(57)【要約】保持部の絶縁膜に帯電した電荷が共振周波数に与える影響を低減することのできる共振装置を提供する。共振装置１は、振動部１２０と、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に配置され、振動部１２０を振動可能に保持する保持体と当該保持体の上に形成される絶縁膜２３５とを含む保持部１４０と、を含む共振子１０と、振動部１２０の振動空間の少なくとも一部を形成する凹部２１を含む下蓋２０と、を備え、絶縁膜２３５の内側面は、凹部２１を定める側壁２３の内面２３ａから第１距離Ｄ１を空けて配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部と、前記振動部の周囲の少なくとも一部に配置され、前記振動部を振動可能に保持する保持体と該保持体の上に形成される絶縁膜とを含む保持部と、を含む共振子と、
前記振動部の振動空間の少なくとも一部を形成する凹部を含む第１基板と、を備え、
前記絶縁膜の内側面は、前記凹部を定める側壁の内面から第１距離を空けて配置される、
共振装置。
【請求項２】
前記絶縁膜の内側面は、前記保持体の内側面から前記第１距離以上の第２距離を空けて配置される、
請求項１に記載の共振装置。
【請求項３】
前記第１距離は、５μｍ以上５０μｍ以下である、
請求項１又は２に記載の共振装置。
【請求項４】
前記保持部は、前記共振子の主面を平面視したときに、枠形状を有する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項５】
前記振動部は、複数の振動腕を含み、
前記第１基板は、前記複数の振動腕のうちの隣り合う２つの間に配置され、前記凹部から突起する突起部を含む、
請求項１から４のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項６】
前記振動部は、圧電膜を含み、
前記圧電膜は、ウルツ鉱型六方晶構造を有する圧電体を主成分とする、
請求項１から５のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項７】
前記保持部は、圧電膜をさらに含み、
前記保持部の圧電膜と前記振動部の圧電膜とは、同一材料である、
請求項６に記載の共振装置。
【請求項８】
前記振動部は、前記圧電膜を間に挟んで対向するように配置される第１電極及び第２電極をさらに含み、
前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、体心立方構造を有する金属を主成分とする、
請求項６又は７に記載の共振装置。
【請求項９】
前記共振子を間に挟んで前記第１基板と対向するように配置される第２基板をさらに備える、
請求項１から８のいずれか一項に記載の共振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて製造される共振子（以下、「ＭＥＭＳ振動子」ともいう。）が注目されている。【０００３】
ＭＥＭＳ振動子においては、製造ばらつきによって共振周波数にばらつきが生じることがある。そこで、ＭＥＭＳ振動子の製造中や製造後に、追加エッチング等によって周波数を調整することが行われる。【０００４】
例えば、基部と、基部からＹ軸方向に延出しＺ軸方向に屈曲振動する振動腕と、振動腕に設けられ、振動腕を屈曲振動させる圧電体素子と、振動腕の圧電体素子よりも先端側に設けられた質量部とを有する振動片であって、圧電体素子は、少なくとも、第１の電極層と、第２の電極層と、これらの間に位置する圧電体層とを有し、質量部は、少なくとも１つの膜部を有し、この膜部は、圧電体素子を構成する層のうちのいずれか１つの層と同じ材料で構成されるものが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０６５２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の共振子は、矩形の振動部（振動体）が保持腕によって保持部に接続される構成となっており、保持部の表面は絶縁膜によって覆われる構成となっている。このような構成の共振子では、例えば薄膜形成時に発生する電界等によって、保持部における絶縁膜が帯電してしまう場合がある。また、従来の共振子において、特許文献１に記載されたようなイオンビームを用いた周波数調整方法を利用する場合、イオンビームが保持部に照射されることによって、保持部における絶縁膜が帯電してしまう場合がある。さらに、保持部の絶縁膜に焦電体を使用する場合、温度変化による焦電効果によって、絶縁膜の界面に電荷が発生する。このように、振動部の周囲に配置される保持部の絶縁膜が帯電すると、絶縁膜の電荷によってクーロン力（静電力）が発生し、振動部のばね定数が変化する結果、共振周波数が変動していた。【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、保持部の絶縁膜に帯電した電荷が共振周波数に与える影響を低減することのできる共振装置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】
【０００８】
本発明の一側面に係る共振装置は、振動部と、振動部の周囲の少なくとも一部に配置され、振動部を振動可能に保持する保持体と該保持体の上に形成される絶縁膜とを含む保持部と、を含む共振子と、振動部の振動空間の少なくとも一部を形成する凹部を含む下蓋と、を備え、絶縁膜の内側面は、凹部を定める側壁の内面から第１距離を空けて配置される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、保持部の絶縁膜に帯電した電荷が共振周波数に与える影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る共振装置の外観を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した共振装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】図３は、図２に示した共振子の構造を概略的に示す平面図である。
【図４】図４は、図２に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った共振装置の断面の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】図５は、図３に示したＶ−Ｖ線に沿った振動腕の断面の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、図３に示したＶＩ−ＶＩ線に沿った共振子の断面の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る共振装置の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
【００１２】
［第１実施形態］
まず、図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る共振装置の概略構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の外観を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示した共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。
【００１３】
共振装置１は、下蓋２０と、共振子１０と、上蓋３０と、を備えている。すなわち、共振装置１は、下蓋２０と、共振子１０と、上蓋３０とが、この順で積層されて構成されている。下蓋２０及び上蓋３０は、共振子１０を挟んで互いに対向するように配置されている。なお、下蓋２０は本発明の「第１基板」の一例に相当し、上蓋３０は本発明の「第２基板」の一例に相当する。
【００１４】
以下において、共振装置１の各構成について説明する。なお、以下の説明では、共振装置１のうち上蓋３０が設けられている側を上（又は表）、下蓋２０が設けられている側を下（又は裏）、として説明する。
【００１５】
共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ振動子である。共振子１０と下蓋２０及び上蓋３０とは、共振子１０が封止され、共振子１０の振動空間が形成されるように、接合されている。また、共振子１０と下蓋２０は、それぞれシリコン（Ｓｉ）基板（以下、「Ｓｉ基板」という）を用いて形成されており、Ｓｉ基板同士が互いに接合されている。なお、共振子１０及び下蓋２０は、ＳＯＩ基板を用いて形成されてもよい。
【００１６】
上蓋３０はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、その裏面に例えば平たい直方体形状の凹部３１が形成されている。凹部３１は、側壁３３に囲まれており、共振子１０が振動する空間である振動空間の一部を形成する。なお、上蓋３０は凹部３１を有さず、平板状の構成でもよい。
【００１７】
下蓋２０は、ＸＹ平面に沿って設けられる矩形平板状の底板２２と、底板２２の周縁部からＺ軸方向、つまり、下蓋２０と共振子１０との積層方向、に延びる側壁２３と、を有する。下蓋２０には、共振子１０と対向する面において、底板２２の表面と側壁２３の内面とによって画定される凹部２１が形成されている。凹部２１は、共振子１０の振動空間の少なくとも一部を形成する。
【００１８】
前述した上蓋３０と下蓋２０とによって、共振子１０の振動空間は気密に封止され、真空状態が維持される。この振動空間には、例えば不活性ガス等の気体が充填されてもよい。
【００１９】
下蓋２０の内面、すなわち底板２２の表面には、底板２２から振動空間内に突起する突起部５０が形成される。突起部５０の詳細な構成については後述する。
【００２０】
次に、図３を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る共振子１０の概略構成について説明する。同図は、図２に示した共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。
【００２１】
図３に示すように、共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ振動子であり、図３の直交座標系におけるＸＹ平面内で面外振動する。なお、共振子１０は、面外屈曲振動モードを用いた共振子に限定されるものではない。共振装置１の共振子は、例えば、広がり振動モード、厚み縦振動モード、ラム波振動モード、面内屈曲振動モード、表面波振動モードを用いるものであってもよい。これらの振動子は、例えば、タイミングデバイス、ＲＦフィルタ、デュプレクサ、超音波トランスデューサー、ジャイロセンサ、加速度センサ等に応用される。また、アクチュエーター機能を持った圧電ミラー、圧電ジャイロ、光スキャナ型ＭＥＭＳミラー、圧力センサ機能を持った圧電マイクロフォン、超音波振動センサ等に用いられてもよい。さらに、静電ＭＥＭＳ素子、電磁駆動ＭＥＭＳ素子、ピエゾ抵抗ＭＥＭＳ素子に適用してもよい。さらにまた、ＭＨｚ振動子に適用して、ＭＨｚ発振器に用いることも可能である。
【００２２】
共振子１０は、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１０と、ビアＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４と、を備える。
【００２３】
振動部１２０は、図３の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って広がる矩形の輪郭を有している。振動部１２０は、保持部１４０の内側に配置されており、振動部１２０と保持部１４０との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図３の例では、振動部１２０は、基部１３０と、４本の振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄ（以下、まとめて「振動腕１３５」ともいう）と、を含んでいる。なお、振動腕の数は、４本に限定されず、例えば２本以上の任意の数に設定される。本実施形態において、各振動腕１３５と、基部１３０とは、一体に形成されている。
【００２４】
基部１３０は、共振子１０の主面を平面視（以下、単に「平面視」という）したときに、Ｘ軸方向に長辺１３１ａ、１３１ｂ、Ｙ軸方向に短辺１３１ｃ、１３１ｄを有している。長辺１３１ａは、基部１３０の前端の面（以下、「前端１３１Ａ」ともいう）の一つの辺であり、長辺１３１ｂは基部１３０の後端の面（以下、「後端１３１Ｂ」ともいう）の一つの辺である。基部１３０において、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとは、互いに対向するように配置されている。
【００２５】
基部１３０は、前端１３１Ａにおいて、後述する振動腕１３５に接続され、後端１３１Ｂにおいて、後述する保持腕１１１、１１２に接続されている。なお、図３に示す例では、基部１３０は、平面視において略長方形の形状を有しているがこれに限定されるものではない。例えば、基部１３０は、長辺１３１ａの垂直二等分線に沿って規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成されていればよい。また、基部１３０は、例えば、長辺１３１ｂが１３１ａより短い台形や、長辺１３１ａを直径とする半円の形状であってもよい。また、長辺１３１ａ、１３１ｂ、短辺１３１ｃ、１３１ｄは直線に限定されるものではなく、曲線であってもよい。
【００２６】
基部１３０において、前端１３１Ａから後端１３１Ｂに向かう方向における、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとの最長距離である基部長（図３においては短辺１３１ｃ、１３１ｄの長さ）は４０μｍ程度である。また、基部長方向に直交する幅方向であって、基部１３０の側端同士の最長距離である基部幅（図３においては長辺１３１ａ、１３１ｂの長さ）は２８５μｍ程度である。
【００２７】
振動腕１３５は、Ｙ軸方向に延び、それぞれ同一のサイズを有している。振動腕１３５は、それぞれが基部１３０と保持部１４０との間にＹ軸方向に平行に設けられ、一端は、基部１３０の前端１３１Ａと接続されて固定端となっており、他端は開放端となっている。また、振動腕１３５は、それぞれ、Ｘ軸方向に所定の間隔で、並列して設けられている。なお、振動腕１３５は、例えばＸ軸方向の幅が５０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが４２０μｍ程度である。
【００２８】
振動腕１３５はそれぞれ開放端に、錘部Ｇを有している。錘部Ｇは、振動腕１３５の他の部位よりもＸ軸方向の幅が広い。錘部Ｇは、例えば、Ｘ軸方向の幅が７０μｍ程度である。錘部Ｇは、振動腕１３５と同一プロセスによって一体形成される。錘部Ｇが形成されることで、振動腕１３５は、単位長さ当たりの重さが、固定端側よりも開放端側の方が重くなっている。従って、振動腕１３５が開放端側にそれぞれ錘部Ｇを有することで、各振動腕における上下方向の振動の振幅を大きくすることができる。
【００２９】
本実施形態の振動部１２０では、Ｘ軸方向において、外側に２本の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが配置されており、内側に２本の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃが配置されている。Ｘ軸方向における、振動腕１３５Ｂと１３５Ｃとの間隔Ｗ１は、Ｘ軸方向における、外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）と当該外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）に隣接する内側の振動腕１３５Ｂ（１３５Ｃ）との間の間隔Ｗ２よりも大きく設定される。間隔Ｗ１は例えば３５μ程度、間隔Ｗ２は例えば２５μｍ程度である。間隔Ｗ２は間隔Ｗ１より小さく設定することにより、振動特性が改善される。なお、共振装置１を小型化できるように、間隔Ｗ１を間隔Ｗ２よりも小さく設定してもよいし、等間隔に設定してもよい。
【００３０】
振動部１２０の表面（上蓋３０に対向する面）には、その全面を覆うように絶縁膜２３５が形成されている。さらに、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄにおける絶縁膜２３５の表面の一部には、それぞれ、導電膜２３６が形成されている。絶縁膜２３５及び導電膜２３６によって、振動部１２０の共振周波数を調整することができる。なお、絶縁膜２３５は、必ずしも振動部１２０の全面を覆う必要はないが、周波数調整における下地の電極膜、例えば図４の金属層Ｅ２、及び、圧電膜、例えば図４の圧電薄膜Ｆ３、へのダメージを保護する上で、振動部１２０の全面を覆う方が好ましい。
【００３１】
導電膜２３６は、振動部１２０における、他の領域よりも振動による平均変位の大きい領域の少なくとも一部において、その表面が露出するように、絶縁膜２３５上に形成されている。具体的には、導電膜２３６は、振動腕１３５の先端、即ち錘部Ｇに形成される。一方、絶縁膜２３５は、振動腕１３５におけるその他の領域において、その表面が露出している。この実施例では、振動腕１３５の先端まで導電膜２３６が形成され、先端部では絶縁膜２３５は全く露出していないが、絶縁膜２３５の一部が露出する様に、導電膜２３６を振動腕１３５の先端部には形成されない構成も可能である。なお、振動腕１３５の根本側（基部１３０と接続する側）に第２の導電膜を形成してもよい。この場合、周波数調整に伴う、周波数の温度特性の変化を抑制する事ができる。
【００３２】
保持部１４０は、ＸＹ平面に沿って矩形の枠状に形成される。保持部１４０は、平面視において枠形状を有し、ＸＹ平面に沿って振動部１２０の外側を囲むように配置されている。このように、保持部１４０が平面視において枠形状を有することにより、振動部１２０を囲む保持部１４０を容易に実現することができる。
【００３３】
なお、保持部１４０は、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に配置されていればよく、枠形状に限定されるものではない。例えば、保持部１４０は、振動部１２０を保持し、また、上蓋３０及び下蓋２０と接合できる程度に、振動部１２０の周囲に配置されていればよい。
【００３４】
本実施形態においては、保持部１４０は一体形成される角柱形状の枠体１４０ａ〜１４０ｄを含んでいる。枠体１４０ａは、図３に示すように、振動腕１３５の開放端に対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４０ｂは、基部１３０の後端１３１Ｂに対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４０ｃは、基部１３０の側端（短辺１３１ｃ）及び振動腕１３５Ａに対向して、長手方向がＹ軸に平行に設けられ、その両端で枠体１４０ａ、１４０ｂの一端にそれぞれ接続される。枠体１４０ｄは、基部１３０の側端（短辺１３１ｄ）及び振動腕１３５Ｄに対向して、長手方向がＹ軸に平行に設けられ、その両端で枠体１４０ａ、１４０ｂの他端にそれぞれ接続される。
【００３５】
保持部１４０は、その略全面が絶縁膜２３５で覆われている。
【００３６】
保持腕１１１及び保持腕１１２は、保持部１４０の内側に配置され、基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ｃ、１４０ｄとを接続する。図３に示すように、保持腕１１１と保持腕１１２とは、基部１３０のＸ軸方向の中心線に沿ってＹＺ平面に平行に規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成される。
【００３７】
保持腕１１１は、腕１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを含んでいる。保持腕１１１は、一端が基部１３０の後端１３１Ｂに接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１１は、枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１４０ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲し、再び枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲して、他端が枠体１４０ｃに接続している。
【００３８】
腕１１１ａは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｃに対向して、長手方向がＹ軸に平行になるように配置されている。腕１１１ａは、一端が、後端１３１Ｂにおいて基部１３０と接続しており、そこから後端１３１Ｂに対して略垂直、すなわち、Ｙ軸方向に延びている。腕１１１ａのＸ軸方向の中心を通る軸は、振動腕１３５Ａの中心線よりも内側に配置されることが好ましく、図３の例では、腕１１１ａは、振動腕１３５Ａと１３５Ｂとの間に配置されている。また腕１１１ａの他端は、その側面において、腕１１１ｂの一端に接続されている。腕１１１ａは、Ｘ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｙ軸方向に規定される長さが４０μｍである。
【００３９】
腕１１１ｂは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｂに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように配置されている。腕１１１ｂは、一端が、腕１１１ａの他端であって枠体１４０ｃに対向する側の側面に接続し、そこから腕１１１ａに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。また、腕１１１ｂの他端は、腕１１１ｃの一端であって振動部１２０と対向する側の側面に接続している。腕１１１ｂは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｘ軸方向に規定される長さが７５μｍ程度である。
【００４０】
腕１１１ｃは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ｃに対向して、長手方向がＹ軸方向に平行になるように配置されている。腕１１１ｃの一端は、その側面において、腕１１１ｂの他端に接続されており、他端は、腕１１１ｄの一端であって、枠体１４０ｃ側の側面に接続されている。腕１１１ｃは、例えばＸ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが１４０μｍ程度である。
【００４１】
腕１１１ｄは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ａに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように配置されている。腕１１１ｄの一端は、腕１１１ｃの他端であって枠体１４０ｃと対向する側の側面に接続している。また、腕１１１ｄは、他端が、振動腕１３５Ａと基部１３０との接続箇所付近に対向する位置において、枠体１４０ｃと接続しており、そこから枠体１４０ｃに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。腕１１１ｄは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｘ軸方向に規定される長さが１０μｍ程度である。
【００４２】
このように、保持腕１１１は、腕１１１ａにおいて基部１３０と接続し、腕１１１ａと腕１１１ｂとの接続箇所、腕１１１ｂと腕１１１ｃとの接続箇所、及び腕１１１ｃと腕１１１ｄとの接続箇所で屈曲した後に、保持部１４０へと接続する構成となっている。
【００４３】
保持腕１１２は、腕１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを含んでいる。保持腕１１２は、一端が基部１３０の後端１３１Ｂに接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１２は、枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１４０ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲して、再び枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）屈曲し、他端が枠体１４０ｄに接続している。
【００４４】
なお、腕１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの構成は、それぞれ腕１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄと対称な構成であるため、詳細な説明については省略する。
【００４５】
ビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、振動腕１３５における先端部近傍に形成された金属が充填された孔であり、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄそれぞれに形成された導電膜２３６と、後述する金属層Ｅ２（図６参照）とを電気的に接続させる。図６においては、破線は電気的な接続を示しており、点線は、特にビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４による電気的な接続を示している。
【００４６】
詳細については後述するが、ビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、それぞれ振動腕１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃ、１３５Ｄの先端部における導電膜２３６が露出する領域と、絶縁膜２３５が露出する領域の境界近傍に形成される。本実施形態では、錘部Ｇの固定端側の端部に形成されている。
【００４７】
ビアＶ６、Ｖ７は、保持部１４０における保持腕１１１又は１１２との接続箇所近傍に形成されることが好ましい。図３の例では、Ｖ６は枠体１４０ｃにおける保持腕１１１（腕１１１ｄ）との接続箇所近傍に形成されており、ビアＶ７は枠体１４０ｄにおける保持腕１１２（腕１１２ｄ）との接続箇所近傍に形成されている。なお、ビアＶ６、Ｖ７が形成される位置は、この例に限定されず、保持部１４０の任意の位置に形成されてよい。
【００４８】
ビアＶ６、ビアＶ７は、後述する金属層Ｅ２（上部電極）と外部の駆動電源とを接続させるための端子が形成されている。これにより、振動部１２０に駆動電源が与えられる。
【００４９】
突起部５０は、振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃの間に突起するように下蓋２０に形成されている。本実施形態では、突起部５０は、振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃに平行に延びる角柱形状に形成されている。突起部５０の振動腕１３５に沿った方向の長さは２４０μｍ程度、当該方向に直交する長さ（幅）は１５μｍ程度である。なお、突起部５０の数は、１つである場合に限定されず、２以上の複数であってもよい。
【００５０】
次に、図４から図６を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る共振装置１の積層構造について説明する。図４は、図２に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った共振装置１の断面の構成を概略的に示す断面図である。図５は、図３に示したＶ−Ｖ線に沿った振動腕１３５Ｄの断面の構成を概略的に示す断面図である。図６は、図３に示したＶＩ−ＶＩ線に沿った共振子１０の断面の構成を概略的に示す断面図である。なお、図２に示したＩＶ−ＩＶ線は、枠体１４０ａ，１４０ｂに平行な線である。
【００５１】
図４に示すように、上蓋３０は、所定の厚みのシリコン（Ｓｉ）ウエハ（以下、「Ｓｉウエハ」という）Ｓ３により形成されている。上蓋３０は、その周辺部（側壁３３）で後述する接合層４０によって共振子１０の保持部１４０と接合されている。上蓋３０における、共振子１０に対向する表面及び裏面は、図示しない酸化ケイ素膜に覆われていることが好ましい。酸化ケイ素膜は、例えばＳｉウエハＳ３の表面の酸化や、化学気相蒸着（ＣＶＤ: Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＳｉウエハＳ３の表面に形成される。
【００５２】
また、上蓋３０の共振子１０と対向する面と反対側の面には、図示しない端子が形成されている。端子は、上蓋３０に形成された貫通孔に不純物ドープされた多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、不純物ドープされた単結晶シリコン等の導電性材料が充填されて形成される。端子は、ビアＶ６、Ｖ７と接続されており、外部電源と共振子１０とを電気的に接続させる配線としての機能を有する。
【００５３】
下蓋２０の底板２２及び側壁２３は、Ｓｉ（シリコン）ウエハＳ１により、一体的に形成されている。また、下蓋２０は、側壁２３の上面によって、共振子１０の保持部１４０と接合されている。Ｚ軸方向に規定される下蓋２０の厚みは例えば、１５０μｍ、凹部２１の深さは例えば５０μｍである。なお、ＳｉウエハＳ１は、縮退されていないシリコンから形成されており、その抵抗率は例えば１６ｍΩ・ｃｍ以上である。
【００５４】
上蓋３０の周縁部と保持部１４０との間には、接合層４０が形成されており、この接合層４０によって、上蓋３０が保持部１４０と接合される。接合層４０は、例えばＡｕ（金）膜及びＳｎ（錫）膜から形成されている。
【００５５】
突起部５０は、下蓋２０のＳｉウエハＳ１と一体形成されている。突起部５０は、凹部２１の底板２２から振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃとの間に突起している。このように、突起部５０が振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃとの間に配置され、凹部２１の底板２２から突起することにより、下蓋２０の剛性を高めることができ、下蓋２０の上で形成される共振子１０の撓みや、下蓋２０の反りの発生を抑制することが可能になる。
【００５６】
共振子１０における、保持部１４０、基部１３０、振動腕１３５、及び保持腕１１１，１１２は、同一プロセスで一体的に形成される。共振子１０は、基板の一例であるシリコン（Ｓｉ）基板（以下、「Ｓｉ基板Ｆ２」という）の上に、金属層Ｅ１が積層されている。そして、金属層Ｅ１の上には、金属層Ｅ１を覆うように、圧電薄膜Ｆ３が積層されており、さらに、圧電薄膜Ｆ３の表面には、金属層Ｅ２が積層されている。金属層Ｅ２の上には、金属層Ｅ２を覆うように、絶縁膜２３５が積層されている。振動部１２０上においては、さらに、絶縁膜２３５上に、導電膜２３６が積層されている。本実施例では、金属層Ｅ２は、振動腕の先端まで延在しない構成になっている。これにより、金属層Ｅ１や導電膜２３６との短絡による特性変化を抑制することができる。このように、金属層Ｅ２は、振動腕の先端まで延在させない様にパターニングする方が好ましいが、振動腕の先端まで延在させてもよい。また、Ｓｉ基板Ｆ２に低抵抗となる縮退シリコン基板を用いることで、Ｓｉ基板Ｆ２自体が金属層Ｅ１を兼ねることができ、金属層Ｅ１を省略することも可能である。なお、金属層Ｅ１は本発明の「第１電極」の一例に相当し、金属層Ｅ２は本発明の「第２基板」の一例に相当する。
【００５７】
Ｓｉ基板Ｆ２は、例えば、厚さ６μｍ程度の縮退したｎ型シリコン（Ｓｉ）半導体から形成されており、ｎ型ドーパントとしてリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等を含むことができる。また、Ｓｉ基板Ｆ２に用いられる縮退Ｓｉの抵抗値は、例えば１．６ｍΩ・ｃｍ未満であり、より好ましくは１．２ｍΩ・ｃｍ以下である。さらに、Ｓｉ基板Ｆ２の下面には、温度特性補正層の一例として、酸化ケイ素（例えばＳｉＯ２）層Ｆ２１が形成されている。これにより、温度特性を向上させることが可能になる。
【００５８】
本実施形態において、酸化ケイ素層Ｆ２１は、当該酸化ケイ素層Ｆ２１をＳｉ基板Ｆ２に形成しない場合と比べて、Ｓｉ基板Ｆ２に温度補正層を形成したときの振動部における周波数の温度係数、つまり、温度当たりの変化率を、少なくとも常温近傍において低減する機能を有する層をいう。振動部１２０が酸化ケイ素層Ｆ２１を有することにより、例えば、Ｓｉ基板Ｆ２と金属層Ｅ１、Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３及び酸化ケイ素層Ｆ２１とによる積層構造体の共振周波数において、温度に伴う変化を低減することができる。なお、保持部１４０における酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２は、本発明の「保持体」の一例に相当する。
【００５９】
共振子１０において、酸化ケイ素層Ｆ２１は、均一の厚みで形成されることが好ましい。なお、均一の厚みとは、酸化ケイ素層Ｆ２１の厚みのばらつきが、厚みの平均値から±２０％以内であることをいう。
【００６０】
なお、酸化ケイ素層Ｆ２１は、Ｓｉ基板Ｆ２の上面に形成されてもよいし、Ｓｉ基板Ｆ２の上面と下面の双方に形成されてもよい。また、保持部１４０において、Ｓｉ基板Ｆ２の下面には、酸化ケイ素層Ｆ２１が形成されていなくてもよい。
【００６１】
金属層Ｅ１、Ｅ２は、例えば厚さ０．１μｍ以上０．２μｍ以下程度であり、成膜後に、エッチング等により所望の形状にパターニングされる。金属層Ｅ１、Ｅ２は、例えば、Ｍｏ（モリブデン）、タングステン（Ｗ）等を用いて形成される。このように、金属層Ｅ１、Ｅ２は、結晶構造が体心立方構造である金属を主成分とすることが好ましい。これにより、共振子１０の下部電極及び上部電極に適した金属層Ｅ１、Ｅ２を容易に実現することができる。
【００６２】
金属層Ｅ１は、例えば振動部１２０において、下部電極、フロート電極、又はグランド電極としての機能を果たすように、形成される。本実施例では、下部電極となっている。また、金属層Ｅ１は、保持腕１１１，１１２や保持部１４０上において、共振子１０の外部に設けられた交流電源に下部電極又はグランド電極を接続するための配線としての機能を果たすように、形成される。
【００６３】
一方、金属層Ｅ２は、振動部１２０において、上部電極としての機能を果たすように、形成される。また、金属層Ｅ２は、保持腕１１１、１１２や保持部１４０上において、共振子１０の外部に設けられた回路に上部電極を接続するための配線としての機能を果たすように、形成される。
【００６４】
なお、交流電源又はグランドから下部配線又は上部配線への接続にあたっては、上蓋３０の外面に電極を形成して、当該電極が回路と下部配線又は上部配線とを接続する構成や、上蓋３０内にビアを形成し、当該ビアの内部に導電性材料を充填して配線を設け、当該配線が交流電源と下部配線又は上部配線とを接続する構成が用いられてもよい。
【００６５】
圧電薄膜Ｆ３は、印加された電圧を振動に変換する圧電体の薄膜である。
【００６６】
圧電薄膜Ｆ３は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。なお、窒化スカンジウムアルミニウムは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部がスカンジウムに置換されたものであり、スカンジウムの代わりにマグネシウム（Ｍｇ）及びニオブ（Ｎｂ）やマグネシウム（Ｍｇ）及びジルコニウム（Ｚｒ）等の２元素で置換されていてもよい。このように、圧電薄膜Ｆ３は、結晶構造がウルツ鉱型六方晶構造を有する圧電体を主成分とすることが好ましい。これにより、共振子１０に適した圧電薄膜Ｆ３を容易に実現することができる。
【００６７】
圧電薄膜Ｆ３は、振動部１２０と保持部１４０とにおいて、異なる材料で形成されていてもよい。但し、振動部１２０の圧電薄膜Ｆ３と保持部１４０の圧電薄膜Ｆ３とは、同一材料であることが好ましい。これにより、振動部１２０及び保持部１４０を同一プロセスで形成することができ、共振子１０の製造工程を簡略化することができる。
【００６８】
また、圧電薄膜Ｆ３は、例えば１μｍの厚さを有するが、０．２μｍから２μｍ程度の厚さを用いることも可能である。
【００６９】
圧電薄膜Ｆ３は、金属層Ｅ１、Ｅ２によって圧電薄膜Ｆ３に印加される電界に応じて、ＸＹ平面の面内方向すなわちＹ軸方向に伸縮する。この圧電薄膜Ｆ３の伸縮によって、振動腕１３５は、下蓋２０及び上蓋３０の内面に向かってその開放端を変位させ、面外の屈曲振動モードで振動する。
【００７０】
なお、本実施形態では、４本腕の面外屈曲振動モードにおいて、上部電極を分割して、それぞれ交流電源に接続することで、内腕２本と外腕２本とが互いに逆方向に屈曲振動する構成となっているが、これに限定されるものではない。例えば、振動腕が１本の構成や、面内屈曲振動モードで振動する構成でもよい。
【００７１】
絶縁膜２３５は、絶縁体の層であり、エッチングによる質量低減の速度が導電膜２３６より遅い材料により形成される。質量低減速度は、エッチング速度、つまり、単位時間あたりに除去される厚みと密度との積により表される。
【００７２】
絶縁膜２３５は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の圧電膜の他、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等の絶縁膜で形成される。絶縁膜２３５の厚さは、圧電薄膜Ｆ３の厚さの半分以下の長さで形成され、本実施形態では、例えば０．２μｍ程度である。なお、絶縁膜２３５のより好ましい厚さは、圧電薄膜Ｆ３の厚さの４分の１程度である。さらに、絶縁膜２３５が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電体によって形成される場合には、圧電薄膜Ｆ３と同じ配向を持った圧電体が用いられることが好ましい。
【００７３】
導電膜２３６は、導電体の層であり、振動部１２０の略全面に形成された後、エッチング等の加工により所定の領域のみに形成される。導電膜２３６は、エッチングによる質量低減の速度が絶縁膜２３５より速い材料により形成される。導電膜２３６は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の金属によって形成される。
【００７４】
なお、絶縁膜２３５と導電膜２３６とは、質量低減速度の関係が前述したとおりであれば、エッチング速度の大小関係は任意である。
【００７５】
本実施形態に係る共振装置１では、前述したような共振子１０が形成された後、導電膜２３６の膜厚を調整するトリミング工程が行われる。
【００７６】
トリミング工程では、まず、共振子１０の共振周波数を測定し、狙い周波数に対する偏差を算出する。次に、算出した周波数偏差に基づき、導電膜２３６の膜厚を調整する。導電膜２３６の膜厚の調整は、例えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームを共振装置１の全面に対して照射して、導電膜２３６をエッチングすることによって行うことができる。イオンビームは共振子１０よりも広い範囲に照射することが可能である。なお、本実施形態では、イオンビームによりエッチングを行う例を示すが、エッチング方法は、これに限定されるものではない。さらに、導電膜２３６の膜厚が調整されると、共振子１０の洗浄を行い、飛び散った膜を除去することが好ましい。
【００７７】
図５に示すように、金属層Ｅ２は、導電膜２３６と重なり合う領域がなるべく小さくなるように、その面積が調整されて形成される。
【００７８】
ビアＶ４は、金属層Ｅ１の表面が露出するように絶縁膜２３５、金属層Ｅ２及び圧電薄膜Ｆ３の一部を除去した孔に導電体２３７が充填されて形成される。ビアＶ４に充填される導電体２３７は、例えばＭｏ（モリブデン）やアルミニウム（Ａｌ）等である。導電膜２３６と金属層Ｅ１はビアＶ４に充填された導電体２３７を介して電気的に接続されている。これにより、絶縁膜２３５に帯電された電荷を金属層Ｅ１へと移動させることができる。そして、金属層Ｅ１へ移動させた電荷は、金属層Ｅ１に接続された外部との接続端子を介して、共振装置１の外部へ逃がすことができる。このように、本実施形態に係る共振子１０は、振動部１２０上に形成された絶縁膜２３５に電荷が帯電することを抑制できるため、振動部１２０に帯電した電荷による共振周波数の変動を防止することができる。
【００７９】
ここで、金属層Ｅ１と導電膜２３６とを接続させた場合、絶縁膜２３５と圧電薄膜Ｆ３とには逆方向の電界が印加されることになる。このため、金属層Ｅ２と導電膜２３６との重なり合う領域が大きいと、共振子１０の振動が阻害されてしまう。本実施形態に係る共振子１０では、金属層Ｅ２と導電膜２３６との重なり合う領域がなるべく小さくなるように設定されている。これにより、絶縁膜２３５に印加される電界によって、圧電薄膜Ｆ３の振動が阻害されることを抑制することができる。なお、ビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３の接続態様、及び材質、効果等は、ビアＶ４と同様であるため、図示及びその説明を省略する。
【００８０】
図６に示すように、本実施形態では、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄに印加される電界の位相と、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃに印加される電界の位相とが互いに逆位相になるように設定されている。これにより、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとが互いに逆方向に変位する。例えば、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが上蓋３０の内面に向かって開放端を変位すると、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃは下蓋２０の内面に向かって開放端を変位する。
【００８１】
このため、本実施形態に係る共振子１０では、逆位相の振動時、すなわち、振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｂとの間で、Ｙ軸に平行に延びる中心軸ｒ１周りに振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｂとが上下逆方向に振動する。また、振動腕１３５Ｃと振動腕１３５Ｄとの間で、Ｙ軸に平行に延びる中心軸ｒ２周りに振動腕１３５Ｃと振動腕１３５Ｄとが上下逆方向に振動する。これにより、中心軸ｒ１とｒ２とで互いに逆方向の捩れモーメントが生じ、基部１３０で屈曲振動が発生する。
【００８２】
ここで、保持部１４０と凹部２１の側壁２３との位置関係について、説明する。
【００８３】
従来、保持部１４０の内側側面（以下、「内側面」という）は、側壁２３の内面２３ａと一致又は略一致するように配置されていた。このため、絶縁膜２３５を含む保持部１４０は、振動腕１３５を含む振動部１２０の周辺に配置されていた。
【００８４】
保持部１４０の絶縁膜２３５は、様々な要因によって帯電してしまう場合がある。例えば、共振子１０において薄膜形成時に発生する電界等によって保持部１４０における絶縁膜２３５が帯電する。また、振動部１２０に周波数調整用の膜を形成し、イオンビーム等によって共振周波数を調整する場合には、イオンビームが保持部１４０にも照射されることによって、保持部１４０における絶縁膜２３５が帯電してしまう。さらに、絶縁膜２３５に焦電体を使用した場合には、温度変化による焦電効果によって、絶縁膜２３５の界面に電荷が発生する。
【００８５】
これらの要因によって、振動部１２０の周囲に配置される保持部１４０の絶縁膜２３５が帯電した場合、絶縁膜２３５の電荷によってクーロン力（静電力）が発生し、振動部１２０のばね定数が変化する結果、共振周波数が変動してしまう。
【００８６】
これに対し、本実施形態では、図４に示すように、枠体１４０ｃの内側面は、側壁２３の内面２３ａから第１距離Ｄ１を空けて配置されている。同様に、枠体１４０ｄの内側面は、側壁２３の内面２３ａから第１距離Ｄ１を空けて配置されている。
【００８７】
また、図示しない枠体１４０ａ及び枠体１４０ｂも同様に、それぞれの内側面は、側壁２３の内面２３ａから第１距離Ｄ１を空けて配置されている。各枠体１４０ａ〜１４０ｄの内側面の第１距離Ｄ１は、同一である場合に限定されず、略同一であってもよい。
【００８８】
このように、保持部１４０に含まれる絶縁膜２３５の内側面が、側壁２３の内面２３ａから第１距離Ｄ１を空けて配置されることにより、側壁２３の内面２３ａから距離を空けずに配置する場合と比較して、保持部１４０と振動腕１３５を含む振動部１２０との距離を広げることができ、保持部１４０の絶縁膜２３５に帯電した電荷が、振動部１２０の周辺に発生することを抑制することができる。従って、保持部１４０の絶縁膜２３５に帯電した電荷が共振周波数に与える影響を低減することができる。
【００８９】
第１距離Ｄ１は、例えば５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、共振装置１の薄型化、小型化を図りつつ、保持部１４０の電荷が共振周波数に与える影響を効果的に低減することができる。
【００９０】
保持部１４０の内側面を側壁２３の内面２３ａから距離を空けて配置するためには、例えばエッチング等によって振動腕１３５と保持部１４０との間をリリースする際に、保持部１４０のエッチング幅を従来よりも広げるようにすればよい。このように、保持部１４０の内側面は、マスクを増やしたり、形成工程を増やしたりすることなく、側壁２３の内面２３ａから第１距離Ｄ１を空けることができるので、保持部１４０の電荷が共振周波数に与える影響を安価に低減することができる。
【００９１】
［第２実施形態］
第２実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００９２】
図７は、本発明の第２実施形態に係る共振装置２の構成を概略的に示す断面図である。図７は、第１実施形態の図４に対応する図である。
【００９３】
図７に示すように、共振装置２は、保持部１４０の一部に段差が形成されている。すなわち、保持部１４０において、酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２の内側面は、側壁２３の内面２３ａと略一致するように配置されている。なお、枠体１４０ｃにおける酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２の内側面は、Ｘ軸正方向側に突出していてもよい。また、枠体１４０ｄにおける酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２の内側面は、Ｘ軸負方向側に突出していてもよい。
【００９４】
一方、保持部１４０において、金属層Ｅ１、圧電薄膜Ｆ３、金属層Ｅ２、絶縁膜２３５、及び導電膜２３６の内側面は、側壁２３の内面２３ａから第１距離Ｄ１を空けて配置されている。
【００９５】
また、保持部１４０において、金属層Ｅ１、圧電薄膜Ｆ３、金属層Ｅ２、絶縁膜２３５、及び導電膜２３６の内側面は、酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２の内側面から第２距離Ｄ２を空けて配置されている。酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２の内側面からの第２距離Ｄ２は、側壁２３の内面２３ａからの第１距離Ｄ１以上に設定されている（第２距離Ｄ２≧第１距離Ｄ１）。
【００９６】
このように、保持部１４０において、絶縁膜２３５の内側面が、酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２の内側面から第１距離Ｄ１以上の第２距離Ｄ２を空けて配置されることにより、保持部１４０の酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２は、振動部１２０の近くに配置されるので、例えば共振子１０に衝撃が加わって振動部１２０の振動腕１３５が変位したときに、ストッパーの機能を果たし、振動腕１３５の変位を抑制することが可能となる。従って、振動腕１３５の折れを防止することができる。
【００９７】
保持部１４０において、金属層Ｅ１、圧電薄膜Ｆ３、金属層Ｅ２、絶縁膜２３５、及び導電膜２３６の内側面を、酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２の内側面から距離を空けて配置するためには、まず、エッチング等によって金属層Ｅ１、圧電薄膜Ｆ３、金属層Ｅ２、絶縁膜２３５、及び導電膜２３６を除去しつつ、酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２を残す。これにより、共振子１０において保持部１４０となる部分に凹部が形成される。次に、エッチング等によって振動腕１３５と保持部１４０との間をリリースする。
【００９８】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に係る共振装置は、保持部に含まれる絶縁膜の内側面が、凹部を定める側壁の内面から第１距離を空けて配置される。これにより、側壁の内面から距離を空けずに配置する場合と比較して、保持部と振動腕を含む振動部との距離を広げることができ、保持部の絶縁膜に帯電した電荷が、振動部の周辺に発生することを抑制することができる。従って、保持部の絶縁膜に帯電した電荷が共振周波数に与える影響を低減することができる。
【００９９】
また、前述した共振装置において、保持部において、絶縁膜の内側面が、酸化ケイ素層及びＳｉ基板の内側面から第１距離以上の第２距離を空けて配置される。これにより、保持部の酸化ケイ素層及びＳｉ基板は、振動部の近くに配置されるので、例えば共振子に衝撃が加わって振動部の振動腕が変位したときに、ストッパーの機能を果たし、振動腕の変位を抑制することが可能となる。従って、振動腕の折れを防止することができる。
【０１００】
また、前述した共振装置において、第１距離は、５μｍ以上５０μｍ以下である。これにより、共振装置の薄型化、小型化を図りつつ、保持部の電荷が共振周波数に与える影響を効果的に低減することができる。
【０１０１】
また、前述した共振装置において、保持部が、共振子の主面を平面視したときに、枠形状を有する。これにより、振動部を囲む保持部を容易に実現することができる。
【０１０２】
また、前述した共振装置において、突起部が、複数の振動腕のうちの隣り合う２つの間に配置され、凹部から突起することにより、下蓋の剛性を高めることができ、下蓋の上で形成される共振子の撓みや、下蓋の反りの発生を抑制することが可能になる。
【０１０３】
また、前述した共振装置において、圧電薄膜は、ウルツ鉱型六方晶構造を有する圧電体を主成分である。これにより、共振子に適した圧電薄膜を容易に実現することができる。
【０１０４】
また、前述した共振装置において、保持部の圧電薄膜と振動部の圧電薄膜とが、同一材料である。これにより、振動部及び保持部を同一プロセスで形成することができ、共振子の製造工程を簡略化することができる。
【０１０５】
また、前述した共振装置において、金属層の少なくとも一方は、体心立方構造を有する金属を主成分とする。これにより、共振子の下部電極及び上部電極に適した金属層を容易に実現することができる。
【０１０６】
また、前述した共振装置において、共振子を間に挟んで下蓋と対向するように配置される上蓋を備える。これにより、共振子の振動空間を気密に封止することが可能となり、高真空を維持することができる。
【０１０７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１０８】
１…共振装置、２…共振装置、１０…共振子、２０…下蓋、２１…凹部、２２…底板、２３…側壁、２３ａ…内面、３０…上蓋、３１…凹部、３３…側壁、４０…接合層、５０…突起部、１１０…保持腕、１１１…保持腕、１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ…腕、１１２…保持腕、１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ…腕、１２０…振動部、１３０…基部、１３１ａ…長辺、１３１Ａ…前端、１３１ｂ…長辺、１３１Ｂ…後端、１３１ｃ…短辺、１３１ｄ…短辺、１３５，１３５Ａ，１３５Ｂ，１３５Ｃ，１３５Ｄ…振動腕、１４０…保持部、１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ…枠体、２３５…絶縁膜、２３６…導電膜、２３７…導電体、Ｄ１…第１距離、Ｄ２…第２距離、Ｅ１，Ｅ２…金属層、Ｆ２…Ｓｉ基板、Ｆ３…圧電薄膜、Ｆ２１…酸化ケイ素層、Ｇ…錘部、Ｐ…仮想平面、ｒ１，ｒ２…中心軸、Ｓ１…ウエハ、Ｓ３…Ｓｉウエハ、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ７…ビア、Ｗ１，Ｗ２…間隔。
【図１】
2020085188.tif 000003
【図２】
2020085188.tif 000004
【図３】
2020085188.tif 000005
【図４】
2020085188.tif 000006
【図５】
2020085188.tif 000007
【図６】
2020085188.tif 000008
【図７】
2020085188.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月16日(2021.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
本実施形態の振動部１２０では、Ｘ軸方向において、外側に２本の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが配置されており、内側に２本の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃが配置されている。Ｘ軸方向における、振動腕１３５Ｂと１３５Ｃとの間隔Ｗ１は、Ｘ軸方向における、外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）と当該外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）に隣接する内側の振動腕１３５Ｂ（１３５Ｃ）との間の間隔Ｗ２よりも大きく設定される。間隔Ｗ１は例えば３５μｍ程度、間隔Ｗ２は例えば２５μｍ程度である。間隔Ｗ２は間隔Ｗ１より小さく設定することにより、振動特性が改善される。なお、共振装置１を小型化できるように、間隔Ｗ１を間隔Ｗ２よりも小さく設定してもよいし、等間隔に設定してもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
腕１１１ｃは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ｃに対向して、長手方向がＹ軸方向に平行になるように配置されている。腕１１１ｃの一端は、その側面において、腕１１１ｂの他端に接続されており、他端は、腕１１１ｄの一端に接続されている。腕１１１ｃは、例えばＸ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが１４０μｍ程度である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
腕１１１ｄは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ａに対向して、長手方向がＹ軸方向に平行になるように配置されている。腕１１１ｄの一端は、腕１１１ｃの他端であって枠体１４０ｃと対向する側の側面に接続している。また、腕１１１ｄは、他端が、振動腕１３５Ａと基部１３０との接続箇所付近に対向する位置において、枠体１４０ｃと接続しており、そこから枠体１４０ｃに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。腕１１１ｄは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｘ軸方向に規定される長さが１０μｍ程度である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
ビアＶ６、Ｖ７は、保持部１４０における保持腕１１１又は１１２との接続箇所近傍に形成されることが好ましい。図３の例では、ビアＶ６は枠体１４０ｃにおける保持腕１１１（腕１１１ｄ）との接続箇所近傍に形成されており、ビアＶ７は枠体１４０ｄにおける保持腕１１２（腕１１２ｄ）との接続箇所近傍に形成されている。なお、ビアＶ６、Ｖ７が形成される位置は、この例に限定されず、保持部１４０の任意の位置に形成されてよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
突起部５０は、下蓋２０のＳｉウエハＳ１と一体形成されている。突起部５０は、下蓋２０の底板２２から振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃとの間に突起している。このように、突起部５０が振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃとの間に配置され、下蓋２０の底板２２から突起することにより、下蓋２０の剛性を高めることができ、下蓋２０の上で形成される共振子１０の撓みや、下蓋２０の反りの発生を抑制することが可能になる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
共振子１０における、保持部１４０、基部１３０、振動腕１３５、及び保持腕１１１，１１２は、同一プロセスで一体的に形成される。共振子１０は、基板の一例であるシリコン（Ｓｉ）基板（以下、「Ｓｉ基板Ｆ２」という）の上に、金属層Ｅ１が積層されている。そして、金属層Ｅ１の上には、金属層Ｅ１を覆うように、圧電薄膜Ｆ３が積層されており、さらに、圧電薄膜Ｆ３の表面には、金属層Ｅ２が積層されている。金属層Ｅ２の上には、金属層Ｅ２を覆うように、絶縁膜２３５が積層されている。振動部１２０上においては、さらに、絶縁膜２３５上に、導電膜２３６が積層されている。本実施例では、金属層Ｅ２は、振動腕１３５の先端まで延在しない構成になっている。これにより、金属層Ｅ１や導電膜２３６との短絡による特性変化を抑制することができる。このように、金属層Ｅ２は、振動腕１３５の先端まで延在させない様にパターニングする方が好ましいが、振動腕１３５の先端まで延在させてもよい。また、Ｓｉ基板Ｆ２に低抵抗となる縮退シリコン基板を用いることで、Ｓｉ基板Ｆ２自体が金属層Ｅ１を兼ねることができ、金属層Ｅ１を省略することも可能である。なお、金属層Ｅ１は本発明の「第１電極」の一例に相当し、金属層Ｅ２は本発明の「第２電極」の一例に相当する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
Ｓｉ基板Ｆ２は、例えば、厚さ６μｍ程度の縮退したｎ型シリコン（Ｓｉ）半導体から形成されており、ｎ型ドーパントとしてリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等を含むことができる。また、Ｓｉ基板Ｆ２に用いられる縮退Ｓｉの抵抗率は、例えば１．６ｍΩ・ｃｍ未満であり、より好ましくは１．２ｍΩ・ｃｍ以下である。さらに、Ｓｉ基板Ｆ２の下面には、温度特性補正層の一例として、酸化ケイ素（例えばＳｉＯ2）層Ｆ２１が形成されている。これにより、温度特性を向上させることが可能になる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
本実施形態において、酸化ケイ素層Ｆ２１は、当該酸化ケイ素層Ｆ２１をＳｉ基板Ｆ２に形成しない場合と比べて、Ｓｉ基板Ｆ２に温度特性補正層を形成したときの振動部１２０における周波数の温度係数、つまり、温度当たりの変化率を、少なくとも常温近傍において低減する機能を有する層をいう。振動部１２０が酸化ケイ素層Ｆ２１を有することにより、例えば、Ｓｉ基板Ｆ２と金属層Ｅ１、Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３及び酸化ケイ素層Ｆ２１とによる積層構造体の共振周波数において、温度に伴う変化を低減することができる。なお、保持部１４０における酸化ケイ素層Ｆ２１及びＳｉ基板Ｆ２は、本発明の「保持体」の一例に相当する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
ここで、保持部１４０と下蓋２０の側壁２３との位置関係について、説明する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
１…共振装置、２…共振装置、１０…共振子、２０…下蓋、２１…凹部、２２…底板、２３…側壁、２３ａ…内面、３０…上蓋、３１…凹部、３３…側壁、４０…接合層、５０…突起部、１１０…保持腕、１１１…保持腕、１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ…腕、１１２…保持腕、１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ…腕、１２０…振動部、１３０…基部、１３１ａ…長辺、１３１Ａ…前端、１３１ｂ…長辺、１３１Ｂ…後端、１３１ｃ…短辺、１３１ｄ…短辺、１３５，１３５Ａ，１３５Ｂ，１３５Ｃ，１３５Ｄ…振動腕、１４０…保持部、１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ…枠体、２３５…絶縁膜、２３６…導電膜、２３７…導電体、Ｄ１…第１距離、Ｄ２…第２距離、Ｅ１，Ｅ２…金属層、Ｆ２…Ｓｉ基板、Ｆ３…圧電薄膜、Ｆ２１…酸化ケイ素層、Ｇ…錘部、Ｐ…仮想平面、ｒ１，ｒ２…中心軸、Ｓ１…Ｓｉウエハ、Ｓ３…Ｓｉウエハ、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ７…ビア、Ｗ１，Ｗ２…間隔。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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【国際調査報告】
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