(57)【要約】【課題】信頼性品質が高く、振動特性が安定で、高いＱ値を有する振動子を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ振動子１００は、基板１と、基板１上に配置されている基部２２と、基部２２から互いに異なる方向に延出している複数の振動部２４と、を備え、隣り合う振動部２４の間に曲面４０を有している。【選択図】図１
2015080012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置されている基部と、
前記基部から互いに異なる方向に延出している複数の振動部と、を備え、
隣り合う前記振動部の間に曲面を有していることを特徴とする振動子。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に配置されている基部と、
前記基部から互いに異なる方向に延出している複数の振動部と、を備え、
隣り合う前記振動部の間に凸部を有していることを特徴とする振動子。
【請求項３】
前記振動部の幅が、前記基部側端部よりも先端部の方が小さいことを特徴とする請求項１又２に記載の振動子。
【請求項４】
前記振動部は、曲率部を有する根元部と、
先端部に向かって幅が小さくなる漸減部と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項５】
前記基板と前記基部とを接続している支持部が、前記基部の前記基板と対向する側の面に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動子。
【請求項６】
前記支持部が、隣り合う前記振動部の間に接続していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動子。
【請求項７】
前記支持部が、複数あることを特徴とする請求項５又は６に記載の振動子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の振動子を備えていることを特徴とする発振器。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の振動子を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の振動子を備えていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子、振動子を備えた発振器、電子機器及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体微細加工技術を利用して形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイスと呼ばれる機械的に可動な構造体を備えた電気機械系構造体（例えば、振動子、フィルター、センサー、モーターなど）が知られている。この中で、ＭＥＭＳ振動子は、これまでの水晶や誘電体を使用した振動子・共振子と比較して、半導体回路を組み込んで製造することが容易であり、微細化、高機能化に対し有利であることから、その利用範囲が広まっている。
【０００３】
従来のＭＥＭＳ振動子の代表例としては、振動子が設けられた基板面と平行な方向に振動する例えば櫛型振動子と、基板の厚さ方向に振動する例えば梁型振動子とが知られている。梁型振動子は、基板上に形成された固定電極や基板に遊離して配置された可動電極などからなる振動子であり、可動電極の支持の方法により、片持ち梁型（clamped‐free beam）、両持ち梁型（clamped‐clamped beam）、両端自由梁型（free‐free beam）などが知られている。
【０００４】
特許文献１の片持ち梁型のＭＥＭＳ振動子では、基板の主面上に設けられた第１電極の側面部において、可動する第２電極の支持部側に設けられた側面部の角部が略垂直に形成されているため、電極形状のばらつきに起因する振動特性のばらつきの影響を低減でき、安定な振動特性を得ることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−８５０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のＭＥＭＳ振動子は、支持部が一つのため小型化には有利であるが、片持ち梁を固定する支持部の質量が小さいため、梁の屈曲振動が支持部を伝わり基板全体に漏れてしまうという振動漏れによるＱ値の低下や、屈曲振動の応力が集中する支持部で生じる熱弾性損失によるＱ値の低下によって、高いＱ値が得られず、安定した振動特性や所望の振動特性が得られなくなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上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、以下の適用例又は形態として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例に係る振動子は、基板と、前記基板上に配置されている基部と、前記基部から互いに異なる方向に延出している複数の振動部と、を備え、隣り合う前記振動部の間に曲面を有していることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、振動漏れ以外でＱ値低下の要因となる隣り合う振動部の間で生じる熱弾性損失を、隣り合う振動部の間に曲面を設けることで、発生する熱源の間隔を離すことができる。そのため、熱源間での熱伝導による熱の放出（熱弾性損失）を低減することができ、高いＱ値を有し、安定した振動特性や所望の振動特性を有する振動子を得ることができる。
【００１０】
［適用例２］本適用例に係る振動子は、基板と、前記基板上に配置されている基部と、前記基部から互いに異なる方向に延出している複数の振動部と、を備え、隣り合う前記振動部の間に凸部を有していることを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、隣り合う振動部の間に凸部を設けることで、曲面を設けた場合と同様に、発生する熱源の間隔を離すことができるため、熱源間での熱伝導による熱の放出（熱弾性損失）を低減することができ、高いＱ値を有し、安定した振動特性や所望の振動特性を有する振動子を得ることができる。
【００１２】
［適用例３］上記適用例に係る振動子において、前記振動部の幅が前記基部側端部よりも先端部の方が小さいことを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、振動部の先端部側の幅が小さいことにより、振動部の振動した際の応力が振動部と隣り合う振動部の間に設けられた曲面又は凸部との接点部により集中するため、応力の集中に伴い発生する熱弾性損失をより低減できるので、高いＱ値を有する振動子を得ることができる。
【００１４】
［適用例４］上記適用例に係る振動子において、前記振動部は、曲率部を有する根元部と、先端部に向かって幅が小さくなる漸減部と、を有していることを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、曲率部を有する根元部と先端部に向かって幅が小さくなる漸減部との接点部に、振動による応力がより集中するため、応力の集中に伴い発生する熱弾性損失をより低減できるので、高いＱ値を有する振動子を得ることができる。
【００１６】
［適用例５］上記適用例に係る振動子において、前記基板と前記基部とを接続している支持部が、前記基部の前記基板と対向する側の面に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、支持部を基部の基板と対向する側の面に接続することで、基部に設けられた振動部を基板から遊離することができ、安定した振動特性を有する振動子を得ることができる。
【００１８】
［適用例６］上記適用例に係る振動子において、前記支持部が、隣り合う前記振動部の間に接続していることを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、振動の節となる隣り合う振動部の間に支持部を接続することで、振動漏れによるＱ値の低下を低減することができ、高いＱ値を有する振動子を得ることができる。
【００２０】
［適用例７］上記適用例に係る振動子において、前記支持部が、複数あることを特徴とする。
【００２１】
本適用例によれば、振動の節となる隣り合う振動部の間に接続する支持部を複数とすることで、耐衝撃性を向上することができ、耐衝撃特性に優れ、且つ高いＱ値を有する振動子を得ることができる。
【００２２】
［適用例８］本適用例に係る発振器は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。
【００２３】
本適用例によれば、高いＱ値を有する振動子を備えていることにより、より高性能の発振器を提供することができる。
【００２４】
［適用例９］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、電子機器として、高いＱ値を有する振動子が活用されることにより、より高性能の電子機器を提供することができる。
【００２６】
［適用例１０］本適用例に係る移動体は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。
【００２７】
本適用例によれば、移動体として、高いＱ値を有する振動子が活用されることにより、より高性能の移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）本発明の第１実施形態に係る振動子の平面図及び断面図。
【図２】振動に伴う熱分布を解析する振動子の上部電極の平面図であり、（ａ）は従来の振動子、（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る振動子。
【図３】従来の振動子の振動に伴う熱分布の解析結果であり、（ａ）は熱分布を示す斜視図、（ｂ）はＣ部の拡大図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る振動子の振動に伴う熱分布の解析結果であり、（ａ）は熱分布を示す斜視図、（ｂ）はＤ部の拡大図。
【図５】（ａ）〜（ｆ）本実施形態に係る振動子の製造工程を順に示す工程図。
【図６】（ｇ）〜（ｋ）本実施形態に係る振動子の製造工程を順に示す工程図。
【図７】（ａ），（ｂ）変形例１に係る振動子であり、振動子の上部電極のバリエーションの例を示す平面図。
【図８】（ａ）〜（ｄ）変形例２に係る振動子であり、上部電極のバリエーションの例を示す平面図。
【図９】本発明の第２実施形態に係る振動子の上部電極の平面図。
【図１０】本実施形態に係る振動子を備える発振器の構成例を示す概略図。
【図１１】（ａ）電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図、（ｂ）電子機器の一例としての携帯電話機の構成を示す斜視図。
【図１２】電子機器の一例としてのデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図。
【図１３】移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。
【００３０】
［振動子］
（第１実施形態）
先ず、本発明の第１実施形態に係る振動子としてのＭＥＭＳ振動子１００について説明する。
図１（ａ）は、ＭＥＭＳ振動子１００の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
ＭＥＭＳ振動子１００は、基板１上に形成された固定電極（下部電極１０）と、基板１及び固定電極から遊離して形成される可動電極（上部電極２０）が備えられた静電型の梁型振動子である。可動電極は、基板１の主面及び固定電極に積層された犠牲層がエッチングされることにより基板１及び固定電極から遊離して形成される。
なお、犠牲層とは、酸化膜などで一旦形成される層であり、その上下や周囲に必要な層を形成した後にエッチングにより除去される。犠牲層が除去されることによって、上下や周囲の各層間に必要な間隙や空洞が形成されたり、必要な構造体が遊離して形成されたりする。
【００３１】
ＭＥＭＳ振動子１００の構成について以下に説明する。ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法については、後述する実施形態で説明する。
ＭＥＭＳ振動子１００は、基板１と、基板１の主面上に設けられた下部電極１０（第１下部電極１１、第２下部電極１２）と、基板１上に下部電極１０（第２下部電極１２）を介して接続されている支持部２６と、支持部２６上に接続されている基部２２を有する上部電極２０（基部２２と振動部２４とが一体化したもの）などを含み構成されている。
【００３２】
基板１には、好適例としてシリコン基板を用いている。基板１には、酸化膜２、窒化膜３が順に積層されており、基板１の主面側（窒化膜３の表面）の上部に、下部電極１０（第１下部電極１１、第２下部電極１２）、支持部２６、上部電極２０などが形成されている。
なお、ここでは、基板１の厚み方向において、基板１の主面に順に酸化膜２及び窒化膜３が積層される方向を上方向として説明している。
【００３３】
下部電極１０の内、第２下部電極１２は、支持部２６を基板１の上に固定し、また、支持部２６を介して上部電極２０に電位を与える固定電極であり、窒化膜３上に積層された第１導電体層４をフォトリソグラフィー（エッチング加工を含む。以下同様。）によりパターニングすることで図１（ａ）に示すように、形成されている。また、第２下部電極１２は、配線１２ａによって外部回路（図示省略）と接続されている。
【００３４】
支持部２６は、平面視で矩形であり、上部電極２０の基部２２に重なり、且つ基部２２の基板１と対向する側の面に接続されている。また、支持部２６は、基部２２にある振動の節に重なって配置されている。更に、支持部２６は、第２下部電極１２の中央部に配置されている。支持部２６は、第１導電体層４上に積層された第２導電体層５をフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成されている。なお、第１導電体層４及び第２導電体層５は、それぞれ好適例として導電性のポリシリコンを用いているが、これに限定するものではない。
【００３５】
上部電極２０は、基部２２と、基部２２から互いに異なる方向に延出している複数の振動部２４と、を含み構成されている。具体的には、上部電極２０は、図１（ａ）に示すように、上部電極２０の基部２２から延出する４つの振動部２４によって十字形状を呈する可動電極であり、基部２２の下に設けられた支持部２６によって支えられ、基板１から遊離されている。また、隣り合う振動部２４の間、つまり振動部が接続する部分に、曲面４０を有している。
【００３６】
上部電極２０は、支持部２６を構成する第２導電体層５の上層と、第１導電体層４上に積層された犠牲層の上層と、に積層された第３導電体層６をフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成されている。つまり、上部電極２０は、基部２２と４つの振動部２４とが一体に形成されている。また、第２下部電極１２と十字形状の上部電極２０とは、基板１を平面視したときにそれぞれの中心部が略一致するように重なり、上部電極２０の基部２２から横方向（Ｂ−Ｂ方向）に延在する２つの振動部２４が、第２下部電極１２（後述するスリットＳ２の部分を除く）と重なるように配置されている。なお、第３導電体層６は、第１導電体層４及び第２導電体層５と同様に、好適例として導電性のポリシリコンを用いているが、これに限定するものではない。
【００３７】
下部電極１０の内、第１下部電極１１は、基板１を平面視したときに重なる上部電極２０との間に交流電圧が印加される固定電極であり、窒化膜３に積層された第１導電体層４をフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成されている。第１下部電極１１は、図１（ａ）を正面視したとき、上部電極２０の基部２２から縦方向（Ａ−Ａ方向）に延在する２つの振動部２４に重なるように２箇所に設けられ、配線１１ａによって外部回路（図示省略）と接続されている。
【００３８】
第１下部電極１１は、第２下部電極１２と同じ層の第１導電体層４により形成されている。従って、第１下部電極１１は、上部電極２０に電位を与える固定電極としての第２下部電極１２との間で電気的に絶縁される必要があり、それぞれのパターン（第１下部電極１１と第２下部電極１２）が分離されている。この分離するための隙間の段差（凹凸）は、第１導電体層４の上層に積層された犠牲層を介して積層された第３導電体層６によって形成される上部電極２０に凹凸形状として転写される。具体的には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、パターンの分離部（スリットＳ１）の部分において、上部電極２０に凹凸形状が形成される。
【００３９】
ＭＥＭＳ振動子１００では、上部電極２０の基部２２から縦方向（Ａ−Ａ方向）に延出する振動部２４と、横方向（Ｂ−Ｂ方向）に延出する振動部２４とで、スティフネスに違いが発生しないように、第２下部電極１２にダミーのスリットパターンを設けている。具体的には、スリットＳ１が上部電極２０の縦方向（Ａ−Ａ方向）に延在する２つの振動部２４に反映させている凹凸形状と同じように、上部電極２０の横方向（Ｂ−Ｂ方向）に延在する２つの振動部２４に凹凸形状を生じさせるようなダミーのスリットＳ２を、上部電極２０が重なる領域における横方向（Ｂ−Ｂ方向）に延在する第２下部電極１２に設けている。すなわち、スリットＳ２の幅（Ｂ−Ｂ方向の長さ）は、スリットＳ１の幅（Ａ−Ａ方向の長さ）と略同じであり、平面視したときに、上部電極２０の中心点からスリットＳ２までの距離が、上部電極２０の中心点からスリットＳ１までの距離と略同じとなるように、スリットＳ２を形成している。
【００４０】
このようにダミーのスリットＳ２を設けることにより、凹凸部も含めて、上部電極２０が構成される。なお、スリットＳ２は、電気的に第２下部電極１２を絶縁する目的で形成するものではないため、平面視したときに、上部電極２０と重ならないスリットＳ２の両端部の領域においては、第２下部電極１２が連続している。
【００４１】
このような構成において、ＭＥＭＳ振動子１００は静電振動子として構成され、外部回路から配線１１ａ，１２ａを介して第１下部電極１１と上部電極２０との間に印加される交流電圧によって、上部電極２０の４つの振動部２４の先端領域が振動の腹として振動する。図１（ａ）において、（＋／−）の記号は振動の腹として上下方向（基板１の厚み方向）に振動する部分を、その振動の位相の関係を含めて示している。また、隣り合う振動部２４の位相は異なっている。例えば、＋の振動部２４が上方向（基板１から離れる方向）への動きの場合に、隣の振動部２４が−の下方向（基板１に近づく方向）への動きになっていることを示している。つまり、可動電極である上部電極２０は、固定電極である下部電極１０（第１下部電極１１、第２下部電極１２）を含む平面と交わる方向に振動している。
【００４２】
ここで、基部２２を挟み基部２２から異なる方向に延出する２つの振動部２４は、基部２２を含む略矩形状の梁と見做される。そのため、２つの振動部２４の先端が上方向に振動すると基部２２は下方向に振動する振動部２４の厚み方向に変位を有する屈曲振動が生じる。また、隣の振動部２４、基部２２及び基部２２を挟み基部２２から異なる方向に延出する２つ振動部２４で構成される梁については、２つの振動部２４の先端が下方向に振動すると基部２２は上方向に振動する屈曲振動を生じることとなる。そのため、２つの梁が同時に振動すると、基部２２は上下方向の変位が相殺され振動が抑制され、基部２２の中心部やその中心部から隣り合う振動部２４の間で接続する部分に向かう領域は、振動変位がほとんど無い状態となり、この部分を支持することで、振動効率がより高く、振動漏れの抑制された静電型で梁型のＭＥＭＳ振動子１００をより簡便に提供することができる。
【００４３】
次に、振動子のＱ値は、一般的に、支持部への振動エネルギー漏れである振動漏れ、空気粘性に伴う損失及び熱弾性損失である熱による損失等により決定される。また、各損失の大きさは、振動子の形状、振動モード及び環境等により異なり、一概にどの損失が大きく影響するとは言えない。そこで、空気粘性の影響は振動子を真空パッケージすることで無視でき、振動漏れは振動子の構造を最適化することで低減できるものとして、熱弾性損失である熱による損失に着目し、振動子の構造と熱弾性損失との関係を調べることで、熱弾性損失が小さく高いＱ値を有する振動子の構造を検討した。
【００４４】
本実施形態に係る振動子の上部電極２０の構造と熱弾性損失との関係について詳細に説明する。
図２は、振動に伴う熱分布を解析する振動子の上部電極の平面図であり、図２（ａ）は従来の振動子、図２（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る振動子である。また、図３は、従来の振動子の振動に伴う熱分布を有限要素法で解析した解析結果であり、図３（ａ）は熱分布を示す斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ部の拡大図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る振動子の振動に伴う熱分布を有限要素法で解析した解析結果であり、図４（ａ）は熱分布を示す斜視図、図４（ｂ）は図４（ｂ）のＤ部の拡大図である。図３、図４において、白色の部分は温度が高く、黒色の部分は温度が低いことを示している。なお、振動の変位方向が反転すると白色の部分は黒色となり温度が低く、また、黒色の部分は白色となり温度が高くなる。
【００４５】
図２（ａ）に示す従来の振動子の上部電極１２０は、４つの振動部２４において、それぞれ隣り合う振動部２４の間が略直角な形状であるが、図２（ｂ）に示す第１実施形態に係る振動子の上部電極２０では、４つの隣り合う振動部２４の間にそれぞれ曲面４０が設けられている。この２つの上部電極１２０，２０を有する振動子について、振動に伴う熱分布を有限要素法により解析を行った。なお、有限要素法における振動子の解析条件は、図２（ａ），（ｂ）における振動部２４の幅寸法Ｗが１４．２９μｍ、長さ寸法Ｌが１０μｍ、板厚が１．３μｍ、支持部２６の寸法Ｈ１とＨ２とがそれぞれ１μｍである。また、図２（ｂ）における隣り合う振動部２４の間に設けられた曲面４０の曲率半径Ｒが２μｍである。
【００４６】
図２（ａ）の従来の振動子は、解析結果である図３（ａ），（ｂ）より、隣り合う振動部２４が接する部分に、白色の温度が高い領域と黒色の温度が低い領域と間隔が狭く略接しており、Ｑ値は２５７，０００であった。これに対し、図２（ｂ）の第１実施形態に係る振動子は、解析結果である図４（ａ），（ｂ）より、隣り合う振動部２４がそれぞれ曲面４０と接する部分において、白色の温度が高い領域と黒色の温度が低い領域との間が曲面４０を挟み離れており、Ｑ値は２９８，０００であった。この結果より、温度が高くなる領域と温度が低くなる領域とが接していると、その間で熱伝導が生じ熱弾性損失によりＱ値が低下するが、隣り合う振動部２４との間に曲面４０が設けられていると、温度が高くなる領域と温度が低くなる領域とを離すことができ、熱伝導が生じ難くなり熱弾性損失が低減し、Ｑ値の低下を低減することができることが判明した。
【００４７】
従って、振動漏れ以外でＱ値低下の要因となる隣り合う振動部２４の間で生じる熱弾性損失を、隣り合う振動部２４の間に曲面４０を設けることで、発生する熱源の間隔を離すことができるため、熱源間での熱伝導による熱の放出（熱弾性損失）を低減することができ、高いＱ値を有し、安定した振動特性や所望の振動特性を有するＭＥＭＳ振動子１００を得ることができる。
【００４８】
＜製造方法＞
次に、本実施形態に係る振動子（ＭＥＭＳ振動子１００）の製造方法について説明する。なお、説明にあたり、前述した同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図５（ａ）〜（ｆ）と図６（ｇ）〜（ｋ）は、ＭＥＭＳ振動子１００の製造工程を順に示す工程図である。それぞれの工程におけるＭＥＭＳ振動子１００の態様を、図１（ａ）のＡ―Ａ線断面図で示している。
【００４９】
図５（ａ）：基板１を準備し、主面に酸化膜２を積層する。酸化膜２は、好適例として、半導体プロセスの素子分離層として一般的なＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）で形成しているが、半導体プロセスの世代によって、例えば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法による酸化膜であっても良い。
次に絶縁層としての窒化膜３を積層する。窒化膜３としては、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）をＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）により成膜している。窒化膜３は、後述する犠牲層８（図６（ｇ）参照）をリリースエッチングする際に使用するエッチング液としてのバッファードフッ酸に対して耐性があり、エッチングストッパーとして機能する。
【００５０】
図５（ｂ），（ｃ）：次に、第１層形成工程として、先ず、窒化膜３に第１導電体層４を積層する。第１導電体層４は、下部電極１０（第１下部電極１１、第２下部電極１２）、配線１１ａ，１２ａ（図１（ａ）参照）などを構成するポリシリコン層であり、積層後にボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）等のイオンを注入して所定の導電性を持たせる。次に、第１導電体層４にレジスト７を塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングして、第１下部電極１１、第２下部電極１２、配線１１ａ，１２ａを形成する。第１層形成工程では、第３層形成工程の後に基板１を平面視したときに、上部電極２０と重なるように予め下部電極１０、つまり第１下部電極１１及び第２下部電極１２を形成しておく。
【００５１】
図５（ｄ）：次に、第２層形成工程として、下部電極１０、配線１１ａ，１２ａを覆うように第２導電体層５を積層する。第２導電体層５は、支持部２６を構成するポリシリコン層であり、積層後にボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）等のイオンを注入して所定の導電性を持たせる。
【００５２】
図５（ｅ），（ｆ）：次に、第２導電体層５にレジスト７を塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングして、支持部２６を形成する。支持部２６は、第１下部電極１１及び第２下部電極１２と、上部電極２０と、の間隙を形成し、上部電極２０を遊離させるためのものであり、第２下部電極１２の中央部に重なるように形成しておく。
【００５３】
図６（ｇ），（ｈ）：次に、下部電極１０、配線１１ａ，１２ａ及び支持部２６を覆うように犠牲層８を積層する。犠牲層８は、第１下部電極１１及び第２下部電極１２と上部電極２０との間隙を形成し、上部電極２０を遊離させるための犠牲層であり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜している。積層された犠牲層８には、パターニングされた第１下部電極１１と第２下部電極１２などの段差による凹凸が現れている。次に、犠牲層８にレジスト７を塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニング後、支持部２６上の犠牲層８を除去する。
【００５４】
図６（ｉ），（ｊ）：次に、第３層形成工程として、先ず、犠牲層８及び支持部２６を覆うように第３導電体層６を積層する。第３導電体層６は、第１導電体層４や第２導電体層５と同じポリシリコン層であり、積層後にボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）等のイオンを注入して所定の導電性を持たせる。その後に、フォトリソグラフィーによりパターニングして、上部電極２０（基部２２、振動部２４）を形成する。上部電極２０は、図１（ａ）に示すように、基板１を平面視したときに第１下部電極１１及び第２下部電極１２と重なる領域を有する電極として、上部電極２０の形状を上部電極２０の中央の基部２２から振動部２４が放射状に延出するように形成する。
【００５５】
図６（ｋ）：次に、基板１をエッチング液（バッファードフッ酸）に晒し、犠牲層８をエッチング除去（リリースエッチング）することで、第１下部電極１１及び第２下部電極１２と上部電極２０との間に間隙を形成し、上部電極２０を遊離させる。
以上によりＭＥＭＳ振動子１００が形成される。
【００５６】
なお、ＭＥＭＳ振動子１００は、減圧状態に封止された空洞部に設置されることが好ましい。そのため、ＭＥＭＳ振動子１００の製造に当たっては、空洞部を形成するための犠牲層や、この犠牲層を囲む側壁部、空洞部の蓋を形成する封止層などを合わせて形成しているが、ここでは説明を省略している。
【００５７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。
【００５８】
（変形例１）
図７（ａ），（ｂ）は、変形例１に係る振動子（ＭＥＭＳ振動子１００）であり、隣り合う振動部２４との間に曲面４０を備えた上部電極のバリエーションの例を示す平面図である。
【００５９】
図７（ａ）に示すように、変形例１に係る上部電極２０ａは、振動部２４ａの基部２２側と反対方向で漸減部３０を有する先端の幅寸法が、基部２２に接し曲率部を有する根元部２８（曲面４０）側の幅寸法よりも小さい、つまり、振動部２４ａの幅が基部２２側端部よりも先端部の方が小さい形状の振動部２４ａが設けられている。このような構成とすることで、曲率部を有する根元部２８と先端側に向かって幅が小さくなる漸減部３０との接合部分に、振動による応力がより集中するため、応力の集中に伴い発生する熱弾性損失をより低減することができるので、高いＱ値を有するＭＥＭＳ振動子１００を提供することができる。
【００６０】
図７（ｂ）に示すように、変形例１に係る上部電極２０ｂは、振動の節となる隣り合う振動部２４の間の曲面４０の部分に、基部２２と反対方向の端部に固定部３２が設けられた支持部２６ｂが接続されている。このような構成とすることで、基板上に固定部３２を固定し、支持部２６ｂにより基板から上部電極２０ｂの振動部２４を遊離することができる。また、振動の節となる隣り合う振動部２４の間に支持部２６ｂを接続することで、振動漏れによるＱ値の低下を低減することができ、高いＱ値を有するＭＥＭＳ振動子１００を提供することができる。また、支持部２６ｂを複数とすることで、耐衝撃性を向上することができ、耐衝撃特性に優れ、且つ高いＱ値を有するＭＥＭＳ振動子１００を提供することができる。
【００６１】
（変形例２）
次に、図８（ａ）〜（ｄ）は、変形例２に係る振動子（ＭＥＭＳ振動子１００）であり、振動子の上部電極のバリエーションの例を示す平面図である。
上述の実施形態では、図１（ａ）に示すように、上部電極２０は、基部２２から延出する４つの振動部２４によって十字形状を呈する上部電極２０であるとして説明したが、この構成に限定するものではない。振動部２４の数は、偶数や奇数であっても構わず、４つ以上となるように上部電極２０が形成されていれば良い。
【００６２】
図８（ａ）は、円板状に構成した上部電極２０ｃを示す例である。互いに隣り合う振動部２４ｃの振動の位相が逆になるように振動する場合において、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、高いＱ値を有するＭＥＭＳ振動子１００を提供することができる。
【００６３】
図８（ｂ）は、６つの振動部２４ｄを有する上部電極２０ｄを示す例である。互いに隣り合う振動部２４ｄの振動の位相が逆になるように振動する場合において、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、高いＱ値を有するＭＥＭＳ振動子１００を提供することができる。
【００６４】
図８（ｃ）は、８つの振動部２４ｅを有する上部電極２０ｅを示す例である。互いに隣り合う振動部２４ｅの振動の位相が逆になるように振動する場合や、図８（ｃ）に示すように互いに隣り合う２つの振動部２４ｅが１つの組として同相で振動し、また隣り合う組の振動の位相が逆になるように振動する場合において、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、高いＱ値を有するＭＥＭＳ振動子１００を提供することができる。
【００６５】
図８（ｄ）は、５つの振動部２４ｆ１〜３を有する上部電極２０ｆを示す例である。振動部２４ｆ２と基部２２を挟み対向する２つの振動部２４ｆ３は、基部２２から延出する方向と交わる方向の長さ（幅方向の長さ）が異なっており、振動部２４ｆ２の幅方向の長さは、２つの振動部２４ｆ３の幅方向の長さに比べ大きい。これは、振動の節において基部２２と振動部２４ｆ１，２４ｆ２，２４ｆ３とが一体化した上部電極２０ｆの全体の振動が釣り合うようにするためである。このような構成とすることで、振動部２４ｆ１，２４ｆ２，２４ｆ３の合計の数が奇数であっても、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、高いＱ値を有するＭＥＭＳ振動子１００を提供することができる。
【００６６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る振動子について、図９を参照して説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係る振動子の上部電極の平面図である。
以下、第２実施形態に係る振動子の上部電極２０ｇについて、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【００６７】
図９に示すように、第２実施形態に係る上部電極２０ｇは、隣り合う振動部２４の間に凸部４２が設けられていること以外は、第１実施形態と略同様である。隣り合う振動部２４の間に凸部４２を設けることで、第１実施形態で説明した曲面４０を設けた場合と同様に、発生する熱源の間隔を離すことができるため、熱源間での熱伝導による熱の放出（熱弾性損失）を低減することができ、高いＱ値を有し、安定した振動特性や所望の振動特性を有するＭＥＭＳ振動子１００を得ることができる。
【００６８】
以上、図１（ａ）の第１実施形態に係る振動子、図７（ａ）の変形例１に係る振動子、図８（ａ）〜（ｄ）の変形例２に係る振動子及び図９の第２実施形態に係る振動子では、基部２２の中央部に設けられた支持部２６の形状が矩形で構成されているが、この構成に限定するものではなく、多角形、円形、十字形状等でも良い。また、１つの支持部２６が設けられているが、これに限定されることはなく、複数の支持部２６を設けても良い。
【００６９】
［発振器］
次いで、本発明の一実施形態に係る発振器としてのＭＥＭＳ振動子１００を適用した発振器２００について、図１０に基づき説明する。
【００７０】
図１０は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１００を備える発振器の構成の例を示す概略図である。発振器２００は、ＭＥＭＳ振動子１００、バイアス回路７０、アンプ７１，７２などから構成される。
バイアス回路７０は、ＭＥＭＳ振動子１００の配線１１ａ，１２ａに接続され、ＭＥＭＳ振動子１００に所定の電位がバイアスされた交流電圧を印加する回路である。
アンプ７１は、バイアス回路７０と並列に、ＭＥＭＳ振動子１００の配線１１ａ，１２ａに接続される帰還増幅器である。帰還増幅することで、ＭＥＭＳ振動子１００を発振器２００として構成している。
アンプ７２は、発振波形を出力するバッファー増幅器である。
【００７１】
本実施形態によれば、発振器２００として、高いＱ値を有するＭＥＭＳ振動子１００を備えていることにより、より高性能の発振器２００を提供することができる。
【００７２】
［電子機器］
次いで、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００を適用した電子機器について、図１１（ａ），（ｂ）、図１２に基づき説明する。
【００７３】
図１１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１０００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００が内蔵されている。
【００７４】
図１１（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４及び送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品（タイミングデバイス）としてのＭＥＭＳ振動子１００が内蔵されている。
【００７５】
図１２は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。デジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、表示部１０００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１３３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１３４０が、それぞれ必要に応じて接続される。更に、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１３３０や、パーソナルコンピューター１３４０に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００が内蔵されている。
【００７６】
上述したように、電子機器として、高いＱ値を有する振動子（ＭＥＭＳ振動子１００）が活用されることにより、より高性能の電子機器を提供することができる。
【００７７】
なお、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００は、図１１（ａ）のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１１（ｂ）の携帯電話機、図１２のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
【００７８】
［移動体］
次いで、本発明の一実施形態に係る振動子としてのＭＥＭＳ振動子１００を適用した移動体について、図１３に基づき説明する。
図１３は、ＭＥＭＳ振動子１００を備える移動体としての自動車１４００を概略的に示す斜視図である。自動車１４００には本発明に係るＭＥＭＳ振動子１００を含んで構成されたジャイロセンサーが搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１４００には、タイヤ１４０１を制御する該ジャイロセンサーを内蔵した電子制御ユニット１４０２が搭載されている。また、他の例としては、ＭＥＭＳ振動子１００は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
【００７９】
上述したように、移動体として、高いＱ値を有する振動子（ＭＥＭＳ振動子１００）が活用されることにより、より高性能の移動体を提供することができる。
【００８０】
以上、本発明の振動子（ＭＥＭＳ振動子１００）、発振器２００、電子機器及び移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１…基板、２…酸化膜、３…窒化膜、４…第１導電体層、５…第２導電体層、６…第３導電体層、７…レジスト、８…犠牲層、１０…下部電極、１１…第１下部電極、１１ａ…配線、１２…第２下部電極、１２ａ…配線、２０…上部電極、２２…基部、２４…振動部、２６…支持部、４０…曲面、４２…凸部、７０…バイアス回路、７１，７２…アンプ、１００…ＭＥＭＳ振動子、１０００…表示部、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１３３０…テレビモニター、１３４０…パーソナルコンピューター、１４００…自動車、１４０１…タイヤ、１４０２…電子制御ユニット。
【図１】
2015080012.tif 000003
【図２】
2015080012.tif 000004
【図５】
2015080012.tif 000005
【図６】
2015080012.tif 000006
【図７】
2015080012.tif 000007
【図８】
2015080012.tif 000008
【図９】
2015080012.tif 000009
【図１０】
2015080012.tif 000010
【図１１】
2015080012.tif 000011
【図１２】
2015080012.tif 000012
【図１３】
2015080012.tif 000013
【図３】
2015080012.tif 000014
【図４】
2015080012.tif 000015