の側面部に凹んで形成された加振力を与えるための凹部である、請求の範囲第１２項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項１６】
前記電極は、前記高誘電体基板上に固定され前記凹部に少なくとも一部分が挿入され前記凹部の内面に対向する、請求の範囲第１５項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項１７】
前記凹部は、互いに対向する第１、第２の面を含む溝であり、
前記電極の前記凹部に挿入された部分は、前記第２の面よりも前記第１の面に近接している、請求の範囲第１６項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項１８】
第１、第２の高誘電体基板（５３２，５６０）と、
一方端が前記第１の高誘電体基板に固定された第１の固定端であり、他方端が前記第２の高誘電体基板に固定された第２の固定端であるねじり振動体（５４１）とを備える、マイクロメカニカル共振器。
【請求項１９】
前記第１の高誘電体基板は、
前記ねじり振動体の前記一方端が固定される第１の固定面を有し、
前記第２の高誘電体基板は、
前記ねじり振動体の前記他方端が固定される第２の固定面を有し、
前記第１、第２の固定面は、互いに平行かつ対向する、請求の範囲第１８項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項２０】
前記ねじり振動体は、
前記一方端から前記他方端に向かう向きに延伸するねじり振動軸から所定距離だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部を有し、
前記マイクロメカニカル共振器は、
前記第１、第２の高誘電体基板の少なくともいずれかに固定され前記加振部に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極をさらに備える、請求の範囲第１８項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項２１】
前記ねじり振動体に設けられた前記加振部は、前記一方端と前記他方端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための突起である、請求の範囲第２０項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項２２】
前記電極は、前記突起と少なくとも一部分が対向する、請求の範囲第２１項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項２３】
前記ねじり振動体に設けられた前記加振部は、前記一方端と前記他方端の間の部分の側面部に凹んで形成された加振力を与えるための凹部である、請求の範囲第２０項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項２４】
前記電極は、前記凹部に少なくとも一部分が挿入され前記凹部の内面に対向する、請求の範囲第２３項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項２５】
前記凹部は、互いに対向する第１、第２の面を含む溝であり、
前記電極の前記凹部に挿入された部分は、前記第２の面よりも前記第１の面に近接している、請求の範囲第２４項に記載のマイクロメカニカル共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロメカニカル共振器に関し、特に、ねじり振動体を用いて形成されるマイクロメカニカル共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体分野における微細加工技術を利用して、微細な機械構造を電子回路と一体化して形成するＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）技術が開発されており、フィルタや共振器への応用が検討されている。【０００３】
なかでもこのようなＭＥＭＳ技術で作成されたマイクロメカニカル共振器は、リモートキーレスエントリシステム、スペクトラム拡散通信等のＲＦ無線に好適に使用される。このようなＭＥＭＳ技術で作成されたマイクロメカニカル共振器を利用したＭＥＭＳフィルタの一例が特開２００６−４１９１１号公報（特許文献１）に開示されている。【０００４】
また、半導体プロセスと親和性が高いシリコンプロセスを用いたＲＦ−ＭＥＭＳフィルタが、橋村  昭範ら、「ねじり振動を用いたＲＦ−ＭＥＭＳフィルタの開発」，信学技報，社団法人電子情報通信学会発行，ＩＥＩＣＥ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＭＷ２００５−１８５（２００６−３）（非特許文献１）で提案されている。この文献では、小型化と高Ｑ値化の両立にねじり振動モードを利用した共振器が有効であることが紹介されている。
【特許文献１】特開２００６−４１９１１号公報
【非特許文献１】橋村  昭範ら、「ねじり振動を用いたＲＦ−ＭＥＭＳフィルタの開発」，信学技報，社団法人電子情報通信学会発行，ＩＥＩＣＥ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＭＷ２００５−１８５（２００６−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ねじり振動を発生させるための加振力を与える方法や構造、高Ｑ値化を達成するための構造、製造しやすい構造等の点で、上記文献で開示されたＭＥＭＳフィルタは種々の改良の余地がある。たとえば、高Ｑ値とするには、微細な構造とすることが有効であるが微細構造にすればするほど製造は困難となる。また、上記非特許文献１では、レーザで熱することによる膨張によってねじり振動を発生させるが、レーザ素子が必要で共振器が複雑なものとなってしまう。また、高い共振周波数を得るためにもさらなる改善の余地がある。【０００６】
この発明の目的は、製造容易でかつ高Ｑ値化が図られたマイクロメカニカル共振器を提供することである。【０００７】
この発明の他の目的は、製造容易でかつ高Ｑ値化が図られ、高い共振周波数を得ることができるマイクロメカニカル共振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、要約すると、マイクロメカニカル共振器であって、高誘電体基板と、一方端が高誘電体基板に固定された固定端であり、他方端が自由端であるねじり振動体とを備える。【０００９】
好ましくは、ねじり振動体は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸から所定距離だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部を有する。マイクロメカニカル共振器は、高誘電体基板上に設けられ加振部に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極をさらに備える。【００１０】
より好ましくは、ねじり振動体に設けられた加振部は、自由端端面に形成された加振力を与えるための突起である。【００１１】
さらに好ましくは、ねじり振動体は、ねじり振動体本体と突起とを含んで構成される。ねじり振動体本体は、第１の材料で形成される。ねじり振動体本体の自由端端面に形成された突起は、第２の材料で形成される。電極は、高誘電体基板上に固定され、第１の材料で形成された脚部と、脚部に接続され突起と対向し、第２の材料で形成された対向部とを含む。【００１２】
より好ましくは、ねじり振動体に設けられた加振部は、自由端と固定端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための突起である。【００１３】
さらに好ましくは、電極は、高誘電体基板上に固定され突起と少なくとも一部分が対向する。【００１４】
より好ましくは、ねじり振動体に設けられた加振部は、自由端と固定端の間の部分の側面部に凹んで形成された加振力を与えるための凹部である。【００１５】
さらに好ましくは、電極は、高誘電体基板上に固定され凹部に少なくとも一部分が挿入され凹部の内面に対向する。【００１６】
さらに好ましくは、凹部は、互いに対向する第１、第２の面を含む溝である。電極の凹部に挿入された部分は、第２の面よりも第１の面に近接している。【００１７】
この発明は、他の局面に従うと、マイクロメカニカル共振器であって、高誘電体基板と、一方端が高誘電体基板に固定された固定端であり、他方端が自由端であるねじり振動体とを備える。ねじり振動体は、一方端と他方端を結ぶ軸部と、他方端に形成された錘部とを含む。【００１８】
好ましくは、錘部は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸に沿う単位長あたりの質量が軸部よりも大きい。【００１９】
好ましくは、ねじり振動体は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸から所定距離だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部を有する。マイクロメカニカル共振器は、高誘電体基板上に設けられ加振部に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極をさらに備える。【００２０】
より好ましくは、ねじり振動体に設けられた加振部は、自由端と固定端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための突起である。【００２１】
さらに、好ましくは、電極は、高誘電体基板上に固定され突起と少なくとも一部分が対向する。【００２２】
より好ましくは、ねじり振動体に設けられた加振部は、自由端と固定端の間の部分の側面部に凹んで形成された加振力を与えるための凹部である。【００２３】
さらに好ましくは、電極は、高誘電体基板上に固定され凹部に少なくとも一部分が挿入され凹部の内面に対向する。【００２４】
さらに好ましくは、凹部は、互いに対向する第１、第２の面を含む溝であり、電極の凹部に挿入された部分は、第２の面よりも第１の面に近接している。【００２５】
この発明は、さらに他の局面に従うと、マイクロメカニカル共振器であって、第１、第２の高誘電体基板と、一方端が第１の高誘電体基板に固定された第１の固定端であり、他方端が第２の高誘電体基板に固定された第２の固定端であるねじり振動体とを備える。【００２６】
好ましくは、第１の高誘電体基板は、ねじり振動体の一方端が固定される第１の固定面を有する。第２の高誘電体基板は、ねじり振動体の他方端が固定される第２の固定面を有する。第１、第２の固定面は、互いに平行かつ対向する。【００２７】
好ましくは、ねじり振動体は、一方端から他方端に向かう向きに延伸するねじり振動軸から所定距離だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部を有する。マイクロメカニカル共振器は、第１、第２の高誘電体基板の少なくともいずれかに固定され加振部に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極をさらに備える。【００２８】
より好ましくは、ねじり振動体に設けられた加振部は、一方端と他方端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための突起である。【００２９】
さらに好ましくは、電極は、突起と少なくとも一部分が対向する。
より好ましくは、ねじり振動体に設けられた加振部は、一方端と他方端の間の部分の側面部に凹んで形成された加振力を与えるための凹部である。【００３０】
さらに好ましくは、電極は、凹部に少なくとも一部分が挿入され凹部の内面に対向する。【００３１】
さらに好ましくは、凹部は、互いに対向する第１、第２の面を含む溝であり、電極の凹部に挿入された部分は、第２の面よりも第１の面に近接している。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、Ｑ値が高く、製造の容易なマイクロメカニカル共振器を実現することができる。さらに、Ｑ値が高く、高い共振周波数を得ることができるマイクロメカニカル共振器を実現することができる場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態１に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。
【図３】実施の形態１に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
【図４】実施の形態１のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートである。
【図５】図４の工程Ｓ１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
【図６】クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩでの断面図である。
【図８】工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
【図９】工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の断面図である。
【図１０】工程Ｓ５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
【図１１】工程Ｓ６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ７の酸化膜エッチング後の状態を示した平面図である。
【図１２】工程Ｓ６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ７の酸化膜エッチング後の状態を示した断面図である。
【図１３】工程Ｓ８のＣｒ・Ａｕシード層形成処理後の状態を示した平面図である。
【図１４】工程Ｓ８のＣｒ・Ａｕシード層形成処理後の状態を示した断面図である。
【図１５】工程Ｓ９のフォトリソグラフィパターニング処理後の状態を示した平面図である。
【図１６】工程Ｓ９のフォトリソグラフィパターニング処理後の状態を示した断面図である。
【図１７】工程Ｓ１０の金メッキ処理後の状態を示した平面図である。
【図１８】工程Ｓ１０の金メッキ処理後の状態を示した断面図である。
【図１９】工程Ｓ１１のレジスト除去および工程Ｓ１２のＣｒ・Ａｕシード層除去後の状態を示した平面図である。
【図２０】工程Ｓ１１のレジスト除去および工程Ｓ１２のＣｒ・Ａｕシード層除去後の状態を示した断面図である。
【図２１】本実施の形態のＭＥＭＳ共振器の動作を説明するための図である。
【図２２】ねじり振動体の振動の様子を説明するための図である。
【図２３】典型的な片端固定のねじり振動について説明するための図である。
【図２４】ねじり振動における基板からの高さとねじれによる表面変位の関係を示した図である。
【図２５】ねじり振動体の厚みを変化させたときの共振周波数の変化を示した図である。
【図２６】フィルタ回路にＭＥＭＳ共振器を用いる例を示す回路図である。
【図２７】発振回路にＭＥＭＳ共振器を用いる例を示す回路図である。
【図２８】実施の形態２に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
【図２９】実施の形態２に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。
【図３０】実施の形態２に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
【図３１】実施の形態２のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートである。
【図３２】図３１の工程Ｓ１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
【図３３】クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図３４】図３３における断面線での断面図である。
【図３５】工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
【図３６】工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の断面図である。
【図３７】工程Ｓ５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
【図３８】図３１の工程Ｓ６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。
【図３９】実施の形態３に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
【図４０】実施の形態３に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。
【図４１】実施の形態３に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
【図４２】図３１の工程Ｓ１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
【図４３】クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図４４】図４３における断面線での断面図である。
【図４５】工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
【図４６】工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の断面図である。
【図４７】工程Ｓ５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
【図４８】図３１の工程Ｓ６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。
【図４９】実施の形態４に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
【図５０】実施の形態４に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。
【図５１】実施の形態４に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
【図５２】実施の形態４のＭＥＭＳ共振器の製造方法を示したフローチャートである。
【図５３】図５２の工程Ｓ１０１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
【図５４】クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図５５】図５４における断面線での断面図である。
【図５６】工程Ｓ１０３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
【図５７】図５６の断面線における断面図である。
【図５８】工程Ｓ１０５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
【図５９】図５２の工程Ｓ１０６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ１０７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。
【図６０】完成した共振器本体部分の外形を示す斜視図である。
【図６１】図５２の工程Ｓ１１１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
【図６２】クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図６３】図６２における断面線での断面図である。
【図６４】アルミニウム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図６５】図６４における断面線での断面図である。
【図６６】工程Ｓ１１５のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
【図６７】図６６の断面線における断面図である。
【図６８】工程Ｓ１１７のシリコン浅掘エッチング工程後の平面図である。
【図６９】図６８の断面線における断面図である。
【図７０】工程Ｓ１２１のシリコン接合処理後の状態を示した断面図である。
【図７１】図５２の工程Ｓ１２２のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ１２３の酸化膜エッチング処理後の断面図である。
【図７２】典型的な片端固定のねじり振動について説明するための図である。
【図７３】ねじり振動における基板からの高さとねじれによる表面変位の関係を示した図である。
【図７４】ねじり振動体の先端部に錘部を設けた場合と設けない場合の共振周波数の差を示した図である。
【図７５】実施の形態５に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
【図７６】実施の形態５に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。
【図７７】実施の形態５に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
【図７８】実施の形態５の共振器の図５２の工程Ｓ１０１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
【図７９】実施の形態５の共振器のクロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図８０】図７９における断面線での断面図である。
【図８１】実施の形態５の共振器の工程Ｓ１０３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
【図８２】図８１の断面線における断面図である。
【図８３】実施の形態５の共振器の工程Ｓ１０５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
【図８４】実施の形態５の共振器の工程Ｓ１０６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ１０７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。
【図８５】実施の形態５の共振器の完成した共振器本体部分の外形を示す斜視図である。
【図８６】実施の形態５の共振器の工程Ｓ１１１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
【図８７】実施の形態５の共振器のクロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図８８】図８７における断面線での断面図である。
【図８９】実施の形態５の共振器のアルミニウム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図９０】図８９における断面線での断面図である。
【図９１】実施の形態５の共振器の工程Ｓ１１５のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
【図９２】図９１の断面線における断面図である。
【図９３】実施の形態５の共振器の工程Ｓ１１７のシリコン浅掘エッチング工程後の平面図である。
【図９４】図９３の断面線における断面図である。
【図９５】実施の形態５の共振器の工程Ｓ１２１のシリコン接合処理後の状態を示した断面図である。
【図９６】実施の形態５の共振器の工程Ｓ１２２のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ１２３の酸化膜エッチング処理後の断面図である。
【図９７】実施の形態６に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
【図９８】実施の形態６に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
【図９９】図９８の断面線ＸＣＩＸ−ＸＣＩＸにおける断面図である。
【図１００】実施の形態６のＭＥＭＳ共振器の製造方法を示したフローチャートである。
【図１０１】図１００の工程Ｓ２０１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
【図１０２】クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図１０３】図１０２における断面線での断面図である。
【図１０４】工程Ｓ２０３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
【図１０５】図１０４の断面線における断面図である。
【図１０６】工程Ｓ２０５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
【図１０７】図１００の工程Ｓ２０６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ２０７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。
【図１０８】完成した共振器本体部分の外形を示す斜視図である。
【図１０９】図１００の工程Ｓ２０８の処理後の断面図である。
【図１１０】典型的な片端固定のねじり振動について説明するための図である。
【図１１１】ねじり振動における基板からの高さとねじれによる表面変位の関係を示した図である。
【図１１２】ねじり振動体の先端部が自由端である場合と固定端である場合の共振周波数の差を示した図である。
【図１１３】実施の形態７に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
【図１１４】実施の形態７に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
【図１１５】図１１４の断面線ＣＸＶ−ＣＸＶにおける断面図である。
【図１１６】実施の形態７の共振器の図１００の工程Ｓ２０１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
【図１１７】実施の形態７の共振器のクロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図１１８】図１１７における断面線での断面図である。
【図１１９】実施の形態７の共振器の工程Ｓ２０３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
【図１２０】図１１９の断面線における断面図である。
【図１２１】実施の形態７の共振器の工程Ｓ２０５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
【図１２２】実施の形態７の共振器の工程Ｓ２０６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ２０７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。
【図１２３】実施の形態７の共振器の完成した共振器本体部分の外形を示す斜視図である。
【図１２４】実施の形態７における図１００の工程Ｓ２０８の処理後の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，１３０，２００，３３０，４００，５３０，６００  マイクロメカニカル共振器、２，１０２，１３２，２０２，３３２，４０２，５３２，５６０，６０２，６３０  基板、３  脚部、４，６，８，１３４，１３８，２０４，２０８，３３４，３３８，４０４，４０８，５３４，５３８，６０４，６０８  電極、５，１５２  電極対向部、１１，１４１，１５４，２１１，３４１，４１１，５４１，６１１  ねじり振動体、１２，１４２，２１２，５４２，６１２  ねじり振動体本体、１４，１４４，２１４，３４４，４１４，５４４，６１４  加振部、１０４，１０８，１０８Ａ，１０８Ｂ，３０４，３０８，３２４，３２８，５０４，５０８  単結晶シリコン層、１０６，３０６，３２６，５０６  絶縁層、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，３１０，３２９，５１０  クロムパターン、１１４，３１４，５１４，５１５  高誘電体基板、１１６  シード層、１１８，１２０  レジスト層、１２２  金メッキ層、１６２，１６４，Ｃ１，ＣＬ１，ＣＬ２，Ｃｐ  コンデンサ、１６８，１７０，１７２  ＭＥＭＳ共振器、３０２，３２２，５０２  ＳＯＩ基板、３３１  アルミニウムパターン、３４２，４１２  軸部、３６０，４３０  錘部、ＩＮＶ１，ＩＮＶ２  インバータ、Ｌ  コイル、Ｒ，Ｒｄ，Ｒｆ，Ｒｐ  抵抗、ＴＩ  入力端子、ＴＯ  出力端子、ＶＤＤ  電源ノード、Ｖｐ  直流電圧源。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下において、同一または相当要素には同一符号を付してその説明は繰返さない。【００３６】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。【００３７】
図２は、実施の形態１に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。
図３は、実施の形態１に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。【００３８】
図１〜図３を参照して、マイクロメカニカル共振器１は、高誘電体基板２と、一方端が高誘電体基板２に固定された固定端であり、他方端が自由端であるねじり振動体１１とを備える。【００３９】
図１〜図３に示した例では、ねじり振動体１１は、略円板状（高さの低い略円柱状）の形状であり下面が基板２に固定される固定端であり、上面が固定されていない自由端である。後に略図を使用して説明するが固定端端面の円中心と自由端端面の円中心とを結ぶ軸（ねじり振動軸）を中心としてねじり振動をする。【００４０】
ねじり振動体１１は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸（すなわち略円形の端面の中心）から所定距離ｄ１だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部１４，１６，１８，２０を有する。所定距離ｄ１は、ねじり振動体端面の外縁から中心までの距離より小さい所定の距離である。中心からずれた位置に加振力を加えることにより、ねじり振動体にねじり振動を発生させることができる。マイクロメカニカル共振器１は、高誘電体基板２上に設けられ加振部１４，１６，１８，２０に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極４，６，８，１０をさらに備える。【００４１】
ねじり振動体１１に設けられた加振部１４，１６，１８，２０は、自由端端面に形成された加振力を与えるための突起である。【００４２】
さらに好ましくは、ねじり振動体１１は、ねじり振動体本体１２と突起（加振部１４，１６，１８，２０）とを含んで構成される。ねじり振動体本体１２は、第１の材料（たとえば単結晶シリコン）で形成される。ねじり振動体本体の自由端端面に形成された突起は、第２の材料（金メッキ）で形成される。電極４は、高誘電体基板２上に固定され、第１の材料（たとえば単結晶シリコン）で形成された脚部３と、脚部３に接続され突起と対向し、第２の材料（金メッキ）で形成された対向部５とを含む。【００４３】
なお、高誘電体基板２は、たとえばガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【００４４】
電極４の脚部３は、高誘電体基板２に固定された面からねじり振動体本体１２の上端面と同じ高さまでの部分であり、ねじり振動体本体１２と同じ材料で形成される。また電極４の対向部５はねじり振動体本体１２の上端面と同じ高さから上の部分であり、先端の側面が、加振部１４に対向している。【００４５】
図１〜図３では、電極や加振部の突起を説明するためにこれらの部分が拡大された図となっているが、実際の寸法は、たとえば、平面図で略円状の振動体本体１２の直径が１００μｍに対して加振部は５μｍ×３μｍであり、電極は１０μｍ×３μｍである。また加振部と電極との間のギャップは１μｍである。また側面図において、高誘電体基板２の厚さは５００μｍ、振動体本体１２の厚さは１０μｍ、振動体本体１２の幅は１００μｍ、電極４の外側から電極８の外側までの距離は１１０μｍである。【００４６】
図４は、実施の形態１のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートである。【００４７】
図５は、図４の工程Ｓ１の処理直後の基板の断面図である。
図４、図５を参照して、まず工程Ｓ１において、基板１０２に金属クロム膜を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。近年電気・電子機器の高性能化や小型携帯化が進むにつれて、従来の半導体デバイス材料であるバルクウェーハよりも高速、かつ低消費電力が期待できる新技術のウェーハ、すなわちＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）ウェーハが入手しやすくなってきている。【００４８】
基板１０２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８の間に絶縁層１０６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。はり合わせ法で得られるＳＯＩウェーハは、２枚のシリコンウェーハの一方、あるいは、両方を熱酸化により表面に所望の厚みの酸化膜を形成した後にはり合わせ、熱処理によりはり合わせ強度を上げた後、片側から研削と研磨などにより薄膜化を行って、所望の厚みの第２の単結晶シリコン層１０８を残すものである。以下、第２の単結晶シリコン層１０８を活性層とも呼ぶ。はり合わせ法は、活性層（第２の単結晶シリコン層１０８）、絶縁層１０６の膜厚の自由度が高いという点で、より好ましい。【００４９】
第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８、絶縁層１０６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、１０μｍ、１μｍである。【００５０】
続いて、工程Ｓ２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図６は、クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【００５１】
図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩでの断面図である。
図６、図７を参照して、単結晶シリコン層１０８上に、クロム層が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン１１０Ａ〜１１０Ｅが形成される。このフォトリソグラフィ工程には、レジストコート、プリベーク、ガラスマスク等を用いた露光、現像・リンス、ポストベーク、エッチングによるパターン成形の各工程が含まれる。クロムパターン１１０Ａは、図１のねじり振動体本体に対応する領域に形成され、クロムパターン１１０Ｂ〜１１０Ｅは、図１の電極４，６，８，１０の脚部にそれぞれ対応する領域に形成されている。【００５２】
再び図４を参照して、工程Ｓ２のクロム層のパターニングの後には、工程Ｓ３においてクロム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。【００５３】
図８は、工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
図９は、工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の断面図である。【００５４】
図８、図９を参照して、クロムパターンが存在していない部分では、単結晶シリコン層１０８が絶縁層１０６に到達するまで、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ：Inductive  Coupled  Plasma-Reactive  Ion  Etching）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば１０μｍである。図８に示すように、クロムパターン以外の部分は絶縁層１０６が露出した状態となる。【００５５】
その後図４の工程Ｓ４においてマスクとして使用していたクロムパターンを除去する。そして、工程Ｓ５において活性層の表面にガラス基板等の高誘電体基板１１４を接合する。【００５６】
図１０は、工程Ｓ５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
図１０においては、図５、図７，図９とは上下が逆転して示されている。高誘電体基板１１４は、ガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【００５７】
高誘電体基板１１４の表面は平坦であるので、図１０においてエッチングされて残った活性層の凸部のみが高誘電体基板１１４と接合される。接合は、たとえば、ガラスとシリコンとを加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。【００５８】
さらに、図４の工程Ｓ６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ７の酸化膜エッチングによって、単結晶シリコン層１０４と絶縁層１０６とが除去される。【００５９】
図１１は、工程Ｓ６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ７の酸化膜エッチング後の状態を示した平面図である。【００６０】
図１２は、工程Ｓ６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ７の酸化膜エッチング後の状態を示した断面図である。【００６１】
図１１、図１２に示すように、工程Ｓ６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ７の酸化膜エッチング後では、単結晶シリコン層１０８Ａ〜１０８Ｅが高誘電体基板上に接合された状態として残る。単結晶シリコン層１０８Ａは、図１のねじり振動体本体１２に相当する部分である。単結晶シリコン層１０８Ｂ〜１０８Ｅは、図１の電極の脚部３に相当する部分である。【００６２】
続いて、図４の工程Ｓ８のＣｒ・Ａｕシード層形成処理が行われる。
図１３は、工程Ｓ８のＣｒ・Ａｕシード層形成処理後の状態を示した平面図である。【００６３】
図１４は、工程Ｓ８のＣｒ・Ａｕシード層形成処理後の状態を示した断面図である。
図１３、図１４を参照して、高誘電体基板１１４の露出部と単結晶シリコン層１０８Ａ〜１０８Ｅの表面には、クロム層と金メッキのシード層となるＡｕシード層が順次形成（以下単にＣｒ・Ａｕシード層と略す）され、その上に電解メッキにより金メッキ層が形成される。【００６４】
その後、図４の工程Ｓ９のフォトリソグラフィパターニングが２段階に分けて行われる。【００６５】
図１５は、工程Ｓ９のフォトリソグラフィパターニング処理後の状態を示した平面図である。【００６６】
図１６は、工程Ｓ９のフォトリソグラフィパターニング処理後の状態を示した断面図である。【００６７】
図１５、図１６を参照して、まず、レジスト層１１８が塗布されパターニングされる。レジスト層１１８は、フォトリソグラフィ工程によって、電極の脚部（図１の脚部３など）とねじり振動体の加振部（図１の加振部１４など）に相当する部分が除去される。その上にレジスト層１２０が塗布され、電極の対向部（図１の対向部５など）とねじり振動体の加振部（図１の加振部１４など）に相当する部分が除去される。【００６８】
その後、図４の工程Ｓ１０の金メッキが行われる。
図１７は、工程Ｓ１０の金メッキ処理後の状態を示した平面図である。【００６９】
図１８は、工程Ｓ１０の金メッキ処理後の状態を示した断面図である。
図１７、図１８を参照して、金メッキ層がレジスト層１２０の上面までの厚み分形成される。図１８を見ると、単結晶シリコン層１０８Ａ（ねじり振動体本体部分）と金メッキ層１２２との間には、Ｃｒ・Ａｕシード層１１６とレジスト層１１８とが介在しているこれらの層が犠牲層となって、ねじり振動体本体から電極の対向部が浮いた状態が工程Ｓ１１，Ｓ１２によって形成される。たとえば、電解メッキにより金メッキ層の厚みを２μｍとすることができる。【００７０】
図１９は、工程Ｓ１１のレジスト除去および工程Ｓ１２のＣｒ・Ａｕシード層除去後の状態を示した平面図である。【００７１】
図２０は、工程Ｓ１１のレジスト除去および工程Ｓ１２のＣｒ・Ａｕシード層除去後の状態を示した断面図である。【００７２】
図１９、図２０において、高誘電体基板１１４上に単結晶シリコンおよび金メッキで形成された共振器が完成した状態が示される。図１のねじり振動体１１について説明すると、単結晶シリコン層１０８Ａ上には、加振部１４，１６，１８，２０である金メッキ層１２２が一体化されている。また、図１の電極４について説明すると、単結晶シリコン層１０８Ｂの上にはシード層１１６が介在するが、やはり対向部５である金メッキ層１２２が一体化されている。他の電極６，８，１０についても同様に脚部である単結晶シリコン層上に対向部である金メッキ層が一体化されている。【００７３】
図２１は、本実施の形態のＭＥＭＳ共振器の動作を説明するための図である。なお、図２１で説明するＭＥＭＳ共振器の動作は、以降の各実施の形態について共通するものである。【００７４】
図２１を参照して、４つの電極の対向部１５２には高周波電源から交流電圧ＶＩが印加される。ねじり振動体１５４にはコイルＬを介して主電圧電源から主電圧ＶＰが印加される。すると、ねじり振動体の加振部と電極対向部１５２との間に交番静電気力が発生し、その静電気力によってねじり振動体が高誘電体基板に直交するねじり振動軸の周りにねじり振動する。このねじり振動体のねじり振動により、ねじり振動体と電極との間の静電容量が変化し、キャパシタＣを経由して、一方端が接地された抵抗Ｒの他方端からその静電容量の変化が高周波信号ＶＯとして出力される。【００７５】
図２２は、ねじり振動体の振動の様子を説明するための図である。【００７６】
図２２を参照して、本願発明者が行った振動シミュレーションでは、共振周波数１３３ＭＨｚにおいて共振が確認された。そして共振状態では、ある瞬間ねじれ共振体本体が矢印Ａ１に示す向きにねじれているときは、加振部１４，１６，１８，２０は、矢印Ａ１と逆向きの矢印Ａ２に示す向きに変形することがコンピュータを使用したモード解析によって判明した。【００７７】
図２３は、典型的な片端固定のねじり振動について説明するための図である。
図２４は、ねじり振動における基板からの高さとねじれによる表面変位の関係を示した図である。【００７８】
図２３、図２４を参照して、固定端端面が基板に固定された状態で自由端端面に加振力を加えると、自由端端面付近で側面の表面変位（振動の最大振幅に相当する）が最大となる。そして、高さ位置がゼロに近づくにつれて変位は減少する。【００７９】
ここで、ねじり振動体を、図２３に示した細長棒状ではなく、図２，図３に示したように幅に比べて高さを低くした円柱（円板状）とすることで、Ｑ値を高くし、高周波用途に好適な共振器を得ることができる。【００８０】
図２５は、ねじり振動体の厚みを変化させたときの共振周波数の変化を示した図である。【００８１】
図２５においてねじり振動体の厚みは、振動体を固定する基板からの高さに相当する。コンピュータシミュレーションによると、厚みが５μｍであるとき、共振周波数は２７２ＭＨｚであり、厚みが１０μｍであるとき、共振周波数は１３６ＭＨｚであり、厚みが２０μｍであるとき、共振周波数は６８ＭＨｚであった。このように厚さを変えることによって、共振周波数を選択することができる。一方、このような円板形状のねじり振動では、円板の直径は多少変化しても共振周波数は同じであることも判明した。【００８２】
ここで、この厚みはＳＯＩウェーハの場合、活性層である単結晶シリコンの厚さで決定される。したがって、厚みは精度よく決めることが可能である。一方、円板の直径は、半導体プロセスにおけるエッチングの精度で決定される。したがって厚みほどは精度よく決定するのは難しく、また、精度を上げるには高額な設備が必要となりプロセスコストが増大する。【００８３】
一般に、共振ビームをビームと直角方向に振動させる片持ち梁または両持ち梁の形のＭＥＭＳ共振器は、高い共振周波数を得るには微細構造にすればするほど有利となる。したがって、エッチングの精度が問題となる。また、ねじり振動を利用するものであってもねじり軸がシリコンウェーハの面と平行な方向に延びるものでは、やはり共振周波数を正確に定めるにはエッチングの精度が問題となる。エッチングの精度を高めるには、高額なフォトマスク、露光装置、エッチング装置などの設備投資が必要である。【００８４】
これらに比べ、本実施の形態で図１等で例示した円板型のねじり共振体では、エッチングの精度があまり必要でないので、同程度の周波数精度を達成するのにプロセスコストが安くて済むという利点がある。【００８５】
図２６は、フィルタ回路にＭＥＭＳ共振器を用いる例を示す回路図である。なお、図２６で説明する回路図は、以降の各実施の形態について共通して適用できるものである。【００８６】
図２６を参照して、このフィルタ回路は、入力端子ＴＩと出力端子ＴＯとの間に直列に接続されたコンデンサ１６２，１６４，１６６と、コンデンサ１６２，１６４の接続ノードと接地ノードとの間に接続されたＭＥＭＳ共振器１６８と、コンデンサ１６４，１６６の接続ノードと接地ノードとの間に接続されたＭＥＭＳ共振器１７０とを含む。このようなフィルタ回路のＭＥＭＳ共振器１６８，１７０に本実施の形態のマイクロメカニカル共振器を使用することができる。【００８７】
図２７は、発振回路にＭＥＭＳ共振器を用いる例を示す回路図である。なお、図２７で説明する回路図は、以降の各実施の形態について共通して適用できるものである。【００８８】
図２７を参照して、この発振回路は、電源ノードＶＤＤから電源電位の供給を受けるインバータＩＮＶ１とインバータＩＮＶ１の出力を入力に受けるインバータＩＮＶ２とを含む。インバータＩＮＶ２の出力からは、この発振回路の出力信号が出力される。【００８９】
この発振回路は、さらに、一方端が接地され他方端がインバータＩＮＶ１の入力に接続されたコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１と並列接続される可変容量コンデンサＣＬ１と、負極が接地された直流電圧源Ｖｐと、直流電圧源Ｖｐの正極に一方端が接続された抵抗Ｒｐと、抵抗Ｒｐの他方端とインバータＩＮＶ１の入力との間に接続されたコンデンサＣｐと、インバータＩＮＶ１の出力と接地との間に直列に接続された抵抗ＲｄおよびコンデンサＣＬ２と、抵抗ＲｄおよびコンデンサＣＬ２の接続ノードと抵抗Ｒｐの他方端との間に接続されたＭＥＭＳ共振器１７２とを含む。【００９０】
この発振回路は、さらに、インバータＩＮＶ１の入力と出力とを接続する帰還抵抗Ｒｆを含む。【００９１】
インバータＩＮＶ１の出力がＭＥＭＳ共振器１７２を含んで構成されるフィルタによって入力に帰還され、特定の共振周波数の成分が増幅され回路が発振する。【００９２】
このような発振回路のＭＥＭＳ共振器１７２に本実施の形態のマイクロメカニカル共振器を使用することができる。【００９３】
［実施の形態２］
実施の形態１では、ねじり振動体の自由端端面に加振部を形成した例を紹介した。実施の形態２においては、ねじり振動体の側面に加振部を形成する例を説明する。【００９４】
図２８は、実施の形態２に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
図２９は、実施の形態２に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。【００９５】
図３０は、実施の形態２に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
図２８〜図３０を参照して、マイクロメカニカル共振器１３０は、高誘電体基板１３２と、一方端が高誘電体基板１３２に固定された固定端であり、他方端が自由端であるねじり振動体１４１とを備える。【００９６】
図２８〜図３０に示した例では、ねじり振動体１４１は、略円板状（高さの低い略円柱）の形状であり下面が基板１３２に固定される固定端であり、上面が固定されていない自由端である。図２３、図２４を使用して説明したように、ねじり振動体１４１は、固定端端面の円中心と自由端端面の円中心とを結ぶ軸（ねじり振動軸）を中心としてねじり振動をする。【００９７】
ねじり振動体１４１は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸（すなわち端面の中心）から所定距離ｄ２だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部１４４，１４６，１４８，１５０を有する。所定距離ｄ２は、ねじり振動体の本体である略円柱の外縁から中心までの距離以下の所定の距離である。マイクロメカニカル共振器１３０は、高誘電体基板１３２上に設けられ加振部１４４，１４６，１４８，１５０に対してそれぞれ静電気力を及ぼすための対向部を有する電極１３４，１３６，１３８，１４０をさらに備える。【００９８】
ねじり振動体１４１に設けられた加振部１４４，１４６，１４８，１５０は、円板状（高さの低い円柱）のねじり振動体本体１４２の側面に形成された加振力を与えるための突起である。言い換えると、ねじり振動体１４１に設けられた加振部１４４，１４６，１４８，１５０は、自由端と固定端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための突起である。【００９９】
さらに好ましくは、電極１３４，１３６，１３８，１４０の各々は、高誘電体基板１３２上に固定され、それぞれ突起である加振部１４４，１４６，１４８，１５０と少なくとも一部分が対向する。【０１００】
さらに好ましくは、ねじり振動体１４１は、ねじり振動体本体１４２と突起（加振部１４４，１４６，１４８，１５０）とを含んで構成される。ねじり振動体本体１４２と突起とはともに、第１の材料（たとえば単結晶シリコン）で形成される。電極１３４，１３６，１３８，１４０の各々は、高誘電体基板１３２上に固定され、第１の材料（たとえば単結晶シリコン）で形成される。【０１０１】
なお、高誘電体基板１３２は、たとえばガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０１０２】
図２８〜図３０では、電極や加振部の突起を説明するためにこれらの部分が拡大された図となっているが、実際の寸法は、たとえば、平面図で略円状の振動体本体１４２の直径が１００μｍに対して加振部は５μｍ×５μｍであり、電極は４μｍ×５μｍである。また加振部と電極との間のギャップは１μｍである。また側面図において、高誘電体基板１３２の厚さは５００μｍ、振動体本体１４２の厚さは１０μｍ、振動体本体１４２の幅は１００μｍ、電極１３４の外側から電極１３８の外側までの距離は１１０μｍである。【０１０３】
図３１は、実施の形態２のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートである。なお、このフローチャートは図４のフローチャートの工程Ｓ１〜Ｓ６のみを抜き出したものである。したがって、図４で示したフローチャートよりも工程が短縮されており、製造時間およびコストが低減されるという利点がある。【０１０４】
図３２は、図３１の工程Ｓ１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
図３１、図３２を参照して、まず工程Ｓ１において、ＳＯＩ基板に金属クロム膜を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。【０１０５】
基板１０２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８の間に絶縁層１０６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。【０１０６】
第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８、絶縁層１０６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、１０μｍ、１μｍである。【０１０７】
続いて、工程Ｓ２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図３３は、クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【０１０８】
図３４は、図３３における断面線での断面図である。
図３３、図３４を参照して、単結晶シリコン層１０８上に、クロム層が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン１１０が形成される。クロムパターン１１０は、図２８のねじり振動体１４１に対応する領域と、図２８の電極１３４，１３６，１３８，１４０に対応する領域にそれぞれ形成されている。【０１０９】
再び図３１を参照して、工程Ｓ２のクロム層のパターニングの後には、工程Ｓ３においてクロム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。【０１１０】
図３５は、工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
図３６は、工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の断面図である。【０１１１】
図３５、図３６を参照して、クロムパターンが存在していない部分では、単結晶シリコン層１０８が絶縁層１０６に到達するまで、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば１０μｍである。図３５に示すように、クロムパターン以外の部分は絶縁層１０６が露出した状態となる。【０１１２】
その後図３１の工程Ｓ４においてマスクとして使用していたクロムパターンを除去する。そして、工程Ｓ５において活性層の表面にガラス基板等の高誘電体基板を接合する。【０１１３】
図３７は、工程Ｓ５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
図３７においては、図３２、図３４，図３６とは上下が逆転して示されている。高誘電体基板１１４は、ガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０１１４】
高誘電体基板１１４の表面は平坦であるので、図３７において活性層がエッチングされずに残った凸部のみが高誘電体基板１１４と接合される。接合は、たとえば、ガラスとシリコンとを加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。【０１１５】
図３８は、図３１の工程Ｓ６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。【０１１６】
図３８に示したように、単結晶シリコン層１０４と絶縁層１０６とが除去されると、実施の形態２における共振器の形成工程は終了する。【０１１７】
このような共振器でも同様に高Ｑ値を実現することができ、また、実施の形態１に比べて製造工程がさらに短縮される。【０１１８】
［実施の形態３］
実施の形態２では、ねじり振動体の側面に加振部を形成した例を紹介した。実施の形態３においては、ねじり振動体の側面に加振部を形成する他の例を説明する。【０１１９】
図３９は、実施の形態３に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
図４０は、実施の形態３に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。【０１２０】
図４１は、実施の形態３に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
図３９〜図４１を参照して、マイクロメカニカル共振器２００は、高誘電体基板２０２と、一方端が高誘電体基板２０２に固定された固定端であり、他方端が自由端であるねじり振動体２１１とを備える。【０１２１】
図３９〜図４１に示した例では、ねじり振動体２１１は、略円板状の形状であり下面が基板２０２に固定される固定端であり、上面が固定されていない自由端である。図２３、図２４を使用して説明したように、ねじり振動体２１１は、略円形の固定端端面の円中心と自由端端面の円中心とを結ぶ軸（ねじり振動軸）を中心としてねじり振動をする。【０１２２】
ねじり振動体２１１は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸（すなわち略円形端面の中心）から所定距離ｄ３だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部２１４，２１６，２１８，２２０を有する。所定距離ｄ３は、ねじり振動体が略円柱であるときは、その円柱の外縁から中心までの距離より小さい所定の距離である。マイクロメカニカル共振器２００は、高誘電体基板２０２上に設けられ加振部２１４，２１６，２１８，２２０に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極２０４，２０６，２０８，２１０をさらに備える。【０１２３】
ねじり振動体２１１に設けられた加振部２１４，２１６，２１８，２２０は、自由端と固定端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための凹部である。言い換えると、ねじり振動体２１１に設けられた加振部２１４，２１６，２１８，２２０は、自由端と固定端の間の部分の側面部に凹んで形成された加振力を与えるための凹部である。【０１２４】
さらに好ましくは、電極２０４，２０６，２０８，２１０は、高誘電体基板２０２上に固定され凹部に少なくとも一部分が挿入され凹部の内面に対向する。【０１２５】
図３９〜図４１では、電極や加振部の凹部を説明するためにこれらの部分が拡大された図となっているが、実際の寸法は、たとえば、以下のとおりである。【０１２６】
振動体本体２１２および電極２０４，２０６，２０８，２１０の高誘電体基板２０２からの高さはともに１０μｍである。振動体本体２１２は直径１００μｍの略円板状であり、電極２０４の外側から他の電極２０８の外側までの距離は１１０μｍである。そして電極は略半分が凹部に挿入されている。【０１２７】
さらに好ましくは、凹部は、互いに対向する第１、第２の面を含む溝である。電極の凹部に挿入された部分は、第２の面よりも第１の面に近接している。【０１２８】
具体的には、凹部は、平面図である図４０に示されるように振動体本体側面から幅７μｍ、深さ５μｍの溝状の凹部である。そして電極は幅３μｍの長方形状である。電極の一方の面と凹部とのギャップは１μｍであり、電極の反対側の面と凹部とのギャップは３μｍである。【０１２９】
なお、高誘電体基板２０２は、たとえばガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０１３０】
実施の形態３の製造方法を示すフローチャートは、図３１に示した実施の形態２のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートと同じである。実施の形態３の共振器も図４で示したフローチャートよりも工程が短縮された工程で製造することができ、製造時間およびコストが低減されるという利点がある。【０１３１】
図４２は、図３１の工程Ｓ１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
図３１、図４２を参照して、まず工程Ｓ１において、ＳＯＩ基板に金属クロム膜を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。【０１３２】
基板１０２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８の間に絶縁層１０６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。【０１３３】
第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８、絶縁層１０６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、１０μｍ、１μｍである。【０１３４】
続いて、工程Ｓ２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図４３は、クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【０１３５】
図４４は、図４３における断面線での断面図である。
図４３、図４４を参照して、単結晶シリコン層１０８上に、クロム層が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン１１０が形成される。クロムパターン１１０は、図３９のねじり振動体２１１に対応する領域と、図３９の電極２０４，２０６，２０８，２１０に対応する領域にそれぞれ形成されている。【０１３６】
再び図３１を参照して、工程Ｓ２のクロム層のパターニングの後には、工程Ｓ３においてクロム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。【０１３７】
図４５は、工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
図４６は、工程Ｓ３のシリコン深掘エッチング工程後の断面図である。【０１３８】
図４５、図４６を参照して、クロムパターンが存在していない部分では、単結晶シリコン層１０８が絶縁層１０６に到達するまで、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば１０μｍである。図４５に示すように、クロムパターン以外の部分は絶縁層１０６が露出した状態となる。【０１３９】
その後図３１の工程Ｓ４においてマスクとして使用していたクロムパターンを除去する。そして、工程Ｓ５において活性層の表面にガラス基板等の高誘電体基板を接合する。【０１４０】
図４７は、工程Ｓ５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
図４７においては、図４２、図４４，図４６とは上下が逆転して示されている。高誘電体基板１１４は、ガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０１４１】
高誘電体基板１１４の表面は平坦であるので、図４７において活性層がエッチングされずに残った凸部のみが高誘電体基板１１４と接合される。接合は、たとえば、ガラスとシリコンとを加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。【０１４２】
図４８は、図３１の工程Ｓ６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。【０１４３】
図４８に示したように、単結晶シリコン層１０４と絶縁層１０６とが除去されると、実施の形態３における共振器の形成工程は終了する。【０１４４】
このような共振器でも同様に高Ｑ値を実現することができ、製造工程がさらに短縮される。【０１４５】
［実施の形態４］
実施の形態４では、ねじり振動体の側面に加振部を形成し、自由端に錘をつけた例を説明する。【０１４６】
図４９は、実施の形態４に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
図５０は、実施の形態４に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。【０１４７】
図５１は、実施の形態４に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
図４９〜図５１を参照して、マイクロメカニカル共振器３３０は、高誘電体基板３３２と、一方端が高誘電体基板３３２に固定された固定端であり、他方端が自由端であるねじり振動体３４１とを備える。ねじり振動体３４１は、一方端と他方端を結ぶ軸部３４２と、他方端に形成された錘部３６０とを含む。【０１４８】
好ましくは、錘部３６０は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸に沿う単位長あたりの質量が軸部３４２よりも大きい。【０１４９】
図４９〜図５１に示した例では、ねじり振動体３４１は、略円板状（高さの低い略円柱）の軸部と錘部とを積層した形状であり下面が基板３３２に固定される固定端であり、上面が固定されていない自由端である。ねじり振動体３４１は、固定端端面の円中心と自由端端面の円中心とを結ぶ軸（ねじり振動軸）を中心としてねじり振動をする。【０１５０】
ねじり振動体３４１は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸（すなわち端面の中心）から所定距離ｄ１だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部３４４，３４６，３４８，３５０を有する。所定距離ｄ１は、ねじり振動体の本体である略円柱の外縁から中心までの距離以下の所定の距離である。マイクロメカニカル共振器３３０は、高誘電体基板３３２上に設けられ加振部３４４，３４６，３４８，３５０に対してそれぞれ静電気力を及ぼすための対向部を有する電極３３４，３３６，３３８，３４０をさらに備える。【０１５１】
ねじり振動体３４１に設けられた加振部３４４，３４６，３４８，３５０は、円板状（高さの低い円柱）の軸部３４２の側面に形成された加振力を与えるための突起である。言い換えると、ねじり振動体３４１に設けられた加振部３４４，３４６，３４８，３５０は、自由端と固定端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための突起である。【０１５２】
さらに好ましくは、電極３３４，３３６，３３８，３４０の各々は、高誘電体基板３３２上に固定され、それぞれ突起である加振部３４４，３４６，３４８，３５０と少なくとも一部分が対向する。【０１５３】
さらに好ましくは、ねじり振動体３４１は、軸部３４２と突起（加振部３４４，３４６，３４８，３５０）とを含んで構成される。軸部３４２と突起とはともに、第１の材料（たとえば単結晶シリコン）で形成される。電極３３４，３３６，３３８，３４０の各々は、高誘電体基板３３２上に固定され、第１の材料（たとえば単結晶シリコン）で形成される。なお、第１の材料は単結晶シリコンに限定されるものではなく、半導体プロセスを用いて構造を形成することが可能な材料であればどのようなものであってもよい。【０１５４】
固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸に沿う単位長あたりの質量を軸部３４２よりも大きくするために、錘部３６０を同じ第１の材料（たとえば単結晶シリコン）で形成する場合には、ねじり振動軸に直交する錘部３６０の断面積を軸部３４２の断面積よりも大きくする。なお、必ずしも錘部３６０の断面積を軸部３４２の断面積よりも大きくする必要はなく、錘部３６０を軸部３４２よりも密度の大きい材料（たとえば金など）で形成してもよい。【０１５５】
高誘電体基板３３２は、たとえばガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０１５６】
図４９〜図５１では、電極や加振部の突起を説明するためにこれらの部分が拡大された図となっているが、実際の寸法は、たとえば、平面図で略円状の軸部３４２の直径が１００μｍに対して加振部は５μｍ×５μｍであり、電極は４μｍ×５μｍである。また加振部と電極との間のギャップは１μｍである。また側面図において、高誘電体基板３３２の厚さは５００μｍ、振動体の軸部３４２の厚さは１０μｍ、錘部３６０の厚さは、３０μｍ、振動体の軸部３４２の幅は１００μｍ、電極３３４の外側から電極３３８の外側までの距離は１１０μｍ、錘部３６０の幅は、２００μｍである。【０１５７】
図５２は、実施の形態４のＭＥＭＳ共振器の製造方法を示したフローチャートである。
図５２の工程Ｓ１０１〜Ｓ１０７において実施の形態４における共振器本体部分（ねじり振動体の軸部と電極）が形成され、工程Ｓ１１１〜Ｓ１１８においてねじり振動体の自由端先端部に設ける錘部が形成され、工程Ｓ１２１〜Ｓ１２４において軸部と錘部とが接合される。【０１５８】
図５３は、図５２の工程Ｓ１０１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
図５２、図５３を参照して、まず工程Ｓ１０１において、ＳＯＩ基板３０２上に金属クロム膜３１０を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。【０１５９】
近年電気・電子機器の高性能化や小型携帯化が進むにつれて、従来の半導体デバイス材料であるバルクウェーハよりも高速、かつ低消費電力が期待できる新技術のウェーハ、すなわちＳＯＩウェーハが入手しやすくなってきている。【０１６０】
基板３０２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層３０４，３０８の間に絶縁層３０６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。はり合わせ法で得られるＳＯＩウェーハは、２枚のシリコンウェーハの一方、あるいは、両方を熱酸化により表面に所望の厚みの酸化膜を形成した後にはり合わせ、熱処理によりはり合わせ強度を上げた後、片側から研削と研磨などにより薄膜化を行って、所望の厚みの第２の単結晶シリコン層３０８を残すものである。以下、第２の単結晶シリコン層３０８を活性層とも呼ぶ。はり合わせ法は、活性層（第２の単結晶シリコン層３０８）、絶縁層３０６の膜厚の自由度が高いという点で、より好ましい。【０１６１】
第１、第２の単結晶シリコン層３０４，３０８、絶縁層３０６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、１０μｍ、１μｍである。【０１６２】
続いて、工程Ｓ１０２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図５４は、クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【０１６３】
図５５は、図５４における断面線での断面図である。
図５４、図５５を参照して、単結晶シリコン層３０８上に、クロム層が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン３１０が形成される。このフォトリソグラフィ工程には、レジストコート、プリベーク、ガラスマスク等を用いた露光、現像・リンス、ポストベーク、エッチングによるパターン成形の各工程が含まれる。クロムパターン３１０は、図４９〜図５１のねじり振動体の軸部３４２に対応する領域と、電極３３４，３３６，３３８，３４０に対応する領域にそれぞれ形成されている。【０１６４】
再び図５２を参照して、工程Ｓ１０２のクロム層のパターニングの後には、工程Ｓ１０３においてクロム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。【０１６５】
図５６は、工程Ｓ１０３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
図５７は、図５６の断面線における断面図である。【０１６６】
図５６、図５７を参照して、クロムパターンが存在していない部分では、単結晶シリコン層３０８が絶縁層３０６に到達するまで、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば１０μｍである。図５６に示すように、クロムパターン以外の部分は絶縁層３０６が露出した状態となる。【０１６７】
その後図５２の工程Ｓ１０４においてマスクとして使用していたクロムパターンを除去する。そして、工程Ｓ１０５において活性層の表面にガラス基板等の高誘電体基板を接合する。【０１６８】
図５８は、工程Ｓ１０５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
図５８においては、図５３、図５５、図５７とは上下が逆転して示されている。高誘電体基板３１４は、ガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０１６９】
高誘電体基板３１４の表面は平坦であるので、活性層がエッチングされずに残った凸部のみが図５８において高誘電体基板３１４と接合される。接合は、たとえば、ガラスとシリコンとを加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。【０１７０】
さらに、図５２の工程Ｓ１０６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ１０７の酸化膜エッチングによって、単結晶シリコン層３０４と絶縁層３０６とが除去される。【０１７１】
図５９は、図５２の工程Ｓ１０６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ１０７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。【０１７２】
図５９に示したように、単結晶シリコン層３０４と絶縁層３０６とが除去されると、実施の形態４における共振器本体部分（ねじり振動体の軸部と電極）の形成は完了する。【０１７３】
図６０は、完成した共振器本体部分の外形を示す斜視図である。なお、共振器本体部分の形状は、図４９〜図５１において軸部３４２および電極の説明として説明済みであるのでここでは説明は繰返さない。【０１７４】
再び図５２を参照して、軸部の形成の後または軸部の形成に並行してねじり振動体の自由端先端部に設ける錘部の形成が工程Ｓ１１１〜Ｓ１１８において行われる。【０１７５】
図６１は、図５２の工程Ｓ１１１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
図５２、図６１を参照して、まず工程Ｓ１１１において、ＳＯＩ基板３２２に金属クロム膜３２９を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。【０１７６】
基板３２２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層３２４，３２８の間に絶縁層３２６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。【０１７７】
第１、第２の単結晶シリコン層３２４，３２８、絶縁層３２６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、３０μｍ、１μｍである。【０１７８】
続いて、工程Ｓ１１２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図６２は、クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【０１７９】
図６３は、図６２における断面線での断面図である。
図６２、図６３を参照して、単結晶シリコン層３２８上に、クロム層が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン３２９が形成される。クロムパターン３２９は、図４９〜図５１のねじり振動体３４１に対応する領域に形成されている。【０１８０】
再び図５２を参照して、工程Ｓ１１２のクロム層のパターニングの後には、工程Ｓ１１３においてクロムパターン３２９の上から金属アルミニウム膜３３１を蒸着で１０００オングストロームの膜厚で形成する。【０１８１】
続いて、工程Ｓ１１４においてアルミニウム層のパターニングが行なわれる。
図６４は、アルミニウム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【０１８２】
図６５は、図６４における断面線での断面図である。
図６４、図６５を参照して、アルミニウム層が１０００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってアルミニウムパターン３３１が形成される。アルミニウムパターン３３１は、図４９〜図５１の錘部３６０に対応する領域に形成されている。【０１８３】
再び図５２を参照して、工程Ｓ１１４のアルミニウム層のパターニングの後には、工程Ｓ１１５においてアルミニウム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。【０１８４】
図６６は、工程Ｓ１１５のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
図６７は、図６６の断面線における断面図である。【０１８５】
図６６、図６７を参照して、クロムパターンが存在していない部分では、単結晶シリコン層３２８が絶縁層３２６に到達するまで、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば３０μｍである。図６６に示すように、アルミニウムパターン３３１以外の部分は絶縁層３２６が露出した状態となる。【０１８６】
その後図５２の工程Ｓ１１６においてマスクとして使用していたアルミニウムパターンを除去する。工程Ｓ１１６のアルミニウムパターン除去の後には、工程Ｓ１１７においてクロム層をマスクとして、シリコン浅掘エッチング（２μｍ）が行なわれる。【０１８７】
図６８は、工程Ｓ１１７のシリコン浅掘エッチング工程後の平面図である。
図６９は、図６８の断面線における断面図である。【０１８８】
図６８、図６９を参照して、クロムパターンが存在していない部分では、単結晶シリコン層３２８が、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、たとえば２μｍの深さである。【０１８９】
その後図５２の工程Ｓ１１８においてマスクとして使用していたクロムパターンを除去する。以上で、ねじり共振体の自由端先端部に設ける錘部の形成が完了する。続いて図５２の工程Ｓ１２１〜Ｓ１２４において軸部と錘部とが接合される。【０１９０】
図７０は、工程Ｓ１２１のシリコン接合処理後の状態を示した断面図である。
図７０においては、図６１、図６３、図６５、図６７、図６９とは上下が逆転して示されている。工程Ｓ１２１において、単結晶シリコン層３０８と単結晶シリコン層３２８とが接合される。接合は、たとえば、表面活性化接合等を用いることができる。【０１９１】
図７１は、図５２の工程Ｓ１２２のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ１２３の酸化膜エッチング処理後の断面図である。【０１９２】
図７１に示したように、単結晶シリコン層３２４と絶縁層３２６とが除去されると、実施の形態４のＭＥＭＳ共振器の形成は完了する。【０１９３】
図７２は、典型的な片端固定のねじり振動について説明するための図である。
図７３は、ねじり振動における基板からの高さとねじれによる表面変位の関係を示した図である。【０１９４】
図７２、図７３を参照して、固定端端面が基板に固定された状態で自由端端面に加振力を加えると、通常の形状であれば自由端端面付近で側面の表面変位（振動の最大振幅に相当する）が最大となるが、先端部に錘部が形成されているのでその部分の共振周波数は軸部とは異なる。したがって軸部の共振周波数では錘部はあまり振動せず錘部の変位は小さくなる。【０１９５】
ここで、ねじり振動体を、図７２に示した細長棒状ではなく、図５０、図５１に示したように幅に比べて高さを低くした円柱（円板状）とすることで、Ｑ値を高くし、高周波用途に好適な共振器を得ることができる。【０１９６】
さらに、先端部に錘部を形成することで、共振周波数を高くすることができる。したがって、高周波用途より一層好適な共振器を得ることができる。【０１９７】
図７４は、ねじり振動体の先端部に錘部を設けた場合と設けない場合の共振周波数の差を示した図である。【０１９８】
図７４においてねじり振動体の厚みは、振動体を固定する基板からの高さに相当する。コンピュータシミュレーションによると、厚みが１０μｍであるときの錘部なしの共振器の共振周波数は１３６ＭＨｚであり、厚みが１０μｍであるときの錘部有りのときの共振周波数は２３２ＭＨｚであった。【０１９９】
このように先端部に錘部も設けることによって、共振周波数を高くすることができる。なお、このような円板形状のねじり振動では、円板の直径は多少変化しても共振周波数は同じであり、厚さに依存することも判明した。【０２００】
ここで、この厚みはＳＯＩウェーハの場合、活性層である単結晶シリコンの厚さで決定される。したがって、厚みは精度よく決めることが可能である。一方、円板の直径は、半導体プロセスにおけるエッチングの精度で決定される。したがって厚みほどは精度よく決定するのは難しく、また、精度を上げるには高額な設備が必要となりプロセスコストが増大する。【０２０１】
一般に、共振ビームをビームと直角方向に振動させる片持ち梁または両持ち梁の形のＭＥＭＳ共振器は、高い共振周波数を得るには微細構造にすればするほど有利となる。したがって、エッチングの精度が問題となる。また、ねじり振動を利用するものであってもねじり軸がシリコンウェーハの面と平行な方向に延びるものでは、やはり共振周波数を正確に定めるにはエッチングの精度が問題となる。エッチングの精度を高めるには、高額なフォトマスク、露光装置、エッチング装置などの設備投資が必要である。【０２０２】
これらに比べ、本実施の形態で図４９等で例示した円板型のねじり共振体では、エッチングの精度があまり必要でないので、同程度の周波数精度を達成するのにプロセスコストが安くて済むという利点がある。【０２０３】
［実施の形態５］
実施の形態４では、ねじり振動体の側面に加振部を形成した例を紹介した。実施の形態５においては、ねじり振動体の側面に加振部を形成する他の例を説明する。【０２０４】
図７５は、実施の形態５に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
図７６は、実施の形態５に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。【０２０５】
図７７は、実施の形態５に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。
図７５〜図７７を参照して、マイクロメカニカル共振器４００は、高誘電体基板４０２と、一方端が高誘電体基板４０２に固定された固定端であり、他方端が自由端であるねじり振動体４１１とを備える。ねじり振動体４１１は、一方端と他方端を結ぶ軸部４１２と、他方端に形成された錘部４３０とを含む。【０２０６】
好ましくは、錘部４３０は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸に沿う単位長あたりの質量が軸部４１２よりも大きい。【０２０７】
図７５〜図７７に示した例では、ねじり振動体４１１は、略円板状の形状であり下面が基板４０２に固定される固定端であり、上面が固定されていない自由端である。図７２、図７３を使用して説明したように、ねじり振動体４１１は、略円形の固定端端面の円中心と自由端端面の円中心とを結ぶ軸（ねじり振動軸）を中心としてねじり振動をする。【０２０８】
ねじり振動体４１１は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸（すなわち略円形端面の中心）から所定距離ｄ２だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部４１４，４１６，４１８，４２０を有する。所定距離ｄ２は、ねじり振動体が略円柱であるときは、その円柱の外縁から中心までの距離より小さい所定の距離である。マイクロメカニカル共振器４００は、高誘電体基板４０２上に設けられ加振部４１４，４１６，４１８，４２０に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極４０４，４０６，４０８，４１０をさらに備える。【０２０９】
ねじり振動体４１１に設けられた加振部４１４，４１６，４１８，４２０は、自由端と固定端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための凹部である。言い換えると、ねじり振動体４１１に設けられた加振部４１４，４１６，４１８，４２０は、自由端と固定端の間の部分の側面部に凹んで形成された加振力を与えるための凹部である。【０２１０】
さらに好ましくは、電極４０４，４０６，４０８，４１０は、高誘電体基板４０２上に固定され凹部に少なくとも一部分が挿入され凹部の内面に対向する。【０２１１】
図７５〜図７７では、電極や加振部の凹部を説明するためにこれらの部分が拡大された図となっているが、実際の寸法は、たとえば、以下のとおりである。【０２１２】
図７７の側面図に示されるように、振動体の軸部４１２および電極４０４，４０６，４０８，４１０の高誘電体基板４０２からの高さすなわち厚さはともに１０μｍである。これに対し、錘部４３０の厚さは、３０μｍである。振動体の軸部４１２は直径１００μｍの略円板状であり、電極４０４の外側から他の電極４０８の外側までの距離は１１０μｍ、錘部４３０の幅は、２００μｍである。そして電極は略半分が凹部に挿入されている。【０２１３】
さらに好ましくは、凹部は、互いに対向する第１、第２の面を含む溝である。電極の凹部に挿入された部分は、第２の面よりも第１の面に近接している。【０２１４】
具体的には、凹部は、平面図である図７６に示されるように振動体軸部側面から幅７μｍ、深さ５μｍの溝状の凹部である。そして電極は幅３μｍの長方形状である。電極の一方の面と凹部とのギャップは１μｍであり、電極の反対側の面と凹部とのギャップは３μｍである。【０２１５】
なお、高誘電体基板４０２は、たとえばガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０２１６】
実施の形態５の製造方法を示すフローチャートは、図５２に示した実施の形態４のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートと同じであるので、以下再び図５２を参照しつつ説明を行なう。【０２１７】
図７８は、実施の形態５の共振器の図５２の工程Ｓ１０１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。【０２１８】
図５２、図７８を参照して、まず工程Ｓ１０１において、ＳＯＩ基板に金属クロム膜を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。【０２１９】
基板３０２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層３０４，３０８の間に絶縁層３０６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。【０２２０】
第１、第２の単結晶シリコン層３０４，３０８、絶縁層３０６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、１０μｍ、１μｍである。【０２２１】
続いて、工程Ｓ１０２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図７９は、実施の形態５の共振器のクロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【０２２２】
図８０は、図７９における断面線での断面図である。
図７９、図８０を参照して、単結晶シリコン層３０８上に、クロム層が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン３１０が形成される。クロムパターン３１０は、図７５のねじり振動体の軸部４１２に対応する領域と、図７５の電極４０４，４０６，４０８，４１０に対応する領域にそれぞれ形成されている。【０２２３】
再び図５２を参照して、工程Ｓ１０２のクロム層のパターニングの後には、工程Ｓ１０３においてクロム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。【０２２４】
図８１は、実施の形態５の共振器の工程Ｓ１０３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。【０２２５】
図８２は、図８１の断面線における断面図である。
図８１、図８２を参照して、クロムパターンが存在していない部分では、単結晶シリコン層３０８が絶縁層３０６に到達するまで、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば１０μｍである。図８１に示すように、クロムパターン以外の部分は絶縁層３０６が露出した状態となる。【０２２６】
その後図５２の工程Ｓ１０４においてマスクとして使用していたクロムパターンを除去する。そして、工程Ｓ１０５において活性層の表面にガラス基板等の高誘電体基板を接合する。【０２２７】
図８３は、実施の形態５の共振器の工程Ｓ１０５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。【０２２８】
図８３においては、図７８、図８０、図８２とは上下が逆転して示されている。高誘電体基板３１４は、ガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０２２９】
高誘電体基板３１４の表面は平坦であるので、図８２において活性層がエッチングされずに残った凸部のみが高誘電体基板３１４と接合される。接合は、たとえば、ガラスとシリコンとを加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。【０２３０】
図８４は、実施の形態５の共振器の工程Ｓ１０６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ１０７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。【０２３１】
図８４に示したように、単結晶シリコン層３０４と絶縁層３０６とが除去されると、実施の形態５における共振器本体部分の形成工程は終了する。【０２３２】
図８５は、実施の形態５の共振器の完成した共振器本体部分の外形を示す斜視図である。なお、共振器本体部分の形状は、図７５〜図７７において軸部４１２および電極の説明として説明済みであるのでここでは説明は繰返さない。【０２３３】
再び図５２を参照して、軸部の形成の後または軸部の形成に並行してねじり振動体の自由端先端部に設ける錘部の形成が工程Ｓ１１１〜Ｓ１１８において行われる。【０２３４】
図８６は、実施の形態５の共振器の工程Ｓ１１１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。【０２３５】
図５２、図８６を参照して、まず工程Ｓ１１１において、ＳＯＩ基板３２２に金属クロム膜３２９を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。【０２３６】
基板３２２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層３２４，３２８の間に絶縁層３２６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。【０２３７】
第１、第２の単結晶シリコン層３２４，３２８、絶縁層３２６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、３０μｍ、１μｍである。【０２３８】
続いて、工程Ｓ１１２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図８７は、実施の形態５の共振器のクロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【０２３９】
図８８は、図８７における断面線での断面図である。
図８７、図８８を参照して、単結晶シリコン層３０８上に、クロム層が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン３２９が形成される。クロムパターン３２９は、図７５〜図７７のねじり振動体の軸部４１２に対応する領域に形成されている。【０２４０】
再び図５２を参照して、工程Ｓ１１２のクロム層のパターニングの後には、工程Ｓ１１３においてクロムパターン３２９の上から金属アルミニウム膜３３１を蒸着で１０００オングストロームの膜厚で形成する。【０２４１】
続いて、工程Ｓ１１４においてアルミニウム層のパターニングが行なわれる。
図８９は、実施の形態５の共振器のアルミニウム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【０２４２】
図９０は、図８９における断面線での断面図である。
図８９、図９０を参照して、アルミニウム層が１０００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってアルミニウムパターン３３１が形成される。アルミニウムパターン３３１は、図７５〜図７７の錘部４３０に対応する領域に形成されている。【０２４３】
再び図５２を参照して、工程Ｓ１１４のアルミニウム層のパターニングの後には、工程Ｓ１１５においてアルミニウム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。【０２４４】
図９１は、実施の形態５の共振器の工程Ｓ１１５のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。【０２４５】
図９２は、図９１の断面線における断面図である。
図９１、図９２を参照して、クロムパターンが存在していない部分では、単結晶シリコン層３２８が絶縁層３２６に到達するまで、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば３０μｍである。図９１に示すように、アルミニウムパターン３３１以外の部分は絶縁層３２６が露出した状態となる。【０２４６】
その後図５２の工程Ｓ１１６においてマスクとして使用していたアルミニウムパターンを除去する。工程Ｓ１１６のアルミニウムパターン除去の後には、工程Ｓ１１７においてクロム層をマスクとして、シリコン浅掘エッチング（２μｍ）が行なわれる。【０２４７】
図９３は、実施の形態５の共振器の工程Ｓ１１７のシリコン浅掘エッチング工程後の平面図である。【０２４８】
図９４は、図９３の断面線における断面図である。
図９３、図９４を参照して、クロムパターンが存在していない部分では、単結晶シリコン層３２８が、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、たとえば２μｍの深さである。【０２４９】
その後図５２の工程Ｓ１１８においてマスクとして使用していたクロムパターンを除去する。以上で、ねじり共振体の自由端先端部に設ける錘部の形成が完了する。続いて図５２の工程Ｓ１２１〜Ｓ１２４において軸部と錘部とが接合される。【０２５０】
図９５は、実施の形態５の共振器の工程Ｓ１２１のシリコン接合処理後の状態を示した断面図である。【０２５１】
図９５においては、図８６、図８８、図９０、図９２、図９４とは上下が逆転して示されている。工程Ｓ１２１において、単結晶シリコン層３０８と単結晶シリコン層３２８とが接合される。接合は、たとえば、表面活性化接合等を用いることができる。【０２５２】
図９６は、実施の形態５の共振器の工程Ｓ１２２のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ１２３の酸化膜エッチング処理後の断面図である。【０２５３】
図９６に示したように、単結晶シリコン層３２４と絶縁層３２６とが除去されると、実施の形態５のＭＥＭＳ共振器の形成は完了する。【０２５４】
このような共振器でも同様に高Ｑ値、高共振周波数を実現することができる。
以上説明したように、本実施の形態のマイクロメカニカル共振器は、軸部の先端に錘部を設けるので、共振周波数が異なる錘部が軸部に対して擬似的な固定端として作用するので共振周波数を高周波化することができる。また錘部の重量を変えることで周波数を変えることができる。【０２５５】
［実施の形態６］
実施の形態６では、両端が固定端のねじり振動体の側面に加振部を形成する例について説明する。【０２５６】
図９７は、実施の形態６に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
図９８は、実施の形態６に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。【０２５７】
図９９は、図９８の断面線ＸＣＩＸ−ＸＣＩＸにおける断面図である。
図９７〜図９９を参照して、マイクロメカニカル共振器５３０は、第１、第２の高誘電体基板５３２，５６０と、一方端が第１の高誘電体基板５３２に固定された第１の固定端であり、他方端が第２の高誘電体基板５６０に固定された第２の固定端であるねじり振動体５４１とを備える。【０２５８】
第１の高誘電体基板５３２は、ねじり振動体５４１の一方端が固定される第１の固定面を有する。第２の高誘電体基板５６０は、ねじり振動体５４１の他方端が固定される第２の固定面を有する。第１、第２の固定面は、互いに平行かつ対向する。【０２５９】
図９７〜図９９に示した例では、ねじり振動体５４１は、略円板状（高さの低い略円柱）の形状であり下面が基板５３２に固定される固定端であり、上面が基板５６０に固定される固定端である。ねじり振動体５４１は、上側固定端端面の円中心と下側固定端端面の円中心とを結ぶ軸（ねじり振動軸）を中心としてねじり振動をする。図９７においてねじり振動軸は、基板５３２，５６０に直交する軸である。【０２６０】
ねじり振動体５４１は、一方端から他方端に向かう向きに延伸するねじり振動軸から所定距離ｄ１だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部５４４，５４６，５４８，５５０を有する。所定距離ｄ１は、ねじり振動体の本体である略円柱の端面の円の外縁から中心までの距離以下の所定の距離である。【０２６１】
マイクロメカニカル共振器５３０は、第１、第２の高誘電体基板５３２，５６０の少なくともいずれかに固定され加振部５４４，５４６，５４８，５５０に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極５３４，５３６，５３８，５４０をさらに備える。【０２６２】
より好ましくは、ねじり振動体５４１に設けられた加振部５４４，５４６，５４８，５５０は、円板状（高さの低い円柱）の振動体本体５４２の一方端と他方端の間の部分の側面部に形成された加振力を与えるための突起である。【０２６３】
さらに好ましくは、電極５３４，５３６，５３８，５４０は、加振部５４４，５４６，５４８，５５０である突起と少なくとも一部分が対向する。【０２６４】
さらに好ましくは、ねじり振動体５４１は、振動体本体５４２と突起（加振部５４４，５４６，５４８，５５０）とを含んで構成される。振動体本体５４２と突起とはともに、第１の材料（たとえば単結晶シリコン）で形成される。電極５３４，５３６，５３８，５４０の各々は、高誘電体基板５３２上に固定され、第１の材料（たとえば単結晶シリコン）で形成される。なお、第１の材料は単結晶シリコンに限定されるものではなく、半導体プロセスを用いて構造を形成することが可能な材料であればどのようなものであってもよい。【０２６５】
高誘電体基板５３２，５６０は、たとえばガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。また、高誘電体基板５３２，５６０として、これらの材料を組合せて用いても良い。【０２６６】
図９７〜図９９では、電極や加振部の突起を説明するためにこれらの部分が拡大された図となっているが、実際の寸法は、たとえば、平面図で略円状の振動体本体５４２の直径が１００μｍに対して加振部５４４，５４６，５４８，５５０は各々５μｍ×５μｍであり、電極５３４，５３６，５３８，５４０は各々４μｍ×５μｍである。また加振部と電極との間のギャップは１μｍである。また側面図において、高誘電体基板５３２，５６０の厚さは５００μｍ、ねじり振動体の振動体本体５４２の厚さは１０μｍ、振動体の振動体本体５４２の幅は１００μｍ、電極５３４の外側から電極５３８の外側までの距離は１１０μｍである。【０２６７】
図１００は、実施の形態６のＭＥＭＳ共振器の製造方法を示したフローチャートである。【０２６８】
図１００の工程Ｓ２０１〜Ｓ２０７において実施の形態６における共振器本体部分（ねじり振動体の本体と電極）が形成され、工程Ｓ２０８において共振器本体部分と上側の基板とが接合される。【０２６９】
図１０１は、図１００の工程Ｓ２０１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。
図１００、図１０１を参照して、まず工程Ｓ２０１において、ＳＯＩ基板５０２上に金属クロム膜５１０を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。【０２７０】
近年電気・電子機器の高性能化や小型携帯化が進むにつれて、従来の半導体デバイス材料であるバルクウェーハよりも高速、かつ低消費電力が期待できる新技術のウェーハ、すなわちＳＯＩウェーハが入手しやすくなってきている。【０２７１】
基板５０２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層５０４，５０８の間に絶縁層５０６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。はり合わせ法で得られるＳＯＩウェーハは、２枚のシリコンウェーハの一方、あるいは、両方を熱酸化により表面に所望の厚みの酸化膜を形成した後にはり合わせ、熱処理によりはり合わせ強度を上げた後、片側から研削と研磨などにより薄膜化を行って、所望の厚みの第２の単結晶シリコン層５０８を残すものである。以下、第２の単結晶シリコン層５０８を活性層とも呼ぶ。はり合わせ法は、活性層（第２の単結晶シリコン層５０８）、絶縁層５０６の膜厚の自由度が高いという点で、より好ましい。【０２７２】
第１、第２の単結晶シリコン層５０４，５０８、絶縁層５０６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、１０μｍ、１μｍである。【０２７３】
続いて、工程Ｓ２０２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図１０２は、クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【０２７４】
図１０３は、図１０２における断面線での断面図である。
図１０２、図１０３を参照して、単結晶シリコン層５０８上に、クロム層が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン５１０が形成される。このフォトリソグラフィ工程には、レジストコート、プリベーク、ガラスマスク等を用いた露光、現像・リンス、ポストベーク、エッチングによるパターン成形の各工程が含まれる。クロムパターン５１０は、図９７〜図９９のねじり振動体の振動体本体５４２に対応する領域と、電極５３４，５３６，５３８，５４０に対応する領域にそれぞれ形成されている。【０２７５】
再び図１００を参照して、工程Ｓ２０２のクロム層のパターニングの後には、工程Ｓ６０３においてクロム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。【０２７６】
図１０４は、工程Ｓ２０３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。
図１０５は、図１０４の断面線における断面図である。【０２７７】
図１０４、図１０５を参照して、クロムパターンが存在していない部分では、単結晶シリコン層５０８が絶縁層５０６に到達するまで、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば１０μｍである。図１０４に示すように、クロムパターン以外の部分は絶縁層５０６が露出した状態となる。【０２７８】
その後図１００の工程Ｓ２０４においてマスクとして使用していたクロムパターン５１０を除去する。そして、工程Ｓ２０５において活性層の表面にガラス基板等の高誘電体基板を接合する。【０２７９】
図１０６は、工程Ｓ２０５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。
図１０６においては、図１０１、図１０３，図１０５とは上下が逆転して示されている。高誘電体基板５１４は、ガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０２８０】
高誘電体基板５１４の表面は平坦であるので、活性層がエッチングされずに残った凸部のみが図１０６において高誘電体基板５１４と接合される。接合は、たとえば、ガラスとシリコンとを加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。【０２８１】
さらに、図１００の工程Ｓ２０６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ２０７の酸化膜エッチングによって、単結晶シリコン層５０４と絶縁層５０６とが除去される。【０２８２】
図１０７は、図１００の工程Ｓ２０６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ２０７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。【０２８３】
図１０７に示したように、単結晶シリコン層５０４と絶縁層５０６とが除去されると、実施の形態６における共振器本体部分の形成は完了する。【０２８４】
図１０８は、完成した共振器本体部分の外形を示す斜視図である。なお、共振器本体部分の形状は、図９７〜図９９において振動体本体５４２、加振部５４４，５４６，５４８，５５０および電極５３４，５３６，５３８，５４０の説明として説明済みであるのでここでは説明は繰返さない。【０２８５】
再び図１００を参照して、共振器本体の上部に基板を接合するために、シリコン−ガラス基板接合が実行される。【０２８６】
図１０９は、図１００の工程Ｓ２０８の処理後の断面図である。
工程Ｓ２０８において、単結晶シリコン層５０８と高誘電体基板５１５とが接合される。接合は、たとえば、加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。この接合が完了すると実施の形態６のＭＥＭＳ共振器の形成は完了する。【０２８７】
図１１０は、典型的な片端固定のねじり振動について説明するための図である。
図１１１は、ねじり振動における基板からの高さとねじれによる表面変位の関係を示した図である。【０２８８】
図１１０、図１１１を参照して、固定端端面が基板に固定された状態で自由端端面に加振力を加えると、通常の形状であれば自由端端面付近で側面の表面変位（振動の最大振幅に相当する）がＬ１に示すように最大となる。一方本実施の形態では、先端部も基板に固定されている。この場合高さ０．５ＨのところでＬ２に示すように表面変位が最大となる。【０２８９】
ここで、ねじり振動体を、図１１０に示した細長棒状ではなく、図９８，図９９に示したように幅に比べて高さを低くした円柱（円板状）とすることで、Ｑ値を高くし、高周波用途に好適な共振器を得ることができる。【０２９０】
さらに、下側の基板に固定するだけではなく、上側の先端部も上部基板に固定する。すなわち２枚の基板で挟むように固定することで、共振周波数を高くすることができる。したがって、高周波用途より一層好適な共振器を得ることができる。【０２９１】
図１１２は、ねじり振動体の先端部が自由端である場合と固定端である場合の共振周波数の差を示した図である。【０２９２】
図１１２においてねじり振動体の厚みは、振動体を固定する基板からの高さに相当する。コンピュータシミュレーションによると、厚みが１０μｍであるときの片端自由端の共振器の共振周波数は１３６ＭＨｚであり、厚みが１０μｍであるときの両端固定端のときの共振周波数は２７１ＭＨｚであった。【０２９３】
このように先端部も基板に固定することによって、共振周波数を高くすることができる。なお、このような円板形状のねじり振動では、円板の直径は多少変化しても共振周波数は同じであり、厚さに依存することも判明した。【０２９４】
ここで、この厚みはＳＯＩウェーハの場合、活性層である単結晶シリコンの厚さで決定される。したがって、厚みは精度よく決めることが可能である。一方、円板の直径は、半導体プロセスにおけるエッチングの精度で決定される。したがって厚みほどは精度よく決定するのは難しく、また、精度を上げるには高額な設備が必要となりプロセスコストが増大する。【０２９５】
一般に、共振ビームをビームと直角方向に振動させる片持ち梁または両持ち梁の形のＭＥＭＳ共振器は、高い共振周波数を得るには微細構造にすればするほど有利となる。したがって、エッチングの精度が問題となる。また、ねじり振動を利用するものであってもねじり軸がシリコンウェーハの面と平行な方向に延びるものでは、やはり共振周波数を正確に定めるにはエッチングの精度が問題となる。エッチングの精度を高めるには、高額なフォトマスク、露光装置、エッチング装置などの設備投資が必要である。【０２９６】
これらに比べ、本実施の形態で図９７等で例示した円板型のねじり共振体では、エッチングの精度があまり必要でないので、同程度の周波数精度を達成するのにプロセスコストが安くて済むという利点がある。【０２９７】
［実施の形態７］
実施の形態６では、ねじり振動体の側面に加振部を形成した例を紹介した。実施の形態７においては、ねじり振動体の側面に加振部を形成する他の例を説明する。【０２９８】
図１１３は、実施の形態７に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
図１１４は、実施の形態７に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す側面図である。【０２９９】
図１１５は、図１１４の断面線ＣＸＶ−ＣＸＶにおける断面図である。
図１１３〜図１１５を参照して、マイクロメカニカル共振器６００は、第１、第２の高誘電体基板６０２，６３０と、一方端が第１の高誘電体基板６０２に固定された第１の固定端であり、他方端が第２の高誘電体基板６３０に固定された第２の固定端であるねじり振動体６１１とを備える。【０３００】
第１の高誘電体基板６０２は、ねじり振動体６１１の一方端が固定される第１の固定面を有する。第２の高誘電体基板６３０は、ねじり振動体６１１の他方端が固定される第２の固定面を有する。第１、第２の固定面は、互いに平行かつ対向する。【０３０１】
図１１３〜図１１５に示した例では、ねじり振動体６１１は、略円板状の形状であり下面が基板６０２に固定される固定端であり、上面が基板６３０に固定される固定端である。図１１０、図１１１を使用して説明したように、ねじり振動体６１１は、略円形の固定端端面の円中心と自由端端面の円中心とを結ぶ軸（ねじり振動軸）を中心としてねじり振動をする。【０３０２】
ねじり振動体６１１は、固定端から自由端に向かう向きに延伸するねじり振動軸（すなわち略円形端面の中心）から所定距離ｄ２だけ離れた位置に設けられた加振力を作用させる加振部６１４，６１６，６１８，６２０を有する。所定距離ｄ２は、ねじり振動体が略円柱であるときは、その端面の円の外縁から中心までの距離より小さい所定の距離である。マイクロメカニカル共振器６００は、高誘電体基板６０２上に設けられ加振部６１４，６１６，６１８，６２０に対して静電気力を及ぼすための対向部を有する電極６０４，６０６，６０８，６１０をさらに備える。【０３０３】
ねじり振動体６１１に設けられた加振部６１４，６１６，６１８，６２０は、一方端と他方端の間の部分の側面部に凹んで形成された加振力を与えるための凹部である。言い換えると、ねじり振動体６１１に設けられた加振部６１４，６１６，６１８，６２０は、一方の固定端と他方の固定端の間の部分の側面部に凹んで形成された加振力を与えるための凹部である。【０３０４】
電極６０４，６０６，６０８，６１０は、加振部６１４，６１６，６１８，６２０である凹部に少なくとも一部分が挿入され凹部の内面に対向する。【０３０５】
図１１３〜図１１５では、電極や加振部の凹部を説明するためにこれらの部分が拡大された図となっているが、実際の寸法は、たとえば、以下のとおりである。【０３０６】
図１１４の側面図に示されるように、振動体の振動体本体６１２および電極６０４，６０６，６０８，６１０の高誘電体基板６０２からの高さすなわち厚さは、たとえば、ともに１０μｍである。これに対し、基板６０２，６３０の厚さは、たとえば、ともに５００μｍである。振動体の振動体本体６１２は直径１００μｍの略円板状であり、電極６０４の外側から他の電極６０８の外側までの距離は１１０μｍである。【０３０７】
そして図１１５の断面図でわかるように、電極６０４，６０６，６０８，６１０は各々略半分が対応する凹部に挿入されている。さらに好ましくは、凹部は、互いに対向する第１、第２の面を含む溝であり、電極の凹部に挿入された部分は、第２の面よりも第１の面に近接している。【０３０８】
具体的には、凹部は、断面図である図１１５に示されるように振動体軸部側面から幅７μｍ、深さ５μｍの溝状の凹部である。そして電極は幅３μｍの長方形状である。電極の一方の面と凹部とのギャップは１μｍであり、電極の反対側の面と凹部とのギャップは３μｍである。【０３０９】
なお、高誘電体基板６０２，６３０は、たとえばガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０３１０】
実施の形態７の製造方法を示すフローチャートは、図１００に示した実施の形態６のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートと同じであるので、以下再び図１００を参照しつつ説明を行なう。【０３１１】
図１１６は、実施の形態７の共振器の図１００の工程Ｓ２０１の処理直後のＳＯＩ基板の断面図である。【０３１２】
図１００、図１１６を参照して、まず工程Ｓ２０１において、ＳＯＩ基板に金属クロム膜を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。【０３１３】
基板５０２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層５０４，５０８の間に絶縁層５０６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。【０３１４】
第１、第２の単結晶シリコン層５０４，５０８、絶縁層５０６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、１０μｍ、１μｍである。【０３１５】
続いて、工程Ｓ２０２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図１１７は、実施の形態７の共振器のクロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。【０３１６】
図１１８は、図１１７における断面線での断面図である。
図１１７、図１１８を参照して、単結晶シリコン層５０８上に、クロム層が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン５１０が形成される。クロムパターン５１０は、図１１３のねじり振動体の振動体本体６１２に対応する領域と、図１１３の電極６０４，６０６，６０８，６１０に対応する領域にそれぞれ形成されている。【０３１７】
再び図１００を参照して、工程Ｓ２０２のクロム層のパターニングの後には、工程Ｓ２０３においてクロム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。【０３１８】
図１１９は、実施の形態７の共振器の工程Ｓ２０３のシリコン深掘エッチング工程後の平面図である。【０３１９】
図１２０は、図１１９の断面線における断面図である。
図１１９、図１２０を参照して、クロムパターン５１０が存在していない部分では、単結晶シリコン層５０８が絶縁層５０６に到達するまで、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば１０μｍである。図１１９に示すように、クロムパターン５１０以外の部分は絶縁層５０６が露出した状態となる。【０３２０】
その後図１００の工程Ｓ２０４においてエッチングのマスクとして使用していたクロムパターンを除去する。そして、工程Ｓ２０５において活性層の表面にガラス基板等の高誘電体基板を接合する。【０３２１】
図１２１は、実施の形態７の共振器の工程Ｓ２０５のガラス基板接合処理後の状態を示した断面図である。【０３２２】
図１２１においては、図１１６、図１１８，図１２０とは上下が逆転して示されている。高誘電体基板５１４は、ガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。【０３２３】
高誘電体基板５１４の表面は平坦であるので、図１２０において活性層がエッチングされずに残った凸部のみが高誘電体基板５１４と接合される。接合は、たとえば、ガラスとシリコンとを加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。【０３２４】
図１２２は、実施の形態７の共振器の工程Ｓ２０６のシリコンバックエッチングおよび工程Ｓ２０７の酸化膜エッチング処理後の断面図である。【０３２５】
図１２２に示したように、単結晶シリコン層５０４と絶縁層５０６とが除去されると、実施の形態７における共振器本体部分の形成工程は終了する。【０３２６】
図１２３は、実施の形態７の共振器の完成した共振器本体部分の外形を示す斜視図である。なお、共振器本体部分の形状は、図１１３〜図１１５において振動体本体６１２、加振部６１４，６１６，６１８，６２０および電極６０４，６０６，６０８，６１０の説明として説明済みであるのでここでは説明は繰返さない。【０３２７】
再び図１００を参照して、共振器本体の上部に基板を接合するために、工程Ｓ２０８においてシリコン−ガラス基板接合が実行される。【０３２８】
図１２４は、実施の形態７における図１００の工程Ｓ２０８の処理後の断面図である。
工程Ｓ２０８において、単結晶シリコン層５０８と高誘電体基板５１５とが接合される。接合は、たとえば、加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。この接合が完了すると実施の形態７のＭＥＭＳ共振器の形成は完了する。【０３２９】
このような共振器でも同様に高Ｑ値、高共振周波数を実現することができる。
以上説明したように、本実施の形態のマイクロメカニカル共振器は、共振器本体の両端を基板に固定するので、共振周波数を高周波化することができる。【０３３０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０２】
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【図１０３】
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【図１０４】
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【図１０５】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１１】
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【図１１２】
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【図１１３】
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【図１１４】
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【図１１５】
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【図１１６】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１】
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【図１２２】
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【図１２３】
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【図１２４】
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【国際調査報告】
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