圧電振動子およびその製造方法並びに電子機器
【課題】振動部の材質の選択の幅が広くかつ信頼性の高い圧電振動子を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる圧電振動子３００は、基板１０と、基板１０の上方に形成された酸化シリコン層２０と、酸化シリコン層２０の上方に形成されたシリコン層３０と、シリコン層３０の上に接して形成された振動部形成層４０と、振動部形成層４０を貫通する第１開口部Ｈ１内に片持ち梁状に形成され、振動部形成層４０に固定されたビーム結合部１１０とビーム結合部１１０から延びる複数本のビーム部１２０とを有する振動部１００と、シリコン層３０を貫通し、第１開口部Ｈ１と振動部１００の下に形成された第２開口部Ｈ２と、ビーム部１２０の上方に形成された、圧電素子７５を備えた駆動部２００と、を有する。
【解決手段】本発明にかかる圧電振動子３００は、基板１０と、基板１０の上方に形成された酸化シリコン層２０と、酸化シリコン層２０の上方に形成されたシリコン層３０と、シリコン層３０の上に接して形成された振動部形成層４０と、振動部形成層４０を貫通する第１開口部Ｈ１内に片持ち梁状に形成され、振動部形成層４０に固定されたビーム結合部１１０とビーム結合部１１０から延びる複数本のビーム部１２０とを有する振動部１００と、シリコン層３０を貫通し、第１開口部Ｈ１と振動部１００の下に形成された第２開口部Ｈ２と、ビーム部１２０の上方に形成された、圧電素子７５を備えた駆動部２００と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子およびその製造方法並びに該振動子を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
時計やコンピュータのクロックモジュールには、一般に３２ｋＨｚを基本周波数として発振する振動子が用いられている。従来の振動子としては、水晶などの圧電性を有する材料で構成した梁を、その圧電性を利用して振動させるものが普及している。このような振動子は、小型化することが難しく、シリコンのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた振動子によって小型化を図ることが検討されている。
【０００３】
シリコンのＭＥＭＳを用いた振動子は、半導体の製造に用いられる精密な製造プロセスによって製造される。たとえば特開２００６−０３００６２号公報には、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）基板のシリコン活性層を音叉型の振動部（片持ち梁）として、その下の酸化シリコン層をフッ化水素水を用いたウエットエッチングによって除去した振動子が開示されている。このようなＳＯＩ基板を用いて振動子を形成する場合は、振動子の片持ち梁の材質は、シリコンに制限される。したがって梁に圧電性がないため、振動部を駆動するための圧電素子がさらに設けられる。このような方法は、圧電素子が形成された状態でフッ化水素水によるウエットエッチングを行うため、圧電素子がエッチングされないように圧電素子を保護する工夫がさらに必要となる。
【０００４】
また、大気中で振動子を駆動すると、大気中の水分による圧電素子の劣化や、空気抵抗による振動部への過負荷などにより、振動子の特性が劣化して信頼性が損なわれることがあった。これを防止するための封止構造については、たとえば特開２００５−１２３５６１号公報に、封止層に貫通孔を開け、その下の犠牲層を除去する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−０３００６２号公報
【特許文献２】特開２００５−１２３５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動子の片持ち梁の下の部材をウエットエッチングで除去する方法では、スティッキングと呼ばれる現象が生じ歩留まりを悪化させることがあった。すなわち片持ち梁状の構造の下に入り込んだエッチャントを洗浄、乾燥などして除去するとき、液体の表面張力の影響で片持ち梁の自由端が、他の部材に付着してしまうスティッキングと呼ばれる現象が生じる。スティッキングを起こした梁は、片持ち梁の状態に戻すことができなかった。
【０００６】
また、封止構造を形成する場合、封止層に開けた貫通孔を塞ぐ際に、貫通孔の開けられた位置が内部の振動板の近傍にあると、当該振動板に、貫通孔を塞ぐための材料が堆積することがあり、重量変化による振動周波数のずれを生じることがあった。
【０００７】
本発明の目的は、振動部の材質の選択の幅が広くかつ信頼性の高い圧電振動子を提供すること、および該圧電振動子を備えた電子機器を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、スティッキングを起こさないとともに内包する振動部に影響を与えない封止構造が形成された圧電振動子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる圧電振動子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、
前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、
前記シリコン層の上に接して形成された振動部形成層と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部内に片持ち梁状に形成され、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する振動部と、
前記シリコン層を貫通し、前記第１開口部と前記振動部の下に形成された第２開口部と、
前記ビーム部の上方に形成された、圧電素子を備えた駆動部と、
を有する。
【００１０】
このような圧電振動子は、振動部をシリコン以外の材質で形成することができるため振動部の材質の選択の幅が広い。
【００１１】
なお、本発明において、特定のＡ層（以下、「Ａ層」という。）の上方に設けられた特定のＢ層（以下、「Ｂ層」という。）というとき、Ａ層の上に直接Ｂ層が設けられた場合と、Ａ層の上に他の層を介してＢ層が設けられた場合とを含む意味である。
【００１２】
本発明にかかる圧電振動子において、
さらに、前記振動部を空隙部を介して覆う蓋状部を含み、前記蓋状部は、前記空隙部に通じる通気孔を有することができる。
【００１３】
このような圧電振動子は、信頼性が高い。
【００１４】
本発明にかかる圧電振動子において、
さらに、少なくとも前記通気孔を塞ぐように形成された封止層を有することができる。
【００１５】
本発明にかかる圧電振動子において、
前記振動部形成層は、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および窒化シリコンから選ばれる物質の単層または多層構造であることができる。
【００１６】
本発明にかかる圧電振動子において、
前記ビーム部の本数は、偶数であることができる。
【００１７】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板と、前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、を有する基体を準備する工程と、
前記シリコン層の上に接して振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上方に圧電素子を備えた駆動部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第２開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第２開口部を形成する工程は、前記第１開口部を介してエッチングガスを供給して行われる。
【００１８】
このようにすれば、ドライエッチングにより振動部の下部のシリコン層が除去されるため、スティッキングを起こさずに圧電振動子を製造することができる。
【００１９】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板と、前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、を有する基体を準備する工程と、
前記シリコン層の上に接して振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上方に圧電素子を備えた駆動部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記第１開口部を塞ぐとともに、前記振動部形成層の上に少なくとも前記振動部および前記駆動部を覆うように犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に蓋状部を形成する工程と、
前記蓋状部に前記犠牲層に通じる通気孔を形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングして除去して空隙部を形成するとともに、前記第１開口部を塞ぐ犠牲層をエッチングして除去する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第２開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第２開口部を形成する工程は、前記空隙部および前記第１開口部を介してエッチングガスを供給して行われる。
【００２０】
このようにすれば、ドライエッチングにより振動部の下のシリコン層が除去されるため、スティッキングを起こさずにかつ信頼性の高い圧電振動子を製造することができる。
【００２１】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法において、
さらに、少なくとも前記通気孔を塞ぐように封止層を形成する工程を有することができる。
【００２２】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法において、
前記通気孔は、平面的に見て、前記第１開口部よりも外側の前記犠牲層の上の領域に形成されることができる。
【００２３】
このようにすれば、内包する振動部に影響を与えないように封止構造が形成された圧電振動子を製造することができる。
【００２４】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法において、
前記空隙部を形成するとともに前記第１開口部を塞ぐ犠牲層を除去する工程は、ドライエッチングにより行われることができる。
【００２５】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法において、
前記ドライエッチングは、エッチングガスとして、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＩＦ３、およびＩＦ５の少なくとも１種を用いることができる。
【００２６】
本発明にかかる電子機器の一例である発振器は、
発振回路を含み、
前記発振回路は、
電気信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の入出力間に接続された帰還回路と、
を有し、
前記帰還回路は、上述のいずれかの圧電振動子を備える。
【００２７】
本発明にかかる電子機器の一例であるリアルタイムクロックは、
上述した発振器と、
前記発振器から出力されるクロックパルスを分周する分周回路と、
前記分周回路から出力される計時パルスが入力される計時カウンタと、
前記計時カウンタの計時ビットの書き換えおよび読み出しを行う制御部と、を含む。
【００２８】
本発明にかかる電子機器の一例である電波時計受信モジュールは、
電波を受信する受信部と、
上述のいずれかの圧電振動子を有し受信された電気信号を濾波する周波数フィルタと、
濾波された前記電気信号からタイムコードを読み出す周辺回路と、
上述したリアルタイムクロックと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。
【００３０】
１．第１実施形態
１．１．圧電振動子３００
図１は、本実施形態にかかる圧電振動子３００を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態にかかる圧電振動子３００の第１開口部Ｈ１および振動部１００を模式的に示す平面図である。図３は、本実施形態にかかる圧電振動子３００を模式的に示す断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿った断面は、図３に相当する。
【００３１】
圧電振動子３００は、基板１０と、酸化シリコン層２０と、シリコン層３０と、振動部形成層４０と、第１開口部Ｈ１と、振動部１００と、第２開口部Ｈ２と、駆動部２００と、を有する。
【００３２】
基板１０は、図３に示すように、圧電振動子３００の基体となる。基板１０は、たとえばシリコン基板、石英基板などを用いることができる。基板１０には、各種の半導体回路を作り込んでもよい。基板１０の厚みは、１０μｍないし２ｍｍとすることができる。
【００３３】
酸化シリコン層２０は、基板１０の上方に形成される。酸化シリコン層２０は、基板１０の間に他の層を介して形成されてもよい。酸化シリコン層２０は、上方に形成されるシリコン層３０をエッチングする際のストッパ層としての機能を有する。酸化シリコン層２０は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等による酸化シリコンで構成することができる。また、酸化シリコン層２０は、基板１０をシリコン基板とした場合に熱酸化等でその表面に得られる酸化シリコンで構成してもよい。酸化シリコン層２０の厚みは、前述のストッパ層として機能する程度であればよく、たとえば１０ｎｍないし１μｍとすることができる。
【００３４】
シリコン層３０は、酸化シリコン層２０の上方に形成される。シリコン層３０は、酸化シリコン層２０との間に他の層を介して形成されてもよい。シリコン層３０には、その一部に第２開口部Ｈ２が形成される。シリコン層３０の第２開口部Ｈ２以外の部分は、振動部形成層４０を下から支持する機能を有する。第２開口部Ｈ２の詳細な説明は後述する。シリコン層３０の厚みは、たとえば１００ｎｍないし２０μｍとすることができる。シリコン層３０の材質は、特定のエッチングの際のエッチングレートが下方の酸化シリコン層２０のそれと異なるように選ばれる。たとえば、シリコン層３０の材質としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコンおよび単結晶シリコンの少なくとも１種を選択することができる。
【００３５】
上述の基板１０、酸化シリコン層２０およびシリコン層３０は、それぞれ個別に形成してもよいが、たとえばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）基板を用いることもできる。この場合の基板１０、酸化シリコン層２０およびシリコン層３０は、それぞれＳＯＩ基板の基板、ボックス（絶縁）層、単結晶シリコン層に相当する。
【００３６】
振動部形成層４０は、シリコン層３０の上に接して形成される。振動部形成層４０には、振動部１００と第１開口部Ｈ１とが形成される（図２参照）。振動部形成層４０は、単層構造であっても多層構造であってもよい。振動部形成層４０の一部が振動部１００となるため、振動部形成層４０の材質は、振動部１００として機能し、かつ、シリコン層３０とエッチングレートが異なるように選ばれる。振動部形成層４０の厚みは、１００ｎｍないし２０μｍとすることができる。振動部形成層４０の材質は、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムおよび窒化シリコンなどから選択することができる。
【００３７】
第１開口部Ｈ１は、振動部形成層４０を貫通している。第１開口部Ｈ１の形状は、振動部１００の形状と相補的である。第１開口部Ｈ１および振動部１００は、図２に示すように、振動部１００の形状が第１開口部Ｈ１の形状によって形成される関係にある。図１ないし図３に示した例では、振動部１００の形状は、第１開口部Ｈ１に一部を残して囲まれた片持ち梁状である。第１開口部Ｈ１は、片持ち梁状の振動部１００を形成するとともに、第２開口部Ｈ２と連続している。そのため、片持ち梁状の振動部１００の先端は、自由に運動できる。
【００３８】
振動部１００は、振動部形成層４０の一部からなる。振動部１００は、ビーム結合部１１０とビーム結合部１１０から延びる複数本のビーム部１２０とを有する。図２の例では、ビーム結合部１１０から２本のビーム部１２０が延びる形状となっている。ビーム結合部１１０は、片持ち梁状の振動部１００の固定端となる。ビーム結合部１１０が振動部形成層４０と連続している付近の振動部形成層４０の領域である基部４２は、振動部１００の動作には直接的には関与せず、振動部１００を支える機能を有する。基部４２は、図２の一点鎖線で囲んだ部分であり振動部１００の動作に直接関与しない部分である。ビーム部１２０は、ビーム結合部１１０から複数本延びるように形成される。ビーム部１２０は、たとえば図示の例のように２本であってもよいし、いわゆるＨ型となるように４本形成されてもよい。ビーム部１２０の本数は、偶数であることが望ましい。ビーム部１２０は、振動部１００の動作部分であり、目的に応じて種々の方向に振動することができる。たとえば、ビーム部１２０は、振動部形成層４０の面内すなわち横方向の振動をすることも、振動部形成層４０の面に垂直方向すなわち縦方向に振動することもできる。
【００３９】
ビーム部１２０の本数、振動方向および形状は、振動のエネルギーのロスができるだけ小さくなるように設計されることができる。たとえば図２の例では、２本のビーム部１２０は、振動部形成層４０の面内で振動し、２本のビーム部１２０の先端が近づいたり離れたりするように振動する。すなわち図２の例のような音叉型の振動部１００の場合は、音叉の先端が開閉するように振動する。このようにすると、ビーム結合部１１０で振動のエネルギーが打ち消しあい、基部４２に漏れ出す振動のエネルギーを小さく抑えることができる。この例で２本のビーム部１２０の振動を縦方向とすると、エネルギーが打ち消し合うことが無く、基部４２に振動のエネルギーが散逸してしまうことがある。ビーム部１２０が３本以上設けられる場合にも、このことを考慮して設計されることができる。したがってビーム部１２０の本数、振動方向および形状は、圧電振動子３００の目的に応じて任意に設計することができる。
【００４０】
第２開口部Ｈ２は、シリコン層３０を貫通して設けられる。第２開口部Ｈ２は、第１開口部Ｈ１と連続している。第２開口部Ｈ２は、第１開口部Ｈ１と振動部１００の下に形成される。第２開口部Ｈ２は、振動部１００を片持ち梁状となるように、その下のシリコン層３０を除去して形成される。第２開口部Ｈ２は、第１開口部Ｈ１の外側や、振動部１００のビーム結合部１１０の外側に及んで形成されてもよい。すなわち第２開口部Ｈ２、第１開口部Ｈ１および振動部１００は、平面視（図３）において一体的に見ると、第２開口部Ｈ２の外周がはみ出していてもよい。この様子は図３等にアンダーカット部３２として描かれている。第２開口部Ｈ２の下面は、酸化シリコン層２０である。第２開口部Ｈ２は、振動部１００が動作できるようにする空間である。
【００４１】
駆動部２００は、ビーム部１２０の上方に形成される。駆動部２００は、圧電素子７５を備える。駆動部２００には、複数の圧電素子７５が備えられてもよい。駆動部２００は、圧電素子７５の動作によってビーム部１２０を振動させる機能を有する。図１および図３の例では、各ビーム部１２０に２つずつ圧電素子７５が設けられている。この例の圧電素子７５は、それぞれビーム部１２０の長手方向に伸縮するように設けられ、１本のビーム部１２０の一方の圧電素子７５が伸びたとき他方の圧電素子７５が縮むように動作して、振動部形成層４０の面内で振動するようになっている。また駆動部２００が複数の圧電素子７５が備えられる場合には、圧電素子７５は、ビーム部１２０を振動させるためのものと、ビーム部１２０の振動を検出するためのものとに機能を分担することができる。たとえば、駆動部２００には、１本のビーム部１２０に振動を与えるための圧電素子７５と、振動方向のずれや振動数を検出するための圧電素子７５とが備えられることができる。
【００４２】
圧電素子７５は、下部電極５０、圧電体層６０、上部電極７０の積層構造を有する。下部電極５０は、ビーム部１２０の上方に形成される。下部電極５０は、ビーム部１２０との間に下地となる層などを有して形成されてもよい。下部電極５０は、たとえば白金などの金属材料やリチウムとニッケルの複合酸化物（ＬＮＯ）などの導電性酸化物からなることができ単層でも多層構造でもよい。下部電極５０の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、たとえば１０ｎｍないし５μｍとすることができる。圧電体層６０は、圧電性を有し、下部電極５０および上部電極７０によって電圧が印加されると伸縮することができ、下方のビーム部１２０を動作させることができる。また逆に圧電体層６０は、伸縮されると下部電極５０および上部電極７０の間に電圧を発生することができ、下方のビーム部１２０の動作を検知することができる。圧電体層６０は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などの圧電材料から形成される。圧電体層６０の伸縮方向は、ビーム部１２０の振動方向に応じて適切に選ぶことができる。その方法としては、たとえば、圧電体層６０を構成する材料の結晶の方位を目的に応じて変化させて行うことができる。圧電体層６０の厚さは、たとえば０．１μｍないし２０μｍとすることができる。上部電極７０は、たとえば白金などの金属材料やリチウムとニッケルの複合酸化物（ＬＮＯ）などの導電性酸化物からなることができ単層でも多層構造でもよい。上部電極７０の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、たとえば１０ｎｍないし５μｍとすることができる。
【００４３】
本実施形態の圧電振動子３００は、振動部１００をシリコン以外の材質で形成することができるため振動部１００の材質の選択の幅が広い。そのため、圧電振動子３００は、小型化が容易かつ電子機器等への応用範囲が広い。また、圧電振動子３００は、ＳＯＩ基板を用いて形成した場合においても、振動部１００をシリコン以外の材料で形成できるため、小型化が容易かつ応用範囲が広い。
【００４４】
１．２．圧電振動子３００の製造方法
第１実施形態に係る圧電振動子３００の製造方法の一例について図面を参照しながら説明する。図４ないし図９は、本実施形態にかかる圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００４５】
本実施形態の圧電振動子３００の製造方法は、基体を準備する工程と、振動部形成層４０ａを形成する工程と、駆動部２００を形成する工程と、第１開口部Ｈ１を形成するとともに、振動部１００を形成する工程と、第２開口部Ｈ２を形成する工程と、を有する。
【００４６】
まず図４に示すように、基体としては、基板１０の上方に酸化シリコン層２０と、酸化シリコン層２０の上方にシリコン層３０ａが積層された構造を有するものを準備する。基板１０の上に、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの方法により、酸化シリコン層２０およびシリコン層３０ａをそれぞれ形成したものを準備してもよいが、前述したように基体としてＳＯＩ基板を準備してもよい。
【００４７】
次に、振動部形成層４０ａをシリコン層３０ａの上に接して形成する工程を行う。振動部形成層４０ａは、シリコン層３０ａの熱酸化によって形成することができる。この場合のシリコン層３０ａの厚みは、振動部形成層４０ａを形成するために消費される厚みを見込んだ厚みに形成されている。たとえば、振動部形成層４０ａの厚みを１μｍとしたい場合、シリコン層３０ａが単結晶シリコンであるとき、約０．３μｍの厚みを消費することになる。そのためシリコン層３０ａの厚みは、約０．４μｍよりも厚く形成しておくことが必要である。振動部形成層４０をシリコン層３０ａの熱酸化以外で形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。振動部形成層４０ａを多層構造とする場合も、それぞれの層を例示した方法などで形成することができる。
【００４８】
次に、振動部形成層４０ａの上方に駆動部２００を形成する工程を行う。この工程は、まず振動部形成層４０ａの上方に下部電極層５０ａ、圧電体層６０ａおよび上部電極層７０ａを順に積層したあと、パターニングして行われる。下部電極層５０ａは、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法、ゾル−ゲル法などにより形成することができる。圧電体層６０ａは、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌｌｏ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などによって形成することができる。上部電極層７０ａは、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法、ゾル−ゲル法などにより形成することができる。次いで、このように積層された３つの層を図７および図８に示すようにパターニングして圧電素子７５を形成する。パターニングの方法は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行うことができる。パターニングは、複数回行われてもよい。このように圧電素子７５を備えた駆動部２００が形成される。
【００４９】
次に、図９に示すように、第１開口部Ｈ１を形成するとともに、振動部１００を形成する工程を行う。第１開口部Ｈ１の形成は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行うことができる。第１開口部Ｈ１のエッチングは、ドライエッチングおよびウエットエッチングのいずれで行ってもよい。またエッチャントとしては、異方性であっても等方性であってもよい。振動部１００の形状の設計に依存するが、振動部１００の断面を矩形とするならば異方性の高いエッチャントを選択するとよい。たとえば、第１開口部Ｈ１をドライエッチングによって形成する場合は、エッチングガスは、ＣＦ４、ＳＦ６、ＣＨＦ３、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＨＣｌ３から選ばれる少なくとも１種を含むものが好ましい。またこのエッチングは複数回行ってもよい。このエッチングのストッパ層はシリコン層３０ａであるが、第２開口部Ｈ２を形成する工程で第１開口部Ｈ１の下のシリコン層３０ａは除去されるため、ある程度であればシリコン層３０ａをエッチングしても構わない。このようにして第１開口部Ｈ１が形成されると、同時に振動部１００が形成される。第１開口部Ｈ１は、振動部１００のビーム部１２０の上方に所定数の圧電素子７５が配置されるように形成される。
【００５０】
次に、図１および図３に示すような第２開口部Ｈ２を形成する工程を行う。第２開口部Ｈ２は、シリコン層３０ａをドライエッチングして形成される。本工程のドライエッチングのエッチングガスは、第１開口部Ｈ１を介して、シリコン層３０ａに供給される。そしてエッチングが進むと、振動部１００の下のシリコン層３０ａが除去される。そのため、振動部１００の下に回り込んでエッチングすることができるように、本工程のエッチングガスは、等方的なエッチングが行われるものが選択される。また、本工程のエッチングガスには、他の層よりもシリコン層３０ａに対してエッチング作用が大きいガスが選ばれる。本工程のエッチングガスとしては、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＩＦ３、およびＩＦ５の少なくとも１種が好ましい。シリコン層３０ａの下方に酸化シリコン層２０を有するため、酸化シリコン層２０がエッチングストッパ層として機能する。そのため、第２開口部Ｈ１が厚くエッチングされすぎることがないため、エッチングガスを節約することができる。本工程のドライエッチングは、振動部１００の下部のシリコン層３０ａが除去されると停止される。したがって第１開口部Ｈ１の外側および振動部１００のビーム結合部１１０の外側あるいは基部４２の下のシリコン層３０ａ（アンダーカット部３２に相当）も除去される場合がある。
【００５１】
以上のようにして圧電振動子３００が製造される。本実施形態の圧電振動子３００の製造方法は、以下のような特徴を有する。
【００５２】
本実施形態の製造方法においては、ドライエッチングにより振動部１００の下のシリコン層３０ａが除去されるため、ウエットエッチングにおいて問題となったスティッキングを起こさずに圧電振動子３００を製造することができる。これにより圧電振動子３００の製造における歩留まりが向上する。
【００５３】
２．第２実施形態
本実施形態の圧電振動子４００は、蓋状部９０が形成され、これによって空隙部Ｈ３、通気孔Ｈ４が形成されること、圧電素子７５の電極が外部機器との電気的接続のために蓋状部９０の外側まで形成されること以外は、第１実施形態の圧電振動子３００と同様である。したがって第１実施形態における圧電振動子３００の部材と実質的に同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５４】
また、本実施形態の圧電振動子４００の製造方法は、犠牲層８０を形成する工程と、蓋状部９０、通気孔Ｈ４および空隙部Ｈ３を形成するための工程とを有する以外は、第１実施形態の圧電振動子３００の製造方法と同様である。したがって第１実施形態において説明した工程と実質的に同一の工程については、その詳細な説明を省略する。
【００５５】
２．１．圧電振動子４００
図１０は、圧電振動子４００を模式的に示す平面図である。図１１は、圧電振動子４００を模式的に示す断面図である。図１０のＡ−Ａ線の断面図は、図１１に相当する。図１５は、圧電振動子４００の変形例を模式的に示す断面図である。
【００５６】
圧電振動子４００は、基板１０と、酸化シリコン層２０と、シリコン層３０と、振動部形成層４０と、第１開口部Ｈ１と、振動部１００と、第２開口部Ｈ２と、駆動部２００と、蓋状部９０と、空隙部Ｈ３と、通気孔Ｈ４と、を有する。
【００５７】
蓋状部９０は、空隙部Ｈ３を介して振動部１００を覆うように形成される。蓋状部９０は、図１１に示すように、駆動部２００の上の部分をも覆うように形成される。蓋状部９０は、振動部１００を覆い第１開口部Ｈ１よりも外側の振動部形成層４０に接して形成される。また、蓋状部９０は、振動部１００のビーム結合部１１０よりも外側の振動部形成層４０に接して形成される。この様子は、図１１等に空隙部Ｈ３の端部８２として描かれている。蓋状部９０で振動部１００が覆われるため、圧電振動子４００においては、圧電素子７５の各電極は蓋状部９０の外側まで延長される。蓋状部９０は、振動部１００より外側の電極の上に形成されるため、蓋状部９０によって振動部１００の動作が阻害されることはない。このような配線としては、図１０および図１１のように、圧電素子７５を外部まで延長して、各電極を取り出すことができる。また、圧電体層６０の一部を絶縁体で形成することによって、各電極を蓋状部９０の外側まで延長してもよい。このような引き出し配線は、蓋状部９０の外側で他の回路との接続ができれば、その他の方法によって設置されてもよい。
【００５８】
蓋状部９０には、空隙部Ｈ３に通じる通気孔Ｈ４が形成される（図１０および図１１参照）。蓋状部９０は、単層構造であっても多層構造であってもよい。蓋状部９０は、振動部１００が外部から振動等の影響を受けないように、あるいは、外部の物体が振動部１００に物理的に接触しないように保護する機能を有する。また、通気孔Ｈ４を塞ぎ（図１５参照）、空隙部Ｈ３が減圧状態となる場合には、蓋状部９０は、圧力隔壁となる機能を有する。蓋状部９０の厚みは、１μｍないし１０μｍとすることができる。蓋状部９０の材質としては、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムおよび窒化シリコンから選択することができる。また、蓋状部９０の材質および層構成は、振動部形成層４０と同じでも異なってもよい。
【００５９】
空隙部Ｈ３は、蓋状部９０によって覆われた空間である。空隙部Ｈ３は、第１開口部Ｈ１と連続している。空隙部Ｈ３は、片持ち梁状の振動部１００が自由に運動できる程度の容積を有する。空隙部Ｈ３は、適宜気体を満たすことができる他、減圧状態にすることもできる。
【００６０】
通気孔Ｈ４は、図１０および図１１に示すように、蓋状部９０に形成される。通気孔Ｈ４の形状は、蓋状部９０の強度を低下させない限り特に限定されない。通気孔Ｈ４は、１つだけ形成されても、蓋状部９０の強度を低下させない限り複数形成されてもよい。通気孔Ｈ４が形成される位置は、振動部１００に外部の振動などの影響が及ばないように振動部１００よりも外側が好ましい。特に通気孔Ｈ４を塞ぐなどの変形を行う場合には、通気孔Ｈ４を塞ぐ際に、振動部１００の部材に封止のための部材が堆積して重量を変化させ振動周波数のずれを生じてしまうためこのようにすることが望ましい。さらに、図１０および図１１に示すように、第１開口部Ｈ１よりも外側のアンダーカット部８２に形成されることが好ましい（後述する）。通気孔Ｈ４は、圧電振動子４００を製造する際のドライエッチングのエッチングガスを内部に供給する機能を有する。また、通気孔Ｈ４は、圧電振動子４００の内部の各空間にガスを導入したり、圧電振動子４００の内部の各空間を減圧するために利用することができる。
【００６１】
本実施形態の圧電振動子４００は、外部から振動等の影響を受けないように、あるいは、外部の物体が振動部１００に物理的に接触しないように、振動部１００を保護する蓋状部９０を有するため、信頼性が高い。
【００６２】
圧電振動子４００の変形例としては、図１５に示すように、通気孔Ｈ４を塞ぐような封止層９４をさらに有することができる。封止層９４は、通気孔Ｈ４を塞ぐ機能の他、蓋状部９０の機械的強度を高める機能を有してもよい。封止層９４の厚みは、１μｍないし１０μｍとすることができる。封止層９４の材質は、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムおよび窒化シリコンのいずれかとすることができる。封止層９４の材質は、蓋状部９０の材質と同じでも異なってもよい。封止層９４は、蒸着法、スパッタ法などの回り込みの少ない方法によって形成されることができる。図１５に示すように、このような方法で通気孔Ｈ４を塞ぐには、通気孔Ｈ４の下に深い空間があると、封止層９４を厚く形成しなければならない。このようなことをあらかじめ避けるために、アンダーカット部８２に通気孔Ｈ４が形成されることが好ましい。
【００６３】
圧電振動子４００は、このような変形により、空隙部Ｈ３に不活性気体を封止したり、空隙部Ｈ３を減圧空間とすることができる。このため、大気中の水分による圧電素子７５の劣化や、空気抵抗による振動部１００への過負荷などによる特性の劣化を抑制することができ、圧電振動子４００の信頼性をさらに高めることができる。
【００６４】
２．２．圧電振動子４００の製造方法
本実施形態の圧電振動子４００の製造方法は、第１実施形態の工程の他に、犠牲層８０を形成する工程と、蓋状部９０、通気孔Ｈ４および空隙部Ｈ３を形成するための工程とを有する。これらの工程は、振動部１００を形成した後すなわち図９に示す工程の後に行われる。
【００６５】
図１２ないし図１４は、本実施形態の圧電振動子４００の製造工程を模式的に示す断面図である。図１２ないし図１４は、図１０のＡ−Ａ線の断面に対応する。
【００６６】
本実施形態においては、駆動部２００を形成する工程は、図１２に示すような形状に圧電素子７５をパターニングして行われる。各圧電素子７５の電極は、蓋状部９０の外側まで延設されるようにパターニングされる。
【００６７】
犠牲層８０は、図１２に示すように、第１開口部Ｈ１を塞ぐように形成されるとともに、振動部形成層４０の上に少なくとも振動部１００および駆動部２００を覆うように形成される。犠牲層８０は、空隙部Ｈ３を形成するための層であり、空隙部Ｈ３が形成されるときに除去されて残らない。犠牲層８０は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより形成することができる。また、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術によってパターニングされることができる。犠牲層８０の形状は、図１２に示すように、振動部１００および第１開口部Ｈ１の上の領域よりも外側に端を有するようにすることができる。図１２は、この部分に符号８２を付して示している。また、犠牲層８０の第１開口部Ｈ１を塞ぐ部分は、図１２に示すように、必ずしも第１開口部Ｈ１の全てを埋める必要はない。犠牲層８０は、蓋状部９０および振動部形成層４０とエッチングレートが異なる材料で形成される。犠牲層８０の材質としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコンおよび単結晶シリコンの少なくとも１種を選択することができる。このような材質であれば、第２開口部Ｈ２を形成する際に同時に犠牲層８０をドライエッチングすることができる。
【００６８】
次に、図１３に示すように、犠牲層８０の上に蓋状部９０を形成する工程を行う。この工程は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより行うことができる。次いで、図１４に示すように蓋状部９０に犠牲層８０に通じる通気孔Ｈ４を形成する工程を行う。この工程は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行うことができる。
【００６９】
次に、犠牲層８０をエッチングして除去して空隙部Ｈ３を形成するとともに、第１開口部Ｈ１内の犠牲層８０を除去する工程を行う。この工程は、ドライエッチングおよびウエットエッチングのいずれで行ってもよい。またエッチャントとしては、異方性であっても等方性であってもよい。その他の部材をエッチングしないように選択性の高いエッチャントを選択することが好ましい。
【００７０】
そして通気孔Ｈ４および第１開口部Ｈ１を介してエッチングガスを供給して、第１実施形態と同様に第２開口部Ｈ２を形成する工程を行って、圧電振動子４００が製造される。ここで、犠牲層８０をシリコンで形成し、かつ犠牲層８０をエッチングして除去して空隙部Ｈ３を形成するとともに、第１開口部Ｈ１内の犠牲層８０を除去する工程を、ドライエッチングで行い、エッチングガスとして、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＩＦ３、およびＩＦ５の少なくとも１種を選択することができる。このようにすれば、通気孔Ｈ４を形成した後、通気孔Ｈ４を介してエッチングガスを供給して一貫して第２開口部Ｈ２まで形成することができる。
【００７１】
本実施形態の圧電振動子４００の製造方法は、さらに、通気孔Ｈ４を塞ぐように封止層９４を形成する工程を有することができる。この工程は、上述したように蒸着法、スパッタ法などの回り込みの少ない方法によって形成されることができる。このような方法によれば、空隙部Ｈ３内を減圧空間とすることが容易である。
【００７２】
以上のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【００７３】
３．発振器５００
次に本発明にかかる電子機器の一例として発振器５００を説明する。
【００７４】
図１６は、上述した圧電振動子３００を有する発振器５００の基本的構成を示す回路図である。発振器５００は、この回路（発振回路）を含むことができる。発振回路は、電気信号を増幅する増幅器４０１と、増幅器４０１の入出力間に接続された帰還回路４１０と、を有する。増幅器４０１は、例えばＣＭＯＳインバータからなる。帰還回路４１０は、例えば、圧電振動子３００と、抵抗４０３と、２つのコンデンサ４０４，４０５と、を備える。増幅器４０１には、直流電源から電圧Ｅが印加されている。電源電圧Ｅを増大させていき発振開始電圧になると、電流Ｉが急激に増加して発振が開始される。さらに電源電圧Ｅを増大させると、発振状態を保ちながら電流Ｉがほぼ比例して増加する。
【００７５】
図１７は、本実施形態に係る発振器５００を概略的に示す平面図であり、図１８は、発振器５００を概略的に示す断面図である。なお、図１８は、図１７のＸ−Ｘ線断面図である。また、図１６および図１７では便宜上、圧電振動子３００を簡略化して示している。
【００７６】
発振器５００は、封止材５０２により封止されている。ＩＣ（集積回路）５０３は、金線などのボンディングワイヤ５０４により外部端子５７０に接続されている。外部端子５７０は、リードフレーム５０５および接合材５０６を介して、実装端子５４１と電気的に接続されている。実装端子５４１は、配線（図示せず）などにより、圧電振動子３００の各電極と電気的に接続されている。圧電振動子３００は、蓋部材５３９やシール部材５４０などにより封止されている。
【００７７】
図１９は、本実施形態に係る発振器５００の製造工程例を概略的に示す図である。
【００７８】
まず、ＩＣウェハに対してテープ貼りおよびダイシングを行う。次に、ＩＣ５０３のチップをリードフレーム５０５に搭載する。次に、ボンディングワイヤ５０４を用いてＩＣ５０３に対してワイヤボンディングを行う。
【００７９】
次に、圧電振動子３００の実装端子５４１を、半田などの接合材５０６を用いてリードフレーム５０５に接合して、圧電振動子３００をマウントする。次に、封止材（モールド材）５０２を用いて、圧電振動子３００、ＩＣ５０３などを樹脂封止する。その後、特性検査、マーキングを行い、テーピング、梱包し、出荷される。
【００８０】
また、図示はしないが、例えば、圧電振動子３００が形成される基板１０（図３参照）に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子３００に平面的に隣接するＩＣを形成し、本実施形態に係る発振器を形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型の発振器を形成することができる。
【００８１】
４．リアルタイムクロック６００
次に、本発明にかかる電子機器の一例としてリアルタイムクロック６００を説明する。
【００８２】
図２０は、上述した発振器（ＯＳＣ）５００を有するリアルタイムクロック６００を概略的に示す回路ブロック図である。リアルタイムクロック６００の集積回路部は、単一の基板６０１に集積され、マイクロプロセッサ（図示せず）と接続されている。
【００８３】
計時用接続端子６０２，６０３に接続されている発振器５００からは高周波（例えば３２ｋＨｚ）のクロックパルスが出力される。クロックパルスは分周回路６０５で分周され、１Ｈｚの計時パルスが計時カウンタ６０６に入力される。計時カウンタ６０６は、例えば、秒計時ビットｓと、分計時ビットｍと、時計時ビットｈと、曜日計時ビットｄと、日計時ビットＤと、月計時ビットＭと、年計時ビットＹとから構成されている。所定数の計時パルスが計時カウンタ６０６に入力されると、それぞれの計時ビットは繰り上がることができる。計時カウンタ６０６には、計時ビットの書き換えおよび読み出しを行う制御部６２０が接続されている。制御部６２０は、例えば、コマンドデコーダ６１２と、シフトレジスタ６０９，６１０と、を有することができる。
【００８４】
計時カウンタ６０６の計時ビットを書き換える場合には、まず、マイクロプロセッサからセレクト入力端子６０７にセレクト信号を供給する。次に、マイクロプロセッサからデータ入力端子６０８に、書き換えるべき情報を表すデータビットと、計時ビットのアドレスを表すアドレスビットと、計時カウンタ６０６への書き込み動作を表す操作ビットとから構成される外部情報を供給する。その結果、外部情報は、直列に接続されたシフトレジスタ６０９，６１０に記憶される。そして、コマンドデコーダ６１２は、シフトレジスタ６１０に記憶された操作ビットとアドレスビットに基づき、ライトイネーブル信号を計時カウンタ６０６に送出するとともに、計時ビットを指定するアドレス信号を出力する。その結果、シフトレジスタ６０９に記憶されたデータビットが計時カウンタ６０６の計時ビットに書き込まれ、リアルタイムデータの書き換えが行われる。
【００８５】
また、計時カウンタ６０６からリアルタイムデータを読み出す場合には、マイクロプロセッサから、読み出し動作を表す操作ビットを有する外部情報を送出させる。そして、コマンドデコーダ６１２は、計時カウンタ６０６へのライトイネーブル信号をインアクティブ状態にする。その結果、インバータ６１３がアクティブ状態のライトイネーブル信号をシフトレジスタ６０９に供給し、シフトレジスタ６０９が読み込み可能状態になり、計時カウンタ６０６の内容はシフトレジスタ６０９に読み出される。シフトレジスタ６０９に読み出されたリアルタイムデータは、クロック入力端子６１４に印加されるクロック信号に同期して、データ出力端子６１５に転送され、例えばマイクロプロセッサのレジスタなどに送出される。
【００８６】
なお、例えば計算結果などのデータは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６１６に記憶させることができる。
【００８７】
図２１は、本実施形態に係るリアルタイムクロック６００を概略的に示す上面透視図であり、図２２は、リアルタイムクロック６００を概略的に示す側面透視図である。なお、図２２は、図２１の矢印ＸＩＶの方向に見た図である。
【００８８】
発振回路などを有するＩＣチップ６５１は、リードフレーム６５２のアイランド部６５３に導電性接着剤などで接着固定されている。ＩＣチップ６５１の上面に設けられた各電極パッド６５４は、ボンディングワイヤ６５５により、パッケージの外周部に配置された入出力用リード端子６５６と電気的に接続されている。平面視において、ＩＣチップ６５１の隣には、圧電振動子３００を内部に収めている振動子用筐体６５７が配置されている。振動子用筐体６５７内には、例えば図１ないし図３に示す圧電振動子３００が気密状態で封止されている。圧電振動子３００の各電極に電気的に接続されたリード６５８は、振動子用筐体６５７内から外に突出している。リード６５８は、リードフレーム６５２の接続パッド６５９に導電性接着剤などで接着固定されている。ＩＣチップ６５１、リードフレーム６５２および振動子用筐体６５７は、樹脂６６０により一体成形されてパッケージ化されている。
【００８９】
また、図示はしないが、例えば、圧電振動子３００が形成される基体１０（図３参照）に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子３００に平面的に隣接するＩＣを形成し、本実施形態に係るリアルタイムクロックを形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型のリアルタイムクロックを形成することができる。
【００９０】
５．電波時計受信モジュール８００
次に、本発明の電子機器の一例である電波時計受信モジュール８００を説明する。
【００９１】
図２３は、本実施形態に係る電波時計受信モジュール８００を概略的に示す回路ブロック図である。
【００９２】
電波時計受信モジュール８００は、受信部８０１と、周波数フィルタ８０５と、周辺回路８１０と、上述したリアルタイムクロック（ＲＴＣ）６００と、を含む。周波数フィルタ８０５は、例えば図１０および図１１に示す圧電振動子４００（４００Ａ，４００Ｂ）を有する。周辺回路８１０は、例えば、検波・整流回路８０６と、波形整形回路８０７と、中央演算処理装置（ＣＰＵ）８０８と、を有することができる。
【００９３】
電波時計は、時刻情報を含む標準電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）に標準電波を送信する送信所がある。
【００９４】
受信部（例えばアンテナ）８０１は、４０ｋＨｚまたは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。標準電波は、４０ｋＨｚまたは６０ｋＨｚの搬送波に振幅変調（ＡＭ）をかけて時刻情報（タイムコード）を乗せたものである。
【００９５】
受信された電気信号は、アンプ８０２によって増幅され、搬送周波数と同一の共振周波数を有する圧電振動子４００Ａ，４００Ｂを有する周波数フィルタ８０５によって、濾波、同調される。濾波された電気信号からは、周辺回路８１０により、タイムコードを読み出すことができる。具体的には、まず、濾波された所定周波数の信号は、検波・整流回路８０６により検波復調される。そして、波形整形回路８０７を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ８０８でカウントされる。ＣＰＵ８０８では、例えば、現在の年、積算日、曜日、時刻などの情報が読み取られる。読み取られた情報は、ＲＴＣ６００に反映されて、正確な時刻情報が表示される。
【００９６】
搬送波は４０ｋＨｚまたは６０ｋＨｚであるから、周波数フィルタ８０５の圧電振動子４００Ａ，４００Ｂには、本発明に係る圧電振動子が好適である。
【００９７】
また、図示はしないが、例えば、圧電振動子４００が形成される基体１０（図１１参照）に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子４００に平面的に隣接するＩＣを形成し、本実施形態に係る電波時計受信モジュールを形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型の電波時計受信モジュールを形成することができる。
【００９８】
また本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明にかかる圧電振動子３００を模式的に示す平面図。
【図２】本発明にかかる圧電振動子３００を模式的に示す平面図。
【図３】本発明にかかる圧電振動子３００を模式的に示す断面図。
【図４】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本発明にかかる圧電振動子４００を模式的に示す平面図。
【図１１】本発明にかかる圧電振動子４００を模式的に示す断面図。
【図１２】本発明の圧電振動子４００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】本発明の圧電振動子４００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１４】本発明の圧電振動子４００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１５】本発明の圧電振動子４００の変形例を模式的に示す断面図。
【図１６】本発明の発振器５００の基本的構成を示す回路図。
【図１７】本発明の発振器５００を概略的に示す平面図。
【図１８】本発明の発振器５００を概略的に示す断面図。
【図１９】本発明の発振器５００の製造工程例を概略的に示す図。
【図２０】本発明のリアルタイムクロック６００を概略的に示す回路ブロック図。
【図２１】本発明のリアルタイムクロック６００を概略的に示す上面透視図。
【図２２】本発明のリアルタイムクロック６００を概略的に示す側面透視図。
【図２３】本発明の電波時計受信モジュール８００を概略的に示す回路ブロック図。
【符号の説明】
【０１００】
１０ 基板、２０ 酸化シリコン層、３０，３０ａ シリコン層、
３２ アンダーカット部、４０，４０ａ 振動部形成層、４２ 基部、５０ 下部電極、
５０ａ 下部電極層、６０，６０ａ 圧電体層、７０ 上部電極、７０ａ 上部電極層、
７５ 圧電素子、８０ 犠牲層、８２ アンダーカット部、９０ 蓋状部、
９４ 封止層、１００ 振動部、１１０ ビーム結合部、１２０ ビーム部、
２００ 駆動部、Ｈ１ 第１開口部、Ｈ２ 第２開口部、Ｈ３ 空隙部、
Ｈ４ 通気孔、３００，４００ 圧電振動子、４０１ 増幅器、４０３ 抵抗、
４０４，４０５ コンデンサ、４１０ 帰還回路、５００ 発振器、５０２ 封止材、
５０３ ＩＣ、５０４ ボンディングワイヤ、５０５ リードフレーム、
５０６ 接合材、５３９ 蓋部材、５４０ シール部材、５４１ 実装端子、
５７０ 外部端子、６００ リアルタイムクロック、６０１ 基板、
６０２，６０３ 計時用接続端子、６０５ 分周回路、６０６ 計時カウンタ、
６０７ セレクト入力端子、６０８ データ入力端子、
６０９，６１０ シフトレジスタ、６１２ コマンドデコーダ、６１３ インバータ、
６１４ クロック入力端子、６１５ データ出力端子、６２０ 制御部、
６５１ ＩＣチップ、６５２ リードフレーム、６５３ アイランド部、
６５４ 電極パッド、６５５ ボンディングワイヤ、６５６ 入出力用リード端子、
６５７ 振動子用筐体、６５８ リード、６５９ 接続パッド、６６０ 樹脂、
８００ 電波時計受信モジュール、８０１ 受信部、８０２ アンプ、
８０５ 周波数フィルタ、８０６ 検波・整流回路、８０７ 波形整形回路、
８０８ ＣＰＵ、８１０ 周辺回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子およびその製造方法並びに該振動子を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
時計やコンピュータのクロックモジュールには、一般に３２ｋＨｚを基本周波数として発振する振動子が用いられている。従来の振動子としては、水晶などの圧電性を有する材料で構成した梁を、その圧電性を利用して振動させるものが普及している。このような振動子は、小型化することが難しく、シリコンのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた振動子によって小型化を図ることが検討されている。
【０００３】
シリコンのＭＥＭＳを用いた振動子は、半導体の製造に用いられる精密な製造プロセスによって製造される。たとえば特開２００６−０３００６２号公報には、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）基板のシリコン活性層を音叉型の振動部（片持ち梁）として、その下の酸化シリコン層をフッ化水素水を用いたウエットエッチングによって除去した振動子が開示されている。このようなＳＯＩ基板を用いて振動子を形成する場合は、振動子の片持ち梁の材質は、シリコンに制限される。したがって梁に圧電性がないため、振動部を駆動するための圧電素子がさらに設けられる。このような方法は、圧電素子が形成された状態でフッ化水素水によるウエットエッチングを行うため、圧電素子がエッチングされないように圧電素子を保護する工夫がさらに必要となる。
【０００４】
また、大気中で振動子を駆動すると、大気中の水分による圧電素子の劣化や、空気抵抗による振動部への過負荷などにより、振動子の特性が劣化して信頼性が損なわれることがあった。これを防止するための封止構造については、たとえば特開２００５−１２３５６１号公報に、封止層に貫通孔を開け、その下の犠牲層を除去する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−０３００６２号公報
【特許文献２】特開２００５−１２３５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動子の片持ち梁の下の部材をウエットエッチングで除去する方法では、スティッキングと呼ばれる現象が生じ歩留まりを悪化させることがあった。すなわち片持ち梁状の構造の下に入り込んだエッチャントを洗浄、乾燥などして除去するとき、液体の表面張力の影響で片持ち梁の自由端が、他の部材に付着してしまうスティッキングと呼ばれる現象が生じる。スティッキングを起こした梁は、片持ち梁の状態に戻すことができなかった。
【０００６】
また、封止構造を形成する場合、封止層に開けた貫通孔を塞ぐ際に、貫通孔の開けられた位置が内部の振動板の近傍にあると、当該振動板に、貫通孔を塞ぐための材料が堆積することがあり、重量変化による振動周波数のずれを生じることがあった。
【０００７】
本発明の目的は、振動部の材質の選択の幅が広くかつ信頼性の高い圧電振動子を提供すること、および該圧電振動子を備えた電子機器を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、スティッキングを起こさないとともに内包する振動部に影響を与えない封止構造が形成された圧電振動子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる圧電振動子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、
前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、
前記シリコン層の上に接して形成された振動部形成層と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部内に片持ち梁状に形成され、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する振動部と、
前記シリコン層を貫通し、前記第１開口部と前記振動部の下に形成された第２開口部と、
前記ビーム部の上方に形成された、圧電素子を備えた駆動部と、
を有する。
【００１０】
このような圧電振動子は、振動部をシリコン以外の材質で形成することができるため振動部の材質の選択の幅が広い。
【００１１】
なお、本発明において、特定のＡ層（以下、「Ａ層」という。）の上方に設けられた特定のＢ層（以下、「Ｂ層」という。）というとき、Ａ層の上に直接Ｂ層が設けられた場合と、Ａ層の上に他の層を介してＢ層が設けられた場合とを含む意味である。
【００１２】
本発明にかかる圧電振動子において、
さらに、前記振動部を空隙部を介して覆う蓋状部を含み、前記蓋状部は、前記空隙部に通じる通気孔を有することができる。
【００１３】
このような圧電振動子は、信頼性が高い。
【００１４】
本発明にかかる圧電振動子において、
さらに、少なくとも前記通気孔を塞ぐように形成された封止層を有することができる。
【００１５】
本発明にかかる圧電振動子において、
前記振動部形成層は、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および窒化シリコンから選ばれる物質の単層または多層構造であることができる。
【００１６】
本発明にかかる圧電振動子において、
前記ビーム部の本数は、偶数であることができる。
【００１７】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板と、前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、を有する基体を準備する工程と、
前記シリコン層の上に接して振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上方に圧電素子を備えた駆動部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第２開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第２開口部を形成する工程は、前記第１開口部を介してエッチングガスを供給して行われる。
【００１８】
このようにすれば、ドライエッチングにより振動部の下部のシリコン層が除去されるため、スティッキングを起こさずに圧電振動子を製造することができる。
【００１９】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板と、前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、を有する基体を準備する工程と、
前記シリコン層の上に接して振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上方に圧電素子を備えた駆動部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記第１開口部を塞ぐとともに、前記振動部形成層の上に少なくとも前記振動部および前記駆動部を覆うように犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に蓋状部を形成する工程と、
前記蓋状部に前記犠牲層に通じる通気孔を形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングして除去して空隙部を形成するとともに、前記第１開口部を塞ぐ犠牲層をエッチングして除去する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第２開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第２開口部を形成する工程は、前記空隙部および前記第１開口部を介してエッチングガスを供給して行われる。
【００２０】
このようにすれば、ドライエッチングにより振動部の下のシリコン層が除去されるため、スティッキングを起こさずにかつ信頼性の高い圧電振動子を製造することができる。
【００２１】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法において、
さらに、少なくとも前記通気孔を塞ぐように封止層を形成する工程を有することができる。
【００２２】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法において、
前記通気孔は、平面的に見て、前記第１開口部よりも外側の前記犠牲層の上の領域に形成されることができる。
【００２３】
このようにすれば、内包する振動部に影響を与えないように封止構造が形成された圧電振動子を製造することができる。
【００２４】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法において、
前記空隙部を形成するとともに前記第１開口部を塞ぐ犠牲層を除去する工程は、ドライエッチングにより行われることができる。
【００２５】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法において、
前記ドライエッチングは、エッチングガスとして、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＩＦ３、およびＩＦ５の少なくとも１種を用いることができる。
【００２６】
本発明にかかる電子機器の一例である発振器は、
発振回路を含み、
前記発振回路は、
電気信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の入出力間に接続された帰還回路と、
を有し、
前記帰還回路は、上述のいずれかの圧電振動子を備える。
【００２７】
本発明にかかる電子機器の一例であるリアルタイムクロックは、
上述した発振器と、
前記発振器から出力されるクロックパルスを分周する分周回路と、
前記分周回路から出力される計時パルスが入力される計時カウンタと、
前記計時カウンタの計時ビットの書き換えおよび読み出しを行う制御部と、を含む。
【００２８】
本発明にかかる電子機器の一例である電波時計受信モジュールは、
電波を受信する受信部と、
上述のいずれかの圧電振動子を有し受信された電気信号を濾波する周波数フィルタと、
濾波された前記電気信号からタイムコードを読み出す周辺回路と、
上述したリアルタイムクロックと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。
【００３０】
１．第１実施形態
１．１．圧電振動子３００
図１は、本実施形態にかかる圧電振動子３００を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態にかかる圧電振動子３００の第１開口部Ｈ１および振動部１００を模式的に示す平面図である。図３は、本実施形態にかかる圧電振動子３００を模式的に示す断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿った断面は、図３に相当する。
【００３１】
圧電振動子３００は、基板１０と、酸化シリコン層２０と、シリコン層３０と、振動部形成層４０と、第１開口部Ｈ１と、振動部１００と、第２開口部Ｈ２と、駆動部２００と、を有する。
【００３２】
基板１０は、図３に示すように、圧電振動子３００の基体となる。基板１０は、たとえばシリコン基板、石英基板などを用いることができる。基板１０には、各種の半導体回路を作り込んでもよい。基板１０の厚みは、１０μｍないし２ｍｍとすることができる。
【００３３】
酸化シリコン層２０は、基板１０の上方に形成される。酸化シリコン層２０は、基板１０の間に他の層を介して形成されてもよい。酸化シリコン層２０は、上方に形成されるシリコン層３０をエッチングする際のストッパ層としての機能を有する。酸化シリコン層２０は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等による酸化シリコンで構成することができる。また、酸化シリコン層２０は、基板１０をシリコン基板とした場合に熱酸化等でその表面に得られる酸化シリコンで構成してもよい。酸化シリコン層２０の厚みは、前述のストッパ層として機能する程度であればよく、たとえば１０ｎｍないし１μｍとすることができる。
【００３４】
シリコン層３０は、酸化シリコン層２０の上方に形成される。シリコン層３０は、酸化シリコン層２０との間に他の層を介して形成されてもよい。シリコン層３０には、その一部に第２開口部Ｈ２が形成される。シリコン層３０の第２開口部Ｈ２以外の部分は、振動部形成層４０を下から支持する機能を有する。第２開口部Ｈ２の詳細な説明は後述する。シリコン層３０の厚みは、たとえば１００ｎｍないし２０μｍとすることができる。シリコン層３０の材質は、特定のエッチングの際のエッチングレートが下方の酸化シリコン層２０のそれと異なるように選ばれる。たとえば、シリコン層３０の材質としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコンおよび単結晶シリコンの少なくとも１種を選択することができる。
【００３５】
上述の基板１０、酸化シリコン層２０およびシリコン層３０は、それぞれ個別に形成してもよいが、たとえばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）基板を用いることもできる。この場合の基板１０、酸化シリコン層２０およびシリコン層３０は、それぞれＳＯＩ基板の基板、ボックス（絶縁）層、単結晶シリコン層に相当する。
【００３６】
振動部形成層４０は、シリコン層３０の上に接して形成される。振動部形成層４０には、振動部１００と第１開口部Ｈ１とが形成される（図２参照）。振動部形成層４０は、単層構造であっても多層構造であってもよい。振動部形成層４０の一部が振動部１００となるため、振動部形成層４０の材質は、振動部１００として機能し、かつ、シリコン層３０とエッチングレートが異なるように選ばれる。振動部形成層４０の厚みは、１００ｎｍないし２０μｍとすることができる。振動部形成層４０の材質は、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムおよび窒化シリコンなどから選択することができる。
【００３７】
第１開口部Ｈ１は、振動部形成層４０を貫通している。第１開口部Ｈ１の形状は、振動部１００の形状と相補的である。第１開口部Ｈ１および振動部１００は、図２に示すように、振動部１００の形状が第１開口部Ｈ１の形状によって形成される関係にある。図１ないし図３に示した例では、振動部１００の形状は、第１開口部Ｈ１に一部を残して囲まれた片持ち梁状である。第１開口部Ｈ１は、片持ち梁状の振動部１００を形成するとともに、第２開口部Ｈ２と連続している。そのため、片持ち梁状の振動部１００の先端は、自由に運動できる。
【００３８】
振動部１００は、振動部形成層４０の一部からなる。振動部１００は、ビーム結合部１１０とビーム結合部１１０から延びる複数本のビーム部１２０とを有する。図２の例では、ビーム結合部１１０から２本のビーム部１２０が延びる形状となっている。ビーム結合部１１０は、片持ち梁状の振動部１００の固定端となる。ビーム結合部１１０が振動部形成層４０と連続している付近の振動部形成層４０の領域である基部４２は、振動部１００の動作には直接的には関与せず、振動部１００を支える機能を有する。基部４２は、図２の一点鎖線で囲んだ部分であり振動部１００の動作に直接関与しない部分である。ビーム部１２０は、ビーム結合部１１０から複数本延びるように形成される。ビーム部１２０は、たとえば図示の例のように２本であってもよいし、いわゆるＨ型となるように４本形成されてもよい。ビーム部１２０の本数は、偶数であることが望ましい。ビーム部１２０は、振動部１００の動作部分であり、目的に応じて種々の方向に振動することができる。たとえば、ビーム部１２０は、振動部形成層４０の面内すなわち横方向の振動をすることも、振動部形成層４０の面に垂直方向すなわち縦方向に振動することもできる。
【００３９】
ビーム部１２０の本数、振動方向および形状は、振動のエネルギーのロスができるだけ小さくなるように設計されることができる。たとえば図２の例では、２本のビーム部１２０は、振動部形成層４０の面内で振動し、２本のビーム部１２０の先端が近づいたり離れたりするように振動する。すなわち図２の例のような音叉型の振動部１００の場合は、音叉の先端が開閉するように振動する。このようにすると、ビーム結合部１１０で振動のエネルギーが打ち消しあい、基部４２に漏れ出す振動のエネルギーを小さく抑えることができる。この例で２本のビーム部１２０の振動を縦方向とすると、エネルギーが打ち消し合うことが無く、基部４２に振動のエネルギーが散逸してしまうことがある。ビーム部１２０が３本以上設けられる場合にも、このことを考慮して設計されることができる。したがってビーム部１２０の本数、振動方向および形状は、圧電振動子３００の目的に応じて任意に設計することができる。
【００４０】
第２開口部Ｈ２は、シリコン層３０を貫通して設けられる。第２開口部Ｈ２は、第１開口部Ｈ１と連続している。第２開口部Ｈ２は、第１開口部Ｈ１と振動部１００の下に形成される。第２開口部Ｈ２は、振動部１００を片持ち梁状となるように、その下のシリコン層３０を除去して形成される。第２開口部Ｈ２は、第１開口部Ｈ１の外側や、振動部１００のビーム結合部１１０の外側に及んで形成されてもよい。すなわち第２開口部Ｈ２、第１開口部Ｈ１および振動部１００は、平面視（図３）において一体的に見ると、第２開口部Ｈ２の外周がはみ出していてもよい。この様子は図３等にアンダーカット部３２として描かれている。第２開口部Ｈ２の下面は、酸化シリコン層２０である。第２開口部Ｈ２は、振動部１００が動作できるようにする空間である。
【００４１】
駆動部２００は、ビーム部１２０の上方に形成される。駆動部２００は、圧電素子７５を備える。駆動部２００には、複数の圧電素子７５が備えられてもよい。駆動部２００は、圧電素子７５の動作によってビーム部１２０を振動させる機能を有する。図１および図３の例では、各ビーム部１２０に２つずつ圧電素子７５が設けられている。この例の圧電素子７５は、それぞれビーム部１２０の長手方向に伸縮するように設けられ、１本のビーム部１２０の一方の圧電素子７５が伸びたとき他方の圧電素子７５が縮むように動作して、振動部形成層４０の面内で振動するようになっている。また駆動部２００が複数の圧電素子７５が備えられる場合には、圧電素子７５は、ビーム部１２０を振動させるためのものと、ビーム部１２０の振動を検出するためのものとに機能を分担することができる。たとえば、駆動部２００には、１本のビーム部１２０に振動を与えるための圧電素子７５と、振動方向のずれや振動数を検出するための圧電素子７５とが備えられることができる。
【００４２】
圧電素子７５は、下部電極５０、圧電体層６０、上部電極７０の積層構造を有する。下部電極５０は、ビーム部１２０の上方に形成される。下部電極５０は、ビーム部１２０との間に下地となる層などを有して形成されてもよい。下部電極５０は、たとえば白金などの金属材料やリチウムとニッケルの複合酸化物（ＬＮＯ）などの導電性酸化物からなることができ単層でも多層構造でもよい。下部電極５０の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、たとえば１０ｎｍないし５μｍとすることができる。圧電体層６０は、圧電性を有し、下部電極５０および上部電極７０によって電圧が印加されると伸縮することができ、下方のビーム部１２０を動作させることができる。また逆に圧電体層６０は、伸縮されると下部電極５０および上部電極７０の間に電圧を発生することができ、下方のビーム部１２０の動作を検知することができる。圧電体層６０は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などの圧電材料から形成される。圧電体層６０の伸縮方向は、ビーム部１２０の振動方向に応じて適切に選ぶことができる。その方法としては、たとえば、圧電体層６０を構成する材料の結晶の方位を目的に応じて変化させて行うことができる。圧電体層６０の厚さは、たとえば０．１μｍないし２０μｍとすることができる。上部電極７０は、たとえば白金などの金属材料やリチウムとニッケルの複合酸化物（ＬＮＯ）などの導電性酸化物からなることができ単層でも多層構造でもよい。上部電極７０の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、たとえば１０ｎｍないし５μｍとすることができる。
【００４３】
本実施形態の圧電振動子３００は、振動部１００をシリコン以外の材質で形成することができるため振動部１００の材質の選択の幅が広い。そのため、圧電振動子３００は、小型化が容易かつ電子機器等への応用範囲が広い。また、圧電振動子３００は、ＳＯＩ基板を用いて形成した場合においても、振動部１００をシリコン以外の材料で形成できるため、小型化が容易かつ応用範囲が広い。
【００４４】
１．２．圧電振動子３００の製造方法
第１実施形態に係る圧電振動子３００の製造方法の一例について図面を参照しながら説明する。図４ないし図９は、本実施形態にかかる圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００４５】
本実施形態の圧電振動子３００の製造方法は、基体を準備する工程と、振動部形成層４０ａを形成する工程と、駆動部２００を形成する工程と、第１開口部Ｈ１を形成するとともに、振動部１００を形成する工程と、第２開口部Ｈ２を形成する工程と、を有する。
【００４６】
まず図４に示すように、基体としては、基板１０の上方に酸化シリコン層２０と、酸化シリコン層２０の上方にシリコン層３０ａが積層された構造を有するものを準備する。基板１０の上に、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの方法により、酸化シリコン層２０およびシリコン層３０ａをそれぞれ形成したものを準備してもよいが、前述したように基体としてＳＯＩ基板を準備してもよい。
【００４７】
次に、振動部形成層４０ａをシリコン層３０ａの上に接して形成する工程を行う。振動部形成層４０ａは、シリコン層３０ａの熱酸化によって形成することができる。この場合のシリコン層３０ａの厚みは、振動部形成層４０ａを形成するために消費される厚みを見込んだ厚みに形成されている。たとえば、振動部形成層４０ａの厚みを１μｍとしたい場合、シリコン層３０ａが単結晶シリコンであるとき、約０．３μｍの厚みを消費することになる。そのためシリコン層３０ａの厚みは、約０．４μｍよりも厚く形成しておくことが必要である。振動部形成層４０をシリコン層３０ａの熱酸化以外で形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。振動部形成層４０ａを多層構造とする場合も、それぞれの層を例示した方法などで形成することができる。
【００４８】
次に、振動部形成層４０ａの上方に駆動部２００を形成する工程を行う。この工程は、まず振動部形成層４０ａの上方に下部電極層５０ａ、圧電体層６０ａおよび上部電極層７０ａを順に積層したあと、パターニングして行われる。下部電極層５０ａは、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法、ゾル−ゲル法などにより形成することができる。圧電体層６０ａは、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌｌｏ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などによって形成することができる。上部電極層７０ａは、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法、ゾル−ゲル法などにより形成することができる。次いで、このように積層された３つの層を図７および図８に示すようにパターニングして圧電素子７５を形成する。パターニングの方法は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行うことができる。パターニングは、複数回行われてもよい。このように圧電素子７５を備えた駆動部２００が形成される。
【００４９】
次に、図９に示すように、第１開口部Ｈ１を形成するとともに、振動部１００を形成する工程を行う。第１開口部Ｈ１の形成は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行うことができる。第１開口部Ｈ１のエッチングは、ドライエッチングおよびウエットエッチングのいずれで行ってもよい。またエッチャントとしては、異方性であっても等方性であってもよい。振動部１００の形状の設計に依存するが、振動部１００の断面を矩形とするならば異方性の高いエッチャントを選択するとよい。たとえば、第１開口部Ｈ１をドライエッチングによって形成する場合は、エッチングガスは、ＣＦ４、ＳＦ６、ＣＨＦ３、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＨＣｌ３から選ばれる少なくとも１種を含むものが好ましい。またこのエッチングは複数回行ってもよい。このエッチングのストッパ層はシリコン層３０ａであるが、第２開口部Ｈ２を形成する工程で第１開口部Ｈ１の下のシリコン層３０ａは除去されるため、ある程度であればシリコン層３０ａをエッチングしても構わない。このようにして第１開口部Ｈ１が形成されると、同時に振動部１００が形成される。第１開口部Ｈ１は、振動部１００のビーム部１２０の上方に所定数の圧電素子７５が配置されるように形成される。
【００５０】
次に、図１および図３に示すような第２開口部Ｈ２を形成する工程を行う。第２開口部Ｈ２は、シリコン層３０ａをドライエッチングして形成される。本工程のドライエッチングのエッチングガスは、第１開口部Ｈ１を介して、シリコン層３０ａに供給される。そしてエッチングが進むと、振動部１００の下のシリコン層３０ａが除去される。そのため、振動部１００の下に回り込んでエッチングすることができるように、本工程のエッチングガスは、等方的なエッチングが行われるものが選択される。また、本工程のエッチングガスには、他の層よりもシリコン層３０ａに対してエッチング作用が大きいガスが選ばれる。本工程のエッチングガスとしては、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＩＦ３、およびＩＦ５の少なくとも１種が好ましい。シリコン層３０ａの下方に酸化シリコン層２０を有するため、酸化シリコン層２０がエッチングストッパ層として機能する。そのため、第２開口部Ｈ１が厚くエッチングされすぎることがないため、エッチングガスを節約することができる。本工程のドライエッチングは、振動部１００の下部のシリコン層３０ａが除去されると停止される。したがって第１開口部Ｈ１の外側および振動部１００のビーム結合部１１０の外側あるいは基部４２の下のシリコン層３０ａ（アンダーカット部３２に相当）も除去される場合がある。
【００５１】
以上のようにして圧電振動子３００が製造される。本実施形態の圧電振動子３００の製造方法は、以下のような特徴を有する。
【００５２】
本実施形態の製造方法においては、ドライエッチングにより振動部１００の下のシリコン層３０ａが除去されるため、ウエットエッチングにおいて問題となったスティッキングを起こさずに圧電振動子３００を製造することができる。これにより圧電振動子３００の製造における歩留まりが向上する。
【００５３】
２．第２実施形態
本実施形態の圧電振動子４００は、蓋状部９０が形成され、これによって空隙部Ｈ３、通気孔Ｈ４が形成されること、圧電素子７５の電極が外部機器との電気的接続のために蓋状部９０の外側まで形成されること以外は、第１実施形態の圧電振動子３００と同様である。したがって第１実施形態における圧電振動子３００の部材と実質的に同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５４】
また、本実施形態の圧電振動子４００の製造方法は、犠牲層８０を形成する工程と、蓋状部９０、通気孔Ｈ４および空隙部Ｈ３を形成するための工程とを有する以外は、第１実施形態の圧電振動子３００の製造方法と同様である。したがって第１実施形態において説明した工程と実質的に同一の工程については、その詳細な説明を省略する。
【００５５】
２．１．圧電振動子４００
図１０は、圧電振動子４００を模式的に示す平面図である。図１１は、圧電振動子４００を模式的に示す断面図である。図１０のＡ−Ａ線の断面図は、図１１に相当する。図１５は、圧電振動子４００の変形例を模式的に示す断面図である。
【００５６】
圧電振動子４００は、基板１０と、酸化シリコン層２０と、シリコン層３０と、振動部形成層４０と、第１開口部Ｈ１と、振動部１００と、第２開口部Ｈ２と、駆動部２００と、蓋状部９０と、空隙部Ｈ３と、通気孔Ｈ４と、を有する。
【００５７】
蓋状部９０は、空隙部Ｈ３を介して振動部１００を覆うように形成される。蓋状部９０は、図１１に示すように、駆動部２００の上の部分をも覆うように形成される。蓋状部９０は、振動部１００を覆い第１開口部Ｈ１よりも外側の振動部形成層４０に接して形成される。また、蓋状部９０は、振動部１００のビーム結合部１１０よりも外側の振動部形成層４０に接して形成される。この様子は、図１１等に空隙部Ｈ３の端部８２として描かれている。蓋状部９０で振動部１００が覆われるため、圧電振動子４００においては、圧電素子７５の各電極は蓋状部９０の外側まで延長される。蓋状部９０は、振動部１００より外側の電極の上に形成されるため、蓋状部９０によって振動部１００の動作が阻害されることはない。このような配線としては、図１０および図１１のように、圧電素子７５を外部まで延長して、各電極を取り出すことができる。また、圧電体層６０の一部を絶縁体で形成することによって、各電極を蓋状部９０の外側まで延長してもよい。このような引き出し配線は、蓋状部９０の外側で他の回路との接続ができれば、その他の方法によって設置されてもよい。
【００５８】
蓋状部９０には、空隙部Ｈ３に通じる通気孔Ｈ４が形成される（図１０および図１１参照）。蓋状部９０は、単層構造であっても多層構造であってもよい。蓋状部９０は、振動部１００が外部から振動等の影響を受けないように、あるいは、外部の物体が振動部１００に物理的に接触しないように保護する機能を有する。また、通気孔Ｈ４を塞ぎ（図１５参照）、空隙部Ｈ３が減圧状態となる場合には、蓋状部９０は、圧力隔壁となる機能を有する。蓋状部９０の厚みは、１μｍないし１０μｍとすることができる。蓋状部９０の材質としては、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムおよび窒化シリコンから選択することができる。また、蓋状部９０の材質および層構成は、振動部形成層４０と同じでも異なってもよい。
【００５９】
空隙部Ｈ３は、蓋状部９０によって覆われた空間である。空隙部Ｈ３は、第１開口部Ｈ１と連続している。空隙部Ｈ３は、片持ち梁状の振動部１００が自由に運動できる程度の容積を有する。空隙部Ｈ３は、適宜気体を満たすことができる他、減圧状態にすることもできる。
【００６０】
通気孔Ｈ４は、図１０および図１１に示すように、蓋状部９０に形成される。通気孔Ｈ４の形状は、蓋状部９０の強度を低下させない限り特に限定されない。通気孔Ｈ４は、１つだけ形成されても、蓋状部９０の強度を低下させない限り複数形成されてもよい。通気孔Ｈ４が形成される位置は、振動部１００に外部の振動などの影響が及ばないように振動部１００よりも外側が好ましい。特に通気孔Ｈ４を塞ぐなどの変形を行う場合には、通気孔Ｈ４を塞ぐ際に、振動部１００の部材に封止のための部材が堆積して重量を変化させ振動周波数のずれを生じてしまうためこのようにすることが望ましい。さらに、図１０および図１１に示すように、第１開口部Ｈ１よりも外側のアンダーカット部８２に形成されることが好ましい（後述する）。通気孔Ｈ４は、圧電振動子４００を製造する際のドライエッチングのエッチングガスを内部に供給する機能を有する。また、通気孔Ｈ４は、圧電振動子４００の内部の各空間にガスを導入したり、圧電振動子４００の内部の各空間を減圧するために利用することができる。
【００６１】
本実施形態の圧電振動子４００は、外部から振動等の影響を受けないように、あるいは、外部の物体が振動部１００に物理的に接触しないように、振動部１００を保護する蓋状部９０を有するため、信頼性が高い。
【００６２】
圧電振動子４００の変形例としては、図１５に示すように、通気孔Ｈ４を塞ぐような封止層９４をさらに有することができる。封止層９４は、通気孔Ｈ４を塞ぐ機能の他、蓋状部９０の機械的強度を高める機能を有してもよい。封止層９４の厚みは、１μｍないし１０μｍとすることができる。封止層９４の材質は、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムおよび窒化シリコンのいずれかとすることができる。封止層９４の材質は、蓋状部９０の材質と同じでも異なってもよい。封止層９４は、蒸着法、スパッタ法などの回り込みの少ない方法によって形成されることができる。図１５に示すように、このような方法で通気孔Ｈ４を塞ぐには、通気孔Ｈ４の下に深い空間があると、封止層９４を厚く形成しなければならない。このようなことをあらかじめ避けるために、アンダーカット部８２に通気孔Ｈ４が形成されることが好ましい。
【００６３】
圧電振動子４００は、このような変形により、空隙部Ｈ３に不活性気体を封止したり、空隙部Ｈ３を減圧空間とすることができる。このため、大気中の水分による圧電素子７５の劣化や、空気抵抗による振動部１００への過負荷などによる特性の劣化を抑制することができ、圧電振動子４００の信頼性をさらに高めることができる。
【００６４】
２．２．圧電振動子４００の製造方法
本実施形態の圧電振動子４００の製造方法は、第１実施形態の工程の他に、犠牲層８０を形成する工程と、蓋状部９０、通気孔Ｈ４および空隙部Ｈ３を形成するための工程とを有する。これらの工程は、振動部１００を形成した後すなわち図９に示す工程の後に行われる。
【００６５】
図１２ないし図１４は、本実施形態の圧電振動子４００の製造工程を模式的に示す断面図である。図１２ないし図１４は、図１０のＡ−Ａ線の断面に対応する。
【００６６】
本実施形態においては、駆動部２００を形成する工程は、図１２に示すような形状に圧電素子７５をパターニングして行われる。各圧電素子７５の電極は、蓋状部９０の外側まで延設されるようにパターニングされる。
【００６７】
犠牲層８０は、図１２に示すように、第１開口部Ｈ１を塞ぐように形成されるとともに、振動部形成層４０の上に少なくとも振動部１００および駆動部２００を覆うように形成される。犠牲層８０は、空隙部Ｈ３を形成するための層であり、空隙部Ｈ３が形成されるときに除去されて残らない。犠牲層８０は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより形成することができる。また、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術によってパターニングされることができる。犠牲層８０の形状は、図１２に示すように、振動部１００および第１開口部Ｈ１の上の領域よりも外側に端を有するようにすることができる。図１２は、この部分に符号８２を付して示している。また、犠牲層８０の第１開口部Ｈ１を塞ぐ部分は、図１２に示すように、必ずしも第１開口部Ｈ１の全てを埋める必要はない。犠牲層８０は、蓋状部９０および振動部形成層４０とエッチングレートが異なる材料で形成される。犠牲層８０の材質としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコンおよび単結晶シリコンの少なくとも１種を選択することができる。このような材質であれば、第２開口部Ｈ２を形成する際に同時に犠牲層８０をドライエッチングすることができる。
【００６８】
次に、図１３に示すように、犠牲層８０の上に蓋状部９０を形成する工程を行う。この工程は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより行うことができる。次いで、図１４に示すように蓋状部９０に犠牲層８０に通じる通気孔Ｈ４を形成する工程を行う。この工程は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行うことができる。
【００６９】
次に、犠牲層８０をエッチングして除去して空隙部Ｈ３を形成するとともに、第１開口部Ｈ１内の犠牲層８０を除去する工程を行う。この工程は、ドライエッチングおよびウエットエッチングのいずれで行ってもよい。またエッチャントとしては、異方性であっても等方性であってもよい。その他の部材をエッチングしないように選択性の高いエッチャントを選択することが好ましい。
【００７０】
そして通気孔Ｈ４および第１開口部Ｈ１を介してエッチングガスを供給して、第１実施形態と同様に第２開口部Ｈ２を形成する工程を行って、圧電振動子４００が製造される。ここで、犠牲層８０をシリコンで形成し、かつ犠牲層８０をエッチングして除去して空隙部Ｈ３を形成するとともに、第１開口部Ｈ１内の犠牲層８０を除去する工程を、ドライエッチングで行い、エッチングガスとして、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＩＦ３、およびＩＦ５の少なくとも１種を選択することができる。このようにすれば、通気孔Ｈ４を形成した後、通気孔Ｈ４を介してエッチングガスを供給して一貫して第２開口部Ｈ２まで形成することができる。
【００７１】
本実施形態の圧電振動子４００の製造方法は、さらに、通気孔Ｈ４を塞ぐように封止層９４を形成する工程を有することができる。この工程は、上述したように蒸着法、スパッタ法などの回り込みの少ない方法によって形成されることができる。このような方法によれば、空隙部Ｈ３内を減圧空間とすることが容易である。
【００７２】
以上のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【００７３】
３．発振器５００
次に本発明にかかる電子機器の一例として発振器５００を説明する。
【００７４】
図１６は、上述した圧電振動子３００を有する発振器５００の基本的構成を示す回路図である。発振器５００は、この回路（発振回路）を含むことができる。発振回路は、電気信号を増幅する増幅器４０１と、増幅器４０１の入出力間に接続された帰還回路４１０と、を有する。増幅器４０１は、例えばＣＭＯＳインバータからなる。帰還回路４１０は、例えば、圧電振動子３００と、抵抗４０３と、２つのコンデンサ４０４，４０５と、を備える。増幅器４０１には、直流電源から電圧Ｅが印加されている。電源電圧Ｅを増大させていき発振開始電圧になると、電流Ｉが急激に増加して発振が開始される。さらに電源電圧Ｅを増大させると、発振状態を保ちながら電流Ｉがほぼ比例して増加する。
【００７５】
図１７は、本実施形態に係る発振器５００を概略的に示す平面図であり、図１８は、発振器５００を概略的に示す断面図である。なお、図１８は、図１７のＸ−Ｘ線断面図である。また、図１６および図１７では便宜上、圧電振動子３００を簡略化して示している。
【００７６】
発振器５００は、封止材５０２により封止されている。ＩＣ（集積回路）５０３は、金線などのボンディングワイヤ５０４により外部端子５７０に接続されている。外部端子５７０は、リードフレーム５０５および接合材５０６を介して、実装端子５４１と電気的に接続されている。実装端子５４１は、配線（図示せず）などにより、圧電振動子３００の各電極と電気的に接続されている。圧電振動子３００は、蓋部材５３９やシール部材５４０などにより封止されている。
【００７７】
図１９は、本実施形態に係る発振器５００の製造工程例を概略的に示す図である。
【００７８】
まず、ＩＣウェハに対してテープ貼りおよびダイシングを行う。次に、ＩＣ５０３のチップをリードフレーム５０５に搭載する。次に、ボンディングワイヤ５０４を用いてＩＣ５０３に対してワイヤボンディングを行う。
【００７９】
次に、圧電振動子３００の実装端子５４１を、半田などの接合材５０６を用いてリードフレーム５０５に接合して、圧電振動子３００をマウントする。次に、封止材（モールド材）５０２を用いて、圧電振動子３００、ＩＣ５０３などを樹脂封止する。その後、特性検査、マーキングを行い、テーピング、梱包し、出荷される。
【００８０】
また、図示はしないが、例えば、圧電振動子３００が形成される基板１０（図３参照）に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子３００に平面的に隣接するＩＣを形成し、本実施形態に係る発振器を形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型の発振器を形成することができる。
【００８１】
４．リアルタイムクロック６００
次に、本発明にかかる電子機器の一例としてリアルタイムクロック６００を説明する。
【００８２】
図２０は、上述した発振器（ＯＳＣ）５００を有するリアルタイムクロック６００を概略的に示す回路ブロック図である。リアルタイムクロック６００の集積回路部は、単一の基板６０１に集積され、マイクロプロセッサ（図示せず）と接続されている。
【００８３】
計時用接続端子６０２，６０３に接続されている発振器５００からは高周波（例えば３２ｋＨｚ）のクロックパルスが出力される。クロックパルスは分周回路６０５で分周され、１Ｈｚの計時パルスが計時カウンタ６０６に入力される。計時カウンタ６０６は、例えば、秒計時ビットｓと、分計時ビットｍと、時計時ビットｈと、曜日計時ビットｄと、日計時ビットＤと、月計時ビットＭと、年計時ビットＹとから構成されている。所定数の計時パルスが計時カウンタ６０６に入力されると、それぞれの計時ビットは繰り上がることができる。計時カウンタ６０６には、計時ビットの書き換えおよび読み出しを行う制御部６２０が接続されている。制御部６２０は、例えば、コマンドデコーダ６１２と、シフトレジスタ６０９，６１０と、を有することができる。
【００８４】
計時カウンタ６０６の計時ビットを書き換える場合には、まず、マイクロプロセッサからセレクト入力端子６０７にセレクト信号を供給する。次に、マイクロプロセッサからデータ入力端子６０８に、書き換えるべき情報を表すデータビットと、計時ビットのアドレスを表すアドレスビットと、計時カウンタ６０６への書き込み動作を表す操作ビットとから構成される外部情報を供給する。その結果、外部情報は、直列に接続されたシフトレジスタ６０９，６１０に記憶される。そして、コマンドデコーダ６１２は、シフトレジスタ６１０に記憶された操作ビットとアドレスビットに基づき、ライトイネーブル信号を計時カウンタ６０６に送出するとともに、計時ビットを指定するアドレス信号を出力する。その結果、シフトレジスタ６０９に記憶されたデータビットが計時カウンタ６０６の計時ビットに書き込まれ、リアルタイムデータの書き換えが行われる。
【００８５】
また、計時カウンタ６０６からリアルタイムデータを読み出す場合には、マイクロプロセッサから、読み出し動作を表す操作ビットを有する外部情報を送出させる。そして、コマンドデコーダ６１２は、計時カウンタ６０６へのライトイネーブル信号をインアクティブ状態にする。その結果、インバータ６１３がアクティブ状態のライトイネーブル信号をシフトレジスタ６０９に供給し、シフトレジスタ６０９が読み込み可能状態になり、計時カウンタ６０６の内容はシフトレジスタ６０９に読み出される。シフトレジスタ６０９に読み出されたリアルタイムデータは、クロック入力端子６１４に印加されるクロック信号に同期して、データ出力端子６１５に転送され、例えばマイクロプロセッサのレジスタなどに送出される。
【００８６】
なお、例えば計算結果などのデータは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６１６に記憶させることができる。
【００８７】
図２１は、本実施形態に係るリアルタイムクロック６００を概略的に示す上面透視図であり、図２２は、リアルタイムクロック６００を概略的に示す側面透視図である。なお、図２２は、図２１の矢印ＸＩＶの方向に見た図である。
【００８８】
発振回路などを有するＩＣチップ６５１は、リードフレーム６５２のアイランド部６５３に導電性接着剤などで接着固定されている。ＩＣチップ６５１の上面に設けられた各電極パッド６５４は、ボンディングワイヤ６５５により、パッケージの外周部に配置された入出力用リード端子６５６と電気的に接続されている。平面視において、ＩＣチップ６５１の隣には、圧電振動子３００を内部に収めている振動子用筐体６５７が配置されている。振動子用筐体６５７内には、例えば図１ないし図３に示す圧電振動子３００が気密状態で封止されている。圧電振動子３００の各電極に電気的に接続されたリード６５８は、振動子用筐体６５７内から外に突出している。リード６５８は、リードフレーム６５２の接続パッド６５９に導電性接着剤などで接着固定されている。ＩＣチップ６５１、リードフレーム６５２および振動子用筐体６５７は、樹脂６６０により一体成形されてパッケージ化されている。
【００８９】
また、図示はしないが、例えば、圧電振動子３００が形成される基体１０（図３参照）に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子３００に平面的に隣接するＩＣを形成し、本実施形態に係るリアルタイムクロックを形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型のリアルタイムクロックを形成することができる。
【００９０】
５．電波時計受信モジュール８００
次に、本発明の電子機器の一例である電波時計受信モジュール８００を説明する。
【００９１】
図２３は、本実施形態に係る電波時計受信モジュール８００を概略的に示す回路ブロック図である。
【００９２】
電波時計受信モジュール８００は、受信部８０１と、周波数フィルタ８０５と、周辺回路８１０と、上述したリアルタイムクロック（ＲＴＣ）６００と、を含む。周波数フィルタ８０５は、例えば図１０および図１１に示す圧電振動子４００（４００Ａ，４００Ｂ）を有する。周辺回路８１０は、例えば、検波・整流回路８０６と、波形整形回路８０７と、中央演算処理装置（ＣＰＵ）８０８と、を有することができる。
【００９３】
電波時計は、時刻情報を含む標準電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）に標準電波を送信する送信所がある。
【００９４】
受信部（例えばアンテナ）８０１は、４０ｋＨｚまたは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。標準電波は、４０ｋＨｚまたは６０ｋＨｚの搬送波に振幅変調（ＡＭ）をかけて時刻情報（タイムコード）を乗せたものである。
【００９５】
受信された電気信号は、アンプ８０２によって増幅され、搬送周波数と同一の共振周波数を有する圧電振動子４００Ａ，４００Ｂを有する周波数フィルタ８０５によって、濾波、同調される。濾波された電気信号からは、周辺回路８１０により、タイムコードを読み出すことができる。具体的には、まず、濾波された所定周波数の信号は、検波・整流回路８０６により検波復調される。そして、波形整形回路８０７を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ８０８でカウントされる。ＣＰＵ８０８では、例えば、現在の年、積算日、曜日、時刻などの情報が読み取られる。読み取られた情報は、ＲＴＣ６００に反映されて、正確な時刻情報が表示される。
【００９６】
搬送波は４０ｋＨｚまたは６０ｋＨｚであるから、周波数フィルタ８０５の圧電振動子４００Ａ，４００Ｂには、本発明に係る圧電振動子が好適である。
【００９７】
また、図示はしないが、例えば、圧電振動子４００が形成される基体１０（図１１参照）に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子４００に平面的に隣接するＩＣを形成し、本実施形態に係る電波時計受信モジュールを形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型の電波時計受信モジュールを形成することができる。
【００９８】
また本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明にかかる圧電振動子３００を模式的に示す平面図。
【図２】本発明にかかる圧電振動子３００を模式的に示す平面図。
【図３】本発明にかかる圧電振動子３００を模式的に示す断面図。
【図４】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本発明にかかる圧電振動子４００を模式的に示す平面図。
【図１１】本発明にかかる圧電振動子４００を模式的に示す断面図。
【図１２】本発明の圧電振動子４００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】本発明の圧電振動子４００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１４】本発明の圧電振動子４００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１５】本発明の圧電振動子４００の変形例を模式的に示す断面図。
【図１６】本発明の発振器５００の基本的構成を示す回路図。
【図１７】本発明の発振器５００を概略的に示す平面図。
【図１８】本発明の発振器５００を概略的に示す断面図。
【図１９】本発明の発振器５００の製造工程例を概略的に示す図。
【図２０】本発明のリアルタイムクロック６００を概略的に示す回路ブロック図。
【図２１】本発明のリアルタイムクロック６００を概略的に示す上面透視図。
【図２２】本発明のリアルタイムクロック６００を概略的に示す側面透視図。
【図２３】本発明の電波時計受信モジュール８００を概略的に示す回路ブロック図。
【符号の説明】
【０１００】
１０ 基板、２０ 酸化シリコン層、３０，３０ａ シリコン層、
３２ アンダーカット部、４０，４０ａ 振動部形成層、４２ 基部、５０ 下部電極、
５０ａ 下部電極層、６０，６０ａ 圧電体層、７０ 上部電極、７０ａ 上部電極層、
７５ 圧電素子、８０ 犠牲層、８２ アンダーカット部、９０ 蓋状部、
９４ 封止層、１００ 振動部、１１０ ビーム結合部、１２０ ビーム部、
２００ 駆動部、Ｈ１ 第１開口部、Ｈ２ 第２開口部、Ｈ３ 空隙部、
Ｈ４ 通気孔、３００，４００ 圧電振動子、４０１ 増幅器、４０３ 抵抗、
４０４，４０５ コンデンサ、４１０ 帰還回路、５００ 発振器、５０２ 封止材、
５０３ ＩＣ、５０４ ボンディングワイヤ、５０５ リードフレーム、
５０６ 接合材、５３９ 蓋部材、５４０ シール部材、５４１ 実装端子、
５７０ 外部端子、６００ リアルタイムクロック、６０１ 基板、
６０２，６０３ 計時用接続端子、６０５ 分周回路、６０６ 計時カウンタ、
６０７ セレクト入力端子、６０８ データ入力端子、
６０９，６１０ シフトレジスタ、６１２ コマンドデコーダ、６１３ インバータ、
６１４ クロック入力端子、６１５ データ出力端子、６２０ 制御部、
６５１ ＩＣチップ、６５２ リードフレーム、６５３ アイランド部、
６５４ 電極パッド、６５５ ボンディングワイヤ、６５６ 入出力用リード端子、
６５７ 振動子用筐体、６５８ リード、６５９ 接続パッド、６６０ 樹脂、
８００ 電波時計受信モジュール、８０１ 受信部、８０２ アンプ、
８０５ 周波数フィルタ、８０６ 検波・整流回路、８０７ 波形整形回路、
８０８ ＣＰＵ、８１０ 周辺回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、
前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、
前記シリコン層の上に接して形成された振動部形成層と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部内に片持ち梁状に形成され、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する振動部と、
前記シリコン層を貫通し、前記第１開口部と前記振動部の下に形成された第２開口部と、
前記ビーム部の上方に形成された、圧電素子を備えた駆動部と、
を有する、圧電振動子。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、前記振動部を空隙部を介して覆う蓋状部を含み、
前記蓋状部は、前記空隙部に通じる通気孔を有する、圧電振動子。
【請求項３】
請求項２において、
さらに、少なくとも前記通気孔を塞ぐように形成された封止層を有する、圧電振動子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記振動部形成層は、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および窒化シリコンから選ばれる物質の単層または多層構造である、圧電振動子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記ビーム部の本数は、偶数である、圧電振動子。
【請求項６】
基板と、前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、を有する基体を準備する工程と、
前記シリコン層の上に接して振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上方に圧電素子を備えた駆動部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第２開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第２開口部を形成する工程は、前記第１開口部を介してエッチングガスを供給して行われる、圧電振動子の製造方法。
【請求項７】
基板と、前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、を有する基体を準備する工程と、
前記シリコン層の上に接して振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上方に圧電素子を備えた駆動部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記第１開口部を塞ぐとともに、前記振動部形成層の上に少なくとも前記振動部および前記駆動部を覆うように犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に蓋状部を形成する工程と、
前記蓋状部に前記犠牲層に通じる通気孔を形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングして除去して空隙部を形成するとともに、前記第１開口部を塞ぐ犠牲層をエッチングして除去する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第２開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第２開口部を形成する工程は、前記空隙部および前記第１開口部を介してエッチングガスを供給して行われる、圧電振動子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
さらに、少なくとも前記通気孔を塞ぐように封止層を形成する工程を有する、圧電振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、
前記通気孔は、平面的に見て、前記第１開口部よりも外側に形成された前記犠牲層の上の領域に形成される、圧電振動子の製造方法。
【請求項１０】
請求項７ないし請求項９のいずれかにおいて、
前記空隙部を形成するとともに前記第１開口部を塞ぐ犠牲層を除去する工程は、ドライエッチングにより行われる、圧電振動子の製造方法。
【請求項１１】
請求項６ないし請求項１０のいずれかにおいて、
前記ドライエッチングは、エッチングガスとして、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＩＦ３、およびＩＦ５の少なくとも１種を用いる、圧電振動子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の圧電振動子を有する電子機器。
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、
前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、
前記シリコン層の上に接して形成された振動部形成層と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部内に片持ち梁状に形成され、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する振動部と、
前記シリコン層を貫通し、前記第１開口部と前記振動部の下に形成された第２開口部と、
前記ビーム部の上方に形成された、圧電素子を備えた駆動部と、
を有する、圧電振動子。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、前記振動部を空隙部を介して覆う蓋状部を含み、
前記蓋状部は、前記空隙部に通じる通気孔を有する、圧電振動子。
【請求項３】
請求項２において、
さらに、少なくとも前記通気孔を塞ぐように形成された封止層を有する、圧電振動子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記振動部形成層は、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および窒化シリコンから選ばれる物質の単層または多層構造である、圧電振動子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記ビーム部の本数は、偶数である、圧電振動子。
【請求項６】
基板と、前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、を有する基体を準備する工程と、
前記シリコン層の上に接して振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上方に圧電素子を備えた駆動部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第２開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第２開口部を形成する工程は、前記第１開口部を介してエッチングガスを供給して行われる、圧電振動子の製造方法。
【請求項７】
基板と、前記基板の上方に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上方に形成されたシリコン層と、を有する基体を準備する工程と、
前記シリコン層の上に接して振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上方に圧電素子を備えた駆動部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第１開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定されたビーム結合部と前記ビーム結合部から延びる複数本のビーム部とを有する片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記第１開口部を塞ぐとともに、前記振動部形成層の上に少なくとも前記振動部および前記駆動部を覆うように犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に蓋状部を形成する工程と、
前記蓋状部に前記犠牲層に通じる通気孔を形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングして除去して空隙部を形成するとともに、前記第１開口部を塞ぐ犠牲層をエッチングして除去する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第２開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第２開口部を形成する工程は、前記空隙部および前記第１開口部を介してエッチングガスを供給して行われる、圧電振動子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
さらに、少なくとも前記通気孔を塞ぐように封止層を形成する工程を有する、圧電振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、
前記通気孔は、平面的に見て、前記第１開口部よりも外側に形成された前記犠牲層の上の領域に形成される、圧電振動子の製造方法。
【請求項１０】
請求項７ないし請求項９のいずれかにおいて、
前記空隙部を形成するとともに前記第１開口部を塞ぐ犠牲層を除去する工程は、ドライエッチングにより行われる、圧電振動子の製造方法。
【請求項１１】
請求項６ないし請求項１０のいずれかにおいて、
前記ドライエッチングは、エッチングガスとして、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＩＦ３、およびＩＦ５の少なくとも１種を用いる、圧電振動子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の圧電振動子を有する電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００８−２３６３６３（Ｐ２００８−２３６３６３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７２９６２（Ｐ２００７−７２９６２）
【出願日】平成１９年３月２０日（２００７．３．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２０日（２００７．３．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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