圧電振動子およびその製造方法並びに電子装置
【課題】小型化が可能かつ信頼性が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第１絶縁体層２０と、第１絶縁体層２０の上に形成された第２絶縁体層３０と、第２絶縁体層３０の上に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と、第１開口部Ｈ１内に振動部形成層４０を片持ち梁状に形成してなる振動部１００と、第２絶縁体層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、振動部１００の上に形成された圧電素子部２００と、を有し、振動部形成層４０は、酸化物、窒化物および酸化窒化物から選ばれる少なくとも１種からなる層を有する。
【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第１絶縁体層２０と、第１絶縁体層２０の上に形成された第２絶縁体層３０と、第２絶縁体層３０の上に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と、第１開口部Ｈ１内に振動部形成層４０を片持ち梁状に形成してなる振動部１００と、第２絶縁体層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、振動部１００の上に形成された圧電素子部２００と、を有し、振動部形成層４０は、酸化物、窒化物および酸化窒化物から選ばれる少なくとも１種からなる層を有する。
【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装置に関する。
【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ある。このような振動子は、小型化が難しいため、シリコンのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて、振動子をより小型化する検討が行われている。
【０００３】
シリコンのＭＥＭＳを用いた振動子は、半導体の精密な製造プロセスによって製造することができる。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）とした振動子が開示されている。この振動子は、ＳＯＩ基板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て、片持ち梁状の振動部を形成している。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。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と、圧電素子がエッチングされないようにこれを保護する工夫がさらに必要となる。
【特許文献１】特開２００６−０３００６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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と、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。スティッキングとは、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現象である。スティッキングが生じると、振動部を正常な片持ち梁の状態に戻すことが難しかった。
【０００５】
一方、振動部の形状としては、ビーム結合部とビーム結合部から延びる複数本のビーム部を有した形状の音叉型やＨ型と、１本のビーム部のみからなるユニモルフ型とがある。これらのうち、特にユニモルフ型の振動部は、その長さが振動の周波数に直接関与するため、片持ち梁の固定端を形成するために、より高い精度が求められる。
【０００６】
本発明の目的は、小型化が可能かつ信頼性が高い圧電振動子を提供すること、スティッキングを生じない当該圧電振動子の製造方法を提供すること、および当該圧電振動子を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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第１絶縁体層と、
前記第１絶縁体層の上に形成された第２絶縁体層と、
前記第２絶縁体層の上に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開口部と、
前記第１開口部内に前記振動部形成層を片持ち梁状に形成してなる振動部と、
前記第２絶縁体層を貫通し、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、
前記振動部の上に形成された圧電素子部と、
を有し、
前記振動部形成層は、酸化物、窒化物および酸化窒化物から選ばれる少なくとも１種からなる層を有する。
【０００８】
このような圧電振動子は、振動部の材質を広く選択することができるため、設計の幅が広い。そのため振動部の小型化が可能であるとともに、振動部の強度も選択できるため信頼性が高い。
【０００９】
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。
【００１０】
本発明にかかる圧電振動子において、
平面視において、前記振動部の基端側にある第２開口部の輪郭線は、前記振動部と前記振動部形成層との境界線よりも内側にあることができる。
【００１１】
このようにすれば、振動部の信頼性をさらに高くすることができる。
【００１２】
本発明にかかる圧電振動子において、
前記第２絶縁体層と前記振動部形成層とが連続していることができる。
【００１３】
本発明にかかる圧電振動子において、
前記振動部は、ビーム結合部と前記ビーム結合部から伸びる複数本のビーム部を有することができる。
【００１４】
なお、本発明において、振動部の基端側とは、片持ち梁状に形成された振動部の付け根側のことを指す。
【００１５】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされた第２絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記第２絶縁体層を覆うようにシリコン層を形成する工程と、
前記シリコン層の上面を研磨して前記第２絶縁体層を露出させる工程と、
前記シリコン層と前記第２絶縁体層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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。
【００１６】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記シリコン層とを覆うように第２絶縁体層を形成する工程と、
前記第２絶縁体層の上面を研磨して前記シリコン層を露出させる工程と、
前記第２絶縁体層と前記シリコン層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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。
【００１７】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記シリコン層を覆うように振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上面を平坦化する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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において、
前記シリコン層は、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いずれかで形成されることができる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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】
【００２４】
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。
【００２５】
１．実施形態
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の振動部１００と第１開口部Ｈ１の関係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。
【００２６】
圧電振動子３００は、基板１０と、第１絶縁体層２０と、第２絶縁体層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、圧電素子部２００と、を有する。
【００２７】
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。
【００２８】
第１絶縁体層２０は、基板１０の上方に形成される。第１絶縁体層２０は、基板１０の間に他の層を介して形成されてもよい。第１絶縁体層２０は、上方に形成される第２開口部Ｈ２を形成する際のエッチングのストッパ層としての機能を有する。第１絶縁体層２０は、シリコン以外の材料で構成される。第１絶縁体層２０は、たとえば酸化シリコンで構成することができる。また、第１絶縁体層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。第１絶縁体層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。
【００２９】
第２絶縁体層３０は、第１絶縁体層２０の上に形成される。第２絶縁体層３０は、第１絶縁体層２０との間に他の層を介して形成されてもよい。第２絶縁体層３０には、第２開口部Ｈ２が形成される。第２絶縁体層３０の第２開口部Ｈ２以外の部分は、少なくとも振動部形成層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。第２絶縁体層３０の厚みは、たとえば１００ｎｍないし２０μｍとすることができる。第２絶縁体層３０は、シリコン以外の材料で構成される。第１絶縁体層２０は、たとえば酸化シリコンで構成することができる。
【００３０】
振動部形成層４０は、第２絶縁体層３０の上に形成される。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１および図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。振動部形成層４０の厚みは、１μｍないし２０μｍとすることができる。振動部形成層４０は、酸化物、窒化物および酸化窒化物の少なくとも１種からなる層を有する。具体的には、振動部形成層４０は、目的とする振動数や強度に応じて、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなどから選択される材料の層を有することができる。
【００３１】
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。すなわち、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。第１開口部Ｈ１は、第２開口部Ｈ２と連続している。そのため、振動部１００の片持ち梁状の先端側は、自由に運動できる。
【００３２】
振動部１００は、振動部形成層４０の一部からなる。振動部１００は、振動部形成層４０に一体的に連続している。振動部１００は、少なくとも一部が機械的に振動する。振動部１００は、第１開口部Ｈ１によって、片持ち梁状に形成される。図２に示した例では、振動部１００の形状は、略Ｃ字型の第１開口部Ｈ１に囲まれて、内側に半島状に突き出している。振動部１００の振動する部位は、境界線Ｌよりも振動部１００の先端側である。
【００３３】
第２開口部Ｈ２は、第２絶縁体層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の下面は、第１絶縁体層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。平面視において、振動部１００の基端近傍にある第２開口部Ｈ２の輪郭線は、境界線Ｌよりも外側とならないように形成される。特に振動部１００がユニモルフ型と称する１本の梁の形状であると、その振動の周波数は、長さに強く依存する。そのため、第２開口部Ｈ２の輪郭線が、境界線Ｌよりも外側になると、目的とした振動周波数と大きくずれてしまうためである。振動部１００の基端近傍以外の部分の第２開口部Ｈ２の輪郭線は、第１開口部Ｈ１の輪郭よりも外側でも内側でもよい。ここで、振動部１００の基端側とは、片持ち梁状に形成された振動部１００の付け根側を指す。
【００３４】
圧電素子部２００は、振動部１００の上方に形成される。圧電素子部２００が形成される位置は、振動部１００に振動を誘起できる位置であれば任意である。圧電素子部２００は、圧電素子７５を備える。圧電素子部２００には複数の圧電素子７５が備えられてもよい。圧電素子部２００は、圧電素子７５の動作によって振動部１００を振動させる機能を有する。図１および図３の例では、振動部１００に１つ圧電素子７５が設けられている。この例の圧電素子７５は、振動部１００の長手方向に伸縮するように設けられ、振動部形成層４０の面の法線方向に振動部１００が振動するようになっている。また圧電素子部２００に複数の圧電素子７５が備えられる場合には、圧電素子７５は、振動部１００を振動させるためのものと、振動部１００の振動方向のずれや振動数を検出するためのものとに機能を分担させることができる。
【００３５】
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、振動部１００の上方に形成される。下部電極５０は、振動部１００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、下方の振動部１００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、下方の振動部１００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１００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設置し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。
【００３６】
２．圧電振動子３００の変形例
圧電振動子３００は、以下のような変形が可能である。
【００３７】
図４は、変形例の圧電振動子３０１を模式的に示す平面図である。図５は、変形例の圧電振動子３０１を模式的に示す断面図である。図６は、変形例の圧電振動子３０２を模式的に示す断面図である。図７は、第１開口部Ｈ１および振動部１００の変形例を模式的に示す平面図である。
【００３８】
圧電振動子３００は、変形例として示す圧電振動子３０１のように変形してもよい。圧電振動子３０１は、図４および図５に示すように、平面視において、振動部１００の基端側にある第２開口部Ｈ２の輪郭線が、振動部１００と振動部形成層４０との境界線Ｌよりも内側にある。特にユニモルフ型と称する一本の梁で形成された振動部１００の場合、振動部１００は、基端付近を固定端として振動するため、基端付近に繰り返して応力が発生する。この応力は、第２開口部Ｈ２の輪郭線と境界線Ｌとが近いときはこの領域に集中する。しかし、基端付近に発生する応力は、第２開口部Ｈ２の輪郭線を境界線Ｌよりも内側にすれば、振動部１００の基端付近への集中を抑制することができる。すなわち、図５に示すような振動部１００の基端近傍において、第２開口部Ｈ２の輪郭が、境界線Ｌよりも振動部１００の先端側にある場合、基端付近に発生する応力は、境界線Ｌと境界線Ｌから離れた第２開口部Ｈ２の輪郭との位置に分散させることができる。
【００３９】
圧電振動子３００は、変形例として示す圧電振動子３０２のように変形してもよい。圧電振動子３０２は、第２絶縁体層３０と振動部形成層４０とが連続している。このようにすれば、振動動作の際に振動部形成層４０と第２絶縁体層３０との間の剥離等をさらに抑制することができる。また振動子の構造が単純になり小型化の際により望ましい。
【００４０】
圧電振動子３００の振動部１００は、図７に示すように、ビーム結合部１１０とビーム結合部１１０から伸びる複数本のビーム部１２０を有するように変形してもよい。このようにすることで、片持ち梁状に形成された振動部１００の付け根に隣接する振動部形成層４０の部分すなわち基部１１１に応力がほとんど発生しないようにすることができる。この変形例ではビーム部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７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をＨ型とする場合は、ビーム結合部１１０は、Ｔ型とすることができる。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。この変形例では、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７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７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、基部１１１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、基部１１１に応力がほとんど発生しなくなる。
【００４１】
圧電振動子３００は、上述のような変形によって、振動部１００の劣化が一層抑制され、振動部１００の信頼性を一層高めることができる。
【００４２】
本実施形態の圧電振動子３００は、振動部１００の材質を広く選択することができるため、設計の幅が広い。そのため振動部１００の小型化が可能であるとともに、振動部１００の強度も選択できるため信頼性が高い。さらに本実施形態の圧電振動子３００は、種々の変形実施が可能で、これにより信頼性を一層高めることができる。
【００４３】
３．圧電振動子３００の製造方法
圧電振動子３００の製造方法の一例について図面を参照して説明する。図８ないし図１３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。
【００４４】
本実施形態の圧電振動子３００の製造方法は、基板１０の上に第１絶縁体層２０を形成する工程と、第２絶縁体層を形成する工程と、シリコン層８０を形成する工程と、第２絶縁体層３０を露出させる工程と、振動部形成層４０を形成する工程と、圧電素子部２００を形成する工程と、第１開口部Ｈ１を形成するとともに、片持ち梁状の振動部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。
【００４５】
まず図４に示すように、基板１０の上方に第１絶縁体層２０を形成する。この工程は、基板１０の上に、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法により、形成することができる。基板１０にシリコン基板を用いた場合は、表面に熱酸化膜を形成し、これを第１絶縁体層２０としてもよい。また、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）基板を用いる場合は、ＳＯＩ基板の絶縁層を第１絶縁体層２０として用いることができる。
【００４６】
次に、第１絶縁体層２０の上に、パターニングされた第２絶縁体層３０を形成する。この工程は、第１絶縁体層２０の上に、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの方法により、第２絶縁体層３０となる層を全面的に形成し、公知の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、パターニングして行うことができる。この工程のパターニングによって除去された第２絶縁体層３０の領域の形状が、第２開口部Ｈ２の形状となる。
【００４７】
次に、第１絶縁体層２０と第２絶縁体層３０を覆うようにシリコン層８０を形成する。シリコン層８０は、圧電振動子３００が完成した時点では除去されている。シリコン層８０は、第２開口部Ｈ２を形成するための犠牲層として形成される。シリコン層８０は、特定のエッチングの際のエッチングレートが第１絶縁体層２０および第２絶縁体層３０のそれと異なるように選ばれる。たとえばシリコン層８０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いずれかで形成することができる。シリコン層８０を形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法およびＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法などを用いることができる。本工程によって形成されたシリコン層８０の上面は、凹凸が形成されることがある。
【００４８】
次に、シリコン層８０の上面を研磨して第２絶縁体層３０を露出する工程を行う。本工程の研磨方法としては、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いることができる。図９に示すように、本工程によって、シリコン層８０および第２絶縁体層３０の上面は、同一平面に乗り同時に平坦化される。この研磨は、第２絶縁体層３０が露出するまで行われるが、第２絶縁体層３０が露出した後も、第１絶縁体層２０が露出しない範囲でさらに研磨することもできる。
【００４９】
次に、図１０に示すように、振動部形成層４０ａをシリコン層８０と第２絶縁体層３０の上に形成する工程を行う。振動部形成層４０ａを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により形成することができる。
【００５０】
次に、図１１に示すように、振動部形成層４０ａの上に、圧電素子部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１２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を備えた圧電素子部２００が形成される。
【００５１】
次に、図１３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。たとえば、振動部形成層４０ａが酸化シリコンで形成されている場合は、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８０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８０は除去されるため、ある程度であればシリコン層８０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。振動部１００の振動領域の長さは、第１開口部Ｈ１と第２開口部Ｈ２の相対的な関係により決まる。第１開口部Ｈ１の形成においては、振動部１００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。
【００５２】
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８０をドライエッチングして除去して形成される。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８０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８０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８０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８０の下方に第１絶縁体層２０を有するため、第１絶縁体層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が深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、等方性のエッチングであるが、第２絶縁体層３０のパターニング工程によって形成された部位のみが除去されるため、振動部１００の端部近傍ではアンダーカット状となることがない。
【００５３】
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。
【００５４】
本実施形態の製造方法によれば、ドライエッチングにより振動部１００の下の第２絶縁体層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。
【００５５】
また、本実施形態の製造方法によれば、平面的に見た第１開口部Ｈ１と第２開口部Ｈ２の輪郭の相対的な位置をパターニングによって正確に決めることができる。すなわち、ドライエッチングの停止位置があらかじめ第２絶縁体層３０の形状によって決められるため、オーバーエッチングなどが発生せず、振動部１００の振動領域の形状を形成する精度が高く信頼性の高い圧電振動子３００を製造することができる。
【００５６】
４．圧電振動子の製造方法の変形例
本実施形態の圧電振動子の製造方法は、以下のような変形が可能である。
【００５７】
図１４ないし図１６は、本実施形態にかかる製造工程の変形例を模式的に示す断面図である。変形例１は、上述の製造工程の第１絶縁体層２０の上にパターニングされた第２絶縁体層３０を形成する工程に代えて、第１絶縁体層２０の上にパターニングされたシリコン層８０を形成する工程とする点が主な相違点である。以下の変形例の説明においては、上述の圧電振動子３００の製造方法で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。
【００５８】
４．１．製造方法の変形例１
図１４は、第１絶縁体層２０の上にパターニングされたシリコン層８０を形成した変形例である。この例では、シリコン層８０を形成した後に、図１５に示すように第２絶縁体層３０となる第２絶縁体層３０ａを形成する。そして第２絶縁体層３０ａの上面を研磨してシリコン層８０を露出させ、図９に示した構造を形成する。この後は、既に説明した図９以降の工程を経て圧電振動子３００，３０１が形成される。
【００５９】
第１絶縁体層２０の上にパターニングされたシリコン層８０を形成する工程は、第１絶縁体層２０の上に、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの方法により、シリコン層８０となる層を全面的に形成し、公知の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、パターニングして行うことができる。この工程のパターニングによって形成されたシリコン層８０の領域の形状が、第２開口部Ｈ２の形状となる。
【００６０】
第２絶縁体層３０となる第２絶縁体層３０ａを形成する工程は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法およびＳＯＧ法などを用いることができる。またこの工程は複数回繰り返してもよい。本工程によって形成された第２絶縁体層３０ａの上面は、凹凸が形成されることがある。
【００６１】
第２絶縁体層３０ａの上面を研磨してシリコン層８０を露出させ、図９に示した構造を形成する工程の研磨方法としては、ＣＭＰ法を用いることができる。図９に示すように、本工程によって、シリコン層８０および第２絶縁体層３０の上面は、同一平面に乗り同時に平坦化される。この研磨は、シリコン層８０が露出するまで行われるが、シリコン層８０が露出した後も、第１絶縁体層２０が露出しない範囲でさらに研磨することもできる。
【００６２】
４．２．製造方法の変形例２
変形例２は、変形例１の製造工程の第２絶縁体層３０ａの上面を研磨してシリコン層８０を露出させる工程に代えて、振動部形成層４０ａの上面を研磨して平坦化する工程とする点が主な相違点である。
【００６３】
図１６は、変形例２によって得られる構造を模式的に示す断面図である。変形例２は、変形例１の工程と同様に図１４に示す第１絶縁体層２０の上にパターニングされたシリコン層８０を形成した後の工程の変形例である。本変形例では図１５に示すように振動部形成層４０ａとなる振動部形成層４０ｂを形成する。そして振動部形成層４０ｂの上面を研磨して平坦化し、図１６に示した構造を形成する。この後は、既に説明した図１０以降の工程を経て圧電振動子３０２が形成される。
【００６４】
振動部形成層４０ａとなる振動部形成層４０ｂを形成する工程は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法およびＳＯＧ法などを用いることができる。またこの工程は複数回繰り返してもよい。本工程によって形成された第２絶縁体層３０ａの上面は、凹凸が形成されることがある。
【００６５】
振動部形成層４０ｂの上面を研磨して平坦化する工程の研磨方法としては、ＣＭＰ法を用いることができる。図９に示すように、本工程によって、上面が平坦化された振動部形成層４０ａが形成される。この研磨は、振動部形成層４０ａが所望の厚みになるまで行うことができる。
【００６６】
変形例１および変形例２のように第１絶縁体層２０の上にパターニングされたシリコン層８０を形成した変形においては、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）基板を利用して工程を簡略できる。すなわち、図１４に示すような構造の基板１０、第１絶縁層２０およびシリコン層８０を、それぞれＳＯＩ基板の基板、ＢＯＸ（絶縁）層および単結晶シリコン層を利用して形成することができる。この場合はシリコン層８０（単結晶シリコン層）をパターニングする工程から出発することができる。
【００６７】
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。
【００６８】
５．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。
【００６９】
図１７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。
【００７０】
図１８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１９は、発振器５００を概略的に示す断面図である。なお、図１９は、図１８のＸ−Ｘ線断面図である。また、図１７および図１９では便宜上、圧電振動子３００を簡略化して示している。
【００７１】
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。
【００７２】
図２０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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
６．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。
【００７７】
図２１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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
図２２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２３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２３は、図２２の矢印ＸＩＶの方向に見た図である。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
７．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。
【００８６】
図２４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。
【００８７】
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、例えば上述した圧電振動子３００と同様の圧電振動子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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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】
【００９４】
【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】第１開口部Ｈ１および振動部１００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】本発明にかかる圧電振動子３０１を模式的に示す平面図。
【図５】本発明にかかる圧電振動子３０１を模式的に示す断面図。
【図６】本発明にかかる圧電振動子３０２を模式的に示す断面図。
【図７】第１開口部Ｈ１および振動部１００を模式的に示す平面図。
【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】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】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１２】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１３】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１４】本発明の圧電振動子の製造工程の変形例を模式的に示す断面図。
【図１５】本発明の圧電振動子の製造工程の変形例を模式的に示す断面図。
【図１６】本発明の圧電振動子の製造工程の変形例を模式的に示す断面図。
【図１７】本発明の発振器５００の基本的構成を示す回路図。
【図１８】本発明の発振器５００を概略的に示す平面図。
【図１９】本発明の発振器５００を概略的に示す断面図。
【図２０】本発明の発振器５００の製造工程例を概略的に示す図。
【図２１】本発明のリアルタイムクロック６００を概略的に示す回路ブロック図。
【図２２】本発明のリアルタイムクロック６００を概略的に示す上面透視図。
【図２３】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２４】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】
【００９５】
１０ 基板、２０ 第１絶縁体層、３０，３０ａ 第２絶縁体層、
４０，４０ａ 振動部形成層、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、
８０，８０ａ シリコン層、１００ 振動部、１１０ ビーム結合部、１１１ 基部、
１２０ ビーム部、２００ 駆動部、Ｈ１ 第１開口部、Ｈ２ 第２開口部、
３００，３０１，３０２ 圧電振動子、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装置に関する。
【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ある。このような振動子は、小型化が難しいため、シリコンのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて、振動子をより小型化する検討が行われている。
【０００３】
シリコンのＭＥＭＳを用いた振動子は、半導体の精密な製造プロセスによって製造することができる。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）とした振動子が開示されている。この振動子は、ＳＯＩ基板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て、片持ち梁状の振動部を形成している。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。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と、圧電素子がエッチングされないようにこれを保護する工夫がさらに必要となる。
【特許文献１】特開２００６−０３００６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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と、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。スティッキングとは、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現象である。スティッキングが生じると、振動部を正常な片持ち梁の状態に戻すことが難しかった。
【０００５】
一方、振動部の形状としては、ビーム結合部とビーム結合部から延びる複数本のビーム部を有した形状の音叉型やＨ型と、１本のビーム部のみからなるユニモルフ型とがある。これらのうち、特にユニモルフ型の振動部は、その長さが振動の周波数に直接関与するため、片持ち梁の固定端を形成するために、より高い精度が求められる。
【０００６】
本発明の目的は、小型化が可能かつ信頼性が高い圧電振動子を提供すること、スティッキングを生じない当該圧電振動子の製造方法を提供すること、および当該圧電振動子を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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第１絶縁体層と、
前記第１絶縁体層の上に形成された第２絶縁体層と、
前記第２絶縁体層の上に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開口部と、
前記第１開口部内に前記振動部形成層を片持ち梁状に形成してなる振動部と、
前記第２絶縁体層を貫通し、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、
前記振動部の上に形成された圧電素子部と、
を有し、
前記振動部形成層は、酸化物、窒化物および酸化窒化物から選ばれる少なくとも１種からなる層を有する。
【０００８】
このような圧電振動子は、振動部の材質を広く選択することができるため、設計の幅が広い。そのため振動部の小型化が可能であるとともに、振動部の強度も選択できるため信頼性が高い。
【０００９】
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。
【００１０】
本発明にかかる圧電振動子において、
平面視において、前記振動部の基端側にある第２開口部の輪郭線は、前記振動部と前記振動部形成層との境界線よりも内側にあることができる。
【００１１】
このようにすれば、振動部の信頼性をさらに高くすることができる。
【００１２】
本発明にかかる圧電振動子において、
前記第２絶縁体層と前記振動部形成層とが連続していることができる。
【００１３】
本発明にかかる圧電振動子において、
前記振動部は、ビーム結合部と前記ビーム結合部から伸びる複数本のビーム部を有することができる。
【００１４】
なお、本発明において、振動部の基端側とは、片持ち梁状に形成された振動部の付け根側のことを指す。
【００１５】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされた第２絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記第２絶縁体層を覆うようにシリコン層を形成する工程と、
前記シリコン層の上面を研磨して前記第２絶縁体層を露出させる工程と、
前記シリコン層と前記第２絶縁体層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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。
【００１６】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記シリコン層とを覆うように第２絶縁体層を形成する工程と、
前記第２絶縁体層の上面を研磨して前記シリコン層を露出させる工程と、
前記第２絶縁体層と前記シリコン層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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。
【００１７】
本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記シリコン層を覆うように振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上面を平坦化する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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において、
前記シリコン層は、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いずれかで形成されることができる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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】
【００２４】
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。
【００２５】
１．実施形態
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の振動部１００と第１開口部Ｈ１の関係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。
【００２６】
圧電振動子３００は、基板１０と、第１絶縁体層２０と、第２絶縁体層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、圧電素子部２００と、を有する。
【００２７】
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。
【００２８】
第１絶縁体層２０は、基板１０の上方に形成される。第１絶縁体層２０は、基板１０の間に他の層を介して形成されてもよい。第１絶縁体層２０は、上方に形成される第２開口部Ｈ２を形成する際のエッチングのストッパ層としての機能を有する。第１絶縁体層２０は、シリコン以外の材料で構成される。第１絶縁体層２０は、たとえば酸化シリコンで構成することができる。また、第１絶縁体層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。第１絶縁体層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。
【００２９】
第２絶縁体層３０は、第１絶縁体層２０の上に形成される。第２絶縁体層３０は、第１絶縁体層２０との間に他の層を介して形成されてもよい。第２絶縁体層３０には、第２開口部Ｈ２が形成される。第２絶縁体層３０の第２開口部Ｈ２以外の部分は、少なくとも振動部形成層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。第２絶縁体層３０の厚みは、たとえば１００ｎｍないし２０μｍとすることができる。第２絶縁体層３０は、シリコン以外の材料で構成される。第１絶縁体層２０は、たとえば酸化シリコンで構成することができる。
【００３０】
振動部形成層４０は、第２絶縁体層３０の上に形成される。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１および図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。振動部形成層４０の厚みは、１μｍないし２０μｍとすることができる。振動部形成層４０は、酸化物、窒化物および酸化窒化物の少なくとも１種からなる層を有する。具体的には、振動部形成層４０は、目的とする振動数や強度に応じて、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなどから選択される材料の層を有することができる。
【００３１】
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。すなわち、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。第１開口部Ｈ１は、第２開口部Ｈ２と連続している。そのため、振動部１００の片持ち梁状の先端側は、自由に運動できる。
【００３２】
振動部１００は、振動部形成層４０の一部からなる。振動部１００は、振動部形成層４０に一体的に連続している。振動部１００は、少なくとも一部が機械的に振動する。振動部１００は、第１開口部Ｈ１によって、片持ち梁状に形成される。図２に示した例では、振動部１００の形状は、略Ｃ字型の第１開口部Ｈ１に囲まれて、内側に半島状に突き出している。振動部１００の振動する部位は、境界線Ｌよりも振動部１００の先端側である。
【００３３】
第２開口部Ｈ２は、第２絶縁体層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の下面は、第１絶縁体層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。平面視において、振動部１００の基端近傍にある第２開口部Ｈ２の輪郭線は、境界線Ｌよりも外側とならないように形成される。特に振動部１００がユニモルフ型と称する１本の梁の形状であると、その振動の周波数は、長さに強く依存する。そのため、第２開口部Ｈ２の輪郭線が、境界線Ｌよりも外側になると、目的とした振動周波数と大きくずれてしまうためである。振動部１００の基端近傍以外の部分の第２開口部Ｈ２の輪郭線は、第１開口部Ｈ１の輪郭よりも外側でも内側でもよい。ここで、振動部１００の基端側とは、片持ち梁状に形成された振動部１００の付け根側を指す。
【００３４】
圧電素子部２００は、振動部１００の上方に形成される。圧電素子部２００が形成される位置は、振動部１００に振動を誘起できる位置であれば任意である。圧電素子部２００は、圧電素子７５を備える。圧電素子部２００には複数の圧電素子７５が備えられてもよい。圧電素子部２００は、圧電素子７５の動作によって振動部１００を振動させる機能を有する。図１および図３の例では、振動部１００に１つ圧電素子７５が設けられている。この例の圧電素子７５は、振動部１００の長手方向に伸縮するように設けられ、振動部形成層４０の面の法線方向に振動部１００が振動するようになっている。また圧電素子部２００に複数の圧電素子７５が備えられる場合には、圧電素子７５は、振動部１００を振動させるためのものと、振動部１００の振動方向のずれや振動数を検出するためのものとに機能を分担させることができる。
【００３５】
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、振動部１００の上方に形成される。下部電極５０は、振動部１００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、下方の振動部１００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、下方の振動部１００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１００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設置し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。
【００３６】
２．圧電振動子３００の変形例
圧電振動子３００は、以下のような変形が可能である。
【００３７】
図４は、変形例の圧電振動子３０１を模式的に示す平面図である。図５は、変形例の圧電振動子３０１を模式的に示す断面図である。図６は、変形例の圧電振動子３０２を模式的に示す断面図である。図７は、第１開口部Ｈ１および振動部１００の変形例を模式的に示す平面図である。
【００３８】
圧電振動子３００は、変形例として示す圧電振動子３０１のように変形してもよい。圧電振動子３０１は、図４および図５に示すように、平面視において、振動部１００の基端側にある第２開口部Ｈ２の輪郭線が、振動部１００と振動部形成層４０との境界線Ｌよりも内側にある。特にユニモルフ型と称する一本の梁で形成された振動部１００の場合、振動部１００は、基端付近を固定端として振動するため、基端付近に繰り返して応力が発生する。この応力は、第２開口部Ｈ２の輪郭線と境界線Ｌとが近いときはこの領域に集中する。しかし、基端付近に発生する応力は、第２開口部Ｈ２の輪郭線を境界線Ｌよりも内側にすれば、振動部１００の基端付近への集中を抑制することができる。すなわち、図５に示すような振動部１００の基端近傍において、第２開口部Ｈ２の輪郭が、境界線Ｌよりも振動部１００の先端側にある場合、基端付近に発生する応力は、境界線Ｌと境界線Ｌから離れた第２開口部Ｈ２の輪郭との位置に分散させることができる。
【００３９】
圧電振動子３００は、変形例として示す圧電振動子３０２のように変形してもよい。圧電振動子３０２は、第２絶縁体層３０と振動部形成層４０とが連続している。このようにすれば、振動動作の際に振動部形成層４０と第２絶縁体層３０との間の剥離等をさらに抑制することができる。また振動子の構造が単純になり小型化の際により望ましい。
【００４０】
圧電振動子３００の振動部１００は、図７に示すように、ビーム結合部１１０とビーム結合部１１０から伸びる複数本のビーム部１２０を有するように変形してもよい。このようにすることで、片持ち梁状に形成された振動部１００の付け根に隣接する振動部形成層４０の部分すなわち基部１１１に応力がほとんど発生しないようにすることができる。この変形例ではビーム部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７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をＨ型とする場合は、ビーム結合部１１０は、Ｔ型とすることができる。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。この変形例では、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７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７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、基部１１１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、基部１１１に応力がほとんど発生しなくなる。
【００４１】
圧電振動子３００は、上述のような変形によって、振動部１００の劣化が一層抑制され、振動部１００の信頼性を一層高めることができる。
【００４２】
本実施形態の圧電振動子３００は、振動部１００の材質を広く選択することができるため、設計の幅が広い。そのため振動部１００の小型化が可能であるとともに、振動部１００の強度も選択できるため信頼性が高い。さらに本実施形態の圧電振動子３００は、種々の変形実施が可能で、これにより信頼性を一層高めることができる。
【００４３】
３．圧電振動子３００の製造方法
圧電振動子３００の製造方法の一例について図面を参照して説明する。図８ないし図１３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。
【００４４】
本実施形態の圧電振動子３００の製造方法は、基板１０の上に第１絶縁体層２０を形成する工程と、第２絶縁体層を形成する工程と、シリコン層８０を形成する工程と、第２絶縁体層３０を露出させる工程と、振動部形成層４０を形成する工程と、圧電素子部２００を形成する工程と、第１開口部Ｈ１を形成するとともに、片持ち梁状の振動部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。
【００４５】
まず図４に示すように、基板１０の上方に第１絶縁体層２０を形成する。この工程は、基板１０の上に、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法により、形成することができる。基板１０にシリコン基板を用いた場合は、表面に熱酸化膜を形成し、これを第１絶縁体層２０としてもよい。また、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）基板を用いる場合は、ＳＯＩ基板の絶縁層を第１絶縁体層２０として用いることができる。
【００４６】
次に、第１絶縁体層２０の上に、パターニングされた第２絶縁体層３０を形成する。この工程は、第１絶縁体層２０の上に、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの方法により、第２絶縁体層３０となる層を全面的に形成し、公知の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、パターニングして行うことができる。この工程のパターニングによって除去された第２絶縁体層３０の領域の形状が、第２開口部Ｈ２の形状となる。
【００４７】
次に、第１絶縁体層２０と第２絶縁体層３０を覆うようにシリコン層８０を形成する。シリコン層８０は、圧電振動子３００が完成した時点では除去されている。シリコン層８０は、第２開口部Ｈ２を形成するための犠牲層として形成される。シリコン層８０は、特定のエッチングの際のエッチングレートが第１絶縁体層２０および第２絶縁体層３０のそれと異なるように選ばれる。たとえばシリコン層８０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いずれかで形成することができる。シリコン層８０を形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法およびＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法などを用いることができる。本工程によって形成されたシリコン層８０の上面は、凹凸が形成されることがある。
【００４８】
次に、シリコン層８０の上面を研磨して第２絶縁体層３０を露出する工程を行う。本工程の研磨方法としては、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いることができる。図９に示すように、本工程によって、シリコン層８０および第２絶縁体層３０の上面は、同一平面に乗り同時に平坦化される。この研磨は、第２絶縁体層３０が露出するまで行われるが、第２絶縁体層３０が露出した後も、第１絶縁体層２０が露出しない範囲でさらに研磨することもできる。
【００４９】
次に、図１０に示すように、振動部形成層４０ａをシリコン層８０と第２絶縁体層３０の上に形成する工程を行う。振動部形成層４０ａを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により形成することができる。
【００５０】
次に、図１１に示すように、振動部形成層４０ａの上に、圧電素子部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１２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を備えた圧電素子部２００が形成される。
【００５１】
次に、図１３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。たとえば、振動部形成層４０ａが酸化シリコンで形成されている場合は、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８０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８０は除去されるため、ある程度であればシリコン層８０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。振動部１００の振動領域の長さは、第１開口部Ｈ１と第２開口部Ｈ２の相対的な関係により決まる。第１開口部Ｈ１の形成においては、振動部１００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。
【００５２】
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８０をドライエッチングして除去して形成される。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８０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８０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８０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８０の下方に第１絶縁体層２０を有するため、第１絶縁体層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が深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、等方性のエッチングであるが、第２絶縁体層３０のパターニング工程によって形成された部位のみが除去されるため、振動部１００の端部近傍ではアンダーカット状となることがない。
【００５３】
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。
【００５４】
本実施形態の製造方法によれば、ドライエッチングにより振動部１００の下の第２絶縁体層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。
【００５５】
また、本実施形態の製造方法によれば、平面的に見た第１開口部Ｈ１と第２開口部Ｈ２の輪郭の相対的な位置をパターニングによって正確に決めることができる。すなわち、ドライエッチングの停止位置があらかじめ第２絶縁体層３０の形状によって決められるため、オーバーエッチングなどが発生せず、振動部１００の振動領域の形状を形成する精度が高く信頼性の高い圧電振動子３００を製造することができる。
【００５６】
４．圧電振動子の製造方法の変形例
本実施形態の圧電振動子の製造方法は、以下のような変形が可能である。
【００５７】
図１４ないし図１６は、本実施形態にかかる製造工程の変形例を模式的に示す断面図である。変形例１は、上述の製造工程の第１絶縁体層２０の上にパターニングされた第２絶縁体層３０を形成する工程に代えて、第１絶縁体層２０の上にパターニングされたシリコン層８０を形成する工程とする点が主な相違点である。以下の変形例の説明においては、上述の圧電振動子３００の製造方法で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。
【００５８】
４．１．製造方法の変形例１
図１４は、第１絶縁体層２０の上にパターニングされたシリコン層８０を形成した変形例である。この例では、シリコン層８０を形成した後に、図１５に示すように第２絶縁体層３０となる第２絶縁体層３０ａを形成する。そして第２絶縁体層３０ａの上面を研磨してシリコン層８０を露出させ、図９に示した構造を形成する。この後は、既に説明した図９以降の工程を経て圧電振動子３００，３０１が形成される。
【００５９】
第１絶縁体層２０の上にパターニングされたシリコン層８０を形成する工程は、第１絶縁体層２０の上に、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの方法により、シリコン層８０となる層を全面的に形成し、公知の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、パターニングして行うことができる。この工程のパターニングによって形成されたシリコン層８０の領域の形状が、第２開口部Ｈ２の形状となる。
【００６０】
第２絶縁体層３０となる第２絶縁体層３０ａを形成する工程は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法およびＳＯＧ法などを用いることができる。またこの工程は複数回繰り返してもよい。本工程によって形成された第２絶縁体層３０ａの上面は、凹凸が形成されることがある。
【００６１】
第２絶縁体層３０ａの上面を研磨してシリコン層８０を露出させ、図９に示した構造を形成する工程の研磨方法としては、ＣＭＰ法を用いることができる。図９に示すように、本工程によって、シリコン層８０および第２絶縁体層３０の上面は、同一平面に乗り同時に平坦化される。この研磨は、シリコン層８０が露出するまで行われるが、シリコン層８０が露出した後も、第１絶縁体層２０が露出しない範囲でさらに研磨することもできる。
【００６２】
４．２．製造方法の変形例２
変形例２は、変形例１の製造工程の第２絶縁体層３０ａの上面を研磨してシリコン層８０を露出させる工程に代えて、振動部形成層４０ａの上面を研磨して平坦化する工程とする点が主な相違点である。
【００６３】
図１６は、変形例２によって得られる構造を模式的に示す断面図である。変形例２は、変形例１の工程と同様に図１４に示す第１絶縁体層２０の上にパターニングされたシリコン層８０を形成した後の工程の変形例である。本変形例では図１５に示すように振動部形成層４０ａとなる振動部形成層４０ｂを形成する。そして振動部形成層４０ｂの上面を研磨して平坦化し、図１６に示した構造を形成する。この後は、既に説明した図１０以降の工程を経て圧電振動子３０２が形成される。
【００６４】
振動部形成層４０ａとなる振動部形成層４０ｂを形成する工程は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法およびＳＯＧ法などを用いることができる。またこの工程は複数回繰り返してもよい。本工程によって形成された第２絶縁体層３０ａの上面は、凹凸が形成されることがある。
【００６５】
振動部形成層４０ｂの上面を研磨して平坦化する工程の研磨方法としては、ＣＭＰ法を用いることができる。図９に示すように、本工程によって、上面が平坦化された振動部形成層４０ａが形成される。この研磨は、振動部形成層４０ａが所望の厚みになるまで行うことができる。
【００６６】
変形例１および変形例２のように第１絶縁体層２０の上にパターニングされたシリコン層８０を形成した変形においては、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）基板を利用して工程を簡略できる。すなわち、図１４に示すような構造の基板１０、第１絶縁層２０およびシリコン層８０を、それぞれＳＯＩ基板の基板、ＢＯＸ（絶縁）層および単結晶シリコン層を利用して形成することができる。この場合はシリコン層８０（単結晶シリコン層）をパターニングする工程から出発することができる。
【００６７】
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。
【００６８】
５．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。
【００６９】
図１７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。
【００７０】
図１８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１９は、発振器５００を概略的に示す断面図である。なお、図１９は、図１８のＸ−Ｘ線断面図である。また、図１７および図１９では便宜上、圧電振動子３００を簡略化して示している。
【００７１】
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。
【００７２】
図２０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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
６．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。
【００７７】
図２１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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
図２２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２３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２３は、図２２の矢印ＸＩＶの方向に見た図である。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
７．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。
【００８６】
図２４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。
【００８７】
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、例えば上述した圧電振動子３００と同様の圧電振動子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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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】
【００９４】
【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】第１開口部Ｈ１および振動部１００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】本発明にかかる圧電振動子３０１を模式的に示す平面図。
【図５】本発明にかかる圧電振動子３０１を模式的に示す断面図。
【図６】本発明にかかる圧電振動子３０２を模式的に示す断面図。
【図７】第１開口部Ｈ１および振動部１００を模式的に示す平面図。
【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】本発明の圧電振動子３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】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１２】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１３】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１４】本発明の圧電振動子の製造工程の変形例を模式的に示す断面図。
【図１５】本発明の圧電振動子の製造工程の変形例を模式的に示す断面図。
【図１６】本発明の圧電振動子の製造工程の変形例を模式的に示す断面図。
【図１７】本発明の発振器５００の基本的構成を示す回路図。
【図１８】本発明の発振器５００を概略的に示す平面図。
【図１９】本発明の発振器５００を概略的に示す断面図。
【図２０】本発明の発振器５００の製造工程例を概略的に示す図。
【図２１】本発明のリアルタイムクロック６００を概略的に示す回路ブロック図。
【図２２】本発明のリアルタイムクロック６００を概略的に示す上面透視図。
【図２３】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２４】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】
【００９５】
１０ 基板、２０ 第１絶縁体層、３０，３０ａ 第２絶縁体層、
４０，４０ａ 振動部形成層、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、
８０，８０ａ シリコン層、１００ 振動部、１１０ ビーム結合部、１１１ 基部、
１２０ ビーム部、２００ 駆動部、Ｈ１ 第１開口部、Ｈ２ 第２開口部、
３００，３０１，３０２ 圧電振動子、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第１絶縁体層と、
前記第１絶縁体層の上に形成された第２絶縁体層と、
前記第２絶縁体層の上に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開口部と、
前記第１開口部内に前記振動部形成層を片持ち梁状に形成してなる振動部と、
前記第２絶縁体層を貫通し、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、
前記振動部の上に形成された圧電素子部と、
を有し、
前記振動部形成層は、酸化物、窒化物および酸化窒化物から選ばれる少なくとも１種からなる層を有する、圧電振動子。
【請求項２】
請求項１において、
平面視において、前記振動部の基端側にある第２開口部の輪郭線は、前記振動部と前記振動部形成層との境界線よりも内側にある、圧電振動子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第２絶縁体層と前記振動部形成層とが連続している、圧電振動子。
【請求項４】
請求項１または請求項３のいずれかにおいて、
前記振動部は、ビーム結合部と前記ビーム結合部から伸びる複数本のビーム部を有する、圧電振動子。
【請求項５】
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされた第２絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記第２絶縁体層を覆うようにシリコン層を形成する工程と、
前記シリコン層の上面を研磨して前記第２絶縁体層を露出させる工程と、
前記シリコン層と前記第２絶縁体層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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６】
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記シリコン層とを覆うように第２絶縁体層を形成する工程と、
前記第２絶縁体層の上面を研磨して前記シリコン層を露出させる工程と、
前記第２絶縁体層と前記シリコン層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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】
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記シリコン層を覆うように振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上面を平坦化する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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８】
請求項５ないし請求項７のいずれかにおいて、
前記シリコン層は、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いずれかで形成される、圧電振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項５ないし請求項８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１０】
請求項１ないし請求項４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第１絶縁体層と、
前記第１絶縁体層の上に形成された第２絶縁体層と、
前記第２絶縁体層の上に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開口部と、
前記第１開口部内に前記振動部形成層を片持ち梁状に形成してなる振動部と、
前記第２絶縁体層を貫通し、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、
前記振動部の上に形成された圧電素子部と、
を有し、
前記振動部形成層は、酸化物、窒化物および酸化窒化物から選ばれる少なくとも１種からなる層を有する、圧電振動子。
【請求項２】
請求項１において、
平面視において、前記振動部の基端側にある第２開口部の輪郭線は、前記振動部と前記振動部形成層との境界線よりも内側にある、圧電振動子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第２絶縁体層と前記振動部形成層とが連続している、圧電振動子。
【請求項４】
請求項１または請求項３のいずれかにおいて、
前記振動部は、ビーム結合部と前記ビーム結合部から伸びる複数本のビーム部を有する、圧電振動子。
【請求項５】
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされた第２絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記第２絶縁体層を覆うようにシリコン層を形成する工程と、
前記シリコン層の上面を研磨して前記第２絶縁体層を露出させる工程と、
前記シリコン層と前記第２絶縁体層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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６】
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記シリコン層とを覆うように第２絶縁体層を形成する工程と、
前記第２絶縁体層の上面を研磨して前記シリコン層を露出させる工程と、
前記第２絶縁体層と前記シリコン層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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】
基板の上に第１絶縁体層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第１絶縁体層と前記シリコン層を覆うように振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上面を平坦化する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子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８】
請求項５ないし請求項７のいずれかにおいて、
前記シリコン層は、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いずれかで形成される、圧電振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項５ないし請求項８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１０】
請求項１ないし請求項４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２４】
【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２４】
【公開番号】特開２００８−２４４５５２（Ｐ２００８−２４４５５２Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７８５７８（Ｐ２００７−７８５７８）
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【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９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【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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