特許 6245265 振動装置及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6245265

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】振動装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/24 20060101AFI20171204BHJP

   H03H 3/007 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/24 B

   H03H3/007 M

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-537893(P2015-537893)

(86)(22)【出願日】2014年9月11日

(86)【国際出願番号】JP2014074131

(87)【国際公開番号】WO2015041152

(87)【国際公開日】20150326

【審査請求日】2016年2月26日

(31)【優先権主張番号】特願2013-195502(P2013-195502)

(32)【優先日】2013年9月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】特許業務法人 宮▲崎▼・目次特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 宏

(72)【発明者】

【氏名】梅田 圭一

(72)【発明者】

【氏名】岸 武彦

(72)【発明者】

【氏名】西村 俊雄

【審査官】 橋本 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−００５０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−３０２６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６６２０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ３／００７−３／１０，Ｈ０３Ｈ９／００−９／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持部と、
前記支持部に接続されており、対向し合う第１，第２の主面を有し、縮退半導体であるｎ型Ｓｉ層を有する振動体と、
前記振動体を励振させるように設けられており、かつ複数の電極及び圧電薄膜を有する励振部と、を備え、
前記圧電薄膜が、前記複数の電極に挟まれるように配置されており、前記励振部が前記ｎ型Ｓｉ層の前記第１の主面上に積層されており、前記ｎ型Ｓｉ層の前記第２の主面に接するように、ｎ型ドーパントである不純物を含有するシリコン酸化膜が設けられている、振動装置。

【請求項2】

前記ｎ型Ｓｉ層の前記第１の主面に接するように該第１の主面と前記励振部との間に設けられており、ｎ型ドーパントである不純物を含有するシリコン酸化膜をさらに備える、請求項１に記載の振動装置。

【請求項3】

支持部と、
前記支持部に接続されており、対向し合う第１，第２の主面を有し、縮退半導体であるｎ型Ｓｉ層を有する振動体と、
前記振動体を励振させるように設けられており、対向し合う第１及び第２の主面を有するｎ型Ｓｉ層からなる複数の電極と、
を備え、
前記複数の電極は前記振動体とギャップを隔てて対向されており、前記各ｎ型Ｓｉ層の前記第１，第２の主面に接するように、ｎ型ドーパントである不純物を含有するシリコン酸化膜が設けられている、振動装置。

【請求項4】

前記縮退半導体であるｎ型Ｓｉ層が、１×１０^１９／ｃｍ^３以上のドーピング濃度を有するｎ型Ｓｉ層である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動装置。

【請求項5】

前記縮退半導体であるｎ型Ｓｉ層のドーパントがＰである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動装置。

【請求項6】

前記励振部が前記振動体を屈曲振動させるように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動装置。

【請求項7】

奇数本の前記振動体を備え、前記励振部が前記振動体を面外屈曲振動させるように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動装置。

【請求項8】

偶数本の前記振動体を備え、前記励振部が前記振動体を面内屈曲振動させるように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動装置。

【請求項9】

請求項１または２に記載の振動装置の製造方法であって、
支持部に接続されており、縮退半導体であるｎ型Ｓｉ層からなる振動体と、前記ｎ型Ｓｉ層の第２の主面にｎ型ドーパントである不純物を含有するシリコン酸化膜が設けられている構造体を用意する工程と、
前記ｎ型Ｓｉ層の第１の主面に、複数の電極と、前記複数の電極間に挟まれた圧電薄膜とを有する励振部を形成する工程とを備える、振動装置の製造方法。

【請求項10】

前記支持部に接続されており、かつ前記シリコン酸化膜が前記第２の主面に設けられている、ｎ型Ｓｉ層を有する前記構造体を用意する工程が、
１つの面に凹部を有し、Ｓｉからなる支持基板を用意する工程と、
前記支持基板の前記凹部を覆うように、前記シリコン酸化膜が設けられているｎ型Ｓｉ層を積層する工程とを備える、請求項９に記載の振動装置の製造方法。

【請求項11】

請求項３に記載の振動装置の製造方法であって、
支持部と、前記支持部に接続されており、対向し合う第１，第２の主面を有し、縮退半導体であるｎ型Ｓｉ層を有する振動体と、前記振動体を励振させるように設けられており、対向し合う第１，第２の主面を有し、ｎ型Ｓｉ層からなる複数の電極を前記振動体とギャップを隔てて対向するように設ける工程と、
前記ｎ型Ｓｉ層の前記第１，第２の主面に接するように、ｎ型ドーパントである不純物を含有するシリコン酸化膜を設ける工程とを備える、振動装置の製造方法。

【請求項12】

前記シリコン酸化膜が設けられている、ｎ型Ｓｉ層を用意する工程が、熱酸化法により、ｎ型ドーパントである不純物を含有するシリコン酸化膜を形成する工程を含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の振動装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、支持部に振動腕が接続されている振動装置及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、Ｓｉ半導体層上に圧電薄膜を含む励振部が構成されているＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）構造が知られている。例えば下記の特許文献１には、複数の振動腕の各一端が支持部に接続されている振動装置が開示されている。この振動装置では、振動腕はＳｉ半導体層を有する。Ｓｉ半導体層上に、ＳｉＯ_２膜が設けられている。そして、ＳｉＯ_２膜上に、順に、第１の電極、圧電薄膜及び第２の電極が積層されている。すなわち、Ｓｉ半導体層上に圧電薄膜を含む励振部が構成されている。

【0003】

特許文献１に記載の振動装置は、バルク波を利用した振動装置である。そして、特許文献１に記載の振動装置では、温度特性を改善するために、２μｍ以上の比較的厚いＳｉＯ_２膜が設けられている。

【0004】

他方、下記の特許文献２には、Ｐがドープされているｎ型Ｓｉ基板を用いた表面音響波半導体装置が開示されている。Ｐがドープされているｎ型Ｓｉ基板を用いることにより、弾性定数や表面音響波の速度を変化させ、温度特性を改善することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献2】ＵＳＰ８，０９８，００２

【特許文献3】特開昭５７−１６２５１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載のバルク波を利用した振動装置では、温度特性を改善するために、上記のように２μｍ以上の比較的厚いＳｉＯ_２膜を設けなければならなかった。特許文献１にはＳｉＯ_２膜が熱酸化法により形成されることが記載されているが、熱酸化法では、ある一定の厚み以上にＳｉＯ_２膜を成膜しようとすると、ＳｉＯ_２膜の成長速度が著しく遅くなる。従って、厚みが２μｍ以上のＳｉＯ_２膜の形成は困難であった。

【0007】

他方、スパッタリング法やＣＶＤ法によれば、厚いＳｉＯ_２膜を容易に形成することは可能である。しかしながら、これらの方法で形成されたＳｉＯ_２膜では、膜の機械的損失Ｑｍが悪かった。よって、振動子のＱ値が低下するという問題があった。

【0008】

また、上記ＭＥＭＳ構造を形成する際の接合は、一般的に熱接合によってなされる。従って、特許文献２のようにＰがドープされているｎ型Ｓｉ基板では、この熱接合の際発生する熱で、ｎ型Ｓｉ基板の表面から空気中にＰが飛散したり、他の部材にＰが移行することがあった。すなわち、ｎ型Ｓｉ基板内において、Ｐ濃度が不均一となっていた。そのため、Ｐがドープされているｎ型Ｓｉ基板を、ＭＥＭＳ構造を有する振動装置に用いても、温度変化によって、振動装置の共振周波数にばらつきが生じることがあった。

【0009】

本発明の目的は、温度変化による共振周波数のばらつきを抑制することができる振動装置及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】

【0010】

本発明に係る振動装置は、支持部と、上記支持部に接続されており、かつ縮退半導体であるｎ型Ｓｉ層を有する振動体と、上記振動体を励振させるように設けられている電極とを備え、上記ｎ型Ｓｉ層の下面に接するように、不純物を含有するシリコン酸化膜が設けられている。

【0011】

本発明の振動装置のある特定の局面では、上記ｎ型Ｓｉ層の上面に接するように設けられており、不純物を含有するシリコン酸化膜がさらに備えられている。

【0012】

本発明の振動装置の他の特定の局面では、圧電薄膜をさらに備え、上記電極が第１，第２の電極を有し、該圧電薄膜が、上記第１，第２の電極に挟まれるように配置されており、上記圧電薄膜及び上記第１，第２の電極からなる励振部が、上記ｎ型Ｓｉ層上に設けられている。

【0013】

本発明の振動装置の他の特定の局面では、圧電薄膜をさらに備え、該圧電薄膜が、上記電極と上記ｎ型Ｓｉ層上に挟まれるように配置されている。

【0014】

本発明の振動装置のさらに他の特定の局面では、上記シリコン酸化膜が熱酸化法により形成された膜である。

【0015】

本発明に係る振動装置のさらに別の特定の局面では、上記不純物が、上記ｎ型Ｓｉ層にドープされているドーパントである。

【0016】

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、上記縮退半導体であるｎ型Ｓｉ層が、１×１０^１９／ｃｍ^３以上のドーピング濃度を有するｎ型Ｓｉ層である。

【0017】

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、上記縮退半導体であるｎ型Ｓｉ層のドーパントがＰである。

【0018】

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、上記励振部が上記振動体を屈曲振動させるように構成されている。

【0019】

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、奇数本の上記振動体を備え、上記励振部が上記振動体を面外屈曲振動させるように構成されている。

【0020】

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、偶数本の上記振動体を備え、上記励振部が上記振動体を面内屈曲振動させるように構成されている。

【0021】

本発明のさらに他の広い局面では、本発明に従って構成されている振動装置の製造方法が提供される。本発明の製造方法は、支持部に接続されており、かつ上面及び下面に不純物を含有するシリコン酸化膜が設けられているｎ型Ｓｉ層を有する振動体を用意する工程と、上記振動体を励振させるように設けられている電極を形成する工程とを備える。

【0022】

本発明に係る振動装置の製造方法のある特定の局面では、圧電薄膜を形成する工程をさらに備え、上記圧電薄膜が第１，第２の前記電極に挟まれるように設けられている。

【0023】

本発明に係る振動装置の製造方法の他の特定の局面では、圧電薄膜を形成する工程をさらに備え、前記圧電薄膜が前記電極と前記ｎ型Ｓｉ層に挟まれるように設けられている。

【0024】

本発明に係る振動装置の製造方法の他の特定の局面では、上記支持部に接続されており、上面及び下面に不純物を含有するシリコン酸化膜が設けられている、ｎ型Ｓｉ層を有する振動体を用意する工程が、１つの面に凹部を有し、Ｓｉからなる支持基板を用意する工程と、上面及び下面に不純物を含有するシリコン酸化膜が設けられている、ｎ型Ｓｉ層を用意する工程と、上記支持基板の上記凹部を覆うように上記シリコン酸化膜が設けられているｎ型Ｓｉ層を積層する工程とを備える。

【0025】

本発明に係る振動装置の製造方法のさらに別の特定の局面では、上記上面及び下面に不純物を含有するシリコン酸化膜が設けられている、ｎ型Ｓｉ層を用意する工程が、熱酸化法により、不純物を含有するシリコン酸化膜を形成する工程である。

【発明の効果】

【0026】

本発明に係る振動装置では、縮退半導体であるｎ型Ｓｉ層の上面及び下面に接するように不純物を含有するシリコン酸化膜が設けられている。よって、ｎ型Ｓｉ層中のドーパントが外部に飛散し難くなるため、温度変化による共振周波数のばらつきを抑制することができる。

【0027】

また、本発明に係る振動装置の製造方法によると、温度変化による共振周波数のばらつきを抑制することができる振動装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の外観を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿う部分の断面図である。

【図3】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の振動姿態を説明するための各模式的斜視図である。

【図4】図４は、ｎ型Ｓｉ層におけるＰの濃度分布を示す、ＳＩＭＳプロファイルである。

【図5】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の製造方法を説明するための各断面図である。

【図6】図６（ａ）〜図６（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の製造方法を説明するための各断面図である。

【図7】図７は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置の外観を示す斜視図である。

【図8】図８は、図７中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。

【図9】図９は、本発明の第３の実施形態に係る振動装置の外観を示す斜視図である。

【図10】図１０は、図９中のＣ−Ｃ線に沿う部分の断面図である。

【図11】図１１は、本発明の第４の実施形態に係る振動装置の平面図である。

【図12】図１２は、図１１中のＤ−Ｄ線に沿う部分の断面図である。

【図13】図１３は、本発明の第５の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。

【図14】図１４は、第５の実施形態に係る振動装置の変形例の正面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

【0030】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置１の外観を示す斜視図である。振動装置１は、支持部２と、奇数本の振動体である振動腕３ａ〜３ｃと、質量付加部４とを備える共振型振動子である。振動腕３ａ〜３ｃの各一端は、支持部２に接続されている。振動腕３ａ〜３ｃの各他端には質量付加部４が設けられている。

【0031】

振動腕３ａ〜３ｃは、平面形状が細長い矩形であり、長さ方向と幅方向とを有している。振動腕３ａ〜３ｃは、一端が固定端として支持部２に接続されており、他端が自由端として変位可能とされている。すなわち、振動腕３ａ〜３ｃは、支持部２によって片持ち梁で支持されている。奇数本の振動腕３ａ〜３ｃは互いに平行に延ばされており、同じ長さを有する。振動腕３ａ〜３ｃは、交番電界が印加されると、面外屈曲振動モードで屈曲振動する振動体である。

【0032】

支持部２は、振動腕３ａ〜３ｃの短辺に接続されている。支持部２は、振動腕３ａ〜３ｃの幅方向に延びている。なお、支持部２の両端には、振動腕３ａ〜３ｃと平行に延びるように側枠５，６が接続されている。支持部２及び側枠５，６は一体に形成されている。

【0033】

質量付加部４は、振動腕３ａ〜３ｃの各先端に設けられている。本実施形態では、質量付加部４は振動腕３ａ〜３ｃよりも幅方向の寸法が大きい矩形板状とされている。

【0034】

図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿う部分の断面図である。図２に示すように、振動腕３ａ〜３ｃは、ＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）１２、ｎ型Ｓｉ層１１、ＳｉＯ_２膜１３及び励振部１４により構成されている。

【0035】

ｎ型Ｓｉ層１１は、縮退半導体であるｎ型Ｓｉ半導体からなる。ｎ型Ｓｉ層１１は、温度変化による周波数ばらつきを抑制するために設けられている。ｎ型Ｓｉ層１１におけるｎ型ドーパントのドーピング濃度は１×１０^１９／ｃｍ^３以上であることが好ましい。上記ｎ型ドーパントとしては、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどの第１５属元素を挙げることができる。上記のように、ｎ型Ｓｉ層１１中のＳｉがｎ型ドーパントによってドープされることにより、温度変化による共振周波数のばらつきを抑制することができる。これは、Ｓｉの弾性特性がＳｉのキャリア濃度に大きく影響を受けるためである。なお、ｎ型Ｓｉ層１１では、Ｑ値を劣化させることなく、温度特性の改善が可能となる。

【0036】

本発明においては、ｎ型Ｓｉ層１１の下面にはＳｉＯ_２膜１２が設けられており、上面にもＳｉＯ_２膜１３が設けられている。ＳｉＯ_２膜１２，１３は、後述するように、温度変化による共振周波数のばらつきを抑制するために設けられている。なお、本実施形態においては、ＳｉＯ_２膜１２，１３は、ｎ型Ｓｉ層１１の上面及び下面に設けられているが、ｎ型Ｓｉ層１１の周囲を覆うようにＳｉＯ_２膜１２，１３を設けてもよい。

【0037】

なお、上記ＳｉＯ_２膜１２，１３は、不純物を含有している。上記不純物は、上記ｎ型Ｓｉ層にドープされているドーパントであることが望ましい。上記ｎ型ドーパントのドーピング濃度は、１×１０^１７／ｃｍ^３以上であることが好ましい。この場合、ＳｉＯ_２の弾性特性がＳｉＯ_２中の不純物濃度の影響を受けているため、温度変化による共振周波数のばらつきを、より一層確実に抑制することができる。

【0038】

ＳｉＯ_２膜１３上面には励振部１４が設けられている。励振部１４は、圧電薄膜１５と、第１の電極１６と、第２の電極１７とを有する。第１の電極１６と第２の電極１７とは、圧電薄膜１５を挟むように設けられている。なお、ＳｉＯ_２膜１３の上面には圧電薄膜１５ａが設けられており、圧電薄膜１５と第２の電極１７との上面には圧電薄膜１５ｂが設けられている。圧電薄膜１５ａはシード層、圧電薄膜１５ｂは保護層であり、いずれも励振部１４を構成するものではない。圧電薄膜１５ａ，１５ｂは設けられなくてもよい。

【0039】

上記圧電薄膜１５を構成する圧電材料は特に限定されず、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＫＮＮなどを用いることができる。バルク波を利用した振動装置では、Ｑ値が高いことが好ましい為、ＳｃＡｌＮが好適に用いられる。なお、Ｓｃ置換ＡｌＮ（ＳｃＡｌＮ）を用いることがより好ましい。ＳｃＡｌＮを用いると、共振型振動子の比帯域が広がるため、発振周波数の調整範囲がより一層広くなるためである。なお、Ｓｃ置換ＡｌＮ膜（ＳｃＡｌＮ）は、ＳｃとＡｌの原子濃度を１００ａｔ％とした場合、Ｓｃ濃度が０．５ａｔ％から５０ａｔ％程度であることが望ましい。

【0040】

第１，第２の電極１６，１７は、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、またはこれらの合金などの適宜の金属により形成することができる。

【0041】

圧電薄膜１５は、厚み方向に分極している。従って、第１，第２の電極１６，１７間に交番電界を印加することにより、励振部１４が圧電効果により励振される。その結果、振動腕３ａ〜３ｃは、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す振動姿態をとるように屈曲振動する。

【0042】

なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）から明らかなように、中央の振動腕３ｂと、両側の振動腕３ａ，３ｃとは逆相で変位している。これは、中央の振動腕３ｂに印加される交番電界の位相と両側の振動腕３ａ，３ｃに印加される交番電界の位相を逆位相とすることにより達成し得る。あるいは、圧電薄膜１５における分極方向を、中央の振動腕３ｂと、両側の振動腕３ａ，３ｃとで逆方向としてもよい。

【0043】

側枠５，６は、ＳｉＯ_２膜２０、Ｓｉ基板１９、ＳｉＯ_２膜１２、ｎ型Ｓｉ層１１、ＳｉＯ_２膜１３及び圧電薄膜１５により構成されている。支持部２も、側枠５，６と同様に構成されている。Ｓｉ基板１９の上面には凹部１９ａが形成されており、凹部１９ａの側壁の一部が支持部２及び側枠５，６を構成している。振動腕３ａ〜３ｃは凹部１９ａ上に配置されている。Ｓｉ基板１９は支持部２及び側枠５，６を構成している支持基板である。ＳｉＯ_２膜２０は、保護膜であり、Ｓｉ基板１９の下面に設けられている。

【0044】

質量付加部４は、後述の製造工程から明らかなように、側枠５，６と同様に、ＳｉＯ_２膜１２、ｎ型Ｓｉ層１１、ＳｉＯ_２膜１３及び圧電薄膜１５からなる積層構造を有するため、本実施形態のように、上面側にのみ質量付加膜１８が設けられていることが望ましい。さらに、質量付加部４は振動腕３ａ〜３ｃの先端に質量を付加する機能を有するものであるため、上記のように、振動腕３ａ〜３ｃよりも幅方向の寸法が大きいものであれば、その機能を有することになる。従って、質量付加膜１８は必ずしも設けられずともよい。

【0045】

図４は、ｎ型Ｓｉ層１１内におけるＰの濃度分布を示す、ＳＩＭＳプロファイルである。すなわち、ｎ型Ｓｉ層１１の表面から深さ方向にＰの濃度変化を測定したプロファイルである。図中、１Ｅ＋ｎは、１×１０^ｎを意味する。図中、破線は、ｎ型Ｓｉ層１１にＳｉＯ_２膜１２，１３が設けられていない場合のプロファイルを示す。この場合、Ｐの濃度が表面近傍ほど、低くなっていることがわかる。他方、図中、実線は、ｎ型Ｓｉ層１１に接するようにＳｉＯ_２膜１２，１３が設けられている場合のプロファイルを示す。図より、この場合、Ｐの濃度が表面から内部に至って均一であることがわかる。

【0046】

このように、ＳｉＯ_２膜１２，１３の有無により、ｎ型Ｓｉ層１１の表面近傍における、Ｐ濃度が変化する理由を以下に示す。

【0047】

ｎ型Ｓｉ層１１は、後述する製造方法で示すように、Ｓｉ基板１９に熱接合することにより接合する。この熱接合の際発生する熱で、ｎ型Ｓｉ層１１の表面から空気中にＰが飛散する。あるいはＳｉ基板１９にＰが移行する。そのため、ＳｉＯ_２膜１２，１３が設けられていないｎ型Ｓｉ層１１では、表面近傍のＰ濃度が減少することになる。

【0048】

これに対して、ＳｉＯ_２膜１２，１３がｎ型Ｓｉ層１１に接するように設けられている場合、ＳｉＯ_２膜１２，１３により、Ｐが外部に飛散することを抑制することができる。この場合、ｎ型Ｓｉ層１１内でＰが不均一とならないため、温度変化による、周波数ばらつきが抑制される。

【0049】

（製造方法）
上記振動装置１の製造方法は特に限定されないが、一例を図５（ａ）〜図５（ｄ）及び図６（ａ）〜図６（ｄ）を参照して説明する。

【0050】

まず、図５（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１９を用意する。Ｓｉ基板１９の上面にエッチングにより凹部１９ａを形成する。凹部１９ａの深さは１０μｍ〜３０μｍ程度とすればよい。

【0051】

次に、図５（ｂ）に示すように、ドーピング濃度が１×１０^１９／ｃｍ^３以上でＰがドープされたｎ型Ｓｉ層１１を用意し、ｎ型Ｓｉ層１１の周囲を覆うように上記ｎ型Ｓｉ層にドープされているドーパントを含有するＳｉＯ_２膜１２Ｘを形成する。以下、ＳｉＯ_２膜１２Ｘの上面をＳｉＯ_２膜１３Ａ、下面をＳｉＯ_２膜１２として説明する。ＳｉＯ_２膜１２，１３Ａは熱酸化法により形成する。熱酸化法により形成されたＳｉＯ_２膜はＱ値の劣化が生じ難いため好ましい。ＳｉＯ_２膜１２，１３Ａの厚みは、０．５μｍとする。

【0052】

次に、図５（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１９上に、ＳｉＯ_２膜１２，１３Ａが形成されているｎ型Ｓｉ層１１を積層する。積層に際しては、Ｓｉ基板１９の凹部１９ａが設けられている側の面に、ＳｉＯ_２膜１２を接触させる。この接合は、１１００℃以上の高温で熱接合することにより行われる。

【0053】

次に、図５（ｄ）に示すように、研磨により、ＳｉＯ_２膜１３Ａを除去し、さらにｎ型Ｓｉ層１１の厚みを薄くする。それによって、ｎ型Ｓｉ層１１の厚みを、１０μｍ程度とする。

【0054】

次に、図６（ａ）に示すように、熱酸化法により、ｎ型Ｓｉ層１１の上面にＳｉＯ_２膜１３を形成するとともに、Ｓｉ基板１９の下面にＳｉＯ_２膜２０を形成する。ＳｉＯ_２膜１３の厚みは、０．５μｍとする。

【0055】

次に、図６（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２膜１３の上面に、３０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚みでＡｌＮからなる圧電薄膜１５ａを形成した後に、圧電薄膜１５ａの上面に第１の電極１６を形成する。第１の電極１６は、Ｍｏからなる第１の層とＡｌからなる第２の層とが積層された積層電極である。

【0056】

圧電薄膜１５ａはシード層であり、圧電薄膜１５ａが設けられていることにより、第１の電極１６におけるＭｏからなる第１の層が高い配向性で形成される。そして、図６（ｃ）に示すように、圧電薄膜１５ａと第１の電極１６との上面にＡｌＮからなる圧電薄膜１５を形成した後に、圧電薄膜１５の上面に第２の電極１７を形成する。第２の電極１７は、Ｍｏからなる第１の層とＡｌからなる第２の層とが積層された積層電極である。第１の電極１６と第２の電極１７とは、例えば、スパッタリング法を用いたリフトオフ・プロセスにより形成する。

【0057】

しかる後、図６（ｄ）に示すように、圧電薄膜１５と第２の電極１７との上面に、３０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚みでＡｌＮからなる圧電薄膜１５ｂを形成する。そして、圧電薄膜１５の上面であって質量付加部４が形成される領域に、Ａｕからなる質量付加膜１８を形成する。

【0058】

最後に、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、図１に示した複数の振動腕３ａ〜３ｃ及び質量付加部分４が残存するように加工する。このようにして、振動装置１を得ることができる。

【0059】

（第２の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る振動装置１は、面外屈曲振動を利用している共振振動子であったが、図７に斜視図で示す第２の実施形態の振動装置２１のように、面内屈曲振動を利用している共振振動子であってもよい。上記振動装置２１は、支持部２２と偶数本の振動体である振動腕２３とを備える。なお、本実施形態においては、振動体として２本の振動腕２３ａ，２３ｂが備えられている。

【0060】

振動腕２３ａ，２３ｂは、平面形状が細長い矩形であり、長さ方向と幅方向とを有している。振動腕２３ａ，２３ｂは、それぞれ、一端が支持部２２に接続されて固定端とされており、他端が自由端として変位可能とされている。２本の振動腕２３ａ，２３ｂは互いに平行に延びており、同じ長さである。振動腕２３ａ，２３ｂは、交番電界が印加されると、面内屈曲振動モードで屈曲振動する振動体である。

【0061】

支持部２２は、振動腕２３ａ，２３ｂの短辺に接続されている。支持部２２は、振動腕２３ａ，２３ｂの幅方向に延びている。支持部２２は、振動腕２３ａ，２３ｂを、片持ち梁で支持している。

【0062】

図８は、図７中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。図８に示すように、振動腕２３ａ，２３ｂは、第１の実施形態に係る振動装置１と同様に、ＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）１２、ｎ型Ｓｉ層１１、ＳｉＯ_２膜１３、励振部１４によりにより構成されている。上記励振部１４は、圧電薄膜１５と、第１の電極１６と、第２の電極１７とを有する。第１の電極１６と第２の電極１７とは、圧電薄膜１５を挟むように設けられている。

【0063】

第２の実施形態においても、ｎ型Ｓｉ層１１の上面及び下面に接するように、ＳｉＯ_２膜１２，１３が設けられている。従って、温度変化による共振周波数のばらつきを抑制することができる。

【0064】

（第３の実施形態）
第１，第２の実施形態においては、音叉型の振動装置を示したが、図９に斜視図で示す第３の実施形態の振動装置３１のように、幅拡がり振動を利用する共振振動子であってもよい。振動装置３１は、支持部３２ａ，３２ｂと、振動体としての振動板３３と、連結部３４ａ，３４ｂとを備える、幅拡がり振動を利用している共振子である。

【0065】

振動板３３は矩形板状であり、長さ方向と幅方向とを有している。振動板３３は、連結部３４ａ，３４ｂを介して、支持部３２ａ，３２ｂに接続されている。すなわち、振動板３３は、支持部３２ａ，３２ｂにより支持されている。振動板３３は、交番電界が印加されると、幅拡がり振動モードで幅方向に振動する振動体である。

【0066】

連結部３４ａ，３４ｂの一端は、振動板３３の短辺側の側面中央に接続されている。上記振動板３３の短辺側の側面中央は、幅拡がり振動のノードとなっている。

【0067】

支持部３２ａ，３２ｂは、連結部３４ａ，３４ｂの他端に接続されている。支持部３２ａ，３２ｂは、連結部３４ａ，３４ｂの両側に延びている。支持部３２ａ，３２ｂの長さは、特に限定されないが、本実施形態においては、振動板３３の短辺と同じ長さである。

【0068】

図１０は、図９中のＣ−Ｃ線に沿う部分の断面図である。図１０に示すように、振動板３３は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）１２、ｎ型Ｓｉ層１１、ＳｉＯ_２膜１３、第１，第２の電極１６，１７及び圧電薄膜１５により構成されている。

【0069】

より具体的には、ｎ型Ｓｉ層１１上に、圧電薄膜１５が設けられている。第１，第２の電極１６，１７は、圧電薄膜１５を挟むように設けられている。

【0070】

なお、第３の実施形態においても、ｎ型Ｓｉ層１１の上面及び下面に接するように、ＳｉＯ_２膜１２，１３が設けられている。従って、温度変化による共振周波数のばらつきを抑制することができる。

【0071】

（第４の実施形態）
本発明の振動装置は、静電ＭＥＭＳ構造を有していてもよい。図１１は、本発明の第４の実施形態に係る振動装置の平面図である。また、図１２は、図１１中のＤ−Ｄ線に沿う部分の断面図である。

【0072】

振動装置４１は、支持部４２ａ，４２ｂと、振動体としての振動板４３と、連結部４４ａ，４４ｂと、第１，第２の電極４５ａ，４５ｂとを備える、幅拡がり振動を利用している共振振動子である。

【0073】

振動板４３は矩形板状であり、長さ方向と幅方向とを有している。振動板４３は、連結部４４ａ，４４ｂを介して、支持部４２ａ，４２ｂに接続されている。すなわち、振動板４３は、支持部４２ａ，４２ｂにより支持されている。振動板４３は、交流電圧が印加されることにより、幅拡がり振動モードで幅方向に振動する振動体である。なお、図１２に示すように、振動板４３は、ＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）１２、ｎ型Ｓｉ層１１及びＳｉＯ_２膜１３により構成されている。

【0074】

連結部４４ａ，４４ｂの一端は、振動板４３の短辺側の側面中央に接続されている。上記振動板４３の短辺側の側面中央は、幅拡がり振動のノードとなっている。

【0075】

支持部４２ａ，４２ｂは、連結部４４ａ，４４ｂの他端に接続されている。支持部４２ａ，４２ｂは、連結部４４ａ，４４ｂの両側に延びている。支持部４２ａ，４２ｂの振動板４３の長さ方向に沿う寸法は、特に限定されないが、本実施形態においては、振動板４３の短辺より長い。

【0076】

第１，第２の電極４５ａ，４５ｂは、矩形板状である。第１，第２の電極４５ａ，４５ｂは、ｎ型Ｓｉ層１１と同じ材料で構成されている。第１，第２の電極４５ａ，４５ｂは、振動板４３の幅方向において、振動板４３とギャップを隔てて対向している。すなわち、第１，第２の電極４５ａ，４５ｂの振動板４３側の長辺が、振動板４３の長辺と対向している。

【0077】

また、図１２に示すように、第１，第２の電極４５ａ，４５ｂの上面及び下面には、ＳｉＯ_２膜１２及びＳｉＯ_２膜１３がそれぞれ形成されている。もっとも、ｎ型Ｓｉ層１１には、ＳｉＯ_２膜１２，１３が設けられる必要があるが、第１，第２の電極４５ａ，４５ｂには、ＳｉＯ_２膜１２，１３は、設けられていなくともよい。

【0078】

上記のように、第４の実施形態においても、ｎ型Ｓｉ層１１の上面及び下面に接するように、ＳｉＯ_２膜１２，１３が設けられている。従って、第４の実施形態に係る振動装置においても、温度変化による共振周波数のばらつきが抑制されている。

【0079】

図１３は、本発明の第５の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。

【0080】

振動装置５１は、ｎ型Ｓｉ層１１の上面にＳｉＯ_２膜１３が設けられていない点で、第１の実施形態の振動装置１と異なる。第５の実施形態においても、温度変化による共振周波数のばらつきが抑制されている。この理由を、以下に説明する。

【0081】

振動装置５１の製造方法は、図６（ａ）に示したＳｉＯ_２膜１３の形成を行わない点以外は、第１の実施形態の振動装置１の製造方法と同様である。すなわち、ｎ型Ｓｉ層１１の上面及び下面にＳｉＯ_２膜１２，１３Ａが設けられた状態で、ｎ型Ｓｉ層１１をＳｉ基板１９に熱接合する。よって、ｎ型Ｓｉ層１１にドープされたＰが外部に飛散することを抑制し得る。従って、ｎ型Ｓｉ層１１内でＰが不均一とならないため、温度変化による共振周波数のばらつきを抑制することができる。また、圧電薄膜１５とｎ型Ｓｉ層１１との間に熱伝導率が低いＳｉＯ_２膜１３が形成されていないため、熱弾性損失を低減できる。従って、Ｑ値が高い共振子を形成することができる。

【0082】

図１４に示す第５の実施形態の変形例のように、振動装置６１は第１の電極１６を有していなくともよい。ｎ型Ｓｉ層１１の上面にＳｉＯ_２膜１３が設けられていない場合、第２の電極１７と圧電薄膜１５を挟んで対向する電極として、ｎ型Ｓｉ層１１を用いることができる。よって、第１の電極１６を形成する工程を省くことができるため、生産性を高めることができる。また、圧電薄膜１５とｎ型Ｓｉ層１１との間に熱伝導率が低いＳｉＯ_２膜１３が形成されていないため、熱弾性損失を低減できる。よって、Ｑ値が高い共振子が形成することができる。加えて、ＡｌＮやＳｉよりも機械的弾性損失が大きなＭｏを省くことによって、さらにＱ値が高い共振子を形成することができる。

【0083】

ｎ型Ｓｉ層１１は、図５（ｂ）に示したような、ＳｉＯ_２膜が表面に形成された状態で用意される必要はない。ｎ型Ｓｉ層１１をＳｉ基板１９に熱接合する工程においては、例えば、大気中で仮接合を行う。しかる後、高温の炉の中で熱接合を行う。高温の炉において熱接合を行うに際して、ｎ型Ｓｉ層１１の上面及び下面にＳｉＯ_２膜１２，１３Ａを熱酸化により形成してもよい。それによって、ｎ型Ｓｉ層１１にドープされたＰが外部に飛散することを抑制し得る。

【符号の説明】

【0084】

１，２１，３１，４１，５１，６１…振動装置
２，２２，３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂ…支持部
３ａ，３ｂ，３ｃ，２３，２３ａ，２３ｂ…振動腕
４…質量付加部
５，６…側枠
１１…ｎ型Ｓｉ層
１２，１２Ｘ，１３，１３Ａ…ＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）
１４…励振部
１５…圧電薄膜
１５ａ，１５ｂ…圧電薄膜
１６…第１の電極
１７…第２の電極
１８…質量付加膜
１９…Ｓｉ基板
１９ａ…凹部
２０…ＳｉＯ_２膜
３３，４３…振動板
３４ａ，３４ｂ，４４ａ，４４ｂ…連結部
４５ａ，４５ｂ…第１，第２の電極

【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】