[0055]MEMS振子100構(gòu)成為包含:基板I ;下部電極10(第I下部電極11、第2下部電極12)，其設(shè)置在基板I的主面上；支承部26，其經(jīng)由下部電極10(第2下部電極12)連接在基板I上；上部電極20(基部22和振動(dòng)部24 —體化而成)，其具有連接在支承部26上的基部22等。
[0056]作為優(yōu)選例，基板I使用硅基板。在基板I上，依次層疊有氧化膜2、氮化膜3，在基板I的主面?zhèn)?氮化膜3的表面)的上部，形成有下部電極10 (第I下部電極11、第2下部電極12)、支承部26、上部電極20等。
[0057]此處，以在基板I的厚度方向上、在基板I的主面上依次層疊氧化膜2以及氮化膜3的方向?yàn)樯戏较騺?lái)進(jìn)行說(shuō)明。
[0058]下部電極10中的第2下部電極12是將支承部26固定在基板I上、并經(jīng)由支承部26對(duì)上部電極20施加電位的固定電極,利用光刻(包含蝕刻加工，以下相同)對(duì)層疊在氮化膜3上的第I導(dǎo)電體層4進(jìn)行構(gòu)圖，由此形成為圖1的(a)所示那樣。此外，第2下部電極12通過(guò)布線12a與外部電路(省略圖示)連接。
[0059]支承部26在俯視時(shí)為矩形，與上部電極20的基部22重合，并連接于基部22的與基板I相對(duì)的一側(cè)的面。此外，支承部26被配置為與位于基部22中的振動(dòng)的波節(jié)重合。此夕卜，支承部26配置在第2下部電極12的中央部。支承部26是利用光刻對(duì)層疊在第I導(dǎo)電體層4上的第2導(dǎo)電體層5進(jìn)行構(gòu)圖而形成的。作為優(yōu)選例，第I導(dǎo)電體層4以及第2導(dǎo)電體層5分別使用導(dǎo)電性的多晶硅，但不限于此。
[0060]上部電極20構(gòu)成為包含基部22和從基部22朝與基板I的法線相交的方向延伸的多個(gè)振動(dòng)部24。具體而言，如圖1的(a)所示，上部電極20是通過(guò)從上部電極20的基部22延伸的4個(gè)振動(dòng)部24而呈十字形狀的可動(dòng)電極，由設(shè)置在基部22下方的支承部26支承，與基板I分離。
[0061]上部電極20是利用光刻對(duì)第3導(dǎo)電體層6進(jìn)行構(gòu)圖而形成的，其中，第3導(dǎo)電體層6層疊在構(gòu)成支承部26的第2導(dǎo)電體層5的上層和層疊在第I導(dǎo)電體層4上的犧牲層的上層。即，在上部電極20中，基部22和4個(gè)振動(dòng)部24形成為一體。此外，在俯視基板I時(shí)，第2下部電極12和十字形狀的上部電極20以各自的中心部大致一致的方式重合，從上部電極20的基部22沿橫方向(B-B方向)延伸的兩個(gè)振動(dòng)部24與第2下部電極12 (除了后述的縫S2的部分)重合地配置。此外，作為優(yōu)選例，第3導(dǎo)電體層6與第I導(dǎo)電體層4以及第2導(dǎo)電體層5同樣使用導(dǎo)電性的多晶硅，但不限于此。
[0062]作為固定電極的下部電極10與振動(dòng)部24相對(duì)且分離地配置在基板I上。下部電極10中的第I下部電極11是固定電極，第I下部電極11是利用光刻對(duì)層疊在氮化膜3上的第I導(dǎo)電體層4進(jìn)行構(gòu)圖而形成的，在俯視基板I時(shí)與第I下部電極11重合的上部電極20和第I下部電極11之間被施加交流電壓。第I下部電極11以在從正面觀察圖1的(a)時(shí)與從上部電極20的基部22沿縱方向(A-A方向)延伸的兩個(gè)振動(dòng)部24重合的方式設(shè)置在2個(gè)部位，通過(guò)布線Ila與外部電路(省略圖示)連接。
[0063]第I下部電極11由與第2下部電極12相同層的第I導(dǎo)電體層4形成。因此，在第I下部電極11與作為對(duì)上部電極20施加電位的固定電極的第2下部電極12之間，需要電絕緣，各自的圖案(第I下部電極11和第2下部電極12)分離。用于實(shí)現(xiàn)該分離的間隙的階梯差(凹凸)作為凹凸形狀轉(zhuǎn)印到由第3導(dǎo)電體層6形成的上部電極20上，其中，該第3導(dǎo)電體層6經(jīng)由層疊在第I導(dǎo)電體層4的上層的犧牲層而層疊。具體而言，如圖1的(a)、圖1的(b)所示，在圖案的分離部(縫SI)的部分處，在上部電極20形成凹凸形狀。
[0064]在MEMS振子100中，在第2下部電極12上設(shè)置虛設(shè)的縫圖案，使得從上部電極20的基部22沿縱方向(A-A方向)延伸的振動(dòng)部24與沿橫方向(B-B方向)延伸的振動(dòng)部24的剛度沒有差異。具體而言，在上部電極20重合的區(qū)域中的沿橫方向(B-B方向)延伸的第2下部電極12上設(shè)置虛設(shè)的縫S2，該虛設(shè)的縫S2以與縫SI使上部電極20的沿縱方向(A-A方向)延伸的兩個(gè)振動(dòng)部24反映的凹凸形狀相同的方式，使上部電極20的沿橫方向(B-B方向)延伸的兩個(gè)振動(dòng)部24產(chǎn)生凹凸形狀。即，縫S2的寬度(B-B方向的長(zhǎng)度)與縫SI的寬度(A-A方向的長(zhǎng)度)大致相同，在俯視時(shí)，以從上部電極20的中心點(diǎn)到縫S2的距離與從上部電極20的中心點(diǎn)到縫SI的距離大致相同的方式形成縫S2。
[0065]通過(guò)這樣設(shè)置虛設(shè)的縫S2，包含凹凸部而構(gòu)成上部電極20。此外，縫S2不是出于使第2下部電極12電絕緣的目的而形成的，因此，在俯視時(shí)，在縫S2的與上部電極20不重合的兩端部的區(qū)域，第2下部電極12是連續(xù)的。
[0066]在這樣的結(jié)構(gòu)中，MEMS振子100構(gòu)成為靜電振子，通過(guò)從外部電路經(jīng)由布線11a、12a而施加在第I下部電極11和上部電極20之間的交流電壓，上部電極20的4個(gè)振動(dòng)部24的末端區(qū)域作為振動(dòng)的波腹進(jìn)行振動(dòng)。在圖1的(a)中，(+/-)的記號(hào)以包含其振動(dòng)的相位的關(guān)系的方式示出作為振動(dòng)的波腹而在上下方向(基板I的厚度方向)上振動(dòng)的部分。此外，相鄰的振動(dòng)部24的相位不同。例如示出了，在+的振動(dòng)部24為朝上方向(遠(yuǎn)離基板I的方向)的運(yùn)動(dòng)的情況下，相鄰的振動(dòng)部24為朝-的下方向(接近基板I的方向)的運(yùn)動(dòng)。即，作為可動(dòng)電極的上部電極20在與包含作為固定電極的下部電極10(第I下部電極11、第2下部電極12)的平面相交的方向上振動(dòng)。
[0067]此處，在從基部22幅射狀地延伸的4個(gè)振動(dòng)部24中，夾著基部22而從基部22朝不同方向延伸的兩個(gè)振動(dòng)部24被視作包含基部22的大致矩形的梁。因此，在兩個(gè)振動(dòng)部24的末端朝上方向振動(dòng)時(shí),基部22產(chǎn)生朝下方向振動(dòng)的在振動(dòng)部24的厚度方向上具有位移的彎曲振動(dòng)。此外，關(guān)于相鄰的振動(dòng)部24、基部22以及夾著基部22從基部22朝不同方向延伸的兩個(gè)振動(dòng)部24構(gòu)成的梁，在兩個(gè)振動(dòng)部24的末端朝下方向振動(dòng)時(shí)，基部22產(chǎn)生朝上方向振動(dòng)的彎曲振動(dòng)。因此，在兩個(gè)梁同時(shí)振動(dòng)時(shí)，基部22的上下方向的位移被抵消，振動(dòng)被抑制，基部22的中心部和從該中心部到在相鄰的振動(dòng)部24之間連接的部分的區(qū)域成為幾乎沒有振動(dòng)位移的狀態(tài)，通過(guò)支承該部分，能夠簡(jiǎn)便地提供振動(dòng)效率更高、抑制了振動(dòng)泄漏、靜電型的梁型MEMS振子100。
[0068]另外，振子的Q值通常由作為朝向支承部的振動(dòng)能量泄漏的振動(dòng)泄漏、伴隨空氣粘性的損耗以及作為熱彈性損耗的由熱導(dǎo)致的損耗等決定的。此外，各損耗的大小隨著振子的形狀，振動(dòng)模式以及環(huán)境等而不同，不能一概說(shuō)哪個(gè)損耗帶來(lái)的影響較大。因此，通過(guò)對(duì)振子進(jìn)行真空封裝，能夠忽視空氣粘性的影響，能夠通過(guò)優(yōu)化振子的結(jié)構(gòu)來(lái)降低振動(dòng)泄漏，著眼于作為熱彈性損耗的由熱導(dǎo)致的損耗，確認(rèn)振子的結(jié)構(gòu)與熱彈性損耗之間的關(guān)系，從而研究出熱彈性損耗小、具有高Q值的振子的結(jié)構(gòu)。
[0069]根據(jù)圖2?圖5，對(duì)本實(shí)施方式的振子(MEMS振子100)的上部電極20的結(jié)構(gòu)、尤其是、振動(dòng)部24的尺寸比(L/W)與僅考慮熱彈性損耗的Q值即Qted值之間的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0070]圖2是用于分析Qted值的振子上部電極的俯視圖。此外，圖3是示出與振動(dòng)部的尺寸比(L/W)對(duì)應(yīng)的通過(guò)有限元法計(jì)算出的振子的Qted值的圖，圖3的(a)是示出尺寸比(L/W)為O?7.0的范圍的圖，圖3的(b)是放大地示出圖3的(a)的尺寸比(L/W)為O?2.0的范圍的圖。
[0071]通過(guò)有限元法計(jì)算出與尺寸比(L/W)對(duì)應(yīng)的振子的Qted值，該尺寸比(L/W)是在圖2所不的振子的上部電極20中、振動(dòng)部24的從基部22延伸的方向上的長(zhǎng)度尺寸L和振動(dòng)部24的與從基部22延伸的方向相交的方向上的長(zhǎng)度尺寸(寬度尺寸)W的尺寸比。此外，分別設(shè)振動(dòng)部24的L為7.12 μ m，設(shè)振動(dòng)部24的與基板相交的方向上的長(zhǎng)度尺寸(板厚尺寸)T為1.3 μ m，設(shè)支承部26的長(zhǎng)度尺寸Hl和H2為I μ m,使振動(dòng)部24的W在1.02 μ m?35.6 μ m(對(duì)應(yīng)于尺寸比(L/W)為0.2?7.0)之間變化，計(jì)算各自的Qted值，圖3的(a)、圖3的(b)示出其分析結(jié)果。此外，關(guān)于現(xiàn)有的單臂支承梁結(jié)構(gòu)的振子，設(shè)振動(dòng)部24的L為10.0 μ m，設(shè)W為14.29 μ m，設(shè)T為1.3 μ m，設(shè)圖2中的與基部22對(duì)應(yīng)的部分的長(zhǎng)度尺寸為20.0ym,設(shè)寬度尺寸為14.29 μ m，設(shè)板厚尺寸為1.3 μ m，在使一個(gè)主面的整面固定的條件下進(jìn)行計(jì)算，該振子的Qted值大約為8000。
[0072]通過(guò)圖3的(a)可知，在計(jì)算出的尺寸比(L/W)為0.2?7.0的整個(gè)范圍內(nèi)，大幅超過(guò)現(xiàn)有的單臂支承梁結(jié)構(gòu)的振子的Qted值(約8000)，在尺寸比(L/W)為約0.7附近，Qted值大約為190000而變?yōu)樽畲蟆?br>[0073]因此，通過(guò)將圖2所示的振動(dòng)部24的尺寸比(L/W)設(shè)為0.2彡(L/W) ( 7.0,能夠得到具有大幅超過(guò)的現(xiàn)有單臂支承梁結(jié)構(gòu)的振子的Qted值(約8000)的高Q值的MEMS振子 100。
[0074]在圖3的(a)中，尺寸比(L/W)小于使得Qted值最大的尺寸比(L/W)即大約0.7的振子的振動(dòng)部24成為W遠(yuǎn)大于L的形狀，因此，可認(rèn)為，在振動(dòng)部24的末端部，寬度方向的中央朝板厚方向位移的應(yīng)力集中，由于因該應(yīng)力的集中而產(chǎn)生的熱彈性損耗，Qted值下降。此外，尺寸比(L/W)大于約0.7的振子的振動(dòng)部24成為L(zhǎng)遠(yuǎn)大于W的形狀，因此，可認(rèn)為，應(yīng)力集中在相鄰的振動(dòng)部24之間，由于因該應(yīng)力的集中而產(chǎn)生的熱彈性損耗，Qted值下降。
[0075]根據(jù)圖3的(b)可知，通過(guò)將振動(dòng)部24的尺寸比(L/W)設(shè)為0.5彡(L/W) ( 1.0，能夠得到具有120000以上的Qted值的MEMS振子100，此外，通過(guò)將振動(dòng)部24的尺寸比(L/W)設(shè)為0.62 ( (L/W) ( 0.8，能夠得到具有175000以上的Qted值的MEMS振子100。
[0076]接下來(lái)，說(shuō)明與改變振動(dòng)部24的長(zhǎng)度尺寸L的情況下的振動(dòng)部24的尺寸比(L/W)對(duì)應(yīng)的振子的Qted值。圖4是示出在使振動(dòng)部的L在5.0 μ m?15.0 μ m的范圍內(nèi)變化的情況下的與尺寸比(L/W)對(duì)應(yīng)的通過(guò)有限元法計(jì)算出的Qted值的圖。
[0077]根據(jù)圖4可知，即使改變振動(dòng)部24的L，各L的情況下的Qted值的最大值是在尺寸比(L/W)為大約0.7時(shí)，在減小L時(shí)，Qted值顯現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。因此，關(guān)于本實(shí)施方式的上部電極20的形狀，即使改變振動(dòng)部24的L，也能夠在振動(dòng)部24的尺寸比(L/W