(57)【要約】【課題】  複数の共振周波数のうちの所望の共振周波数を有するマイクロレゾネータ、製造工程をほぼ変えることなく当該マイクロレゾネータを製造することができるマイクロレゾネータの製造方法、並びに当該マイクロレゾネータを備える電子機器を提供する。【解決手段】  マイクロレゾネータ１０は、櫛歯部２１を有する固定電極２２と櫛歯部３１を有する固定電極３２との間に共振子４０が配置された構成である。共振子４０は、櫛歯部２３が固定電極２２の櫛歯部２１と噛み合うよう配置された可動電極２４と、櫛歯部３３が固定電極３２の櫛歯部３１と噛み合うよう配置された可動電極３４とを有する。共振子４０はＹ方向に延びた支持部４２によって支持され、共振周波数に応じて支持部４２に形成された梁４２ａ〜４２ｃのうち、梁４２ａ〜４２ｃの全て、梁４２ｂ及び梁４２ｃ、又は梁４２ｃのみが固定される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、当該積層部上に設けられた可動電極及び固定電極とを備えたマイクロレゾネータの製造方法であって、
前記可動電極を支持し、複数の梁が設けられた支持部を、前記可動電極及び前記固定電極とともに形成する工程と、
目的とする共振周波数に応じて、前記支持部材に形成された梁の少なくとも一つを前記積層部上に固定する工程と
を含むことを特徴とするマイクロレゾネータの製造方法。
【請求項２】
前記複数の梁は、互いに異なる面積に形成されることを特徴とする請求項１記載のマイクロレゾネータの製造方法。
【請求項３】
前記複数の梁は、前記可動電極から離れるにつれて面積が大きくなるよう形成されることを特徴とする請求項２記載のマイクロレゾネータの製造方法。
【請求項４】
前記可動電極を形成する際に、前記可動電極を貫通する孔部を多数形成することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のマイクロレゾネータの製造方法。
【請求項５】
前記梁の少なくとも一つを前記積層部から離間させずに、前記可動電極及び前記支持部を前記積層部から離間させることで、前記梁の少なくとも一つを前記積層部上に固定することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のマイクロレゾネータの製造方法。
【請求項６】
前記可動電極及び前記支持部の下方に位置する前記積層部をエッチングして、前記可動電極及び前記支持部を前記積層部から離間させることを特徴とする請求項５記載のマイクロレゾネータの製造方法。
【請求項７】
前記エッチングの時間を変えることで、前記積層部から離間させるべき梁と前記積層部上に固定すべき梁とを変えることを特徴とする請求項６記載のマイクロレゾネータの製造方法。
【請求項８】
前記エッチングの時間の経過に伴って、前記可動電極に近い梁から順に前記積層部から離間させることを特徴とする請求項７記載のマイクロレゾネータの製造方法。
【請求項９】
シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、当該積層部上に設けられた可動電極及び固定電極とを備えたマイクロレゾネータであって、
少なくとも一つが前記積層部上に固定された複数の梁を有し、前記可動電極を支持する支持部を備えることを特徴とするマイクロレゾネータ。
【請求項１０】
前記複数の梁は、前記可動電極から離れるにつれて面積が大きくなるよう形成されていることを特徴とする請求項９記載のマイクロレゾネータ。
【請求項１１】
前記可動電極は、その上面と底面とを貫通した多数の孔部を備えることを特徴とする請求項８から請求項１０の何れか一項に記載のマイクロレゾネータ。
【請求項１２】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載のマイクロレゾネータの製造方法を用いて製造されたマイクロレゾネータ、又は請求項９から請求項１１の何れか一項に記載のマイクロレゾネータを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固有の共振周波数で微小振動する共振子を備えるマイクロレゾネータ及びその製造方法、並びに当該マイクロレゾネータを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて超小型・超高性能の電子部品を製造する研究・開発が盛んに行われている。ＭＥＭＳ技術を用いた電子部品は多岐に亘るが、その一種としてマイクロレゾネータがある。マイクロレゾネータは、例えばシリコン基板等の基板上に酸化膜からなる絶縁膜が形成され、その絶縁膜上に櫛歯状の固定電極の櫛歯と櫛歯状の可動電極の櫛歯とが基板表面に対して平行に噛み合わされるように形成された構造である。
【０００３】
また、上記の櫛歯状の可動電極はシリコン基板上に支持されたバネ性を有する支持部に結合されており、このような互いに噛み合う櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との組を支持部の両側に１組ずつ配置した構成となっている。尚、上記の櫛歯状の可動電極と支持部とが共振子を構成している。更に、絶縁膜上には、櫛歯状の固定電極の各々に接続された２つの電極端子と、これら２つの電極端子に共通した接地電極としての電極端子とが設けられている。以上の櫛歯状の固定電極、櫛歯状の可動電極、支持部、及び電極端子は、例えば上記の絶縁膜上に形成したポリシリコン膜を利用して形成される。
【０００４】
このようなマイクロレゾネータは、一方の櫛歯状の固定電極の電極端子と接地電極としての電極端子との間に交流電圧を印加することにより、その櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との間に静電引力を発生させ、この静電引力により櫛歯状の可動電極を櫛歯の噛み合い方向（櫛歯の長さ方向）に平面的に押し引きすることによって振動させる。この振動は櫛歯状の可動電極と一体化されたバネ性を持つ支持部に伝達され、他方の同様に噛み合い状態にある櫛歯状の可動電極を平面的に振動させる。
【０００５】
入力側である一方の櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との間で発生した振動が、可動電極の質量とバネ性を持つ支持部の構造で定まるバネ定数で決定される共振周波数に一致したところで共振現象が生じ、この共振周波数が出力側である他方の櫛歯状の固定電極の電極端子から取り出される。かかる構成のマイクロレゾネータは、特定周波数の電気信号を発振する発振子又は複数の周波数を含む電気信号から特定周波数の電気信号をフィルタリングするフィルタとして用いられる。尚、マイクロレゾネータの詳細については、例えば以下の特許文献１，２を参照されたい。
【特許文献１】米国特許第５０２５３４６号明細書（第３欄第３７行−第６欄第２行、第６欄第５５行−第７欄第５２行、図１−図４）
【特許文献２】米国特許第５５３７０８３号明細書（第４欄第４３行−第１０欄第３３行、図４−図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したマイクロレゾネータの共振周波数は、共振子の質量と支持部のバネ定数とによって定まる。従って、マイクロレゾネータの共振周波数は、製造誤差によるばらつきを除けば、設計された構造でほぼ決定されることになる。このため、異なる共振周波数を有するマイクロレゾネータを得るためには、共振周波数毎に構造の異なるマイクロレゾネータを設計する必要がある。
【０００７】
しかしながら、共振周波数毎にマイクロレゾネータの構造を変えていては、設計に長時間を要するためコストの上昇を招いてしまうという問題がある。また、マイクロレゾネータの構造が異なると、製造時におけるフォトリソグラフィー工程でマイクロレゾネータの構造に応じたマスクを作成する必要があるとともに、その構造に応じたプロセスを確立する必要があるため、製造コストの上昇も引き起こしてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の共振周波数のうちの所望の共振周波数を有するマイクロレゾネータ、製造工程をほぼ変えることなく当該マイクロレゾネータを製造することができるマイクロレゾネータの製造方法、並びに当該マイクロレゾネータを備える電子機器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】
上記課題を解決するために、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、当該積層部上に設けられた可動電極及び固定電極とを備えたマイクロレゾネータの製造方法であって、前記可動電極を支持し、複数の梁が設けられた支持部を、前記可動電極及び前記固定電極とともに形成する工程と、目的とする共振周波数に応じて、前記支持部材に形成された梁の少なくとも一つを前記積層部上に固定する工程とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、複数の梁が設けられて可動電極を支持する支持部材を可動電極及び固定電極とともに形成し、複数の梁のうちの少なくとも一つを積層部上に固定しているため、可動電極及び支持部材の構造を全く変えることなく（これらの製造工程を変えることなく）、積層部上に固定する梁を変えて支持部のバネ定数を変えることで、梁の位置に応じて決定される複数の共振周波数のうちの所望の共振周波数を有するマイクロレゾネータを製造することができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記複数の梁が、互いに異なる面積に形成されることを特徴としている。
ここで。前記複数の梁は、前記可動電極から離れるにつれて面積が大きくなるよう形成されることが好ましい。
これらの発明によれば、複数の梁が互いに異なる面積に形成されるため、複数設けられた梁の中から所望の少なくとも一つの梁を積層部上に固定する工程が行い易くなる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記可動電極を形成する際に、前記可動電極を貫通する孔部を多数形成することを特徴としている。
この発明によれば、可動電極の下方に位置する積層部を、容易且つ短時間でエッチングすることができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記梁の少なくとも一つを前記積層部から離間させずに、前記可動電極及び前記支持部を前記積層部から離間させることで、前記梁の少なくとも一つを前記積層部上に固定することを特徴としている。
この発明によれば、積層部から離間されない梁によって支持部が積層部上に固定され、この支持部によって可動電極及び支持部が積層部から離間した状態で支持される。
ここで、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記可動電極及び前記支持部の下方に位置する前記積層部をエッチングして、前記可動電極及び前記支持部を前記積層部から離間させることが好ましい。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記エッチングの時間を変えることで、前記積層部から離間させるべき梁と前記積層部上に固定すべき梁とを変えることを特徴としている。
この発明によれば、可動電極及び支持部を積層部から離間させるために行うエッチングの時間を変えるだけで積層部から離間させるべき梁と積層部上に固定すべき梁とを変えることができるため、製造工程を殆ど変えることなく支持部のバネ定数を変えることができ。この結果として、梁の位置に応じて決定される複数の共振周波数のうちの所望の共振周波数を有するマイクロレゾネータを製造工程を殆ど変えることなく製造することができる。
ここで、前記エッチングの時間の経過に伴って、前記可動電極に近い梁から順に前記積層部から離間させることが好ましい。
上記課題を解決するために、本発明のマイクロレゾネータは、シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、当該積層部上に設けられた可動電極及び固定電極とを備えたマイクロレゾネータであって、少なくとも一つが前記積層部上に固定された複数の梁を有し、前記可動電極を支持する支持部を備えることを特徴としている。
この発明によれば、可動電極を支持する支持部に形成された複数の梁のうちの少なくとも一つが積層部上に固定されているため、積層部上における梁の固定位置に応じた共振周波数を有するマイクロレゾネータが得られる。
ここで、前記複数の梁は、前記可動電極から離れるにつれて面積が大きくなるよう形成されていることが好ましい。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記可動電極が、その上面と底面とを貫通した多数の孔部を備えることが好ましい。
また、本発明の電子機器は、上記の何れかに記載のマイクロレゾネータの製造方法を用いて製造されたマイクロレゾネータ、又は上記の何れかに記載のマイクロレゾネータを備えることを特徴としている。
この発明によれば、半導体素子を製造する技術を用いてシリコン基板上に所望の共振周波数を有するマイクロレゾネータを形成することができるため、マイクロレゾネータを応用したフィルタ及び発振子等を半導体チップ内に集積化することができる。この結果、例えば、発振子、フィルタ、アンプ、混合器、及び検波器等からなる受信回路を１チップ化した半導体素子等の超小型・超高機能の半導体素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるマイクロレゾネータ及びその製造方法並びに電子機器について詳細に説明する。
【００１１】
〔マイクロレゾネータ〕
図１は、本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータを示す平面図である。また、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿った断面矢視図であり、図３は図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面矢視図である。図１〜図３に示すマイクロレゾネータ１０は、トランスバーサル型のＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：弾性表面波素子）フィルタと同様な働きをするフィルタとして構成したものである。尚、以下の説明においては、必要があれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図１〜図３中のＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がシリコン基板５０の表面に対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がシリコン基板５０の表面に対して直交する方向に設定されている。
【００１２】
図１に示すマイクロレゾネータ１０は、シリコン基板５０の表面に形成された酸化膜を含む絶縁膜５１上において、Ｘ方向に沿って送信側ＩＤＴ（Inter Digital Transducer）２０と受信側ＩＤＴ３０とを配置し、これらの間に共振子４０を配置した構成である。送信側ＩＤＴ２０、受信側ＩＤＴ３０、及び共振子４０は、例えばシリコン基板５０上に形成されたポリシリコン（ｐ−ＳｉＯ）膜を利用して形成される。或いは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の絶縁膜上に結晶化されているシリコン層を利用して形成される。
【００１３】
送信側ＩＤＴ２０は櫛歯部２１を有する固定電極２２と櫛歯部２３を有する可動電極２４とから構成されている。送信側ＩＤＴ２０の固定電極２２は、リード線２５を介して電極端子２６に接続されている。同様に、受信側ＩＤＴ３０は、櫛歯部３１を有する固定電極３２と櫛歯部３３を有する可動電極３４とから構成されている。受信側ＩＤＴ３０の固定電極３２は、リード線３５を介して電極端子３６に接続されている。尚、図１中の３８は、電極端子２６，３６に対して共通に設定された接地電極としての電極端子である。
【００１４】
上記の可動電極２４と可動電極３４とは、Ｘ方向延びる連結ビーム４１で連結されている。図１に示す通り、これらの可動電極２４、可動電極３４、及び連結ビーム４１には、表面と裏面とを貫通する孔部Ｈが形成されている。詳細は後述するが、孔部Ｈは絶縁膜５１上に形成された犠牲層５２（図２及び図３参照）のうち、可動電極２４、可動電極３４、及び連結ビーム４１の下方に位置する犠牲層５２を所定時間内にエッチングするために設けられる。尚、犠牲層５２は、櫛歯状の固定電極２２，３２と可動電極２４，３４との櫛歯部を基板面に平行に浮き上がった構成に形成する際の製造工程において形成される層である。
【００１５】
共振子４０は、連結ビーム４１及び可動電極２４，３４から構成されている。共振子４０は、連結ビーム４１の−Ｘ方向における端部に連結された可動電極２４の櫛歯部２３が固定電極２２の櫛歯部２１と平面的に噛み合うように、且つ連結ビーム４１の＋Ｘ方向における端部に連結された可動電極３４の櫛歯部３３が固定電極３２の櫛歯部３１と平面的に噛み合うように、固定電極２２と固定電極３２との間に配置されている。
【００１６】
また、固定電極２２の櫛歯部２１と可動電極２４の櫛歯部２３とは、それぞれ複数の櫛歯が所定の平面上の隙間（櫛歯ギャップ）をもって、シリコン基板５０の表面に平行に噛み合っている。同様に、固定電極３２の櫛歯部３１と可動電極３４の櫛歯部３３とは、それぞれ複数の櫛歯が所定の平面上の隙間をもって、シリコン基板５０の表面に平行に噛み合っている。
【００１７】
また、可動電極２４，３４には、可動電極２４，３４を支持する支持部４２が一体形成されている。この支持部４２は、Ｙ方向に延びた一対の柱部と柱部の間に設けられたＸ方向に延びる３本の梁４２ａ〜４２ｃとから構成され、可動電極２４，３４のＹ方向における両端部に一体形成されている。支持部４２の梁４２ａ〜４２ｃの少なくとも一つ（梁４２ａ〜４２ｃの全て、梁４２ｂ，４２ｃ、又は梁４２ｃのみ）は犠牲層５２に固定されており、共振子４０は各々の支持部４２によって片持ちされている。
【００１８】
支持部４２に形成された梁４２ａ〜４２ｃのうち犠牲層５２に固定する梁を変えることで、固定された梁から共振子４０までの柱部の長さが変わる。これにより支持部４２のバネ定数が変わるため、共振子４０の共振周波数を変えることができる。例えば、梁４２ａを固定すると８０ｋＨｚの共振周波数が得られ、梁４２ａは固定せずに梁４２ｂを固定すると６０ｋＨｚの共振周波数が得られ、梁４２ａ，４２ｂは固定せずに梁４２ｃのみを固定すると４０ｋＨｚの共振周波数が得られる。尚、支持部４２のバネ定数は、支持部４２の柱部の断面積が一定であるとすると、固定された梁から共振子４０までの柱部の長さの関数で表される。図１に示すマイクロレゾネータ１０においては、梁４２ａ〜４２ｃの全てが犠牲層５２に固定されており、共振周波数は８０ｋＨｚであるとする。
【００１９】
また、梁４２ａ〜４２ｃは、その面積が互いに異なっており、図１に示す例では梁４２ｃの面積が最も大きく、次いで梁４２ｂの面積が大きく、梁４２ａの面積が最も小さく設定されている。このように梁４２ａ〜４３ｃの面積を異ならせるのは、マイクロレゾネータ１０の製造工程において、支持部４２の梁４２ａ〜４２ｃのうちの何れを犠牲層５２に固定するかを制御するためである。また、支持部４２に形成された梁４２ｃは接地電極としての電極端子３８と導通しているため、共振子４０は電位がほぼ接地電位になる。
【００２０】
図２及び図３に示す通り、連結ビーム４１はシリコン基板５０の絶縁膜５１の表面よりも上方（＋Ｚ方向）に基板面に対して平行に浮き上がった状態で支持されている。従って、連結ビーム４１の両端に連結された櫛歯状の可動電極２４，３４も同様に基板面に平行に浮き上がった状態に配置される。また、可動電極２４，３４に噛み合う櫛歯状の固定電極２２，３２も櫛歯の部分が基板面に平行に浮き上がった状態に支持されている。可動電極２４，３４及び固定電極２２，３２の浮上高さ、即ち、シリコン基板５０上に形成された絶縁膜５１との間隔は２〜３μｍ程度である。
【００２１】
また、図３に示す通り、支持部４２も可動電極２４，３４等と同様に基板面に平行に浮き上がった状態にされるが、梁４２ａ〜４２ｃの下方（−Ｚ方向）における犠牲層５２が除去されておらず、梁４２ａ〜４２ｃは除去されていない犠牲層５２に固定されている。尚、図３においては、共振子４０の共振周波数が８０ｋＨｚに設定されたマイクロレゾネータ１０を図示しているが、共振子４０の共振周波数を６０ｋＨｚに設定した場合には、梁４２ａの下方の犠牲層５２が除去された構成となり、共振子４０の共振周波数を４０ｋＨｚに設定した場合には、梁４２ａ及び梁４２ｂの下方の犠牲層５２が除去された構成となる
【００２２】
以上説明した構成のマイクロレゾネータ１０を、例えば発振子として用いる場合には、櫛歯状の固定電極２２の電極端子２６と接地電極としての電極端子３８との間に交流電圧を印加する。これらの電極端子間に交流電圧を印加すると、固定電極２２の櫛歯部２１と可動電極２４の櫛歯部２３との間に静電引力が発生する。これによって可動電極２４が、櫛歯の噛み合い方向（櫛歯の長さ方向、即ちＸ方向）にバネ性を有する支持部４２を介して引き押しされて振動する。尚、共振周波数が８０ｋＨｚに設定されたマイクロレゾネータ１０における共振子４０の振動の節は梁４２ａの位置となる。この振動は可動電極２４と一体化されたバネ性を持つ支持部４２に伝達され、他方の同様に固定電極３２の櫛歯部３１と噛み合い状態にある櫛歯部３３を備える可動電極３４がＸ方向に振動する。
【００２３】
入力側である一方の櫛歯状の固定電極２２と可動電極２４との間で発生した振動が、共振子４０の固有振動数に達すると、共振子４０はその振動数で共振する。共振子４０が共振することによって、他方の櫛歯部３１を有する固定電極３２に接続された電極端子３６から、その固有振動数に応じた発振周波数を有する電気信号が出力される。発振周波数（共振周波数）は、可動電極２４，３４を含む共振子４０の質量と支持部４２のバネ定数で定まる変位に対する復元力（支持部４２の弾性力）とによって定まる。ここで、共振子４０の質量をｍとし、支持部４２のバネ定数をｋとすると、固定電極３２から出力される電気信号の発振周波数ｆ０は以下の（１）式で表される。
ｆ０＝（１／（２・π））・（ｋ／ｍ）１／２    ……（１）
【００２４】
また、マイクロレゾネータ１０をフィルタとして用いる場合には、図４に示す通り、共振子４０の固有振動数ｆ０を中心とした共振幅Ｗの通過帯域幅を有するフィルタとして用いられる。図４は、マイクロレゾネータ１０をフィルタとして用いる場合の通過特性の一例を示す図である。マイクロレゾネータ１０をフィルタとして用いる場合には、櫛歯状の固定電極２２の電極端子２６と接地電極としての電極端子３８との間に交流電圧が印加される。
【００２５】
これらの電極端子間に印加された交流電圧の周波数が、図４に示す帯域幅Ｗに含まれる周波数であれば、共振子４０が静電力によってＸ方向に振動して、その周波数を有する電気信号が電極端子３６から出力される。一方、帯域幅Ｗに含まれない周波数の交流電圧が入力された場合には、共振子３０が共振しない。この結果として、その周波数は除去される。このような動作によりマイクロレゾネータ１０がフィルタとして用いられる。
【００２６】
以上説明した本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータ１０は、共振子４０が櫛歯部２３を有する可動電極２４及び櫛歯部３３を有する可動電極３４を備え、可動電極２４，３４を挟むように櫛歯部２１を有する固定電極２２及び櫛歯部３１を有する固定電極３２が配置され、可動電極２４，３４が支持部４２によって支持された形態であった。マイクロレゾネータ１０の共振子の形態は、かかる形態以外に梁（ビーム）形状又は円板形状の形態のものを採用することができる。
【００２７】
〔マイクロレゾネータの製造方法〕
図５〜図７は、本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータの製造方法を示す工程図である。尚、本実施形態においては、共振周波数が８０ｋＨｚであるマイクロレゾネータ１０を製造する場合を例に挙げて説明する。また、図５〜図７において、図１〜図３に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。
【００２８】
まず、図５（ａ）に示す通り、シリコン基板５０上に二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる酸化膜５１ａを形成する。上記シリコン基板５０は両面が研磨されており、厚さが約５００μｍ程度である。また、酸化膜５１ａは減圧気相成長（減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition））法を用いて形成され、その厚さは０．１μｍ程度である。
【００２９】
次に、酸化膜５１ａ上に厚さ０．５μｍ程度の窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）５１ｂを形成する。この窒化膜５１ｂも減圧ＣＶＤ法を用いて形成される。尚、これらの酸化膜５１ａ及び窒化膜５１ｂから図１及び図２に示した絶縁膜５１が形成されている。窒化膜５１ｂを形成すると、次に窒化膜５１ｂ上にＳｉＯ２からなり、厚さが２μｍ程度の犠牲層５２を形成する工程が行われる。これらの層により本発明の積層部が構成されている。尚、図２に示したマイクロレゾネータ１０においても窒化膜５１ｂが設けられているが、図２においては図示を省略している。
【００３０】
以上の工程が終了すると、犠牲層５２の上面の全面に亘ってフォトレジスト（不図示）を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして犠牲層５２に対してエッチング処理を行うことにより、図５（ｂ）に示す通り、固定電極２２，３２となるべき箇所及び支持部４４となるべき箇所（図１参照）の犠牲層５２を除去する。
【００３１】
エッチング処理が完了し、犠牲層５２上に形成されているレジストパターンを剥離すると、図５（ｃ）に示す通り、犠牲層５２及び露出している窒化膜５１ｂ上の全面に亘って厚さが２．０μｍ程度のポリシリコン（ｐ−ＳｉＯ）膜６０を形成する工程が行われる。ポリシリコン膜６０の形成が完了すると、ポリシリコン膜６０の上面の全面に亘ってフォトレジスト（不図示）を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。
【００３２】
レジストパターンを形成すると、ポリシリコン膜６０に対してエッチング処理を行い、最終的に固定電極２２，３２、共振子４０（連結ビーム４１、可動電極２４，３４、及び支持部４２）、片持ち梁４３、電極端子２６，３６，３８、及びリード部２５，３５となるべき部分を残し、それ以外の部分を除去する。この工程において、可動電極２４，２３及び連結ビーム４１に孔部Ｈが形成される。エッチング処理を終えて、ポリシリコン膜６０上に形成されているレジストパターンを除去すると、図６（ｂ）に示す状態になる。また、かかる工程が終了すると、図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面は図７に示す状態になり、犠牲層５２上には連結ビーム４１とともに、梁４２ａ〜４２ｃを有する支持部４２が形成される。
【００３３】
以上の工程が終了すると、固定電極２２の櫛歯部２１、固定電極３２の櫛歯部３１、共振子４０（可動電極２４，３４、連結ビーム４１）、及び支持部４２の下方（梁４２ａ〜４２ｃの下方を除く）の犠牲層５２をエッチングにより除去する。このようなエッチングは、エッチング時間を制御することにより可能である。かかるエッチングを行うことで、図６（ｃ）及び図２に示す通り、シリコン基板５０上（窒化膜５１ｂ上）において、２〜３μｍ程度の間隔をもって浮上した状態にある共振子４０を形成することができる。
【００３４】
以上、共振周波数が８０ｋＨｚであるマイクロレゾネータ１０を製造する場合を例に挙げて説明したが、共振周波数が６０ｋＨｚであるマイクロレゾネータを製造する場合、及び共振周波数が４０ｋＨｚであるマイクロレゾネータを製造する場合の何れの場合も共振子４０等を製造する工程までは同じ工程が行われる。つまり、図５（ａ）〜図６（ａ）に示す工程と同じ工程が行われる。
【００３５】
共振周波数が異なるマイクロレゾネータの製造は、共振子４０等を形成した後に行われる犠牲層５２のエッチング時間を変えることで行われる。つまり、共振周波数が４０ｋＨｚであるマイクロレゾネータを製造する場合には、図２に示す通り、支持部４２に形成された梁４２ａ〜４２ｃの下方に位置する犠牲層５２を除去しないようエッチング時間が設定されていた。
【００３６】
共振周波数が６０ｋＨｚであるマイクロレゾネータを製造する場合には、梁４２ａの下方に位置する犠牲層５２が除去され、共振周波数が８０ｋＨｚであるマイクロレゾネータを製造する場合には、梁４２ａ及び梁４２ｂの下方に位置する犠牲層５２が除去されるようエッチング時間を設定する。
【００３７】
前述した通り、梁４２ａ〜４２ｃは、その面積が互いに異なっており、梁４２ｃの面積が最も大きく、次いで梁４２ｂの面積が大きく、梁４２ａの面積が最も小さく設定されている。このため、エッチング時間が長くなるにつれて順に梁４２ａの下方に位置する犠牲層、梁４２ｂの下方に位置する犠牲層、最後には梁４２ｃの下方に位置する犠牲層が除去される。尚、梁４２ｃの下方に位置する犠牲層が除去されると、共振子４０及び支持部４２が外れてしまうため、エッチング時間は梁４２ｃ下方に位置する犠牲層が除去される時間よりも短く設定される。
【００３８】
図８は、図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、（ａ）は共振周波数が６０ｋＨｚのマイクロレゾネータの断面図であり、（ｂ）は共振周波数が４０ｋＨｚのマイクロレゾネータの断面図である。図８（ａ）に示す通り、共振周波数が６０ｋＨｚのマイクロレゾネータは、支持部４２に形成された梁４２ａ〜４２ｃのうち、梁４２ａの下方の犠牲層５２が除去されている。このため、共振周波数が６０ｋＨｚに設定されたマイクロレゾネータの支持部４２は、梁４２ｂ，４２ｃの位置において犠牲層５２に固定され、共振子４０の振動の節は梁４２ｂの位置となる。
【００３９】
また、図８（ｂ）に示す通り、共振周波数が４０ｋＨｚのマイクロレゾネータは、支持部４２に形成された梁４２ａ〜４２ｃのうち、梁４２ａ及び梁４２ｂの下方の犠牲層５２が除去されている。このため、共振周波数が４０ｋＨｚに設定されたマイクロレゾネータの支持部４２は梁４２ｃの位置において犠牲層５２に固定され、共振子４０の振動の節は梁４２ｃの位置となる。このように、犠牲層５２に対して固定する梁を変えることで、可動子４０から固定された梁までの支持部４２の柱部の長さが変わり、これにより支持部４２のバネ定数が変わる。このため、ほぼ同様の製造工程により構造が同一であって共振周波数の異なるマイクロレゾネータを製造することができる。
【００４０】
尚、上記実施形態においては、シリコン基板５０上に酸化膜５１ａ及び窒化膜５１ｂからなる絶縁膜５１を形成し、この絶縁膜５１上に犠牲層５２を形成し、更に犠牲層５２上にポリシリコン膜６０を形成して、ポリシリコン膜６０に共振子４０及び固定電極２２，３２等を形成していた。しかしながら、ＳＯＩ基板を用いてこれらを形成することもできる。ＳＯＩ基板を用いる場合には、ＳＯＩ基板に形成された縁膜上に結晶化されているシリコン層を利用して共振子４０及び固定電極２２，３２等を形成し、絶縁膜を上記の犠牲層５２と同様にエッチングすることにより、シリコン基板に対して共振子４０及び固定電極２２，３２が浮上した状態にすることができる。
【００４１】
以上説明した本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータ１０は、共振子４０が櫛歯部２３を有する可動電極２４及び櫛歯部３３を有する可動電極３４を備え、可動電極２４，３４を挟むように櫛歯部２１を有する固定電極２２及び櫛歯部３１を有する固定電極３２が配置され、可動電極２４，３４を連結する連結ビーム４１上に錘４５が形成された形態であった。マイクロレゾネータ１０の共振子の形態は、かかる形態以外に梁（ビーム）形状又は円板形状の形態のものを採用することができる。これらの形態のものを採用した場合であっても、共振子に対して複数の梁を有する支持部を一体形成し、梁を固定する位置を変えることで、共振周波数が異なるマイクロレゾネータを製造することができる。
【００４２】
〔電子機器〕
図９は、本発明の一実施形態による電子機器としての腕時計の外観を示す斜視図である。図９に示す腕時計１００は、発振子として上述したマイクロレゾネータ１０を備えている。このマイクロレゾネータ１０の発振周波数は、例えば３２ｋＨｚ程度に設定されている。現在一般に設けられている腕時計は発振子としてクオーツ（水晶）発振子を備えるものが多いが、マイクロレゾネータ１０を発振子として用いることにより、腕時計１００の更なる小型・軽量化を図ることができる。
【００４３】
図１０は、本発明の他の実施形態による電子機器としての携帯電話機の外観を示す斜視図である。図１０に示す携帯電話機２００は、アンテナ２０１、受話器２０２、送話器２０３、液晶表示部２０４、及び操作釦部２０５等を備えて構成されている。上述したマイクロレゾネータ１０は、携帯電話機２００が備える計時機能を実現するための発振子として用いられる。
【００４４】
また、前述した実施形態では、共振周波数が数十〜百ｋＨｚ程度の範囲に設定されたマイクロレゾネータ１０について説明したが、共振子の構造を変えることにより数百ＭＨｚの発振周波数を有するマイクロレゾネータとすることができる。このマイクロレゾネータにおいても共振子を支持する支持柱に形成された梁の固定位置を変えることで、マイクロレゾネータの発信周波数を適宜設定することができる。
【００４５】
数百ＭＨｚの発振周波数を有するマイクロレゾネータは、例えば図１０に示した携帯電話機２００の送受信回路に設けられる。図１１は、図１０に示した携帯電話機２００の内部に設けられる電子回路の電気的構成を示すブロック図である。図１１に示した電子回路は、携帯電話機２００内に設けられる電子回路の基本構成を示し、送話器２１０、送信信号処理回路２１１、送信ミキサ２１２、送信フィルタ２１３、送信電力増幅器２１４、送受分波器２１５、アンテナ２１６ａ，２１６ｂ、低雑音増幅器２１７、受信フィルタ２１８、受信ミキサ２１９、受信信号処理回路２２０、受話器２２１、周波数シンセサイザ２２２、制御回路２２３、及び入力／表示回路２２４を含んで構成される。尚、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑となっている。
【００４６】
送話器２１０は、例えば音波を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現され、図１０中の送話器２０３に相当するものである。送信信号処理回路２１１は、送話器２１０から出力される電気信号に対して、例えばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ２１２は、周波数シンセサイザ２２２から出力される信号を用いて送信信号処理回路２１１から出力される信号をミキシングする。尚、送信ミキサ２１２に供給される信号の周波数は、例えば３８０ＭＨｚ程度である。送信フィルタ２１３は、中間周波数（ＩＦ）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。尚、送信フィルタ２１３から出力される信号は不図示の変換回路によりＲＦ信号に変換される。このＲＦ信号の周波数は、例えば１．９ＧＨｚ程度である。送信電力増幅器２１４は、送信フィルタ２１３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器２１５へ出力する。
【００４７】
送受分波器２１５は、送信電力増幅器２１４から出力されるＲＦ信号をアンテナ２１６ａ，２１６ｂへ出力し、アンテナ２１６ａ，２１６ｂから電波の形で送信する。また、送受分波器２１５はアンテナ２１６ａ，２１６ｂで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器２１７へ出力する。尚、送受分波器２１５から出力される受信信号の周波数は、例えば２．１ＧＨｚ程度である。低雑音増幅１１７は送受分波器２１５からの受信信号を増幅する。尚、低雑音増幅器２１７から出力される信号は、不図示の変換回路により中間信号（ＩＦ）に変換される。
【００４８】
受信フィルタ２１８は不図示の変換回路により変換された中間周波数（ＩＦ）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。受信ミキサ２１９は、周波数シンセサイザ２２２から出力される信号を用いて送信信号処理回路２１１から出力される信号をミキシングする。尚、受信ミキサ２１９に供給される中間周波数は、例えば１９０ＭＨｚ程度である。受信信号処理回路２２０は受信ミキサ２１９から出力される信号に対して、例えばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器２２１は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現され、図１０中の受話器２０２に相当するものである。
【００４９】
周波数シンセサイザ２２２は送信ミキサ２１２へ供給する信号（例えば、周波数３８０ＭＨｚ程度）及び受信ミキサ２１９へ供給する信号（例えば、周波数１９０ＭＨｚ）を生成する回路である。尚、周波数シンセサイザ２２２は、例えば７６０ＭＨｚの発振周波数で発振するＰＬＬ回路を備え、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して周波数が３８０ＭＨｚの信号を生成し、更に分周して周波数が１９０ＭＨｚの信号を生成する。制御回路２２３は、送信信号処理回路２１１、受信信号処理回路２２０、周波数シンセサイザ２２２、及び入力／表示回路２２４を制御することにより携帯電話機の全体動作を制御する。入力／表示回路２２４は、携帯電話機２００の使用者に対して機器の状態を表示するとともに操作者の指示を入力するためのものであり、例えば図１０に示した液晶表示部２０４及び操作釦部２０５に相当する。
【００５０】
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ２１３及び受信フィルタ２１８として前述したマイクロレゾネータ（発振周波数が数百ＭＨｚ程度に設定されたマイクロレゾネータ）が用いられている。これら送信フィルタ２１３及び受信フィルタ２１８がフィルタリングする周波数（通過させる周波数帯域）は、送信ミキサ２１２から出力される信号の内の必要となる周波数、及び、受信ミキサ２１９で必要となる周波数に応じて送信フィルタ２１３及び受信フィルタ２１８で個別に設定されている。
【００５１】
また、周波数シンセサイザ２２２内に設けられるＰＬＬ回路の一部として前述したマイクロレゾネータ（発振周波数が数百ＭＨｚ程度に設定されたマイクロレゾネータ）が用いられている。尚、送信フィルタ２１３と送信電力増幅器２１４との間及び低雑音増幅器２１７と受信フィルタ２１８との間に設けられる不図示の変換回路にも上述したマイクロレゾネータが用いられている。
【００５２】
送信フィルタ２１３及び受信フィルタ２１８並びに周波数シンセサイザ２２２等に相当する従来の部品は、受信ミキサ２１９等と集積化することはできなかったため、集積化された受信ミキサ２１９等とは別個の部品として基板上に搭載されていた。これに対し、図１１に示す電子回路では、送信フィルタ２１３及び受信フィルタ２１８並びに周波数シンセサイザ２２２等にマイクロレゾネータが用いられているため、受信ミキサ２１９等と一緒に集積化することができ、その結果として携帯電話機２００の小型化・軽量化を図ることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態によるマイクロレゾネータ及びその製造方法並びに電子機器について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば上記実施形態においては電子機器として携帯電話機及び腕時計を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の電子機器は携帯電話機及び腕時計に限定される訳ではなく、計時機能を有するコンピュータ、電波時計、ディジタルカメラ、各種の家電製品等の種々の電子機器が含まれる。
【００５４】
また、携帯電話機等の携帯性を有する電子機器のみならずＢＳ放送及びＣＳ放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器も含まれる。更には、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器も含まれる。これらの電子機器は、所定の周波数をフィルタリングするため、及び計時機能を実現するためにマイクロレゾネータが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータを示す平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った断面矢視図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面矢視図である。
【図４】マイクロレゾネータ１０をフィルタとして用いる場合の通過特性の一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータの製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータの製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータの製造方法を示す工程図である。
【図８】図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、（ａ）は共振周波数が６０ｋＨｚのマイクロレゾネータの断面図であり、（ｂ）は共振周波数が４０ｋＨｚのマイクロレゾネータの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による電子機器としての腕時計の外観を示す斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による電子機器としての携帯電話機の外観を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示した携帯電話機２００の内部に設けられる電子回路の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０……マイクロレゾネータ
２２……固定電極
２４……可動電極
３２……固定電極
３４……可動電極
４２……支持部
４２ａ〜４２ｃ……梁
５０……シリコン基板
５１……絶縁膜（積層部）
５１ａ……酸化膜（積層部）
５１ｂ……窒化膜（積層部）
５２……犠牲層（積層部）
Ｈ……孔部
【図１】
2005159715.tif 000003
【図２】
2005159715.tif 000004
【図３】
2005159715.tif 000005
【図４】
2005159715.tif 000006
【図５】
2005159715.tif 000007
【図６】
2005159715.tif 000008
【図７】
2005159715.tif 000009
【図８】
2005159715.tif 000010
【図９】
2005159715.tif 000011
【図１０】
2005159715.tif 000012
【図１１】
2005159715.tif 000013