(57)【要約】  保持部の延伸する方向における収縮振動による抵抗値の変動を抑制し、高精度な発振器を実現可能なＭＥＭＳ素子を提供する。ＭＥＭＳ素子１０は、枠１１と、駆動信号の入力を受ける矩形板１２と、この矩形板１２を枠１１に固定する保持部１３とから構成される。枠１１と矩形板１２とは、いずれも短辺と長辺とを有する矩形状で構成される。保持部１３は、矩形板１２の対向する短辺の中央部分から枠１１側に延伸して設けられ、矩形板１２を枠１１に対して固定している。矩形板１２の長辺（Ｌｐ）と短辺（Ｗｐ）の比（Ｌｐ／Ｗｐ）が１．３〜１．６、好ましくは１．４６となる。抵抗膜１９は、矩形板１２を枠１１に固定する保持部１３を結んだ直線上に沿った領域であり、振動分布から最大変位の半分以下の領域に形成される。
2015108124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に、
圧電層と前記圧電層の上下に電極膜とを備え、外部からの駆動信号の入力を受ける短辺と長辺とからなる矩形板と、
前記矩形板を、一対の保持部を介して固定する固定部と、を備えたＭＥＭＳ素子であって、
前記矩形板上には、前記電極膜の一部を覆う絶縁層と、前記絶縁層上に抵抗膜と、が形成され、
前記保持部は、前記矩形板の対向する短辺の中央から前記固定部に延伸して形成され、
前記抵抗膜は、幅拡がり振動のノードとなる前記保持部を結ぶ直線上に沿った領域に形成された、ＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
前記矩形板の長辺が短辺の１．３〜１．６倍である、請求項１記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
前記抵抗膜は、前記矩形板の振動分布における最大変位の半分以下の領域に形成される、請求項１又は２記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記抵抗膜は、前記絶縁層上において抵抗経路を往復して形成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
前記基板は、全体厚の８０％以上の厚みを有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
前記基板は、少なくともシリコン層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、矩形板を保持部により枠に固定したＭＥＭＳ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン半導体層上に圧電薄膜を含む振動部が構成されているＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を応用した発振器が開発されている。発振器においては周囲温度が変動しても発振周波数の変動が少ない特性が求めれられ、ＭＥＭＳ構造を用いた発振器として以下のような技術が開示されている。【０００３】
例えば、シリコン基板上に圧電薄膜を形成したラム波モードのＭＥＭＳ素子に抵抗体からなるヒータと温度センサを形成し、圧電薄膜の上下に形成された電極により励振される発振器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この発振器は、全体が矩形板形状で、対向する２辺の中央から延出するＩ型の保持部により保持されている。この発振器は、ＭＥＭＳ素子の圧電薄膜に電圧を印加することで、矩形板の形状に応じた周波数で振動する発振子として使用される。矩形板の振動体上の辺近傍に形成した温度センサにより振動体自体の温度を測定し、ヒータにより一定温度に保つように制御することで、周囲温度が変動しても発振周波数の変動が少ない、高精度な温度補償型発振器を構成している。【０００４】
また、別の例として、矩形板の対向する２辺の中央部から延出する２つのＴ字型保持部を備えた輪郭振動（呼吸振動）モードの静電ＭＥＭＳ素子を用いた発振器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この文献には、保持部を結ぶライン上に２つの抵抗膜を一体形成したＭＥＭＳ素子が示されている。このＭＥＭＳ素子は、振動体に形成した電極と固定部に形成した電極間の静電力により輪郭モードで振動する。この発振器では、抵抗膜により共振子の温度を測定し、その温度での周波数と基準周波数とのズレを補正するようにＤＣバイアスを制御することにより発振周波数を調整したり、ヒータにより一定温度に保つように制御したりすることで、高精度な温度補償型発振器を構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８４１０８６８号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第２５３０８３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１の発振器は、ラム波モードでは、矩形板の周辺部は振動振幅が大きく、振動に伴い薄膜抵抗が収縮変形する。このため、温度に伴う抵抗変動に、振動に伴う抵抗変動がノイズとして重畳され、高精度な温度測定ができず、高精度な発振器が実現できない。また、変形収縮が大きいため、剥離が生じるなど信頼性の課題がある。【０００７】
一方、特許文献２の発振器のように、保持部を結ぶ直線方向と垂直方向に伸縮させるように静電力を印加すると、振動モードが輪郭振動の場合、直線方向との結合が大きく、保持部を結ぶ直線上においても直線方向（保持部の延伸する方向）に少なからず伸縮する。そのため、この発振器では、直線方向の伸縮に伴い抵抗膜の抵抗値が変動してしまい、高精度な温度測定が得られず、高精度な温度補正が実現できなかった。なお、特許文献２では、保持部を結ぶ直線上での伸縮を緩和するために、保持部はＴ字型に構成している。【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、保持部の延伸する方向における収縮振動による抵抗値の変動を抑制し、高精度な発振器を実現可能なＭＥＭＳ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面に係るＭＥＭＳ素子は、基板と、前記基板上に、圧電層と前記圧電層の上下に電極膜とを備え、外部からの駆動信号の入力を受ける短辺と長辺とからなる矩形板と、前記矩形板を、一対の保持部を介して固定する固定部と、を備えたＭＥＭＳ素子であって、前記矩形板上には、前記電極膜の一部を覆う絶縁層と、前記絶縁層上に抵抗膜と、が形成され、前記保持部は、前記矩形板の対向する短辺の中央から前記固定部に延伸して形成され、前記抵抗膜は、拡がり振動のノードとなる前記保持部を結ぶ直線上に沿った領域に形成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、矩形板を短辺と長辺とにより構成し、幅拡がり振動モードとする。これにより、振動の振幅は、ほぼ短辺方向に平行となり、短辺中央部での長辺方向への振幅を小さくすることができる。その矩形板上に、抵抗膜が、拡がり振動のノードとなる保持部を結ぶ直線状に沿った領域に形成されるため、振動による抵抗値の変動が抑制され、高精度な温度測定が可能となる。その結果、高精度な発振器を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ´断面図である。
【図３】矩形板の長辺と短辺の比についてのシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【図４】矩形板を幅拡がり振動モードで振動させた場合のイメージ図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図５】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子において抵抗膜の配置構成の他の一例を示す斜視図である。
【図６】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子において抵抗膜の配置構成の他の一例を示す斜視図である。
【図７】第２の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の構成を示す断面図である。
【図８】第２の実施形態に係るＭＥＭＳ素子において露出した電極を除去した場合の周波数変動を示すグラフ図（ａ）及びイメージ図（ｂ）である。
【図９】他の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の構成を示す斜視図（ａ）及び（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
［１．第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態（以下、この項において「本実施形態」という。）に係るＭＥＭＳ素子１０の全体構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ´断面図である。
【００１３】
（概略構成）
図１に示すように、ＭＥＭＳ素子１０は、中央に凹状のキャビティＣを備えた基板Ｂの上に、枠１１と、外部電源Ｓからの駆動信号の入力を受ける矩形板１２と、この矩形板１２を枠１１に固定する保持部１３と、から構成される。これにより、枠１１に保持された矩形板１２は、キャビティＣ上で振動可能に構成される。枠１１と矩形板１２とは、いずれも短辺と長辺とを有する矩形状である。保持部１３は、矩形板１２の対向する短辺の中央部分から枠１１側に延伸して設けられ、矩形板１２を枠１１に対して固定している。なお、図１では、矩形板１２の短長辺と枠１１の短長辺が平行となっているが、必ずしも平行とする必要はない。すなわち、枠１１に対して、矩形板１２が斜めに配置される構成も包含する。
【００１４】
ここで、矩形板１２は、短辺（Ｗｐ）と長辺（Ｌｐ）とにより構成し、幅拡がり振動モードとする。具体的には、矩形板１２は、長辺（Ｌｐ）と短辺（Ｗｐ）の比（Ｌｐ／Ｗｐ）が１．３〜１．６、好ましくは１．４６となるように、例えば、長辺（Ｌｐ）が０．２２ｍｍ、短辺（Ｗｐ）が０．１５ｍｍで形成される。また、保持部は、例えば、幅２μｍ、長さ２μｍで形成される。なお、枠１１、矩形板１２及び保持部１３は、同一シリコンウェハからフォトリソ工程により一体形成される。
【００１５】
（積層構造）
図２を参照して、ＭＥＭＳ素子１０の積層構造について詳しく説明する。ＭＥＭＳ素子１０は、中央に凹状のキャビティＣを備えた基板Ｂの上に、シリコン層１４が形成され、シリコン層１４上にシリコン酸化膜１５が酸化形成されている。また、シリコン酸化膜１５上に、下励振電極１７ａと上励振電極１７ｂとを上下に配置した圧電層１６が形成されている。上励振電極１７ｂの上層には、絶縁層１８が形成され、さらにその上層に抵抗膜１９が形成されている。なお、シリコン層１４上において、シリコン酸化膜１５、圧電層１６及び上下の励振電極１７ａ，１７ｂは、矩形板１２のほぼ全面に形成される。ただし、枠１１の一部（ここでは、枠１１の一つの角部分）は、外部電源Ｓからの駆動信号を受けるため、上励振電極１７ｂ及び圧電層１６から下励振電極１７ａを露出させる露出部１７ｃが設けられている。なお、枠１１に形成された励振電極１７ａ，１７ｂは、保持部１３を通り、矩形板１２に形成された励振電極１７ａ，１７ｂと接続されている。
【００１６】
また、抵抗膜１９は、矩形板１２の一部から、保持部１３上を通る直線部１９ａと、枠１１上に引き出された引出部１９ｂ及び１９ｃを有する。この抵抗膜１９に外部から電流を流すと、抵抗値に応じた電圧が発生し、その電圧値から温度を測定する。絶縁層１８は、抵抗膜１９の配置に合わせて、枠１１上及び矩形板１２上の一部に形成される。なお、絶縁層１８及び抵抗膜１９の配置構成について後に詳述する。
【００１７】
（積層材料）
シリコン層１４は、例えば１０μｍ厚で形成し、シリコン酸化膜１５は０．４８μｍで形成する。酸化シリコン（ＳｉＯ2）を形成することにより、ＭＥＭＳ素子の共振周波数の温度に対する変動量を抑制することができる。また、シリコン層１４にドーピングすることでも効果的に、ＭＥＭＳ素子の共振周波数の温度に対する変動量を抑制することができる。なお、シリコン酸化膜１５は、図２に示す例では、シリコン層１４の圧電層１６側の面に形成されているが、シリコン層１４のキャビティＣ側の面に形成されてもよい。
【００１８】
圧電層１６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成し、例えば０．８μｍ厚で形成する。圧電層１６及び上下の励振電極１７ａ，１７ｂは、スパッタなどの成膜装置で形成する。上下の励振電極１７ａ，１７ｂはモリブデン（Ｍｏ）電極を用い、例えば０．１μｍ厚で形成する。なお、圧電層は窒化アルミニウムに限らず、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）などのセラミックス材料を用いても良い。これらは、必要に応じて、圧電層内の分極方向を揃えるための分極処理を施して利用することができる。
【００１９】
絶縁層１８は、フォトリソ工程によるパターニングを行う。本実施形態では、絶縁層１８を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成し、例えば０．１μｍ厚で形成する。絶縁層１８を圧電層１６と同じ窒化アルミニウムにより形成することで、温度変化などでのストレスが軽減され、繰り返しの熱ストレスに対して、劣化の少ない高安定な構造が得られる。なお、絶縁層１８を酸化シリコン（ＳｉＯ2）により形成することも可能である。絶縁層１８を酸化シリコンで形成した場合には、ＭＥＭＳ素子の共振周波数の温度に対する変動量を抑制する効果がある。この場合、例えば、絶縁層１８を０．８μｍ厚で形成する。また、抵抗膜１９は、モリブデン（Ｍｏ）膜により形成し、例えば０．１μｍ厚で形成する。
【００２０】
（詳細構成）
ここで、本実施形態のＭＥＭＳ素子１０は、矩形板１２の長辺（Ｌｐ）と短辺（Ｗｐ）の比（Ｌｐ／Ｗｐ）が１．３〜１．６、好ましくは１．４５〜１．５０となることを一つの特徴とする。
【００２１】
また、抵抗膜１９が、矩形板１２の所定の領域に形成され、それにともなって、絶縁層１８が矩形板１２に形成された上励振電極１７ｂの一部に形成されていることを、もう一つの特徴とする。すなわち、抵抗膜１９は、図１に示すように、矩形板１２を枠１１に固定する保持部１３を結んだ直線上（これを、「ノード」という。）に沿った領域であり、振動分布から最大変位の半分以下の領域に形成される。抵抗膜は、フォトリソなどによりパターニングしても良い。
【００２２】
本実施形態では、特に、抵抗膜１９は、矩形板１２の一方（Ｘ側）の短辺に対向した枠１１上から、保持部１３ａ上を通り、ノードを通過して、他方の保持部１３ｂ上を通って、他方（Ｘ´側）の短辺に対抗した外枠上へ至るように形成される。すなわち、抵抗膜１９は、ノード上の直線部１９ａに対して枠１１上で互いに反対方向に９０度折れた引出部１９ｂ，１９ｃを有し、全体として略Ｓ字状に形成される。
【００２３】
（シミュレーション結果）  矩形板１２の長辺（Ｌｐ）と短辺（Ｗｐ）の比（Ｌｐ／Ｗｐ）をおおよそ１．４６に設定する理由と、抵抗膜１９を上記の通り矩形板１２を枠１１に固定する保持部１３をノードに沿った領域に形成する理由について、図３及び図４のシミュレーション結果を用いて説明する。
【００２４】
図３は、矩形板１２の長辺（Ｌｐ）と短辺（Ｗｐ）の比（Ｌｐ／Ｗｐ）を、１．０〜１．８まで変化させた場合において、矩形板１２を幅拡がり振動モードで振動させた際の発振性能（ｋ2Ｑ）をシミュレーションした結果を示すグラフ図であり、同図（ａ）はシミュレーション結果全体を示し、同図（ｂ）は発振性能（ｋ2Ｑ）がピークとなる部分を拡大したグラフである。
【００２５】
なお、このシミュレーションは、図３（ａ）に示すように、保持部１３の両端を固定部Ｆにより固定し、幅拡がり振動モードで振動させた場合について行った。また、このシミュレーションに当たっては、既に示したが、ＭＥＭＳ素子１０について以下の条件とした。
短辺（Ｗｐ）：０．１５ｍｍ（短辺を基準値として長辺（Ｌｐ）を変化させた。）
シリコン層１４の厚：１０μｍ
シリコン酸化膜１５の厚：０．４８μｍ
圧電層１６の厚：０．８μｍ
上下励振電極１７ａ，１７ｂの厚：０．１μｍ
絶縁層１８の厚：０．１μｍ
抵抗膜１９の厚：０．１μｍ
【００２６】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、長辺（Ｌｐ）と短辺（Ｗｐ）の比（Ｌｐ／Ｗｐ）が１．３〜１．６、好ましくは１．４５〜１．５０において、発振特性が良好な結果を示している。
【００２７】
また、このときの矩形板１２の振動変位の分布を図４に示す。図４は、矩形板１２の長辺（Ｌｐ）と短辺（Ｗｐ）の比（Ｌｐ／Ｗｐ）をおおよそ１．４６とし、保持部１３の両端を固定部Ｆにより固定し、幅拡がり振動モードで振動させた場合の斜視イメージ図（ａ）と、矩形板１２部分を取り出した平面図（ｂ）を示す。
【００２８】
同図は、振幅の変位を青色（振幅小）から赤色（振幅大）までを色調の変化で示したものを、図面上グレースケールに置き換えて表現したものである。変位をグレースケールで表現しているため変位が必ずしも明瞭ではないが、固定部Ｆ及びノードＮに表れる濃い色は、振幅が小さいことを表す青色で表現されたものを、図面上濃いグレーに置き換えたものである。また、ノードＮから遠ざかるにつれ、図面上、この濃いグレーから除々に薄いグレーへと変化する様子は、本来、緑色から黄色へと色調が薄く変化する様子を置き換えたものであり、グレーの色調が薄くなるにつれ振幅が大きくなることを示している。さらに、矩形板１２の四隅に至るにしたがって、図面上で薄いグレーから濃いグレーに変化する様子は、本来、色調が黄色から濃い赤色に変化する様子を置き換えたものであり、グレーの色調が濃くなるにつれ振幅がさらに大きくなっていることを表している。
【００２９】
図４（ａ）から明らかなとおり、短辺中央部のノードＮに沿った領域における振幅が小さいことがわかる。図４（ｂ）に、振動分布から最大変位の半分以下の領域を一点鎖線Ｌ１、Ｌ２で示す。ノードを含むこの一点鎖線の範囲内の領域に抵抗膜１９を配置することが好ましいことがわかる。
【００３０】
（抵抗膜の他の配置例）  以上のように、本実施形態のＭＥＭＳ素子１０において、抵抗膜は、矩形板１２を枠１１に固定する保持部１３を結んだ直線上であるノードＮに沿った領域であり、矩形板１２の振動分布における最大変位の半分以下の領域に形成すればよいことがわかる。
【００３１】
そこで、ＭＥＭＳ素子１０における抵抗膜の他の配置例について、図５及び６に示す。図５は、絶縁層１８上に、抵抗膜２９を配置した例を示す図である。同図において、抵抗膜２９には、矩形板１２の短辺一端側の枠１１上において、引出部２９ｂ，２９ｃが形成されており、本体２９ａが絶縁層１８上を一周して折り返して形成される。
【００３２】
図６は、絶縁層１８上に、抵抗膜３９を配置した例を示す図である。同図において、抵抗膜３９には、矩形板１２の短辺両端側の枠１１上において、引出部３９ｂ，３９ｃがそれぞれ保持部１３を結ぶ直線から９０度異なる方向に向いて形成されており、引出部３９ｂ，３９ｃを結ぶ本体３９ａが、略Ｎ字状に絶縁層１８上を折り返して形成されている。
【００３３】
これらの例では、抵抗膜はノードに沿った領域であり振動分布から最大変位の半分以下の領域に形成することができつつ、抵抗膜の抵抗経路を長く形成することが可能になっている。
【００３４】
（作用効果）
以上のような本実施形態のＭＥＭＳ素子１０によれば、矩形板１２を短辺（Ｗｐ）と長辺（Ｌｐ）とにより構成し、幅拡がり振動モードとする。これにより、振動の振幅は、ほぼ短辺方向に平行となり、短辺中央部での長辺方向への振幅を小さくすることができる。
【００３５】
ここで、輪郭振動では、短辺と長辺の振動を結合させることで、振動振幅の大きな振動を得ることできる。しかしながら、振動体上に抵抗膜を形成すると、振動に伴う抵抗膜の伸縮も大きくなる。抵抗膜が伸縮すると抵抗値が変動し、高精度な温度測定精度が得られない。特にＰｔ膜などは温度特性がリニアに表れ高精度であるが、温度に伴う抵抗変化率の小さな膜ではその影響が大きい。
【００３６】
そのため、温度センサを振動体に一体化した高精度の発振器には、幅拡がり振動が好ましい。また、矩形板１２における幅中央部の振幅が小さいため、保持部１３の長さを短く構成しても振動漏れによる枠１１での振動を抑えることができる。そのため、共振子１０全体の小型化を図ることが可能になる。
【００３７】
このように、本実施形態のＭＥＭＳ素子１０では、矩形板１２の短辺中央部周辺に変位の小さい領域を確保でき、その範囲に抵抗膜を形成することで、振動による抵抗変動が小さく、温度測定精度の良好な発振器を得ることができる。また、ＭＥＭＳ素子１０では、振動による変位が小さいため、振動に対する応力が小さく、絶縁層１８の下層からの剥離を抑制することができる。
【００３８】
特に、本実施形態のＭＥＭＳ素子１０では、長辺（Ｌｐ）と短辺（Ｗｐ）の比（Ｌｐ／Ｗｐ）が１．３〜１．６、好ましくは１．４５〜１．５０の矩形型で幅拡がりモードの基本波共振子とすることで、矩形板１２の短辺中央部での収縮変位をほとんどなくすことができる。また、矩形板１２の中央のノードＮ周辺の広い範囲に変位の小さい領域が確保することができる。このため、抵抗膜１９を、矩形板１２の振動分布から最大変位の半分以下の領域に形成することで、振動による抵抗膜１９の抵抗変動が抑制され、ＭＥＭＳ素子１０における高精度な温度測定が可能となる。
【００３９】
また、抵抗膜は、膜厚が薄いと特性が不安定となるため、ある程度以上の厚みが必要であり、抵抗値が低くなる傾向にある。抵抗が低くなると、温度測定時に電流量が増大し、また、電流に伴う発熱が増大する。これに対して、図５及び図６に示した抵抗膜２９又は抵抗膜３９の配置によれば、抵抗経路を長くし抵抗値を増大させることができる。このような抵抗膜の配置が可能なのは、本実施形態のＭＥＭＳ素子１０において、広い範囲に変位が小さな領域を確保できる幅拡がりモードを採用し、広範囲に抵抗膜を形成しても収縮に伴う抵抗変動を抑制できるためである。
【００４０】
また、本実施形態のＭＥＭＳ素子１０では、絶縁層１８にＡｌＮを用いた例を基本例として示した上で、これを熱酸化によるＳｉＯ2によって形成することも可能であるとした。ＭＥＭＳ素子の共振周波数の温度に対する変動量を抑制するための膜としてＳｉＯ2などポアッソン比がシリコンに比べ低い膜を用いると、全体としてのポアッソン比が低くなる。そのため、一般的には短辺中央での変位の小さい幅拡がり振動となるための長辺と短辺との比が増加し、同一周波数、つまり、同一幅寸法に対する長辺寸法が増大し、共振子１０の大型化を招く。しかしながら、本実施形態では、シリコン層１４の厚みを全体厚みの８０％以上としているので、長辺と短辺との比が増大することなく、この態様においても、小型で短辺中央部での長辺方向の振動の小さな共振子を得ることが可能である。なお、ここでの全体厚みとは、シリコン層１４の下面から、矩形板１２上に積層された薄膜の最上部の層の上面までの厚み（本実施形態では抵抗膜１９の上面までの厚み）のことである。
【００４１】
［２．第２の実施形態］
第２の実施形態は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子１０の製造方法の一部を改良して、ＭＥＭＳ素子２０を形成するものである。以下では、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、特に異なる場合を除いて説明を省略する。
【００４２】
図７は、第２の実施形態におけるＭＥＭＳ素子２０を示す断面図である。なお、ＭＥＭＳ素子２０の基本的構成は、図１に示した例と同様であり、本図は図１におけるＸ−Ｘ´断面である。
【００４３】
ＭＥＭＳ素子２０では、第１の実施形態と同様、圧電層１６上の上励振電極１７ｂとして密度の大きなＭｏ電極をほぼ矩形板１２全面に形成し、さらにその上層に、Ｍｏより密度の低いＡｌＮからなる絶縁層１８を形成する。その後、フォトリソにより絶縁層１８の一部を除去することによって、第１の実施形態において示したように、矩形板１２の変位が最大変位の５０％以上となる領域の上励振電極１７ｂを露出させる。
【００４４】
本実施形態では、上記処理の後、まず、絶縁層１８上に抵抗膜１９を形成する。実施例１と同様に、抵抗膜１９は、矩形板１２の一部から、保持部１３上を通る直線部１９ａと、枠１１上に引き出された引出部１９ｂ及び１９ｃを有する。さらに、抵抗膜１９を覆うように第２の絶縁層２１を形成する。第２の絶縁層２１の密度は低い方が望ましい。その後、第２の絶縁層２１についても、フォトリソにより一部を除去して、矩形板１２の変位が最大変位の５０％以上となる領域の上励振電極１７ｂを露出させる。この状態で上励振電極１７ｂ、下励振電極１７aに駆動信号を印加し、素子の共振周波数を測定する。そして、目標とする共振周波数との差に応じて、イオンビームにより、露出した上励振電極１７ｂの一部を除去する量、もしくは、露出した上励振電極１７ｂの厚みを薄化させる量を調整することにより、周波数のバラツキが小さいＭＥＭＳ素子２０を得る。
【００４５】
続いて、露出した上励振電極１７ｂの一部を除去するか薄化させる効果について説明する。本実施形態のように幅拡がりの振動モードを利用した共振子では、矩形板１２の変位が大きな外周領域は、電極などの除去もしくは薄化により周波数が上昇し、ノードを含む中央部では周波数が低下する。このことを図８に示す。
【００４６】
図８（ａ）は、絶縁層１８および第２の絶縁層２１の形成領域を調整し、ＭＥＭＳ素子２０の矩形板１２に露出した上励振電極１７ｂに対して、全面、長辺側（図１のＬｐ参照）の両端部（図８（ｂ）参照）、ノードを含む中央部（同図８（ｂ）参照）のそれぞれに対して、例えばイオンビームを照射し、露出した上励振電極１７ｂを薄化させた厚さ（トリミング量）を横軸に、その場合の周波数の変動を縦軸に示したグラフである。なお、上述の両端部と中央部とは、図８（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ素子２０の矩形板１２を平面上でノード方向に４等分した場合に、両側端に位置する２つの領域を両端部とし、ノード両側に位置する２つの領域を中央部として定義したものである。
【００４７】
この図によれば、グラフ右欄の参照例に示すように、矩形板１２の全面にイオンビームを照射した場合には、トリミング量１ｎｍ当たり６３ｐｐｍの周波数の上昇が見られ、矩形板１２のノードを含む中央部に照射した場合には、トリミング量１ｎｍ当たり４４ｐｐｍの周波数の低下が見られた。一方、矩形板１２の長辺側の両端部に照射した場合には、トリミング量１ｎｍ当たり８３ｐｐｍの周波数の上昇が見られた。
【００４８】
このように、ＭＥＭＳ素子２０において、矩形板１２の変位が最大変位の５０％以上となる範囲の上励振電極１７ｂを薄化させることにより、共振子の共振周波数を効率良く上昇させることができることがわかる。特に、中央部は密度の低い絶縁膜が形成されているため、素子全体にイオン照射しても、中央部の低密度膜が除去されることによる周波数低下の効果を小さくすることができる。また、露出した上励振電極１７ｂを除去する際に、抵抗膜１９を保護する第２の絶縁層２１を設けることにより、上励振電極１７ｂを除去する際に抵抗膜１９を保護することが可能である。ここでは露出した上励振電極１７ｂの厚さを薄化させた場合について説明したが、露出した上励振電極１７ｂの一部を除去することでも同様の作用効果を得ることができる。
【００４９】
なお、本第２の実施形態では、第２の絶縁層２１を、矩形板１２の変位が最大変位の５０％以上となる領域には形成しなかったが、第２の絶縁層２１を矩形板１２のほぼ全面に形成し、さらにその上の矩形板１２の変位が最大変位の５０％以上となる領域に密度の高い膜、例えばＡｌＮ膜を形成する構造としてもよい。この場合も、中央部は密度が低く、その周囲に密度の高い膜が配置された構造となり、効率良く周波数を上昇させることができる。さらにこの場合は、断面の段差を軽減することで、振動の損失を軽減する事も可能となる。
【００５０】
［３．他の実施形態］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下に示すような他の実施態様も包含する。上記実施形態では、枠１１に対して保持部１３を介して矩形板１２を一つ保持させた例を示したが、本発明はこのような例に限られず、図９に示すように、矩形板３２として、枠３１に上記実施形態の矩形板１２を３つ連続させたＭＥＭＳ素子３０として構成し、３倍波で駆動することも可能である。この場合、図９（ａ）に示すように、保持部３３は中央から延出し、図１で示した例と同様に、この保持部３３上を通るように抵抗膜１９を形成することが可能である。また、図９（ｂ）に示すように、保持部３３を、上記実施形態の矩形板１２を３つ連続させた矩形板３２のそれぞれに対して計６つ設け、この６つの保持部３３上をいずれも通るように、抵抗膜１９を形成することも可能である。この場合、矩形板３２は、例えば、保持部３３を設けた保持方向である短辺方向を０．３ｍｍとし、これと直行する長辺方向を０．４ｍｍとして形成するのが好ましい。
【００５１】
なお、矩形板は、上記のように３つ形成した例に限らず、ｎ個を連続させて、ｎ倍波（ｎ＝１，３，５，７，・・・、ｎ：奇数）で駆動することもできる。また、図９の例において、抵抗膜１９の配置は、図５又は図６において示したパターンのほか、他のパターンによって構成することも、もちろん可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０，２０，３０…ＭＥＭＳ素子
１１，３１…枠
１２，３２…矩形板
１３，１３ａ，１３ｂ…保持部
１４…シリコン層
１５…シリコン酸化膜
１６…圧電層
１７ａ，１７ｂ…上下励振電極
１７ｃ…露出部
１８，２１…絶縁層
１９，２９，３９…抵抗膜
１９ａ…直線部
１９ｂ，１９ｃ，２９ｂ，２９ｃ，３９ｂ，３９ｃ…引出部
２９ａ，３９ａ…本体
Ｂ…基板
Ｃ…キャビティ
Ｆ…固定部
Ｎ…ノード
Ｓ…外部電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図４】
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【図８】
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【国際調査報告】
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