音叉振動子およびその製造方法
【課題】劣化を抑制することができる音叉振動子を提供する。
【解決手段】本発明に係る音叉振動子１００は，基体１と、基体のうちの少なくとも一部からなる音叉型の振動部１０と、振動部の屈曲振動を生成する駆動部２０と、基体の上方に形成され、駆動部に接しない多孔質層８０と、駆動部と多孔質層との間に形成された空洞部７２と、多孔質層の上方に形成された封止層９０と、を含み、振動部は、支持部１２と、支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部１４ａと、を有し、駆動部は、各ビーム部の上方に１対ずつ形成され、各駆動部は、第１電極２２と、第１電極の上方に形成された圧電体層２４と、圧電体層の上方に形成された第２電極２６と，を有する。
【解決手段】本発明に係る音叉振動子１００は，基体１と、基体のうちの少なくとも一部からなる音叉型の振動部１０と、振動部の屈曲振動を生成する駆動部２０と、基体の上方に形成され、駆動部に接しない多孔質層８０と、駆動部と多孔質層との間に形成された空洞部７２と、多孔質層の上方に形成された封止層９０と、を含み、振動部は、支持部１２と、支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部１４ａと、を有し、駆動部は、各ビーム部の上方に１対ずつ形成され、各駆動部は、第１電極２２と、第１電極の上方に形成された圧電体層２４と、圧電体層の上方に形成された第２電極２６と，を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉振動子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、時計やマイコンなどの情報機器では、クロックモジュールの発振器部分に音叉振動子が用いられている。音叉振動子には、圧電効果で駆動する方式が広く用いられている。最近では、シリコン基板上に、圧電体薄膜を上下の電極で挟んだ駆動部を設けた音叉振動子が開発されている（例えば特許文献１参照）。この音叉振動子では、大気中の水分などが駆動部に対して悪影響を与え、音叉振動子が劣化する場合がある。
【特許文献１】特開２００５−２４９３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、劣化を抑制することができる音叉振動子およびそ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】
【０００４】
本発明に係る音叉振動子は、
基体と、
前記基体のうちの少なくとも一部からなる音叉型の振動部と、
前記振動部の屈曲振動を生成する駆動部と、
前記基体の上方に形成され、前記駆動部に接しない多孔質層と、
前記駆動部と前記多孔質層との間に形成された空洞部と、
前記多孔質層の上方に形成された封止層と、を含み、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有し、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
各前記駆動部は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極と、を有する。
【０００５】
本発明に係る音叉振動子では、前記駆動部は、前記多孔質層および前記封止層によって密封された前記空洞部内に設けられ、外気との接触がない。このため、前記駆動部の前記圧電体層の劣化を抑制することができる。その結果、音叉振動子の劣化を抑制することができる。
【０００６】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に形成された他の特定のもの（以下「Ｂ」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂが形成されているような場合と、Ａ上に他のものを介してＢが形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００７】
本発明に係る音叉振動子において、
前記基体は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板であることができる。
【０００８】
本発明に係る音叉振動子において、
前記多孔質層は、金属酸化物からなることができる。
【０００９】
本発明に係る音叉振動子において、
前記多孔質層は、酸化アルミニウムからなることができる。
【００１０】
本発明に係る音叉振動子において、
前記封止層は、窒化シリコンからなることができる。
【００１１】
本発明に係る音叉振動子において、
前記空洞部内は、大気圧より小さい圧力であることができる。
【００１２】
本発明に係る音叉振動子の製造方法は、
基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体を用意する工程と、
前記基体の上方に駆動部を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングして振動部を形成する工程と、
前記絶縁層をパターニングして前記振動部の下方に開口部を形成する工程と、
前記駆動部を被覆する犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記犠牲層と反応させて前記犠牲層をガス化して除去する工程と、
前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、を含み、
前記駆動部を形成する工程は、
前記基体の上方に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第２電極を形成する工程と、を有し、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有するように形成され、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成される。
【００１３】
本発明に係る音叉振動子の製造方法において、
前記犠牲層は、レジスト層であり、
前記犠牲層を除去する工程において、前記レジスト層はアッシングにより除去されることができる。
【００１４】
本発明に係る音叉振動子の製造方法において、
前記封止層を形成する工程において、前記封止層は、大気圧より低い圧力下で形成されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
１． まず、本実施形態に係る音叉振動子１００について説明する。図１は、本実施形態に係る音叉振動子１００を概略的に示す平面図であり、図２は、音叉振動子１００を概略的に示す断面図である。なお、図２は、図１のII−II線断面図である。
【００１７】
音叉振動子１００は、図１、図２に示すように、基体１と、振動部１０と、駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）と、多孔質層８０と、空洞部７２と、封止層９０と、を含む。なお、図１の一部では、便宜上、多孔質層８０と封止層９０を透視して描いてある。
【００１８】
基体１は、例えば図２に示すように、基板２と、基板２上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成された半導体層４と、を有することができる。基体１としては、例えばＳＯＩ基板などを用いることができる。ＳＯＩ基板としては、例えばＳＩＭＯＸ（silicon implanted oxide）基板や貼り合わせＳＯＩ基板などが挙げられる。例えば、基板２としてシリコン基板、絶縁層３として酸化シリコン層、半導体層４としてシリコン層を用いることができる。半導体層４の厚みは、音叉振動子１００の小型化のためには、２０μｍ以下であることが望ましい。半導体層４内には各種の半導体回路を作り込むことができる。半導体層４としてシリコン層を用いることが、一般的な半導体製造技術を利用できる点で有利である。
【００１９】
振動部１０は、基体１のうちの少なくとも一部からなる。振動部１０の平面形状は、図１に示すように音叉型である。振動部１０は、図２に示すように、基体１の絶縁層３の一部を除去して形成された開口部３ａ上に形成されている。振動部１０の周りには、振動部１０の振動を許容する空隙部４ａが形成されている。振動部１０は、支持部１２と、支持部１２を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部１４（１４ａ，１４ｂ）と、を有する。第１ビーム部１４ａおよび第２ビーム部１４ｂは、長手方向（図１のＸ方向）に平行に所定間隔をおいて配置されている。
【００２０】
支持部１２は、半導体層４の一部からなる第１支持部１２ａと、第１支持部１２ａよりも幅の大きい第２支持部１２ｂと、を有する。第１支持部１２ａは、半導体層４の一部からなる固定部４ｂに連続しており、固定部４ｂと第２支持部１２ｂとを接続している。第２支持部１２ｂは、第１ビーム部１４ａおよび第２ビーム部１４ｂを支持する機能と、これらのビーム部１４ａ，１４ｂの振動を第１支持部１２ａに伝搬させない機能と、を有する。第２支持部１２ｂは、例えば図１に示すように、側部に凹凸形状を有することができる。
【００２１】
駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）は、振動部１０の屈曲振動を生成する。駆動部２０は、図１に示すように、第１ビーム部１４ａと第２ビーム部１４ｂの上に１対ずつ形成されている。即ち、第１ビーム部１４ａ上には、第１駆動部２０ａと第２駆動部２０ｂとが、第１ビーム部１４ａの長手方向に沿って、互いに平行に形成されている。同様に、第２ビーム部１４ｂ上には、第３駆動部２０ｃと第４駆動部２０ｄとが、第２ビーム部１４ｂの長手方向に沿って、互いに平行に形成されている。第１ビーム部１４ａの外側に配置された第１駆動部２０ａと、第２ビーム部１４ｂの外側に配置された第３駆動部２０ｃとは、配線（図示せず）により電気的に接続されている。第１ビーム部１４ａの内側に配置された第２駆動部２０ｂと、第２ビーム部１４ｂの内側に配置された第４駆動部２０ｄとは、配線（図示せず）により電気的に接続されている。
【００２２】
駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）は、図２に示すように、ビーム部１４ａ，１４ｂの上方に形成された第１電極２２と、第１電極２２上に形成された圧電体層２４と、圧電体層２４上に形成された第２電極２６と、を有する。駆動部２０は、さらに、ビーム部１４ａ、１４ｂと第１電極２２との間に形成された下地層５を有することができる。
【００２３】
下地層５は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）層、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層等の絶縁層である。下地層５は、例えば２層以上の複合層で構成されていても良い。
【００２４】
第１電極２２は、例えばＰｔなどの電極材料からなることができる。第１電極２２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、例えば１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。
【００２５】
圧電体層２４は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料からなることができる。圧電体層２４の厚さは、半導体層４の厚みの１／１０倍以上、等倍以下程度であることが望ましい。この範囲の厚さであることにより、ビーム部１４ａ，１４ｂを十分に振動させる駆動力が確保されることができる。例えば、半導体層４の厚みを１μｍ〜２０μｍとした場合、圧電体層２４の厚さは０．１μｍ〜２０μｍとすることができる。
【００２６】
第２電極２６は、例えばＰｔなどの電極材料からなることができる。第２電極２６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、例えば１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。
【００２７】
なお、図示の例では、駆動部２０において、第１電極２２と第２電極２６の間には圧電体層２４のみが存在するが、両電極２２，２６間に圧電体層２４以外の層を有していても良い。圧電体層２４の膜厚は、共振条件に応じて適宜変更することができる。
【００２８】
本実施形態に係る音叉振動子１００では、第１〜第４駆動部２０ａ〜２０ｄに交流電界を印加することにより、第１，第２ビーム１４ａ，１４ｂをそれぞれ鏡映対称に屈曲振動させ、音叉振動を実現することができる。
【００２９】
多孔質層８０は、図２に示すように、基体１上に形成され、駆動部２０に接していない。多孔質層８０の形状は、後述する犠牲層７０の形状を反映したものとなる。多孔質層８０の内側には、空洞部７２が形成されている。空洞部７２の内側には、駆動部２０が形成されている。即ち、空洞部７２は、駆動部２０と多孔質層８０との間に形成されている。
【００３０】
多孔質層８０は、多数の微細な貫通孔を有している。この貫通孔を通じて気体が移動することができる。多孔質層８０としては、高い機械的強度を有し、単独でその形状が保持されるものが望ましい。多孔質層８０の厚みは、例えば０．２μｍ〜２μｍ程度である。多孔質層８０としては、成膜した際に多孔質となり、かつ高い機械的強度を有する材質のものを用いることができる。多孔質層８０は、酸化物、窒化物、有機物などからなることができる。多孔質層８０は、好ましくは金属酸化物からなり、より好ましくは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる。
【００３１】
封止層９０は、図２に示すように、多孔質層８０上に形成されている。封止層９０は、多孔質層８０の貫通孔を封止して空洞部７２を気密に保ち、多孔質層８０の機械的強度を補強することができる。後述するが、封止層９０は大気圧よりも低い圧力下で成膜されるため、音叉振動子１００が大気中に置かれた場合、空洞部７２は負圧状態となる。本実施形態の音叉振動子１００によれば、多孔質層８０および封止層９０が高い機械的強度を有するため、空洞部７２が負圧状態でも空洞部７２の形状を保持することできる。封止層９０の厚みは、例えば０．１μｍ〜１．５μｍ程度である。封止層９０は、空洞部７２の気密性を保持できる緻密な物質からなる。封止層９０は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどからなることができる。
【００３２】
２． 次に、本実施形態に係る音叉振動子１００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３〜図８は、図１および図２に示す本実施形態の音叉振動子１００の一製造工程を概略的に示す断面図であり、それぞれ図２に示す断面図に対応している。
【００３３】
（１）まず、図３に示すように、基板２上に絶縁層３および半導体層４がこの順に配置された基体１を用意する。
【００３４】
（２）次に、基体１上に、駆動部２０を形成する。具体的には、基体１上に駆動部２０を構成する下地層５、第１電極２２、圧電体層２４、および第２電極２６を順次形成する。
【００３５】
下地層５は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法などにより形成される。下地層５は、例えば、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され、所望の形状に形成されることができる。
【００３６】
第１電極２２は、蒸着法、スパッタ法などにより形成される。第１電極２２は、例えば、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され、所望の形状に形成されることができる。
【００３７】
圧電体層２４は、レーザーアブレーション法、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより形成される。例えば、レーザーアブレーション法を用いてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層２４を形成する場合には、レーザー光をＰＺＴ用ターゲット、例えばＰｂ１．０５Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８ＮｂＯ３のターゲットに照射する。そして、このターゲットから鉛原子、ジルコニウム原子、チタン原子、および酸素原子をアブレーションによって放出させ、レーザーエネルギーによってプルームを発生させ、このプルームを基体１に向けて照射する。これにより、第１電極２２上にＰＺＴからなる圧電体層２４が成膜される。圧電体層２４は、例えば、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され、所望の形状に形成されることができる。
【００３８】
第２電極２６は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより形成される。第２電極２６は、例えば、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され、所望の形状に形成されることができる。
【００３９】
（３）次に、図４に示すように、基体１の半導体層４を所望の形状にパターニングして振動部１０を形成する。振動部１０は、半導体層４を刳り貫いて空隙部４ａ（図１参照）を形成することにより得られる。半導体層４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パターニングされる。エッチング技術としては、ドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることができる。本パターニング工程においては、基体１の絶縁層３をエッチングストッパ層として用いることができる。
【００４０】
（４）次に、図５に示すように、基体１の絶縁層３をパターニングして振動部１０の下に開口部３ａを形成する。絶縁層３が酸化シリコンからなる場合には、例えばフッ化水素酸を用いたウェットエッチングにより絶縁層３をパターニングすることができる。本パターニング工程では、例えば、基板２および半導体層４をエッチングストッパ層として用いることにより、フォトリソグラフィ技術を用いることなく絶縁層３をパターニングすることができる。
【００４１】
（５）上述した工程により、空隙部４ａおよび開口部３ａが設けられることで、音叉型の振動部１０に対する機械的拘束力が低減され、振動部１０が十分に振動できるようになる。
【００４２】
（６）次に、図６に示すように、駆動部２０を被覆する犠牲層７０を形成する。具体的には、まず、駆動部２０を覆うように、基体１の全面に犠牲層７０を設ける。犠牲層７０は、例えば有機系レジスト材料からなることができる。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、図６に示すように犠牲層７０をパターニングする。パターニングされた犠牲層７０の形状は、次の工程で形成される多孔質層８０の形状に反映される。従って、多孔質層８０が駆動部２０と接触しないようにするために、犠牲層７０は、駆動部２０が全て埋没するように設けられる。また、犠牲層７０は、図６に示すように、空隙部４ａおよび開口部３ａ（図５参照）を埋め込むことができる。なお、犠牲層７０は、空隙部４ａや開口部３ａを埋め込まなくても良い。
【００４３】
（７）次に、図７に示すように、犠牲層７０を被覆する多孔質層８０を形成する。多孔質層８０は、犠牲層７０の表面に沿って形成される。多孔質層８０は、例えばＣＶＤ法、スパッタ法などを用いて形成される。例えば、多孔質層８０として酸化アルミニウム層を用いる場合には、多孔質層８０の形成にはＣＶＤ法を用いることが好ましい。この場合には、トリメチルアルミニウムを原料とし、原料の噴き付けを調整し、オゾンを反応炉内に導入し、４００℃以下（例えば２００℃）で熱酸化を繰り返させることにより、好適な多孔質層８０を形成することができる。なお、多孔質層８０の形成方法や形成条件は、多孔質層８０の材料などに応じて適宜変更することができる。
【００４４】
（８）次に、図８に示すように、多孔質層８０の孔を通じてガス（例えばプラズマ等）を供給し、犠牲層７０と反応させて、犠牲層７０をガス化して除去する。犠牲層７０としてレジスト層を用いる場合には、犠牲層７０の除去は、例えば、酸素プラズマによるアッシングにより行われる。具体的には、まず、チャンバー内に酸素ガスを導入し、酸素ガスを公知の方法によりプラズマ化する。チャンバー内の圧力は、例えば２００Ｐａ〜３００Ｐａ程度である。発生した酸素プラズマ（ガス）は、多孔質層８０の貫通孔を通り抜け、多孔質層８０の内側の犠牲層７０と反応する。その結果生じたガスは、多孔質層８０の貫通孔を通り抜け、外部に放出される。本工程における基板温度としては、例えば２００℃程度、処理時間としては、例えば１０分程度とすることができる。本工程において、犠牲層７０と反応させるガスは、酸素プラズマに限定されず、犠牲層７０を除去できるガスであれば良い。
【００４５】
上述したように犠牲層７０を除去することにより、図８に示すように、多孔質層８０の形状を保持したまま、多孔質層８０の内側に空洞部７２を形成することができる。
【００４６】
（９）次に、図１および図２に示すように、多孔質層８０を被覆する封止層９０を形成する。封止層９０は、多孔質層８０の表面に沿って形成される。封止層９０は、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法などを用いて形成される。封止層９０は、大気圧よりも低い圧力下で成膜される。このため、空洞部７２内は大気圧よりも低い圧力（真空状態）のまま封止される。封止層９０の成膜条件は、封止層９０が空洞部７２の気密性を保持できる緻密性を有するように適宜設定される。なお、本実施形態の製造方法では、例えば、上述した多孔質層８０の形成工程から、この封止層９０の形成工程までを真空装置内で一貫して行うことができる。
【００４７】
（１０）以上の工程により、図１および図２に示すように、本実施形態の音叉振動子１００が形成される。
【００４８】
３． 本実施形態の音叉振動子１００では、駆動部２０は、多孔質層８０および封止層９０によって密封された空洞部７２内に設けられ、外気との接触がない。このため、駆動部２０の圧電体層２４の劣化を抑制することができる。その結果、音叉振動子１００の劣化を抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態の音叉振動子１００では、空洞部７２が減圧状態であり、空洞部７２内には、圧電体層２４に対して悪影響を与える物質（例えば水分など）が少ない。このため、音叉振動子１００の劣化をより一層抑制することができる。
【００５０】
また、本実施形態の音叉振動子１００の製造方法では、駆動部２０を密封するための構造を真空装置内で一貫して形成することができる。このため、その構造の形成工程において、駆動部２０を大気と接触しないようにすることができる。従って、本実施形態の製造方法によれば、駆動部２０の圧電体層２４に対して悪影響を与える物質（例えば水分など）が少ない状況下で音叉振動子１００を製造することができる。
【００５１】
また、本実施形態の音叉振動子１００の製造方法によれば、真空装置内で空洞部７２を得ることができるため、他の特別な工程を経なくても空洞部７２を減圧状態にすることができる。
【００５２】
また、本実施形態の音叉振動子１００では、振動部１０は、基体１（例えばＳＯＩ基板）の半導体層４によって構成されるため、振動部１０の厚さを薄くすることができる。これにより、クロックモジュールに用いられる発振器の共振周波数を生成する音叉振動子１００において、振動部１０（より具体的にはビーム部１４ａ，１４ｂ）の長さを短くすることができる。即ち、例えば水晶を用いた音叉振動子などに比べて、本実施形態に係る音叉振動子１００を小型化することができる。例えば、３２ｋＨｚ帯の共振周波数を用いる場合には、振動部１０の厚みを２０μｍ以下、振動部１０の長さを２ｍｍ以下、音叉振動子１００のパッケージ長さを３ｍｍ以下とすることができる。なお、３２ｋＨｚ帯の共振周波数とは、例えば１６ｋＨｚ〜６６ｋＨｚの範囲のものである。これは、１５段のフリップフロップ回路で分周して１Ｈｚの信号を発生させるためには、２１５＝３２．７６８ｋＨｚが必要であるが、１４段、１６段も消費電力の観点から可能であるため、２１４＝１６．３８４ｋＨｚから２１６＝６５．５３６ｋＨｚまでを範囲とすることができるためである。
【００５３】
本実施形態に係る音叉振動子１００の具体例としては以下の通りである。例えば、第１電極２２の厚みは０．１μｍ、圧電体層２４の厚みは１μｍ、第２電極２６の厚みは０．１μｍ、駆動部２０の厚みは１．２μｍ、半導体層４の厚みは２μｍ、ビーム部１４ａ、１４ｂのビーム長さは４１０μｍ、ビーム幅は４μｍである。振動部１０は、長辺１ｍｍ、短辺１０μｍの空隙部４ａ内に収まっている。この構成の音叉振動子１００について、有限要素法によって運動方程式を解いてシミュレーションすると、屈曲振動の共振周波数は３２ｋＨｚとなった。
【００５４】
なお、本実施形態の音叉振動子１００は、非同期回路のような本来タイミングデバイスを必要としない回路においても、トリガ発生器として用いられることができる。
【００５５】
また、本実施形態の音叉振動子１００では、基体１としてＳＯＩ基板を用いて、絶縁層３上に半導体集積回路と音叉振動子１００を混載して音叉振動子モジュールを形成することができる。これにより、モジュールパッケージを小型化することができる。
【００５６】
また、本実施形態の音叉振動子１００では、基体１としてＳＯＩ基板を用いて、絶縁層３上に発振回路と音叉振動子１００を混載することができる。ＳＯＩ基板を用いたデバイスでは、動作電圧を低くすることができるため、本実施形態の音叉振動子１００によれば、低消費電力のワンチップクロックモジュールを提供することができる。
【００５７】
４． 上記のように、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。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施形態に係る音叉振動子を概略的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係る音叉振動子を概略的に示す断面図。
【図３】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図４】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図５】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図６】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図７】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図８】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１ 基体、２ 基板、３ 絶縁層、４ 半導体層、５ 下地層、１０ 振動部、１２ 支持部、１４ ビーム部、２０ 駆動部、２２ 第１電極、２４ 圧電体層、２６ 第２電極、７０ 犠牲層、７２ 空洞部、８０ 多孔質層、９０ 封止層，１００ 音叉振動子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉振動子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、時計やマイコンなどの情報機器では、クロックモジュールの発振器部分に音叉振動子が用いられている。音叉振動子には、圧電効果で駆動する方式が広く用いられている。最近では、シリコン基板上に、圧電体薄膜を上下の電極で挟んだ駆動部を設けた音叉振動子が開発されている（例えば特許文献１参照）。この音叉振動子では、大気中の水分などが駆動部に対して悪影響を与え、音叉振動子が劣化する場合がある。
【特許文献１】特開２００５−２４９３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、劣化を抑制することができる音叉振動子およびそ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】
【０００４】
本発明に係る音叉振動子は、
基体と、
前記基体のうちの少なくとも一部からなる音叉型の振動部と、
前記振動部の屈曲振動を生成する駆動部と、
前記基体の上方に形成され、前記駆動部に接しない多孔質層と、
前記駆動部と前記多孔質層との間に形成された空洞部と、
前記多孔質層の上方に形成された封止層と、を含み、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有し、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
各前記駆動部は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極と、を有する。
【０００５】
本発明に係る音叉振動子では、前記駆動部は、前記多孔質層および前記封止層によって密封された前記空洞部内に設けられ、外気との接触がない。このため、前記駆動部の前記圧電体層の劣化を抑制することができる。その結果、音叉振動子の劣化を抑制することができる。
【０００６】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に形成された他の特定のもの（以下「Ｂ」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂが形成されているような場合と、Ａ上に他のものを介してＢが形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００７】
本発明に係る音叉振動子において、
前記基体は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板であることができる。
【０００８】
本発明に係る音叉振動子において、
前記多孔質層は、金属酸化物からなることができる。
【０００９】
本発明に係る音叉振動子において、
前記多孔質層は、酸化アルミニウムからなることができる。
【００１０】
本発明に係る音叉振動子において、
前記封止層は、窒化シリコンからなることができる。
【００１１】
本発明に係る音叉振動子において、
前記空洞部内は、大気圧より小さい圧力であることができる。
【００１２】
本発明に係る音叉振動子の製造方法は、
基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体を用意する工程と、
前記基体の上方に駆動部を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングして振動部を形成する工程と、
前記絶縁層をパターニングして前記振動部の下方に開口部を形成する工程と、
前記駆動部を被覆する犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記犠牲層と反応させて前記犠牲層をガス化して除去する工程と、
前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、を含み、
前記駆動部を形成する工程は、
前記基体の上方に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第２電極を形成する工程と、を有し、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有するように形成され、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成される。
【００１３】
本発明に係る音叉振動子の製造方法において、
前記犠牲層は、レジスト層であり、
前記犠牲層を除去する工程において、前記レジスト層はアッシングにより除去されることができる。
【００１４】
本発明に係る音叉振動子の製造方法において、
前記封止層を形成する工程において、前記封止層は、大気圧より低い圧力下で形成されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
１． まず、本実施形態に係る音叉振動子１００について説明する。図１は、本実施形態に係る音叉振動子１００を概略的に示す平面図であり、図２は、音叉振動子１００を概略的に示す断面図である。なお、図２は、図１のII−II線断面図である。
【００１７】
音叉振動子１００は、図１、図２に示すように、基体１と、振動部１０と、駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）と、多孔質層８０と、空洞部７２と、封止層９０と、を含む。なお、図１の一部では、便宜上、多孔質層８０と封止層９０を透視して描いてある。
【００１８】
基体１は、例えば図２に示すように、基板２と、基板２上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成された半導体層４と、を有することができる。基体１としては、例えばＳＯＩ基板などを用いることができる。ＳＯＩ基板としては、例えばＳＩＭＯＸ（silicon implanted oxide）基板や貼り合わせＳＯＩ基板などが挙げられる。例えば、基板２としてシリコン基板、絶縁層３として酸化シリコン層、半導体層４としてシリコン層を用いることができる。半導体層４の厚みは、音叉振動子１００の小型化のためには、２０μｍ以下であることが望ましい。半導体層４内には各種の半導体回路を作り込むことができる。半導体層４としてシリコン層を用いることが、一般的な半導体製造技術を利用できる点で有利である。
【００１９】
振動部１０は、基体１のうちの少なくとも一部からなる。振動部１０の平面形状は、図１に示すように音叉型である。振動部１０は、図２に示すように、基体１の絶縁層３の一部を除去して形成された開口部３ａ上に形成されている。振動部１０の周りには、振動部１０の振動を許容する空隙部４ａが形成されている。振動部１０は、支持部１２と、支持部１２を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部１４（１４ａ，１４ｂ）と、を有する。第１ビーム部１４ａおよび第２ビーム部１４ｂは、長手方向（図１のＸ方向）に平行に所定間隔をおいて配置されている。
【００２０】
支持部１２は、半導体層４の一部からなる第１支持部１２ａと、第１支持部１２ａよりも幅の大きい第２支持部１２ｂと、を有する。第１支持部１２ａは、半導体層４の一部からなる固定部４ｂに連続しており、固定部４ｂと第２支持部１２ｂとを接続している。第２支持部１２ｂは、第１ビーム部１４ａおよび第２ビーム部１４ｂを支持する機能と、これらのビーム部１４ａ，１４ｂの振動を第１支持部１２ａに伝搬させない機能と、を有する。第２支持部１２ｂは、例えば図１に示すように、側部に凹凸形状を有することができる。
【００２１】
駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）は、振動部１０の屈曲振動を生成する。駆動部２０は、図１に示すように、第１ビーム部１４ａと第２ビーム部１４ｂの上に１対ずつ形成されている。即ち、第１ビーム部１４ａ上には、第１駆動部２０ａと第２駆動部２０ｂとが、第１ビーム部１４ａの長手方向に沿って、互いに平行に形成されている。同様に、第２ビーム部１４ｂ上には、第３駆動部２０ｃと第４駆動部２０ｄとが、第２ビーム部１４ｂの長手方向に沿って、互いに平行に形成されている。第１ビーム部１４ａの外側に配置された第１駆動部２０ａと、第２ビーム部１４ｂの外側に配置された第３駆動部２０ｃとは、配線（図示せず）により電気的に接続されている。第１ビーム部１４ａの内側に配置された第２駆動部２０ｂと、第２ビーム部１４ｂの内側に配置された第４駆動部２０ｄとは、配線（図示せず）により電気的に接続されている。
【００２２】
駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）は、図２に示すように、ビーム部１４ａ，１４ｂの上方に形成された第１電極２２と、第１電極２２上に形成された圧電体層２４と、圧電体層２４上に形成された第２電極２６と、を有する。駆動部２０は、さらに、ビーム部１４ａ、１４ｂと第１電極２２との間に形成された下地層５を有することができる。
【００２３】
下地層５は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）層、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層等の絶縁層である。下地層５は、例えば２層以上の複合層で構成されていても良い。
【００２４】
第１電極２２は、例えばＰｔなどの電極材料からなることができる。第１電極２２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、例えば１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。
【００２５】
圧電体層２４は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料からなることができる。圧電体層２４の厚さは、半導体層４の厚みの１／１０倍以上、等倍以下程度であることが望ましい。この範囲の厚さであることにより、ビーム部１４ａ，１４ｂを十分に振動させる駆動力が確保されることができる。例えば、半導体層４の厚みを１μｍ〜２０μｍとした場合、圧電体層２４の厚さは０．１μｍ〜２０μｍとすることができる。
【００２６】
第２電極２６は、例えばＰｔなどの電極材料からなることができる。第２電極２６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、例えば１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。
【００２７】
なお、図示の例では、駆動部２０において、第１電極２２と第２電極２６の間には圧電体層２４のみが存在するが、両電極２２，２６間に圧電体層２４以外の層を有していても良い。圧電体層２４の膜厚は、共振条件に応じて適宜変更することができる。
【００２８】
本実施形態に係る音叉振動子１００では、第１〜第４駆動部２０ａ〜２０ｄに交流電界を印加することにより、第１，第２ビーム１４ａ，１４ｂをそれぞれ鏡映対称に屈曲振動させ、音叉振動を実現することができる。
【００２９】
多孔質層８０は、図２に示すように、基体１上に形成され、駆動部２０に接していない。多孔質層８０の形状は、後述する犠牲層７０の形状を反映したものとなる。多孔質層８０の内側には、空洞部７２が形成されている。空洞部７２の内側には、駆動部２０が形成されている。即ち、空洞部７２は、駆動部２０と多孔質層８０との間に形成されている。
【００３０】
多孔質層８０は、多数の微細な貫通孔を有している。この貫通孔を通じて気体が移動することができる。多孔質層８０としては、高い機械的強度を有し、単独でその形状が保持されるものが望ましい。多孔質層８０の厚みは、例えば０．２μｍ〜２μｍ程度である。多孔質層８０としては、成膜した際に多孔質となり、かつ高い機械的強度を有する材質のものを用いることができる。多孔質層８０は、酸化物、窒化物、有機物などからなることができる。多孔質層８０は、好ましくは金属酸化物からなり、より好ましくは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる。
【００３１】
封止層９０は、図２に示すように、多孔質層８０上に形成されている。封止層９０は、多孔質層８０の貫通孔を封止して空洞部７２を気密に保ち、多孔質層８０の機械的強度を補強することができる。後述するが、封止層９０は大気圧よりも低い圧力下で成膜されるため、音叉振動子１００が大気中に置かれた場合、空洞部７２は負圧状態となる。本実施形態の音叉振動子１００によれば、多孔質層８０および封止層９０が高い機械的強度を有するため、空洞部７２が負圧状態でも空洞部７２の形状を保持することできる。封止層９０の厚みは、例えば０．１μｍ〜１．５μｍ程度である。封止層９０は、空洞部７２の気密性を保持できる緻密な物質からなる。封止層９０は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどからなることができる。
【００３２】
２． 次に、本実施形態に係る音叉振動子１００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３〜図８は、図１および図２に示す本実施形態の音叉振動子１００の一製造工程を概略的に示す断面図であり、それぞれ図２に示す断面図に対応している。
【００３３】
（１）まず、図３に示すように、基板２上に絶縁層３および半導体層４がこの順に配置された基体１を用意する。
【００３４】
（２）次に、基体１上に、駆動部２０を形成する。具体的には、基体１上に駆動部２０を構成する下地層５、第１電極２２、圧電体層２４、および第２電極２６を順次形成する。
【００３５】
下地層５は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法などにより形成される。下地層５は、例えば、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され、所望の形状に形成されることができる。
【００３６】
第１電極２２は、蒸着法、スパッタ法などにより形成される。第１電極２２は、例えば、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され、所望の形状に形成されることができる。
【００３７】
圧電体層２４は、レーザーアブレーション法、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより形成される。例えば、レーザーアブレーション法を用いてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層２４を形成する場合には、レーザー光をＰＺＴ用ターゲット、例えばＰｂ１．０５Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８ＮｂＯ３のターゲットに照射する。そして、このターゲットから鉛原子、ジルコニウム原子、チタン原子、および酸素原子をアブレーションによって放出させ、レーザーエネルギーによってプルームを発生させ、このプルームを基体１に向けて照射する。これにより、第１電極２２上にＰＺＴからなる圧電体層２４が成膜される。圧電体層２４は、例えば、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され、所望の形状に形成されることができる。
【００３８】
第２電極２６は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより形成される。第２電極２６は、例えば、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され、所望の形状に形成されることができる。
【００３９】
（３）次に、図４に示すように、基体１の半導体層４を所望の形状にパターニングして振動部１０を形成する。振動部１０は、半導体層４を刳り貫いて空隙部４ａ（図１参照）を形成することにより得られる。半導体層４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パターニングされる。エッチング技術としては、ドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることができる。本パターニング工程においては、基体１の絶縁層３をエッチングストッパ層として用いることができる。
【００４０】
（４）次に、図５に示すように、基体１の絶縁層３をパターニングして振動部１０の下に開口部３ａを形成する。絶縁層３が酸化シリコンからなる場合には、例えばフッ化水素酸を用いたウェットエッチングにより絶縁層３をパターニングすることができる。本パターニング工程では、例えば、基板２および半導体層４をエッチングストッパ層として用いることにより、フォトリソグラフィ技術を用いることなく絶縁層３をパターニングすることができる。
【００４１】
（５）上述した工程により、空隙部４ａおよび開口部３ａが設けられることで、音叉型の振動部１０に対する機械的拘束力が低減され、振動部１０が十分に振動できるようになる。
【００４２】
（６）次に、図６に示すように、駆動部２０を被覆する犠牲層７０を形成する。具体的には、まず、駆動部２０を覆うように、基体１の全面に犠牲層７０を設ける。犠牲層７０は、例えば有機系レジスト材料からなることができる。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、図６に示すように犠牲層７０をパターニングする。パターニングされた犠牲層７０の形状は、次の工程で形成される多孔質層８０の形状に反映される。従って、多孔質層８０が駆動部２０と接触しないようにするために、犠牲層７０は、駆動部２０が全て埋没するように設けられる。また、犠牲層７０は、図６に示すように、空隙部４ａおよび開口部３ａ（図５参照）を埋め込むことができる。なお、犠牲層７０は、空隙部４ａや開口部３ａを埋め込まなくても良い。
【００４３】
（７）次に、図７に示すように、犠牲層７０を被覆する多孔質層８０を形成する。多孔質層８０は、犠牲層７０の表面に沿って形成される。多孔質層８０は、例えばＣＶＤ法、スパッタ法などを用いて形成される。例えば、多孔質層８０として酸化アルミニウム層を用いる場合には、多孔質層８０の形成にはＣＶＤ法を用いることが好ましい。この場合には、トリメチルアルミニウムを原料とし、原料の噴き付けを調整し、オゾンを反応炉内に導入し、４００℃以下（例えば２００℃）で熱酸化を繰り返させることにより、好適な多孔質層８０を形成することができる。なお、多孔質層８０の形成方法や形成条件は、多孔質層８０の材料などに応じて適宜変更することができる。
【００４４】
（８）次に、図８に示すように、多孔質層８０の孔を通じてガス（例えばプラズマ等）を供給し、犠牲層７０と反応させて、犠牲層７０をガス化して除去する。犠牲層７０としてレジスト層を用いる場合には、犠牲層７０の除去は、例えば、酸素プラズマによるアッシングにより行われる。具体的には、まず、チャンバー内に酸素ガスを導入し、酸素ガスを公知の方法によりプラズマ化する。チャンバー内の圧力は、例えば２００Ｐａ〜３００Ｐａ程度である。発生した酸素プラズマ（ガス）は、多孔質層８０の貫通孔を通り抜け、多孔質層８０の内側の犠牲層７０と反応する。その結果生じたガスは、多孔質層８０の貫通孔を通り抜け、外部に放出される。本工程における基板温度としては、例えば２００℃程度、処理時間としては、例えば１０分程度とすることができる。本工程において、犠牲層７０と反応させるガスは、酸素プラズマに限定されず、犠牲層７０を除去できるガスであれば良い。
【００４５】
上述したように犠牲層７０を除去することにより、図８に示すように、多孔質層８０の形状を保持したまま、多孔質層８０の内側に空洞部７２を形成することができる。
【００４６】
（９）次に、図１および図２に示すように、多孔質層８０を被覆する封止層９０を形成する。封止層９０は、多孔質層８０の表面に沿って形成される。封止層９０は、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法などを用いて形成される。封止層９０は、大気圧よりも低い圧力下で成膜される。このため、空洞部７２内は大気圧よりも低い圧力（真空状態）のまま封止される。封止層９０の成膜条件は、封止層９０が空洞部７２の気密性を保持できる緻密性を有するように適宜設定される。なお、本実施形態の製造方法では、例えば、上述した多孔質層８０の形成工程から、この封止層９０の形成工程までを真空装置内で一貫して行うことができる。
【００４７】
（１０）以上の工程により、図１および図２に示すように、本実施形態の音叉振動子１００が形成される。
【００４８】
３． 本実施形態の音叉振動子１００では、駆動部２０は、多孔質層８０および封止層９０によって密封された空洞部７２内に設けられ、外気との接触がない。このため、駆動部２０の圧電体層２４の劣化を抑制することができる。その結果、音叉振動子１００の劣化を抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態の音叉振動子１００では、空洞部７２が減圧状態であり、空洞部７２内には、圧電体層２４に対して悪影響を与える物質（例えば水分など）が少ない。このため、音叉振動子１００の劣化をより一層抑制することができる。
【００５０】
また、本実施形態の音叉振動子１００の製造方法では、駆動部２０を密封するための構造を真空装置内で一貫して形成することができる。このため、その構造の形成工程において、駆動部２０を大気と接触しないようにすることができる。従って、本実施形態の製造方法によれば、駆動部２０の圧電体層２４に対して悪影響を与える物質（例えば水分など）が少ない状況下で音叉振動子１００を製造することができる。
【００５１】
また、本実施形態の音叉振動子１００の製造方法によれば、真空装置内で空洞部７２を得ることができるため、他の特別な工程を経なくても空洞部７２を減圧状態にすることができる。
【００５２】
また、本実施形態の音叉振動子１００では、振動部１０は、基体１（例えばＳＯＩ基板）の半導体層４によって構成されるため、振動部１０の厚さを薄くすることができる。これにより、クロックモジュールに用いられる発振器の共振周波数を生成する音叉振動子１００において、振動部１０（より具体的にはビーム部１４ａ，１４ｂ）の長さを短くすることができる。即ち、例えば水晶を用いた音叉振動子などに比べて、本実施形態に係る音叉振動子１００を小型化することができる。例えば、３２ｋＨｚ帯の共振周波数を用いる場合には、振動部１０の厚みを２０μｍ以下、振動部１０の長さを２ｍｍ以下、音叉振動子１００のパッケージ長さを３ｍｍ以下とすることができる。なお、３２ｋＨｚ帯の共振周波数とは、例えば１６ｋＨｚ〜６６ｋＨｚの範囲のものである。これは、１５段のフリップフロップ回路で分周して１Ｈｚの信号を発生させるためには、２１５＝３２．７６８ｋＨｚが必要であるが、１４段、１６段も消費電力の観点から可能であるため、２１４＝１６．３８４ｋＨｚから２１６＝６５．５３６ｋＨｚまでを範囲とすることができるためである。
【００５３】
本実施形態に係る音叉振動子１００の具体例としては以下の通りである。例えば、第１電極２２の厚みは０．１μｍ、圧電体層２４の厚みは１μｍ、第２電極２６の厚みは０．１μｍ、駆動部２０の厚みは１．２μｍ、半導体層４の厚みは２μｍ、ビーム部１４ａ、１４ｂのビーム長さは４１０μｍ、ビーム幅は４μｍである。振動部１０は、長辺１ｍｍ、短辺１０μｍの空隙部４ａ内に収まっている。この構成の音叉振動子１００について、有限要素法によって運動方程式を解いてシミュレーションすると、屈曲振動の共振周波数は３２ｋＨｚとなった。
【００５４】
なお、本実施形態の音叉振動子１００は、非同期回路のような本来タイミングデバイスを必要としない回路においても、トリガ発生器として用いられることができる。
【００５５】
また、本実施形態の音叉振動子１００では、基体１としてＳＯＩ基板を用いて、絶縁層３上に半導体集積回路と音叉振動子１００を混載して音叉振動子モジュールを形成することができる。これにより、モジュールパッケージを小型化することができる。
【００５６】
また、本実施形態の音叉振動子１００では、基体１としてＳＯＩ基板を用いて、絶縁層３上に発振回路と音叉振動子１００を混載することができる。ＳＯＩ基板を用いたデバイスでは、動作電圧を低くすることができるため、本実施形態の音叉振動子１００によれば、低消費電力のワンチップクロックモジュールを提供することができる。
【００５７】
４． 上記のように、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。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施形態に係る音叉振動子を概略的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係る音叉振動子を概略的に示す断面図。
【図３】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図４】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図５】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図６】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図７】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図８】本実施形態の音叉振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１ 基体、２ 基板、３ 絶縁層、４ 半導体層、５ 下地層、１０ 振動部、１２ 支持部、１４ ビーム部、２０ 駆動部、２２ 第１電極、２４ 圧電体層、２６ 第２電極、７０ 犠牲層、７２ 空洞部、８０ 多孔質層、９０ 封止層，１００ 音叉振動子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体のうちの少なくとも一部からなる音叉型の振動部と、
前記振動部の屈曲振動を生成する駆動部と、
前記基体の上方に形成され、前記駆動部に接しない多孔質層と、
前記駆動部と前記多孔質層との間に形成された空洞部と、
前記多孔質層の上方に形成された封止層と、を含み、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有し、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
各前記駆動部は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極と、を有する、音叉振動子。
【請求項２】
請求項１において、
前記基体は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板である、音叉振動子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記多孔質層は、金属酸化物からなる、音叉振動子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記多孔質層は、酸化アルミニウムからなる、音叉振動子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記封止層は、窒化シリコンからなる、音叉振動子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記空洞部内は、大気圧より小さい圧力である、音叉振動子。
【請求項７】
基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体を用意する工程と、
前記基体の上方に駆動部を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングして振動部を形成する工程と、
前記絶縁層をパターニングして前記振動部の下方に開口部を形成する工程と、
前記駆動部を被覆する犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記犠牲層と反応させて前記犠牲層をガス化して除去する工程と、
前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、を含み、
前記駆動部を形成する工程は、
前記基体の上方に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第２電極を形成する工程と、を有し、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有するように形成され、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成される、音叉振動子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記犠牲層は、レジスト層であり、
前記犠牲層を除去する工程において、前記レジスト層はアッシングにより除去される、音叉振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記封止層を形成する工程において、前記封止層は、大気圧より低い圧力下で形成される、音叉振動子の製造方法。
【請求項１】
基体と、
前記基体のうちの少なくとも一部からなる音叉型の振動部と、
前記振動部の屈曲振動を生成する駆動部と、
前記基体の上方に形成され、前記駆動部に接しない多孔質層と、
前記駆動部と前記多孔質層との間に形成された空洞部と、
前記多孔質層の上方に形成された封止層と、を含み、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有し、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
各前記駆動部は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極と、を有する、音叉振動子。
【請求項２】
請求項１において、
前記基体は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板である、音叉振動子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記多孔質層は、金属酸化物からなる、音叉振動子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記多孔質層は、酸化アルミニウムからなる、音叉振動子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記封止層は、窒化シリコンからなる、音叉振動子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記空洞部内は、大気圧より小さい圧力である、音叉振動子。
【請求項７】
基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体を用意する工程と、
前記基体の上方に駆動部を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングして振動部を形成する工程と、
前記絶縁層をパターニングして前記振動部の下方に開口部を形成する工程と、
前記駆動部を被覆する犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記犠牲層と反応させて前記犠牲層をガス化して除去する工程と、
前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、を含み、
前記駆動部を形成する工程は、
前記基体の上方に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第２電極を形成する工程と、を有し、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有するように形成され、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成される、音叉振動子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記犠牲層は、レジスト層であり、
前記犠牲層を除去する工程において、前記レジスト層はアッシングにより除去される、音叉振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記封止層を形成する工程において、前記封止層は、大気圧より低い圧力下で形成される、音叉振動子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１１８２６４（Ｐ２００８−１１８２６４Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９７６６５（Ｐ２００６−２９７６６５）
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【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５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【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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