(57)【要約】【課題】半導体用の加工装置を用いて振動体及び駆動部を精度良く加工することが可能で、高い駆動効率を有する振動子を提供する。【解決手段】この振動子は、シリコン基板と、シリコン基板の一部の領域に配置された第１のシリコン酸化膜と、シリコンで構成され、第１のシリコン酸化膜によって支持された固定部、及び、溝によって固定部以外の周囲のシリコンから分離された振動腕部を有する振動体と、振動体の所定の領域に配置された第２のシリコン酸化膜と、ポリシリコン膜を含み、振動体との間で第２のシリコン酸化膜を覆う駆動部とを備える。【選択図】図１
2019165509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の一部の領域に配置された第１のシリコン酸化膜と、
シリコンで構成され、前記第１のシリコン酸化膜によって支持された固定部、及び、溝によって前記固定部以外の周囲のシリコンから分離された振動腕部を有する振動体と、
前記振動体の所定の領域に配置された第２のシリコン酸化膜と、
ポリシリコン膜を含み、前記振動体との間で前記第２のシリコン酸化膜を覆う駆動部と、を備える振動子。
【請求項２】
前記駆動部のポリシリコン膜が、前記振動体との間で前記第２のシリコン酸化膜を覆う、請求項１記載の振動子。
【請求項３】
前記駆動部のポリシリコン膜が、前記第２のシリコン酸化膜の側面と上面の一部とに配置された、請求項１記載の振動子。
【請求項４】
前記駆動部が、第１の電極、圧電体、及び、第２の電極をさらに含み、前記圧電体が、窒化アルミニウムで構成され、前記第１及び第２の電極が、窒化チタンで構成された、請求項１〜３のいずれか１項記載の振動子。
【請求項５】
シリコン基板、第１のシリコン酸化膜、及び、表面シリコン層が積層されてなるＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）基板の表面シリコン層に、振動体の振動腕部となる領域を前記振動体の固定部となる領域以外の周囲のシリコンから分離する溝を形成する工程（ａ）と、
前記表面シリコン層の溝内及び上面に第２のシリコン酸化膜を形成する工程（ｂ）と、
前記振動体に達する溝を前記第２のシリコン酸化膜に形成して、前記振動体の所定の領域に形成された前記第２のシリコン酸化膜を周囲のシリコン酸化膜から分離する工程（ｃ）と、
前記振動体の所定の領域に形成された前記第２のシリコン酸化膜を前記振動体との間で覆う駆動部を形成する工程（ｄ）と、
前記駆動部が形成された前記ＳＯＩ基板上に第３のシリコン酸化膜を形成する工程（ｅ）と、
前記第３のシリコン酸化膜上にフォトレジストを設けて少なくとも前記第２及び第３のシリコン酸化膜をエッチングすることにより、前記振動腕部及び前記駆動部を保護するシリコン酸化膜を残しつつ、前記振動腕部の周囲のシリコンに達する開口を形成する工程（ｆ）と、
前記フォトレジストを剥離した後に、前記開口を通して、前記振動腕部の周囲のシリコンをエッチングする工程（ｇ）と、
前記振動腕部及び前記駆動部の周囲のシリコン酸化膜をエッチングする工程（ｈ）と、を備える振動子の製造方法。
【請求項６】
工程（ａ）が、前記ＳＯＩ基板の表面シリコン層の前記溝によって前記振動体の振動腕部から分離される領域に、スリットを形成することを含む、請求項５記載の振動子の製造方法。
【請求項７】
工程（ａ）が、
前記ＳＯＩ基板の表面シリコン層の表面を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程（ａ１）と、
前記シリコン酸化膜上にフォトレジストを設けて前記シリコン酸化膜をエッチングすることにより、前記振動体の振動腕部となる領域に沿った開口を有するハードマスクを形成する工程（ａ２）と、
前記ハードマスクを用いて前記表面シリコン層をエッチングすることにより、前記表面シリコン層に、前記振動体の振動腕部となる領域を前記振動体の固定部となる領域以外の周囲のシリコンから分離する溝を形成する工程（ａ３）と、を含む、請求項５又は６記載の振動子の製造方法。
【請求項８】
工程（ｂ）が、
前記ＳＯＩ基板の表面シリコン層の表面を熱酸化して前記表面シリコン層の溝の側壁にシリコン酸化膜を形成する工程（ｂ１）と、
前記表面シリコン層の溝を埋めるシリコン酸化膜をＣＶＤ（化学蒸着）によって形成する工程（ｂ２）と、を含む、請求項５〜７のいずれか１項記載の振動子の製造方法。
【請求項９】
工程（ｄ）が、
前記第２のシリコン酸化膜の溝を埋めるポリシリコン膜をＣＶＤ（化学蒸着）によって形成し、前記ポリシリコン膜上にフォトレジストを設けて前記ポリシリコン膜をエッチングすることにより、前記振動体の所定の領域に形成された前記第２のシリコン酸化膜の側面を含む領域にポリシリコン膜を形成する工程（ｄ１）と、
前記ポリシリコン膜が形成された前記第２のシリコン酸化膜上に、第１の電極、圧電体、及び、第２の電極を形成する工程（ｄ２）と、を含む、請求項５〜８のいずれか１項記載の振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体等を用いた振動子及びその製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、２つの電極に挟まれた圧電体を含む圧電駆動部を用いる振動子においては、固定部と、該固定部から延在する振動腕部（アーム（腕）又はビーム（梁）とも呼ばれている）とを有し、電極間に印加される交流電圧に従って振動する音叉型の振動体が用いられている。また、複数の振動腕部を異なる位相で振動させることも行われている。
【０００３】
関連する技術として、特許文献１には、従来と同等の性能を保ちつつ小型化を実現することが可能な振動子が開示されている。特許文献１によれば、各腕部の第１面上に電極膜及び圧電体膜を積層して圧電体素子が形成されるので、面積効率が良く、振動子の小型化が実現される。また、３個の腕部を有する構造を採用し、かつ、外側の圧電体素子と内側の圧電体素子とが逆位相となる電気的接続を採用したことにより、上下振動を用いる振動モードにおいてＱ値を高めることが可能となり、この点からも振動子の小型化が実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５０２２号公報（段落０００６、００２２、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１において、各腕部及び基部は、水晶板を形状加工することによって形成される。しかしながら、振動子をさらに小型化するためには、半導体用の加工装置を用いて、シリコン基板に振動体を形成することが考えられる。その場合に、初めに電極となる金属薄膜パターンを形成すると、加工装置の金属汚染防止上の理由から、振動体の加工には、本来のシリコン用のエッチング装置を使用することができず、金属用のエッチング装置等を流用せざるを得ないので、加工形状が不安定になって振動体に部分的なエグレやテーパー等が発生するおそれがある。
【０００６】
一方、振動体の加工を先に行うと、シリコン基板の上面に大きな段差が生じて、振動体上に金属薄膜や圧電体等を形成してパターニングする際に、加工形状が不安定になる。振動体又は金属薄膜等の加工形状が不安定になると、それを避けるためにパターンのアライメント余裕を大きくする必要が生じ、本来の小型化の妨げになる。さらに、パターンのアライメント余裕が増大すると、振動腕部の幅に対する実際の駆動部の有効幅の比率が小さくなって駆動効率が小さくなり、振動子の性能が劣化する。
【０００７】
そこで、上記の点に鑑み、本発明の第１の目的は、半導体用の加工装置を用いて振動体及び駆動部を精度良く加工することが可能で、高い駆動効率を有する振動子を提供することである。また、本発明の第２の目的は、半導体用の加工装置を用いて振動体及び駆動部を精度良く加工することにより、高い駆動効率を有する振動子を製造することが可能な製造方法等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の第１の観点に係る振動子は、シリコン基板と、シリコン基板の一部の領域に配置された第１のシリコン酸化膜と、シリコンで構成され、第１のシリコン酸化膜によって支持された固定部、及び、溝によって固定部以外の周囲のシリコンから分離された振動腕部を有する振動体と、振動体の所定の領域に配置された第２のシリコン酸化膜と、ポリシリコン膜を含み、振動体との間で第２のシリコン酸化膜を覆う駆動部とを備える。
【０００９】
本発明の第１の観点によれば、振動体の所定の領域に配置された第２のシリコン酸化膜（温度特性調整膜）が駆動部によって覆われるので、振動腕部を分離する溝に起因する大きな段差を埋めるようにシリコン酸化膜を形成しても、駆動部の周囲のシリコン酸化膜をエッチングによって自己整合的に除去することができる。従って、シリコン用のエッチング装置を用いて振動腕部の加工を行って溝を先に形成し、その溝をシリコン酸化膜で埋めて平坦化してから駆動部を形成することにより、振動体及び駆動部を精度良く加工することが可能になる。その結果、振動腕部の幅に対する実際の駆動部の有効幅の比率を従来よりも大きくして、駆動効率を高めることができる。
【００１０】
ここで、駆動部のポリシリコン膜が、振動体の所定の領域に配置された第２のシリコン酸化膜を覆うようにしても良い。その場合には、ポリシリコン膜が、駆動部の周囲のシリコン酸化膜のエッチングから第２のシリコン酸化膜（温度特性調整膜）を保護することができる。あるいは、駆動部のポリシリコン膜が、第２のシリコン酸化膜の側面と上面の一部とに配置されても良い。その場合には、ポリシリコン膜を含む駆動部が、駆動部の周囲のシリコン酸化膜のエッチングから第２のシリコン酸化膜（温度特性調整膜）を保護することができる。
【００１１】
以上において、駆動部が、第１の電極、圧電体、及び、第２の電極をさらに含み、圧電体が、窒化アルミニウムで構成され、第１及び第２の電極が、窒化チタンで構成されても良い。それらの材料は、駆動部の周囲のシリコン酸化膜をエッチングによって除去する際にエッチングされ難いので、駆動部を保護するための保護膜を設ける必要がなくなる。
【００１２】
本発明の第２の観点に係る振動子の製造方法は、シリコン基板、第１のシリコン酸化膜、及び、表面シリコン層が積層されてなるＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）基板の表面シリコン層に、振動体の振動腕部となる領域を振動体の固定部となる領域以外の周囲のシリコンから分離する溝を形成する工程（ａ）と、表面シリコン層の溝内及び上面に第２のシリコン酸化膜を形成する工程（ｂ）と、振動体に達する溝を第２のシリコン酸化膜に形成して、振動体の所定の領域に形成された第２のシリコン酸化膜を周囲のシリコン酸化膜から分離する工程（ｃ）と、振動体の所定の領域に形成された第２のシリコン酸化膜を振動体との間で覆う駆動部を形成する工程（ｄ）と、駆動部が形成されたＳＯＩ基板上に第３のシリコン酸化膜を形成する工程（ｅ）と、第３のシリコン酸化膜上にフォトレジストを設けて少なくとも第２及び第３のシリコン酸化膜をエッチングすることにより、振動腕部及び駆動部を保護するシリコン酸化膜を残しつつ、振動腕部の周囲のシリコンに達する開口を形成する工程（ｆ）と、フォトレジストを剥離した後に、開口を通して、振動腕部の周囲のシリコンをエッチングする工程（ｇ）と、振動腕部及び駆動部の周囲のシリコン酸化膜をエッチングする工程（ｈ）とを備える。
【００１３】
本発明の第２の観点によれば、シリコン用のエッチング装置を用いてＳＯＩ基板の表面シリコン層の溝を先に形成し、次に、その溝を第２のシリコン酸化膜で埋め戻して平坦化することにより、第２のシリコン酸化膜の上面において平坦性を確保することができる。それにより、駆動部の電極等の比較的微細な加工を後の工程に移動させることができる。
【００１４】
また、振動体の所定の領域に形成された第２のシリコン酸化膜（温度特性調整膜）を振動体との間で覆う駆動部を形成することにより、駆動部の周囲のシリコン酸化膜をエッチングによって除去することができる。シリコン酸化膜のリリースエッチング時には、駆動部の上面がほぼ平坦な状態でフォトリソグラフィー工程を実施できるので、大きな段差をカバーするフォトリソグラフィー工程をなくすことができる。その結果、半導体用の加工装置を用いて振動体及び駆動部を精度良く加工することにより、振動腕部の幅に対する実際の駆動部の有効幅の比率を従来よりも大きくして、高い駆動効率を有する振動子を製造することが可能になる。
【００１５】
ここで、工程（ａ）が、ＳＯＩ基板の表面シリコン層の溝によって振動体の振動腕部から分離される領域に、スリットを形成するようにしても良い。それにより、後に行われる振動腕部の周囲のシリコンのリリースエッチングを容易にすることができる。
【００１６】
また、工程（ａ）が、ＳＯＩ基板の表面シリコン層の表面を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程（ａ１）と、シリコン酸化膜上にフォトレジストを設けてシリコン酸化膜をエッチングすることにより、振動体の振動腕部となる領域に沿った開口を有するハードマスクを形成する工程（ａ２）と、ハードマスクを用いて表面シリコン層をエッチングすることにより、表面シリコン層に、振動体の振動腕部となる領域を振動体の固定部となる領域以外の周囲のシリコンから分離する溝を形成する工程（ａ３）とを含むようにしても良い。この熱酸化膜は、温度特性調整膜の一部としても利用することができる。
【００１７】
さらに、工程（ｂ）が、ＳＯＩ基板の表面シリコン層の表面を熱酸化して表面シリコン層の溝の側壁にシリコン酸化膜を形成する工程（ｂ１）と、表面シリコン層の溝を埋めるシリコン酸化膜をＣＶＤ（化学蒸着）によって形成する工程（ｂ２）とを含むようにしても良い。この熱酸化膜は、後に行われる振動腕部の周囲のシリコンのリリースエッチングから振動腕部及び駆動部を保護する保護壁となり、ＣＶＤによって形成される溝内のシリコン酸化膜に「す」が発生しても、熱酸化膜が強固なので問題はない。
【００１８】
また、工程（ｄ）が、第２のシリコン酸化膜の溝を埋めるポリシリコン膜をＣＶＤ（化学蒸着）によって形成し、ポリシリコン膜上にフォトレジストを設けてポリシリコン膜をエッチングすることにより、振動体の所定の領域に形成された第２のシリコン酸化膜の側面を含む領域にポリシリコン膜を形成する工程（ｄ１）と、ポリシリコン膜が形成された第２のシリコン酸化膜上に、第１の電極、圧電体、及び、第２の電極を形成する工程（ｄ２）とを含むようにしても良い。ＣＶＤによるポリシリコン膜の埋め込み性は良好なので、後に行われる振動腕部及び駆動部の周囲のシリコン酸化膜のリリースエッチングから温度特性調整膜を保護する強固なポリシリコン膜の壁を、小さい厚さで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る振動子を示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る振動子の製造工程における平面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る振動子の製造工程における断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る振動子の製造工程における断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る振動子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動子を示す図である。図１（Ａ）は、平面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すＢ−Ｂ'における断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示すＣ−Ｃ'における断面図である。ただし、断面の背景を示す線は省略されている。
【００２１】
この振動子は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）基板１０を加工することによって製造される。ＳＯＩ基板１０は、基層（シリコン基板）１１と、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：Buried Oxide）１２と、表面シリコン層１３とが、この順で積層された基板である。例えば、シリコン基板１１及び表面シリコン層１３は、単結晶シリコンで構成され、埋め込み酸化膜１２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2等）で構成される。本実施形態において、埋め込み酸化膜１２は、第１のシリコン酸化膜に相当する。
【００２２】
図１に示すように、振動子は、シリコン基板１１と、シリコン基板１１の一部の領域に配置された第１のシリコン酸化膜（埋め込み酸化膜）１２と、表面シリコン層１３のシリコンで構成された振動体２０と、振動体２０の所定の領域に配置された第２のシリコン酸化膜（温度特性調整膜）３０と、振動体２０との間で温度特性調整膜３０を覆う圧電駆動部４０とを含んでいる。
【００２３】
振動体２０は、埋め込み酸化膜１２によって支持された固定部２１と、埋め込み酸化膜１２が除去された領域上において溝（トレンチ）１３ａによって固定部２１以外の周囲のシリコンから分離された振動腕部２２とを有している。図１に示す例においては、振動体２０が３つの振動腕部２２を有している。振動腕部２２の下方におけるシリコン基板１１には、キャビティー１１ａが形成されている。
【００２４】
圧電駆動部４０は、ポリシリコン膜４１と、第１の電極４２と、圧電体４３と、第２の電極４４と、複数の配線４５とを含んでいる。ポリシリコン膜４１は、不純物がドープされていないポリシリコンで構成され、例えば、アモルファス・ポリシリコンで構成されても良い。本実施形態においては、ポリシリコン膜４１が、振動体２０との間で温度特性調整膜３０を覆っている。それにより、ポリシリコン膜４１が、駆動部４０の周囲のシリコン酸化膜のエッチングから温度特性調整膜３０を保護することができる。
【００２５】
電極４２及び４４は、圧電体４３を挟むように配置されている。図１に示す例においては、３つの振動腕部２２に対応して、３組の電極４２及び圧電体４３等が設けられている。複数の配線４５は、隣り合う振動腕部２２を逆相で振動させるように、電極４２及び４４に電気的に接続されている。例えば、圧電体４３は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等で構成され、電極４２及び４４は、窒化チタン（ＴｉＮ）等で構成され、複数の配線４５は、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等で構成される。
【００２６】
電極４２と電極４４との間に電圧が印加されると、それによって圧電体４３が伸縮して振動腕部２２が振動する。その振動は固有の共振周波数において大きく励起されて、振動子が負性抵抗として動作する。その結果、この振動子を用いた発振器が、主に振動腕部２２の共振周波数によって決定される発振周波数で発振する。
【００２７】
温度特性調整膜３０は、振動腕部２２の共振周波数の温度特性を補償するために設けられている。シリコンは、温度が高くなるにつれて低下する共振周波数を有しており、一方、シリコン酸化膜は、温度が高くなるにつれて上昇する共振周波数を有している。従って、シリコンの振動体２０上にシリコン酸化膜である温度特性調整膜３０を配置することにより、振動体２０の振動腕部２２と温度特性調整膜３０とで構成される複合体の共振周波数の温度特性をフラットに近付けることができる。
【００２８】
本実施形態によれば、振動体２０の所定の領域に配置された温度特性調整膜３０が圧電駆動部４０によって覆われるので、振動腕部２２を分離する溝（トレンチ）１３ａに起因する大きな段差を埋めるようにシリコン酸化膜を形成しても、圧電駆動部４０の周囲のシリコン酸化膜をエッチングによって自己整合的に除去することができる。
【００２９】
従って、シリコン用のエッチング装置を用いて振動腕部２２の加工を行って溝１３ａを先に形成し、その溝１３ａをシリコン酸化膜で埋めて平坦化してから圧電駆動部４０を形成することにより、振動体２０及び圧電駆動部４０を精度良く加工することが可能になる。その結果、振動腕部２２の幅に対する実際の圧電駆動部４０の有効幅の比率を従来よりも大きくして、駆動効率を高めることができる。
【００３０】
また、圧電体４３の材料として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用い、電極４２及び４４の材料として窒化チタン（ＴｉＮ）を用いる場合に、それらの材料は、圧電駆動部４０の周囲のシリコン酸化膜をエッチングによって除去する際にエッチングされ難いので、圧電駆動部４０を保護するための保護膜を設けなくても良い。あるいは、電極４２及び圧電体４３等を保護するために、ポリシリコン膜４１との間で電極４２、圧電体４３、及び、電極４４を覆う保護膜を設けても良い。保護膜は、例えば、シリコン窒化物（Ｓｉ3Ｎ4等）で構成される。
【００３１】
＜製造方法＞
次に、図１に示す振動子の製造方法について、図２〜図４を参照しながら説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る振動子の製造工程における平面図であり、図３及び図４は、本発明の第１の実施形態に係る振動子の製造工程における断面図である。図３及び図４には、図２に示すIII−IIIにおける振動子の断面が示されているが、断面の背景を示す線は省略されている。
【００３２】
まず、準備工程として、図３等に示すように、基層（シリコン基板）１１と、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：Buried Oxide）１２と、表面シリコン層１３とが、この順で積層されたＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）基板１０を用意する。あるいは、シリコン基板１１上に埋め込み酸化膜１２を形成し、埋め込み酸化膜１２上に表面シリコン層１３を形成して、ＳＯＩ基板１０を作製しても良い。本実施形態において、埋め込み酸化膜１２は、第１のシリコン酸化膜に相当する。
【００３３】
次に、第１の工程において、図２（Ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３に、振動体２０の振動腕部２２となる領域を振動体２０の固定部２１となる領域以外の周囲のシリコンから分離する溝（トレンチ）１３ａが形成される。例えば、溝１３ａの深さは５μｍ程度であり、溝１３ａの幅は０．６μｍ〜０．９μｍ程度である。その際に、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３の溝１３ａによって振動体２０の振動腕部２２から分離される領域に、スリット１３ｂが形成されても良い。それにより、後に行われる振動腕部２２の周囲のシリコンのリリースエッチングを容易にすることができる。
【００３４】
例えば、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３の表面を熱酸化することにより、シリコン酸化膜が形成される。この熱酸化膜は、図１に示す温度特性調整膜３０の一部としても利用することができる。次に、シリコン酸化膜上にフォトリソグラフィー法によってフォトレジストを設けて、フォトレジストをマスクとしてシリコン酸化膜をドライエッチングすることにより、図３（Ａ）に示すように、振動体の振動腕部２２となる領域に沿った開口を有するハードマスク１４が形成される。このハードマスク１４を用いて表面シリコン層１３をエッチングすることにより、表面シリコン層１３に、振動体の振動腕部２２となる領域を振動体の固定部２１となる領域以外の周囲のシリコンから分離する溝１３ａが形成される。
【００３５】
第２の工程において、図３（Ｂ）に示すように、表面シリコン層１３の溝１３ａ内及び上面に、第２のシリコン酸化膜１５が形成される。例えば、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３を熱酸化することにより、表面シリコン層１３の溝１３ａの側壁にシリコン酸化膜が形成される。熱酸化膜の厚さは、例えば、０．２μｍ〜０．３μｍ程度である。この熱酸化膜は、後に行われる振動腕部２２の周囲のシリコンのリリースエッチングから振動腕部２２及び圧電駆動部４０を保護する保護壁となる。
【００３６】
次に、表面シリコン層１３の溝１３ａを埋めるシリコン酸化膜が、ＣＶＤ（化学蒸着）によって形成される。その際に、溝１３ａ内のシリコン酸化膜に「す」が発生しても、熱酸化膜が強固なので問題はない。また、加工によって形成された表面シリコン層１３の溝１３ａがシリコン酸化膜によって埋められて表面がほぼ平坦となるため、この後のフォトリソグラフィー工程への溝段差による悪影響を排除することができる。
【００３７】
第１の工程において形成された熱酸化膜と、第２の工程において振動体２０の上面に形成された第２のシリコン酸化膜１５とが、図１に示す温度特性調整膜３０となる。なお、第１の工程において熱酸化膜を形成せずに、表面シリコン層１３上にフォトリソグラフィー法によってフォトレジストを設けて、フォトレジストをマスクとして表面シリコン層１３をエッチングすることにより、溝１３ａを形成しても良い。また、第２の工程において熱酸化膜を形成せずに、熱ＣＶＤによって第２のシリコン酸化膜１５を形成しても良いし、又は、熱ＣＶＤとプラズマＣＶＤとの２段階のＣＶＤによって第２のシリコン酸化膜１５を形成しても良い。
【００３８】
第３の工程において、振動体２０に達する溝（トレンチ）を第２のシリコン酸化膜１５に形成することにより、振動体２０の所定の領域に形成された第２のシリコン酸化膜１５が、周囲のシリコン酸化膜から分離される。例えば、図３（Ｃ）に示す断面において、振動体の振動腕部２２の上面の少し内側に最小限のアライメント余裕を設けて溝が形成される。溝の幅は、例えば、０．５μｍ程度と小さくすることができる。
【００３９】
第４の工程において、図３（Ｄ）に示すに示すように、振動体２０の所定の領域に形成された第２のシリコン酸化膜（温度特性調整膜）３０を振動体２０との間で覆う圧電駆動部４０が形成される。例えば、まず、第２のシリコン酸化膜１５の溝を埋めるポリシリコン膜がＣＶＤ（化学蒸着）によって形成され、ポリシリコン膜上にフォトリソグラフィー法によってフォトレジストを設けて、フォトレジストをマスクとしてポリシリコン膜がエッチングされる。それにより、図２（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、振動体２０の所定の領域に形成された第２のシリコン酸化膜（温度特性調整膜）３０の側面を含む領域にポリシリコン膜４１が形成される。第１の実施形態においては、温度特性調整膜３０の上面にもポリシリコン膜４１が形成される。
【００４０】
ポリシリコン膜４１は、振動体２０との間で温度特性調整膜３０を覆っており、ポリシリコン膜４１の厚さは、例えば、０．２μｍ程度である。ＣＶＤによるポリシリコン膜４１の埋め込み性は良好なので、後に行われる振動腕部２２及び圧電駆動部４０の周囲のシリコン酸化膜のリリースエッチングから温度特性調整膜３０を保護する強固なポリシリコン膜４１の壁４１ａを、小さい厚さで形成することができる。
【００４１】
次に、図３（Ｄ）に示すように、ポリシリコン膜４１が形成された第２のシリコン酸化膜１５上に、第１の電極４２、圧電体４３、及び、第２の電極４４が、この順で形成される。ポリシリコン膜４１〜第２の電極４４は、圧電駆動部４０を構成する。さらに、ポリシリコン膜４１との間で電極４２、圧電体４３、及び、電極４４を覆う保護膜を形成するようにしても良い。
【００４２】
第５の工程において、図３（Ｄ）に示すように、圧電駆動部４０が形成されたＳＯＩ基板１０上に、第３のシリコン酸化膜１６が形成される。第２のシリコン酸化膜１５及び第３のシリコン酸化膜１６は、後に行われる振動腕部２２の周囲のシリコンのリリースエッチングから振動腕部２２及び圧電駆動部４０を保護する。この時点において、第３のシリコン酸化膜１６の表面の段差は、圧電駆動部４０の厚さの分だけなので、０．３μｍ〜０．６μｍ程度と小さく、次工程のフォトリソグラフィー加工を妨げない。
【００４３】
第６の工程において、図２（Ｃ）及び図４（Ｅ）に示すように、第３のシリコン酸化膜１６上にフォトリソグラフィー法によってフォトレジスト１７を設けて、フォトレジスト１７をマスクとして少なくとも第２のシリコン酸化膜１５及び第３のシリコン酸化膜１６がエッチングされる。それにより、振動腕部２２及び圧電駆動部４０を保護するシリコン酸化膜を残しつつ、振動腕部２２の周囲を囲むような形状で、シリコン基板１１に達する深さの開口が形成される。
【００４４】
その際に、振動腕部２２との間に所定の距離を保つ開口を有するフォトレジスト１７を設けるようにしても良い。それにより、振動腕部２２の周囲のシリコンをエッチングする際に、振動腕部２２及び圧電駆動部４０を保護するシリコン酸化膜を残すことができる。また、表面シリコン層１３にスリット１３ｂが形成されている場合には、開口が埋め込み酸化膜１２に達するので、第２のシリコン酸化膜１５及び第３のシリコン酸化膜１６と共に、ＳＯＩ基板１０の埋め込み酸化膜１２の一部をエッチングしても良い。
【００４５】
第７の工程において、図４（Ｆ）に示すように、フォトレジスト１７を剥離した後に、第２のシリコン酸化膜１５及び第３のシリコン酸化膜１６の開口を通して、振動腕部２２の周囲のシリコンがエッチングされる（リリースエッチング）。その際に、シリコン基板１１のシリコンの一部をエッチングして、振動腕部２２の下方におけるシリコン基板１１にキャビティー１１ａを形成しても良い。第７の工程においてはウエットエッチングが行われ、エッチング液としては、例えば、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）が用いられる。
【００４６】
第８の工程において、図３（Ｄ）及び図４（Ｇ）に示すように、振動腕部２２及び圧電駆動部４０の周囲のシリコン酸化膜がエッチングされる（リリースエッチング）。それにより、振動腕部２２上のみにシリコン酸化膜（温度特性調整膜）３０が残る。第８の工程においてはウエットエッチングが行われ、エッチング液としては、例えば、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）が用いられる。その結果、図１に示すような振動子が得られる。
【００４７】
本実施形態によれば、シリコン用のエッチング装置を用いてＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３の溝（トレンチ）１３ａを先に形成し、次に、その溝１３ａを第２のシリコン酸化膜１５で埋め戻して平坦化することにより、第２のシリコン酸化膜１５の上面において平坦性を確保することができる。それにより、圧電駆動部４０の電極４２や圧電体４３等の比較的微細な加工を後の工程に移動させることができる。
【００４８】
また、振動体２０の所定の領域に形成された第２のシリコン酸化膜（温度特性調整膜）３０を振動体２０との間で覆う圧電駆動部４０を形成することにより、圧電駆動部４０の周囲のシリコン酸化膜をエッチングによって除去することができる。シリコン酸化膜のリリースエッチング時には、圧電駆動部４０の上面がほぼ平坦な状態でフォトリソグラフィー工程を実施できるので、大きな段差をカバーするフォトリソグラフィー工程をなくすことができる。なお、温度特性調整膜３０の外形加工も、第２のシリコン酸化膜１５に狭い溝（トレンチ）を形成することによって実施し、次に、そのトレンチをポリシリコンで埋め戻して平坦化することにより、ポリシリコンの上面において平坦性を確保することができる。
【００４９】
さらに、圧電駆動部４０の周囲のシリコン酸化膜のリリースエッチングから温度特性調整膜３０を保護するポリシリコン膜の厚さを小さくして、振動腕部２２の幅に対するアライメント余裕を小さくすることができる。その結果、半導体用の加工装置を用いて振動体２０及び圧電駆動部４０を精度良く加工することにより、振動腕部２２の幅に対する実際の圧電駆動部４０の有効幅の比率を従来よりも大きくして、高い駆動効率を有する振動子を製造することが可能になる。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る振動子を示す図である。図５（Ａ）は、平面図である。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すＢ−Ｂ'における断面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示すＣ−Ｃ'における断面図である。ただし、断面の背景を示す線は省略されている。第２の実施形態においては、圧電駆動部４０のポリシリコン膜４１が、振動腕部２２の上方において温度特性調整膜３０の側面と上面の一部とに設けられている。その他の点に関しては、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様でも良い。
【００５１】
図５に示すように、振動子は、シリコン基板１１と、シリコン基板１１の一部の領域に配置された第１のシリコン酸化膜（埋め込み酸化膜）１２と、表面シリコン層１３のシリコンで構成された振動体２０と、振動体２０の所定の領域に配置された第２のシリコン酸化膜（温度特性調整膜）３０と、振動体２０との間で温度特性調整膜３０を覆う圧電駆動部４０とを含んでいる。圧電駆動部４０は、ポリシリコン膜４１と、第１の電極４２と、圧電体４３と、第２の電極４４と、複数の配線４５とを含んでいる。
【００５２】
図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すように、ポリシリコン膜４１は、振動腕部２２の上方において温度特性調整膜３０の側面及び上面の一部を覆っているが、エッチング時に、温度特性調整膜３０の上面の特定の領域において除去されている。その領域においては、電極４２が温度特性調整膜３０の上面を覆っている。それにより、ポリシリコン膜４１を含む圧電駆動部４０が、駆動部４０の周囲のシリコン酸化膜のエッチングから温度特性調整膜３０を保護することができる。
【００５３】
第２の実施形態におけるように、温度特性調整膜３０上に電極４２が直接配置される方が、圧電体４３の配向性や振動子のその他の特性にとって有利になる場合がある。第２の実施形態に係る振動子も、第１の実施形態に係る振動子の製造方法と同様の製造方法によって製造することができる。
【００５４】
上記の実施形態においては、第１の工程において表面シリコン層１３にスリット１３ｂを形成する場合について説明したが、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、表面シリコン層１３にスリット１３ｂを形成せず、第６の工程の後に、フォトレジスト１７をマスクとして振動腕部２２の周囲のシリコンをエッチングすることにより、埋め込み酸化膜１２に達する開口を形成しても良い。このように、当該技術分野において通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…ＳＯＩ基板、１１…シリコン基板、１１ａ…キャビティー、１２…埋め込み酸化膜、１３…表面シリコン層、１３ａ…溝、１３ｂ…スリット、１４…ハードマスク、１５…第２のシリコン酸化膜、１６…第３のシリコン酸化膜、１７…フォトレジスト、２０…振動体、２１…固定部、２２…振動腕部、３０…温度特性調整膜、４０…圧電駆動部、４１…ポリシリコン膜、４１ａ…壁、４２、４４…電極、４３…圧電体、４５…配線
【図１】
2019165509.tif 000003
【図２】
2019165509.tif 000004
【図３】
2019165509.tif 000005
【図４】
2019165509.tif 000006
【図５】
2019165509.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月25日(2019.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板、第１のシリコン酸化膜、及び、表面シリコン層が積層されてなるＳＯＩ基板の前記表面シリコン層に、振動体の振動腕部となる領域を前記振動体の固定部となる領域以外の周囲のシリコンから分離する溝を形成する工程（ａ）と、
前記表面シリコン層の前記第１のシリコン酸化膜側とは反対側の表面及び前記溝内に第２のシリコン酸化膜を形成する工程（ｂ）と、
前記第２のシリコン酸化膜に前記振動体まで達する溝を形成して、前記振動体の所定の領域に形成された前記第２のシリコン酸化膜を周囲のシリコン酸化膜から分離する工程（ｃ）と、
前記振動体の所定の領域に形成された前記第２のシリコン酸化膜を前記振動体との間で覆う駆動部を形成する工程（ｄ）と、
前記駆動部が形成された前記ＳＯＩ基板上に第３のシリコン酸化膜を形成する工程（ｅ）と、
前記第３のシリコン酸化膜上にフォトレジストを設けて少なくとも前記第２及び第３のシリコン酸化膜をエッチングすることにより、前記振動腕部及び前記駆動部を保護するシリコン酸化膜を残しつつ、前記振動腕部の周囲のシリコンに達する開口を形成する工程（ｆ）と、
前記フォトレジストを剥離した後に、前記開口を通して、前記振動腕部の周囲のシリコンをエッチングする工程（ｇ）と、
前記振動腕部及び前記駆動部の周囲のシリコン酸化膜をエッチングする工程（ｈ）と、
を備える振動子の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ａ）が、前記ＳＯＩ基板の前記表面シリコン層の前記溝によって前記振動体の振動腕部から分離される領域に、スリットを形成することを含む、請求項１に記載の振動子の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ａ）が、
前記ＳＯＩ基板の前記表面シリコン層の前記表面を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程（ａ１）と、
前記シリコン酸化膜上にフォトレジストを設けて前記シリコン酸化膜をエッチングすることにより、前記振動体の振動腕部となる領域に沿った開口を有するハードマスクを形成する工程（ａ２）と、
前記ハードマスクを用いて前記表面シリコン層をエッチングすることにより、前記表面シリコン層に、前記振動体の振動腕部となる領域を前記振動体の固定部となる領域以外の周囲のシリコンから分離する溝を形成する工程（ａ３）と、を含む、請求項１又は２に記載の振動子の製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｂ）が、
前記ＳＯＩ基板の前記表面シリコン層の前記表面を熱酸化して前記表面シリコン層の溝の側壁にシリコン酸化膜を形成する工程（ｂ１）と、
前記表面シリコン層の溝を埋めるシリコン酸化膜をＣＶＤによって形成する工程（ｂ２）と、を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の振動子の製造方法。
【請求項５】
前記工程（ｄ）が、
前記第２のシリコン酸化膜の溝を埋めるポリシリコン膜をＣＶＤによって形成し、前記ポリシリコン膜上にフォトレジストを設けて前記ポリシリコン膜をエッチングすることにより、前記振動体の所定の領域に形成された前記第２のシリコン酸化膜の側面を含む領域に前記ポリシリコン膜を形成する工程（ｄ１）と、
前記ポリシリコン膜が形成された前記第２のシリコン酸化膜上に、第１の電極、圧電体、及び、第２の電極を形成する工程（ｄ２）と、を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の振動子の製造方法。