(57)【要約】  本発明は、電気的機械的共振器に関するものであって、振動ボディ（４）と、少なくとも１つの励起電極（１４，１６）と、少なくとも１つの検出電極（１０，１２）と、を具備してなる共振器において、振動ボディが、第１ヤング率を有した第１材料から形成された第１部分（２０）と、第１ヤング率よりも小さな第２ヤング率を有した第２材料から形成された第２部分（２２）と、を備え、この第２部分が、少なくとも部分的に、検出電極（１０，１２）に対向して配置されていることを特徴としている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的機械的共振器であって、
振動ボディ（４）と、少なくとも１つの励起電極（１４，１６）と、少なくとも１つの検出電極（１０，１２）と、を具備してなる共振器において、
前記振動ボディが、第１ヤング率を有した第１材料から形成された第１部分（２０）と、前記第１ヤング率よりも小さな第２ヤング率を有した第２材料から形成された第２部分（２２）と、を備え、
この第２部分が、少なくとも部分的に、前記検出電極（１０，１２）に対向して配置されていることを特徴とする共振器。
【請求項２】
請求項１記載の共振器において、
前記第１ヤング率が、１００ＧＰａよりも大きいものとされていることを特徴とする共振器。
【請求項３】
請求項１または２記載の共振器において、
前記第２ヤング率が、１００ＧＰａよりも小さいものとされていることを特徴とする共振器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の共振器において、
前記第１材料が、単結晶シリコン、または、ニッケル、または、ダイヤモンド、から形成されていることを特徴とする共振器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の共振器において、
前記第２材料が、アルミニウム、または、金、または、亜鉛、または、マグネシウム、から形成されていることを特徴とする共振器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の共振器において、
前記振動ボディが、円形とされていることを特徴とする共振器。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の共振器において、
前記振動ボディが、正方形とされていることを特徴とする共振器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の共振器において、
２つの励起電極と２つの検出電極とが、互いに９０°という角度をなして配置されていることを特徴とする共振器。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の共振器において、
各々が励起電極と検出電極とを兼ねる２つの電極を具備し、
これら２つの電極が、直径方向に対向して配置されていることを特徴とする共振器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の共振器において、
前記第２材料（２２）が、前記振動ボディ（４）の厚さＥの７０％〜１００％という厚さｅのものとして、局所的に存在していることを特徴とする共振器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の共振器において、
共振器を基体に対して連結するためのアンカーすなわち単一ベース（６）を具備していることを特徴とする共振器。
【請求項１２】
電気的機械的共振器の製造方法であって、
前記共振器が、振動ボディと、少なくとも１つの励起電極と、少なくとも１つの検出電極と、を具備しているとともに、前記振動ボディが、第１ヤング率を有した第１材料から形成された第１部分と、前記第１ヤング率よりも小さな第２ヤング率を有した第２材料から形成された第２部分と、を備え、前記第２部分が、少なくとも部分的に、前記検出電極に対向して配置されているものとされている場合に、
この方法が、
−前記第１ヤング率を有した前記第１材料からなるベース内に、少なくとも１つのキャビティをエッチング形成するステップと、
−前記キャビティ内に、前記第１ヤング率よりも小さな前記第２ヤング率を有した前記第２材料を、成膜するステップと、
を具備していることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、
さらに、前記第２材料（１１０，１２０）に対向して電極（１１４，１１５，１２２）を形成するステップを具備していることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の方法において、
基板（１００，２０１）と前記共振器との間の連結部分として、前記基板に対しての連結ベース（６）だけを残すようにしてエッチングを行うエッチングステップを具備していることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法において、
前記キャビティの深さが、前記ベース（１０６）の厚さＥの７０％〜９５％という厚さｅとなるようにして、前記エッチングを行うことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法において、
前記ベース（２１４）を、ＳＯＩ基板（２００）上のエピタキシャル成長層（２１２）をエッチングすることによって、形成することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の方法において、
前記ベースを、単結晶シリコンから形成することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小共振器（あるいは、マイクロレゾネータ）という分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小共振器は、例えば携帯電話という分野においては、フィルタとＶＣＯ（電圧制御発振器）と参照用発振器とからなる複合体において使用される。
【０００３】
一体化を達成するためには、好ましくは以下の特徴点を有した共振器タイプの構成部材が必要とされる。
−小さな寸法。
−広範な共振周波数（数ＭＨｚよりも小さな周波数から、数ＧＨｚよりも大きい周波数まで）。
−大きな品質因子。
−信号損失が小さいこと（可能な限りにおいて最大の出力レベル）。このためには、強力な電気的機械的結合が必要とされる。
−温度と時間とに関しての非常に良好な安定性。
−マイクロエレクトロニクス的プロセスに対する互換性。
【０００４】
電気的な共振を得るのに際しては、従来的な構成部材から得られる２つのシステムが、使用される。
−ＲＬＣ回路。この回路は、ウェハ上へと容易に一体化し得るものの、性能が悪い。
−石英共振器。このような共振器は、高性能を有しているものではあるけれども、マイクロシステムテクノロジーに基づく製造プロセスには組み込むことができない。このような共振器は、機械加工によって分離されることが必須であって、その後に、付設される。このため、コストが高くなるとともに、サイズ的に大きなものとなる。
【０００５】
ＭＥＭＳ構成部材は、ＳＡＷ（『表面音響波』）タイプの共振器を備えている。このような構成部材は、圧電材料内における表面波の伝搬を利用する。
【０００６】
そのような波は、生成された後に、櫛形電極によって検出される。構成部材の寸法は、波の伝搬が起こる周波数を決定する。信号の他の成分は、伝達されない。
【０００７】
ＳＡＷは、かなり良好な性能を有している。しかしながら、ＳＡＷは、大きなサイズ（１ｃｍ２ ）のものであって、マイクロエレクトロニクステクノロジー内に組み込むことができず、周波数的に制限される（臨界寸法）。
【０００８】
また、“ＦＢＡＲ”（フィルムバルク音響共振器）タイプの共振器が存在する。この共振器は、『音響絶縁体−電極−圧電材料−電極』タイプの積層体である。音響波は、２つの電極間において伝搬する。共振は、半波長が、進行すべき音響経路に等しくなった時点で、得られる。これら構成部材は、良好な性能を有しているものの、マイクロエレクトロニクス的プロセスには組み込めない。
【０００９】
電気的機械的共振器を有した構成部材は、信号をフィルタリングし得るよう、１つの部材の共振を使用する（例えば、非特許文献１に記載されているように、シリンダ内におけるビームの曲げや膨張を使用する）。
【００１０】
振動ボディは、互いに異なる３つの方法によって、活性化することができる（そして、検出器が付設されている場合には、検出することができる）。
−圧電材料を使用すること。
−磁界を利用すること。
−静電的な方法（エアギャップの振動による容量的な検出）の使用。
【００１１】
最初の２つの技術は、現時点では、組み込むことが困難であり、非常に良好な性能を得ることができない。
【００１２】
電気的機械的な励起と容量的な検出とを行う共振器が、最も多く開発されている。これは、良好な性能（品質因子に関して、および、共振周波数に関して）を得ることができることのためであり、また、マイクロエレクトロニクス的プロセス内へと組み込み得る可能性のためである。
【００１３】
しかしながら、構成部材の出力側において信号を検出することは、容易ではない。文献においては、テストし得ない構成部材について、言及されている。
【００１４】
これは、例えば複数のディスクと複数のプレートとに関して非特許文献２に記載されているように、特に容量波を有した共振器の場合には、小さな変位が起こることのためである。
【非特許文献１】J. Wang et al.,“1.14 GHZ self-aligned vibratingmicromechanical disk resonator”, IEEE Radio Frequency Integrated CircuitsSymposium (2003)
【非特許文献２】V.Kaajakari, T.Mattila, A.Oja, J.Kiihamaki, H.Koskenvuori,P.Rantakari, I.Tittonen, H.Seppa,“Square-extensional mode single-crystalsilicon micromechanical RF-resonators”, IEEE Transducers 03 (2003)
【非特許文献３】M.A. Abdelmoneum, M.U. Demirci and T.C. Nguyen,“Stemlesswine-glass mode disk micromechanical resonators”, IEEE (2003)
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明による共振器は、圧電的な駆動（および、検出）に対して適合性を有している。一体化という理由のために、静電的な駆動が好ましい。
【００１６】
本発明は、電気的機械的共振器に関するものであって、振動ボディと、少なくとも１つの励起電極と、少なくとも１つの検出電極と、を具備してなる共振器において、振動ボディが、第１ヤング率を有した第１材料から形成された第１部分と、第１ヤング率よりも小さな第２ヤング率を有した第２材料から形成された第２部分と、を備え、この第２部分が、少なくとも部分的に、検出電極に対向して配置されていることを特徴としている。
【００１７】
本発明による電気的機械的共振器は、容量波共振器（主にディスクおよびプレート）と比較して、特に構成面において、および、得ることができる変位量という点において、差異を有している。
【００１８】
従来技術による共振器の振動ボディは、単一の材料（シリコン製ディスク、ニッケル製プレート、等）から形成されている。この材料は、硬さが硬いこと（共振周波数を大きなものとし得るよう、大きなヤング率）やエネルギー損失が小さいこと（例えば、加熱によるエネルギー損失、グレインジョイントのところにおける損失）といったように、機械的特性に基づいて選択されている。他方、それら材料の変形量は小さなものである。このことは、エアギャップ内に於ける振動検出を困難なものとする。
【００１９】
本発明による共振器を使用することにより、高い性能（特に、品質因子、共振周波数）を得ることができるとともに、さらに、大きな局所的変形を得ることができる。
【００２０】
第１材料は、好ましくは、強い機械的特性を有した材料とされ、特に共振周波数と品質因子という点において、構成部材の良好な性能を確保する。
【００２１】
第２材料は、より小さな硬さ（第１材料のヤング率よりも小さなヤング率）を有しており、これにより、大きな変形を可能とし、可能であれば、加熱による損失を小さなものとする。
【００２２】
例えば、以下の材料を使用することができる。
−第１材料：単結晶シリコン、ニッケル、または、ダイヤモンド。
−第２材料：アルミニウム、金、亜鉛、または、マグネシウム。
【００２３】
例えば、振動ボディは、円形や正方形のものとすることができる。
【００２４】
電極は、互いに９０°という角度をなして配置することができる。
【００２５】
このような共振器の最大寸法は、好ましくは１ｍｍ未満とされ、用途に依存することとなる。例えば、携帯電話応用においては、最大寸法は、典型的には、５０μｍ未満とされる。
【００２６】
例えば、第２材料は、振動ボディの厚さＥの７０％〜１００％という厚さｅのものとして、局所的に存在することができる。
【００２７】
このようなデバイスは、有利には、共振器を基体に対して連結するための単一のアンカーすなわちスタンドを具備している。
【００２８】
本発明は、また、電気的機械的共振器の製造方法に関するものであって、この方法は、
−第１ヤング率を有した第１材料からなるベース内に、少なくとも１つのキャビティをエッチング形成するステップと、
−キャビティ内に、第１ヤング率よりも小さな第２ヤング率を有した第２材料を、成膜するステップと、
を具備している。
【００２９】
この方法は、さらに、第２材料に対向して電極を形成するステップを具備することができる。
【００３０】
基板と共振器との間の連結部分として、基板に対しての連結ベースだけを残すようにしてエッチングを行うエッチングステップが行われる。
【００３１】
キャビティの深さが、ベースの厚さＥの７０％〜９５％という厚さｅとなるようにして、エッチングを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下においては、本発明の第１実施形態につき、図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明する。
【００３３】
これは、容量型の形質導入を有した円筒タイプの共振器を例示している。しかしながら、プレートタイプの共振器とすることもできる。より一般的には、容量波共振器とすることができる。
【００３４】
提案された構成部材は、互いに異なる２つの部分２，３を備えている。
【００３５】
第１部分２は、機械的共振に専用のものとされている。第１部分２は、振動ボディと、このボディを基体１１に対してアンカー止めするためのアンカー止め手段６と、を備えている。『複合型のシリンダ』（互いに異なる少なくとも２つの材料から構成されている）が構成されていて、小さな寸法の円筒形のベース６によって、基部の一方の面の中央のところにおいて、アンカー止めされている。
【００３６】
第２形質導入部分３は、電気的信号から機械的信号を生成すること（励起）を目的としたものである、あるいは逆に、機械的信号から電気的信号を生成することを目的としたものである。検出は、２つのポートを有した構成部材の場合には、個別的に行われる。しかしながら、検出は、すべての場合において、必ずしも、励起とは個別的なものとは限らない。
【００３７】
この第２部分には、１つまたは複数の電極１０，１２と、この例においては容量的な手段とされた形質導入手段と、が設けられている。単一の検出電極だけを設けることもできる。
【００３８】
さらに、１つまたは複数の励起電極１４，１６が設けられている。１つまたは複数の励起電極１４，１６は、振動ボディのところにおいて静電力を発生させる。これにより、機械的な共振を開始させることができる、あるいは、開始させないこともできる。
【００３９】
したがって、この例においては、４つの電極が設けられており、これら電極は、相対的な離間角度を９０°としつつ、シリンダの側面に対して対向している。２つの検出電極は、直径方向において互いに対向配置されている（２つの励起電極も、また、直径方向において互いに対向配置されている）。変形例においては、同じ電極を使用して、励起と検出との双方を行うことができる。この場合、それら電極のうちの２つを、シリンダ上において、直径方向に互いに対向して配置することができる。
【００４０】
『共振器の振動ボディ』という用語は、特定の周波数において共振を開始することを要求された部材を意味している。
【００４１】
アンカー６と、このアンカーに対して連結された部材とは、振動ボディとは無関係である。
【００４２】
図１Ａおよび図１Ｂからわかるように、振動ボディ４自体は、以下のような２つの部分から構成されている。
−第１部分２０。この部分は、第１材料から形成されている。例えば、単結晶シリコンや、ニッケルや、ダイヤモンド、から形成されている。あるいは、より一般的には、ヤング率の大きな材料（典型的には、１００ギガパスカルより大）から形成されている。
−第２部分２２。この部分は、第２材料から形成されている。例えば、アルミニウムや、金や、亜鉛や、マグネシウム、から形成されている。あるいは、より一般的には、ヤング率の小さな材料（典型的には、１００ギガパスカルより小）から形成されている。いずれにしても、確実に、第１材料の第１ヤング率よりも小さなヤング率を有している。
【００４３】
検出形質導入のところにおいて大きな表面積にわたって大きな変形を得るためには、第２材料は、電極のところにおいて局所的に、（振動ボディの合計厚さの中で）かなり大きな厚さｅを有している。例えば、振動ボディの厚さＥの７０％〜１００％という厚さを有している。
【００４４】
この第２材料は、少なくとも部分的に、検出電極に対向して配置されている。あるいは、第１部分２０内に形成されたキャビティ内に配置されている。
【００４５】
第２材料は、検出電極１０，１２に対して相互作用し得るようにして、配置されている。
【００４６】
この第２材料は、好ましくは、検出電極１０，１２の形質導入表面に対して、できる限り接近して配置される。第２材料は、形質導入表面のところに位置することさえ可能である。
【００４７】
最後に、第２材料の容積は、好ましくは、変形のゲインが、同じ振動ボディのうちの第１材料だけから形成されている部分と比較して十分に大きなものであるものと、されている。
【００４８】
要求された振動モードが、時に『ワイングラス』モードと称されるようなさらに非特許文献３に記載されているような、変形形状が図２Ａおよび図２Ｂに示すものであるようなモードである場合には、構成部材には、通常は、４つの電極が設けられ、２つの励起電極と２つの検出電極とが交互に配置される。
【００４９】
図１Ａは、このタイプの構成部材の一例を示している。
【００５０】
この場合、第２材料は、少なくとも部分的には、検出電極のところに配置されている。
【００５１】
図２Ａおよび図２Ｂにおける矢印は、変位方向を示しており、ディスクタイプの共振器４における各電極の位置に対応している。
【００５２】
構成部材の動作時には、振動ボディが付勢される。入力信号は、励起電極どうしの間に印加された（それぞれ固定されている電極１４，１６の間に印加された）静電力という態様でもって、励起電極１４，１６から振動ボディ４へとを伝達される。信号に関し、振動ボディ４の変位は、非常に小さいものであり、出力信号を生成することができない。入力信号が、振動ボディの共振周波数（この共振周波数は、振動ボディの形状に依存する、例えばディスクの半径に依存する）に対応した成分を有している場合には、振動ボディは、機械的共振を開始する。この場合、ディスクは、基体１１に対して平行な平面内に位置する変形成分を有しつつ変形する。あるいは、デバイスのボディと電極とによって形成された平面内に位置する変形成分を有しつつ変形する。例えば、振動ボディは、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、『ワイングラス』モードでもって変形する。これにより、それぞれ固定されている検出電極１０，１２内に、電流が生成される。
【００５３】
この電流は、電極のところにおける振動ボディの変位が（エアギャップに対して）増大するにつれて、なお一層、増大する。
【００５４】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の一変形例を示しており、この例は、プレートタイプの複合型共振器を例示している。この実施形態においては、材料２２の存在は、検出電極１０，１２に対して最適なものとされている。
【００５５】
以下においては、本発明によるデバイスの形成方法について、例示する。
【００５６】
このプロセスは、シリコンウェハ１００（図５Ａ）の選択と準備とから開始される。
【００５７】
このウェハ１００上には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）層１０２が成膜され、この二酸化シリコン層１０２は、リソグラフィー後にエッチングされる（図５Ｂ）。このエッチングにより、基板１００上に、開口１０１，１０３，１０５が形成される。この犠牲絶縁体層は、数μｍという厚さを有しており、例えば２μｍという厚さを有している。
【００５８】
次なるステップにおいては、窒化シリコンＳｉ３Ｎ４層１０４を成膜する。この窒化シリコン層をリソグラフィーしてエッチングする（図５Ｃ）。この絶縁体層は、およそ１μｍ厚さとされる。先に形成されたいくつかの開口１０１，１０５を充填し、これにより、後の工程で互いに絶縁されることとなる複数の電極を形成可能とする。
【００５９】
次なるステップにおいては、約３μｍという厚さでもってシリコン層１０６を成膜する。このシリコン層をリソグラフィーしてエッチングし、これにより、ベース１０６（図５Ｄ）を形成する。ベース１０６内においては、複数のキャビティ１０８をエッチングによって形成することができる（図５Ｅ）。エッチングの深さは、好ましくは、例えばベースの厚さの７０％〜９５％といったように、かなりの厚さ部分にわたるものとされる。
【００６０】
次なるステップにおいては、リソグラフィーとエッチングとによって、キャビティ１０８内に、アルミニウム１１０を成膜する（図５Ｆ）。このアルミニウムは、本発明において、実際に、共振器の振動ボディをなす第２材料である（図１および図３における符号２２）。
【００６１】
次なるステップにおいては、例えば二酸化シリコンＳｉＯ２ からなるような、犠牲層１１２を、約０．１μｍ厚さでもって、成膜する（図５Ｇ）。
【００６２】
次なるステップにおいては、例えばシリコンといったような材料から、電極を形成することとなる材料を成膜する。電極１１４，１１５は、成膜後に、平坦化とリソグラフィーとエッチングとを行うことにより、得られる（図５Ｈ）。
【００６３】
次なるステップにおいては、犠牲層１０２と犠牲層１１２とをエッチングして、デバイス自体と基板１００との間においてキャビティ１２０，１２６を解放することによりおよび振動ボディと電極１１４，１１５との間においてキャビティ１２２，１２４を解放することにより、構造を解放する（図５Ｉ）。
【００６４】
本発明の他の実施形態につき、図６Ａ〜図６Ｊを参照して説明する。
【００６５】
このプロセスにおいては、ＳＯＩ基板２００を利用する。ＳＯＩ基板２００は、例えばシリコンからなる基板２０１と、例えば二酸化シリコンＳｉＯ２ から構成され０．４μｍ厚さのものとし得る絶縁体層２０３と、例えば０．２μｍ厚さのものとされるシリコン層２０５と、を備えている。
【００６６】
第１エッチングステップを行うことにより、層２０５，２０３内にパターン２１０をエッチング形成する（図６Ｂ）。パターン２１０は、その後の工程において、振動ボディのベースを形成するために使用される。
【００６７】
次なるステップにおいては（図６Ｃ）、基板の表面をクリーニングし、シリコン層２１２をエピタキシャル成長させる。シリコン層２１２の厚さは、例えば、約２．８μｍとされる。
【００６８】
その後、シリコン層２１２をエッチングすることにより、振動ボディ２１４を形成する（図６Ｄ）。
【００６９】
このボディを酸化し、これにより、表面酸化層２１６を形成する（図６Ｅ）。例えば、この層は、熱処理によって形成され、０．０１μｍ〜０．３μｍという厚さのものとすることができる。
【００７０】
その後、酸化物層２１６内におよびボディ２１４内に、ボックス２１８を、エッチング形成する。このようなボックスの深さは、ボディ２１４がなす全厚さの７０％〜１００％とすることができる。
【００７１】
次なるステップにおいては、ボックス２１８内において、アルミニウム２２０を成膜してエッチングする（図６Ｇ）。その後、例えば電極２２２（図６Ｈ）といったような電極を、成膜によって形成する。例えば、Ｐ＋＋にドーピングされたポリシリコンから形成することができ、厚さは、２〜３μｍとすることができる。
【００７２】
その後、振動ボディからなる構造を、ＳｉＯ２ からなる犠牲層２０３をエッチングすることによって、解放する。これにより、複数のキャビティ２２４を、振動ボディと基板２０１との間において、および、振動ボディと電極２２２との間において、露出させる（図６Ｉ）。
【００７３】
次なるステップにおいては、電極の表面を金属化し、これにより、パッド２２６を形成する（図６Ｊ）。
【００７４】
このプロセスを使用することにより、図１Ａにおける部分２０に対応した部分が、エピタキシャル成長ステップ時に形成された単結晶シリコンから形成されているような、共振器を得ることができる。
【００７５】
その後、基板に対しての振動ボディのアンカー止めを、同じ結晶から形成する。
【００７６】
これにより、振動ボディの機械的特性を改良することができる。なぜなら、異なる材料どうしの間の境界部分がなす損失源を低減させ得るからである。これは、中心軸が多結晶シリコンから形成されている場合に顕著である。さらに、振動ボディの残部が、単結晶シリコンから、または、グレインジョイントから、形成されているからである。この結果、従来技術によるデバイスと比較して、より良好な性能を得ることができる。
【００７７】
本発明によるデバイスには、小さなものとすることができる（典型的には、５０μｍ×５０μｍ）。
【００７８】
また、このようなデバイスは、温度に関して、安定的なものである。この構成部材は、温度変化に対して、あまり敏感ではない。単一のアンカー６（この場合には、中心位置に配置されたアンカー）が、温度差による膨張に基づく応力の発現を制限する。
【００７９】
さらに、このようなデバイスの技術的製造に関する様々なステップは、集積回路（ＩＣ）技術に対して互換性を有している。
【００８０】
このデバイスにおいては、さらに、高い共振周波数を得ることができる。大きな機械的特性を有した第１材料の使用は、約１０μｍという程度の寸法（特に、上記において想定したような寸法。例えば、５０μｍ×５０μｍ。）に関して、大きな共振周波数（１００ＭＨｚの程度）を得ることができる。
【００８１】
さらに、形質導入箇所における大きな変位量を使用することにより、構成部材からの出力部分において、大きな信号レベルを得ることができる。
【００８２】
また、有限要素法による計算によって、第２材料２２の埋設箇所における形質導入表面に関してより大きな変位が示された。図４は、本発明による構成部材の変形形状を示している。最も大きく変形する領域は、材料２２において得られ、とりわけ、検出電極に対して最も接近して位置した領域２２−１，２２−２において得られる。
【００８３】
シミュレーションの実施により、同じ共振周波数（６０ＭＨｚ）において、構造（第１材料：シリコン、第２材料：アルミニウム）の最大変位量が、シリコンだけから構成されたディスクの場合と比較して、１０３ 倍以上という倍率でもって、大きくなることが示された。
【００８４】
測定電極から出力電流は、次式によって表される。
【００８５】
【数１】
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【００８６】
ここで、
−Ｖｐ は、振動ボディに対するバイアス電圧であり、
−ε０ ，εｒ は、それぞれ、真空中での誘電率、および、エア中での比誘電率であり、
−Ｓは、検出に関連した形質導入表面積であり、
−ｄ０＋ｘ は、形質導入表面のところにおけるエアギャップの厚さであり、
−Ｃは、休止時における検出表面のキャパシタンス値である。
【００８７】
エアギャップ内における大きな変化ｄｘ（正または負）が、大きな強度変化をもたらし得ること、したがって、大きな信号レベルをもたらし得ること、がわかる。
【００８８】
逆に言えば、この関係式は、一定の変位量に関しては、構成部材の振動ボディに対して印加されたバイアス電圧が、振動ボディが単一の材料から形成されている共振器に対して印加されるバイアス電圧と比較して、より小さいことを示している。非特許文献１〜３に記載された共振器は、数十ボルト〜数百ボルト以上というバイアス電圧を有している。一方、本発明による構成部材は、より小さなバイアス電圧を有している。典型的には、数ボルト〜数十ボルトというバイアス電圧を有している。例えば、２Ｖ〜５Ｖといったような、あるいは、２０Ｖ〜３０Ｖといったような、バイアス電圧を有している。このことは、チップへの組込を考慮した場合には、重要な利点である。
【００８９】
産業的な応用は、ＲＦ応用（参照用発振器、可変発振器、フィルタ）のための受動的構成部材という分野であり、また、共振器を使用したすのべてのエレクトロニクス分野およびマイクロエレクトロニクス分野である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１Ａ】本発明によるデバイスの一例を示す図である。
【図１Ｂ】本発明によるデバイスの一例を示す図である。
【図２Ａ】特定のモードにおけるディスクの変形形状を示す図である。
【図２Ｂ】特定のモードにおけるディスクの変形形状を示す図である。
【図３Ａ】本発明によるデバイスの他の例を示す図である。
【図３Ｂ】本発明によるデバイスの他の例を示す図である。
【図４】本発明による複合型ディスクの変形形状を示す図である。
【図５Ａ】本発明によるプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図５Ｂ】本発明によるプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図５Ｃ】本発明によるプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図５Ｄ】本発明によるプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図５Ｅ】本発明によるプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図５Ｆ】本発明によるプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図５Ｇ】本発明によるプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図５Ｈ】本発明によるプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図５Ｉ】本発明によるプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図６Ａ】本発明による他のプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図６Ｂ】本発明による他のプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図６Ｃ】本発明による他のプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図６Ｄ】本発明による他のプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図６Ｅ】本発明による他のプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図６Ｆ】本発明による他のプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図６Ｇ】本発明による他のプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図６Ｈ】本発明による他のプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図６Ｉ】本発明による他のプロセスにおける各ステップを示す図である。
【図６Ｊ】本発明による他のプロセスにおける各ステップを示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
４  振動ボディ
６  連結ベース
１０  検出電極
１２  検出電極
１４  励起電極
１６  励起電極
２０  第１部分
２２  第２部分
１００  基板
１０６  ベース
１１０  第２材料
１１４  電極
１１５  電極
１２０  第２材料
１２２  電極
２００  ＳＯＩ基板
２０１  基板
２１２  エピタキシャル成長層
２１４  ベース
【図１Ａ】
2008504771.tif 000004
【図１Ｂ】
2008504771.tif 000005
【図２Ａ】
2008504771.tif 000006
【図２Ｂ】
2008504771.tif 000007
【図３Ａ】
2008504771.tif 000008
【図３Ｂ】
2008504771.tif 000009
【図４】
2008504771.tif 000010
【図５Ａ】
2008504771.tif 000011
【図５Ｂ】
2008504771.tif 000012
【図５Ｃ】
2008504771.tif 000013
【図５Ｄ】
2008504771.tif 000014
【図５Ｅ】
2008504771.tif 000015
【図５Ｆ】
2008504771.tif 000016
【図５Ｇ】
2008504771.tif 000017
【図５Ｈ】
2008504771.tif 000018
【図５Ｉ】
2008504771.tif 000019
【図６Ａ】
2008504771.tif 000020
【図６Ｂ】
2008504771.tif 000021
【図６Ｃ】
2008504771.tif 000022
【図６Ｄ】
2008504771.tif 000023
【図６Ｅ】
2008504771.tif 000024
【図６Ｆ】
2008504771.tif 000025
【図６Ｇ】
2008504771.tif 000026
【図６Ｈ】
2008504771.tif 000027
【図６Ｉ】
2008504771.tif 000028
【図６Ｊ】
2008504771.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月19日(2006.1.19)
【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】
電気的機械的共振器であって、
振動ボディ（４）と、少なくとも１つの励起電極（１４，１６）と、少なくとも１つの検出電極（１０，１２）と、を具備してなる共振器において、
前記振動ボディが、第１ヤング率を有した第１材料から形成された第１部分（２０）と、前記第１ヤング率よりも小さな第２ヤング率を有した第２材料から形成された第２部分（２２）と、を備え、
この第２部分が、前記第１材料からなるキャビティ内に配置されているとともに、少なくとも部分的に、前記検出電極（１０，１２）に対向して配置されていることを特徴とする共振器。
【請求項２】
請求項１記載の共振器において、
前記第１ヤング率が、１００ＧＰａよりも大きいものとされていることを特徴とする共振器。
【請求項３】
請求項１または２記載の共振器において、
前記第２ヤング率が、１００ＧＰａよりも小さいものとされていることを特徴とする共振器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の共振器において、
前記第１材料が、単結晶シリコン、または、ニッケル、または、ダイヤモンド、から形成されていることを特徴とする共振器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の共振器において、
前記第２材料が、アルミニウム、または、金、または、亜鉛、または、マグネシウム、から形成されていることを特徴とする共振器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の共振器において、
前記振動ボディが、円形とされていることを特徴とする共振器。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の共振器において、
前記振動ボディが、正方形とされていることを特徴とする共振器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の共振器において、
２つの励起電極と２つの検出電極とが、互いに９０°という角度をなして配置されていることを特徴とする共振器。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の共振器において、
各々が励起電極と検出電極とを兼ねる２つの電極を具備し、
これら２つの電極が、直径方向に対向して配置されていることを特徴とする共振器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の共振器において、
前記第２材料（２２）が、前記振動ボディ（４）の厚さＥの７０％〜１００％という厚さｅのものとして、局所的に存在していることを特徴とする共振器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の共振器において、
共振器を基体に対して連結するためのアンカーすなわち単一ベース（６）を具備していることを特徴とする共振器。
【請求項１２】
電気的機械的共振器の製造方法であって、
前記共振器が、振動ボディと、少なくとも１つの励起電極と、少なくとも１つの検出電極と、を具備しているとともに、前記振動ボディが、第１ヤング率を有した第１材料から形成された第１部分と、前記第１ヤング率よりも小さな第２ヤング率を有した第２材料から形成された第２部分と、を備え、前記第２部分が、少なくとも部分的に、前記検出電極に対向して配置されているものとされている場合に、
この方法が、
−前記第１ヤング率を有した前記第１材料からなるベース内に、少なくとも１つのキャビティをエッチング形成するステップと、
−前記キャビティ内に、前記第１ヤング率よりも小さな前記第２ヤング率を有した前記第２材料を、成膜するステップと、
を具備していることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、
さらに、前記第２材料（１１０，１２０）に対向して電極（１１４，１１５，１２２）を形成するステップを具備していることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の方法において、
基板（１００，２０１）と前記共振器との間の連結部分として、前記基板に対しての連結ベース（６）だけを残すようにしてエッチングを行うエッチングステップを具備していることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法において、
前記キャビティの深さが、前記ベース（１０６）の厚さＥの７０％〜９５％という厚さｅとなるようにして、前記エッチングを行うことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法において、
前記ベース（２１４）を、ＳＯＩ基板（２００）上のエピタキシャル成長層（２１２）をエッチングすることによって、形成することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の方法において、
前記ベースを、単結晶シリコンから形成することを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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2008504771.tif 000032
2008504771.tif 000033
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