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公開番号2025121144
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-19
出願番号2024016398
出願日2024-02-06
発明の名称MEMS振動子、MEMS共振器およびそれらの製造方法
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類B81B 3/00 20060101AFI20250812BHJP(マイクロ構造技術)
要約【課題】高感度かつ小型で、製造コストが安く、かつ振動の長期安定性を確保できるMEMS振動子を提供する。
【解決手段】
表面と裏面とを有する基板と、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、振動子を挟んで対向配置された対向電極とを含み、振動子と対向電極とが静電容量型振動子を形成するMEMS構造体と、基板の表面上に形成され、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、対向電極は、基板の裏面に設けられた裏面電極に電気的に接続される。
【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振動子であって、
表面と裏面とを有する基板と、
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、
前記振動子を挟んで対向配置された対向電極と、を含み、前記振動子と前記対向電極とが静電容量型振動子を形成する前記ＭＥＭＳ構造体と、
前記基板の表面上に形成され、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、
前記対向電極は、前記基板の裏面に設けられた裏面電極に電気的に接続されたＭＥＭＳ振動子。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記振動子は環状部分を有し、環状部分の前記振動子を挟んで、前記対向電極が対向配置された請求項１に記載のＭＥＭＳ振動子。
【請求項３】
前記振動子と、前記振動子を挟んで対向配置された前記対向電極とは、同心円上に配置された請求項１または２に記載のＭＥＭＳ振動子。
【請求項４】
前記対向電極は、絶縁性のアイソレーションジョイントで囲まれた基板を介して前記裏面電極に接続された請求項１または２のいずれかに記載のＭＥＭＳ振動子。
【請求項５】
前記基板の裏面上に、さらにソルダーレジストが設けられた請求項１または２に記載のＭＥＭＳ振動子。
【請求項６】
請求項１または２に記載のＭＥＭＳ振動子と、前記ＭＥＭＳ振動子の裏面電極に接続されたＡＳＩＣと、を含むＭＥＭＳ共振器。
【請求項７】
表面と裏面とを有する基板を準備する工程と、
前記基板を表面からエッチングして、下部キャビティ、および前記下部キャブティ内に中空に保持されたＭＥＭＳ構造体であって、振動子と、前記振動子を挟んで対向配置された対向電極とを有するＭＥＭＳ構造体、を作製する工程と、
前記基板の表面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、
前記基板の表面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構造体を封止する工程と、
前記基板の裏面に、前記対向電極と電気的に接続された裏面電極を形成する電極形成工程と、を含むＭＥＭＳ振動子の製造方法。
【請求項８】
前記電極形成工程は、
前記基板の表面に、絶縁体が埋められた環状のトレンチを形成する工程と、
前記基板の裏面に前記裏面電極を形成する工程と、
前記絶縁体が埋められたトレンチが露出するまで前記基板を裏面から選択的にエッチングして、前記環状の絶縁体で囲まれ、前記裏面電極を備えた基板を残す工程と、を含む請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記基板の裏面に、さらにソルダーレジストを設ける工程を含む請求項７または８に記載の製造方法。
【請求項１０】
請求項７または８により、前記ＭＥＭＳ振動子を準備する工程と、
電極を備えたＡＳＩＣを準備する工程と、
前記ＭＥＭＳ振動子の裏面電極と、前記ＡＳＩＣの電極とを接続する工程と、を含むＭＥＭＳ共振器の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳ振動子、ＭＥＭＳ共振器およびそれらの製造方法に関し、特にアイソレーションジョイントを用いたＭＥＭＳ振動子、ＭＥＭＳ共振器およびそれらの製造方法に関する。
続きを表示（約 4,100 文字）【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ振動子では、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振動子では、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振動子では、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、高感度かつ小型で、製造コストが安く、かつ振動の長期安定性を確保できるＭＥＭＳ振動子およびＭＥＭＳ共振器の提供を目的とする。
【０００７】
本開示の一つの形態は、
所定の共振周波数で振動するＭＥＭＳ振動子であって、
表面と裏面とを有する基板と、
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、
前記振動子を挟んで対向配置された対向電極と、を含み、前記振動子と前記対向電極とが静電容量型振動子を形成する前記ＭＥＭＳ構造体と、
前記基板の表面上に形成され、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、
前記対向電極は、前記基板の裏面に設けられた裏面電極に電気的に接続されたＭＥＭＳ振動子である。
【０００８】
本開示の他の形態は、
表面と裏面とを有する基板を準備する工程と、
基板を表面からエッチングして、下部キャビティ、および下部キャブティ内に中空に保持されたＭＥＭＳ構造体であって、振動子と、振動子を挟んで対向配置された対向電極とを有するＭＥＭＳ構造体、を作製する工程と、
基板の表面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、
基板の表面上に多結晶シリコンからなるキャップ層を堆積してＭＥＭＳ構造体を封止する工程と、
基板の裏面に、対向電極と電気的に接続された裏面電極を形成する電極形成工程と、を含むＭＥＭＳ振動子の製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の概略を表す平面図である。
図１のＭＥＭＳ共振器のＡ１－Ａ２における断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の変形例の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の変形例の断面図である。
本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の変形例の断面図である。
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳ振動子の断面図である。
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳ振動子の製造工程の断面図である。
本発明の実施の形態３にかかるＭＥＭＳ共振器の断面図である。
本発明の実施の形態３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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３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］
＜実施の形態１＞
（１）構造
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳ振動子の概略を表す平面図である。図２は、図１のＭＥＭＳ振動子のＡ１－Ａ２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。説明を容易にするために、図１ではキャップ層や電極パッド等は省略されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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