JP2004243462A - Ｍｅｍｓ素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】ビーム型振動子を有するＭＥＭＳ素子における振動子の固有振動数（共振周波数）の調整を図る。
【解決手段】固定側電極１３に対向して、立ち上がり部又は立ち下がり部１５ａ，１５ｂが一体に設けられたビーム型振動子１５を有するＭＥＭＳ素子であって、ビーム１５の立ち上がり部又は立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動を、静電力（制御電極１７Ａ，１７Ｂによる静電力）又は機械的な固定力で制御して、ビーム１５の固有振動数を調整可能にする。
【選択図】 図１
【解決手段】固定側電極１３に対向して、立ち上がり部又は立ち下がり部１５ａ，１５ｂが一体に設けられたビーム型振動子１５を有するＭＥＭＳ素子であって、ビーム１５の立ち上がり部又は立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動を、静電力（制御電極１７Ａ，１７Ｂによる静電力）又は機械的な固定力で制御して、ビーム１５の固有振動数を調整可能にする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム型振動子を有するＭＥＭＳ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、超小型電気的・機械的複合体）素子、及びＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が、注目されている。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン力などを応用して電気的に行われる。
【０００３】
一方、半導体プロセスによるマイクロマニシング技術を用いて形成された微小振動素子は、デバイスの占有面積が小さいこと、高いＱ値を実現できること、他の半導体デバイスとの集積が可能なこと、という特長により、無線通信デバイスの中でも高周波フィルタとしての利用がミシガン大学を始めとする研究機関から提案されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
図１１は、非特許文献１に記載された高周波フィルタを構成する振動素子、即ちＭＥＭＳ素子による振動素子の概略を示す。この振動素子１は、半導体基板２上に絶縁膜３を介して固定側電極４が形成され、この固定側電極４に対向して空隙５を挟んで振動可能なビーム（所謂ビーム型振動子）６が形成さて成る。ビーム６は、導電性を有し、両端のアンカー部（支持部）８〔８Ａ，８Ｂ〕にて支持されるように、固定側電極４をブリッジ状に跨いで配置される。
この振動素子１は、例えば配線層７より入力端子ｔＩＮ、固定側電極４より出力端子ｔＯＵＴ が導出される。
【０００５】
この振動素子１は、固定側電極４とビーム６との間にＤＣバイアス電圧が印加された状態で、入力端子ｔＩＮを通じてビーム６高周波信号（電圧）が供給され，固定側電極４とビーム６間に生じる静電力でビーム６が振動する。この振動によって、固定側電極４とビーム６との間の容量の時間変化やＤＣ電圧に応じた信号が固定側電極から出力される。高周波フィルタではビームの固有振動数（共振周波数）に対応した信号が出力される。
【０００６】
なお、振動子を有する可動側櫛歯電極と固定側櫛歯電極を同一平面に対向して配置し、振動子を上記同一平面の両電極間方向（Ｘ方向）に振動可能にすると共に、振動子と基板間に静電力を利用して振動子の共振周波数を調整する振動調整用電極を設けて成る共振素子が、特許文献１に示されている。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｔ．−Ｃ．Ｎｇｕｙｅｎ，”Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆｏｒ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ｉｎｖｉｔｅｄ ｐｌｅｎａｒｙ），”ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１９９９ ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ＲＦ ＭＥＭＳ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ｊｕｎｅ，１８，１９９９，ｐｐ．４８−７７．
【特許文献１】
特開２００１ー１９４１５１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これまで提案され、検証されてきたＭＥＭＳ素子による微小振動素子は、その振動子の共振周波数が、振動子（振動部）の幅を制御することで決定されていた。このため、同一基板（ウェハ）上に異なる周波数の振動素子を作成することができるが、製造プロセスの変動の影響を受けて、必ずしも狙い通りの周波数が得えられないのが現状である。
【０００９】
特に、振動素子の高周波化のためには、振動子の長さ、即ちビームの長さを縮小する必要があるが、ビームの長さを縮小した場合、アンカー領域の影響で高周波化が阻害されるものであった。さらに図面を参照して詳述する。図１０は、上述の振動素子のビーム構造のシミュレーションである。図９と対応する部分には同一符号を付して示す。ビーム６の共振周波数ｆＲ は数１で表される。
【００１０】
【数１】
Ｌ：ビーム（振動子構造）の長さ
ｈ：ビーム（振動子構造）の厚さ
Ｅ：ヤング率
Ｋ：電磁カップリング係数
ρ：膜密度
【００１１】
図１３は、ビーム６の幅を２μｍとしたときの固有振動数のビーム長依存性を示すグラフである。実線Ｉは計算値、■印はシミュレーションによる値である。図１３から明らかなように、ビーム長Ｌが１０μｍ以下になる程、ビーム６の固有振動数〔ＭＨｚ〕が低下する。この理由は、図１４の模式図で示すようにビーム６のアンカー領域８〔８Ａ，８Ｂ〕の影響による。ビーム振動時のアンカー領域（厳密にはビーム６の立ち下がり部）の振動が影響し、低周波化することが検証された。
【００１２】
一方、従来の表面弾性波（ＳＡＷ）あるいは薄膜弾性波（ＦＢＡＲ）によるＧＨｚ領域のフィルタは、膜厚で周波数の制御をする為、製造プロセスの変動の影響を受けにくいものの、同一基板（ウェハ）上には同一の周波数のものしか得られない。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑み、振動子の固有振動数（共振周波数）の調整を可能にし、併せて同一の基板上に異なる固有振動数（共振周波数）を持つ振動子の作製を可能にした、ビーム型振動子を有したＭＥＭＳ素子を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＭＥＭＳ素子は、固定側電極に対向して、立ち上がり部又は立ち下がり部が一体に設けられたビーム型振動子を有するＭＥＭＳ素子であって、
前記ビームの立ち下がり部又は立ち上がり部の振動を、静電力又は機械的な固定力で抑制して、ビームの固有振動数を調整可能にした構成とする。
静電力を生じたせるためには、立ち上がり部又は立ち下がり部に対向して制御電極を設けることができる。
機械的な固定力を生じさせるためには、立ち上がり部又は立ち下がり部に当接して、立ち上がり部又は立ち下がり部を押圧する固定部材、好ましくは圧電素子を設けることができる。
【００１５】
本発明のＭＥＭＳ素子においては、ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部の振動を、静電力又は機械的な固定力で抑制するので、その静電力又は固定力に応じてビームの固有振動数が変えられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係るビーム型振動子を有したＭＥＭＳ素子の一実施の形態を示す。
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子１１は、基板１２上に固定側電極１３を形成し、この固定側電極１３をブリッジ状に跨ぐように、両端を支持部（いわゆるアンカー部）１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕で一体に支持したビーム型振動子（以下、単にビームという）１５を配置し、両支持部（アンカー部）１４Ａ及び１４Ｂ上に絶縁膜１６を介してビーム１５からの立ち下がり部１５ａ，１５ｂに近接対向するように、立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動を静電力で制御する制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕を設けて成る。固定側電極１３とビーム１５とは、その間に形成された空隙１９により電気的に絶縁される。ビーム１５の立ち下がり部１５ａ，１５ｂと制御電極１７Ａ，１７Ｂ〕とは、その間に形成された空隙２０により電気的に絶縁される。固定側電極１３は、所要の導電性膜、本例では不純物を含有した多結晶シリコン膜により形成される。ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕は、所要の導電性膜、本例では不純物を含有した多結晶シリコン膜により一体に形成される。制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕は、所要の導電性膜、本例では不純物を含有した多結晶シリコン膜により一体に形成される。ビーム１５に一体の一方の支持部１４Ａ上には、配線層１８が接続される。固定側電極１３には、図示せざるも配線層が一体に接続される。
【００１８】
基板１２は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板等が用いられる。本例では、シリコン基板２１上にシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を積層した基板１２が用いられる。絶縁膜１６は、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜などの所要の絶縁膜が用いられる。
【００１９】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子１１では、当初のビーム１５を、その固有振動数が設計値より低くなるように形成して置く。この当初の固有振動数の設定は、ビームの長さ、幅、膜厚等、好ましくは長さ、幅等を制御してなされる。このＭＥＭＳ素子１１は、制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕とビーム１５との間に所要の制御電圧を印加して、ビーム１５の固有振動数が設計値となるように調整される。即ち、図２に示すように、制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕とビーム１５との間に所要の制御電圧が印加されると、発生する静電力によりビーム１５の立ち下がり部１５ａ，１５ｂが制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕側に引きつけられる。このため、立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動（図の横方向の振動）が抑制されることになり、ビーム１５の固有振動数（共振周波数）が高くなる方向に可変調整される。
【００２０】
このように本実施の形態のＭＥＭＳ素子１１によれば、制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕に印加する制御電圧に応じて、ビーム１５の固有振動数を変えることができる。従って、製造プロセスでのビーム１５の成膜、パターニングのばらつきによるビーム１５の長さ、幅、膜厚にばらつきが生じても、作製後の制御電極１７による調整によりビーム１５の固有振動数を設計値通りとしたＭＥＭＳ素子１１が得られる。また、基板（ウェハ）内で異なる固有振動数を持つ複数のＭＥＭＳ素子１１を一括して作製することができる。
【００２１】
このＭＥＭＳ素子１１は、例えば高周波フィルタの振動子として適用することができ、所望の共振周波数を有する振動子が得られる。この場合、固定電極１３の配線層に出力端子又は入力端子、本例では出力端子ｔＯＵＴ が導出され、ビーム１５の配線層１８に入力端子又は出力端子、本例では入力端子ｔＩＮ導出される。高周波フィルタの振動子に適用されたＭＥＭＳ素子１１の動作は、前述と同様である。
【００２２】
図３は、本発明に係るビーム型振動子を有したＭＥＭＳ素子の他の実施の形態を示す。
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子２５は、基板１２上に固定側電極１３を形成し、この固定側電極１３をブリッジ状に跨ぐように、両支持部（いわゆるアンカー部）１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕で一体に支持したビーム１５を配置し、両支持部１４Ａ及び１４Ｂ上にビーム１５の立ち下がり部１５ａ及び１５ｂに当接して機械的な固定力を発生させるための固定部材２６〔２６Ａ，２６Ｂ〕を設けて成る。固定側電極１３とビーム１５とは、その間に形成された空隙１９により電気的に絶縁される。固定部材２６は、絶縁膜２７、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜等により被覆される。ビーム１５に一体の一方の支持部１４Ａ上には、配線層１８が接続される。固定側電極１３には、図示せざるも配線層が一体に接続される。固定部材２６は、ビーム１５の立ち下がり部１５ａ及び１５ｂを機械的に押さえて、立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動（図の横方向の振動）を抑制するためのもので、本例では圧電素子が用いられる。固定部材となる圧電素子２６は、例えばＬｉＴａＯ３ 等の圧電材料３０の上下あるいは左右に、本例では上下に電極３０Ａ，３０Ｂを有して成り、電極３０Ａ，３０Ｂに電圧を印加したときに圧電材料３０がビーム方向に歪む、即ち圧電材料３０が立ち上がり部１５ａ，１５ｂ側に伸びるように構成される。印加電圧が大きくなる程、圧電素子２６による立ち上がり部に対する押圧力が大きくなり、立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動が抑えられる。
【００２３】
基板１２、固定側電極１３、ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕等は、上述と同様に構成される。本例では、基板１２はシリコン基板２１上にシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を積層した基板が用いられ、固定側電極１３は不純物を含有させた多結晶シリコン膜で形成され、ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕は同じく不純物を含有させた多結晶シリコン膜で形成される。
【００２４】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子２５では、上述と同様に当初のビーム１５を、その固有振動数が設計値より低くなるように形成して置く。このＭＥＭＳ素子２５は、圧電素子２６〔２６Ａ，２６Ｂ〕に制御電圧を印加して、ビーム１５の固有振動数が設計値となるように調整される。即ち、図４に示すように、圧電素子２６〔２６Ａ，２６Ｂ〕の所要の電圧が印加されると、圧電材料がビーム１５側に歪み（伸びて）立ち下がり部１５ａ，１５ｂを機械的に押圧し、その押圧力（固定力）により立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動が抑制されることになり、部１５の固有振動数（共振周波数）が高くなる方向に可変調整される。
【００２５】
このように、本実施の形態のＭＥＭＳ素子２５によれば、圧電素子２６〔２６Ａ，２６Ｂ〕に印加する制御電圧に応じて、ビーム１５の固有振動数を変えることができる。従って、製造プロセスでのビーム１５の成膜、パターニングのばらつきによるビームの長さ、幅、膜圧電素子にばらつき生じても、作製後の圧電素子２６による調整によりビーム１５の固有振動数を設計値通りとしたＭＥＭＳ素子２５が得られる。また、基板（ウェハ）内で異なる固有振動数を持つ複数のＭＥＭＳ素子２５を一括して作製することができる。
【００２６】
このＭＥＭＳ素子２５は、上述と同様に例えば高周波フィルタの振動子として適用することができ、所望の共振周波数を有する振動子が得られる。
【００２７】
図５は、本発明に係るビーム型振動子を有したＭＥＭＳ素子の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子２８は、基板１２上に固定側電極１３を形成し、固定側電極１３の上方に固定側電極１３を挟むように絶縁膜３０を介して制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕を形成し、固定側電極１３に近接対向し、制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕上面の絶縁膜３０上を経て固定側電極１３をブリッジ状に跨ぐように、両端を支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕で一体に支持したビーム１５を配置して成る。制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕は、前述の制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕と同様に、夫々ビーム１５の立ち上がり部１５ｃ及び１５ｄに近接対向しており、制御電極２９により発生する静電力で立ち上がり部１５ｃ，１５ｄの振動（図の横方向の振動）を制御する機能を有する。ビーム１５と固定側電極１３とは、その間に形成された空隙１９により電気的に絶縁され、ビーム１５の立ち上がり部１５ｃ，１５ｄと制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕とは、その間に形成された空隙２０により電気的に絶縁される。ビーム１５に一体の一方の支持部１４Ａ上には、配線層１８が接続される。固定側電極１３には、図示せざるも配線層が一体に接続される。
【００２８】
基板１２、固定側電極１３、ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕、制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕等は、上述と同様に構成される。本例では、基板１２はシリコン基板２１上にシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を積層した基板が用いられ、固定側電極１３は不純物を含有させた多結晶シリコン膜で形成され、ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕は同じく不純物を含有させた多結晶シリコン膜で形成される。制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕は、同じく不純物を含有させた多結晶シリコン膜で形成される。
【００２９】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子２８では、当初のビーム１５を、上述と同様にその固有振動数が設計値より低くなるように形成して置く。このＭＥＭＳ素子２８では、制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕とビーム１５との間に所要の制御電圧を印加して、ビーム１５の固有振動数が設計値となるように調整される。即ち、図６に示すように、制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕とビーム１５との間に所要の制御電圧が印加されると、発生した静電力によりビーム１５の立ち上がり部１５ｃ及び１５ｄが制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕側に引きつけられる。このため、立ち上がり部１５ｃ，１５ｄの振動が抑制されることになり、ビーム１５の固有振動数（共振周波数）が高くなる方向に調整される。
【００３０】
このように本実施の形態のＭＥＭＳ素子２８によれば、制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕に印加する制御電圧に応じて、ビーム１５の固有振動数を変えることができる。従って、製造プロセスでのビーム１５の成膜、パターニングのばらつきによるビーム１５の長さ、幅、膜厚にばらつきが生じても、作製後の制御電極１７による調整によりビーム１５の固有振動数を設計値通りとしたＭＥＭＳ素子１１が得られる。また、基板（ウェハ）内で異なる固有振動数を持つ複数のＭＥＭＳ素子１１を一括して作製することができる。
【００３１】
このＭＥＭＳ素子２８は、例えば高周波フィルタの振動子として適用することができ、所望の共振周波数を有する振動子が得られる。この場合、固定電極１３の配線層に出力端子又は入力端子、本例では出力端子ｔＯＵＴ が導出され、ビーム１５の配線層１８に入力端子又は出力端子、本例では入力端子ｔＩＮ導出される。高周波フィルタの振動子に適用されたＭＥＭＳ素子２８の動作は、前述と同様である。
【００３２】
図７〜図１０は、本発明のビーム型振動子を有するＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す。本例は上述の図１のＭＥＭＳ素子１１の製造に適用した場合である。
【００３３】
先ず、図７Ａに示すように、半導体基板、例えばシリコン基板２１上に、絶縁膜、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２ ）膜２２及びシリコン窒化（ＳｉＮ）膜２３を減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法により形成して基板１２を形成する。
次に、図７Ｂに示すように、基板１２上に不純物の例えばリン（Ｐ）を含有した多結晶シリコン膜を形成した後、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりこの多結晶シリコン膜をパターニングして、多結晶シリコン膜による固定側電極１３を形成する。
【００３４】
次に、図７Ｃに示すように、固定側電極１３を含む基板１２上に犠牲層材料膜、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２ ）膜を減圧ＣＶＤ法により形成した後、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりシリコン酸化膜をパターニングして、固定側電極１３表面のみを被覆するシリコン酸化膜による第１の犠牲層３２を形成する。
【００３５】
次に、図８Ｄに示すように、犠牲層３２を含む基板１２上に減圧ＣＶＤ法により導電性膜となる例えばリン（Ｐ）を含有した多結晶シリコン膜を形成し、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりこの多結晶シリコン膜を犠牲層３２の上面及び側面と一部基板１２上に延長するようにパターニングし、多結晶シリコン膜によるビーム１５と、その両端のビーム１５からの立ち下がり部１５ａ，１５ｂと、支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕とを一体に形成する。
【００３６】
次に、図８Ｅに示すように、ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕を含む基板１２上に犠牲層材料膜、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２ ）膜を減圧ＣＶＤ法により形成した後、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりシリコン酸化膜をパターニングして、ビーム１５上面及び立ち下がり部１５ａ，１５ｂの表面のみを被覆するシリコン酸化膜による第２の犠牲層３３を形成する。
【００３７】
次に、図９Ｆに示すように、全面に絶縁膜の例えばシリコン窒化膜１６を減圧ＣＶＤ法により形成した後、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりシリコン窒化膜１６をパターニングし、第２の犠牲層３３を除く部分のみにシリコン窒化膜１６を残す。
【００３８】
次に、図９Ｇに示すように、全面に不純物の例えばリン（Ｐ）を含有する多結晶シリコン膜を減圧ＣＶＤ法により形成した後、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりこの多結晶シリコン膜をパターニングし、両支持部１４Ａ及び１４Ｂに対応するシリコン窒化膜１６上にビーム１５からの立ち下がり部１５ａ，１５ｂと第２の犠牲層３３を挟んで対向する多結晶シリコン膜による制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕を形成する。
【００３９】
次に、図１０Ｈに示すように、一方の支持部１４Ａの一部が露出するようにシリコン窒化膜１６を選択的にエッチング除去する。次いで、全面に金属、例えばＡｕのシード層を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてシード層上に配線形状に開口を有するレジストマスクを形成し、開口に臨むシード層上に同金属の例えばＡｕメッキ層を形成する。その後、レジストマスクを除去し、全面エッチバックしてパッド部を含む配線層１８を形成する。この配線層１８は一部支持部１４Ａ上に接続して形成される。
【００４０】
次に、図１０Ｉに示すように、例えばＢＨＦ溶液等のシリコン酸化（ＳｉＯ２ ）膜を選択的に除去する溶液により、第１及び第２の犠牲層３２及び３３を除去し、ビーム１５、立ち下がり部１５ａ及び１５ｂと、固定側電極１３との間に空隙１９を形成すると共に、制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕と、立ち下がり部１５ａ及び１５ｂとの間に空隙２０を形成して、目的のＭＥＭＳ素子１１を得る。
【００４１】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、図１に示すＭＥＭＳ素子１１を精度よく且つ容易に製造することができる。
【００４２】
上例では、ビームの固有振動数を設計値になるように可変調整する場合に適用したが、その他、ビームの固有振動数を適宜変更する場合の可変調整にも適用できる。
また、本発明のＭＥＭＳ素子は、フィルタ素子以外の用途において、振動数を変える必要のあるものにも適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のＭＥＭＳ素子においては、ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部の振動を、静電力又は機械的な固定力で抑制するので、その静電力又は固定力に応じてビームの固有振動数が変えられる。
【００４４】
本発明に係るＭＥＭＳ素子によれば、ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部の振動を、静電力又は機械的な固定力で抑制するので、静電力又は固定力に応じてビームの固有振動数を可変調整することができる。
本発明に係るＭＥＭＳ素子によれば、ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部に対向して静電力を発生させるための制御電極を設けるときは、制御電極に印加する制御電圧に応じて、ビームの固有振動数を可変調整することができる。
本発明に係るＭＥＭＳ素子によれば、ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部に当接して機械的な固定力を発生させる固定部材を設けるときは、固定部材で立ち上がり部又は立ち下がり部を押圧する力（固定力）で立ち上がり部又は立ち下がり部の振動が抑制されるので、その押圧力（固定力）に応じてビームの固有振動数を可変調整することができる。
固定部材として圧電素子を用いるときは、圧電素子の電極に制御電圧が印加されると、圧電素子の圧電材料が歪み（ビーム側に伸び）立ち上がり部又は立ち下がり部への固定力で立ち上がり部又は立ち下がり部の振動が抑制されるので、圧電素子に印加する制御電圧に応じてビームの固有振動数を可変調整することができる。
【００４５】
従って、製造プロセスでのビームの成膜、パターニングのばらつきによるビームの長さ、幅、膜厚にばらつきが生じても、作製後の静電力又は機械的な固定力による調整によりビームの固有振動数を設計値通りとすることができる。また、基板（ウェハ）内で異なる固有振動数を持つ複数のＭＥＭＳ素子を一括して作製することができる。
本発明のＭＥＭＳ素子は、例えば高周波フィルタの振動子として適用することができ、所望の共振周波数を有する振動子を提供することがでる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＭＥＭＳ素子の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１のＭＥＭＳ素子の動作説明図である。
【図３】本発明に係るＭＥＭＳ素子の他の実施の形態を示す構成図である。
【図４】図３のＭＥＭＳ素子の動作説明図である。
【図５】本発明に係るＭＥＭＳ素子の他の実施の形態を示す構成図である。
【図６】図５のＭＥＭＳ素子の動作説明図である。
【図７】Ａ〜Ｃ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図８】Ｄ〜Ｅ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図９】Ｆ〜Ｇ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図１０】Ｈ〜Ｉ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その４）である。
【図１１】従来のＭＥＭＳ素子を利用した振動素子の例を示す構成図である。
【図１２】図９の振動素子のビーム型振動子のシミュレーション図である。
【図１３】ビーム型振動子の固有振動数のビーム長依存性を示すグラフである。
【図１４】ビームの固有振動数が低減化を説明するための振動素子の模式図である。
【符号の説明】
１１、２５、２８・・・ビーム型振動子を有するＭＥＭＳ素子、１２・・・基板１３・・・固定側電極、１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕・・・支持部、１５・・・ビーム、１５ａ，１５ｂ・・・立ち下がり部、１５ｃ立ち上がり部、１６・・・絶縁膜、１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕、２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕・・・制御電極、１８・・・配線層、１９、２０・・・空隙、２１・・・シリコン基板、２２・・・シリコン酸化膜、２３・・・シリコン窒化膜、２６〔２６Ａ，２６Ｂ〕・・・圧電素子、２７・・・絶縁膜、３２、３３・・・犠牲層
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム型振動子を有するＭＥＭＳ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、超小型電気的・機械的複合体）素子、及びＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が、注目されている。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン力などを応用して電気的に行われる。
【０００３】
一方、半導体プロセスによるマイクロマニシング技術を用いて形成された微小振動素子は、デバイスの占有面積が小さいこと、高いＱ値を実現できること、他の半導体デバイスとの集積が可能なこと、という特長により、無線通信デバイスの中でも高周波フィルタとしての利用がミシガン大学を始めとする研究機関から提案されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
図１１は、非特許文献１に記載された高周波フィルタを構成する振動素子、即ちＭＥＭＳ素子による振動素子の概略を示す。この振動素子１は、半導体基板２上に絶縁膜３を介して固定側電極４が形成され、この固定側電極４に対向して空隙５を挟んで振動可能なビーム（所謂ビーム型振動子）６が形成さて成る。ビーム６は、導電性を有し、両端のアンカー部（支持部）８〔８Ａ，８Ｂ〕にて支持されるように、固定側電極４をブリッジ状に跨いで配置される。
この振動素子１は、例えば配線層７より入力端子ｔＩＮ、固定側電極４より出力端子ｔＯＵＴ が導出される。
【０００５】
この振動素子１は、固定側電極４とビーム６との間にＤＣバイアス電圧が印加された状態で、入力端子ｔＩＮを通じてビーム６高周波信号（電圧）が供給され，固定側電極４とビーム６間に生じる静電力でビーム６が振動する。この振動によって、固定側電極４とビーム６との間の容量の時間変化やＤＣ電圧に応じた信号が固定側電極から出力される。高周波フィルタではビームの固有振動数（共振周波数）に対応した信号が出力される。
【０００６】
なお、振動子を有する可動側櫛歯電極と固定側櫛歯電極を同一平面に対向して配置し、振動子を上記同一平面の両電極間方向（Ｘ方向）に振動可能にすると共に、振動子と基板間に静電力を利用して振動子の共振周波数を調整する振動調整用電極を設けて成る共振素子が、特許文献１に示されている。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｔ．−Ｃ．Ｎｇｕｙｅｎ，”Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆｏｒ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ｉｎｖｉｔｅｄ ｐｌｅｎａｒｙ），”ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１９９９ ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ＲＦ ＭＥＭＳ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ｊｕｎｅ，１８，１９９９，ｐｐ．４８−７７．
【特許文献１】
特開２００１ー１９４１５１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これまで提案され、検証されてきたＭＥＭＳ素子による微小振動素子は、その振動子の共振周波数が、振動子（振動部）の幅を制御することで決定されていた。このため、同一基板（ウェハ）上に異なる周波数の振動素子を作成することができるが、製造プロセスの変動の影響を受けて、必ずしも狙い通りの周波数が得えられないのが現状である。
【０００９】
特に、振動素子の高周波化のためには、振動子の長さ、即ちビームの長さを縮小する必要があるが、ビームの長さを縮小した場合、アンカー領域の影響で高周波化が阻害されるものであった。さらに図面を参照して詳述する。図１０は、上述の振動素子のビーム構造のシミュレーションである。図９と対応する部分には同一符号を付して示す。ビーム６の共振周波数ｆＲ は数１で表される。
【００１０】
【数１】
ｈ：ビーム（振動子構造）の厚さ
Ｅ：ヤング率
Ｋ：電磁カップリング係数
ρ：膜密度
【００１１】
図１３は、ビーム６の幅を２μｍとしたときの固有振動数のビーム長依存性を示すグラフである。実線Ｉは計算値、■印はシミュレーションによる値である。図１３から明らかなように、ビーム長Ｌが１０μｍ以下になる程、ビーム６の固有振動数〔ＭＨｚ〕が低下する。この理由は、図１４の模式図で示すようにビーム６のアンカー領域８〔８Ａ，８Ｂ〕の影響による。ビーム振動時のアンカー領域（厳密にはビーム６の立ち下がり部）の振動が影響し、低周波化することが検証された。
【００１２】
一方、従来の表面弾性波（ＳＡＷ）あるいは薄膜弾性波（ＦＢＡＲ）によるＧＨｚ領域のフィルタは、膜厚で周波数の制御をする為、製造プロセスの変動の影響を受けにくいものの、同一基板（ウェハ）上には同一の周波数のものしか得られない。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑み、振動子の固有振動数（共振周波数）の調整を可能にし、併せて同一の基板上に異なる固有振動数（共振周波数）を持つ振動子の作製を可能にした、ビーム型振動子を有したＭＥＭＳ素子を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＭＥＭＳ素子は、固定側電極に対向して、立ち上がり部又は立ち下がり部が一体に設けられたビーム型振動子を有するＭＥＭＳ素子であって、
前記ビームの立ち下がり部又は立ち上がり部の振動を、静電力又は機械的な固定力で抑制して、ビームの固有振動数を調整可能にした構成とする。
静電力を生じたせるためには、立ち上がり部又は立ち下がり部に対向して制御電極を設けることができる。
機械的な固定力を生じさせるためには、立ち上がり部又は立ち下がり部に当接して、立ち上がり部又は立ち下がり部を押圧する固定部材、好ましくは圧電素子を設けることができる。
【００１５】
本発明のＭＥＭＳ素子においては、ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部の振動を、静電力又は機械的な固定力で抑制するので、その静電力又は固定力に応じてビームの固有振動数が変えられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係るビーム型振動子を有したＭＥＭＳ素子の一実施の形態を示す。
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子１１は、基板１２上に固定側電極１３を形成し、この固定側電極１３をブリッジ状に跨ぐように、両端を支持部（いわゆるアンカー部）１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕で一体に支持したビーム型振動子（以下、単にビームという）１５を配置し、両支持部（アンカー部）１４Ａ及び１４Ｂ上に絶縁膜１６を介してビーム１５からの立ち下がり部１５ａ，１５ｂに近接対向するように、立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動を静電力で制御する制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕を設けて成る。固定側電極１３とビーム１５とは、その間に形成された空隙１９により電気的に絶縁される。ビーム１５の立ち下がり部１５ａ，１５ｂと制御電極１７Ａ，１７Ｂ〕とは、その間に形成された空隙２０により電気的に絶縁される。固定側電極１３は、所要の導電性膜、本例では不純物を含有した多結晶シリコン膜により形成される。ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕は、所要の導電性膜、本例では不純物を含有した多結晶シリコン膜により一体に形成される。制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕は、所要の導電性膜、本例では不純物を含有した多結晶シリコン膜により一体に形成される。ビーム１５に一体の一方の支持部１４Ａ上には、配線層１８が接続される。固定側電極１３には、図示せざるも配線層が一体に接続される。
【００１８】
基板１２は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板等が用いられる。本例では、シリコン基板２１上にシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を積層した基板１２が用いられる。絶縁膜１６は、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜などの所要の絶縁膜が用いられる。
【００１９】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子１１では、当初のビーム１５を、その固有振動数が設計値より低くなるように形成して置く。この当初の固有振動数の設定は、ビームの長さ、幅、膜厚等、好ましくは長さ、幅等を制御してなされる。このＭＥＭＳ素子１１は、制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕とビーム１５との間に所要の制御電圧を印加して、ビーム１５の固有振動数が設計値となるように調整される。即ち、図２に示すように、制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕とビーム１５との間に所要の制御電圧が印加されると、発生する静電力によりビーム１５の立ち下がり部１５ａ，１５ｂが制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕側に引きつけられる。このため、立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動（図の横方向の振動）が抑制されることになり、ビーム１５の固有振動数（共振周波数）が高くなる方向に可変調整される。
【００２０】
このように本実施の形態のＭＥＭＳ素子１１によれば、制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕に印加する制御電圧に応じて、ビーム１５の固有振動数を変えることができる。従って、製造プロセスでのビーム１５の成膜、パターニングのばらつきによるビーム１５の長さ、幅、膜厚にばらつきが生じても、作製後の制御電極１７による調整によりビーム１５の固有振動数を設計値通りとしたＭＥＭＳ素子１１が得られる。また、基板（ウェハ）内で異なる固有振動数を持つ複数のＭＥＭＳ素子１１を一括して作製することができる。
【００２１】
このＭＥＭＳ素子１１は、例えば高周波フィルタの振動子として適用することができ、所望の共振周波数を有する振動子が得られる。この場合、固定電極１３の配線層に出力端子又は入力端子、本例では出力端子ｔＯＵＴ が導出され、ビーム１５の配線層１８に入力端子又は出力端子、本例では入力端子ｔＩＮ導出される。高周波フィルタの振動子に適用されたＭＥＭＳ素子１１の動作は、前述と同様である。
【００２２】
図３は、本発明に係るビーム型振動子を有したＭＥＭＳ素子の他の実施の形態を示す。
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子２５は、基板１２上に固定側電極１３を形成し、この固定側電極１３をブリッジ状に跨ぐように、両支持部（いわゆるアンカー部）１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕で一体に支持したビーム１５を配置し、両支持部１４Ａ及び１４Ｂ上にビーム１５の立ち下がり部１５ａ及び１５ｂに当接して機械的な固定力を発生させるための固定部材２６〔２６Ａ，２６Ｂ〕を設けて成る。固定側電極１３とビーム１５とは、その間に形成された空隙１９により電気的に絶縁される。固定部材２６は、絶縁膜２７、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜等により被覆される。ビーム１５に一体の一方の支持部１４Ａ上には、配線層１８が接続される。固定側電極１３には、図示せざるも配線層が一体に接続される。固定部材２６は、ビーム１５の立ち下がり部１５ａ及び１５ｂを機械的に押さえて、立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動（図の横方向の振動）を抑制するためのもので、本例では圧電素子が用いられる。固定部材となる圧電素子２６は、例えばＬｉＴａＯ３ 等の圧電材料３０の上下あるいは左右に、本例では上下に電極３０Ａ，３０Ｂを有して成り、電極３０Ａ，３０Ｂに電圧を印加したときに圧電材料３０がビーム方向に歪む、即ち圧電材料３０が立ち上がり部１５ａ，１５ｂ側に伸びるように構成される。印加電圧が大きくなる程、圧電素子２６による立ち上がり部に対する押圧力が大きくなり、立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動が抑えられる。
【００２３】
基板１２、固定側電極１３、ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕等は、上述と同様に構成される。本例では、基板１２はシリコン基板２１上にシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を積層した基板が用いられ、固定側電極１３は不純物を含有させた多結晶シリコン膜で形成され、ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕は同じく不純物を含有させた多結晶シリコン膜で形成される。
【００２４】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子２５では、上述と同様に当初のビーム１５を、その固有振動数が設計値より低くなるように形成して置く。このＭＥＭＳ素子２５は、圧電素子２６〔２６Ａ，２６Ｂ〕に制御電圧を印加して、ビーム１５の固有振動数が設計値となるように調整される。即ち、図４に示すように、圧電素子２６〔２６Ａ，２６Ｂ〕の所要の電圧が印加されると、圧電材料がビーム１５側に歪み（伸びて）立ち下がり部１５ａ，１５ｂを機械的に押圧し、その押圧力（固定力）により立ち下がり部１５ａ，１５ｂの振動が抑制されることになり、部１５の固有振動数（共振周波数）が高くなる方向に可変調整される。
【００２５】
このように、本実施の形態のＭＥＭＳ素子２５によれば、圧電素子２６〔２６Ａ，２６Ｂ〕に印加する制御電圧に応じて、ビーム１５の固有振動数を変えることができる。従って、製造プロセスでのビーム１５の成膜、パターニングのばらつきによるビームの長さ、幅、膜圧電素子にばらつき生じても、作製後の圧電素子２６による調整によりビーム１５の固有振動数を設計値通りとしたＭＥＭＳ素子２５が得られる。また、基板（ウェハ）内で異なる固有振動数を持つ複数のＭＥＭＳ素子２５を一括して作製することができる。
【００２６】
このＭＥＭＳ素子２５は、上述と同様に例えば高周波フィルタの振動子として適用することができ、所望の共振周波数を有する振動子が得られる。
【００２７】
図５は、本発明に係るビーム型振動子を有したＭＥＭＳ素子の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子２８は、基板１２上に固定側電極１３を形成し、固定側電極１３の上方に固定側電極１３を挟むように絶縁膜３０を介して制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕を形成し、固定側電極１３に近接対向し、制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕上面の絶縁膜３０上を経て固定側電極１３をブリッジ状に跨ぐように、両端を支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕で一体に支持したビーム１５を配置して成る。制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕は、前述の制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕と同様に、夫々ビーム１５の立ち上がり部１５ｃ及び１５ｄに近接対向しており、制御電極２９により発生する静電力で立ち上がり部１５ｃ，１５ｄの振動（図の横方向の振動）を制御する機能を有する。ビーム１５と固定側電極１３とは、その間に形成された空隙１９により電気的に絶縁され、ビーム１５の立ち上がり部１５ｃ，１５ｄと制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕とは、その間に形成された空隙２０により電気的に絶縁される。ビーム１５に一体の一方の支持部１４Ａ上には、配線層１８が接続される。固定側電極１３には、図示せざるも配線層が一体に接続される。
【００２８】
基板１２、固定側電極１３、ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕、制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕等は、上述と同様に構成される。本例では、基板１２はシリコン基板２１上にシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を積層した基板が用いられ、固定側電極１３は不純物を含有させた多結晶シリコン膜で形成され、ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕は同じく不純物を含有させた多結晶シリコン膜で形成される。制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕は、同じく不純物を含有させた多結晶シリコン膜で形成される。
【００２９】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子２８では、当初のビーム１５を、上述と同様にその固有振動数が設計値より低くなるように形成して置く。このＭＥＭＳ素子２８では、制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕とビーム１５との間に所要の制御電圧を印加して、ビーム１５の固有振動数が設計値となるように調整される。即ち、図６に示すように、制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕とビーム１５との間に所要の制御電圧が印加されると、発生した静電力によりビーム１５の立ち上がり部１５ｃ及び１５ｄが制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕側に引きつけられる。このため、立ち上がり部１５ｃ，１５ｄの振動が抑制されることになり、ビーム１５の固有振動数（共振周波数）が高くなる方向に調整される。
【００３０】
このように本実施の形態のＭＥＭＳ素子２８によれば、制御電極２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕に印加する制御電圧に応じて、ビーム１５の固有振動数を変えることができる。従って、製造プロセスでのビーム１５の成膜、パターニングのばらつきによるビーム１５の長さ、幅、膜厚にばらつきが生じても、作製後の制御電極１７による調整によりビーム１５の固有振動数を設計値通りとしたＭＥＭＳ素子１１が得られる。また、基板（ウェハ）内で異なる固有振動数を持つ複数のＭＥＭＳ素子１１を一括して作製することができる。
【００３１】
このＭＥＭＳ素子２８は、例えば高周波フィルタの振動子として適用することができ、所望の共振周波数を有する振動子が得られる。この場合、固定電極１３の配線層に出力端子又は入力端子、本例では出力端子ｔＯＵＴ が導出され、ビーム１５の配線層１８に入力端子又は出力端子、本例では入力端子ｔＩＮ導出される。高周波フィルタの振動子に適用されたＭＥＭＳ素子２８の動作は、前述と同様である。
【００３２】
図７〜図１０は、本発明のビーム型振動子を有するＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す。本例は上述の図１のＭＥＭＳ素子１１の製造に適用した場合である。
【００３３】
先ず、図７Ａに示すように、半導体基板、例えばシリコン基板２１上に、絶縁膜、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２ ）膜２２及びシリコン窒化（ＳｉＮ）膜２３を減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法により形成して基板１２を形成する。
次に、図７Ｂに示すように、基板１２上に不純物の例えばリン（Ｐ）を含有した多結晶シリコン膜を形成した後、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりこの多結晶シリコン膜をパターニングして、多結晶シリコン膜による固定側電極１３を形成する。
【００３４】
次に、図７Ｃに示すように、固定側電極１３を含む基板１２上に犠牲層材料膜、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２ ）膜を減圧ＣＶＤ法により形成した後、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりシリコン酸化膜をパターニングして、固定側電極１３表面のみを被覆するシリコン酸化膜による第１の犠牲層３２を形成する。
【００３５】
次に、図８Ｄに示すように、犠牲層３２を含む基板１２上に減圧ＣＶＤ法により導電性膜となる例えばリン（Ｐ）を含有した多結晶シリコン膜を形成し、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりこの多結晶シリコン膜を犠牲層３２の上面及び側面と一部基板１２上に延長するようにパターニングし、多結晶シリコン膜によるビーム１５と、その両端のビーム１５からの立ち下がり部１５ａ，１５ｂと、支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕とを一体に形成する。
【００３６】
次に、図８Ｅに示すように、ビーム１５及び支持部１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕を含む基板１２上に犠牲層材料膜、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２ ）膜を減圧ＣＶＤ法により形成した後、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりシリコン酸化膜をパターニングして、ビーム１５上面及び立ち下がり部１５ａ，１５ｂの表面のみを被覆するシリコン酸化膜による第２の犠牲層３３を形成する。
【００３７】
次に、図９Ｆに示すように、全面に絶縁膜の例えばシリコン窒化膜１６を減圧ＣＶＤ法により形成した後、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりシリコン窒化膜１６をパターニングし、第２の犠牲層３３を除く部分のみにシリコン窒化膜１６を残す。
【００３８】
次に、図９Ｇに示すように、全面に不純物の例えばリン（Ｐ）を含有する多結晶シリコン膜を減圧ＣＶＤ法により形成した後、リソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング装置によりこの多結晶シリコン膜をパターニングし、両支持部１４Ａ及び１４Ｂに対応するシリコン窒化膜１６上にビーム１５からの立ち下がり部１５ａ，１５ｂと第２の犠牲層３３を挟んで対向する多結晶シリコン膜による制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕を形成する。
【００３９】
次に、図１０Ｈに示すように、一方の支持部１４Ａの一部が露出するようにシリコン窒化膜１６を選択的にエッチング除去する。次いで、全面に金属、例えばＡｕのシード層を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてシード層上に配線形状に開口を有するレジストマスクを形成し、開口に臨むシード層上に同金属の例えばＡｕメッキ層を形成する。その後、レジストマスクを除去し、全面エッチバックしてパッド部を含む配線層１８を形成する。この配線層１８は一部支持部１４Ａ上に接続して形成される。
【００４０】
次に、図１０Ｉに示すように、例えばＢＨＦ溶液等のシリコン酸化（ＳｉＯ２ ）膜を選択的に除去する溶液により、第１及び第２の犠牲層３２及び３３を除去し、ビーム１５、立ち下がり部１５ａ及び１５ｂと、固定側電極１３との間に空隙１９を形成すると共に、制御電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕と、立ち下がり部１５ａ及び１５ｂとの間に空隙２０を形成して、目的のＭＥＭＳ素子１１を得る。
【００４１】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、図１に示すＭＥＭＳ素子１１を精度よく且つ容易に製造することができる。
【００４２】
上例では、ビームの固有振動数を設計値になるように可変調整する場合に適用したが、その他、ビームの固有振動数を適宜変更する場合の可変調整にも適用できる。
また、本発明のＭＥＭＳ素子は、フィルタ素子以外の用途において、振動数を変える必要のあるものにも適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のＭＥＭＳ素子においては、ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部の振動を、静電力又は機械的な固定力で抑制するので、その静電力又は固定力に応じてビームの固有振動数が変えられる。
【００４４】
本発明に係るＭＥＭＳ素子によれば、ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部の振動を、静電力又は機械的な固定力で抑制するので、静電力又は固定力に応じてビームの固有振動数を可変調整することができる。
本発明に係るＭＥＭＳ素子によれば、ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部に対向して静電力を発生させるための制御電極を設けるときは、制御電極に印加する制御電圧に応じて、ビームの固有振動数を可変調整することができる。
本発明に係るＭＥＭＳ素子によれば、ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部に当接して機械的な固定力を発生させる固定部材を設けるときは、固定部材で立ち上がり部又は立ち下がり部を押圧する力（固定力）で立ち上がり部又は立ち下がり部の振動が抑制されるので、その押圧力（固定力）に応じてビームの固有振動数を可変調整することができる。
固定部材として圧電素子を用いるときは、圧電素子の電極に制御電圧が印加されると、圧電素子の圧電材料が歪み（ビーム側に伸び）立ち上がり部又は立ち下がり部への固定力で立ち上がり部又は立ち下がり部の振動が抑制されるので、圧電素子に印加する制御電圧に応じてビームの固有振動数を可変調整することができる。
【００４５】
従って、製造プロセスでのビームの成膜、パターニングのばらつきによるビームの長さ、幅、膜厚にばらつきが生じても、作製後の静電力又は機械的な固定力による調整によりビームの固有振動数を設計値通りとすることができる。また、基板（ウェハ）内で異なる固有振動数を持つ複数のＭＥＭＳ素子を一括して作製することができる。
本発明のＭＥＭＳ素子は、例えば高周波フィルタの振動子として適用することができ、所望の共振周波数を有する振動子を提供することがでる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＭＥＭＳ素子の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１のＭＥＭＳ素子の動作説明図である。
【図３】本発明に係るＭＥＭＳ素子の他の実施の形態を示す構成図である。
【図４】図３のＭＥＭＳ素子の動作説明図である。
【図５】本発明に係るＭＥＭＳ素子の他の実施の形態を示す構成図である。
【図６】図５のＭＥＭＳ素子の動作説明図である。
【図７】Ａ〜Ｃ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図８】Ｄ〜Ｅ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図９】Ｆ〜Ｇ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図１０】Ｈ〜Ｉ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その４）である。
【図１１】従来のＭＥＭＳ素子を利用した振動素子の例を示す構成図である。
【図１２】図９の振動素子のビーム型振動子のシミュレーション図である。
【図１３】ビーム型振動子の固有振動数のビーム長依存性を示すグラフである。
【図１４】ビームの固有振動数が低減化を説明するための振動素子の模式図である。
【符号の説明】
１１、２５、２８・・・ビーム型振動子を有するＭＥＭＳ素子、１２・・・基板１３・・・固定側電極、１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕・・・支持部、１５・・・ビーム、１５ａ，１５ｂ・・・立ち下がり部、１５ｃ立ち上がり部、１６・・・絶縁膜、１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕、２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕・・・制御電極、１８・・・配線層、１９、２０・・・空隙、２１・・・シリコン基板、２２・・・シリコン酸化膜、２３・・・シリコン窒化膜、２６〔２６Ａ，２６Ｂ〕・・・圧電素子、２７・・・絶縁膜、３２、３３・・・犠牲層
Claims (4)
- 固定側電極に対向して、立ち上がり部又は立ち下がり部が一体に設けられたビーム型振動子を有するＭＥＭＳ素子であって、
前記ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部の振動を、静電力又は機械的な固定力で制御して、前記ビームの固有振動数を調整可能にして成る
ことを特徴とするＭＥＭＳ素子。 - 前記ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部に対向して前記静電力を発生させるための制御電極が設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ素子。 - 前記ビームの立ち上がり部又は立ち下がり部に当接して、前記機械的な固定力を発生させるための固定部材が設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ素子。 - 前記固定部材が圧電素子で形成されて成る
ことを特徴とする請求項３記載のＭＥＭＳ素子。
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