(57)【要約】【課題】可動電極の振動の漏洩が抑制され、かつ、可動電極と固定電極との対向面積が大きく、信号の検出感度や精度が高い振動子を提供する。【解決手段】本発明に係る振動子は、基板と、前記基板の上に形成された第１下部電極と、前記基板の上に形成され、平面視において前記第１下部電極と少なくとも一部が重なっている第２下部電極と、前記基板の上に形成され、平面視において前記第１下部電極と少なくとも一部が重なっている固定部と、前記固定部に支持され、前記第１下部電極及び前記第２下部電極と離間して形成され、平面視において、少なくとも一部が前記第１下部電極及び前記第２下部電極に重なるように形成された上部電極と、を含み、前記第１下部電極及び前記固定部は、電気的に絶縁されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に形成された第１下部電極と、
前記基板の上に形成され、平面視において前記第１下部電極と少なくとも一部が重なっている第２下部電極と、
前記基板の上に形成され、平面視において前記第１下部電極と少なくとも一部が重なっている固定部と、
前記固定部に支持され、前記第１下部電極及び前記第２下部電極と離間して形成され、平面視において、少なくとも一部が前記第１下部電極及び前記第２下部電極に重なるように形成された上部電極と、
を含み、
前記第１下部電極及び前記固定部は、電気的に絶縁されている、振動子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１下部電極は、前記第２下部電極及び前記固定部との間に配置された、振動子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第１下部電極及び前記第２下部電極は、電気的に接続されている、振動子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
前記第１下部電極の厚さは、前記第２下部電極の厚さよりも小さい、振動子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の振動子と、前記振動子を駆動する回路部を含む、電子装置。
【請求項６】
同一基板上に振動子及びトランジスターが形成された電子装置の製造方法であって、
前記基板上に半導体層を形成し、パターニングして、前記振動子の第１下部電極を形成する工程と、
前記振動子の前記第１下部電極の表面に第１酸化膜を形成する工程と、
半導体層を形成し、パターニングして、前記振動子の第２下部電極及び前記振動子の固定部を、平面視において前記第１下部電極と少なくとも一部が重なるように形成する工程と、
前記振動子の前記第１下部電極、前記第２下部電極、前記振動子の前記固定部、及び前記基板の表面に、第２酸化膜を形成する工程と、
前記振動子の前記固定部の一部を露出するように前記第２酸化膜を除去する工程と、
半導体層を形成し、パターニングして、前記トランジスターのゲート電極、並びに、少なくとも一部が前記振動子の第１下部電極及び前記振動子の第２下部電極に重なるように前記振動子の上部電極、を形成する工程と、
前記第１酸化膜及び前記第２酸化膜を除去して、前記振動子の前記第１下部電極及び前記第２下部電極と前記振動子の上部電極とを離間して形成する工程と、
を有する、電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子、電子装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて製造され、基板上に形成された空洞内に機能素子を配置した装置が知られている。ＭＥＭＳによって製造される機能素子の典型としては、対向離間して配置される一対の電極のうちの一方が基板に固定され、他方が片持ち梁あるいは両持ち梁状に基板に直接支持された構造を有するものが挙げられる。そして、該他方の電極は、振動や変形が可能な可動電極となっている。
【０００３】
このようなＭＥＭＳデバイスでは、可動電極を励振するための高周波信号や可動電極が振動する機械的振動が基板に漏洩したり、寄生容量が発生して装置の精度や感度を十分に高めることができない場合がある。例えば、特許文献１には、半導体基板上に固定電極と対向して配置された可動電極を有するＭＥＭＳデバイスが開示されている。同文献には、半導体基板にウェル（不純物領域）を形成することにより、基板を介した高周波信号の漏洩がなくなる旨記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３２５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、振動の漏洩に関して、可動電極が基板に直接支持されていない点で改良されていると考えられる。しかし、同文献記載のデバイスでは、固定電極が単にパターニングによって形成されているため、可動電極と固定電極との対向面積を大きくすることができず、出力信号の強度は必ずしも満足できるものではなかった。
【０００６】
本発明の幾つかの態様に係る目的の１つは、可動電極の振動の漏洩が抑制され、かつ、可動電極と固定電極との対向面積が大きく、信号の検出感度や精度が高い振動子、及びこれを備えた電子機器を提供することにある。また、本発明の幾つかの態様に係る目的の１つは、可動電極の振動の漏洩が抑制され、かつ、可動電極と固定電極との対向面積が大きく、信号の検出感度や精度が高い振動子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。
【０００８】
［適用例１］本発明に係る振動子の一態様は、基板と、前記基板の上に形成された第１下部電極と、前記基板の上に形成され、平面視において前記第１下部電極と少なくとも一部が重なっている第２下部電極と、前記基板の上に形成され、平面視において前記第１下部電極と少なくとも一部が重なっている固定部と、前記固定部に支持され、前記第１下部電極及び前記第２下部電極と離間して形成され、平面視において、少なくとも一部が前記第１下部電極及び前記第２下部電極に重なるように形成された上部電極と、を含み、前記第１下部電極及び前記固定部は、電気的に絶縁されている。
【０００９】
このような振動子は、上部電極の根元が固定部に位置し基板から離間している。これにより、上部電極が振動した場合に、当該振動が基板に漏洩することが抑制され、エネルギーの効率及び測定の精度が向上している。さらに、第１下部電極及び第２下部電極が平面視において重なっているので、上部電極と基板とが対向する領域を無くすることができ、第１下部電極及び第２下部電極から別々の信号をとる場合には、第１下部電極及び第２下部電極のそれぞれから得られる信号を無駄なく検出することができる。さらに、第１下部電極と第２下部電極とを同電位にすることが容易でありその場合には、上部電極と第１下部電極及び第２下部電極との対向面積を大きく、第１下部電極及び第２下部電極が設置される面積を無駄なく利用することができ、信号の検出感度や精度を高めることができる。
【００１０】
［適用例２］適用例１において、前記第１下部電極は、前記第２下部電極及び前記固定部との間に配置されてもよい。
【００１１】
［適用例３］適用例１又は適用例２において、前記第１下部電極及び前記第２下部電極は、電気的に接続されていてもよい。
【００１２】
本適用例の振動子は、上部電極に対向する第１下部電極及び第２下部電極の両者が隙間なく形成されかつ両者が同電位となる。そのため、上部電極に対向する他方の電極が、第１下部電極及び第２下部電極の両者となるため、対向面積を構成上最大にすることができる。これにより信号の検出感度や精度をさらに高まっている。
【００１３】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれか１例において、前記第１下部電極の厚さは、前記第２下部電極の厚さよりも小さくてもよい。
【００１４】
本適用例の振動子は、上部電極の凹凸が小さく、クラック等がより生じにくく、耐久性により優れている。
【００１５】
［適用例５］本発明に係る電子装置の一態様は、適用例１ないし適用例４のいずれか１例に記載の振動子と、前記振動子を駆動する回路部を含む。
【００１６】
このような電子装置は、振動子の上部電極の根元が固定部に位置し基板から離間している。これにより、上部電極が振動した場合に、当該振動が基板に漏洩することが抑制され、エネルギーの効率及び測定の精度が向上している。さらに、振動子の上部電極と基板とが対向する領域を無くすることができ、第１下部電極及び第２下部電極から別々の信号をとる場合には、第１下部電極及び第２下部電極のそれぞれから得られる信号を無駄なく検出することができる。さらに、振動子の第１下部電極と第２下部電極とを同電位にすることが容易でありその場合には、上部電極と第１下部電極及び第２下部電極との対向面積を大きくすることができ、信号の検出感度や精度を高めることができる。
【００１７】
［適用例６］本発明に係る電子装置の製造方法の一態様は、同一基板上に振動子及びトランジスターが形成された電子装置の製造方法であって、前記基板上に半導体層を形成し、パターニングして、前記振動子の第１下部電極を形成する工程と、前記振動子の前記第１下部電極の表面に第１酸化膜を形成する工程と、半導体層を形成し、パターニングして、前記振動子の第２下部電極及び前記振動子の固定部を、平面視において前記第１下部電極と少なくとも一部が重なるように形成する工程と、前記振動子の前記第１下部電極、前記第２下部電極、前記振動子の前記固定部、及び前記基板の表面に第２酸化膜を形成する工程と、前記振動子の前記固定部の一部を露出するように前記第２酸化膜を除去する工程と、半導体層を形成し、パターニングして、前記トランジスターのゲート電極、並びに、少なくとも一部が前記振動子の第１下部電極及び前記振動子の第２下部電極に重なるように前記振動子の上部電極、を形成する工程と、前記第１酸化膜及び前記第２酸化膜を除去
して、前記振動子の前記第１下部電極及び前記第２下部電極と前記振動子の上部電極とを離間して形成する工程と、を有する。
【００１８】
このような電子装置の製造方法によれば、同一基板上に振動子及びトランジスターが形成された電子装置であって、振動子の上部電極の根元が固定部に位置し基板から離間している電子装置を、少ない工程数で製造することができる。すなわち、従来の製造方法を適用すると、振動子は回路部に配置されるトランジスター等とは異なる構造を有するため、これらを同一の基板上に形成する場合には、通常の半導体製造プロセスよりもプロセス数が増加するが、本適用例の製造方法によれば、振動子の上部電極をリリースエッチングするための酸化膜や及び上部電極の製造プロセスが、トランジスターの構成要素の製造プロセスと効率よく組み合わされるため、プロセス数の低減を図ることができる。したがって、本適用例の製造方法によれば、製造コストを低減できる。また、半導体製造技術を用いるため、寸法、位置等の精度が非常に高く、その結果、振動子を高精度に形成することが可能である。
【００１９】
本明細書では、「上」という文言について、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上」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を形成する場合と、Ａ上に本発明の作用効果を阻害しない範囲で、他のものを介してＢを形成する場合とが含まれるものとして「上」という文言を用いる。
【００２０】
また、「上部電極」、「下部電極」等の「上部」、「下部」等の文言は、振動子の設置状態に依存した上下関係を意図した文言ではなく、振動子の設置状態にかかわらず、基板が下に存在する状態で見た場合の上下関係を意図した文言である。したがって、例えば、仮に、上部電極が下方となる状態で振動子が設置されたとしても、上部電極は、基板が下に存在する状態で見て上方に存在する電極と解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る振動子の断面の模式図。
【図２】実施形態に係る振動子の平面の模式図。
【図３】実施形態の変形例に係る振動子の断面の模式図。
【図４】実施形態の変形例に係る振動子の平面の模式図。
【図５】実施形態に係る電子装置の断面の模式図。
【図６】実施形態に係る電子装置の平面の模式図。
【図７】実施形態の変形例に係る電子装置の断面の模式図。
【図８】実施形態の変形例に係る電子装置の平面の模式図。
【図９】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程における断面の模式図。
【図１０】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程における断面の模式図。
【図１１】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程における断面の模式図。
【図１２】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程における断面の模式図。
【図１３】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程における断面の模式図。
【図１４】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程における断面の模式図。
【図１５】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程における断面の模式図。
【図１６】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面の模式図。
【図１７】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面の模式図。
【図１８】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面の模式図。
【図１９】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面の模式図。
【図２０】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面の模式図。
【図２１】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面の模式図。
【図２２】実施形態に係る電子装置の製造方法の一工程の断面の模式図。
【図２３】実施形態に係る発振器を示す回路図。
【図２４】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】
【００２２】
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。
【００２３】
１．振動子
本実施形態の振動子１００は、基板１０と、第１下部電極２１と、第２下部電極２２と、固定部２３と、上部電極３０と、を含む。
【００２４】
図１は本実施形態の振動子１００の断面を模式的に示す図である。図２は、本実施形態の振動子１００を模式的に示す平面図である。図２のＩ−Ｉ線の断面が図１に相当する。図３は本実施形態の変形例に係る振動子１０１の断面を模式的に示す図である。図４は、本実施形態の変形例に係る振動子１０１を模式的に示す平面図である。図４のＩＩ−ＩＩ線の断面が図３に相当する。
【００２５】
１．１．基板
基板１０は、振動子の電極を配置する面として絶縁性の表面を提供できる限り、特に限定されない。また、基板１０は、単層であっても複数層の積層体であってもよい。基板１０は、例えば、単結晶半導体基板、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの基板を用いることができる。また基板１０として、セラミックス基板、ガラス基板、サファイア基板、合成樹脂基板などの各種の基板を用いてもよい。基板１０は、単結晶シリコン基板であることが好ましい。基板１０の厚みは、例えば、１０μｍ〜１０００μｍである。
【００２６】
基板１０は、図１−４に示すような絶縁性の下地層１３を有してもよい。図示の例では、シリコン基板１１の表面にＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）絶縁層１２（トレンチ絶縁層、セミリセスＬＯＣＯＳ絶縁層等であってもよい。）が形成され、その上に下地層１３が形成された基板１０となっている。下地層１３の材質としては、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が挙げられる。また、下地層１３は、振動子を空洞に収容する態様の場合に、該空洞を形成する際のエッチングストッパー層として利用してもよい。
【００２７】
１．２．第１下部電極
第１下部電極２１は、基板１０上に形成される。第１下部電極２１の形状は、特に限定されず、振動子の機能や感度の要請に応じて適宜設計される。第１下部電極２１は、後述する上部電極３０と、平面視において重複する領域を有する。第１下部電極２１は、図２、４に示すように、平面視において、後述する第２下部電極２２及び固定部２３に隣合って設けられ、両者と少なくとも一部が重なるように形成される。第１下部電極２１は、第２下部電極２２及び固定部２３との間に配置されてもよい。また、図３、４に示す変形例の振動子１０１のように、第１下部電極２１は、複数設けられてもよい。
【００２８】
第１下部電極２１は、上部電極３０と対になり振動子１００のセンサー部を構成してもよい。第１下部電極２１は、第２下部電極２２と独立して信号を入力又は出力するための配線を有してもよく、また、第１下部電極２１は第２下部電極２２と同電位となるように配線されてもよい。図２、４に示す例ではいずれも、第１下部電極２１は、第２下部電極２２及び固定部２３との間に配置され、平面視において矩形形状に形成され、一体的に形成された配線４１に電気的に接続されている。
【００２９】
固定部２３は、上部電極３０と電気的に接続されるため、第１下部電極２１は、固定部２３と電気的に絶縁されている。第１下部電極２１と固定部２３とは、互いに接触しないように、離間して設けられる。しかし、図１−４に示すように、第１下部電極２１と固定部２３とは、平面視においては少なくとも一部が重なるように形成される。第１下部電極２１と固定部２３との間の構造的に離間する距離は、例えば、２０ｎｍ以上５μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上３μｍ以下である。
【００３０】
第１下部電極２１の厚さは、特に限定されないが、例えば、１００ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。第１下部電極２１の厚さは、後述の第２下部電極２２の厚さよりも薄くてもよい。第１下部電極２１の厚さが第２下部電極２２の厚さよりも薄い場合には、上部電極３０に形成される凹凸の程度を小さくできるためより好ましい。
【００３１】
第１下部電極２１は、導電性を有する材質で形成され、例えば、不純物がドープされた多結晶シリコンからなることができる。第１下部電極２１は、アモルファスシリコン、単結晶シリコン等の半導体材料であってもよい。不純物としては、例えば、砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等が挙げられる。不純物は、例えば、イオン注入により導入することができる。また、不純物は、熱処理によって活性化されていてもよい。
【００３２】
第１下部電極２１は、例えば、基板１０の全面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法等により多結晶シリコンの層を成膜した後、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によってパターニングすることにより形成される。このときのエッチングとしては、ウェットエッチング、ドライエッチングなどが挙げられる。
【００３３】
１．３．第２下部電極
第２下部電極２２は、基板１０上に形成される。第２下部電極２２は、図２、４に示すように、平面視において第１下部電極２１と少なくとも一部が重なるように形成される。第２下部電極２２の形状は、特に限定されず、振動子１００の機能や感度の要請に応じて適宜設計される。図１−４に示すように、第２下部電極２２は、後述する上部電極３０と、平面視において重複する領域を有する。平面視において、第２下部電極２２は、第１下部電極２１に隣合って設けられる。第２下部電極２２は、第１下部電極２１及び固定部２３との間に配置されてもよい。また、図示しないが、第２下部電極２２は、複数設けられてもよい。
【００３４】
第２下部電極２２は、上部電極３０と対になり振動子のセンサー部を構成する。第２下部電極２２は、第１下部電極２１と独立して信号を入力又は出力するための配線を有してもよく、また、第２下部電極２２は第１下部電極２１と同電位となるように配線されてもよい。図１、２に示す振動子１００では、第２下部電極２２は、第１下部電極２１に隣合って配置され、平面視において矩形形状に形成され、一体的に形成された配線４２に電気的に接続されている。また、図３、４に示す変形例の振動子１０１では、第２下部電極２２は、２つの第１下部電極２１に挟まれて配置され、平面視において矩形形状に形成され、一体的に形成された配線４２に電気的に接続されている。
【００３５】
第２下部電極２２と第１下部電極２１とは、互いに接触していても接触していなくてもよい。また、第２下部電極２２と第１下部電極２１とは、電気的に接続されてもよい。第２下部電極２２と第１下部電極２１とが電気的に接続される態様としては、平面視において両者が重なる部分において、接触するように重ねる態様や、平面視において両者が重なる部分以外の部分で導電部材によって接続される態様（図６、８の配線６５を参照。）を例示することができる。
【００３６】
第２下部電極２２の厚さは、特に限定されないが、例えば、１００ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。第２下部電極２２の厚さは、第１下部電極２１の厚さよりも厚くてもよい。第２下部電極２２の厚さが第１下部電極２１の厚さよりも厚い場合には、上部電極３０に形成される凹凸の程度を小さくできるためより好ましい。
【００３７】
第２下部電極２２の材質は、導電性を有し、上述の第１下部電極２１で説明したと同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００３８】
１．４．固定部
固定部２３は、基板１０の上に形成される。固定部２３は、平面視において第１下部電極２１と少なくとも一部が重なるように形成される。固定部２３の形状は、特に限定されず、振動子の機能や感度の要請に応じて適宜設計される。固定部２３には、後述する上部電極３０の根元が固定される。上部電極３０は、片持ち梁状（図１、２参照）又は両持ち梁状（図３、４参照）に形成され、固定部２３には、当該梁の固定端が固定される。図３、４に示す例のように、上部電極３０が両持ち梁状である場合のように、固定部２３には上部電極３０の固定端が複数支持されてもよいし固定部２３が複数設けられてもよい。
【００３９】
固定部２３は、平面視において、第１下部電極２１に隣合って設けられる。固定部２３は、上部電極３０を支持し、上部電極３０と電気的に接続される。固定部２３は、上部電極３０に信号を入力又は出力するための配線を有してもよい。図２に示す例では、固定部２３は、第１下部電極２１に隣合って配置され、平面視において矩形形状に形成され、一体的に形成された配線４３に電気的に接続されている。図４に示す例では、固定部２３は、第１下部電極２１に隣合って配置され、平面視において矩形形状に形成され、一体的に形成された配線４３に電気的に接続されている。
【００４０】
本実施形態の振動子では、固定部２３は、上部電極３０と電気的に接続される。そのため、固定部２３は、第１下部電極２１と電気的に絶縁されている。固定部２３と第１下部電極２１とは、互いに接触しないように、離間して設けられる。ただし、図１−４に示すように、固定部２３と第１下部電極２１とは、平面視においては少なくとも一部が重なるように形成される。
【００４１】
固定部２３の厚さは、特に限定されないが、例えば、１００ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。固定部２３の厚さは、第１下部電極２１の厚さよりも厚くてもよい。固定部２３の厚さが第１下部電極２１の厚さよりも厚い場合には、上部電極３０に形成される凹凸の程度を小さくできるためより好ましい。また、固定部２３は、第２下部電極２２と同一工程で形成されることができ、その場合には、固定部２３は、第２下部電極２２と略同じ厚さで形成されることができる。固定部２３は、導電性を有する材質で形成され、上述の第１下部電極２１で説明したと同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００４２】
固定部２３が上部電極３０を支持する態様は、上部電極３０が振動（励振）された際に変位を生じる位置と変位を生じない位置との境界の位置（この部分を「上部電極の根元」又は「上部電極の付け根」と称することがある。）が、基板１０から離れた位置となるように支持される限り、特に限定されない。すなわち、上部電極３０の付け根は、基板１０から、少なくとも固定部２３の厚さの距離だけ離間して配置される。
【００４３】
図１、３の例では、固定部２３には突部２４が形成され、当該突部２４によって上部電極３０が支持されている。係る例では、上部電極３０の付け根は、基板１０から、固定部２３の厚さ及び突部２４の厚さ（高さ）の和の距離だけ離れた位置に存在している。
【００４４】
１．５．上部電極
上部電極３０は、固定部２３によって支持される。上部電極３０は、片持ち梁状（図１、２参照）又は両持ち梁状（図３、４参照）に形成され、固定部２３には、当該梁の固定端が固定される。上部電極３０は、第１下部電極２１及び第２下部電極２２上に、これらのそれぞれと離間して配置される。また、上部電極３０は、平面視において、少なくとも一部が第１下部電極２１及び第２下部電極２２に重なるように形成される。そして、上部電極３０は、第１下部電極２１及び／又は第２下部電極２２との間の静電力によって変形・振動することができる。
【００４５】
上部電極３０の形状は、特に限定されず、振動子の機能や感度の要請に応じて適宜設計される。図２、４に示す例では、平面視において、第１下部電極２１及び第２下部電極２２と重なるように矩形形状に形成され、固定部２３を介して、配線４３に電気的に接続されている。また、係る例では、いずれも平面視において、上部電極３０及び基板１０が対向する領域を有していない。そのため、上部電極３０の面積全体を有効に利用できるようになっている。
【００４６】
上部電極３０の厚みは、例えば１００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることができる。振動子１００における上部電極３０の機能としては、第１下部電極２１及び／又は第２下部電極２２と対になってセンサー部を構成する一方の電極となることが挙げられる。
【００４７】
上部電極３０の材質は、導電性の材料で形成され、上述の第１下部電極２１で説明したと同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００４８】
１．７．作用効果
本実施形態の振動子は、上部電極３０の根元（付け根）が固定部２３に位置しており、基板１０から離間している。これにより、上部電極３０が振動した場合に、当該振動が基板１０に漏洩することが抑制され、エネルギーの効率及び測定の精度が向上している。さらに、本実施形態の振動子は、第１下部電極２１及び第２下部電極２２が平面視において重なっているので、上部電極３０側からみて第１下部電極２１及び第２下部電極２２の間に隙間がない。これにより、第１下部電極２１及び第２下部電極２２から別々の信号をとる場合には、第１下部電極２１及び第２下部電極２２のそれぞれから得られる信号を無駄なく検出することができる。さらに、第１下部電極２１と第２下部電極２２とを同電位にすることが容易でありその場合には、上部電極３０と第１下部電極２１及び第２下部電極２２との対向面積を大きく、第１下部電極２１及び第２下部電極２２が設置される面積を無駄なく利用することができ、信号の検出感度や精度を高めることができる。
【００４９】
２．電子装置
本実施形態に係る電子装置は、上述の振動子と、振動子を駆動する回路部を含む。以下、基板１０と、基板１０上に形成された空洞１内に上述の振動子１００が収容された電子装置２００、及び、基板１０と、基板１０上に形成された空洞１内に上述の振動子１０１が収容された電子装置２０１について説明する。
【００５０】
図５及び図６は、電子装置２００の断面を模式的に示す図である。図６のＩＶ−ＩＶ線の断面が図５に相当し、図５のＩＩＩ−ＩＩＩ線の位置での平面図が図６に相当する。電子装置２００が有する振動子１００は、上述の振動子１００と同様であるので、同様の部材は、同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５１】
図７及び図８は、電子装置２０１の断面を模式的に示す図である。図８のＶＩ−ＶＩ線の断面が図７に相当し、図７のＶ−Ｖ線の位置での平面図が図８に相当する。電子装置２０１が有する振動子１０１は、上述の振動子１０１と同様であるので、同様の部材は、同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５２】
電子装置２００及び電子装置２０１は、それぞれ、図５−８に示すように、基板１０と、基板１０上に形成された空洞１と、空洞１を覆う蓋体５０と、空洞１内に配置された振動子１００又は振動子１０１とを含む。
【００５３】
基板１０は、図示のような下地層１３を有し、空洞１を形成する際の、エッチングストッパー層として機能する。下地層１３と基板１０との間には、ＬＯＣＯＳ絶縁層１２が形成されている。
【００５４】
蓋体５０は、空洞１を覆うように形成される。蓋体５０は、一つの部材で構成されてもよいが、貫通孔を有する部材と、該貫通孔を有する部材の貫通孔を封止する部材とによって構成されてもよい。蓋体５０が一つの部材で構成される場合には、空洞１を例えばエッチングにより形成するための孔や封止部材等の他の構成を有してもよい。図示の例では、蓋体５０は、貫通孔５２を有する第１封止層５４と、第１封止層５４に積層されて貫通孔５２を封止する第２封止層５６とによって構成されている。
【００５５】
第１封止層５４は、貫通孔５２を有する。貫通孔５２の数は限定されない。第１封止層５４は、単層構造とすることもできるが、例えば、３層以上の積層構造を含み、前記積層構造の最上層を、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔの少なくともいずれか一つ若しくはこれらの合金よりなる層とし、前記積層構造の最下層を、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔの少なくともいずれか一つ若しくはこれらの合金よりなる層とし、前記積層構造の少なくとも一つの層を、Ａｌ−Ｃｕ合金層として形成されてもよい。
【００５６】
第２封止層５６は、第１封止層５４上に形成されている。第２封止層５６は、第１封止層５４の貫通孔５２を塞ぐことができる。第２封止層５６は、例えば、Ａｌ、Ｗ及びＣｕよりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金からなる層を含む。第１封止層５４及び第２封止層５６は、空洞１を上方から覆って、空洞１を封止する蓋体５０として機能する。
【００５７】
空洞１は、振動子１００又は振動子１０１を収容するための空間である。空洞１は、図示の例では、下地層１３、層間絶縁層８０、ガードリング８１、包囲壁８２、及び蓋体５０によって画成されている。空洞１内は、例えば減圧状態にすることができ、これにより振動子１００又は振動子１０１の動作精度の向上を図ることができる。
【００５８】
振動子１００又は振動子１０１は、空洞１に配置される。第１下部電極２１、第２下部電極２２及び上部電極３０は、それぞれ配線４１、配線４２、及び固定部２３を介した配線４３と接続され、さらに、層間絶縁層８０に形成されたビア６１、ビア６２及びビア６３を介して配線６５に接続されている。
【００５９】
また、本実施形態の電子装置２００及び電子装置２０１は、それぞれ、基板１０に、振動子を駆動させるための回路部９０が形成されている。回路部９０は、トランジスター９１やキャパシター９６などを含んで構成される。本実施形態では、トランジスター９１は、基板１０に形成されている。トランジスター９１は、例えば、ゲート絶縁膜９２と、ゲート電極９３と、ソース又はドレイン領域９４と、サイドウォール９５と、を有するＭＯＳトランジスターである。
【００６０】
トランジスター９１のゲート絶縁膜９２は、基板１０上に形成されている。ゲート絶縁膜９２は、例えば、酸化シリコン層からなる。ゲート絶縁膜９２は、基板１０とゲート電極９３とに挟まれている。ゲート電極９３の材質は、例えば、所定の不純物をドーピングすることにより導電性が付与された多結晶シリコンである。ソース又はドレイン領域９４
は、基板１０に形成されている。ソース又はドレイン領域９４は、基板１０に所定の不純物をドーピングすることにより形成される。サイドウォール９５は、ゲート電極９３の側方に形成されている。サイドウォール９５の材質は、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、又は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。
【００６１】
キャパシター９６は、基板１０上に形成されており、下電極９７、誘電体層９８及び上電極９９が積層した構成を有している。なお、図示しないが、回路部９０のトランジスター９１及びキャパシター９６や他の素子は適宜に電気的に接続されていてもよい。
【００６２】
図示の例では、層間絶縁層８０は、基板１０の上方に形成されている。図５−図８に示す例では、層間絶縁層８０は連続して描かれているが、層間絶縁層８０は、複数の層の積層体であってもよい。層間絶縁層８０の材質としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）が挙げられる。なお、空洞１は、層間絶縁層８０が除去された領域に相当する。また、図示の例では、層間絶縁層８０の上にパッシベーション層５８が形成されている。パッシベーション層５８は、電子装置の表面を保護する作用を有する。
【００６３】
本実施形態の電子装置は、空洞１に収容された振動子において、上部電極３０の根元（付け根）が固定部２３に位置しており、基板１０から離間している。これにより、上部電極３０が振動した場合に、当該振動が基板１０に漏洩することが抑制され、エネルギーの効率及び測定の精度が向上している。さらに、本実施形態の電子装置は、第１下部電極２１及び第２下部電極２２が平面視において重なっている振動子を有し、上部電極３０と対向する電極の面積に無駄がない。これにより、第１下部電極２１及び第２下部電極２２から別々の信号をとる場合には、第１下部電極２１及び第２下部電極２２のそれぞれから得られる信号を無駄なく検出することができる。さらに、第１下部電極２１と第２下部電極２２とを同電位にすることが容易でありその場合には、上部電極３０と第１下部電極２１及び第２下部電極２２との対向面積を大きく、第１下部電極２１及び第２下部電極２２が設置される面積を無駄なく利用することができ、信号の検出感度や精度を高めることができる。
【００６４】
３．電子装置の製造方法
以下、電子装置２００の製造方法について図面を参照しながら説明する。図９−図２２は、本実施形態に係る電子装置２００の製造工程の一工程を模式的に示す断面図である。
【００６５】
本実施形態の電子装置２００は、基板１０上に振動子１００及びトランジスター９１が形成されている。本実施形態の電子装置２００の製造方法は、少なくとも、基板１０上に半導体層を形成し、パターニングして、振動子１００の第１下部電極２１を形成する工程と、振動子１００の第１下部電極２１の表面に第１酸化膜７１を形成する工程と、全面的に半導体層を形成し、パターニングして、振動子１００の第２下部電極２２及び振動子１００の固定部２３を、平面視において第１下部電極２１と少なくとも一部が重なるように形成する工程と、振動子１００の第１下部電極２１の表面の第１酸化膜７１を除去する工程と、振動子１００の第２下部電極２２、振動子１００の固定部２３、及び基板１０の表面に第２酸化膜７２を形成する工程と、振動子１００の固定部２３の一部を露出するように第１酸化膜７１及び第２酸化膜７２を除去する工程と、全面的に半導体層を形成し、パターニングして、トランジスター９１のゲート電極、並びに、少なくとも一部が振動子１００の第１下部電極２１及び振動子１００の第２下部電極２２に重なるように振動子１００の上部電極３０を形成する工程と、第１酸化膜７１及び第２酸化膜７２を除去して、振動子１００の上部電極３０をリリースする工程と、を有する。
【００６６】
まず、図９に示すように、シリコン基板１１に、素子分離領域としてのＬＯＣＯＳ絶縁層１２を定法に従って形成する。次に、図１０に示すように、ＬＯＣＯＳ絶縁層１２上の
振動子１００が配置される領域に下地層１３を形成する。下地層１３は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法により成膜された後、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によってパターニングされることにより形成される。以下、シリコン基板１１、ＬＯＣＯＳ絶縁層１２及び下地層１３を合わせて基板１０と称することがある。
【００６７】
次に、図１１に示すように、下地層１３上に振動子１００の第１下部電極２１となる半導体層を形成する。該半導体層は、多結晶シリコン（ポリシリコン）をＣＶＤ法やスパッタ法などにより成膜した後、フォトリソフラフィー技術及びエッチング技術によりパターニングして形成される。なお、本実施形態では、本工程でＬＯＣＯＳ絶縁層１２上に、回路部９０に形成されるキャパシター９６の下電極９７が形成される。パターニングされた半導体層に、リン（Ｐ）やボロン（Ｂ）等の不純物を注入して導電性を高めてもよい。そして、図１１に示すように、第１下部電極２１を熱酸化して表面に第１酸化膜７１を形成する。図示の例では、本工程により、キャパシター９６の下電極９７の表面、及び、回路部９０のトランジスター９１が形成される領域にも同時に第１酸化膜７１が形成されている。
【００６８】
次に、図１２に示すように、誘電体層を成膜してパターニングすることにより、キャパシター９６の誘電体層９８を形成する。誘電体層の材質は、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）とする。なお、この工程は、電子装置２００が、キャパシター９６を有さない場合には、省略することができる。また、図示の例では、第１下部電極２１の端部に誘電体層９８を残している。これは後の工程のエッチングストッパの働きを期待したものであるが、必ずしも必須ではない。
【００６９】
次に、図１３、図１４に示すように、全面的に半導体層を形成し、パターニングして、振動子１００の第２下部電極２２及び振動子１００の固定部２３を形成する。なお、本工程により、キャパシター９６の上電極９９が同時に形成されている。また、このとき、第１下部電極２１の上部の半導体層が除去され、第１酸化膜７１に被覆された第１下部電極２１が、端部の少なくとも一部を除き露出する。すなわち、第２下部電極２２及び固定部２３は、平面視において第１下部電極と少なくとも一部が重なるように形成される。また、このとき、各電極の導電性を高めるために、リン（Ｐ）やボロン（Ｂ）等の不純物を注入してもよい。本工程により、下電極９７、第１酸化膜７１、誘電体層９８及び上電極９９が積層されたキャパシター９６が形成される。
【００７０】
次に、図１５に示すように、基板１０の上面側に露出している第１酸化膜７１をいわゆるライトエッチングによって除去する。本工程は、次の工程の熱酸化による第２酸化膜７２の形成をより精密に行えるようにするために行われるが、その必要がない場合には、省略することができる。
【００７１】
次に、図１６に示すように、第１下部電極２１、第２下部電極２２、固定部２３及び基板１０を熱酸化して、各表面に第２酸化膜７２を形成する。図示の例では、本工程により、リリースエッチングによって、第１下部電極２１及び第２下部電極２２と上部電極３０とを離間して形成するための犠牲層としての、第２酸化膜７２、並びに、トランジスター９１のゲート絶縁膜９２としての第２酸化膜７２が同時に形成される。なお、図示しないが、トランジスターを複数設ける場合であって、動作電圧の異なる（ゲート酸化膜の厚さの異なる）トランジスターを設ける場合には、本工程の後に、マスク等を用いたエッチング及び／又は更なる熱酸化を行って、第２酸化膜７２を除去又は厚膜化する工程を付加してもよい。
【００７２】
次に、図１７に示すように、第２酸化膜７２をパターニングして、固定部２３の一部を
露出させる。また、本工程を追加することのみによって、上部電極３０の付け根を基板から離間させて配置させることができる。
【００７３】
次に、図１８に示すように、全面的に半導体層を形成する。当該半導体層は、前工程で露出した固定部２３に接続される。そして、図１９に示すように、半導体層をパターニングして、振動子１００の上部電極３０及びトランジスター９１のゲート電極９３、並びに、平面視において少なくとも一部が第１下部電極２１及び第２下部電極２２に重なるように上部電極３０を形成する。
【００７４】
次に、図２０に示すように、ＣＶＤにより、ＳｉＯ２を成膜して、トランジスター９１のサイドウォール９５を形成し、所定の不純物を注入して、ソース又はドレイン領域９４を形成する。なおこの工程では、上部電極３０の周囲にもサイドウォール９５が形成される。
【００７５】
次いで、図２１に示すように、層間絶縁層８０、ビア６１（図示せず）、ビア６２、ビア６３、配線６５、ガードリング８１、包囲壁８２、貫通孔５２を有する第１封止層５４、及びパッシベーション層５８を、適宜の手法により形成する。
【００７６】
次いで、図２２に示すように、第１封止層５４の貫通孔５２を介して、層間絶縁層８０、第１酸化膜７１及び第２酸化膜７２を除去して、空洞１を形成するとともに、振動子１００の上部電極３０をリリースする。
【００７７】
そして、図５に示すように、貫通孔５２を封止するように第２封止層５６を成膜して、蓋体５０を形成する。
【００７８】
以上例示した工程により、電子装置２００を製造することができる。本実施形態の電子装置の製造方法によれば、同一基板上に振動子及びトランジスターが形成されている電子装置を、工程をほとんど追加することなく、容易に製造することができる。また、本実施形態の電子装置の製造方法は、同一基板上にさらにキャパシターが形成される場合にも、工程を追加することなく適用することができる。
【００７９】
４．発振器
次に、本実施形態に係る電子装置が発振器である場合について、図面を参照しながら説明する。図２３は、本実施形態に係る発振器３００を示す回路図である。
【００８０】
発振器３００は、図２３に示すように、振動子１００と、反転増幅回路１１０と、を含む。振動子１００は、第１下部電極２１及び／又は第２下部電極２２と電気的に接続された第１端子１００ａと、上部電極３０と電気的に接続された第２端子１００ｂと、を有している。振動子１００の第１端子１００ａは、反転増幅回路１１０の入力端子１１０ａと少なくとも交流的に接続する。振動子１００の第２端子１００ｂは、反転増幅回路１１０の出力端子１１０ｂと少なくとも交流的に接続する。
【００８１】
図示の例では、反転増幅回路１１０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。
【００８２】
発振器３００は、反転増幅回路１１０に対する帰還抵抗を含んで構成されていてもよい。図２３に示す例では、反転増幅回路１１０の入力端子と出力端子とが抵抗１２０を介して接続されている。
【００８３】
発振器３００は、反転増幅回路１１０の入力端子１１０ａ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１３０（例えば、キャパシター９６であってもよい。）と、反転増幅回路１１０の出力端子１１０ｂ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１３２（例えば、同一基板上の他のキャパシターであってもよい。）と、を含んで構成されている。これにより、振動子１００とキャパシター１３０，１３２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３００は、この発振回路で得られた発振信号ｆを出力する。
【００８４】
発振器３００は、図２４に示すように、さらに、分周回路１４０を有していてもよい。分周回路１４０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３００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。なお、反転増幅回路１１０、抵抗１２０、キャパシター１３０，１３２、および分周回路１４０は、例えば、図１に示す回路部９０を構成していてもよい。
【００８５】
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。
【００８６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施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】
【００８７】
１…空洞、１０…基板、１１…シリコン基板、１２…ＬＯＣＯＳ絶縁層、１３…下地層、２１…第１下部電極、２２…第２下部電極、２３…固定部、２４…突部、３０…上部電極、４１，４２，４３…配線、５０…蓋体、５２…貫通孔、５４…第１封止層、５６…第２封止層、５８…パッシベーション層、６１，６２，６３…ビア、６５…配線、７１…第１絶縁層、７２…第２絶縁層、８０…層間絶縁層、８１…ガードリング、８２…包囲壁、９０…回路部、９１…トランジスター、９２…ゲート絶縁膜、９３…ゲート電極、９４…ソース又はドレイン領域、９５…サイドウォール、９６…キャパシター、９７…下電極、９８…誘電体層、９９…上電極、１００，１０１…振動子、１００ａ…第１端子、１００ｂ…第２端子、１１０…反転増幅回路、１１０ａ…入力端子、１１０ｂ…出力端子、１２０…抵抗、１３０…第１キャパシター、１３２…第２キャパシター、１４０…分周回路、２００，２０１…電子装置、３００…発振器
【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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