ＭＥＭＳ振動子、発振器、およびＭＥＭＳ振動子の製造方法
【課題】信頼性が高く、安定した振動特性を有するＭＥＭＳ振動子を提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳ振動子１００は、基板１０と、基板１０の上方に形成された第１電極２０と、基板１０の上方に形成された支持部３０ａ、および支持部３０ａから延出し第１電極２０と対向配置された梁部３０ｂを有する第２電極３０と、を含み、第１電極２０は、平面視において第２電極３０の外縁の外側に形成された第１側面２２ａと、平面視において第２電極３０の外縁の内側に形成された第２側面２２ｂと、を有し、第１側面２２ａは、基板１０の上面１０ａに対して傾斜し、第２側面２２ｂと第１電極２０の上面２２ｃとは、角部２３を構成している。
【解決手段】ＭＥＭＳ振動子１００は、基板１０と、基板１０の上方に形成された第１電極２０と、基板１０の上方に形成された支持部３０ａ、および支持部３０ａから延出し第１電極２０と対向配置された梁部３０ｂを有する第２電極３０と、を含み、第１電極２０は、平面視において第２電極３０の外縁の外側に形成された第１側面２２ａと、平面視において第２電極３０の外縁の内側に形成された第２側面２２ｂと、を有し、第１側面２２ａは、基板１０の上面１０ａに対して傾斜し、第２側面２２ｂと第１電極２０の上面２２ｃとは、角部２３を構成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ振動子、発振器、およびＭＥＭＳ振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製作されたＭＥＭＳ振動子が注目されている。ＭＥＭＳ振動子は、発振器に用いられ、高い信頼性が要求される。例えば、特許文献１には、固定電極および固定電極に対して対向配置された可動電極を有するＭＥＭＳ振動子の製造工程において、サイドウォール状のエッチング残りが発生することを防止することにより、信頼性を高める技術が開示されている。具体的には、固定電極の側面部がテーパー面を有することにより、固定電極の断面形状を滑らかにすることが可能となり、サイドウォール状のエッチング残りが形成されることを防止できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６０４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、固定電極の側面部にテーパー面を精度よく形成することは困難であり、ＭＥＭＳ振動子の形状にばらつきが生じる場合があった。したがって、このようなＭＥＭＳ振動子では、この形状にばらつきに起因した振動特性のばらつきが生じ、安定した振動特性（例えば周波数精度）が得られないという問題があった。
【０００５】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、信頼性が高く、安定した振動特性を有するＭＥＭＳ振動子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記ＭＥＭＳ振動子を有する発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された第１電極と、
前記基板の上方に形成された支持部、および前記支持部から延出し前記第１電極と対向配置された梁部を有する第２電極と、
を含み、
前記第１電極は、
平面視において前記第２電極の外縁の外側に形成された第１側面と、
平面視において前記第２電極の外縁の内側に形成された第２側面と、
を有し、
前記第１側面は、前記基板の上面に対して傾斜し、
前記第２側面と前記第１電極の上面とは、角部を構成している。
【０００７】
このようなＭＥＭＳ振動子によれば、平面視において第２電極の外縁の外側に形成された第１電極の第１側面が基板の上面に対して傾斜し、平面視において第２電極の外縁の内側に形成された第１電極の第２側面が第１電極の上面と角部を構成している。これにより、第１側面によりサイドウォール状のエッチング残りの発生を防ぎつつ、振動子の振動特性に影響を与える第２側面を精度良く形成できる。第１側面は、基板の上面に対して傾斜しているため、サイドウォール状のエッチング残りの発生を防ぐことができる。したがって、信頼性を高めることができる。第２側面は、第１電極の上面と角部を構成しているため、第２側面が基板の上面に対して傾斜している場合と比べて、精度よく形成できる。したがって、電極形状のばらつきに起因する振動特性のばらつきの影響を低減でき、安定した振動特性を有することができる。
【０００８】
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」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成す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。
【０００９】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子において、
前記第２側面と前記第１電極の上面がなす前記角部の角度は、９０°以上１００°以下であることができる。
【００１０】
このようなＭＥＭＳ振動子によれば、振動子の振動特性に影響を与える第２側面を精度よく形成できるため、電極形状のばらつきに起因する振動特性のばらつきの影響を低減でき、安定した振動特性を得ることができる。
【００１１】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子において、
前記第１側面は、前記基板の上面に対して、５°以上４５°以下の角度で傾斜していることができる。
【００１２】
このようなＭＥＭＳ振動子によれば、サイドウォール状のエッチング残りの発生を防ぐことができ、信頼性を高めることができる。
【００１３】
本発明に係る発振器は、
本発明に係るＭＥＭＳ振動子を含む。
【００１４】
このような発振器によれば、本発明に係るＭＥＭＳ振動子を有するため、信頼性が高く、安定した特性が得られる。
【００１５】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法は、
基板の上方に第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層の第１領域に不純物を注入する工程と、
前記第１領域の上方から前記第１領域と隣接する前記第１半導体層の第２領域の上方にわたって第１マスク層を形成し、露出した前記第１領域および前記第２領域を除去して前記第１半導体層をパターニングする工程と、
前記第１マスク層を除去し、パターニングされた前記第１半導体層に不純物を注入して第１電極を形成する工程と、
前記第１電極を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記基板の上方および前記絶縁層の上方に第２半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層の上方に第２マスク層を形成して前記第２半導体層をパターニングし、前記基板の上方に形成された支持部、および前記支持部から延出し前記第１電極と対向配置された梁部を形成する工程と、
前記第２マスク層を除去し、パターニングされた前記第２半導体層に不純物を注入して第２電極を形成する工程と、
前記絶縁層を除去する工程と、
を含み、
前記第１半導体層をパターニングする工程において、前記第１領域がパターニングされることによって前記基板の上面に対して傾斜した第１側面が形成され、前記第２領域がパターニングされることによって前記第１半導体層の上面と角部を構成する第２側面が形成され、
前記第２半導体層をパターニングする工程において、前記第１側面が平面視において前記第２マスク層の外縁の外側に位置し、前記第２側面が平面視において前記第２マスク層の外縁の内側に位置するように前記第２マスク層を形成する。
【００１６】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、第２半導体層をパターニングする工程においてエッチング残りが発生することを防ぎつつ、第１電極の第２側面を精度よく形成できる。したがって、信頼性が高く、安定した振動特性が得られる振動子を製造することができる。さらに、このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、第１側面と第２側面を同一工程で形成することができる。
【００１７】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法において、
前記第１半導体層をパターニングする工程において、前記第１半導体層のパターニングは、ドライエッチングで行われることができる。
【００１８】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、第１側面と第２側面を同一工程で形成することができる。
【００１９】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法において、
前記第１半導体層の第１領域に不純物を注入する工程において、前記第２領域の上方に第３マスク層を形成して露出した前記第１領域に不純物を注入し、
前記第２マスク層と前記第３マスク層とは、同じマスクによって形成されることができる。
【００２０】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、低コストで製造することができる。
【００２１】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法において、
さらに、前記第２マスク層の平面形状を測定する工程を有することができる。
【００２２】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、第２マスク層の平面形状から梁部の延出方向の長さを求めることができ、梁部の延出方向の長さを高い精度で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子を模式的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】第１側面が基板の上面に対して垂直な面である場合のＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】本実施形態の変形例に係るＭＥＭＳ振動子を模式的に示す断面図。
【図１４】本実施形態に係る発振器を模式的に示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、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。
【００２５】
１． ＭＥＭＳ振動子
まず、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかるＭＥＭＳ振動子１００を模式的に示す平面図である。図２および図３は、ＭＥＭＳ振動子１００を模式的に示す断面図である。なお、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００２６】
ＭＥＭＳ素子１００は、図１〜図３に示すように、基板１０と、第１電極２０と、第２電極３０と、を含む。
【００２７】
基板１０は、支持基板１２と、第１下地層１４と、第２下地層１６と、を有することができる。
【００２８】
支持基板１２としては、例えば、シリコン基板等の半導体基板を用いることができる。支持基板１２として、セラミックス基板、ガラス基板、サファイア基板、合成樹脂基板などの各種の基板を用いてもよい。
【００２９】
第１下地層１４は、支持基板１２上に形成されている。第１下地層１４としては、例えば、トレンチ絶縁層、ＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）絶縁層、セミリセスＬＯＣＯＳ絶縁層を用いることができる。第１下地層１４は、ＭＥＭＳ振動子１００と支持基板１２に形成された他の素子（図示しない）とを電気的に分離することができる。
【００３０】
第２下地層１６は、第１下地層１４上に形成されている。第２下地層１６の材質としては、例えば、窒化シリコンが挙げられる。第２下地層１６は、後述するリリース工程においてエッチングストッパー層として機能することができる。
【００３１】
第１電極２０は、基板１０上に形成されている。第１電極２０の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１電極２０の平面形状は、例えば、図１に示すように、長方形である。第１電極２０は、第１側面２２ａと、第２側面２２ｂと、を有している。第１側面２２ａは、図１に示すように、平面視において（基板１０の上面１０ａの垂線方向からみて）、第２電極３０の外縁の外側に形成されている。第２側面２２ｂは、平面視において、第２電極３０の外縁の内側に形成されている。すなわち、平面視において、第１側面２２ａは、第２電極３０と重なっておらず、第２側面２２ｂは、第２電極３０と重なっている。ここで、平面視において第２電極３０の外縁の外側の第１電極２０の形状は、振動子の振動特性（例えば周波数特性）に与える影響が小さく、平面視において第２電極３０の外縁の内側の第１電極２０の形状は、振動子の振動特性に与える影響が大きい。図示の例では、第２電極３０の外縁の外側に形成された第１電極２０の側面の全部が第１側面２２ａであり、第２電極３０の外縁の内側に形成された第１電極２０の側面の全部が第２側面２２ｂである。第２側面２２ｂは、図２に示すように、第２電極３０の支持部３０ａ（支持部３０ａの内側面）と対向している。
【００３２】
第１側面２２ａは、基板１０の上面１０ａに対して傾斜している。すなわち、第１側面２２ａは、第１電極２０の端部に近づくに従って第１電極２０の厚みが減少するように形成されたテーパー面である。第１側面２２ａの傾斜角αは、例えば、５°以上４５°以下である。傾斜角αは、例えば、２５°であることが好ましい。
【００３３】
第２側面２２ｂと第１電極２０の上面２２ｃとは、角部２３を構成している。図示の例では、第２側面２２ｂは、第１電極２０の上面２２ｃに対して垂直に形成されている。すなわち、角部２３の角度（第２側面２２ｂと上面２２ｃとがなす角度）βは９０°である。第２電極３０は、間隙を介して第１電極２０の第２側面２２ｂおよび上面２２ｃに沿って形成されるため、第２電極３０には第１電極２０の角部２３を反映した角部３３が形成される。すなわち、第１電極２０の角部２３の角度βと、第２電極３０の角部３３の角度（第１上面３２ａと接続面３２ｃとがなす角度）とは、例えば、同じ大きさである。第１電極２０の角部２３の角度βは、平面視においてＳＥＭ観察で容易に確認できる角度であり、例えば、９０°以上１００°以下である。これにより、第２電極３０の角部３３の角度を、例えば、平面視においてＳＥＭ観察で容易に確認できる角度にすることができる。第２電極３０の角部３３の角度は、具体的には、例えば、９０°以上１００°以下である。ＭＥＭＳ振動子１００では、第２電極３０の角部３３が、平面視においてＳＥＭ観察等で容易に確認できるため、第２電極３０の梁部３０ｂ（第１上面３２ａ）の平面形状を容易に確認することができる。
【００３４】
第２電極３０は、基板１０上に形成された支持部３０ａと、支持部３０ａから延出し第１電極２０と対向配置された梁部３０ｂと、を有する。第２電極３０は、片持ち梁状に形成されている。電極２０，３０間に電圧が印加されると、梁部３０ｂは、電極２０，３０間に発生する静電力により振動することができる。なお、ＭＥＭＳ振動子１００は、第１電極２０および第２電極３０を減圧状態で気密封止する被覆構造体を有していてもよい。これにより、梁部３０ｂの振動時における空気抵抗を減少させることができる。
【００３５】
第２電極３０は、第１上面３２ａと、第２上面３２ｂと、を有する。第１上面３２ａと基板１０の上面１０ａとの間の距離は、第２上面３２ｂと基板１０の上面１０ａとの間の距離よりも長く、第１上面３２ａと第２上面３２ｂとの間には段差が形成されている。第１上面３２ａと第２上面３２ｂとは、接続面３２ｃによって接続されており、第１上面３２ａと接続面３２ｃとが角部３３を構成している。
【００３６】
第１電極２０および第２電極３０の材質としては、所定の不純物をドーピングすることにより導電性が付与された多結晶シリコンが挙げられる。
【００３７】
ＭＥＭＳ振動子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３８】
ＭＥＭＳ振動子１００では、平面視において第２電極３０の外縁の外側に形成された第１電極２０の第１側面２２ａが基板１０の上面１０ａに対して傾斜し、平面視において第２電極３０の外縁の内側に形成された第１電極２０の第２側面２２ｂが第１電極２０の上面２２ｃと角部２３を構成している。これにより、第１側面２２ａによりサイドウォール状のエッチング残りの発生を防ぎつつ、ＭＥＭＳ振動子の振動特性に影響を与える第２側面２２ｂを精度良く形成できる。第１側面２２ａは、基板１０の上面１０ａに対して傾斜しているため、後述するようにサイドウォール状のエッチング残りの発生を防ぐことができる。したがって、信頼性を高めることができる。第２側面２２ｂは、第１電極２０の上面２２ｃと角部２３を構成しているため、第２側面２２ｂが基板１０の上面１０ａに対して傾斜している場合と比べて、精度よく形成できる。したがって、ＭＥＭＳ振動子１００では、電極形状のばらつきに起因する振動特性のばらつきの影響を低減でき、安定した振動特性を有することができる。
【００３９】
さらに、第１電極２０に角部２３が形成されることにより、第２電極３０に角部３３を形成することができる。これにより、第２電極３０の角部３３を平面視においてＳＥＭ観察で容易に確認できるため、第２電極３０の梁部３０ｂ（第１上面３２ａ）の平面形状を容易に確認できる。したがって、例えば、梁部３０ｂの平面形状から梁部３０ｂの延出方向の長さを求めるなどして、ＭＥＭＳ振動子の特性を容易に確認することができる。
【００４０】
ＭＥＭＳ振動子１００では、第１電極２０の第２側面２２ｂと第１電極２０の上面２２ｃがなす角部２３の角度βが、９０°以上１００°以下であることができる。これにより、第２側面２２ｂを精度よく形成することができるため、電極形状のばらつきに起因する振動特性のばらつきの影響を低減でき、安定した振動特性を得ることができる。さらに、角部２３の角度βを９０°以上１００°以下とすることで、第２電極３０の角部３３の角度を平面視においてＳＥＭ観察で容易に確認できる角度とすることができる。これにより、第２電極３０の梁部３０ｂ（第１上面３２ａ）の平面形状を容易に確認できる。したがって、例えば、梁部３０ｂの平面形状から梁部３０ｂの延出方向の長さを求めるなどして、ＭＥＭＳ振動子の特性を容易に確認することができる。
【００４１】
ＭＥＭＳ振動子１００では、第１電極２０の第１側面２２ａは、基板１０の上面１０ａに対して、５°以上４５°以下の角度で傾斜していることができる。これにより、後述するように、第２電極３０を形成する工程においてサイドウォール状のエッチング残りが発生することを防ぐことができ、信頼性を高めることができる。
【００４２】
２． ＭＥＭＳ振動子の製造方法
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４〜図１１は、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図４〜図１１は、図２に対応している。
【００４３】
図４に示すように、支持基板１２上に、第１下地層１４および第２下地層１６をこの順で形成して、基板１０を得る。第１下地層１４は、例えば、ＬＯＣＯＳ法により形成される。第２下地層１６は、例えば、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法により形成される。
【００４４】
次に、基板１０上に第１半導体層２を形成する。第１半導体層２は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法により形成される。第１半導体層２の材質としては、例えば、多結晶シリコンを挙げることができる。
【００４５】
次に、第１半導体層２の第１領域２ａに不純物を注入する。具体的には、第１半導体層２の第１領域２ａ以外の領域（例えば、第１領域２ａと隣接する第２領域２ｂ）にマスク層（第３マスク層）Ｍ１を形成し、このマスク層Ｍ１をマスクとして、露出した第１領域２ａに不純物を注入する。注入される不純物としては、例えば、リン（Ｐ）が挙げられる。マスク層Ｍ１としては、例えば、レジスト層を用いることができる。第１領域２ａに不純物が注入された後、マスク層Ｍ１は、除去される。また、熱処理を行い、不純物の活性化を行ってもよい。
【００４６】
図５に示すように、第１領域２ａ上から第２領域２ｂ上にわたってマスク層Ｍ２（第１マスク層）を形成する。マスク層Ｍ２としては、例えば、レジスト層を用いることができる。
【００４７】
図６に示すように、マスク層Ｍ２をマスクとして、露出した第１領域２ａおよび第２領域２ｂを除去して第１半導体層２をパターニングする。パターニングは、例えば、塩素（Ｃｌ２）ガスと六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスとの混合ガスを用いたドライエッチング法により行われる。ドライエッチングの条件は、例えば、チャンバー内圧力が０ｍｔｏｒｒ以上２０ｍｔｏｒｒ以下、ＲＦパワーが０Ｗ以上３００Ｗ以下程度、塩素ガスの流量が最大１００ｓｃｃｍ、六フッ化硫黄ガスの流量が最大２０ｓｃｃｍ、エッチング時間が５分である。
【００４８】
上記のように、第１半導体層２がパターニングされることによって、第１領域２ａではサイドエッチングが進むため、基板１０の上面１０ａに対して傾斜した第１側面２２ａが形成される。第２領域２ｂではサイドエッチングの影響が少ないため、第１半導体層２の上面２２ｃと角部２３を構成する第２側面２２ｂが形成される。第１側面２２ａの傾斜角αおよび角部２３の角度βは、注入する不純物の種類、不純物のドープ濃度、およびエッチングガスの種類を調整することより、制御できる。
【００４９】
図７に示すように、マスク層Ｍ２を除去し、パターニングされた第１半導体層２に不純物を注入して、第１電極２０を形成する。なお、パターニングされた第１半導体層２の全部に不純物を注入してもよいし、第２領域２ｂにのみに不純物を注入してもよい。これにより、第１半導体層２の抵抗率を下げて第１電極２０を形成できる。
【００５０】
図８に示すように、第１電極２０を覆う絶縁層４を形成する。絶縁層４は、例えば、酸化シリコン層であり、第１電極２０を熱酸化することにより形成される。
【００５１】
図９に示すように、基板１０上および絶縁層４上に第２半導体層６を形成する。第２半導体層６は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法により形成される。第２半導体層６の材質としては、例えば、多結晶シリコンを挙げることができる。
【００５２】
次に、第２半導体層６上にマスク層Ｍ３（第２マスク層）を形成する。マスク層Ｍ３は、例えば、第１側面２２ａが平面視においてマスク層Ｍ３の外縁の外側に位置し、第２側面２２ｂが平面視においてマスク層Ｍ３の外縁の内側に位置するように形成される。マスク層Ｍ３としては、例えば、レジスト層を用いることができる。なお、マスク層Ｍ３とマスク層Ｍ１（図４参照）とは、同じマスクによって形成することができる。
【００５３】
次に、マスク層Ｍ３の平面形状を測定する。マスク層Ｍ３の平面形状は、例えば、ＳＥＭにより測定することができる。マスク層Ｍ３は、第２半導体層６に沿って形成されるため、マスク層Ｍ３には、第２半導体層６の角部３３を反映した角部Ｃが形成される。これにより、マスク層Ｍ３の平面形状をＳＥＭ観察等で容易に確認することができる。したがって、マスク層Ｍ３の平面形状から梁部３０ｂの延出方向の長さを容易に求めることができる。そのため、例えば、求められた梁部３０ｂの延出方向の長さが所望の長さでない場合には、マスク層Ｍ３を再度形成しなおすなどして、梁部３０ｂの延出方向の長さを高い精度で制御することができる。マスク層Ｍ３の角部Ｃの角度は、例えば、第１電極２０の角部２３の角度βにより制御することができる。第１電極２０の角部２３の角度βは、例えば、９０°以上１００°以下である。
【００５４】
図１０に示すように、マスク層Ｍ３をマスクとして第２半導体層６をパターニングし、支持部３０ａおよび梁部３０ｂを形成する。第１側面２２ａは、基板１０の上面１０ａに対して傾斜しているため、本工程において、サイドウォール状のエッチング残りが発生することを防ぐことができる。詳細は後述する。
【００５５】
図１１に示すように、マスク層Ｍ３を除去し、パターニングされた第２半導体層６に不純物を注入して第２電極３０を形成する。
【００５６】
図２に示すように、絶縁層４を除去する（リリース工程）。絶縁層４の除去は、例えば、フッ化水素酸や緩衝フッ酸（フッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液）などを用いたウェットエッチングにより行われる。このとき、第２下地層１６は、エッチングストッパー層として機能することができる。
【００５７】
以上の工程により、ＭＥＭＳ振動子１００を製造することができる。
【００５８】
本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、例えば、以下の特徴を有する。
【００５９】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、第１電極２０の第１側面２２ａが基板１０の上面１０ａに対して傾斜するように形成され、第１電極２０の第２側面２２ｂが第１電極２０の上面２２ｃと角部２３を構成するように形成される。これにより、第２半導体層６をパターニングする工程においてエッチング残りが発生することを防ぎつつ、ＭＥＭＳ振動子の振動特性に影響を与える第２側面２２ｂを精度良く形成できる。したがって、信頼性が高く、安定した振動特性を有するＭＥＭＳ振動子を得ることができる。
【００６０】
ここで、第２半導体層６をパターニングする工程において発生するエッチング残りについて説明する。図１２は、第１側面２２ａが基板１０の上面１０ａに対して垂直な面である場合における第２半導体層６をパターニングする工程を模式的に示す断面図である。第１電極２０の第１側面２２ａが基板１０の上面１０ａに対して傾斜していない場合、すなわち、例えば、図１２に示すように、第１側面２２ａが基板１０の上面１０ａに対して垂直な面である場合、基板１０上の第１側面２２ａ近傍に形成された第２半導体層６の膜厚は、基板１０上の他の領域や絶縁層４上に形成された第２半導体層６の膜厚に比べて、大きい。したがって、図１２に示すように、第２半導体層６をドライエッチングでパターニングすることにより、基板１０上の第１側面２２ａ近傍にサイドウォール状のエッチング残り７が発生する。このエッチング残り７が基板１０上から離れて電極２０，３０等に付着することにより、電極２０，３０間の短絡や、梁部３０ｂの振動特性の変化等が起こり、信頼性が低下する。これに対して、ＭＥＭＳ振動子１００では、第１側面２２ａが、基板１０の上面１０ａに対して傾斜しているため、第２半導体層６の膜厚を均一化することができ、第２半導体層６をパターニングする工程においてエッチング残りが発生することを防ぐことができる。
【００６１】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、ドライエッチングによって、第１半導体層２の第１領域２ａおよび第２領域２ｂをパターニングすることにより、第１側面２２ａと第２側面２２ｂを同一工程で形成することができる。したがって、製造工程を容易化することができる。
【００６２】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、マスク層Ｍ１とマスク層Ｍ３とは、同じマスクによって形成されることができる。これにより、低コストで製造することができる。
【００６３】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、第２マスク層Ｍ２の平面形状を測定する工程を有することができる。これにより、第２マスク層Ｍ２の平面形状から梁部３０ｂの延出方向の長さを求めることができ、梁部３０ｂの延出方向の長さを高い精度で制御することができる。
【００６４】
３． ＭＥＭＳ振動子の変形例
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の変形例について、図面を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態の変形例に係るＭＥＭＳ振動子２００を模式的に示す平面図である。以下、ＭＥＭＳ振動子２００において、ＭＥＭＳ振動子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６５】
ＭＥＭＳ振動子２００では、図１３に示すように、第１電極２０の第１側面２２ａの一部が、平面視において第２電極３０の外縁の内側に形成されている。すなわち、第２電極３０の外縁の内側には、第１側面２２ａと、第２側面２２ｂと、が形成されている。
【００６６】
ＭＥＭＳ振動子２００によれば、ＭＥＭＳ振動子１００と同様の作用効果を奏することができる。
【００６７】
４． 発振器
次に、本実施形態に係る発振器について、図面を参照しながら説明する。図１４は、本実施形態に係る発振器３００を模式的に示す構成図である。
【００６８】
発振器３００は、本発明に係るＭＥＭＳ振動子と、発振回路部３１０と、を有する。なお、ここでは、本発明に係るＭＥＭＳ振動子として、ＭＥＭＳ振動子１００を用いた例について説明する。
【００６９】
発振回路部３１０は、ＭＥＭＳ振動子１００と電気的に接続されている。発振回路部３１０とＭＥＭＳ振動子１００とは、ＭＥＭＳ振動子１００の固有振動数に応じた共振周波数を有する発振回路を構成することができる。発振回路部３１０を構成するトランジスターやキャパシター等は、例えば、支持基板１２上に形成されていてもよい。これにより、ＭＥＭＳ振動子１００と発振回路部３１０とをモノリシックに形成することができる。
【００７０】
発振器３００は、ＭＥＭＳ振動子１００を有するため、信頼性が高く、安定した特性が得られる。
【００７１】
なお、上述した実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００７２】
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。
【符号の説明】
【００７３】
２ 第１半導体層、２ａ 第１領域、２ｂ 第２領域、４ 絶縁層、６ 第２半導体層、
１０ 基板、１０ａ 上面、１２ 支持基板、１４ 第１下地層、１６ 第２下地層、
２０ 第１電極、２２ａ 第１側面、２２ｂ 第２側面、２２ｃ 上面、２３ 角部、
３０ 第２電極、３０ａ 支持部、３０ｂ 梁部、３２ａ 第１上面、
３２ｂ 第２上面、３２ｃ 接続面、３３ 角部、１００，２００ ＭＥＭＳ振動子、
３００ 発振器、３１０ 発振回路部、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ マスク層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ振動子、発振器、およびＭＥＭＳ振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製作されたＭＥＭＳ振動子が注目されている。ＭＥＭＳ振動子は、発振器に用いられ、高い信頼性が要求される。例えば、特許文献１には、固定電極および固定電極に対して対向配置された可動電極を有するＭＥＭＳ振動子の製造工程において、サイドウォール状のエッチング残りが発生することを防止することにより、信頼性を高める技術が開示されている。具体的には、固定電極の側面部がテーパー面を有することにより、固定電極の断面形状を滑らかにすることが可能となり、サイドウォール状のエッチング残りが形成されることを防止できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６０４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、固定電極の側面部にテーパー面を精度よく形成することは困難であり、ＭＥＭＳ振動子の形状にばらつきが生じる場合があった。したがって、このようなＭＥＭＳ振動子では、この形状にばらつきに起因した振動特性のばらつきが生じ、安定した振動特性（例えば周波数精度）が得られないという問題があった。
【０００５】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、信頼性が高く、安定した振動特性を有するＭＥＭＳ振動子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記ＭＥＭＳ振動子を有する発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された第１電極と、
前記基板の上方に形成された支持部、および前記支持部から延出し前記第１電極と対向配置された梁部を有する第２電極と、
を含み、
前記第１電極は、
平面視において前記第２電極の外縁の外側に形成された第１側面と、
平面視において前記第２電極の外縁の内側に形成された第２側面と、
を有し、
前記第１側面は、前記基板の上面に対して傾斜し、
前記第２側面と前記第１電極の上面とは、角部を構成している。
【０００７】
このようなＭＥＭＳ振動子によれば、平面視において第２電極の外縁の外側に形成された第１電極の第１側面が基板の上面に対して傾斜し、平面視において第２電極の外縁の内側に形成された第１電極の第２側面が第１電極の上面と角部を構成している。これにより、第１側面によりサイドウォール状のエッチング残りの発生を防ぎつつ、振動子の振動特性に影響を与える第２側面を精度良く形成できる。第１側面は、基板の上面に対して傾斜しているため、サイドウォール状のエッチング残りの発生を防ぐことができる。したがって、信頼性を高めることができる。第２側面は、第１電極の上面と角部を構成しているため、第２側面が基板の上面に対して傾斜している場合と比べて、精度よく形成できる。したがって、電極形状のばらつきに起因する振動特性のばらつきの影響を低減でき、安定した振動特性を有することができる。
【０００８】
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」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成す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。
【０００９】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子において、
前記第２側面と前記第１電極の上面がなす前記角部の角度は、９０°以上１００°以下であることができる。
【００１０】
このようなＭＥＭＳ振動子によれば、振動子の振動特性に影響を与える第２側面を精度よく形成できるため、電極形状のばらつきに起因する振動特性のばらつきの影響を低減でき、安定した振動特性を得ることができる。
【００１１】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子において、
前記第１側面は、前記基板の上面に対して、５°以上４５°以下の角度で傾斜していることができる。
【００１２】
このようなＭＥＭＳ振動子によれば、サイドウォール状のエッチング残りの発生を防ぐことができ、信頼性を高めることができる。
【００１３】
本発明に係る発振器は、
本発明に係るＭＥＭＳ振動子を含む。
【００１４】
このような発振器によれば、本発明に係るＭＥＭＳ振動子を有するため、信頼性が高く、安定した特性が得られる。
【００１５】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法は、
基板の上方に第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層の第１領域に不純物を注入する工程と、
前記第１領域の上方から前記第１領域と隣接する前記第１半導体層の第２領域の上方にわたって第１マスク層を形成し、露出した前記第１領域および前記第２領域を除去して前記第１半導体層をパターニングする工程と、
前記第１マスク層を除去し、パターニングされた前記第１半導体層に不純物を注入して第１電極を形成する工程と、
前記第１電極を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記基板の上方および前記絶縁層の上方に第２半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層の上方に第２マスク層を形成して前記第２半導体層をパターニングし、前記基板の上方に形成された支持部、および前記支持部から延出し前記第１電極と対向配置された梁部を形成する工程と、
前記第２マスク層を除去し、パターニングされた前記第２半導体層に不純物を注入して第２電極を形成する工程と、
前記絶縁層を除去する工程と、
を含み、
前記第１半導体層をパターニングする工程において、前記第１領域がパターニングされることによって前記基板の上面に対して傾斜した第１側面が形成され、前記第２領域がパターニングされることによって前記第１半導体層の上面と角部を構成する第２側面が形成され、
前記第２半導体層をパターニングする工程において、前記第１側面が平面視において前記第２マスク層の外縁の外側に位置し、前記第２側面が平面視において前記第２マスク層の外縁の内側に位置するように前記第２マスク層を形成する。
【００１６】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、第２半導体層をパターニングする工程においてエッチング残りが発生することを防ぎつつ、第１電極の第２側面を精度よく形成できる。したがって、信頼性が高く、安定した振動特性が得られる振動子を製造することができる。さらに、このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、第１側面と第２側面を同一工程で形成することができる。
【００１７】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法において、
前記第１半導体層をパターニングする工程において、前記第１半導体層のパターニングは、ドライエッチングで行われることができる。
【００１８】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、第１側面と第２側面を同一工程で形成することができる。
【００１９】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法において、
前記第１半導体層の第１領域に不純物を注入する工程において、前記第２領域の上方に第３マスク層を形成して露出した前記第１領域に不純物を注入し、
前記第２マスク層と前記第３マスク層とは、同じマスクによって形成されることができる。
【００２０】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、低コストで製造することができる。
【００２１】
本発明に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法において、
さらに、前記第２マスク層の平面形状を測定する工程を有することができる。
【００２２】
このようなＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、第２マスク層の平面形状から梁部の延出方向の長さを求めることができ、梁部の延出方向の長さを高い精度で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子を模式的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】第１側面が基板の上面に対して垂直な面である場合のＭＥＭＳ振動子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】本実施形態の変形例に係るＭＥＭＳ振動子を模式的に示す断面図。
【図１４】本実施形態に係る発振器を模式的に示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、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。
【００２５】
１． ＭＥＭＳ振動子
まず、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかるＭＥＭＳ振動子１００を模式的に示す平面図である。図２および図３は、ＭＥＭＳ振動子１００を模式的に示す断面図である。なお、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００２６】
ＭＥＭＳ素子１００は、図１〜図３に示すように、基板１０と、第１電極２０と、第２電極３０と、を含む。
【００２７】
基板１０は、支持基板１２と、第１下地層１４と、第２下地層１６と、を有することができる。
【００２８】
支持基板１２としては、例えば、シリコン基板等の半導体基板を用いることができる。支持基板１２として、セラミックス基板、ガラス基板、サファイア基板、合成樹脂基板などの各種の基板を用いてもよい。
【００２９】
第１下地層１４は、支持基板１２上に形成されている。第１下地層１４としては、例えば、トレンチ絶縁層、ＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）絶縁層、セミリセスＬＯＣＯＳ絶縁層を用いることができる。第１下地層１４は、ＭＥＭＳ振動子１００と支持基板１２に形成された他の素子（図示しない）とを電気的に分離することができる。
【００３０】
第２下地層１６は、第１下地層１４上に形成されている。第２下地層１６の材質としては、例えば、窒化シリコンが挙げられる。第２下地層１６は、後述するリリース工程においてエッチングストッパー層として機能することができる。
【００３１】
第１電極２０は、基板１０上に形成されている。第１電極２０の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１電極２０の平面形状は、例えば、図１に示すように、長方形である。第１電極２０は、第１側面２２ａと、第２側面２２ｂと、を有している。第１側面２２ａは、図１に示すように、平面視において（基板１０の上面１０ａの垂線方向からみて）、第２電極３０の外縁の外側に形成されている。第２側面２２ｂは、平面視において、第２電極３０の外縁の内側に形成されている。すなわち、平面視において、第１側面２２ａは、第２電極３０と重なっておらず、第２側面２２ｂは、第２電極３０と重なっている。ここで、平面視において第２電極３０の外縁の外側の第１電極２０の形状は、振動子の振動特性（例えば周波数特性）に与える影響が小さく、平面視において第２電極３０の外縁の内側の第１電極２０の形状は、振動子の振動特性に与える影響が大きい。図示の例では、第２電極３０の外縁の外側に形成された第１電極２０の側面の全部が第１側面２２ａであり、第２電極３０の外縁の内側に形成された第１電極２０の側面の全部が第２側面２２ｂである。第２側面２２ｂは、図２に示すように、第２電極３０の支持部３０ａ（支持部３０ａの内側面）と対向している。
【００３２】
第１側面２２ａは、基板１０の上面１０ａに対して傾斜している。すなわち、第１側面２２ａは、第１電極２０の端部に近づくに従って第１電極２０の厚みが減少するように形成されたテーパー面である。第１側面２２ａの傾斜角αは、例えば、５°以上４５°以下である。傾斜角αは、例えば、２５°であることが好ましい。
【００３３】
第２側面２２ｂと第１電極２０の上面２２ｃとは、角部２３を構成している。図示の例では、第２側面２２ｂは、第１電極２０の上面２２ｃに対して垂直に形成されている。すなわち、角部２３の角度（第２側面２２ｂと上面２２ｃとがなす角度）βは９０°である。第２電極３０は、間隙を介して第１電極２０の第２側面２２ｂおよび上面２２ｃに沿って形成されるため、第２電極３０には第１電極２０の角部２３を反映した角部３３が形成される。すなわち、第１電極２０の角部２３の角度βと、第２電極３０の角部３３の角度（第１上面３２ａと接続面３２ｃとがなす角度）とは、例えば、同じ大きさである。第１電極２０の角部２３の角度βは、平面視においてＳＥＭ観察で容易に確認できる角度であり、例えば、９０°以上１００°以下である。これにより、第２電極３０の角部３３の角度を、例えば、平面視においてＳＥＭ観察で容易に確認できる角度にすることができる。第２電極３０の角部３３の角度は、具体的には、例えば、９０°以上１００°以下である。ＭＥＭＳ振動子１００では、第２電極３０の角部３３が、平面視においてＳＥＭ観察等で容易に確認できるため、第２電極３０の梁部３０ｂ（第１上面３２ａ）の平面形状を容易に確認することができる。
【００３４】
第２電極３０は、基板１０上に形成された支持部３０ａと、支持部３０ａから延出し第１電極２０と対向配置された梁部３０ｂと、を有する。第２電極３０は、片持ち梁状に形成されている。電極２０，３０間に電圧が印加されると、梁部３０ｂは、電極２０，３０間に発生する静電力により振動することができる。なお、ＭＥＭＳ振動子１００は、第１電極２０および第２電極３０を減圧状態で気密封止する被覆構造体を有していてもよい。これにより、梁部３０ｂの振動時における空気抵抗を減少させることができる。
【００３５】
第２電極３０は、第１上面３２ａと、第２上面３２ｂと、を有する。第１上面３２ａと基板１０の上面１０ａとの間の距離は、第２上面３２ｂと基板１０の上面１０ａとの間の距離よりも長く、第１上面３２ａと第２上面３２ｂとの間には段差が形成されている。第１上面３２ａと第２上面３２ｂとは、接続面３２ｃによって接続されており、第１上面３２ａと接続面３２ｃとが角部３３を構成している。
【００３６】
第１電極２０および第２電極３０の材質としては、所定の不純物をドーピングすることにより導電性が付与された多結晶シリコンが挙げられる。
【００３７】
ＭＥＭＳ振動子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３８】
ＭＥＭＳ振動子１００では、平面視において第２電極３０の外縁の外側に形成された第１電極２０の第１側面２２ａが基板１０の上面１０ａに対して傾斜し、平面視において第２電極３０の外縁の内側に形成された第１電極２０の第２側面２２ｂが第１電極２０の上面２２ｃと角部２３を構成している。これにより、第１側面２２ａによりサイドウォール状のエッチング残りの発生を防ぎつつ、ＭＥＭＳ振動子の振動特性に影響を与える第２側面２２ｂを精度良く形成できる。第１側面２２ａは、基板１０の上面１０ａに対して傾斜しているため、後述するようにサイドウォール状のエッチング残りの発生を防ぐことができる。したがって、信頼性を高めることができる。第２側面２２ｂは、第１電極２０の上面２２ｃと角部２３を構成しているため、第２側面２２ｂが基板１０の上面１０ａに対して傾斜している場合と比べて、精度よく形成できる。したがって、ＭＥＭＳ振動子１００では、電極形状のばらつきに起因する振動特性のばらつきの影響を低減でき、安定した振動特性を有することができる。
【００３９】
さらに、第１電極２０に角部２３が形成されることにより、第２電極３０に角部３３を形成することができる。これにより、第２電極３０の角部３３を平面視においてＳＥＭ観察で容易に確認できるため、第２電極３０の梁部３０ｂ（第１上面３２ａ）の平面形状を容易に確認できる。したがって、例えば、梁部３０ｂの平面形状から梁部３０ｂの延出方向の長さを求めるなどして、ＭＥＭＳ振動子の特性を容易に確認することができる。
【００４０】
ＭＥＭＳ振動子１００では、第１電極２０の第２側面２２ｂと第１電極２０の上面２２ｃがなす角部２３の角度βが、９０°以上１００°以下であることができる。これにより、第２側面２２ｂを精度よく形成することができるため、電極形状のばらつきに起因する振動特性のばらつきの影響を低減でき、安定した振動特性を得ることができる。さらに、角部２３の角度βを９０°以上１００°以下とすることで、第２電極３０の角部３３の角度を平面視においてＳＥＭ観察で容易に確認できる角度とすることができる。これにより、第２電極３０の梁部３０ｂ（第１上面３２ａ）の平面形状を容易に確認できる。したがって、例えば、梁部３０ｂの平面形状から梁部３０ｂの延出方向の長さを求めるなどして、ＭＥＭＳ振動子の特性を容易に確認することができる。
【００４１】
ＭＥＭＳ振動子１００では、第１電極２０の第１側面２２ａは、基板１０の上面１０ａに対して、５°以上４５°以下の角度で傾斜していることができる。これにより、後述するように、第２電極３０を形成する工程においてサイドウォール状のエッチング残りが発生することを防ぐことができ、信頼性を高めることができる。
【００４２】
２． ＭＥＭＳ振動子の製造方法
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４〜図１１は、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図４〜図１１は、図２に対応している。
【００４３】
図４に示すように、支持基板１２上に、第１下地層１４および第２下地層１６をこの順で形成して、基板１０を得る。第１下地層１４は、例えば、ＬＯＣＯＳ法により形成される。第２下地層１６は、例えば、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法により形成される。
【００４４】
次に、基板１０上に第１半導体層２を形成する。第１半導体層２は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法により形成される。第１半導体層２の材質としては、例えば、多結晶シリコンを挙げることができる。
【００４５】
次に、第１半導体層２の第１領域２ａに不純物を注入する。具体的には、第１半導体層２の第１領域２ａ以外の領域（例えば、第１領域２ａと隣接する第２領域２ｂ）にマスク層（第３マスク層）Ｍ１を形成し、このマスク層Ｍ１をマスクとして、露出した第１領域２ａに不純物を注入する。注入される不純物としては、例えば、リン（Ｐ）が挙げられる。マスク層Ｍ１としては、例えば、レジスト層を用いることができる。第１領域２ａに不純物が注入された後、マスク層Ｍ１は、除去される。また、熱処理を行い、不純物の活性化を行ってもよい。
【００４６】
図５に示すように、第１領域２ａ上から第２領域２ｂ上にわたってマスク層Ｍ２（第１マスク層）を形成する。マスク層Ｍ２としては、例えば、レジスト層を用いることができる。
【００４７】
図６に示すように、マスク層Ｍ２をマスクとして、露出した第１領域２ａおよび第２領域２ｂを除去して第１半導体層２をパターニングする。パターニングは、例えば、塩素（Ｃｌ２）ガスと六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスとの混合ガスを用いたドライエッチング法により行われる。ドライエッチングの条件は、例えば、チャンバー内圧力が０ｍｔｏｒｒ以上２０ｍｔｏｒｒ以下、ＲＦパワーが０Ｗ以上３００Ｗ以下程度、塩素ガスの流量が最大１００ｓｃｃｍ、六フッ化硫黄ガスの流量が最大２０ｓｃｃｍ、エッチング時間が５分である。
【００４８】
上記のように、第１半導体層２がパターニングされることによって、第１領域２ａではサイドエッチングが進むため、基板１０の上面１０ａに対して傾斜した第１側面２２ａが形成される。第２領域２ｂではサイドエッチングの影響が少ないため、第１半導体層２の上面２２ｃと角部２３を構成する第２側面２２ｂが形成される。第１側面２２ａの傾斜角αおよび角部２３の角度βは、注入する不純物の種類、不純物のドープ濃度、およびエッチングガスの種類を調整することより、制御できる。
【００４９】
図７に示すように、マスク層Ｍ２を除去し、パターニングされた第１半導体層２に不純物を注入して、第１電極２０を形成する。なお、パターニングされた第１半導体層２の全部に不純物を注入してもよいし、第２領域２ｂにのみに不純物を注入してもよい。これにより、第１半導体層２の抵抗率を下げて第１電極２０を形成できる。
【００５０】
図８に示すように、第１電極２０を覆う絶縁層４を形成する。絶縁層４は、例えば、酸化シリコン層であり、第１電極２０を熱酸化することにより形成される。
【００５１】
図９に示すように、基板１０上および絶縁層４上に第２半導体層６を形成する。第２半導体層６は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法により形成される。第２半導体層６の材質としては、例えば、多結晶シリコンを挙げることができる。
【００５２】
次に、第２半導体層６上にマスク層Ｍ３（第２マスク層）を形成する。マスク層Ｍ３は、例えば、第１側面２２ａが平面視においてマスク層Ｍ３の外縁の外側に位置し、第２側面２２ｂが平面視においてマスク層Ｍ３の外縁の内側に位置するように形成される。マスク層Ｍ３としては、例えば、レジスト層を用いることができる。なお、マスク層Ｍ３とマスク層Ｍ１（図４参照）とは、同じマスクによって形成することができる。
【００５３】
次に、マスク層Ｍ３の平面形状を測定する。マスク層Ｍ３の平面形状は、例えば、ＳＥＭにより測定することができる。マスク層Ｍ３は、第２半導体層６に沿って形成されるため、マスク層Ｍ３には、第２半導体層６の角部３３を反映した角部Ｃが形成される。これにより、マスク層Ｍ３の平面形状をＳＥＭ観察等で容易に確認することができる。したがって、マスク層Ｍ３の平面形状から梁部３０ｂの延出方向の長さを容易に求めることができる。そのため、例えば、求められた梁部３０ｂの延出方向の長さが所望の長さでない場合には、マスク層Ｍ３を再度形成しなおすなどして、梁部３０ｂの延出方向の長さを高い精度で制御することができる。マスク層Ｍ３の角部Ｃの角度は、例えば、第１電極２０の角部２３の角度βにより制御することができる。第１電極２０の角部２３の角度βは、例えば、９０°以上１００°以下である。
【００５４】
図１０に示すように、マスク層Ｍ３をマスクとして第２半導体層６をパターニングし、支持部３０ａおよび梁部３０ｂを形成する。第１側面２２ａは、基板１０の上面１０ａに対して傾斜しているため、本工程において、サイドウォール状のエッチング残りが発生することを防ぐことができる。詳細は後述する。
【００５５】
図１１に示すように、マスク層Ｍ３を除去し、パターニングされた第２半導体層６に不純物を注入して第２電極３０を形成する。
【００５６】
図２に示すように、絶縁層４を除去する（リリース工程）。絶縁層４の除去は、例えば、フッ化水素酸や緩衝フッ酸（フッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液）などを用いたウェットエッチングにより行われる。このとき、第２下地層１６は、エッチングストッパー層として機能することができる。
【００５７】
以上の工程により、ＭＥＭＳ振動子１００を製造することができる。
【００５８】
本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、例えば、以下の特徴を有する。
【００５９】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、第１電極２０の第１側面２２ａが基板１０の上面１０ａに対して傾斜するように形成され、第１電極２０の第２側面２２ｂが第１電極２０の上面２２ｃと角部２３を構成するように形成される。これにより、第２半導体層６をパターニングする工程においてエッチング残りが発生することを防ぎつつ、ＭＥＭＳ振動子の振動特性に影響を与える第２側面２２ｂを精度良く形成できる。したがって、信頼性が高く、安定した振動特性を有するＭＥＭＳ振動子を得ることができる。
【００６０】
ここで、第２半導体層６をパターニングする工程において発生するエッチング残りについて説明する。図１２は、第１側面２２ａが基板１０の上面１０ａに対して垂直な面である場合における第２半導体層６をパターニングする工程を模式的に示す断面図である。第１電極２０の第１側面２２ａが基板１０の上面１０ａに対して傾斜していない場合、すなわち、例えば、図１２に示すように、第１側面２２ａが基板１０の上面１０ａに対して垂直な面である場合、基板１０上の第１側面２２ａ近傍に形成された第２半導体層６の膜厚は、基板１０上の他の領域や絶縁層４上に形成された第２半導体層６の膜厚に比べて、大きい。したがって、図１２に示すように、第２半導体層６をドライエッチングでパターニングすることにより、基板１０上の第１側面２２ａ近傍にサイドウォール状のエッチング残り７が発生する。このエッチング残り７が基板１０上から離れて電極２０，３０等に付着することにより、電極２０，３０間の短絡や、梁部３０ｂの振動特性の変化等が起こり、信頼性が低下する。これに対して、ＭＥＭＳ振動子１００では、第１側面２２ａが、基板１０の上面１０ａに対して傾斜しているため、第２半導体層６の膜厚を均一化することができ、第２半導体層６をパターニングする工程においてエッチング残りが発生することを防ぐことができる。
【００６１】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、ドライエッチングによって、第１半導体層２の第１領域２ａおよび第２領域２ｂをパターニングすることにより、第１側面２２ａと第２側面２２ｂを同一工程で形成することができる。したがって、製造工程を容易化することができる。
【００６２】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、マスク層Ｍ１とマスク層Ｍ３とは、同じマスクによって形成されることができる。これにより、低コストで製造することができる。
【００６３】
ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法によれば、第２マスク層Ｍ２の平面形状を測定する工程を有することができる。これにより、第２マスク層Ｍ２の平面形状から梁部３０ｂの延出方向の長さを求めることができ、梁部３０ｂの延出方向の長さを高い精度で制御することができる。
【００６４】
３． ＭＥＭＳ振動子の変形例
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子の変形例について、図面を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態の変形例に係るＭＥＭＳ振動子２００を模式的に示す平面図である。以下、ＭＥＭＳ振動子２００において、ＭＥＭＳ振動子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６５】
ＭＥＭＳ振動子２００では、図１３に示すように、第１電極２０の第１側面２２ａの一部が、平面視において第２電極３０の外縁の内側に形成されている。すなわち、第２電極３０の外縁の内側には、第１側面２２ａと、第２側面２２ｂと、が形成されている。
【００６６】
ＭＥＭＳ振動子２００によれば、ＭＥＭＳ振動子１００と同様の作用効果を奏することができる。
【００６７】
４． 発振器
次に、本実施形態に係る発振器について、図面を参照しながら説明する。図１４は、本実施形態に係る発振器３００を模式的に示す構成図である。
【００６８】
発振器３００は、本発明に係るＭＥＭＳ振動子と、発振回路部３１０と、を有する。なお、ここでは、本発明に係るＭＥＭＳ振動子として、ＭＥＭＳ振動子１００を用いた例について説明する。
【００６９】
発振回路部３１０は、ＭＥＭＳ振動子１００と電気的に接続されている。発振回路部３１０とＭＥＭＳ振動子１００とは、ＭＥＭＳ振動子１００の固有振動数に応じた共振周波数を有する発振回路を構成することができる。発振回路部３１０を構成するトランジスターやキャパシター等は、例えば、支持基板１２上に形成されていてもよい。これにより、ＭＥＭＳ振動子１００と発振回路部３１０とをモノリシックに形成することができる。
【００７０】
発振器３００は、ＭＥＭＳ振動子１００を有するため、信頼性が高く、安定した特性が得られる。
【００７１】
なお、上述した実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００７２】
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。
【符号の説明】
【００７３】
２ 第１半導体層、２ａ 第１領域、２ｂ 第２領域、４ 絶縁層、６ 第２半導体層、
１０ 基板、１０ａ 上面、１２ 支持基板、１４ 第１下地層、１６ 第２下地層、
２０ 第１電極、２２ａ 第１側面、２２ｂ 第２側面、２２ｃ 上面、２３ 角部、
３０ 第２電極、３０ａ 支持部、３０ｂ 梁部、３２ａ 第１上面、
３２ｂ 第２上面、３２ｃ 接続面、３３ 角部、１００，２００ ＭＥＭＳ振動子、
３００ 発振器、３１０ 発振回路部、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ マスク層
【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電極と、
前記基板の上方に形成された支持部、および前記支持部から延出し前記第１電極と対向配置された梁部を有する第２電極と、
を含み、
前記第１電極は、
平面視において前記第２電極の外縁の外側に形成された第１側面と、
平面視において前記第２電極の外縁の内側に形成された第２側面と、
を有し、
前記第１側面は、前記基板の上面に対して傾斜し、
前記第２側面と前記第１電極の上面とは、角部を構成している、ＭＥＭＳ振動子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２側面と前記第１電極の上面がなす前記角部の角度は、９０°以上１００°以下である、ＭＥＭＳ振動子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１側面は、前記基板の上面に対して、５°以上４５°以下の角度で傾斜している、ＭＥＭＳ振動子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ振動子を含む、発振器。
【請求項５】
基板の上方に第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層の第１領域に不純物を注入する工程と、
前記第１領域の上方から前記第１領域と隣接する前記第１半導体層の第２領域の上方にわたって第１マスク層を形成し、露出した前記第１領域および前記第２領域を除去して前記第１半導体層をパターニングする工程と、
前記第１マスク層を除去し、パターニングされた前記第１半導体層に不純物を注入して第１電極を形成する工程と、
前記第１電極を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記基板の上方および前記絶縁層の上方に第２半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層の上方に第２マスク層を形成して前記第２半導体層をパターニングし、前記基板の上方に形成された支持部、および前記支持部から延出し前記第１電極と対向配置された梁部を形成する工程と、
前記第２マスク層を除去し、パターニングされた前記第２半導体層に不純物を注入して第２電極を形成する工程と、
前記絶縁層を除去する工程と、
を含み、
前記第１半導体層をパターニングする工程において、前記第１領域がパターニングされることによって前記基板の上面に対して傾斜した第１側面が形成され、前記第２領域がパターニングされることによって前記第１半導体層の上面と角部を構成する第２側面が形成され、
前記第２半導体層をパターニングする工程において、前記第１側面が平面視において前記第２マスク層の外縁の外側に位置し、前記第２側面が平面視において前記第２マスク層の外縁の内側に位置するように前記第２マスク層を形成する、ＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１半導体層をパターニングする工程において、前記第１半導体層のパターニングは、ドライエッチングで行われる、ＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記第１半導体層の第１領域に不純物を注入する工程において、前記第２領域の上方に第３マスク層を形成して露出した前記第１領域に不純物を注入し、
前記第２マスク層と前記第３マスク層とは、同じマスクによって形成される、ＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれか１項において、
さらに、前記第２マスク層の平面形状を測定する工程を有する、ＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された第１電極と、
前記基板の上方に形成された支持部、および前記支持部から延出し前記第１電極と対向配置された梁部を有する第２電極と、
を含み、
前記第１電極は、
平面視において前記第２電極の外縁の外側に形成された第１側面と、
平面視において前記第２電極の外縁の内側に形成された第２側面と、
を有し、
前記第１側面は、前記基板の上面に対して傾斜し、
前記第２側面と前記第１電極の上面とは、角部を構成している、ＭＥＭＳ振動子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２側面と前記第１電極の上面がなす前記角部の角度は、９０°以上１００°以下である、ＭＥＭＳ振動子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１側面は、前記基板の上面に対して、５°以上４５°以下の角度で傾斜している、ＭＥＭＳ振動子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ振動子を含む、発振器。
【請求項５】
基板の上方に第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層の第１領域に不純物を注入する工程と、
前記第１領域の上方から前記第１領域と隣接する前記第１半導体層の第２領域の上方にわたって第１マスク層を形成し、露出した前記第１領域および前記第２領域を除去して前記第１半導体層をパターニングする工程と、
前記第１マスク層を除去し、パターニングされた前記第１半導体層に不純物を注入して第１電極を形成する工程と、
前記第１電極を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記基板の上方および前記絶縁層の上方に第２半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層の上方に第２マスク層を形成して前記第２半導体層をパターニングし、前記基板の上方に形成された支持部、および前記支持部から延出し前記第１電極と対向配置された梁部を形成する工程と、
前記第２マスク層を除去し、パターニングされた前記第２半導体層に不純物を注入して第２電極を形成する工程と、
前記絶縁層を除去する工程と、
を含み、
前記第１半導体層をパターニングする工程において、前記第１領域がパターニングされることによって前記基板の上面に対して傾斜した第１側面が形成され、前記第２領域がパターニングされることによって前記第１半導体層の上面と角部を構成する第２側面が形成され、
前記第２半導体層をパターニングする工程において、前記第１側面が平面視において前記第２マスク層の外縁の外側に位置し、前記第２側面が平面視において前記第２マスク層の外縁の内側に位置するように前記第２マスク層を形成する、ＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１半導体層をパターニングする工程において、前記第１半導体層のパターニングは、ドライエッチングで行われる、ＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記第１半導体層の第１領域に不純物を注入する工程において、前記第２領域の上方に第３マスク層を形成して露出した前記第１領域に不純物を注入し、
前記第２マスク層と前記第３マスク層とは、同じマスクによって形成される、ＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれか１項において、
さらに、前記第２マスク層の平面形状を測定する工程を有する、ＭＥＭＳ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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【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】
【公開番号】特開２０１２−８５０８５（Ｐ２０１２−８５０８５Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９３２１（Ｐ２０１０−２２９３２１）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【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２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【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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