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公開番号2025004617
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-15
出願番号2023104422
出願日2023-06-26
発明の名称MEMS共振器およびその製造方法
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H03H 9/24 20060101AFI20250107BHJP(基本電子回路)
要約【課題】製造コストが安価でかつ振動の長期安定性を確保できるMEMS共振器をする。
【解決手段】MEMS共振器が、基板と、基板に設けられたキャビティと、キャビティ内に保持されたMEMS構造体であって、第1端部と第2端部を有し、第1端部が基板に接続されたアンカーと、アンカーの第2端部に接続されて中空に保持された振動子と、振動子の周囲に配置された電極とを含み、振動子と電極とが静電容量型振動子を形成するMEMS構造体と、基板の上に形成され、MEMS構造体を内部に封止するキャップ層と、を含み、アンカーは、第1端部と第2端部との間を電気的に絶縁するように配置された絶縁性のアイソレーションジョイントを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
所定の共振周波数で振動するＭＥＭＳ共振器であって、
基板と、
前記基板に設けられたキャビティと、
前記キャビティ内に保持されたＭＥＭＳ構造体であって、
第１端部と第２端部を有し、前記第１端部が前記基板に接続されたアンカーと、
前記アンカーの前記第２端部に接続されて中空に保持された振動子と、
前記振動子の周囲に配置された電極と、を含み、前記振動子と前記電極とが静電容量型振動子を形成する前記ＭＥＭＳ構造体と、
前記基板の上に形成され、前記ＭＥＭＳ構造体を内部に封止するキャップ層と、を含み、
前記アンカーは、前記第１端部と前記第２端部との間を電気的に絶縁するように配置された絶縁性のアイソレーションジョイントを備えるＭＥＭＳ共振器。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記電極と前記基板との間も、アイソレーションジョイントで絶縁されている請求項１に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項３】
前記キャップ層は、多結晶シリコンからなる請求項１に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項４】
前記アンカーは、前記振動子の両側に接続され、１軸上に延在した１対のアンカーであり、前記振動子は、前記１軸上の点に対して点対称な形状である請求項１に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項５】
基板を準備する工程と、
前記基板をエッチングして、下部キャビティと前記下部キャブティ内に中空に保持されたＭＥＭＳ構造体とを作製するＭＥＭＳ構造体作製工程と、
前記基板の上に犠牲酸化膜を堆積する工程と、
前記犠牲酸化膜の一部をエッチングして上部キャビティを作製し、前記下部キャビティと前記上部キャビティから、前記ＭＥＭＳ構造体が内部に保持されるキャビティを作製する工程と、
前記基板の上に多結晶シリコンからなるキャップ層を堆積して前記ＭＥＭＳ構造体を封止する封止工程と、を含むＭＥＭＳ共振器の製造方法。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳ構造体作製工程は、前記基板を異方性エッチングして前記ＭＥＭＳ構造体の側面を形成する工程と、前記側面を酸化膜で保護した状態で前記基板を等方性エッチングして、前記ＭＥＭＳ構造体の底面を形成する工程と、を含む請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
さらに、前記基板にトレンチを形成した後に、前記トレンチに絶縁性の酸化物を充填する工程を含み、その後に、前記ＭＥＭＳ構造体作製工程は、前記酸化物の側面および底面を露出させて、前記ＭＥＭＳ構造体を部分的に絶縁するアイソレーションジョイントとする工程を含む請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記封止工程は、前記犠牲酸化膜の上に多結晶シリコン膜を形成し、その上に前記キャップ層をエピタキシャル成長する工程である請求項５に記載の製造方法。
【請求項９】
前記エピタキシャル成長は、８００℃以上、９００℃以下の温度で行なわれる請求項８に記載の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳ共振器およびその製造方法に関し、特にアイソレーションジョイントを用いたＭＥＭＳ共振器およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ共振器では、安定した材料特性（例えば、ヤング率、剛性率、ポアソン比等）を有する材料を使用することが重要であり、例えば単結晶のシリコンが使用される。この場合、シリコン基板をエッチングしてＭＥＭＳ構造の電極を作製するが、この電極とシリコン基板との間は電気的に絶縁する必要がある。このため、通常、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板が用いられ、絶縁層の上のシリコン層に電極が作製される。
【０００３】
また、ＭＥＭＳ共振器では、シリコン層にＭＥＭＳ構造を作製した後に、別途シリコン基板を準備し、ＳＯＩ基板上にシリコン基板をガラスフリット接合で接合することにより、２つの基板の間でＭＥＭＳ構造を封止する。このガラスフリット接合には、例えば４５０℃のような比較的低い温度が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１３４３７６号公報
【０００５】
［概要］
しかしながら、ＳＯＩ基板は、通常のシリコン単結晶基板に比較して高価であり、製造コストが高くなるという問題があった。また、ＭＥＭＳ共振器では、振動の長期安定性を確保するための、ＭＥＭＳ構造の表面に付着した有機物等の不純物を高温で除去することが重要であるが、比較的低い温度が用いられるガラスフリット接合では、このような不純物の除去が不十分で、振動の長期安定性を保証できないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、製造コストが安価で、かつ振動の長期安定性を確保できるＭＥＭＳ共振器の提供を目的とする。
【０００７】
本発明の一つの形態は、
本開示は、所定の共振周波数で振動するＭＥＭＳ共振器であって、
基板と、
基板に設けられたキャビティと、
キャビティ内に保持されたＭＥＭＳ構造体であって、
第１端部と第２端部を有し、第１端部が基板に接続されたアンカーと、
アンカーの第２端部に接続されて中空に保持された振動子と、
振動子の周囲に配置された電極と、を含み、振動子と電極とが静電容量型振動子を形成するＭＥＭＳ構造体と、
基板の上に形成され、ＭＥＭＳ構造体を内部に封止するキャップ層と、を含み、
アンカーは、第１端部と第２端部との間を電気的に絶縁するように配置された絶縁性のアイソレーションジョイントを備えるＭＥＭＳ共振器である。
【０００８】
本発明の他の態様は、
基板を準備する工程と、
基板をエッチングして、下部キャビティと下部キャブティ内に中空に保持されたＭＥＭＳ構造体とを作製するＭＥＭＳ構造体作製工程と、
基板の上に犠牲酸化膜を堆積する工程と、
犠牲酸化膜の一部をエッチングして上部キャビティを作製し、下部キャビティと上部キャビティから、ＭＥＭＳ構造体が内部に保持されるキャビティを作製する工程と、
基板の上に多結晶シリコンからなるキャップ層を堆積してＭＥＭＳ構造体を封止する封止工程と、を含むＭＥＭＳ共振器の製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の概略を表す平面図である。
図１のＭＥＭＳ共振器のＡ－Ａにおける断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の製造工程の断面図である。
【００１０】
［詳細な説明］
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳ共振器の概略を表す平面図である。ここでは説明を容易にするために、キャップ層や電極パッド等は省略されている。また、図２は、図１のＭＥＭＳ共振器のＡ－Ａにおける断面図である。図１は概略図であるため、寸法等は図２と必ずしも整合するものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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