(57)【要約】【課題】基本周波数に影響を与えない方法で不要な振動モードによる振動子特性への影響を回避することのできる振動子構造体の構造を実現する。【解決手段】本発明の振動子構造体は、基板１０と、該基板上に形成された固定電極１２と、該固定電極に対して間隙１７を有して対向配置され、前記基板上に形成された被固定部１５に対して支持梁１６を介して支持された可動電極１４とを具備し、前記固定電極と前記可動電極の間に静電力を生じさせることにより前記可動電極が振動するように構成された振動子構造体において、前記可動電極は、実質的に均一な厚みを有する板状に構成される領域Ａを有するとともに、当該領域内に平面方向に伸びる段差１４ｘを有することを特徴とする。【選択図】図２
2008213057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に形成された固定電極と、該固定電極に対して間隙を有して対向配置され、前記基板上に形成された被固定部に対して支持梁を介して支持された可動電極とを具備し、前記固定電極と前記可動電極の間に静電力を生じさせることにより前記可動電極が振動するように構成された振動子構造体において、
前記可動電極は、実質的に均一な厚みを有する板状に構成される領域を有するとともに、当該領域内に平面方向に伸びる段差を有することを特徴とする振動子構造体。
【請求項２】
前記領域は、前記可動電極が前記固定電極と平面的に重なる範囲であることを特徴とする請求項１に記載の振動子構造体。
【請求項３】
前記可動電極は前記被固定部に対して支持梁を介して片持ち梁状に支持されてなり、前記段差は、前記領域内で前記支持梁の幅方向に沿って伸びることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動子構造体。
【請求項４】
前記可動電極は両側にそれぞれ設けられた前記被固定部に対してそれぞれ前記支持梁を介して両持ち梁状に支持されてなり、前記段差は前記領域内で前記支持梁の幅方向に沿って伸びることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動子構造体。
【請求項５】
前記可動電極は両側にそれぞれ設けられた前記被固定部に対してそれぞれ前記支持梁を介して両持ち梁状に支持されてなり、前記段差は前記領域内で両側の前記支持梁を結ぶ方向に伸びることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動子構造体。
【請求項６】
基板と、該基板上に形成された固定電極と、該固定電極に対して間隙を有して対向配置され、前記基板上に形成された被固定部に対して支持梁を介して支持された可動電極とを具備し、前記固定電極と前記可動電極の間に静電力を生じさせることにより前記可動電極が振動するように構成された振動子構造体の製造方法において、
前記固定電極上に表面段差を備えた犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に前記可動電極を形成し、前記可動電極に前記表面段差を反映した段差を設ける工程と、  前記犠牲層を除去する工程と、
を具備することを特徴とする振動子構造体の製造方法。
【請求項７】
前記犠牲層を形成する工程は、第１犠牲層を形成する段階と、該第１犠牲層上にさらに第２犠牲層を積層する段階とを含み、前記第１犠牲層と前記第２犠牲層のうち一方の端縁部を他方に重ねることで前記表面段差が形成されることを特徴とする請求項６に記載の振動子構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動子構造体及びその製造方法に係り、特に、微細なＭＥＭＳ振動子に用いる場合に好適な構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、加速度センサや映像デバイス等で活用されている素子構造を有するＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systemの略称であり、その包含する概念範囲には種々の解釈があって、マイクロマシン、ＭＳＴ（Micro System Technology）と呼ばれる場合もあるが、通常、「半導体製造技術を用いて作製された微小な機能素子」を意味するものとされる。それらは従来の半導体で培われた微細加工技術をベースとして製造されている。ただし、現在では、ＭＥＭＳ単体を製造する専用のプロセス、或いは、ＩＣの製造後に後からＩＣ内にＭＥＭＳを作り込むプロセスなどが主流となっている。
【０００３】
上記のＭＥＭＳよりなる素子（以下、単に「ＭＥＭＳ素子」という。）には、相互に対向する固定電極と可動電極の間に変動電圧を印加し、これにより生じた静電力（静電引力又は静電斥力）で可動電極を振動させるように構成された振動子構造体を備えたものが知られている（たとえば、以下の特許文献１参照）。この種の振動子構造体では、可動電極の基本振動モード（固定電極と可動電極の間隙が増減する振動態様）に応じた振動子特性を有するが、可動電極には基本振動モード以外の横振動モードや捩れ振動モードも発生することがあり、これらの各種モードの高調波振動によって基本振動に基づく正規の振動子特性が悪化する場合がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載の振動子構造体では、可動電極に厚肉の補強リブを形成することにより、可動電極の剛性を高め、基本振動モード以外の横振動モードや捩れ振動モードの発生を抑制し、振動子の動作安定性及び振動子特性の向上を図るようにしている。
【特許文献１】特開２００６−２３１４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の振動子構造体においては、可動電極の一部を厚肉に形成する必要があるため、構造体の重量が増加し、これによって基本周波数が大きく低下してしまう。また、この基本周波数の低下を回避するには全体的に可動電極の厚みを低減する必要が生じ、これによって却って不要な振動モードが誘起され、振動子特性に悪影響を与える虞もある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、基本周波数に影響を与えない方法で不要な振動モードによる振動子特性への影響を回避することのできる振動子構造体の構造を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
斯かる実情に鑑み、本発明の振動子構造体は、基板と、該基板上に形成された固定電極と、該固定電極に対して間隙を有して対向配置され、前記基板上に形成された被固定部に対して支持梁を介して支持された可動電極とを具備し、前記固定電極と前記可動電極の間に静電力を生じさせることにより前記可動電極が振動するように構成された振動子構造体において、前記可動電極は、実質的に均一な厚みを有する板状に構成される領域を有するとともに、当該領域内に平面方向に伸びる段差を有することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、可動電極が実質的に均一な厚みを有する板状に構成される領域を有するとともに、当該領域内に平面方向に伸びる段差を有することにより、段差を設けても厚み自体は実質的に均一に構成されるために基本周波数がほとんど変化することがないとともに、当該段差によって可動電極の平面方向の撓み剛性が高められるために横振動モードや捩れ振動モードなどの不要な振動モードの発生を抑制することができ、その結果、振動子特性の安定化及び向上を図ることが可能になる。また、上方に位置する可動電極の上記領域に厚みを変えずに段差を形成することは表面段差を有する犠牲層を設けることで容易にできるため、製造プロセスが複雑化する虞もない。
【０００９】
本発明において、前記領域は、前記可動電極が前記固定電極と平面的に重なる範囲であることが好ましい。これによれば、可動電極と固定電極が平面的に重なる範囲では可動電極が静電力を受けて駆動されることとなることから、当該範囲における振動特性への影響が最も大きい。したがって、当該範囲である領域において可動電極が実質的に均一な厚みを有するとともに段差を有することで、基本周波数の変化の抑制、或いは、撓み及び捩れに対する剛性の向上を効果的に実現することができる。
【００１０】
本発明において、前記可動電極は前記被固定部に対して支持梁を介して片持ち梁状に支持されてなり、前記段差は、前記領域内で前記支持梁の幅方向に沿って伸びることが好ましい。これによれば、上記領域における支持梁の接続された方向については支持梁による支持によってある程度の剛性が確保されるが、上記領域内における支持梁の幅方向に沿って見たときには相対的に変形しやすくなるので当該方向を振動の伝播方向とする横振動モードや捩れ振動モードを抑制することは難しい。したがって、段差を支持梁の幅方向に沿って伸びるように構成することにより、当該幅方向に沿った不要な振動モードの発生を抑制することができるため、効果的に振動子特性の安定化及び向上を図ることができる。
【００１１】
なお、この場合において、前記段差は、前記固定電極と前記可動電極の間の間隙が前記段差の前記支持梁側よりもその反対側で増大する態様で構成されていることが好ましい。これによれば、固定電極上に犠牲層を配置した後に、この犠牲層上に上記段差を有する可動電極を形成し、その後、犠牲層をエッチング等で除去する場合には、上記間隙の開口の上下幅が大きくなるためにエッチング等により犠牲層を除去する工程で犠牲層を容易に除去することが可能になる。また、リリース工程後の洗浄工程で水の表面張力で可動電極が固定電極に張り付くこと（スティッキング）を防止することができる。
【００１２】
本発明において、前記可動電極は両側にそれぞれ設けられた前記被固定部に対してそれぞれ前記支持梁を介して両持ち梁状に支持されてなり、前記段差は前記領域内で前記支持梁の幅方向に沿って伸びることが好ましい。可動電極が両持ち梁状に支持されてなる場合には、基本振動モード以外の不要な振動モードとして支持梁の幅方向に沿って伝播する横振動モード及び捩れ振動モードと、支持梁を結ぶ方向に沿って伝播する横振動モード及び捩れ振動モードとが生じうるが、上記のように構成されることで、前者の不要モードの発生を抑制することができる。
【００１３】
本発明において、前記可動電極は両側にそれぞれ設けられた前記被固定部に対してそれぞれ前記支持梁を介して両持ち梁状に支持されてなり、前記段差は前記領域内で両側の前記支持梁を結ぶ方向に伸びることが好ましい。可動電極が両持ち梁状に支持されてなる場合には、基本振動モード以外の不要な振動モードとして支持梁の幅方向に沿って伝播する横振動モード及び捩れ振動モードと、支持梁を結ぶ方向に沿って伝播する横振動モード及び捩れ振動モードとが生じうるが、上記のように構成されることで、後者の不要モードの発生を抑制することができる。
【００１４】
次に、本発明の振動子構造体の製造方法は、基板と、該基板上に形成された固定電極と、該固定電極に対して間隙を有して対向配置され、前記基板上に形成された被固定部に対して支持梁を介して支持された可動電極とを具備し、前記固定電極と前記可動電極の間に静電力を生じさせることにより前記可動電極が振動するように構成された振動子構造体の製造方法において、前記固定電極上に表面段差を備えた犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上に前記可動電極を形成し、前記可動電極に前記表面段差を反映した段差を設ける工程と、前記犠牲層を除去する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、固定電極上に表面段差を備えた犠牲層を形成した後に、犠牲層上に可動電極を形成することで、可動電極に表面段差を反映した段差が設けられるので、その後、犠牲層を除去することにより、実質的に均一な厚みを有するとともに段差を備えた可動電極を容易に形成することができる。
【００１６】
本発明において、前記犠牲層を形成する工程は、第１犠牲層を形成する段階と、該第１犠牲層上にさらに第２犠牲層を積層する段階とを含み、前記第１犠牲層と前記第２犠牲層のうち一方の端縁部を他方に重ねることで前記表面段差が形成されることが好ましい。これによれば、第１犠牲層と第２犠牲層を積層する際に、一方の犠牲層の端縁部を他方の犠牲層に重ねることで、当該端縁部に対応する位置に表面段差を形成することができる。たとえば、第１犠牲層の端縁部上に第２犠牲層を重ねることで、第２犠牲層の表面に第１犠牲層の端縁部に対応する表面段差が形成される。また、第１犠牲層上に第２犠牲層の端縁部を重ねることで、第１犠牲層と第２犠牲層の境界部分に表面段差が形成される。いずれの場合でも通常の製造技術により一方の犠牲層のパターニングによって表面段差の位置を正確に形成できるため、可動電極の段差を正確な位置に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［第１実施形態］
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る第１実施形態のＭＥＭＳ振動子を構成する振動子構造体を示す概略平面図である。図２は、第１実施形態の振動子構造体の断面図である。本実施形態は、図１及び図２に示すように、基板１０と、この表面上に設けられたＭＥＭＳ構造部とによって構成されている。
【００１８】
基板１０は特に限定されるものではないが、単結晶半導体基板、例えば、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。特に、単結晶シリコン基板であることが望ましい。基板１０の表面上には、導電性を有する多結晶シリコン等で構成された固定電極１２及び可動電極１４が形成されている。基板１０の厚みは典型的には１００〜５００μｍ程度とされる。
【００１９】
固定電極１２は全体として薄板状に構成され、窒化シリコン等で構成された絶縁膜１１を介して基板１０上に配置されている。この固定電極１２は典型的には１００〜８００ｎｍ程度、好ましくは３００〜５００ｎｍ程度の厚みとされる。また、固定電極１２はＳｉＯ２、ＰＳＧ（リンドープガラス）等よりなる犠牲膜１３及び絶縁膜２１を貫通するコンタクトホール２１ａを通して絶縁膜２１上に延びる配線層１８に配線されている。配線層１８はＣｕ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ等の金属などで構成される。なお、上記配線層１８の代わりに固定電極１２を配線層１８とは異なる階層に設けられた導電体に導電接続されるように構成してもよい。
【００２０】
可動電極１４は、全体として薄板状に構成され、固定電極１２の直上に配置されている。可動電極１４は、基板１０上に絶縁膜１１を介して配置された被固定部１５に対して支持梁１６を介して水平姿勢となるように、いわゆる片持ち梁式に支持されている。また、支持梁１６は、図示例の場合、可動電極１４の幅方向（図１の上下方向）の中央部に接続された帯状若しくは棒状に構成され、可動電極１４より狭幅に形成されていることで撓み変形しやすくなっている。ただし、支持梁１６を可動電極１４の全幅にわたり接続しても構わない。この場合には、支持梁１６の厚みを可動電極１４に比べて薄く形成することで上記と同じ効果を得ることができる。なお、可動電極１４は、両持ち梁式で、或いは、３箇所以上の支持梁で支持されていてもよい。
【００２１】
可動電極１４は１０〜４００ｎｍ程度、好ましくは５０〜１００ｎｍ程度の間隙１７を介して固定電極１２に対向して配置されている。可動電極１４は、少なくとも固定電極１２に対して平面的に重なる領域Ａにおいて実質的に均一な厚みを有するものとなっている。当該厚みは典型的には１００〜８００ｎｍ程度、好ましくは３００〜５００ｎｍ程度とされる。なお、領域Ａは、上記幅方向に１０〜１００μｍ、当該幅方向と直交する支持方向（図１の左右方向）に１〜１０μｍ程度の大きさを有している。
【００２２】
可動電極１４は上記領域Ａ内において段差１４ｘを有し、この段差１４ｘは可動電極１４の幅方向に直線状に伸び、その全幅にわたり形成されている。領域Ａ内では可動電極１４は段差１４ｘの形成部位をも含め実質的に均一な厚みを有する。段差１４ｘの段差量Ｓは特に限定されないが、可動電極１４の厚みより小さいことが好ましく、たとえば、１０〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に５０〜１５０ｎｍ程度であることが望ましい。段差量Ｓが大きすぎると可動電極１４の動作に影響を与えやすくなり、段差１４ｘのない場合に比べて振動子の周波数特性の変化が大きくなる。段差量Ｓが小さすぎると可動電極１４の剛性を向上させる効果が少なくなる。
【００２３】
また、上記段差１４ｘの支持方向の形成位置は、可動電極１４の支持梁１６とは反対側の端縁より５００ｎｍ以上離間していることが好ましく、特に、１μｍ以上離間していることが好ましい。このようにすると、可動電極１４のパターニング時の影響をなくし、段差１４ｘを安定して形成することができる。
【００２４】
本実施形態では段差１４ｘが平面方向に伸びることで、当該平面方向の撓み変形や捩れ変形に対する剛性が向上する。図示例の場合には、段差１４ｘが可動電極１４の幅方向に沿って直線状に伸びているため、可動電極１４の幅方向の撓み剛性や捩れ剛性が増大し、その結果、幅方向に伝播する横振動モードや捩れ振動モードの発生を抑制することができる。なお、段差１４ｘは直線状でなく、屈折していても湾曲していてもよく、さらには、領域Ａ内で閉じた形状とされていても構わない。
【００２５】
なお、図示例では固定電極１２の支持梁１６側の端縁に設けられた端面１２ａが斜め上方を向いた傾斜面とされ、また、この傾斜した端面１２ａに対向する支持梁１６の内面１６ａは斜め下方を向いた傾斜面とされている。これによって、後述する製造プロセスにおいて犠牲層（図示せず）の除去を確実かつ容易に行うことができ、エッチング残り等による振動子の動作不良を回避できる。なお、上記端面１２ａ及び内面１６ａは平面でも曲面でもよいが、その傾斜度合は水平面に対して５〜１５度の範囲内の傾斜角を有するように設定されることが好ましい。
【００２６】
なお、上記の端面１２ａと内面１６ａのいずれか一方が傾斜面とされていてもよい。いずれにしても、支持梁１６と固定電極１２の対向部分の断面形状を滑らかにすることが可能となり、サイドウォール状のエッチング残りが防止できるので、可動電極１４の振動動作への影響がなくなるとともに、固定電極１２と可動電極１４との電気的リークパスの経路も無くなるので、ＭＥＭＳ振動子の動作の妨げ又は電流リークなどを改善することができる。
【００２７】
また、段差１４ｘは、段差１４ｘの支持梁１６側にある間隙１７よりも段差１４ｘの支持梁１６とは反対側にある間隙１７が大きくなる態様で形成されている。すなわち、段差１４ｘは可動電極１４が支持梁１６側で低く、それとは反対側で高くなるように構成されている。このように構成すると、後述する製造プロセスにおいて犠牲層を除去する工程（リリース工程）における上記間隙１７のエッチング液が導入される開口の上下幅を増加させることができるので、犠牲層の除去を容易に行うことができるという利点が得られる。また、リリース工程後の洗浄工程で水の表面張力で可動電極１４が固定電極１２に張り付くこと（スティッキング）を防止することもできる。
【００２８】
可動電極１４は支持梁１６及び被固定部１５を介して絶縁膜２１を貫通するコンタクトホール２１ａを通してＣｕ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ等の金属などからなる配線層１９に導電接続されている。ここで、配線層１９の代わりに異なる階層に形成された導電体と導電接続されるように構成してもよい。
【００２９】
配線層１８、１９上にはＳｉＯ２等よりなる絶縁膜２２が形成され、この絶縁膜２２上にはＳｉＮ等よりなる保護膜２３が形成されている。上記絶縁膜２１，２２及び保護膜２３には開口部２０が設けられ、この開口部２０は、固定電極１２の一部と、これに間隙１７を介して対向する可動電極１４と、この可動電極１４を支持する支持梁１６とを解放する態様で、これらを含む平面範囲に形成されている。
【００３０】
ここで、固定電極１２と可動電極１４の間に所定の電位差が付与されると、両電極間には静電力（静電引力と静電斥力の少なくとも一方）が生じ、これによって上記間隙１７が増減する態様で可動電極１４が振動する。このとき、可動電極１４（特に上記領域Ａ内に配置される部分）が支持梁１６よりも撓み変形しにくいように構成することが好ましい。これによって、支持梁１６が主として撓み変形するが、可動電極１４がほとんど撓んだり捩れたりしないように構成できるため、不要な振動モードの発生を抑制できる。このように構成する方法としては、上述のように支持梁１６を可動電極１４より狭幅の帯状若しくは棒状に構成することで、可動電極１４に付与された静電力を細い支持梁１６に集中させることが挙げられる。
【００３１】
本実施形態の振動子構造体で構成されるＭＥＭＳ振動子では、配線層１８と配線層１９との間に周期的な変動電圧を印加することにより固定電極１２と可動電極１４との間に静電引力又は静電斥力が周期的に発生し、これによって可動電極１４が振動する。この場合、公知のように、可動電極１４に交流電圧を印加して、直流的に接地された固定電極１２との間に周期的な電圧変動を発生させてもよく、或いは、固定電極１２と可動電極１４との間にＤＣバイアスを印加した状態で交流電圧を供給するようにしてもよい。例えば、固定電極１２と可動電極１４との間に所定のＤＣバイアス電圧を設定して、可動電極１４に入力信号（交流電圧）を供給するように構成することができる。
【００３２】
なお、本実施形態において、基板１０に半導体基板を用いる場合、上記可動電極を駆動するための駆動回路、出力信号を得るための出力回路、入力信号を導入するための入力回路、上記振動子構造体を組み込んだ発振回路などの種々の回路を半導体基板の表層部、若しくは、半導体基板上に形成することによって、振動子構造体を回路構造と一体化することができる。このような半導体装置の構成は、上記振動子構造体に相当する別の振動子素子を用いる場合や振動子構造体と回路構造とを別体に構成する場合に比べて、大幅なコンパクト化を可能にする。また、各回路間の配線における冗長性も排除できるため、特性の向上も期待できる。
【００３３】
次に、本発明に係る第１実施形態の振動子構造体（ＭＥＭＳ振動子）の製造方法について図面を参照して説明する。図３乃至図８は、本発明に係る第１実施形態の製造方法について説明するための部分平面図及び部分断面図である。なお、これらの各図では図示の都合上、図１及び図２に示す構造を簡略化して示してある。
【００３４】
本実施形態の製造方法では、先ず、図３に示すようにシリコン基板等の基板１０を用意し、この基板１０の表面上にはスパッタリング法や熱酸化法などによって酸化シリコン（ＳｉＯ２）などで構成される絶縁膜（図示せず）を形成する。この絶縁膜は基板表面に自然に形成される自然酸化膜で構成してもよい。さらに、上記絶縁膜上にスパッタリング法やＣＶＤ（化学的気相成長）法などにより窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）などで構成される絶縁膜１１を形成する。この絶縁膜１１は、主として製造上の観点で設けられるものであり、例えば、後述する犠牲膜のエッチングを行う際のエッチングストップ層として機能する。
【００３５】
次に、図４に示すように、基板１０上に絶縁膜１１を介して固定電極１２を形成する。固定電極１２は、例えば、基板１０上に導電性ポリシリコン等の導体膜を成膜し、これをエッチング等によってパターニングすることで形成される。このとき、固定電極１２の端面１２ａを上記の傾斜面とするには、たとえば以下の方法でエッチングを行う。すなわち、導体膜の不純物濃度が端面１２ａの形成位置に向けて徐々に変化するように予め導体膜にドーピングを施し、当該不純物濃度に応じてエッチング速度が変化する条件でエッチングを行うことで、エッチング速度の相違により端面１２ａ近傍の固定電極１２の厚みが端縁に向かうほど徐々に薄くなるようにする。
【００３６】
次に、図５に示すように、絶縁膜１１及び固定電極１２上に第１犠牲層１３Ａを形成する。第１犠牲層１３Ａは酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ＰＳＧ膜等の絶縁膜で構成される。第１犠牲層１３Ａの厚さは、上記段差１４ｘの段差量Ｓと対応（一致）する値とされ、例えば、約１０〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に５０〜１５０ｎｍ程度であることが望ましい。第１絶縁膜１３Ａは固定電極１２上（上記の領域Ａ内）に端縁を有する態様で形成される。この端縁は上記の段差１４ｘに対応（一致）する位置に設けられる。
【００３７】
次に、図６に示すように、上記第１犠牲層１３Ａ上にさらに第２犠牲層１３Ｂを形成する。この第２犠牲層１３Ｂも酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ＰＳＧ膜等の絶縁膜で構成されるなど、第１犠牲層１３Ａと同一工程で除去できる材質で形成されることが好ましい。第２犠牲層１３Ｂは上記第１犠牲層１３Ａの端縁を覆うとともに、図２に示す固定電極１２と可動電極１４の間の間隙１７をすべて埋める態様で形成され、その結果、第２犠牲層１３Ｂの表面には上記第１犠牲層１３Ａの端縁に対応する位置に対応する段差量を備えた表面段差１３ｘが形成される。
【００３８】
第１犠牲層１３Ａと第２犠牲層１３Ｂは上記間隙１７に完全に対応した断面を有するものとなればよく、また、第１犠牲層１３Ａと第２犠牲層１３Ｂとで構成される犠牲層１３は、上記段差１４ｘに対応する位置及び段差量の表面段差１３ｘを有するものであればよい。したがって、上記方法とは異なり、たとえば、第１犠牲層１３Ａを間隙１７に対応する範囲に形成し、その後、第１犠牲層１３Ａ上に上記段差１４ｘに対応する位置及び段差量を備えた端縁を有する第２犠牲層１３Ｂを形成することで、上記表面段差１３ｘを設けてもよい。また、犠牲層１３を形成した後に、マスク等を介して犠牲層１３の平面範囲の一部をエッチング等で厚み方向に部分的に除去することで表面段差１３ｘを形成してもよい。
【００３９】
さらには、犠牲層１３そのものに表面段差１３ｘに対応する厚みの差を設けるのではなく、たとえば、固定電極１２の表面に予め表面段差を形成しておき、この上に犠牲層１３を形成することで、犠牲層１３に固定電極１２の表面段差を反映した表面段差１３ｘを形成するようにしてもよい。この場合には、固定電極１２における可動電極１４の段差１４ｘに対応する位置及び段差量の表面段差が残る。したがって、上記領域Ａ全体にわたって間隙１７を均一に構成することが可能である。
【００４０】
次に、図７に示すように、犠牲層１３上に導電性ポリシリコン等よりなる導体層を成膜しパターニングすることで、可動電極１４、被固定部１５及び支持梁１６を形成する。可動電極１４は、犠牲層１３の表面段差１３ｘを反映して段差１４ｘを備えたものとなる。また、固定電極１２の直上にある犠牲層１３の部分が表面段差１３ｘを除いて平坦に構成されていることで、上記領域Ａ内で可動電極１４は段差１４ｘを除いて平坦な板状に構成される。可動電極１４は、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの成膜手段で成膜されることで、上記領域Ａ内では実質的に均一な厚みを有する構造とされる。
【００４１】
また、支持梁１６の内面１６ａを傾斜面とするには、上記犠牲層１３の端縁にエッチング残りを利用して形成したサイドウォールを予め構成しておき、当該サイドウォールの外面の傾斜に沿って支持梁１６を形成すればよい。
【００４２】
次に、図２に示すように、絶縁膜１１、固定電極１２、犠牲層１３及び可動電極１４上に絶縁膜２１を形成する。絶縁膜２１の材料は、例えば、ＴＥＯＳ（テトラ・エチル・オルソ・シリケート）＋ＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）などである。絶縁膜２１の厚さは、例えば、ＴＥＯＳ（約１００ｎｍ）＋ＢＰＳＧ（約８００ｎｍ）である。
【００４３】
その後、絶縁膜２１上に配線層１８，１９を形成する。配線層１８は絶縁膜２１を貫通するコンタクトホール２１ａを通して固定電極１２に接続され、絶縁膜２１上に延在する。配線層１９は絶縁膜２１を貫通するコンタクトホール２１ｂを通して可動電極１４の被固定部１５に接続され、絶縁膜２１上に延在する。配線層１８，１９の材料は、ＡｌＳｉＣｕやＡｌＣｕ（アルミニウムを含む合金）などである。配線層１８，１９の厚みは、例えば、約５００〜２０００ｎｍである。この工程が終了すると、基板１０上にはＭＥＭＳ振動子を構成する全ての構造要素が形成される。
【００４４】
さらに、絶縁膜２１及び配線層１８，１９上に絶縁膜２２を形成する。絶縁膜２２の形成方法は、例えば、ＣＶＤ法により形成する。絶縁膜２２の厚さは、例えば、約５００〜１０００ｎｍである。その後、絶縁膜２２上に保護膜２３を形成する。保護膜２３は、例えば、ＣＶＤ法により酸化膜＋窒化膜を順次に積層することで形成される。保護膜２３の厚さは、例えば、酸化膜（約４００ｎｍ）＋窒化膜（約４００〜１０００ｎｍ）である。
【００４５】
次に、図２に示すように、ＭＥＭＳ構造部が形成されている領域を開口し、ＭＥＭＳ構造部上にドライエッチング法等を用いて開口凹部２０Ａ（図示点線）を形成する。この開口凹部２０Ａは保護膜２３上から絶縁膜２２を経て絶縁膜２１に至る深さを有するように形成される。この開口凹部２０Ａを設けるための開口工程は、可動電極１４にエッチングダメージを与えないために可動電極１４上に僅かに絶縁膜２１の一部が残存した状態で終了されることが望ましい。また、開口凹部２０Ａの開口範囲は、上記固定電極１２と可動電極１４が重なる領域Ａ及び支持梁１６が形成される範囲に加えて、可動電極１４及び支持梁１６の周囲にこれらが動作可能な余裕を持つために必要な周辺領域を含むように設定される。
【００４６】
次に、上記開口凹部２０Ａを通して可動電極１４及び支持梁１６上の絶縁膜２１及び可動電極１４及び支持梁１６下の犠牲層１３を除去することで開口部２０を形成し、図８に示すように、可動電極１４及び支持梁１６を動作可能な状態とする。このリリース工程は、緩衝沸酸等のフッ化水素酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング法によって行うことができる。
【００４７】
本実施形態の製造方法では、犠牲層１３に表面段差１３ｘを形成しておき、この犠牲層１３上に可動電極１４を成膜することで、可動電極１４を少なくとも領域Ａ内において均一な厚みを有するように形成できると同時に段差１４ｘを設けることができるので、製造プロセスを複雑化させることなく、容易かつ低コストに上記振動子構造体を製造することができる。
【００４８】
［第２実施形態］
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明に係る第２実施形態の振動子構造体（ＭＥＭＳ振動子）について説明する。図９は本実施形態の概略平面図、図１０は図９のＡ−Ａ線に沿った断面を示す概略縦断面図、図１１は図９のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す概略縦断面図である。
【００４９】
本実施形態の振動子構造体は、図９及び図１０に示すように、基板３０と、この表面上に形成された絶縁膜３１と、この絶縁膜３１上に形成された固定電極３２と、固定電極３２上に間隙３７を介して対向配置される可動電極３４とを備えている。固定電極３２は端子部３８に接続され、この端子部３８を介して図示しない配線等に導電接続されている。また、可動電極３４は基板３０上に固定された被固定部３５Ａ、３５Ｂに対してそれぞれ支持梁３６Ａ、３６Ｂを介して両側から支持されている。すなわち、可動電極３４は支持梁３６Ａ，３６Ｂにより両持ち梁状に支持されている。そして、可動電極３４は支持梁３６Ａ、被固定部３５Ａを介して端子部３９に接続され、この端子部３９を介して図示しない配線等に導電接続されている。
【００５０】
固定電極３２と可動電極３４は中央部同士が交差し、その中央部が両電極が平面的に重なる領域Ａとなっている。そして、固定電極３２と可動電極３４の間に変動電圧を印加することで、可動電極３４が間隔３７を増減させる態様で振動するように構成されている。
【００５１】
図１０及び図１１に示すように、可動電極３４は上記領域Ａにおいて実質的に均一な厚みを有するが、この領域Ａ内には段差３４ｘ、３４ｙが設けられている。なお、上記第１実施形態と同様に、これらの段差３４ｘ、３４ｙは領域Ａ内の実質的な厚みを変えない態様で形成されている。
【００５２】
本実施形態では、可動電極３４に二つの段差３４ｘ、３４ｙが形成され、具体的には可動電極３４の幅方向中央部分が低く幅方向両端側部分が高くなるように形成されている。これらの段差３４ｘ、３４ｙは可動電極３４の幅方向の対称性を保つ形で形成されている。すなわち、段差３４ｘと段差３４ｙは可動電極３４の幅方向の中央部を通過する垂線３４ｓの両側に対称な位置及び形状で形成されている。これによって、可動電極３４の幅方向の対称性が崩れることがないので、可動電極３４の非対称性に起因する不要な振動モードの発生を抑制できる。また、段差３４ｘ、３４ｙは可動電極３４の支持方向（図９の上下方向、すなわち、幅方向と直交する平面方向）に伸びるように構成されているので、支持方向の剛性を高めることができることから、当該支持方向に伝播する横振動モードや捩れ振動モードの発生を抑制することができる。
【００５３】
図１２は、本実施形態の変形例として異なる形状の可動電極３４を有する構造を図１１に対応する図面で示す縦断面図である。この変形例では、図１１とは逆に可動電極３４の幅方向中央部分が高く両端部分が低くなるように二つの段差３４ｘ、３４ｙが形成されている。この場合でも、段差３４ｘと３４ｙは垂線３４ｓの両側に対称な位置及び形状で形成されている。
【００５４】
図１３は、さらに別の変形例として、図１１及び図１２で示す段差とは異なり、段差３４ｚ、３４ｕ、３４ｖ、３４ｗがそれぞれ可動電極３４の幅方向に沿って伸びる態様で形成されている。ここで、可動電極３４及び両側の支持梁３６は可動電極３６の支持方向の中央部を通過する垂線３４ｔの両側にそれぞれ対称な位置及び対称な形状で形成され、上記段差３４ｚ、３４ｕと、段差３４ｖ、３４ｗについても垂線３４ｔの両側に対称な位置及び対称な形状で形成されている。
【００５５】
この例で示すように段差３４ｚ，３４ｕ、３４ｖ、３４ｗを可動電極３４の幅方向に伸びるように形成することで、可動電極３４の幅方向の剛性が高められるので、当該幅方向に伝播する横振動モードや捩れ振動モードの発生を抑制することができる。
【００５６】
尚、本発明の振動子構造体及びその製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。たとえば、本発明は、上述の各実施形態に限定されず、種々の電極形状、支持構造を有する振動子構造体の構成及び製造プロセスとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態の振動子構造体の概略平面図。
【図２】第１実施形態の振動子構造体の概略縦断面図。
【図３】第１実施形態の振動子構造体の製造プロセスを示す工程部分断面図。
【図４】第１実施形態の振動子構造体の製造プロセスを示す工程部分断面図。
【図５】第１実施形態の振動子構造体の製造プロセスを示す工程部分断面図。
【図６】第１実施形態の振動子構造体の製造プロセスを示す工程部分断面図。
【図７】第１実施形態の振動子構造体の製造プロセスを示す工程部分断面図。
【図８】第１実施形態の振動子構造体の製造プロセスを示す工程部分断面図。
【図９】第２実施形態の振動子構造体の概略平面図。
【図１０】第２実施形態の振動子構造体の概略Ａ−Ａ縦断面図。
【図１１】第２実施形態の振動子構造体の概略Ｂ−Ｂ縦断面図。
【図１２】第２実施形態の変形例の概略Ｂ−Ｂ縦断面図。
【図１３】第２実施形態の別の変形例の概略Ｂ−Ｂ縦断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１０…基板、１１…絶縁膜、１２…固定電極、１２ａ…端面、１３…犠牲層、１３Ａ…第１犠牲層、１３Ｂ…第２犠牲層、１４…可動電極、１４ｘ…段差、１５…被固定部、１６…支持梁、１６ａ…内面、１７…間隙、１８、１９…配線層、２０…開口部、２０Ａ…開口凹部、２１、２２…絶縁膜、２３…保護膜
【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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