(57)【要約】【課題】優れた周波数温度特性を有する振動子、この振動子の製造方法、この振動子を備えた信頼性の高い発振器、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】振動子１は、基板２と、基板２上に配置されている基板電極３１と、基板電極３１と対向配置されている振動体３４を有する振動部電極３２と、を有し、振動体３４は、第１層３４Ａと、第１層３４Ａ上に積層された第２層３４Ｂと、第２層３４Ｂ上に積層された第３層３４Ｃと、を有し、第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃは、それぞれ、正の周波数温度特性を有し、第２層３４Ｂは、負の周波数温度特性を有する。【選択図】図３
2017034435.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第１電極と、
前記第１電極と対向配置されている振動部を有する第２電極と、を有し、
前記振動部は、第１層と、前記第１層上に積層された第２層と、を有し、
前記第１層および前記第２層のうちの一方は、正の周波数温度特性を有し、他方は、負の周波数温度特性を有することを特徴とする振動子。
【請求項２】
前記振動部は、前記第１層との間に前記第２層を挟むように設けられた第３層を有し、
前記第３層は、前記正の周波数温度特性および前記負の周波数温度特性のうちの前記第１層と同じ周波数温度特性を有する請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
前記第２層は、前記第１層および前記第３層で覆われている請求項２に記載の振動子。
【請求項４】
前記第３層は、前記第１層と同じ材料を含んでいる請求項２または３に記載の振動子。
【請求項５】
前記第１層は、Ｓｉを含み、
前記第２層は、ＳｉＯ２を含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項６】
基板上に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に第１層を配置し、前記第１層上に第２層を配置して第２電極を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、を有し、
前記第１層および前記第２層のうちの一方は、正の周波数温度特性を有し、他方は、負の周波数温度特性を有することを特徴とする振動子の製造方法。
【請求項７】
前記第２電極を形成する工程では、前記第２層上に第３層を配置し、
前記第２層が前記第１層および前記第３層によって覆われている請求項６に記載の振動子の製造方法。
【請求項８】
前記除去する工程では、ウェットエッチングにより前記犠牲層を除去し、
前記第１層および前記第３層は、前記第２層よりも、前記ウェットエッチングで用いられるエッチング液に対するエッチングレートが低い請求項７に記載の振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動子と、
回路と、を有していることを特徴とする発振器。
【請求項１０】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動子を有していることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動子を有し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、振動子の製造方法、発振器、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１のＭＥＭＳ振動子は、基板上に形成された第１電極と、第１電極と対向配置された第２電極と、を有している。そして、このような構成のＭＥＭＳ振動子では、第１、第２電極間に交番電圧を印加することで、第２電極を振動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
しかしながら、このようなＭＥＭＳ振動子では、第１電極および第２電極がシリコンで構成されているため、周波数温度特性が低く（すなわち、温度変化に対する周波数変化量が大きく）、優れた振動特性を発揮するのが困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、優れた周波数温度特性を有する振動子、この振動子の製造方法、この振動子を備えた信頼性の高い発振器、電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の発明により達成される。
本発明の振動子は、基板と、
前記基板上に配置されている第１電極と、
前記第１電極と対向配置されている振動部を有する第２電極と、を有し、
前記振動部は、第１層と、前記第１層上に積層された第２層とを有し、
前記第１層および前記第２層のうちの一方は、正の周波数温度特性を有し、他方は、負の周波数温度特性を有することを特徴とする。
これにより、第１層と第２層とで周波数温度特性がキャンセルされるため、優れた周波数温度特性を有する振動子が得られる。
【０００７】
本発明の振動子では、前記振動部は、前記第１層との間に前記第２層を挟むように設けられた第３層を有し、
前記第３層は、前記正の周波数温度特性および前記負の周波数温度特性のうちの前記第１層と同じ周波数温度特性を有することが好ましい。
このように、第２層を、これとは反対の周波数温度特性を有する第１層および第３層で挟み込むことで、さらに優れた周波数温度特性を発揮することができる。
【０００８】
本発明の振動子では、前記第２層は、前記第１層および前記第３層で覆われていることが好ましい。
これにより、第２層を第１層および第３層で保護することができる。
【０００９】
本発明の振動子では、前記第３層は、前記第１層と同じ材料を含んでいることが好ましい。
これにより、振動部の構成が簡単となる。
【００１０】
本発明の振動子では、前記第１層は、Ｓｉを含み、
前記第２層は、ＳｉＯ２を含むことが好ましい。
これにより、振動部の構成が簡単となり、また、半導体プロセスによって製造し易い構成となる。
【００１１】
本発明の振動子の製造方法は、基板上に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に第１層を配置し、前記第１層上に第２層を配置して第２電極を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、を有し、
前記第１層および前記第２層のうちの一方は、正の周波数温度特性を有し、他方は、負の周波数温度特性を有することを特徴とする。
これにより、優れた周波数温度特性を有する振動子が得られる。
【００１２】
本発明の振動子の製造方法では、前記第２電極を形成する工程では、前記第２層上に第３層を配置し、
前記第２層が前記第１層および前記第３層によって覆われていることが好ましい。
これにより、第２層をエッチング液から保護することができる。
【００１３】
本発明の振動子の製造方法では、前記除去する工程では、ウェットエッチングにより前記犠牲層を除去し、
前記第１層および前記第３層は、前記第２層よりも、前記ウェットエッチングで用いられるエッチング液に対するエッチングレートが低いことが好ましい。
これにより、ウェットエッチングの際に、第２層を保護することができる。
【００１４】
本発明の発振器は、本発明の振動子と、
回路と、を有していることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性の発振器が得られる。
【００１５】
本発明の電子機器は、本発明の振動子を有していることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性の電子機器が得られる。
【００１６】
本発明の移動体は、本発明の振動子を有していることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性の移動体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動子を示す断面図である。
【図２】図１に示す振動子の平面図である。
【図３】図１に示す振動子が有する振動素子の断面図である。
【図４】図３に示す振動素子が有する第１層、第２層および第３層の周波数温度特性を示すグラフである。
【図５】図１に示す振動子の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図７】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図８】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図９】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図１０】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図１１】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図１２】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図１３】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図１４】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図１５】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図１６】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図１７】図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る振動子が有する振動素子の断面図である。
【図１９】図１８に示す振動素子が有する振動体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２０】図１８に示す振動素子が有する振動体の製造方法を説明する断面図である。
【図２１】図１８に示す振動素子が有する振動体の製造方法を説明する断面図である。
【図２２】図１８に示す振動素子が有する振動体の製造方法を説明する断面図である。
【図２３】図１８に示す振動素子が有する振動体の製造方法を説明する断面図である。
【図２４】本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
【図２５】本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
【図２６】本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。
【図２７】本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の振動子、振動子の製造方法、発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る振動子について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動子を示す断面図である。図２は、図１に示す振動子の平面図である。図３は、図１に示す振動子が有する振動素子の断面図である。図４は、図３に示す振動素子が有する第１層、第２層および第３層の周波数温度特性を示すグラフである。図５は、図１に示す振動子の製造方法を示すフローチャートである。図６ないし図１７は、それぞれ、図１に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。なお、図１は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。また、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２１】
≪振動子≫
図１に示す振動子１は、所定周波数の信号を発振する発振器として用いられる。このような振動子１は、基板２と、振動素子３と、蓋部４と、空洞部（収容空間）５と、半導体回路（回路）６と、を有する。
【００２２】
基板２は、上面に開放する凹部２４を有するベース基板２１と、凹部２４の内面上に積層された第１絶縁膜２２と、第１絶縁膜２２上に積層された第２絶縁膜２３と、を有する。ベース基板２１は、例えば、シリコン基板で構成され、第１絶縁膜２２は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で構成され、第２絶縁膜２３は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で構成されている。
【００２３】
なお、シリコン基板は、例えば、シリコン単結晶基板上にシリコン単結晶をエピタキシャル成長させたものを用いてもよい。ただし、ベース基板２１としては、シリコン基板に限定されず、例えば、ＳＯＩ基板を用いることができる。また、第１絶縁膜２２および第２絶縁膜２３としては、製造時にベース基板２１を保護し、また、各部の短絡等を防ぐことができれば特に限定されない。
【００２４】
また、ベース基板２１の凹部２４よりも外側の部分には半導体回路６が作り込まれている。半導体回路６は、例えば、振動素子３を励振させるための発振回路を有し、その他にも、例えば、必要に応じて、位相同期回路（ＰＬＬ回路）や、発振回路からの出力周波数を整数倍にする逓倍回路（周波数調整回路）や、信号を所定の出力形式に変換して出力する出力回路や、メモリー等を有する。
【００２５】
このような半導体回路６には、必要に応じて、ＭＯＳトランジスタ、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線等の回路要素が含まれている。このように、振動子１内に、半導体回路６を作り込むことで、例えば、振動子１と半導体回路６とが別体で構成された場合と比較して、装置全体の小型化を図ることができる。また、半導体回路６を振動素子３に近接して配置することができるため、振動素子３から出力される信号にノイズが乗り難く、優れた精度の振動子１となる。なお、図１では、説明の便宜上、半導体回路６として、ＭＯＳトランジスタ６１のみを図示している。
【００２６】
また、図１および図２に示すように、凹部２４内には枠状の壁部７１と、柱状の４本の柱部７２（７２ａ〜７２ｄ）と、が設けられている。
【００２７】
４つの柱部７２は、壁部７１の内側（すなわち空洞部５内）に設けられており、平面視で、振動素子３の周囲に沿って互いに離間して設けられている。これら４つの柱部７２は、蓋部４を支える支柱として機能し、蓋部４の下方（空洞部５内）への撓み変形を抑制する。そのため、例えば、蓋部４と振動素子３との接触を防止することができる。また、４つの柱部７２は、振動素子３が有する電極を外部へ引き出すための配線（電気経路）の一部としても用いられる。このように、柱部７２を配線の一部として用いることで、別途配線を引き回す必要がなく、振動子１の装置構成が簡単なものとなると共に、振動子１の小型化を図ることができる。このような柱部７２は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）したポリシリコンで構成されている。なお、柱部７２の数としては、４つに限定されない。
【００２８】
壁部７１は、枠状をなし、平面視で振動素子３および柱部７２の周囲を囲むように、凹部２４の底面に立設されている。そして、壁部７１の内側が空洞部５となっている。また、壁部７１は、隣り合う柱部７２ａ、７２ｂの間に入り込むように内側へ突出した突出部７１１と、隣り合う柱部７２ｂ、７２ｃの間に入り込むように内側へ突出した突出部７１２と、隣り合う柱部７２ｃ、７２ｄの間に入り込むように内側へ突出した突出部７１３と、隣り合う柱部７２ｄ、７２ａの間に入り込むように内側へ突出した突出部７１４と、を有する。
【００２９】
このような突出部７１１、７１２、７１３、７１４を設けることで、空洞部５の体積を減少させることができる。そのため、空洞部５を形成する際のエッチング時間を短縮することができたり、空洞部５を真空封止する際の真空引き時間を短縮することができたりする。また、これら４つの突出部７１１〜７１４は、柱部７２と共に、蓋部４を支えている。よって、蓋部４の下方への撓み変形がより抑制される。このような壁部７１は、例えば、ポリシリコンで構成されている。
【００３０】
また、壁部７１の外周側（すなわち壁部７１と凹部２４の内側面との間）には壁部７１を補強する補強部７３が設けられている。これにより、振動子１の機械的強度を高めることができる。なお、補強部７３は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で構成されている。
【００３１】
蓋部４は、基板２の上面側に設けられ、凹部２４の開口を塞いでいる。これにより、基板２と蓋部４の間に気密封止された空洞部５が形成される。この空洞部５には振動素子３が配置されており、これにより、振動素子３を保護することができると共に、振動素子３を所定の環境下で駆動することができる。
【００３２】
このような蓋部４は、図１に示すように、被覆層４１と、被覆層４１上に積層された封止層４２と、封止層４２および基板２上に積層された構造体４３と、を有する。
【００３３】
被覆層４１は、絶縁層４１１と、絶縁層４１１上に積層された導電層４１２と、を有する。
【００３４】
被覆層４１は、空洞部５の内外を連通する複数の連通孔４１ａを有する。この連通孔４１ａは、製造時に空洞部５内の犠牲層をエッチングにより除去するためのリリースホールである。なお、連通孔４１ａは、基板２の平面視で、振動素子３と重ならないように配置することが好ましい。これにより、封止層４２で連通孔４１ａを封止する際に、連通孔４１ａを通過した封止材料が振動素子３に付着し難くなり、振動素子３の駆動周波数の変化を抑制することができる。
【００３５】
また、導電層４１２は、絶縁層４１１を貫通して設けられ、柱部７２と電気的に接続されているコンタクト部４１２ａを有する。このようなコンタクト部４１２ａは、柱部７２と同様に、振動素子３を半導体回路６に電気的に接続するための配線の一部として用いられる。
【００３６】
このような被覆層４１では、絶縁層４１１は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）で構成されており、導電層４１２は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）したポリシリコンで構成されている。
【００３７】
封止層４２は、被覆層４１上に積層されており、連通孔４１ａを塞いでいる。これにより、空洞部５が気密封止される。このように、空洞部５を気密封止することで、空洞部５に収容された振動素子３の雰囲気を安定させることができる。なお、空洞部５の環境としては、特に限定されないが、真空状態（減圧状態）となっていることが好ましい。これにより、粘性抵抗が減り、より効率的かつ安定的に振動素子３を駆動することができる。
【００３８】
また、封止層４２は、コンタクト部４１２ａ上に周囲から島状に独立して配置され、コンタクト部４１２ａと電気的に接続されているコンタクト部４２１を有する。このようなコンタクト部４２１は、柱部７２およびコンタクト部４１２ａと同様に、振動素子３を半導体回路６に電気的に接続するための配線の一部として用いられる。
【００３９】
このような封止層４２としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属材料（導電性材料）を用いることができる。
【００４０】
構造体４３は、層間絶縁膜４３１と、層間絶縁膜４３１上に形成された配線層４３２と、配線層４３２および層間絶縁膜４３１上に形成された層間絶縁膜４３３と、層間絶縁膜４３３上に形成された配線層４３４と、配線層４３４および層間絶縁膜４３３上に形成された表面保護層４３５と、を有する。このうち、配線層４３２、４３４は、半導体回路６の配線として機能している。また、表面保護層４３５は、振動子１を水分、ゴミ、傷などから保護する。半導体回路６は、配線層４３２、４３４によって振動子１の上面に引き出され、配線層４３４の一部が表面保護層４３５から露出しており、当該部分が外部接続端子４３４’となる。
【００４１】
このような構造体４３では、層間絶縁膜４３１、４３３は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で構成されており、配線層４３２、４３４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）で構成されており、表面保護層４３５は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、ポリイミド、エポキシ樹脂等で構成されている。
【００４２】
振動素子３は、静電駆動型の振動素子であり、図１および図２に示すように、基板２上に設けられた基板電極（第１電極）３１および振動部電極（第２電極）３２を有する。
【００４３】
振動部電極３２は、凹部２４の底面に設けられた固定部３３と、固定部３３と空隙を隔てて対向配置された振動体３４と、振動体３４および固定部３３の間に配置され、振動体３４を固定部３３に支持する支持部３５と、を有する。また、振動体３４は、その中央部に位置し、固定部３３に支持された基部３４１と、基部３４１に接続されている４つの振動部３４２、３４３、３４４、３４５と、を有し、略十字状をなす。なお、振動部の数は、本実施形態の４つに限定されず、１〜３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。
【００４４】
一方、基板電極３１は、凹部２４の底面に設けられ、振動部３４２に対向配置された電極部３１１と、凹部２４の底面に設けられ、振動部３４４に対向配置された電極部３１２と、を有する。
【００４５】
基板電極３１および振動部電極３２は、それぞれ、柱部７２を介して半導体回路６と電気的に接続されており、半導体回路６から基板電極３１と振動部電極３２との間に所定周波数（振動部電極３２の共振周波数とほぼ等しい周波数）の交番電圧が印加されると、振動体３４と基板電極３１との間に発生する静電力によって、振動部３４２、３４４と振動部３４３、３４５とが互いに逆相で振動する。そして、この振動に基づく信号（周波数信号）が基板電極３１（または振動部電極３２）から出力され、出力された信号を半導体回路６で処理することで、所定周波数の信号を出力することができる。
【００４６】
後述する製造方法でも説明するように、これら基板電極３１および振動部電極３２のうち振動体３４を除く部分（すなわち、固定部３３、支持部３５および電極部３１１、３１２）は、それぞれ、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）したポリシリコンで構成されている。このような構成とすることで、半導体プロセスを用いてこれらを容易に形成することができる。
【００４７】
振動体３４は、図３に示すように、第１層３４Ａと、第２層３４Ｂと、第３層３４Ｃとが下方（支持部３５側）から振動体３４の厚さ方向に順に積層した積層体で構成されている。言い換えると、振動体３４は、第１層３４Ａと、第１層３４Ａの上方に位置する第３層３４Ｃと、第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃの間に挟まれた第２層３４Ｂと、を有する。
【００４８】
これら層３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃのうち、第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃは、それぞれ、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）したポリシリコンで構成され、第２層３４Ｂは、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で構成されている。このような構成とすることで、後述する製造方法で説明するように、半導体プロセスを用いて振動体３４を容易に形成することができる。また、第１層３４Ａと第３層３４Ｃを同じ材料で形成することで、振動体３４の構成が簡単になると共に、振動体３４をより容易に形成することができる。また、同じ材料（Ｓｉ）で構成された第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃで、これらと異なる材料（ＳｉＯ２）で構成された第２層３４Ｂを挟み込むことで、熱膨張による振動体３４の軟みや反りを抑制することができる。そのため、振動子１の振動特性が安定する。
【００４９】
また、本実施形態では、第２層３４Ｂが、第１層３４Ａよりも一回り小さく形成されている。そのため、第１層３４Ａの外周部が第２層３４Ｂから露出しており、この露出した部分に第３層３４Ｃの外周部が積層されている。このため、第２層３４Ｂは、その全周（全域）が、第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃで覆われた状態となっている。
【００５０】
ここで、第２層３４Ｂは、前述したように、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で構成されており、製造工程中で用いるエッチング液に対する耐エッチング性が低い。一方、第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃは、前述したように、ポリシリコン（Ｓｉ）で構成されており、製造工程中で用いるエッチング液に対する耐エッチング性が第２層３４Ｂよりも高い。そのため、第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃで第２層３４Ｂを覆うことで、第２層３４Ｂをエッチングから保護することができる。
【００５１】
また、一般的な使用温度域である−２０℃〜＋８０℃において、これら３つの層３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃのうち、第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃは、負の周波数温度特性（周波数ドリフト特性）を有し、第２層３４Ｂは、正の周波数温度特性（周波数ドリフト特性）を有する。図４に示すように、正の周波数温度特性とは、温度の上昇によって共振周波数が低くなる性質を言い、負の周波数特性とは、温度の上昇によって共振周波数が高くなる性質を言う。このように、負の周波数温度特性を有する層３４Ａ、３４Ｃと、正の周波数温度特性を有する層３４Ｂと、を含むことで、互いの周波数変化が打ち消しあって、振動体３４全体として温度変化に対する周波数変化を抑制することができる（例えば、図４の鎖線で示すような特性を発揮することができる）。そのため、振動子１の周波数温度特性が向上し、優れた振動特性を発揮することができる。
【００５２】
ここで、周波数温度特性は、主に、材料のヤング率の温度依存性に起因すると考えられる。参考に、第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃの材料であるＳｉは、温度の上昇によってヤング率が低くなる性質を有し、第２層３４Ｂの材料であるＳｉＯ２は、温度の低下によってヤング率が高くなる性質を有している。
【００５３】
なお、第１層３４Ａ、第２層３４Ｂおよび第３層３４Ｃの厚さとしては、特に限定されず、振動体３４の周波数温度特性が向上するように、各層３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの厚さを適宜設定すればよい。例えば、図４で示す例では、第２層３４Ｂの周波数変化の方が第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃの周波数変化よりも急峻なため、第１層３４Ａの厚さをｔ１とし、第２層３４Ｂの厚さをｔ２とし、第３層３４Ｃの厚さをｔ３としたとき、ｔ１＋ｔ３＞ｔ２の関係を満足することが好ましい。このような関係を満足することで、振動体３４の周波数温度特性をより向上させることができる。また、特に、ｔ１＝ｔ３の関係を満足することが好ましい。このような関係を満足することで、上述した熱膨張による振動体３４の撓みや反りをより効果的に抑制することができる。
【００５４】
以上、振動体３４について詳細に説明したが、振動体３４の構成としては上記の構成に限定されない。例えば、第１層３４Ａ、第３層３４Ｃと第２層３４Ｂとが反対の周波数温度特性を有していれば、これらの構成材料は、特に限定されない。また、第３層３４Ｃは、省略してもよい。また、第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃが正の周波数温度特性を有し、第２層３４Ｂが負の周波数温度特性を有していてもよい。
【００５５】
≪振動子の製造方法≫
次に、図５ないし図１７に基づいて、振動子１の製造方法を説明する。なお、以下では説明の便宜上、半導体回路６が有する回路要素の製造工程については、その説明を省略する。各回路要素は、下記に説明する工程と同じ工程や、下記に示す工程の合間の工程で、作り込むことができる。
【００５６】
振動子１の製造方法は、図５に示すように、ベース基板２１上に基板電極３１を形成する基板電極形成工程と、基板電極３１上に第１犠牲層９１を形成する犠牲層形成工程と、第１犠牲層９１上に振動部電極３２を形成する振動部電極形成工程と、第１犠牲層９１を除去する除去工程と、を有する。以下、これら各工程について順次詳細に説明する。
【００５７】
［基板電極形成工程］
まず、図６に示すように、シリコン基板であるベース基板２１を用意し、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてベース基板２１の上面に凹部２４を形成した後、ベース基板２１の上面側に第１絶縁膜２２および第２絶縁膜２３を順に成膜する。第１絶縁膜２２および第２絶縁膜２３は、例えば、ベース基板２１の表面にＳｉＯ２膜を熱酸化法で成膜した後、このＳｉＯ２膜上にＳｉＮ膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成することで得られる。
【００５８】
次に、第２絶縁膜２３上にポリシリコンの膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成しつつ、同時にリン、ボロン等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングすることで、図７に示すように、基板電極３１（電極部３１１、３１２）、固定部３３、配線（図示せず）、柱部７２の一部および壁部７１の一部を形成する。ただし、これら各部の形成方法は上述の方法に限定されず、例えば、各部のパターニングを終えてから、各部にリン、ボロン等の不純物をドープして導電性を付与してもよい。
【００５９】
［犠牲層形成工程］
次に、図８に示すように、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２膜からなる第１犠牲層９１を形成し、形成した第１犠牲層９１に支持部３５、柱部７２および壁部７１に対応する開口を形成する。ただし、第１犠牲層９１は、ＣＶＤ法ではなく、熱酸化法、スパッタリング法等により形成してもよい。また、前記開口は、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて形成する。
【００６０】
［振動部電極形成工程］
次に、第１犠牲層９１上にポリシリコンの膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成しつつ、同時にリン、ボロン等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングすることで、図９に示すように、支持部３５、第１層３４Ａ、柱部７２の一部および壁部７１の一部を形成する。
【００６１】
次に、第１層３４Ａ上にＳｉＯ２膜をＣＶＤ法によって形成し、このＳｉＯ２膜をパターニングすることで、図１０に示すように、第２層３４Ｂを形成する。この際、第２層３４Ｂを第１層３４Ａよりも若干小さく形成し、第１層３４Ａの外周部を第２層３４Ｂから露出させる。ただし、ＳｉＯ２膜は、ＣＶＤ法ではなく、熱酸化法、スパッタリング法等により形成してもよい。
【００６２】
次に、第２層３４Ｂ上および第１犠牲層９１上にポリシリコンの膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成しつつ、同時にリン、ボロン等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングすることで、図１１に示すように、第３層３４Ｃ、柱部７２の一部および壁部７１の一部を形成する。これにより、振動部電極３２、柱部７２および壁部７１が得られる。なお、振動体３４は、第３層３４Ｃの外周部が第１層３４Ａ上に積層され、第２層３４Ｂが第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃで囲まれた状態となる。
【００６３】
次に、ＣＶＤ法により、図１２に示すように、ＳｉＯ２膜からなる第２犠牲層９２を形成し、さらに、第２犠牲層９２に所定の開口を形成する。次に、図１３に示すように、第２犠牲層９２上にＳｉＮ膜からなる絶縁層４１１を成膜し、この絶縁層４１１上にポリシリコンをスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成しつつ、同時にリン、ボロン等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜からなる導電層４１２を形成する。そして、これら絶縁層４１１および導電層４１２に連通孔４１ａを形成する。これにより、被覆層４１が得られる。
【００６４】
次に、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって、図１４に示すように、ベース基板２１の上面２１１上に積層された第１絶縁膜２２および第２絶縁膜２３を除去して、ベース基板２１の上面２１１を露出させる。これにより、例えば、ベース基板２１の上面２１１にＭＯＳトランジスタ６１等の回路要素を作り込むことができる。
【００６５】
［除去工程］
次に、図１５に示すように、第１、第２犠牲層９１、９２のリリースエッチングを行なう。具体的には、ベース基板２１を例えばバッファードフッ酸等のエッチング液に晒す。なお、バッファードフッ酸は、ポリシリコンを実質的に除去することなく、ＳｉＯ２を選択的に除去することができる。言い換えると、ポリシリコンは、ＳｉＯ２よりも前記エッチング液に対するエッチングレートが低い。これにより、連通孔４１ａを介して第１、第２犠牲層９１、９２がリリースエッチングされ、空洞部５が形成されると共に振動素子３がリリースされる。ここで、前述したように、振動体３４では、第２層３４Ｂが第１層３４Ａおよび第３層３４Ｃで囲まれているため、当該エッチングによる第２層３４Ｂのダメージを防止することができる。
【００６６】
次に、空洞部５を真空引きした状態で、図１６に示すように、導電層４１２上にアルミニウム層からなる封止層４２を形成して連通孔４１ａを封止し、封止層４２をパターニングすることでコンタクト部４２１を形成する。
【００６７】
次に、図１７に示すように、ベース基板２１上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜４３１を成膜し、層間絶縁膜４３１をＣＭＰ（化学機械研磨）等によって平坦化する。次に、層間絶縁膜４３１上に、配線層４３２、層間絶縁膜４３３、配線層４３４および表面保護層４３５を順に形成する。以上によって、図１に示す振動子１が得られる。
【００６８】
＜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説明する。
【００６９】
図１８は、本発明の第２実施形態に係る振動子が有する振動素子の断面図である。図１９は、図１８に示す振動素子が有する振動体の製造方法を示すフローチャートである。図２０ないし図２３は、それぞれ、図１８に示す振動素子が有する振動体の製造方法を説明する断面図である。
【００７０】
以下、本発明の第２実施形態に係る振動子について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【００７１】
第２実施形態の振動子は、振動素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００７２】
本実施形態の振動素子３の振動体３４は、図１８に示すように、ＳＯＩ基板３４０から構成されている。ＳＯＩ基板３４０は、第１のＳｉ層３４０Ａと、ＳｉＯ２層３４０Ｂと、第２のＳｉ層３４０Ｃと、がこの順に積層した基板である。そして、このようなＳＯＩ基板３４０の、第１のＳｉ層３４０Ａから第１層３４Ａが形成され、ＳｉＯ２層から第２層３４Ｂが形成され、第２のＳｉ層３４０Ｃから第３層３４Ｃが形成されている。このように、振動体３４をＳＯＩ基板３４０から形成することで、振動体３４を容易に形成することができる。
【００７３】
本実施形態の振動体３４の製造方法は、図１９に示すように、ＳＯＩ基板３４０を準備する準備工程と、第１のＳｉ層３４０Ａをエッチングして第１層３４Ａを形成する第１層形成工程と、第２のＳｉ層３４０ＣおよびＳｉＯ２層３４０Ｂをエッチングして第２層３４Ｂを形成する第２層形成工程と、第２層３４Ｂの外周面を覆う被覆部を設けて第３層３４Ｃを形成する第３層形成工程と、を有する。
【００７４】
［準備工程］
図２０に示すように、ＳＯＩ基板３４０を用意する。そして、第１のＳｉ層３４０Ａおよび第２のＳｉ層３４０Ｃにリン、ボロン等の不純物をドープすることで、第１のＳｉ層３４０Ａおよび第２のＳｉ層３４０Ｃに導電性を付与する。
【００７５】
［第１層形成工程］
図２１に示すように、第１のＳｉ層３４０Ａを下方からエッチングすることで、第１層３４Ａを形成する。
【００７６】
［第２層形成工程］
図２２に示すように、第２のＳｉ層３４０ＣおよびＳｉＯ２層３４０Ｂを上方から順にエッチングすることで、第２層３４Ｂを形成する。この際、第２層３４Ｂを第１層３４Ａよりも若干小さく形成し、第１層３４Ａの外周部を第２層３４Ｂから露出させる。
【００７７】
［第３層形成工程］
図２３に示すように、第１層３４Ａの外周部（第２層３４Ｂから露出した部分）にポリシリコンをスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成しつつ、同時にリン、ボロン等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜からなる被覆部３４Ｃ’を設け、第３層３４Ｃを形成する。
【００７８】
以上により、振動体３４が得られ、この振動体３４を支持部３５を介して固定部３３に固定することで、振動素子３が得られる。
【００７９】
以上のような第２実施形態よっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００８０】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る電子機器について説明する。
【００８１】
図２４は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
【００８２】
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１１０８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、例えば、発振器として用いられる振動子１が内蔵されている。そのため、パーソナルコンピューター１１００は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
【００８３】
図２５は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
【００８４】
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１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、例えば、発振器として用いられる振動子１が内蔵されている。そのため、携帯電話機１２００は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
【００８５】
図２６は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。
【００８６】
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１３１０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１３１０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。
【００８７】
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１３１０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。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、例えば、発振器として用いられる振動子１が内蔵されている。そのため、デジタルスチールカメラ１３００は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
【００８８】
なお、本発明の電子機器は、図２４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２５の携帯電話機、図２６のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、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、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、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、ワードプロセッサー、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に適用することができる。
【００８９】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る移動体について説明する。
図２７は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
【００９０】
自動車（移動体）１５００には、例えば発振器として用いられる振動子１が搭載されている。振動子１は、例えば、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。このように、自動車１５００は、振動子１を有しているため、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
【００９１】
以上、本発明の振動子、振動子の製造方法、発振器、電子機器および移動体について、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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【００９２】
また、前述した各実施形態では、基板に凹部を形成することで、基板と蓋部との間に空洞部を形成した構成について説明しているが、基板と蓋部の構成としては、これに限定されない。例えば、基板に凹部を設けずに、蓋部の下面（基板側）に凹部を形成することで、基板と蓋部との間に空洞部を形成してもよいし、基板および蓋部の間に、枠状の構造体を介在させて、枠状の構想体の内周面と基板の上面とによって凹部を形成してもよい。すなわち、凹部の底面と壁面とが別部材から形成されており、これらが一体的に形成されていなくてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１…振動子、２…基板、２１…ベース基板、２１１…上面、２２…第１絶縁膜、２３…第２絶縁膜、２４…凹部、３…振動素子、３１…基板電極、３１１、３１２…電極部、３２…振動部電極、３３…固定部、３４…振動体、３４Ａ…第１層、３４Ｂ…第２層、３４Ｃ…第３層、３４Ｃ’…被覆部、３４０…ＳＯＩ基板、３４０Ａ…第１のＳｉ層、３４０Ｂ…ＳｉＯ２層、３４０Ｃ…第２のＳｉ層、３４１…基部、３４２、３４３、３４４、３４５…振動部、３５…支持部、４…蓋部、４１…被覆層、４１ａ…連通孔、４１１…絶縁層、４１２…導電層、４１２ａ…コンタクト部、４２…封止層、４２１…コンタクト部、４３…構造体、４３１…層間絶縁膜、４３２…配線層、４３３…層間絶縁膜、４３４…配線層、４３４’…外部接続端子、４３５…表面保護層、５…空洞部、６…半導体回路、６１…ＭＯＳトランジスタ、７１…壁部、７１１、７１２、７１３、７１４…突出部、７２、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ…柱部、７３…補強部、９１…第１犠牲層、９２…第２犠牲層、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、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、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、１３１０…表示部、１５００…自動車、ｔ１、ｔ２、ｔ３…厚さ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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