振動子、これをもちいた電気機械共振器及びその製造方法
【課題】微細化に際しても電極の振動を抑制し、出力特性のばらつきを防ぎ、信頼性の高い振動子、これをもちいた電気機械共振器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】振動子３と、前記振動子３と所定の微小ギャップを隔てて配設された対向電極７Ｔとを備え、前記振動子３と前記対向電極７Ｔとの間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子３の機械的振動を電気信号として出力するように構成され、前記対向電極７Ｔが、半導体基板表面に絶縁層５を介して形成された外部接続用の電極端子７Ｐと一体的に形成されており、前記電極端子７Ｐおよび前記電極端子７Ｐと前記対向電極７Ｔとの連結部７Ｓが、その下層の前記絶縁層５を貫通して形成された貫通孔１１に充填された支持部１３によって固定された電気機械共振器を構成する。
【解決手段】振動子３と、前記振動子３と所定の微小ギャップを隔てて配設された対向電極７Ｔとを備え、前記振動子３と前記対向電極７Ｔとの間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子３の機械的振動を電気信号として出力するように構成され、前記対向電極７Ｔが、半導体基板表面に絶縁層５を介して形成された外部接続用の電極端子７Ｐと一体的に形成されており、前記電極端子７Ｐおよび前記電極端子７Ｐと前記対向電極７Ｔとの連結部７Ｓが、その下層の前記絶縁層５を貫通して形成された貫通孔１１に充填された支持部１３によって固定された電気機械共振器を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems) 技術を用いて作製する振動子、これをもちいた電気機械共振器、及びその製造方法に関し、特に電極とギャップを有するＲＦ−ＭＥＭＳ共振器、及びＲＦ−ＭＥＭＳフィルタの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の容量結合型の電気機械共振器としては、電極端子と振動子の間にエアギャップを必要とするが、このエアギャップは、絶縁層を犠牲層として用いて後の工程でそれを除去することによって形成する方法が主に利用されている。（特許文献１参照）。又、電気機械共振器は、固有振動数を有する振動子の共振を利用するため、この振動子を支持基板から開放するために絶縁層を犠牲層として用いて、後の工程でそれを除去することによって形成する。さらに従来の電気機械共振器では、RF信号が入出力される電極端子と支持基板とを絶縁分離するために、電極端子の下層部に絶縁層を設けている。このように、電気機械共振器を構成するために、最低でも三層の絶縁層（ギャップのための犠牲層、構造開放のための犠牲層、電極端子の下層部の絶縁分離のための層）が必要となり、これを別々の工程で形成すると工程が複雑になる他、製造コストも増加するという問題がある。
【０００３】
この例では酸化シリコン膜からなるＢＯＸ層（埋め込み酸化シリコン膜）５を介して、多結晶シリコンからなる支持基板１上に単結晶シリコン層からなるデバイス形成層（３）とを形成することによって構成されたＳＯＩ(Semiconductor-0n-Insulator)基板を用いて電気機械共振器を実現している。これを図１２および図１３に示す。
【０００４】
この電気機械共振器の製造方法では、まず最初に多結晶シリコン基板に酸化シリコン膜からなるＢＯＸ層５、単結晶シリコン層からなるデバイス形成層（３）を形成したＳＯＩ基板に、異方性エッチングを行い、断面三角形の梁状体（三角断面梁）を形成し、ギャップ形成用の酸化シリコン９を形成した後、ＬＰＣＶＤ法により、電極膜７となるドープトポリシリコン膜を堆積する（図１３（ａ））。
【０００５】
この後、レジスト１２をスピンコートにより塗布する（図１３（ｂ））。このとき、レジストの塗布厚が（振動子３を構成する）三角断面梁の高さよりも薄くなるように、スピナーの回転数およびレジストの粘度を決定し、スピンコートしてレジスト１２の膜厚を決定し頂点が露出するようにする。この後は通常のフォトリソ工程に戻り、レジストの露光と現像後を行い、電極マスクのパターニングを行う。
【０００６】
次に、突出した頂点とパターニングされた電極膜７を１回のエッチング工程で同時にパターニングする。
【０００７】
次に、図１３（ｃ）に示すように、支持部となる部分を残して、絶縁層９とＢＯＸ層５を除去して振動子３となる三角断面梁を開放し、空間１９および狭ギャップ１７を有する電極が突出構造部で構成された三角断面梁の側面に配置された空中突出構造部が完成する。
この製造方法によって、ＳＯＩ基板を利用した単結晶シリコンの振動子と静電励振・静電検出を可能とする電極端子を有した電気機械共振器が実現する。ギャップ形成用の絶縁層９と振動子３の下層部にあたるＢＯＸ層５が同じ材料の酸化シリコン膜であるため、最後のリリース（構造開放）工程で同時にギャップ形成と構造開放が可能となり、製造工程の削減を実現する。
【０００８】
【特許文献１】WO2004-027796
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、携帯端末分野においては高周波化に伴い、電気機械フィルタとして上述したような電気機械共振器が広く用いられるようになってきているが、このような電気機械共振器では、小型化が進む一方である。高周波化するためには理想的な節に電極を配置する必要があるため、振動子を小型化するとこの振動子との間に静電容量を形成するための対向部の幅（すなわち電極幅）も小さくなる。その結果、通電のための電極パッドを構成する電極端子から伸長して、振動子に対向する対向部の幅は４０μｍ以下となるものが多い。このため、電流路を確保するために、電極端子と対向部との間の連結部を含む電極（以下電極）の幅は重要な要素となっている。
【００１０】
このように微細化が進むと、パターニングプロセスにおける制御性が重要な問題となる。上述したような工程で素子形成を行おうとすると、最後の構造開放のためのリリース工程により、図１２に示すように、フッ酸で酸化シリコン膜を除去していくと電極端子の下層部に設けられたＢＯＸ層までが同時にエッチングされるため電極にアンダーカットが発生し、中空構造が形成される。この電極に交流信号を入力して静電励振すると共振器が励振されるだけでなく、電極も同時に振動するため、出力信号中に電極の固有振動数も検出されてしまう場合がある。又、ある場合にはリリース工程で電極７が振動子３、及び電極のシリコン層に接触して離れなくなってしまう現象（スティクション）が発生するという問題もあった。
【００１１】
対向部７Ｔや、連結部７Ｓ、電極端子７Ｐを含む電極７の下層部に発生するアンダーカット領域の大きさは、フッ酸でリリースするエッチング時間に依存するが、エッチング時間は主に振動子３を支持基板から開放する時間、及びギャップ形成用の酸化シリコン膜を除去する時間で決定される。例えば振動子３のサイズの拡大あるいは、ＢＯＸ層の膜厚の増加によって、振動子３を支持基板から開放する時間も増加する。又、狭ギャップを実現するため酸化シリコン膜を薄膜化するとリリースのエッチング液が進入しにくくなり、ＢＯＸ層まで到達するのが困難となり、エッチング時間を増加する必要がある。このように振動子とギャップのサイズやＢＯＸ層の厚みによってエッチング時間が変化するため、リリース工程における、対向部や、連結部、電極端子を含む、電極のアンダーカットの発生は免れ得ない問題となっていた。
このため、アンダーカット分を考慮して、対向部などの電極幅を確保できるようにマージンをとらなければならないという問題もあり、これが微細化を阻む深刻な問題となっていた。
【００１２】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、微細化に際しても電極の振動を抑制し、出力特性のばらつきを防ぎ、信頼性の高い振動子および電気機械共振器を提供することを目的とする。
また、電極のアンダーカットを防止し、微細かつ高精度で、信頼性の高い電気機械共振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで本発明では、振動子と、前記振動子と所定の微小ギャップを隔てて配設された電極とを備え、前記振動子と前記電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子の機械的振動を電気信号として出力する振動子であって、前記電極が、半導体基板表面に絶縁層を介して形成された外部接続用の電極端子と一体的に形成されており、前記電極およびその下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔に充填された支持部によって、前記電極が固定されたことを特徴とする。
この構成によれば、電極が、支持部によって支持基板上に支持されているため、支持基板と電極のスティクションを回避することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電気機械共振器の構造によれば、製造工程における電気機械共振器のリリース工程で発生する電極端子の下層部のアンダーカットを防止し、電極と支持基板とのスティクションを回避することが可能となる。又、電極端子の下層部のアンダーカットが生じないため片持ち梁構造が形成されず、不要な電極の振動が防止できる。したがってより特性の良好な振動特性を備えた電気機械共振器の形成が可能となる。
【００１５】
さらにまた、電極端子の下層部の絶縁層を柱構造にすることで支持基板と電極端子との容量結合を低減し、フィードスルー（ホールド時に出力に入力信号が現れる度合い）の課題を改善することができる。
【００１６】
また、本発明の方法によれば、ギャップ形成用の絶縁層に比べて膜厚の大きい構造開放用の絶縁層が、エッチング選択性をもつ材料からなる柱状体に置き換えられた状態で、エッチング除去されるため、電極下層部のアンダーカットが低減され、同一工程でギャップ形成用の絶縁層および、これに比べて膜厚の大きい構造開放用の絶縁層を除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
(実施の形態１)
図１は、本発明の実施の形態１の電気機械共振器の斜視図であり、図２(a)乃至(d)は、図１の構造の斜視図を示す。
この電気機械共振器は、振動子３と、前記振動子３と所定の微小ギャップ１７を隔てて配設された対向電極７Ｔとを備え、前記振動子３と前記対向電極７との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子３の機械的振動を電気信号として出力する振動子であって、この対向電極７が、半導体基板１としてのシリコン基板表面にＢＯＸ層としての酸化シリコン膜からなる絶縁層５を介して形成された外部接続用の電極端子７Ｐと一体的に形成されており、電極端子７Ｐおよび電極端子７Ｐと対向電極７Ｔとの連結部７Ｓ（これら３つで電極７とする）が、その下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔１１に充填された窒化シリコン膜からなる支持部１３によって、電極７が固定されたことを特徴とする。なお、この電極７はドープトポリシリコンで構成されるが、この表面はタングステン薄膜からなる電極金属層で被覆されるようにしてもよい。
【００１８】
この構成によれば、電極７は、支持部１３によって支持基板としての半導体基板１上に支持されているため、支持基板と電極のスティクションを回避することができ、微細で特性ばらつきの少ない電気機械共振器を構成している。
【００１９】
また、本発明の電気機械共振器の構造は、主にＳＯＩ基板を利用して制御性よく作製される。本実施の形態の方法では、まず図２（ａ）に示すように、この基板１上にＢＯＸ層（酸化シリコン膜）５を介して形成された単結晶シリコン層（３）を形成し、ＳＯＩ基板を出発材料として用い、この基板１上にＢＯＸ層５を介して形成されたＳＯＩ基板の単結晶シリコン層（３）を異方性エッチングすることにより、三角断面梁を形成する（図２（ｂ））。
【００２０】
このように、共振器の構造は、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液を利用した結晶異方性エッチングにより、三角断面梁（３）を形成することによって得られる。例えば、シリコン層の厚さが１．５μｍのＳＯＩ基板を使用して異方性エッチングを実施することにより、シリコンが(１１１)側面に沿ってエッチングされ、三角断面梁がシリコン表面に対して５４．７°の角度を保ってエッチングされる。この様に、異方性エッチングを用いて形成することにより、梁の幅（２．１μｍ）は、製造する基板のシリコン層の厚さで決定されることになり、精度良く梁型振動子を形成することが可能となる。
【００２１】
このようにして三角断面梁からなる梁型振動子の形成後、ギャップを形成する酸化シリコン膜９を成膜する（図２（ｃ））。このギャップは共振器のＲＦ特性につながるため、ここでの酸化シリコン膜は均一で、しかも薄膜であることが望ましい。例えば熱酸化シリコン膜を犠牲層に用いる場合、酸化炉で三角断面梁の側面に５０ｎｍの酸化シリコン膜を成長させる。そしてこの後、三角断面梁の表面に熱酸化により、薄い絶縁層（酸化シリコン膜）９を成膜する。ＳＯＩ基板を用いた場合、ＢＯＸ層５が酸化シリコン膜で形成されているため、この絶縁層９としては、同じ材料である酸化シリコン膜を用いるのが望ましい。この絶縁層９がＭＥＭＳ共振器の狭ギャップ１７を形成するもので、数十ｎｍ〜数百ｎｍの膜厚を必要とし、高精度の膜厚制御が可能なＬＰＣＶＤ酸化シリコン膜や熱酸化シリコン膜を用いるのが望ましい。
【００２２】
なお、本発明の製造方法では、更なる狭ギャップの実現に向けて、ギャップ形成のための犠牲層となる酸化シリコン膜９を形成する工程の前に、基板洗浄（ＲＣＡ，ＳＰＭ等）の処理工程により、同時に三角断面梁（３）のシリコン表面に数ｎｍの酸化シリコン膜を形成し、これをギャップ形成用の絶縁層９として用いるようにしてもよい。
【００２３】
その後、ＬＰＣＶＤ法により、電極膜７となるドープトポリシリコン膜を堆積する（図２（ｄ））。
【００２４】
この後、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、電極膜７およびＢＯＸ層５を貫通するように貫通孔１１を形成する。
そして図３（ｂ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法により窒化シリコン膜１３を貫通孔１１内に充填する。
この後、レジスト１２をスピンコートにより塗布する（図３（ｃ））。このとき、レジストの塗布厚が三角断面梁（３）の高さよりも薄くなるように、スピナーの回転数およびレジストの粘度を決定し、スピンコートしてレジスト１２の膜厚を決定する。この場合、露出する領域にも依存するが、主にレジスト１２の膜厚を三角断面梁（３）の高さの１／３から１／４の膜厚にすると、スピンコート後に頂点が露出する。この後は通常の電極膜７のフォトリソ工程に戻り、レジストの露光と現像後を行い、電極マスクのパターニングを行う。
【００２５】
このようにして、スピンコートによる頂点の露出後、フォトマスクを用い、レジストを露光し、その後にレジストの現像を行うことにより、電極パターン形成用のマスクパターンが形成される。
【００２６】
次に、突出した頂点とパターニングされた電極膜７を１回のエッチング工程で同時にパターニングする。ここで、エッチング工程は、主に電極膜７となるポリシリコン膜の、酸化シリコン膜に対する選択性の良好なエッチング条件を用いることが必要であるため、ここではＳＦ６ガスを利用したドライエッチングなどが、適している。
このように、露出された頂点と電極をＲＩＥ装置でドライエッチングを行い、エッチングした後は基板からレジストを完全に除去する。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に示すように、支持部となる部分を残して、絶縁層９とＢＯＸ層５を除去して三角断面梁（３）を開放し、狭ギャップ１７を有する電極が突出構造部で構成された三角断面梁の側面に配置された空中突出構造部が完成する。そして低抵抗電極を必要とする場合には、この電極上にタングステン膜を形成する。このとき、熱処理を行い、タングステン膜をタングステンシリサイドとしてもよい。
【００２８】
最後の工程では、ギャップの形成と三角断面梁の基板から開放とが、必要であるため、フッ酸などを利用して電極と梁の間の酸化シリコン膜と梁の下層部に存在する酸化シリコン膜を除去し、梁型共振器を作製する。このとき、窒化シリコン膜１３からなる柱状体が形成されているため、この柱の部分は、製作後の共振器は図１に示したとおりである。
【００２９】
図１は、長さ２０μｍ、幅２μｍの三角断面梁の両側に電極を付加した共振器の構造を有する。電極と梁の間は、５０ｎｍの狭ギャップが形成されており、シリコン梁の頂点は完全に露出されている。
【００３０】
このように、まず、ＳＯＩ基板のデバイス層に単結晶シリコンの三角断面梁からなる振動子３を形成し、その上にギャップ形成用の絶縁層９を成膜する。この場合、絶縁層をＳＯＩ基板のＢＯＸ層５と同じ材料である酸化シリコン膜であることが望ましい。その後、ＢＯＸ層５と絶縁層９の上部に電極７を成膜し、次の工程で電極と絶縁層９に溝１１を掘る。この溝１１は電極端子を保持する柱を形成するために構成するが、図３(ｃ)で示したようにこの溝を酸化シリコン膜とは材料が異なる絶縁層１３で埋める。例えば、溝１１を窒化シリコン膜などで埋めることによって、図３(ｄ)で表わすようにＢＯＸ層とギャップ形成用の絶縁層９を除去しても電極端子が窒化シリコン膜の柱で保持され、電極と支持基板１との間で発生するスティクションが回避できる。ギャップ１７と三角断面梁振動子３の構造開放のための空間１９には、ギャップの幅、構造のサイズ、ＢＯＸ層５の厚さなどによってエッチング時間が変更されるが、実施の形態１の構成を用いれば、エッチング時間を長くしても電極端子が柱状体で保持されているため、所定の位置で電極の形状が保たれて形成されることになる。
【００３１】
かかる構成によれば、製造工程における電気機械共振器のリリース工程で発生する電極端子の下層部の若干のアンダーカットは否めないが、電極端子の下層部のアンダーカットが低減され、窒化シリコン膜からなる柱状体で支持されているため、片持ち梁構造となるのは防止され、不要な電極の振動が防止できる。したがってより電極と支持基板とのスティクションを回避することが可能となり、特性の良好な振動特性を備えた電気機械共振器の形成が可能となる。
【００３２】
さらにまた、電極端子の下層部の絶縁層を柱状構造にすることで支持基板と電極端子との容量結合を低減し、フィードスルー（ホールド時に出力に入力信号が現れる度合い）の課題を改善することができる。
【００３３】
また、本発明によれば、ギャップ形成用の絶縁層に比べて膜厚の大きい構造開放用の絶縁層が、一部エッチング選択性をもつ材料からなる柱状体を形成した状態で、エッチャントにさらされることになるため、電極端子の下層部のアンダーカットが低減され、同一構成でギャップ形成用の絶縁層および、これに比べて膜厚の大きい構造開放用の絶縁層を除去する両工程を実施することが可能となる。
【００３４】
次に本実施の形態の変形例について説明する。
図４は本発明の実施の形態１において絶縁体からなる柱状体を所定の場所に配置した例を示す。電気機械共振器の電極端子は、電極構造に依存する固有振動数を有しており、この電極に信号が入出力されると、電極が励振することになる。この電極の振動とは、電気機械共振器のRF特性の妨害波となるため、できる限りこれを低減する必要がある。図４は、電極端子のアンダーカットによって電極が片持ち梁に構成された時に有するたわみ振動モードを表わす。
【００３５】
図４(a)は電極がたわみ１次振動モード２３で励振した時を表わすがこの場合、振幅が最大となる電極の中心部に絶縁体からなる柱状体１３を配置することによってたわみ１次振動モード２３が励振されない構成を有することに等しくなる。なお、この構成によってたわみ振動モードの奇数モード（３次、５次、７次…）も同様に振動を防止することが可能となる。
【００３６】
図４(b)は電極がたわみ２次振動モード２５で励振した時を示す。この場合では、振幅が最大となる電極の端から約1/3の場所に絶縁柱を配置することによって、たわみ２次振動モード２５が励振されない構成を有することに等しくなる。なお、この構成によってたわみ振動モードの偶数モード（４次、６次、８次…）も同様に振動を防止することが可能となる。
【００３７】
(実施の形態２)
本発明の実施の形態２における電極構造は、前記実施の形態１と同様ＳＯＩ基板を利用して作製した電気機械共振器であり、支持用の柱状体の構造が異なる。本実施の形態では、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、柱状体を、電極構造体の周縁部に配設した窒化シリコン膜からなる壁状体３３で構成したことを特徴とする。図５（ａ）は本実施の形態の電気機械共振器の斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本実施の形態では、電極端子の周辺部に形成した貫通溝１１に窒化シリコン膜からなる壁状体３３を形成するもので、このように壁を設けることで、ギャップ１７と構造の開放部１９にあたる酸化シリコン膜をフッ酸で除去する時に電極の下層部がエッチングされにくい構造を有する。
この構造によれば、電極の周縁部が窒化シリコン膜からなる壁状体で被覆されているため、アンダーエッチはこの壁状体３３で停止することになり、微細かつ強固な構造体を維持することが可能となり、電極の振動は抑制される。
【００３８】
次に本実施の形態の電気機械共振器の製造方法について説明する。
まず図６(a)において、実施の形態１と同様の製造工程を用いてＳＯＩ基板のデバイス層に単結晶シリコンの三角断面梁振動子３を形成し、その上にギャップ形成用の絶縁層９、電極膜７を成膜し、次の工程で電極膜７と絶縁層９に貫通溝１１を電極の周縁から少し内側に入った所に、コの字型をなすように形成する。
そして図６(b)に示すように、コの字型をなす貫通溝１１内に窒化シリコン膜を充填し、壁状体３３を形成する。
この後、図６(ｃ)に示すように、ギャップ１７と構造の開放部１９にあたる酸化シリコン膜をフッ酸で除去する。このとき、壁状体３３で囲まれた絶縁層９はエッチングされないため、電極端子が下層部の絶縁層９で支持され、これによって支持基板１との間で発生するスティクションが回避できることになる。
【００３９】
このとき、絶縁体で構成された壁状体３３の分が電流の流路を妨げ、高抵抗となり、電圧降下の原因となることになるため、電流路を確保するような形状に壁状体を形成する必要がある。このため、壁状体をコの字状に形成する場合には、電極７の周縁部に沿って形成すると、アンダーエッチは確実に阻止されるが、電流路をふさぐことになる。したがって前述したように貫通溝１１は周縁から少し内側に入ったところにコの字型をなすように形成すればよいが、形成位置はＶＨＦ帯，ＵＨＦ帯では、数μｍ程度内側に入った所であれば十分である。
【００４０】
(実施の形態３)
本発明の実施の形態３における電極構造は、図７に示すように、前記実施の形態２とほぼ同様に壁状体３３を形成するものであるが、電極７の周縁部に沿って壁状体３３を形成するとともに、対向電極の形成される面側では、壁状体３３にスリットを形成し不連続部３３Ｓを形成することにより、対向電極からの電流路を確保している。図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）および（ｃ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。
この構成によれば、アンダーエッチは対向電極に対向する面側のわずかな幅の領域を除いて確実に阻止され、電流路もこの不連続部３３Ｓの部分で確保されることになり、高速作動を維持し、かつ電極の振動も回避することが可能となる。
【００４１】
(実施の形態４)
本発明の実施の形態４における電極構造は、図８に示すように、前記実施の形態３とほぼ同様に壁状体３３を形成するものであるが、対向電極の形成される面側で、スリットを形成し不連続部３３Ｓを形成することなく、壁状体３３は電極７の周縁部に沿って形成されており、この電極の上層をタングステン層からなる金属電極層２７で覆うことにより、対向電極からの電流路を確保している。図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００４２】
この構成によれば、アンダーエッチはさらに確実に阻止され、電流路も上層の金属電極層２７で不連続部なしに確保されることになり、さらなる高速作動を実現し得、かつ電極の振動も確実に回避することが可能となる。
【００４３】
(実施の形態５)
本発明の実施の形態５について説明する。前記実施の形態１乃至４では、支持柱および壁状体は、絶縁層５および電極７を貫通する貫通孔１１に形成したが、本実施の形態では電極７には貫通孔を形成せずにその下層の絶縁層５の貫通孔に充填された支持部のみで電気機械共振器を構成するものである。これにより、電流路を狭めることなく、確保した状態で、アンダーエッチのみを回避することができる。他の構造は前記実施の形態１乃至４と同様であるため斜視図は省略する。
【００４４】
この電気機械共振器の製造工程を図９（ａ）-(ｅ)に示す。この構成によれば、電極７の貫通孔を形成せずにその下層の絶縁層５の貫通孔に充填された支持部のみで電気機械共振器を構成しているため、電極７に流れる電気信号の通電性を良くし、電気機械共振器のRF特性を改善することができる。
【００４５】
図２（ｃ）に示したように、前記実施の形態１と同様に、三角梁構造を持つ振動子３を形成し表面酸化を行うことにより、ギャップ形成用の絶縁層９を形成した後、図９(a)に示すようにフォトリソグラフィにより、貫通孔１１を絶縁層５に形成する。その後、支持部を構成する絶縁層４３として窒化シリコン膜を成膜し、貫通孔１１を完全に充填する。（図９(b)）。
【００４６】
次にこの絶縁層４３をエッチバックして、絶縁層５内に支持部を構成する絶縁層４３を形成する（図９(c)）。
そして、図９(d)で電極層７の成膜とエッチングを行い、振動子３の頂点を露出する。最後にギャップ形成用の絶縁層９と振動子の下層部にあたる絶縁層をエッチングして構造を開放する(図９(e))。１７は狭ギャップ、１９は構造開放部である。
【００４７】
この構造によれば、電極面積が確保されるため、電流路を狭小化することなく、電極のアンダーエッチを防ぐことが出来るため、電気信号の通電性を改善し、より高速駆動で電極振動のない電気機械共振器を形成することが可能となる。
【００４８】
(実施の形態６)
実施の形態６として、電極層を２層にして電極に流れる電気信号の通電性を改善した構造、及びその製造方法の例である。これを図１０（ａ）乃至（ｇ）に示す。
本実施の形態では、電極５７を貫通すると共にこの電極７を支持するための柱状体（支持柱）５５が、窒化シリコン膜５０で覆われた酸化シリコンで構成され、この電極５７および支持柱５５の上層をタングステン層からなる第２の電極層２７で、覆うようにした点で、前記実施の形態１乃至４の構造と異なるが、基本的な構成については同様に形成されている。
製造に際しては、支持柱５５を形成するに際し、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン層を異方性エッチングにより加工し断面三角形状の振動子３を形成した後、このＳＯＩ基板の絶縁層５の電極形成領域にあらかじめ孔５１を形成し、この孔５１の内壁を覆うように窒化シリコン層５０を形成しておくようにし、この窒化シリコン層５０を構造開放およびギャップ形成のためのエッチング工程における保護膜として用いるようにしたことを特徴とする。すなわち第１の絶縁層としての電極層に貫通溝を形成する工程の後、前記貫通溝を有する表面全体に薄い保護層としての第４の膜（窒化シリコン膜）を形成し、この第４の膜で覆われた貫通溝に第３の膜（酸化層）を充填し支持部を形成しており、この構成によれば、保護層としての第４の膜を形成しているため、第３の膜は、いかなる材料であっても適用可能となり、設計の自由度が向上する。
【００４９】
まず、シリコン基板１上に絶縁層５を介して形成した単結晶シリコン層（３）を備えたＳＯＩ基板を前記実施の形態１と同様にして、絶縁層５の上層に振動子３を形成する。そして表面酸化により、ギャップ形成のための酸化シリコン層９形成後、フォトリソグラフィを用いてこの絶縁層５の振動子近傍に孔５１を形成し、さらに図１０（ａ）に示すように表面全体に、窒化シリコン層５０を成膜する。
【００５０】
そして、異方性エッチングにより、図１０（ｂ）に示すように、孔５１の内壁にのみ窒化シリコン層５０を残留させる。
【００５１】
この後、図１０（ｃ）に示すように、第１の電極層５７として導電体層を形成するが、この場合、シリコンなど後工程で酸化できる材料を利用する。その後、この第１の電極層５７に細い孔５３を掘り（図１０（ｄ））、この第１の電極層５７を酸化させることによって酸化層５５を形成する。この酸化層５５で埋められた孔５３と孔５１が絶縁層の支持部を形成する。形成した酸化層５５の上層部は次の工程で除去し、絶縁層の支持部のみを残す。
【００５２】
そして、その上層に第２の電極層２７としてタングステン層を成膜する（図１０（ｅ））。このように第１および第２の電極層の積層構造で構成するのは、電極の通電性を改善するためである。その後、振動子の頂点を露出する（図１０（ｆ））
【００５３】
最後に、振動子の側壁および下層部の絶縁層５を除去して構造解放およびギャップ形成を行い、電気機械共振器を作製する（図１０（ｇ））。この構造開放およびギャップ形成のためのエッチング工程において、支持柱は窒化シリコン層５０で覆われているため、アンダーエッチもなく確実に形状を維持することができる。またギャップ形成用の絶縁層９と絶縁層５０は違う膜厚や持つことや異なる成膜方法を利用することが可能であるため製造上の自由度が高いという利点もある。例えば、ギャップ形成用の絶縁層９の製造方法は、振動子３を酸化させて酸化層を成長させる方法をとり、その後の工程は実施の形態１と同様の製造方法を利用する。しかし、最後のリリース工程（図１０(ｇ)）では、ギャップ形成用の絶縁層９と電極の下層部の縁層５が同じ材料であった場合、同時に一回の絶縁層除去により、ギャップ形成と構造開放が実現することになる。
(実施の形態７)
実施の形態７は実施の形態６の製造方法の変形例を表すものである。
前記実施の形態６では、ギャップ形成用の絶縁層９と、支持柱の周りを覆う窒化シリコン層（絶縁層）５０とは別に成膜したが、本実施の形態では、ギャップ形成用の絶縁層を別に形成するのではなく、支持柱の周りを覆う窒化シリコン層５０をギャップ形成用の絶縁層として用い、ギャップ形成のためのエッチング工程を行った後に、構造開放のためのエッチング工程を実施するようにしたものである。
製造に際しては、支持柱５５を形成するに際し、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン層を異方性エッチングにより加工し断面三角形状の振動子３を形成した後、このＳＯＩ基板の絶縁層５の電極形成領域にあらかじめ孔５１を形成し、この孔５１の内壁を覆うように窒化シリコン層５０を形成しておくようにし、この窒化シリコン層５０を構造開放およびギャップ形成のためのエッチング工程における保護膜として用いるようにしたことを特徴とする。
【００５４】
まず、前記実施の形態６と同様に、シリコン基板１上に絶縁層５を介して形成した単結晶シリコン層（３）を備えたＳＯＩ基板に対して異方性エッチングを行い、絶縁層５の上層に振動子３を形成する。フォトリソグラフィを用いてこの絶縁層５の振動子近傍に孔５１を形成し、さらに図１１（ａ）に示すように表面全体に、窒化シリコン層５０を成膜する。
【００５５】
そして、図１１（ｂ）に示すように、第１の電極層５７として導電体層を形成するが、この場合、シリコンなど後工程で酸化できる材料を利用する。その後、この第１の電極層５７に細い孔５３を掘り（（図１１（ｃ））、この第１の電極層５７を酸化させることによって酸化層５５を形成する（（図１１（ｄ））。この酸化層５５で埋められた孔５３と孔５１が絶縁層の支持部を形成する。形成した酸化層５５の上層部は次の工程で除去し、絶縁層の支持部のみを残す。
【００５６】
そして、その上層に第２の電極層２７としてタングステン層を成膜する（図１１（ｅ））。このように第１および第２の電極層の積層構造で構成するのは、電極の通電性を改善するためである。その後、振動子の頂点を露出する（図１１（ｆ））。
そして、窒化シリコン層５０をエッチングすることにより、ギャップ形成を行う（図１１（ｇ））。このとき、エッチングは細いギャップから進行していき、時間は短く、振動子３の側壁の窒化シリコン層が除去されたところでエッチングを終了することができるようにコントロールすることができる。
【００５７】
最後に、振動子の層部の絶縁層５を除去して構造解放を行い、電気機械共振器を作製する（図１１（ｈ））。
このようにして制御性よく、電極が支持柱で支持され、電極の振動を抑制することが可能な電気機械共振器を形成することが可能となる。
【００５８】
なお、前記実施の形態では、第２の電極層２７としてタングステン層を用いたが、タングステン層に限定されることなく、モリブデンなどの金属層のほか他の導電性材料を用いるようにしてもよい。また第１の電極層と同一材料であるドープト多結晶シリコン層を用いるようにしてもよい。
この構成では貫通孔の底面を含む内壁を窒化シリコンで覆うようにしているため、基板との絶縁分離が可能となる。従って、充填する支持柱は導電性材料でもよく、電極層を構成するドープト多結晶シリコン層２７をそのまま用いてもよい。この場合は、工数が大幅に低減される。
【００５９】
なお前記実施の形態では電気機械共振器について説明したが、本発明の振動子は、加速度センサの感圧部を構成するセンサのダイヤフラムなどにも適用可能である。
【００６０】
以上より、本発明では、振動子と、前記振動子と所定の微小ギャップを隔てて配設された電極とを備え、前記振動子と前記電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子の機械的振動を電気信号として出力する振動子であって、前記電極が、半導体基板表面に絶縁層を介して形成された外部接続用の電極端子と一体的に形成されており、前記電極およびその下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔に充填された支持部によって、前記電極が固定されたことを特徴とする。
この構成によれば、電極が、支持部によって支持基板上に支持されているため、支持基板と電極のスティクションを回避することができる。
【００６１】
また、本発明では、入力信号に対して励振可能な振動子と、前記振動子と所定の微小ギャップを隔てて配設された電極とを備え、前記振動子と前記電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子の機械的振動を電気信号として出力する振動子であって、前記電極が、前記振動子と対向し静電容量をもつ対向部と、半導体基板表面に絶縁層を介して形成された外部接続用の電極端子から、前記振動子に向けて伸長し、前記対向部に接続される伸長部を具備し、前記伸長部は、電極の下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔に充填された支持部によって、支持され、前記振動子が前記電極との間の電圧変化によって機械的振動を生起しうるように構成され、前記電圧と前記機械的振動との間で電気機械変換を可能にする。前記振動子は梁状であるのが望ましい。
この構成によれば、電極が、支持部によって支持基板上に支持されているため、支持基板と電極のスティクションを回避することができ、動作特性の優れた電気機械振動子を提供することが可能となる。
【００６２】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記支持部は、前記電極および前記絶縁層を貫通する前記貫通孔に充填され、前記絶縁層とは異なる材料で構成される。
この構成によれば、絶縁層をエッチングし、構造解放を行う際、支持部に対して絶縁層にエッチング選択性を持たせることによって支持部の形状を良好に維持しながら形状加工を行うことが可能となる。
【００６３】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記支持部は、柱状体である。
この構成により、軽量でかつ振動を抑制することが可能となる。
【００６４】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記支持部は、前記絶縁層の側壁を覆うように形成された壁状体である。
この構成によれば、電極端子とその下層部の周縁に溝を掘り、その溝を絶縁層で埋めて側壁を形成しているため、ギャップ形成およびデバイス開放(リリース工程)のためのエッチング工程において、電極の下層部に存在するＢＯＸ層を保護することができる。これにより、リリース工程後も電極端子の下層部が側壁によって保護され、電極のアンダーカットを防止することができる。さらにまた、この側壁の存在により、より確実に支持基板とのスティクションを回避することができる。
【００６５】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記半導体基板は、シリコン基板であり、前記絶縁層は酸化シリコン膜である。
【００６６】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記支持部は、窒化シリコンで構成される。
この構成により、絶縁層としての酸化シリコンのエッチング工程において窒化シリコンは選択性を有し、残留するため、エッチング選択性が良好である。
【００６７】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記支持部は、絶縁性の金属酸化物層と、前記金属酸化物層上に形成された金属層とで構成される。
この構成によれば、電極面積を維持することができ、電流の流路を狭めることがないため、特性の向上を図ることが可能となる。
【００６８】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記振動子は、断面三角形の梁状体である。
この構成によれば、シリコンの異方性エッチングによって制御性よく断面三角形の梁状体を形成することができるため、寸法ばらつきの低減を図ることが可能となる。
【００６９】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記柱状体は、前記電極の伸長部の中心部に設けられる。
この構成によれば、より効率よく、電極の振動を防止することができる。
【００７０】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記柱状体は、前記電極の伸長部の先端から1/3付近に設けられる。
この構成によれば、より効率よく、電極の振動を防止することができる。
【００７１】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記柱状体は、前記電極の伸長部の伸長方向に沿って複数列設けられ、その一列は前記電極の伸長部の中心部に設けられるとともに、他の一列は前記電極の伸長部の先端から1/3付近に設けられる。
この構成によれば、より効率よく、電極の振動を防止することができる。
【００７２】
また、本発明は、半導体基板表面に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に、傾斜面をもつ半導体層からなる突出構造部を形成する工程と、前記突出構造部の表面に、第２の絶縁層を成膜する工程と、前記第２の絶縁層の形成された突出構造部を持つ表面全体に導電性膜を成膜する工程と、前記導電性膜をパターニングし、振動子と前記振動子と所定の間隔を隔てて対向する電極部との間および、前記電極部と電極端子との間をつなぎ、貫通孔または貫通溝を有する伸長部と、電極端子部とをもつ電極を形成する工程と、前記貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程と、前記電極をマスクとして前記電極から露呈する前記第１および第２の絶縁層をエッチング除去し、前記支持部を形成する工程とを含む。
この構成によれば、貫通孔または貫通溝に充填された第３の膜をストッパとして第１および第２の絶縁層をエッチング除去するため、アンダーカットも低減され、パターン精度の良好な振動子を形成することができる。したがって、マージンも少なくてすむため、より微細化を図ることが可能となる。
【００７３】
また、本発明は、半導体基板表面に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に、傾斜面をもつ半導体層からなる突出構造部を形成する工程と、前記突出構造部の表面に、第２の絶縁層を成膜する工程と、前記第１の絶縁層に貫通孔または貫通溝を形成する工程と、前記貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程と、前記第２の絶縁層の形成された突出構造部を持つ表面全体に導電性膜を成膜する工程と、前記導電性膜をパターニングし、振動子と前記振動子と所定の間隔を隔てて対向する電極部との間および、前記電極部と電極端子との間をつなぎ、貫通孔または貫通溝を有する伸長部と、電極端子部とをもつ電極を形成する工程と、前記電極をマスクとして前記電極から露呈する前記第１および第２の絶縁層をエッチング除去し、前記支持部を形成する工程とを含む。
この構成によれば、上記作用効果に加え、電極をマスクとしてエッチングすることができ、より効率よく、パターン精度の良好な振動子を形成することができる。したがって、マージンも少なくてすむため、より微細化を図ることが可能となる。
【００７４】
また、本発明は、電気機械共振器の製造方法であって、前記第２の絶縁層を成膜する工程は、前記第１の絶縁層と同一材料の膜を成膜する工程である。
この構成によれば、ギャップ形成と構造開放のためのエッチング工程が同一工程ででき、製造作業性を低下することなく、形成可能である。
【００７５】
また、本発明は、電気機械共振器の製造方法であって、前記第２の絶縁層を成膜する工程は、前記第１の絶縁層のエッチング工程で、エッチングされにくい材料を成膜する工程である。
この構成によれば、第１および第２のエッチング工程を個別に制御することができ、アンダーカットの低減をはかることができる。
【００７６】
また、本発明は、電気機械共振器の製造方法であって、貫通溝を形成する工程は前記伸長部に相当する領域の周縁部に沿って形成する工程を含む。
この構成によれば、電極の形状を最大限に維持し、アンダーカットの低減をはかることができる。
【００７７】
また、本発明は、電気機械共振器の製造方法であって、前記電極を形成する工程の後に第２の電極層を形成する工程を含む。
この構成によれば、対向部の近傍で、電流路を遮断する場合があるが、第２の電極層を積層することにより、電流路の幅を確保することができる。
【００７８】
また、本発明は、電気機械共振器の製造方法であって、前記第１の絶縁層に貫通孔または貫通溝を形成する工程の後、前記貫通孔または貫通溝を有する表面全体に薄い保護層としての第４の膜を形成し、この第４の膜で覆われた貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程とを含む。
この構成によれば、保護層としての第４の膜を形成しているため、第３の膜は、いかなる材料であっても適用可能となり、設計の自由度が向上する。例えばシリコンあるいは金属などの導電体を用いることも可能である。導電体を用いる場合には電極の形成と同一工程で成膜することができ、工数の低減を図ることが可能となる。
【００７９】
また、本発明は、上記電気機械共振器の製造方法において、前記電極を形成する工程は、前記導電性膜の形成された表面に前記突出構造部の少なくとも頂部が露呈するように、レジストを塗布する工程と、レジストから露呈せしめられた前記突出構造部の頂部の導電性膜をエッチングすることにより、前記導電性膜を電気的に分離する工程と、前記レジストを除去する工程とを含む。
これにより、マスクを用いることなく、高精度でばらつきの少ない電気機械共振器を形成することが可能となる。
【００８０】
また、本発明は、上記電気機械共振器の製造方法において、前記分離する工程は、フォトリソグラフィにより上記レジストをパターニングする工程と、上記レジストから露出された領域および前記突出構造部の頂部の導電性膜をエッチングする工程とを含む。
この構成によれば、表面状態のばらつきに依存することなく、対向部の幅を制御することが可能となり、信頼性の高いパターニングが実現可能となる。
【００８１】
また、本発明は、上記電気機械共振器の製造方法において、前記半導体基板は表面に単結晶シリコン層を有するＳＯＩ構造を持つシリコン基板であり、前記突出構造部を形成する工程は、前記単結晶シリコン層の異方性エッチングにより、断面三角形となるように形成する工程である。
この構成によれば、単結晶シリコン層を形成したＳＯＩ基板を出発材料として用いることにより、単結晶シリコンの異方性エッチングを用いることにより、極めて高精度に断面三角形の梁を制御性よく形成することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明にかかる電気機械共振器、及びその製造方法は、電極端子と支持基板の間に発生するスティクションや電極の振動を防止し、振動子やギャップのサイズに依存することなく所望の電極端子を形成することを可能とする。またこの製造方法は、電気機械共振器だけでなく、容量結合型加速度センサ、ジャイロスコープ、シリコンマイクなどＳＯＩ基板を利用したさまざまなMEMS構造にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の構造を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の構造での電極の振動と絶縁柱の配置を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態２における電気機械共振器の構造を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態３における電気機械共振器を示す図
【図８】本発明の実施の形態４における電気機械共振器を示す図
【図９】本発明の実施の形態５における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態６における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態７における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図１２】従来の電気機械共振器でＳＯＩ基板を利用した構造の斜視図
【図１３】従来の電気機械共振器の工程断面図
【符号の説明】
【００８４】
１ ＳＯＩ基板の支持基板
３ 三角断面梁振動子
５ ＢＯＸ層
７ 電極膜
９ ギャップ形成用の絶縁層
１１ 穴
１３ 絶縁柱
１９ 振動子の開放部
２３ 電極のたわみ１次振動モード
２５ 電極のたわみ２次振動モード
３３ 壁状体
３３Ｓ 不連続部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems) 技術を用いて作製する振動子、これをもちいた電気機械共振器、及びその製造方法に関し、特に電極とギャップを有するＲＦ−ＭＥＭＳ共振器、及びＲＦ−ＭＥＭＳフィルタの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の容量結合型の電気機械共振器としては、電極端子と振動子の間にエアギャップを必要とするが、このエアギャップは、絶縁層を犠牲層として用いて後の工程でそれを除去することによって形成する方法が主に利用されている。（特許文献１参照）。又、電気機械共振器は、固有振動数を有する振動子の共振を利用するため、この振動子を支持基板から開放するために絶縁層を犠牲層として用いて、後の工程でそれを除去することによって形成する。さらに従来の電気機械共振器では、RF信号が入出力される電極端子と支持基板とを絶縁分離するために、電極端子の下層部に絶縁層を設けている。このように、電気機械共振器を構成するために、最低でも三層の絶縁層（ギャップのための犠牲層、構造開放のための犠牲層、電極端子の下層部の絶縁分離のための層）が必要となり、これを別々の工程で形成すると工程が複雑になる他、製造コストも増加するという問題がある。
【０００３】
この例では酸化シリコン膜からなるＢＯＸ層（埋め込み酸化シリコン膜）５を介して、多結晶シリコンからなる支持基板１上に単結晶シリコン層からなるデバイス形成層（３）とを形成することによって構成されたＳＯＩ(Semiconductor-0n-Insulator)基板を用いて電気機械共振器を実現している。これを図１２および図１３に示す。
【０００４】
この電気機械共振器の製造方法では、まず最初に多結晶シリコン基板に酸化シリコン膜からなるＢＯＸ層５、単結晶シリコン層からなるデバイス形成層（３）を形成したＳＯＩ基板に、異方性エッチングを行い、断面三角形の梁状体（三角断面梁）を形成し、ギャップ形成用の酸化シリコン９を形成した後、ＬＰＣＶＤ法により、電極膜７となるドープトポリシリコン膜を堆積する（図１３（ａ））。
【０００５】
この後、レジスト１２をスピンコートにより塗布する（図１３（ｂ））。このとき、レジストの塗布厚が（振動子３を構成する）三角断面梁の高さよりも薄くなるように、スピナーの回転数およびレジストの粘度を決定し、スピンコートしてレジスト１２の膜厚を決定し頂点が露出するようにする。この後は通常のフォトリソ工程に戻り、レジストの露光と現像後を行い、電極マスクのパターニングを行う。
【０００６】
次に、突出した頂点とパターニングされた電極膜７を１回のエッチング工程で同時にパターニングする。
【０００７】
次に、図１３（ｃ）に示すように、支持部となる部分を残して、絶縁層９とＢＯＸ層５を除去して振動子３となる三角断面梁を開放し、空間１９および狭ギャップ１７を有する電極が突出構造部で構成された三角断面梁の側面に配置された空中突出構造部が完成する。
この製造方法によって、ＳＯＩ基板を利用した単結晶シリコンの振動子と静電励振・静電検出を可能とする電極端子を有した電気機械共振器が実現する。ギャップ形成用の絶縁層９と振動子３の下層部にあたるＢＯＸ層５が同じ材料の酸化シリコン膜であるため、最後のリリース（構造開放）工程で同時にギャップ形成と構造開放が可能となり、製造工程の削減を実現する。
【０００８】
【特許文献１】WO2004-027796
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、携帯端末分野においては高周波化に伴い、電気機械フィルタとして上述したような電気機械共振器が広く用いられるようになってきているが、このような電気機械共振器では、小型化が進む一方である。高周波化するためには理想的な節に電極を配置する必要があるため、振動子を小型化するとこの振動子との間に静電容量を形成するための対向部の幅（すなわち電極幅）も小さくなる。その結果、通電のための電極パッドを構成する電極端子から伸長して、振動子に対向する対向部の幅は４０μｍ以下となるものが多い。このため、電流路を確保するために、電極端子と対向部との間の連結部を含む電極（以下電極）の幅は重要な要素となっている。
【００１０】
このように微細化が進むと、パターニングプロセスにおける制御性が重要な問題となる。上述したような工程で素子形成を行おうとすると、最後の構造開放のためのリリース工程により、図１２に示すように、フッ酸で酸化シリコン膜を除去していくと電極端子の下層部に設けられたＢＯＸ層までが同時にエッチングされるため電極にアンダーカットが発生し、中空構造が形成される。この電極に交流信号を入力して静電励振すると共振器が励振されるだけでなく、電極も同時に振動するため、出力信号中に電極の固有振動数も検出されてしまう場合がある。又、ある場合にはリリース工程で電極７が振動子３、及び電極のシリコン層に接触して離れなくなってしまう現象（スティクション）が発生するという問題もあった。
【００１１】
対向部７Ｔや、連結部７Ｓ、電極端子７Ｐを含む電極７の下層部に発生するアンダーカット領域の大きさは、フッ酸でリリースするエッチング時間に依存するが、エッチング時間は主に振動子３を支持基板から開放する時間、及びギャップ形成用の酸化シリコン膜を除去する時間で決定される。例えば振動子３のサイズの拡大あるいは、ＢＯＸ層の膜厚の増加によって、振動子３を支持基板から開放する時間も増加する。又、狭ギャップを実現するため酸化シリコン膜を薄膜化するとリリースのエッチング液が進入しにくくなり、ＢＯＸ層まで到達するのが困難となり、エッチング時間を増加する必要がある。このように振動子とギャップのサイズやＢＯＸ層の厚みによってエッチング時間が変化するため、リリース工程における、対向部や、連結部、電極端子を含む、電極のアンダーカットの発生は免れ得ない問題となっていた。
このため、アンダーカット分を考慮して、対向部などの電極幅を確保できるようにマージンをとらなければならないという問題もあり、これが微細化を阻む深刻な問題となっていた。
【００１２】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、微細化に際しても電極の振動を抑制し、出力特性のばらつきを防ぎ、信頼性の高い振動子および電気機械共振器を提供することを目的とする。
また、電極のアンダーカットを防止し、微細かつ高精度で、信頼性の高い電気機械共振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで本発明では、振動子と、前記振動子と所定の微小ギャップを隔てて配設された電極とを備え、前記振動子と前記電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子の機械的振動を電気信号として出力する振動子であって、前記電極が、半導体基板表面に絶縁層を介して形成された外部接続用の電極端子と一体的に形成されており、前記電極およびその下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔に充填された支持部によって、前記電極が固定されたことを特徴とする。
この構成によれば、電極が、支持部によって支持基板上に支持されているため、支持基板と電極のスティクションを回避することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電気機械共振器の構造によれば、製造工程における電気機械共振器のリリース工程で発生する電極端子の下層部のアンダーカットを防止し、電極と支持基板とのスティクションを回避することが可能となる。又、電極端子の下層部のアンダーカットが生じないため片持ち梁構造が形成されず、不要な電極の振動が防止できる。したがってより特性の良好な振動特性を備えた電気機械共振器の形成が可能となる。
【００１５】
さらにまた、電極端子の下層部の絶縁層を柱構造にすることで支持基板と電極端子との容量結合を低減し、フィードスルー（ホールド時に出力に入力信号が現れる度合い）の課題を改善することができる。
【００１６】
また、本発明の方法によれば、ギャップ形成用の絶縁層に比べて膜厚の大きい構造開放用の絶縁層が、エッチング選択性をもつ材料からなる柱状体に置き換えられた状態で、エッチング除去されるため、電極下層部のアンダーカットが低減され、同一工程でギャップ形成用の絶縁層および、これに比べて膜厚の大きい構造開放用の絶縁層を除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
(実施の形態１)
図１は、本発明の実施の形態１の電気機械共振器の斜視図であり、図２(a)乃至(d)は、図１の構造の斜視図を示す。
この電気機械共振器は、振動子３と、前記振動子３と所定の微小ギャップ１７を隔てて配設された対向電極７Ｔとを備え、前記振動子３と前記対向電極７との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子３の機械的振動を電気信号として出力する振動子であって、この対向電極７が、半導体基板１としてのシリコン基板表面にＢＯＸ層としての酸化シリコン膜からなる絶縁層５を介して形成された外部接続用の電極端子７Ｐと一体的に形成されており、電極端子７Ｐおよび電極端子７Ｐと対向電極７Ｔとの連結部７Ｓ（これら３つで電極７とする）が、その下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔１１に充填された窒化シリコン膜からなる支持部１３によって、電極７が固定されたことを特徴とする。なお、この電極７はドープトポリシリコンで構成されるが、この表面はタングステン薄膜からなる電極金属層で被覆されるようにしてもよい。
【００１８】
この構成によれば、電極７は、支持部１３によって支持基板としての半導体基板１上に支持されているため、支持基板と電極のスティクションを回避することができ、微細で特性ばらつきの少ない電気機械共振器を構成している。
【００１９】
また、本発明の電気機械共振器の構造は、主にＳＯＩ基板を利用して制御性よく作製される。本実施の形態の方法では、まず図２（ａ）に示すように、この基板１上にＢＯＸ層（酸化シリコン膜）５を介して形成された単結晶シリコン層（３）を形成し、ＳＯＩ基板を出発材料として用い、この基板１上にＢＯＸ層５を介して形成されたＳＯＩ基板の単結晶シリコン層（３）を異方性エッチングすることにより、三角断面梁を形成する（図２（ｂ））。
【００２０】
このように、共振器の構造は、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液を利用した結晶異方性エッチングにより、三角断面梁（３）を形成することによって得られる。例えば、シリコン層の厚さが１．５μｍのＳＯＩ基板を使用して異方性エッチングを実施することにより、シリコンが(１１１)側面に沿ってエッチングされ、三角断面梁がシリコン表面に対して５４．７°の角度を保ってエッチングされる。この様に、異方性エッチングを用いて形成することにより、梁の幅（２．１μｍ）は、製造する基板のシリコン層の厚さで決定されることになり、精度良く梁型振動子を形成することが可能となる。
【００２１】
このようにして三角断面梁からなる梁型振動子の形成後、ギャップを形成する酸化シリコン膜９を成膜する（図２（ｃ））。このギャップは共振器のＲＦ特性につながるため、ここでの酸化シリコン膜は均一で、しかも薄膜であることが望ましい。例えば熱酸化シリコン膜を犠牲層に用いる場合、酸化炉で三角断面梁の側面に５０ｎｍの酸化シリコン膜を成長させる。そしてこの後、三角断面梁の表面に熱酸化により、薄い絶縁層（酸化シリコン膜）９を成膜する。ＳＯＩ基板を用いた場合、ＢＯＸ層５が酸化シリコン膜で形成されているため、この絶縁層９としては、同じ材料である酸化シリコン膜を用いるのが望ましい。この絶縁層９がＭＥＭＳ共振器の狭ギャップ１７を形成するもので、数十ｎｍ〜数百ｎｍの膜厚を必要とし、高精度の膜厚制御が可能なＬＰＣＶＤ酸化シリコン膜や熱酸化シリコン膜を用いるのが望ましい。
【００２２】
なお、本発明の製造方法では、更なる狭ギャップの実現に向けて、ギャップ形成のための犠牲層となる酸化シリコン膜９を形成する工程の前に、基板洗浄（ＲＣＡ，ＳＰＭ等）の処理工程により、同時に三角断面梁（３）のシリコン表面に数ｎｍの酸化シリコン膜を形成し、これをギャップ形成用の絶縁層９として用いるようにしてもよい。
【００２３】
その後、ＬＰＣＶＤ法により、電極膜７となるドープトポリシリコン膜を堆積する（図２（ｄ））。
【００２４】
この後、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、電極膜７およびＢＯＸ層５を貫通するように貫通孔１１を形成する。
そして図３（ｂ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法により窒化シリコン膜１３を貫通孔１１内に充填する。
この後、レジスト１２をスピンコートにより塗布する（図３（ｃ））。このとき、レジストの塗布厚が三角断面梁（３）の高さよりも薄くなるように、スピナーの回転数およびレジストの粘度を決定し、スピンコートしてレジスト１２の膜厚を決定する。この場合、露出する領域にも依存するが、主にレジスト１２の膜厚を三角断面梁（３）の高さの１／３から１／４の膜厚にすると、スピンコート後に頂点が露出する。この後は通常の電極膜７のフォトリソ工程に戻り、レジストの露光と現像後を行い、電極マスクのパターニングを行う。
【００２５】
このようにして、スピンコートによる頂点の露出後、フォトマスクを用い、レジストを露光し、その後にレジストの現像を行うことにより、電極パターン形成用のマスクパターンが形成される。
【００２６】
次に、突出した頂点とパターニングされた電極膜７を１回のエッチング工程で同時にパターニングする。ここで、エッチング工程は、主に電極膜７となるポリシリコン膜の、酸化シリコン膜に対する選択性の良好なエッチング条件を用いることが必要であるため、ここではＳＦ６ガスを利用したドライエッチングなどが、適している。
このように、露出された頂点と電極をＲＩＥ装置でドライエッチングを行い、エッチングした後は基板からレジストを完全に除去する。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に示すように、支持部となる部分を残して、絶縁層９とＢＯＸ層５を除去して三角断面梁（３）を開放し、狭ギャップ１７を有する電極が突出構造部で構成された三角断面梁の側面に配置された空中突出構造部が完成する。そして低抵抗電極を必要とする場合には、この電極上にタングステン膜を形成する。このとき、熱処理を行い、タングステン膜をタングステンシリサイドとしてもよい。
【００２８】
最後の工程では、ギャップの形成と三角断面梁の基板から開放とが、必要であるため、フッ酸などを利用して電極と梁の間の酸化シリコン膜と梁の下層部に存在する酸化シリコン膜を除去し、梁型共振器を作製する。このとき、窒化シリコン膜１３からなる柱状体が形成されているため、この柱の部分は、製作後の共振器は図１に示したとおりである。
【００２９】
図１は、長さ２０μｍ、幅２μｍの三角断面梁の両側に電極を付加した共振器の構造を有する。電極と梁の間は、５０ｎｍの狭ギャップが形成されており、シリコン梁の頂点は完全に露出されている。
【００３０】
このように、まず、ＳＯＩ基板のデバイス層に単結晶シリコンの三角断面梁からなる振動子３を形成し、その上にギャップ形成用の絶縁層９を成膜する。この場合、絶縁層をＳＯＩ基板のＢＯＸ層５と同じ材料である酸化シリコン膜であることが望ましい。その後、ＢＯＸ層５と絶縁層９の上部に電極７を成膜し、次の工程で電極と絶縁層９に溝１１を掘る。この溝１１は電極端子を保持する柱を形成するために構成するが、図３(ｃ)で示したようにこの溝を酸化シリコン膜とは材料が異なる絶縁層１３で埋める。例えば、溝１１を窒化シリコン膜などで埋めることによって、図３(ｄ)で表わすようにＢＯＸ層とギャップ形成用の絶縁層９を除去しても電極端子が窒化シリコン膜の柱で保持され、電極と支持基板１との間で発生するスティクションが回避できる。ギャップ１７と三角断面梁振動子３の構造開放のための空間１９には、ギャップの幅、構造のサイズ、ＢＯＸ層５の厚さなどによってエッチング時間が変更されるが、実施の形態１の構成を用いれば、エッチング時間を長くしても電極端子が柱状体で保持されているため、所定の位置で電極の形状が保たれて形成されることになる。
【００３１】
かかる構成によれば、製造工程における電気機械共振器のリリース工程で発生する電極端子の下層部の若干のアンダーカットは否めないが、電極端子の下層部のアンダーカットが低減され、窒化シリコン膜からなる柱状体で支持されているため、片持ち梁構造となるのは防止され、不要な電極の振動が防止できる。したがってより電極と支持基板とのスティクションを回避することが可能となり、特性の良好な振動特性を備えた電気機械共振器の形成が可能となる。
【００３２】
さらにまた、電極端子の下層部の絶縁層を柱状構造にすることで支持基板と電極端子との容量結合を低減し、フィードスルー（ホールド時に出力に入力信号が現れる度合い）の課題を改善することができる。
【００３３】
また、本発明によれば、ギャップ形成用の絶縁層に比べて膜厚の大きい構造開放用の絶縁層が、一部エッチング選択性をもつ材料からなる柱状体を形成した状態で、エッチャントにさらされることになるため、電極端子の下層部のアンダーカットが低減され、同一構成でギャップ形成用の絶縁層および、これに比べて膜厚の大きい構造開放用の絶縁層を除去する両工程を実施することが可能となる。
【００３４】
次に本実施の形態の変形例について説明する。
図４は本発明の実施の形態１において絶縁体からなる柱状体を所定の場所に配置した例を示す。電気機械共振器の電極端子は、電極構造に依存する固有振動数を有しており、この電極に信号が入出力されると、電極が励振することになる。この電極の振動とは、電気機械共振器のRF特性の妨害波となるため、できる限りこれを低減する必要がある。図４は、電極端子のアンダーカットによって電極が片持ち梁に構成された時に有するたわみ振動モードを表わす。
【００３５】
図４(a)は電極がたわみ１次振動モード２３で励振した時を表わすがこの場合、振幅が最大となる電極の中心部に絶縁体からなる柱状体１３を配置することによってたわみ１次振動モード２３が励振されない構成を有することに等しくなる。なお、この構成によってたわみ振動モードの奇数モード（３次、５次、７次…）も同様に振動を防止することが可能となる。
【００３６】
図４(b)は電極がたわみ２次振動モード２５で励振した時を示す。この場合では、振幅が最大となる電極の端から約1/3の場所に絶縁柱を配置することによって、たわみ２次振動モード２５が励振されない構成を有することに等しくなる。なお、この構成によってたわみ振動モードの偶数モード（４次、６次、８次…）も同様に振動を防止することが可能となる。
【００３７】
(実施の形態２)
本発明の実施の形態２における電極構造は、前記実施の形態１と同様ＳＯＩ基板を利用して作製した電気機械共振器であり、支持用の柱状体の構造が異なる。本実施の形態では、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、柱状体を、電極構造体の周縁部に配設した窒化シリコン膜からなる壁状体３３で構成したことを特徴とする。図５（ａ）は本実施の形態の電気機械共振器の斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本実施の形態では、電極端子の周辺部に形成した貫通溝１１に窒化シリコン膜からなる壁状体３３を形成するもので、このように壁を設けることで、ギャップ１７と構造の開放部１９にあたる酸化シリコン膜をフッ酸で除去する時に電極の下層部がエッチングされにくい構造を有する。
この構造によれば、電極の周縁部が窒化シリコン膜からなる壁状体で被覆されているため、アンダーエッチはこの壁状体３３で停止することになり、微細かつ強固な構造体を維持することが可能となり、電極の振動は抑制される。
【００３８】
次に本実施の形態の電気機械共振器の製造方法について説明する。
まず図６(a)において、実施の形態１と同様の製造工程を用いてＳＯＩ基板のデバイス層に単結晶シリコンの三角断面梁振動子３を形成し、その上にギャップ形成用の絶縁層９、電極膜７を成膜し、次の工程で電極膜７と絶縁層９に貫通溝１１を電極の周縁から少し内側に入った所に、コの字型をなすように形成する。
そして図６(b)に示すように、コの字型をなす貫通溝１１内に窒化シリコン膜を充填し、壁状体３３を形成する。
この後、図６(ｃ)に示すように、ギャップ１７と構造の開放部１９にあたる酸化シリコン膜をフッ酸で除去する。このとき、壁状体３３で囲まれた絶縁層９はエッチングされないため、電極端子が下層部の絶縁層９で支持され、これによって支持基板１との間で発生するスティクションが回避できることになる。
【００３９】
このとき、絶縁体で構成された壁状体３３の分が電流の流路を妨げ、高抵抗となり、電圧降下の原因となることになるため、電流路を確保するような形状に壁状体を形成する必要がある。このため、壁状体をコの字状に形成する場合には、電極７の周縁部に沿って形成すると、アンダーエッチは確実に阻止されるが、電流路をふさぐことになる。したがって前述したように貫通溝１１は周縁から少し内側に入ったところにコの字型をなすように形成すればよいが、形成位置はＶＨＦ帯，ＵＨＦ帯では、数μｍ程度内側に入った所であれば十分である。
【００４０】
(実施の形態３)
本発明の実施の形態３における電極構造は、図７に示すように、前記実施の形態２とほぼ同様に壁状体３３を形成するものであるが、電極７の周縁部に沿って壁状体３３を形成するとともに、対向電極の形成される面側では、壁状体３３にスリットを形成し不連続部３３Ｓを形成することにより、対向電極からの電流路を確保している。図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）および（ｃ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。
この構成によれば、アンダーエッチは対向電極に対向する面側のわずかな幅の領域を除いて確実に阻止され、電流路もこの不連続部３３Ｓの部分で確保されることになり、高速作動を維持し、かつ電極の振動も回避することが可能となる。
【００４１】
(実施の形態４)
本発明の実施の形態４における電極構造は、図８に示すように、前記実施の形態３とほぼ同様に壁状体３３を形成するものであるが、対向電極の形成される面側で、スリットを形成し不連続部３３Ｓを形成することなく、壁状体３３は電極７の周縁部に沿って形成されており、この電極の上層をタングステン層からなる金属電極層２７で覆うことにより、対向電極からの電流路を確保している。図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００４２】
この構成によれば、アンダーエッチはさらに確実に阻止され、電流路も上層の金属電極層２７で不連続部なしに確保されることになり、さらなる高速作動を実現し得、かつ電極の振動も確実に回避することが可能となる。
【００４３】
(実施の形態５)
本発明の実施の形態５について説明する。前記実施の形態１乃至４では、支持柱および壁状体は、絶縁層５および電極７を貫通する貫通孔１１に形成したが、本実施の形態では電極７には貫通孔を形成せずにその下層の絶縁層５の貫通孔に充填された支持部のみで電気機械共振器を構成するものである。これにより、電流路を狭めることなく、確保した状態で、アンダーエッチのみを回避することができる。他の構造は前記実施の形態１乃至４と同様であるため斜視図は省略する。
【００４４】
この電気機械共振器の製造工程を図９（ａ）-(ｅ)に示す。この構成によれば、電極７の貫通孔を形成せずにその下層の絶縁層５の貫通孔に充填された支持部のみで電気機械共振器を構成しているため、電極７に流れる電気信号の通電性を良くし、電気機械共振器のRF特性を改善することができる。
【００４５】
図２（ｃ）に示したように、前記実施の形態１と同様に、三角梁構造を持つ振動子３を形成し表面酸化を行うことにより、ギャップ形成用の絶縁層９を形成した後、図９(a)に示すようにフォトリソグラフィにより、貫通孔１１を絶縁層５に形成する。その後、支持部を構成する絶縁層４３として窒化シリコン膜を成膜し、貫通孔１１を完全に充填する。（図９(b)）。
【００４６】
次にこの絶縁層４３をエッチバックして、絶縁層５内に支持部を構成する絶縁層４３を形成する（図９(c)）。
そして、図９(d)で電極層７の成膜とエッチングを行い、振動子３の頂点を露出する。最後にギャップ形成用の絶縁層９と振動子の下層部にあたる絶縁層をエッチングして構造を開放する(図９(e))。１７は狭ギャップ、１９は構造開放部である。
【００４７】
この構造によれば、電極面積が確保されるため、電流路を狭小化することなく、電極のアンダーエッチを防ぐことが出来るため、電気信号の通電性を改善し、より高速駆動で電極振動のない電気機械共振器を形成することが可能となる。
【００４８】
(実施の形態６)
実施の形態６として、電極層を２層にして電極に流れる電気信号の通電性を改善した構造、及びその製造方法の例である。これを図１０（ａ）乃至（ｇ）に示す。
本実施の形態では、電極５７を貫通すると共にこの電極７を支持するための柱状体（支持柱）５５が、窒化シリコン膜５０で覆われた酸化シリコンで構成され、この電極５７および支持柱５５の上層をタングステン層からなる第２の電極層２７で、覆うようにした点で、前記実施の形態１乃至４の構造と異なるが、基本的な構成については同様に形成されている。
製造に際しては、支持柱５５を形成するに際し、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン層を異方性エッチングにより加工し断面三角形状の振動子３を形成した後、このＳＯＩ基板の絶縁層５の電極形成領域にあらかじめ孔５１を形成し、この孔５１の内壁を覆うように窒化シリコン層５０を形成しておくようにし、この窒化シリコン層５０を構造開放およびギャップ形成のためのエッチング工程における保護膜として用いるようにしたことを特徴とする。すなわち第１の絶縁層としての電極層に貫通溝を形成する工程の後、前記貫通溝を有する表面全体に薄い保護層としての第４の膜（窒化シリコン膜）を形成し、この第４の膜で覆われた貫通溝に第３の膜（酸化層）を充填し支持部を形成しており、この構成によれば、保護層としての第４の膜を形成しているため、第３の膜は、いかなる材料であっても適用可能となり、設計の自由度が向上する。
【００４９】
まず、シリコン基板１上に絶縁層５を介して形成した単結晶シリコン層（３）を備えたＳＯＩ基板を前記実施の形態１と同様にして、絶縁層５の上層に振動子３を形成する。そして表面酸化により、ギャップ形成のための酸化シリコン層９形成後、フォトリソグラフィを用いてこの絶縁層５の振動子近傍に孔５１を形成し、さらに図１０（ａ）に示すように表面全体に、窒化シリコン層５０を成膜する。
【００５０】
そして、異方性エッチングにより、図１０（ｂ）に示すように、孔５１の内壁にのみ窒化シリコン層５０を残留させる。
【００５１】
この後、図１０（ｃ）に示すように、第１の電極層５７として導電体層を形成するが、この場合、シリコンなど後工程で酸化できる材料を利用する。その後、この第１の電極層５７に細い孔５３を掘り（図１０（ｄ））、この第１の電極層５７を酸化させることによって酸化層５５を形成する。この酸化層５５で埋められた孔５３と孔５１が絶縁層の支持部を形成する。形成した酸化層５５の上層部は次の工程で除去し、絶縁層の支持部のみを残す。
【００５２】
そして、その上層に第２の電極層２７としてタングステン層を成膜する（図１０（ｅ））。このように第１および第２の電極層の積層構造で構成するのは、電極の通電性を改善するためである。その後、振動子の頂点を露出する（図１０（ｆ））
【００５３】
最後に、振動子の側壁および下層部の絶縁層５を除去して構造解放およびギャップ形成を行い、電気機械共振器を作製する（図１０（ｇ））。この構造開放およびギャップ形成のためのエッチング工程において、支持柱は窒化シリコン層５０で覆われているため、アンダーエッチもなく確実に形状を維持することができる。またギャップ形成用の絶縁層９と絶縁層５０は違う膜厚や持つことや異なる成膜方法を利用することが可能であるため製造上の自由度が高いという利点もある。例えば、ギャップ形成用の絶縁層９の製造方法は、振動子３を酸化させて酸化層を成長させる方法をとり、その後の工程は実施の形態１と同様の製造方法を利用する。しかし、最後のリリース工程（図１０(ｇ)）では、ギャップ形成用の絶縁層９と電極の下層部の縁層５が同じ材料であった場合、同時に一回の絶縁層除去により、ギャップ形成と構造開放が実現することになる。
(実施の形態７)
実施の形態７は実施の形態６の製造方法の変形例を表すものである。
前記実施の形態６では、ギャップ形成用の絶縁層９と、支持柱の周りを覆う窒化シリコン層（絶縁層）５０とは別に成膜したが、本実施の形態では、ギャップ形成用の絶縁層を別に形成するのではなく、支持柱の周りを覆う窒化シリコン層５０をギャップ形成用の絶縁層として用い、ギャップ形成のためのエッチング工程を行った後に、構造開放のためのエッチング工程を実施するようにしたものである。
製造に際しては、支持柱５５を形成するに際し、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン層を異方性エッチングにより加工し断面三角形状の振動子３を形成した後、このＳＯＩ基板の絶縁層５の電極形成領域にあらかじめ孔５１を形成し、この孔５１の内壁を覆うように窒化シリコン層５０を形成しておくようにし、この窒化シリコン層５０を構造開放およびギャップ形成のためのエッチング工程における保護膜として用いるようにしたことを特徴とする。
【００５４】
まず、前記実施の形態６と同様に、シリコン基板１上に絶縁層５を介して形成した単結晶シリコン層（３）を備えたＳＯＩ基板に対して異方性エッチングを行い、絶縁層５の上層に振動子３を形成する。フォトリソグラフィを用いてこの絶縁層５の振動子近傍に孔５１を形成し、さらに図１１（ａ）に示すように表面全体に、窒化シリコン層５０を成膜する。
【００５５】
そして、図１１（ｂ）に示すように、第１の電極層５７として導電体層を形成するが、この場合、シリコンなど後工程で酸化できる材料を利用する。その後、この第１の電極層５７に細い孔５３を掘り（（図１１（ｃ））、この第１の電極層５７を酸化させることによって酸化層５５を形成する（（図１１（ｄ））。この酸化層５５で埋められた孔５３と孔５１が絶縁層の支持部を形成する。形成した酸化層５５の上層部は次の工程で除去し、絶縁層の支持部のみを残す。
【００５６】
そして、その上層に第２の電極層２７としてタングステン層を成膜する（図１１（ｅ））。このように第１および第２の電極層の積層構造で構成するのは、電極の通電性を改善するためである。その後、振動子の頂点を露出する（図１１（ｆ））。
そして、窒化シリコン層５０をエッチングすることにより、ギャップ形成を行う（図１１（ｇ））。このとき、エッチングは細いギャップから進行していき、時間は短く、振動子３の側壁の窒化シリコン層が除去されたところでエッチングを終了することができるようにコントロールすることができる。
【００５７】
最後に、振動子の層部の絶縁層５を除去して構造解放を行い、電気機械共振器を作製する（図１１（ｈ））。
このようにして制御性よく、電極が支持柱で支持され、電極の振動を抑制することが可能な電気機械共振器を形成することが可能となる。
【００５８】
なお、前記実施の形態では、第２の電極層２７としてタングステン層を用いたが、タングステン層に限定されることなく、モリブデンなどの金属層のほか他の導電性材料を用いるようにしてもよい。また第１の電極層と同一材料であるドープト多結晶シリコン層を用いるようにしてもよい。
この構成では貫通孔の底面を含む内壁を窒化シリコンで覆うようにしているため、基板との絶縁分離が可能となる。従って、充填する支持柱は導電性材料でもよく、電極層を構成するドープト多結晶シリコン層２７をそのまま用いてもよい。この場合は、工数が大幅に低減される。
【００５９】
なお前記実施の形態では電気機械共振器について説明したが、本発明の振動子は、加速度センサの感圧部を構成するセンサのダイヤフラムなどにも適用可能である。
【００６０】
以上より、本発明では、振動子と、前記振動子と所定の微小ギャップを隔てて配設された電極とを備え、前記振動子と前記電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子の機械的振動を電気信号として出力する振動子であって、前記電極が、半導体基板表面に絶縁層を介して形成された外部接続用の電極端子と一体的に形成されており、前記電極およびその下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔に充填された支持部によって、前記電極が固定されたことを特徴とする。
この構成によれば、電極が、支持部によって支持基板上に支持されているため、支持基板と電極のスティクションを回避することができる。
【００６１】
また、本発明では、入力信号に対して励振可能な振動子と、前記振動子と所定の微小ギャップを隔てて配設された電極とを備え、前記振動子と前記電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子の機械的振動を電気信号として出力する振動子であって、前記電極が、前記振動子と対向し静電容量をもつ対向部と、半導体基板表面に絶縁層を介して形成された外部接続用の電極端子から、前記振動子に向けて伸長し、前記対向部に接続される伸長部を具備し、前記伸長部は、電極の下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔に充填された支持部によって、支持され、前記振動子が前記電極との間の電圧変化によって機械的振動を生起しうるように構成され、前記電圧と前記機械的振動との間で電気機械変換を可能にする。前記振動子は梁状であるのが望ましい。
この構成によれば、電極が、支持部によって支持基板上に支持されているため、支持基板と電極のスティクションを回避することができ、動作特性の優れた電気機械振動子を提供することが可能となる。
【００６２】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記支持部は、前記電極および前記絶縁層を貫通する前記貫通孔に充填され、前記絶縁層とは異なる材料で構成される。
この構成によれば、絶縁層をエッチングし、構造解放を行う際、支持部に対して絶縁層にエッチング選択性を持たせることによって支持部の形状を良好に維持しながら形状加工を行うことが可能となる。
【００６３】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記支持部は、柱状体である。
この構成により、軽量でかつ振動を抑制することが可能となる。
【００６４】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記支持部は、前記絶縁層の側壁を覆うように形成された壁状体である。
この構成によれば、電極端子とその下層部の周縁に溝を掘り、その溝を絶縁層で埋めて側壁を形成しているため、ギャップ形成およびデバイス開放(リリース工程)のためのエッチング工程において、電極の下層部に存在するＢＯＸ層を保護することができる。これにより、リリース工程後も電極端子の下層部が側壁によって保護され、電極のアンダーカットを防止することができる。さらにまた、この側壁の存在により、より確実に支持基板とのスティクションを回避することができる。
【００６５】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記半導体基板は、シリコン基板であり、前記絶縁層は酸化シリコン膜である。
【００６６】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記支持部は、窒化シリコンで構成される。
この構成により、絶縁層としての酸化シリコンのエッチング工程において窒化シリコンは選択性を有し、残留するため、エッチング選択性が良好である。
【００６７】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記支持部は、絶縁性の金属酸化物層と、前記金属酸化物層上に形成された金属層とで構成される。
この構成によれば、電極面積を維持することができ、電流の流路を狭めることがないため、特性の向上を図ることが可能となる。
【００６８】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記振動子は、断面三角形の梁状体である。
この構成によれば、シリコンの異方性エッチングによって制御性よく断面三角形の梁状体を形成することができるため、寸法ばらつきの低減を図ることが可能となる。
【００６９】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記柱状体は、前記電極の伸長部の中心部に設けられる。
この構成によれば、より効率よく、電極の振動を防止することができる。
【００７０】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記柱状体は、前記電極の伸長部の先端から1/3付近に設けられる。
この構成によれば、より効率よく、電極の振動を防止することができる。
【００７１】
また、本発明は、上記電気機械共振器において、前記柱状体は、前記電極の伸長部の伸長方向に沿って複数列設けられ、その一列は前記電極の伸長部の中心部に設けられるとともに、他の一列は前記電極の伸長部の先端から1/3付近に設けられる。
この構成によれば、より効率よく、電極の振動を防止することができる。
【００７２】
また、本発明は、半導体基板表面に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に、傾斜面をもつ半導体層からなる突出構造部を形成する工程と、前記突出構造部の表面に、第２の絶縁層を成膜する工程と、前記第２の絶縁層の形成された突出構造部を持つ表面全体に導電性膜を成膜する工程と、前記導電性膜をパターニングし、振動子と前記振動子と所定の間隔を隔てて対向する電極部との間および、前記電極部と電極端子との間をつなぎ、貫通孔または貫通溝を有する伸長部と、電極端子部とをもつ電極を形成する工程と、前記貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程と、前記電極をマスクとして前記電極から露呈する前記第１および第２の絶縁層をエッチング除去し、前記支持部を形成する工程とを含む。
この構成によれば、貫通孔または貫通溝に充填された第３の膜をストッパとして第１および第２の絶縁層をエッチング除去するため、アンダーカットも低減され、パターン精度の良好な振動子を形成することができる。したがって、マージンも少なくてすむため、より微細化を図ることが可能となる。
【００７３】
また、本発明は、半導体基板表面に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に、傾斜面をもつ半導体層からなる突出構造部を形成する工程と、前記突出構造部の表面に、第２の絶縁層を成膜する工程と、前記第１の絶縁層に貫通孔または貫通溝を形成する工程と、前記貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程と、前記第２の絶縁層の形成された突出構造部を持つ表面全体に導電性膜を成膜する工程と、前記導電性膜をパターニングし、振動子と前記振動子と所定の間隔を隔てて対向する電極部との間および、前記電極部と電極端子との間をつなぎ、貫通孔または貫通溝を有する伸長部と、電極端子部とをもつ電極を形成する工程と、前記電極をマスクとして前記電極から露呈する前記第１および第２の絶縁層をエッチング除去し、前記支持部を形成する工程とを含む。
この構成によれば、上記作用効果に加え、電極をマスクとしてエッチングすることができ、より効率よく、パターン精度の良好な振動子を形成することができる。したがって、マージンも少なくてすむため、より微細化を図ることが可能となる。
【００７４】
また、本発明は、電気機械共振器の製造方法であって、前記第２の絶縁層を成膜する工程は、前記第１の絶縁層と同一材料の膜を成膜する工程である。
この構成によれば、ギャップ形成と構造開放のためのエッチング工程が同一工程ででき、製造作業性を低下することなく、形成可能である。
【００７５】
また、本発明は、電気機械共振器の製造方法であって、前記第２の絶縁層を成膜する工程は、前記第１の絶縁層のエッチング工程で、エッチングされにくい材料を成膜する工程である。
この構成によれば、第１および第２のエッチング工程を個別に制御することができ、アンダーカットの低減をはかることができる。
【００７６】
また、本発明は、電気機械共振器の製造方法であって、貫通溝を形成する工程は前記伸長部に相当する領域の周縁部に沿って形成する工程を含む。
この構成によれば、電極の形状を最大限に維持し、アンダーカットの低減をはかることができる。
【００７７】
また、本発明は、電気機械共振器の製造方法であって、前記電極を形成する工程の後に第２の電極層を形成する工程を含む。
この構成によれば、対向部の近傍で、電流路を遮断する場合があるが、第２の電極層を積層することにより、電流路の幅を確保することができる。
【００７８】
また、本発明は、電気機械共振器の製造方法であって、前記第１の絶縁層に貫通孔または貫通溝を形成する工程の後、前記貫通孔または貫通溝を有する表面全体に薄い保護層としての第４の膜を形成し、この第４の膜で覆われた貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程とを含む。
この構成によれば、保護層としての第４の膜を形成しているため、第３の膜は、いかなる材料であっても適用可能となり、設計の自由度が向上する。例えばシリコンあるいは金属などの導電体を用いることも可能である。導電体を用いる場合には電極の形成と同一工程で成膜することができ、工数の低減を図ることが可能となる。
【００７９】
また、本発明は、上記電気機械共振器の製造方法において、前記電極を形成する工程は、前記導電性膜の形成された表面に前記突出構造部の少なくとも頂部が露呈するように、レジストを塗布する工程と、レジストから露呈せしめられた前記突出構造部の頂部の導電性膜をエッチングすることにより、前記導電性膜を電気的に分離する工程と、前記レジストを除去する工程とを含む。
これにより、マスクを用いることなく、高精度でばらつきの少ない電気機械共振器を形成することが可能となる。
【００８０】
また、本発明は、上記電気機械共振器の製造方法において、前記分離する工程は、フォトリソグラフィにより上記レジストをパターニングする工程と、上記レジストから露出された領域および前記突出構造部の頂部の導電性膜をエッチングする工程とを含む。
この構成によれば、表面状態のばらつきに依存することなく、対向部の幅を制御することが可能となり、信頼性の高いパターニングが実現可能となる。
【００８１】
また、本発明は、上記電気機械共振器の製造方法において、前記半導体基板は表面に単結晶シリコン層を有するＳＯＩ構造を持つシリコン基板であり、前記突出構造部を形成する工程は、前記単結晶シリコン層の異方性エッチングにより、断面三角形となるように形成する工程である。
この構成によれば、単結晶シリコン層を形成したＳＯＩ基板を出発材料として用いることにより、単結晶シリコンの異方性エッチングを用いることにより、極めて高精度に断面三角形の梁を制御性よく形成することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明にかかる電気機械共振器、及びその製造方法は、電極端子と支持基板の間に発生するスティクションや電極の振動を防止し、振動子やギャップのサイズに依存することなく所望の電極端子を形成することを可能とする。またこの製造方法は、電気機械共振器だけでなく、容量結合型加速度センサ、ジャイロスコープ、シリコンマイクなどＳＯＩ基板を利用したさまざまなMEMS構造にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の構造を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の構造での電極の振動と絶縁柱の配置を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態２における電気機械共振器の構造を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態３における電気機械共振器を示す図
【図８】本発明の実施の形態４における電気機械共振器を示す図
【図９】本発明の実施の形態５における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態６における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態７における電気機械共振器の製造工程を示す断面図
【図１２】従来の電気機械共振器でＳＯＩ基板を利用した構造の斜視図
【図１３】従来の電気機械共振器の工程断面図
【符号の説明】
【００８４】
１ ＳＯＩ基板の支持基板
３ 三角断面梁振動子
５ ＢＯＸ層
７ 電極膜
９ ギャップ形成用の絶縁層
１１ 穴
１３ 絶縁柱
１９ 振動子の開放部
２３ 電極のたわみ１次振動モード
２５ 電極のたわみ２次振動モード
３３ 壁状体
３３Ｓ 不連続部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、前記振動子と所定の微小ギャップを隔てて配設された電極とを備え、前記振動子と前記電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子の機械的振動を電気信号として出力する振動子であって、
前記電極が、半導体基板表面に絶縁層を介して形成された電極端子と一体的に形成されており、
前記電極下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔に充填された支持部によって、前記電極が固定された振動子。
【請求項２】
入力信号に対して励振可能な振動子と、前記振動子と所定の微小ギャップを隔てて配設された電極とを備え、前記振動子と前記電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子の機械的振動を電気信号として出力する電気機械共振器であって、
前記電極が、前記振動子と対向し静電容量をもつ対向部と、半導体基板表面に絶縁層を介して形成された電極端子から、前記振動子に向けて伸長し、前記対向部に接続される伸長部を具備し、
前記伸長部は、電極の下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔に充填された支持部によって、支持され、
前記振動子が前記電極との間の電圧変化によって機械的振動を生起しうるように構成され、前記電圧と前記機械的振動との間で電気機械変換を可能にする電気機械共振器。
【請求項３】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記支持部は、前記電極および前記絶縁層を貫通する前記貫通孔に充填され、前記絶縁層とは異なる材料で構成された電気機械共振器。
【請求項４】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記支持部は、柱状体である電気機械共振器。
【請求項５】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記支持部は、前記絶縁層の側壁を覆うように形成された壁状体である電気機械共振器。
【請求項６】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記半導体基板は、シリコン基板であり、
前記絶縁層は酸化シリコン膜である電気機械共振器。
【請求項７】
請求項６に記載の電気機械共振器であって、
前記支持部は、窒化シリコンで構成された電気機械共振器。
【請求項８】
請求項６に記載の電気機械共振器であって、
前記支持部は、絶縁性の金属酸化物層と、前記金属酸化物層上に形成された金属層とで構成された電気機械共振器。
【請求項９】
請求項６に記載の電気機械共振器であって、
前記振動子は、断面三角形の梁状体である電気機械共振器。
【請求項１０】
請求項４に記載の電気機械共振器であって、
前記柱状体は、前記電極の伸長部の中心部に設けられた電気機械共振器。
【請求項１１】
請求項４に記載の電気機械共振器であって、
前記柱状体は、前記電極の伸長部の先端から1/3付近に設けられた電気機械共振器。
【請求項１２】
請求項４に記載の電気機械共振器であって、
前記柱状体は、前記電極の伸長部の伸長方向に沿って複数列設けられ、
その一列は前記電極の伸長部の中心部に設けられるとともに、
他の一列は前記電極の伸長部の先端から1/3付近に設けられた電気機械共振器。
【請求項１３】
半導体基板表面に第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層上に、傾斜面をもつ半導体層からなる突出構造部を形成する工程と、
前記突出構造部の表面に、第２の絶縁層を成膜する工程と、
前記第２の絶縁層の形成された突出構造部を持つ表面全体に導電性膜を成膜する工程と、
前記導電性膜をパターニングし、振動子と前記振動子と所定の間隔を隔てて対向する電極部との間および、前記電極部と電極端子との間をつなぎ、貫通孔または貫通溝を有する伸長部と、電極端子部とをもつ電極を形成する工程と、
前記貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程と、
前記電極をマスクとして前記電極から露呈する前記第１および第２の絶縁層をエッチング除去し、前記支持部を形成する工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板表面に第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層上に、傾斜面をもつ半導体層からなる突出構造部を形成する工程と、
前記突出構造部の表面に、第２の絶縁層を成膜する工程と、
前記第１の絶縁層に貫通孔または貫通溝を形成する工程と
前記貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の形成された突出構造部を持つ表面全体に導電性膜を成膜する工程と、
前記導電性膜をパターニングし、振動子と前記振動子と所定の間隔を隔てて対向する電極部との間および、前記電極部と電極端子との間をつなぎ、貫通孔または貫通溝を有する伸長部と、電極端子部とをもつ電極を形成する工程と、
前記電極をマスクとして前記電極から露呈する前記第１および第２の絶縁層をエッチング除去し、前記支持部を形成する工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記第２の絶縁層を成膜する工程は、前記第１の絶縁層と同一材料の膜を成膜する工程である電気機械共振器の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３または１４に記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記第２の絶縁層を成膜する工程は、前記第１の絶縁層のエッチング工程で、エッチングされにくい材料を成膜する工程である電気機械共振器の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６のいずれかに記載の電気機械共振器の製造方法であって、
貫通溝を形成する工程は前記伸長部に相当する領域の周縁部に沿って形成する工程を含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３乃至１７のいずれかに記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記電極を形成する工程の後に第２の電極層を形成する工程を含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記第１の絶縁層に貫通孔または貫通溝を形成する工程の後、
前記貫通孔または貫通溝を有する表面全体に薄い保護層としての第４の膜を形成し、この第４の膜で覆われた貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項２０】
請求項１３乃至１９のいずれかに記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記電極を形成する工程は、
前記導電性膜の形成された表面に前記突出構造部の少なくとも頂部が露呈するように、レジストを塗布する工程と、
レジストから露呈せしめられた前記突出構造部の頂部の導電性膜をエッチングすることにより、前記導電性膜を電気的に分離する工程と、
前記レジストを除去する工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記分離する工程は、
フォトリソグラフィにより上記レジストをパターニングする工程と、
上記レジストから露出された領域および前記突出構造部の頂部の導電性膜をエッチングする工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項２２】
請求項１３乃至２１のいずれかに記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記半導体基板は表面に単結晶シリコン層を有するＳＯＩ構造を持つシリコン基板であり、
前記突出構造部を形成する工程は、前記単結晶シリコン層の異方性エッチングにより、断面三角形となるように形成する工程である電気機械電気機械共振器の製造方法。
【請求項１】
振動子と、前記振動子と所定の微小ギャップを隔てて配設された電極とを備え、前記振動子と前記電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子の機械的振動を電気信号として出力する振動子であって、
前記電極が、半導体基板表面に絶縁層を介して形成された電極端子と一体的に形成されており、
前記電極下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔に充填された支持部によって、前記電極が固定された振動子。
【請求項２】
入力信号に対して励振可能な振動子と、前記振動子と所定の微小ギャップを隔てて配設された電極とを備え、前記振動子と前記電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記振動子の機械的振動を電気信号として出力する電気機械共振器であって、
前記電極が、前記振動子と対向し静電容量をもつ対向部と、半導体基板表面に絶縁層を介して形成された電極端子から、前記振動子に向けて伸長し、前記対向部に接続される伸長部を具備し、
前記伸長部は、電極の下層の前記絶縁層を貫通して形成された貫通孔に充填された支持部によって、支持され、
前記振動子が前記電極との間の電圧変化によって機械的振動を生起しうるように構成され、前記電圧と前記機械的振動との間で電気機械変換を可能にする電気機械共振器。
【請求項３】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記支持部は、前記電極および前記絶縁層を貫通する前記貫通孔に充填され、前記絶縁層とは異なる材料で構成された電気機械共振器。
【請求項４】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記支持部は、柱状体である電気機械共振器。
【請求項５】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記支持部は、前記絶縁層の側壁を覆うように形成された壁状体である電気機械共振器。
【請求項６】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記半導体基板は、シリコン基板であり、
前記絶縁層は酸化シリコン膜である電気機械共振器。
【請求項７】
請求項６に記載の電気機械共振器であって、
前記支持部は、窒化シリコンで構成された電気機械共振器。
【請求項８】
請求項６に記載の電気機械共振器であって、
前記支持部は、絶縁性の金属酸化物層と、前記金属酸化物層上に形成された金属層とで構成された電気機械共振器。
【請求項９】
請求項６に記載の電気機械共振器であって、
前記振動子は、断面三角形の梁状体である電気機械共振器。
【請求項１０】
請求項４に記載の電気機械共振器であって、
前記柱状体は、前記電極の伸長部の中心部に設けられた電気機械共振器。
【請求項１１】
請求項４に記載の電気機械共振器であって、
前記柱状体は、前記電極の伸長部の先端から1/3付近に設けられた電気機械共振器。
【請求項１２】
請求項４に記載の電気機械共振器であって、
前記柱状体は、前記電極の伸長部の伸長方向に沿って複数列設けられ、
その一列は前記電極の伸長部の中心部に設けられるとともに、
他の一列は前記電極の伸長部の先端から1/3付近に設けられた電気機械共振器。
【請求項１３】
半導体基板表面に第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層上に、傾斜面をもつ半導体層からなる突出構造部を形成する工程と、
前記突出構造部の表面に、第２の絶縁層を成膜する工程と、
前記第２の絶縁層の形成された突出構造部を持つ表面全体に導電性膜を成膜する工程と、
前記導電性膜をパターニングし、振動子と前記振動子と所定の間隔を隔てて対向する電極部との間および、前記電極部と電極端子との間をつなぎ、貫通孔または貫通溝を有する伸長部と、電極端子部とをもつ電極を形成する工程と、
前記貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程と、
前記電極をマスクとして前記電極から露呈する前記第１および第２の絶縁層をエッチング除去し、前記支持部を形成する工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板表面に第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層上に、傾斜面をもつ半導体層からなる突出構造部を形成する工程と、
前記突出構造部の表面に、第２の絶縁層を成膜する工程と、
前記第１の絶縁層に貫通孔または貫通溝を形成する工程と
前記貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の形成された突出構造部を持つ表面全体に導電性膜を成膜する工程と、
前記導電性膜をパターニングし、振動子と前記振動子と所定の間隔を隔てて対向する電極部との間および、前記電極部と電極端子との間をつなぎ、貫通孔または貫通溝を有する伸長部と、電極端子部とをもつ電極を形成する工程と、
前記電極をマスクとして前記電極から露呈する前記第１および第２の絶縁層をエッチング除去し、前記支持部を形成する工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記第２の絶縁層を成膜する工程は、前記第１の絶縁層と同一材料の膜を成膜する工程である電気機械共振器の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３または１４に記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記第２の絶縁層を成膜する工程は、前記第１の絶縁層のエッチング工程で、エッチングされにくい材料を成膜する工程である電気機械共振器の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６のいずれかに記載の電気機械共振器の製造方法であって、
貫通溝を形成する工程は前記伸長部に相当する領域の周縁部に沿って形成する工程を含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３乃至１７のいずれかに記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記電極を形成する工程の後に第２の電極層を形成する工程を含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記第１の絶縁層に貫通孔または貫通溝を形成する工程の後、
前記貫通孔または貫通溝を有する表面全体に薄い保護層としての第４の膜を形成し、この第４の膜で覆われた貫通孔または貫通溝に第３の膜を充填し支持部を形成する工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項２０】
請求項１３乃至１９のいずれかに記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記電極を形成する工程は、
前記導電性膜の形成された表面に前記突出構造部の少なくとも頂部が露呈するように、レジストを塗布する工程と、
レジストから露呈せしめられた前記突出構造部の頂部の導電性膜をエッチングすることにより、前記導電性膜を電気的に分離する工程と、
前記レジストを除去する工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記分離する工程は、
フォトリソグラフィにより上記レジストをパターニングする工程と、
上記レジストから露出された領域および前記突出構造部の頂部の導電性膜をエッチングする工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【請求項２２】
請求項１３乃至２１のいずれかに記載の電気機械共振器の製造方法であって、
前記半導体基板は表面に単結晶シリコン層を有するＳＯＩ構造を持つシリコン基板であり、
前記突出構造部を形成する工程は、前記単結晶シリコン層の異方性エッチングにより、断面三角形となるように形成する工程である電気機械電気機械共振器の製造方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−７２２０９（Ｐ２００８−７２２０９Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４６９３１（Ｐ２００６−２４６９３１）
【出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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