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JP2008244552A - Piezoelectric vibrator, method of manufacturing the same, and electronic apparatus - Google Patents

Piezoelectric vibrator, method of manufacturing the same, and electronic apparatus Download PDF

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JP2008244552A
JP2008244552A JP2007078578A JP2007078578A JP2008244552A JP 2008244552 A JP2008244552 A JP 2008244552A JP 2007078578 A JP2007078578 A JP 2007078578A JP 2007078578 A JP2007078578 A JP 2007078578A JP 2008244552 A JP2008244552 A JP 2008244552A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
forming
opening
insulator layer
piezoelectric vibrator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2007078578A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Ono
泰弘 小野
Amamitsu Higuchi
天光 樋口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2007078578A priority Critical patent/JP2008244552A/en
Publication of JP2008244552A publication Critical patent/JP2008244552A/en
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Abstract

【課題】小型化が可能かつ信頼性が高い圧電振動子を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる圧電振動子300は、基板10と、基板10の上方に形成された第1絶縁体層20と、第1絶縁体層20の上に形成された第2絶縁体層30と、第2絶縁体層30の上に形成された振動部形成層40と、振動部形成層40を貫通する第1開口部H1と、第1開口部H1内に振動部形成層40を片持ち梁状に形成してなる振動部100と、第2絶縁体層30を貫通し、第1開口部H1と振動部100の下に形成された第2開口部H2と、振動部100の上に形成された圧電素子部200と、を有し、振動部形成層40は、酸化物、窒化物および酸化窒化物から選ばれる少なくとも1種からなる層を有する。
【選択図】図3
A piezoelectric vibrator that can be miniaturized and has high reliability is provided.
A piezoelectric vibrator 300 according to the present invention includes a substrate 10, a first insulator layer 20 formed above the substrate 10, and a second insulator formed on the first insulator layer 20. The vibration portion forming layer 40 formed on the layer 30, the second insulator layer 30, the first opening H1 penetrating the vibration portion forming layer 40, and the vibration portion forming layer 40 in the first opening H1. Is formed in a cantilever shape, a second opening H2 that penetrates the second insulator layer 30 and is formed below the first opening H1 and the vibration unit 100, and the vibration unit 100. And the vibration part forming layer 40 has a layer made of at least one selected from oxide, nitride and oxynitride.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、圧電振動子およびその製造方法並びに該振動子を用いた電子装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibrator, a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus using the vibrator.

時計やコンピュータのクロックモジュールには、一般に32kHzを基本周波数として発振する振動子が用いられている。従来の振動子としては、水晶などの圧電性を有する材料で構成した梁を、その圧電性を利用して振動させるものがある。このような振動子は、小型化が難しいため、シリコンのMEMS(Micro Electro Mechanical System)を用いて、振動子をより小型化する検討が行われている。   Generally, a vibrator that oscillates with a fundamental frequency of 32 kHz is used for a clock module of a timepiece or a computer. As a conventional vibrator, there is a vibrator that vibrates a beam made of a piezoelectric material such as quartz using the piezoelectricity. Since it is difficult to reduce the size of such a vibrator, studies have been made to further reduce the size of the vibrator using a silicon MEMS (Micro Electro Mechanical System).

シリコンのMEMSを用いた振動子は、半導体の精密な製造プロセスによって製造することができる。たとえば特開2006−030062号公報には、SOI(Silicon On Insulater)基板のシリコン活性層を音叉型の振動部(片持ち梁)とした振動子が開示されている。この振動子は、SOI基板の酸化シリコン層をフッ化水素水を用いたウエットエッチングによって除去して、片持ち梁状の振動部を形成している。SOI基板を用いて振動子を形成する場合は、振動子の片持ち梁の材質は、シリコンに制限される。したがって梁に圧電性がないため、振動部を駆動するための圧電素子がさらに設けられる。圧電素子が形成された状態でフッ化水素水によるウエットエッチングを行うと、圧電素子がエッチングされないようにこれを保護する工夫がさらに必要となる。
特開2006−030062号公報
A vibrator using silicon MEMS can be manufactured by a precise manufacturing process of a semiconductor. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-030062 discloses a vibrator in which a silicon active layer of an SOI (Silicon On Insulator) substrate is used as a tuning fork type vibration part (cantilever beam). In this vibrator, the silicon oxide layer of the SOI substrate is removed by wet etching using hydrogen fluoride water to form a cantilever-like vibrating portion. When the vibrator is formed using an SOI substrate, the material of the cantilever of the vibrator is limited to silicon. Therefore, since the beam does not have piezoelectricity, a piezoelectric element for driving the vibration unit is further provided. If wet etching with hydrogen fluoride water is performed in a state where the piezoelectric element is formed, a further device for protecting the piezoelectric element from being etched becomes necessary.
JP 2006-030062 A

振動子の片持ち梁の下の部材をウエットエッチングで除去すると、スティッキングと呼ばれる現象が生じ歩留まりを悪化させることがあった。スティッキングとは、片持ち梁状の構造の下に入り込んだエッチャントを洗浄、乾燥して除去するとき、液体の表面張力の影響で片持ち梁の自由端が、他の部材に付着してしまう現象である。スティッキングが生じると、振動部を正常な片持ち梁の状態に戻すことが難しかった。   When the member under the cantilever of the vibrator is removed by wet etching, a phenomenon called sticking occurs, which may deteriorate the yield. Sticking is a phenomenon in which the free end of a cantilever beam adheres to another member due to the surface tension of the liquid when the etchant that has entered under the structure of the cantilever beam is washed and dried. It is. When sticking occurred, it was difficult to return the vibration part to a normal cantilever state.

一方、振動部の形状としては、ビーム結合部とビーム結合部から延びる複数本のビーム部を有した形状の音叉型やH型と、1本のビーム部のみからなるユニモルフ型とがある。これらのうち、特にユニモルフ型の振動部は、その長さが振動の周波数に直接関与するため、片持ち梁の固定端を形成するために、より高い精度が求められる。   On the other hand, as the shape of the vibration part, there are a tuning fork type or H type having a beam coupling part and a plurality of beam parts extending from the beam coupling part, and a unimorph type consisting of only one beam part. Among these, in particular, since the length of the unimorph type vibration part is directly related to the frequency of vibration, higher accuracy is required to form the fixed end of the cantilever.

本発明の目的は、小型化が可能かつ信頼性が高い圧電振動子を提供すること、スティッキングを生じない当該圧電振動子の製造方法を提供すること、および当該圧電振動子を備えた電子機器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator that can be downsized and highly reliable, to provide a method for manufacturing the piezoelectric vibrator that does not cause sticking, and to provide an electronic device including the piezoelectric vibrator. It is to provide.

本発明にかかる圧電振動子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された第1絶縁体層と、
前記第1絶縁体層の上に形成された第2絶縁体層と、
前記第2絶縁体層の上に形成された振動部形成層と、
前記振動部形成層を貫通する第1開口部と、
前記第1開口部内に前記振動部形成層を片持ち梁状に形成してなる振動部と、
前記第2絶縁体層を貫通し、前記第1開口部と前記振動部の下に形成された第2開口部と、
前記振動部の上に形成された圧電素子部と、
を有し、
前記振動部形成層は、酸化物、窒化物および酸化窒化物から選ばれる少なくとも1種からなる層を有する。
The piezoelectric vibrator according to the present invention is
A substrate,
A first insulator layer formed above the substrate;
A second insulator layer formed on the first insulator layer;
A vibrating portion forming layer formed on the second insulator layer;
A first opening penetrating the vibration part forming layer;
A vibrating part formed by forming the vibrating part forming layer in a cantilever shape in the first opening;
A second opening formed through the second insulator layer and below the first opening and the vibrating part;
A piezoelectric element formed on the vibrating part;
Have
The vibration part forming layer has a layer made of at least one selected from oxides, nitrides, and oxynitrides.

このような圧電振動子は、振動部の材質を広く選択することができるため、設計の幅が広い。そのため振動部の小型化が可能であるとともに、振動部の強度も選択できるため信頼性が高い。   Such a piezoelectric vibrator has a wide range of design because the material of the vibration part can be widely selected. Therefore, the vibration part can be downsized and the strength of the vibration part can be selected, so that the reliability is high.

なお、本発明において、特定のA層(以下、「A層」という。)の上方に設けられた特定のB層(以下、「B層」という。)というとき、A層の上に直接B層が設けられた場合と、A層の上に他の層を介してB層が設けられた場合とを含む意味である。   In the present invention, when a specific B layer (hereinafter referred to as “B layer”) provided above a specific A layer (hereinafter referred to as “A layer”) is referred to as “B” directly on the A layer. This includes the case where the layer is provided and the case where the B layer is provided on the A layer via another layer.

本発明にかかる圧電振動子において、
平面視において、前記振動部の基端側にある第2開口部の輪郭線は、前記振動部と前記振動部形成層との境界線よりも内側にあることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
In a plan view, the contour line of the second opening on the base end side of the vibration part may be inside the boundary line between the vibration part and the vibration part forming layer.

このようにすれば、振動部の信頼性をさらに高くすることができる。   In this way, the reliability of the vibration part can be further increased.

本発明にかかる圧電振動子において、
前記第2絶縁体層と前記振動部形成層とが連続していることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
The second insulator layer and the vibration part forming layer may be continuous.

本発明にかかる圧電振動子において、
前記振動部は、ビーム結合部と前記ビーム結合部から伸びる複数本のビーム部を有することができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
The vibrating unit may include a beam combining unit and a plurality of beam units extending from the beam combining unit.

なお、本発明において、振動部の基端側とは、片持ち梁状に形成された振動部の付け根側のことを指す。   In the present invention, the base end side of the vibration part refers to the base side of the vibration part formed in a cantilever shape.

本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板の上に第1絶縁体層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層の上にパターニングされた第2絶縁体層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層と前記第2絶縁体層を覆うようにシリコン層を形成する工程と、
前記シリコン層の上面を研磨して前記第2絶縁体層を露出させる工程と、
前記シリコン層と前記第2絶縁体層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第1開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定された片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第2開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第2開口部を形成する工程は、前記第1開口部を介してエッチングガスを供給して行われる。
A method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to the present invention includes:
Forming a first insulator layer on the substrate;
Forming a patterned second insulator layer on the first insulator layer;
Forming a silicon layer so as to cover the first insulator layer and the second insulator layer;
Polishing the upper surface of the silicon layer to expose the second insulator layer;
Forming a vibration part forming layer on the silicon layer and the second insulator layer;
Forming a piezoelectric element part on the vibration part forming layer;
Forming a first opening that penetrates the vibrating part forming layer and forming a cantilever-like vibrating part fixed to the vibrating part forming layer;
Forming a second opening by dry etching the silicon layer;
Have
The step of forming the second opening is performed by supplying an etching gas through the first opening.

本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板の上に第1絶縁体層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層と前記シリコン層とを覆うように第2絶縁体層を形成する工程と、
前記第2絶縁体層の上面を研磨して前記シリコン層を露出させる工程と、
前記第2絶縁体層と前記シリコン層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第1開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定された片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第2開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第2開口部を形成する工程は、前記第1開口部を介してエッチングガスを供給して行われる。
A method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to the present invention includes:
Forming a first insulator layer on the substrate;
Forming a patterned silicon layer on the first insulator layer;
Forming a second insulator layer so as to cover the first insulator layer and the silicon layer;
Polishing the upper surface of the second insulator layer to expose the silicon layer;
Forming a vibration part forming layer on the second insulator layer and the silicon layer;
Forming a piezoelectric element part on the vibration part forming layer;
Forming a first opening that penetrates the vibrating part forming layer and forming a cantilever-like vibrating part fixed to the vibrating part forming layer;
Forming a second opening by dry etching the silicon layer;
Have
The step of forming the second opening is performed by supplying an etching gas through the first opening.

本発明にかかる圧電振動子の製造方法は、
基板の上に第1絶縁体層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層と前記シリコン層を覆うように振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上面を平坦化する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第1開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定された片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第2開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第2開口部を形成する工程は、前記第1開口部を介してエッチングガスを供給して行われる。
A method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to the present invention includes:
Forming a first insulator layer on the substrate;
Forming a patterned silicon layer on the first insulator layer;
Forming a vibration part forming layer so as to cover the first insulator layer and the silicon layer;
Flattening the upper surface of the vibration part forming layer;
Forming a piezoelectric element part on the vibration part forming layer;
Forming a first opening that penetrates the vibrating part forming layer and forming a cantilever-like vibrating part fixed to the vibrating part forming layer;
Forming a second opening by dry etching the silicon layer;
Have
The step of forming the second opening is performed by supplying an etching gas through the first opening.

このようにすれば、ドライエッチングにより振動部の下部のシリコン層が除去されるため、スティッキングを起こさずに圧電振動子を製造することができる。   In this way, since the silicon layer below the vibrating portion is removed by dry etching, the piezoelectric vibrator can be manufactured without causing sticking.

本発明にかかる圧電振動子の製造方法において、
前記シリコン層は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンおよび単結晶シリコンのいずれかで形成されることができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to the present invention,
The silicon layer may be formed of any one of amorphous silicon, polycrystalline silicon, and single crystal silicon.

本発明にかかる圧電振動子の製造方法において、
前記ドライエッチングは、エッチングガスとして、XeF、ClF、BrF、IF、およびIFの少なくとも1種を用いることができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to the present invention,
In the dry etching, at least one of XeF 2 , ClF 3 , BrF 3 , IF 3 , and IF 5 can be used as an etching gas.

本発明にかかる電子機器の一例である発振器は、
発振回路を含み、
前記発振回路は、
電気信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の入出力間に接続された帰還回路と、
を有し、
前記帰還回路は、上述のいずれかの圧電振動子を備える。
An oscillator, which is an example of an electronic device according to the present invention,
Including an oscillation circuit,
The oscillation circuit is
An amplifier for amplifying an electrical signal;
A feedback circuit connected between the input and output of the amplifier;
Have
The feedback circuit includes any one of the piezoelectric vibrators described above.

本発明にかかる電子機器の一例であるリアルタイムクロックは、
上述した発振器と、
前記発振器から出力されるクロックパルスを分周する分周回路と、
前記分周回路から出力される計時パルスが入力される計時カウンタと、
前記計時カウンタの計時ビットの書き換えおよび読み出しを行う制御部と、を含む。
A real time clock which is an example of an electronic apparatus according to the present invention is:
The oscillator described above,
A frequency divider that divides the clock pulse output from the oscillator;
A clock counter to which a clock pulse output from the frequency divider circuit is input;
And a control unit that rewrites and reads out the clock bit of the clock counter.

本発明にかかる電子機器の一例である電波時計受信モジュールは、
電波を受信する受信部と、
上述のいずれかの圧電振動子を有し受信された電気信号を濾波する周波数フィルタと、
濾波された前記電気信号からタイムコードを読み出す周辺回路と、
上述したリアルタイムクロックと、を含む。
A radio clock receiver module which is an example of an electronic device according to the present invention,
A receiver for receiving radio waves;
A frequency filter that has any of the piezoelectric vibrators described above and filters a received electrical signal;
A peripheral circuit for reading a time code from the filtered electrical signal;
And the real-time clock described above.

以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the following embodiment demonstrates an example of this invention.

1.実施形態
1.圧電振動子300
図1は、本実施形態にかかる圧電振動子300を模式的に示す平面図である。図2は、本実施形態にかかる圧電振動子300の振動部100と第1開口部H1の関係を模式的に示す平面図である。図3は、本実施形態にかかる圧電振動子300を模式的に示す断面図である。図1のA−A線に沿った断面は、図3に相当する。
1. Embodiment 1. Piezoelectric vibrator 300
FIG. 1 is a plan view schematically showing a piezoelectric vibrator 300 according to the present embodiment. FIG. 2 is a plan view schematically showing the relationship between the vibrating portion 100 and the first opening H1 of the piezoelectric vibrator 300 according to the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the piezoelectric vibrator 300 according to the present embodiment. A cross section taken along line AA in FIG. 1 corresponds to FIG.

圧電振動子300は、基板10と、第1絶縁体層20と、第2絶縁体層30と、振動部形成層40と、第1開口部H1と、振動部100と、第2開口部H2と、圧電素子部200と、を有する。   The piezoelectric vibrator 300 includes a substrate 10, a first insulator layer 20, a second insulator layer 30, a vibration part forming layer 40, a first opening H1, a vibration part 100, and a second opening H2. And the piezoelectric element portion 200.

基板10は、図3に示すように、圧電振動子300の基体となる。基板10は、たとえばシリコン基板、石英基板などを用いることができる。基板10には、各種の半導体回路を作り込んでもよい。基板10の厚みは、10μmないし2mmとすることができる。   As shown in FIG. 3, the substrate 10 becomes a base of the piezoelectric vibrator 300. As the substrate 10, for example, a silicon substrate or a quartz substrate can be used. Various semiconductor circuits may be built in the substrate 10. The thickness of the substrate 10 can be 10 μm to 2 mm.

第1絶縁体層20は、基板10の上方に形成される。第1絶縁体層20は、基板10の間に他の層を介して形成されてもよい。第1絶縁体層20は、上方に形成される第2開口部H2を形成する際のエッチングのストッパ層としての機能を有する。第1絶縁体層20は、シリコン以外の材料で構成される。第1絶縁体層20は、たとえば酸化シリコンで構成することができる。また、第1絶縁体層20は、基板10をシリコン基板とした場合に熱酸化等でその表面に得られる酸化シリコンで構成してもよい。第1絶縁体層20の厚みは、前述のストッパ層として機能する程度であればよく、たとえば10nmないし1μmとすることができる。   The first insulator layer 20 is formed above the substrate 10. The first insulator layer 20 may be formed between the substrates 10 via other layers. The first insulator layer 20 functions as an etching stopper layer when forming the second opening H2 formed above. The first insulator layer 20 is made of a material other than silicon. The first insulator layer 20 can be made of, for example, silicon oxide. Moreover, when the substrate 10 is a silicon substrate, the first insulator layer 20 may be made of silicon oxide obtained on the surface by thermal oxidation or the like. The thickness of the first insulator layer 20 may be a thickness that can function as the above-described stopper layer, and may be, for example, 10 nm to 1 μm.

第2絶縁体層30は、第1絶縁体層20の上に形成される。第2絶縁体層30は、第1絶縁体層20との間に他の層を介して形成されてもよい。第2絶縁体層30には、第2開口部H2が形成される。第2絶縁体層30の第2開口部H2以外の部分は、少なくとも振動部形成層40を下から支持する機能を有する。第2開口部H2の詳細な説明は後述する。第2絶縁体層30の厚みは、たとえば100nmないし20μmとすることができる。第2絶縁体層30は、シリコン以外の材料で構成される。第1絶縁体層20は、たとえば酸化シリコンで構成することができる。   The second insulator layer 30 is formed on the first insulator layer 20. The second insulator layer 30 may be formed between the first insulator layer 20 and other layers. A second opening H <b> 2 is formed in the second insulator layer 30. The portion of the second insulator layer 30 other than the second opening H2 has a function of supporting at least the vibration part forming layer 40 from below. A detailed description of the second opening H2 will be described later. The thickness of the second insulator layer 30 can be set to 100 nm to 20 μm, for example. The second insulator layer 30 is made of a material other than silicon. The first insulator layer 20 can be made of, for example, silicon oxide.

振動部形成層40は、第2絶縁体層30の上に形成される。振動部形成層40には、振動部100と第1開口部H1とが形成される(図1および図2参照)。振動部形成層40は、単層構造であっても多層構造であってもよい。振動部形成層40の一部が振動部100となる。振動部形成層40の厚みは、1μmないし20μmとすることができる。振動部形成層40は、酸化物、窒化物および酸化窒化物の少なくとも1種からなる層を有する。具体的には、振動部形成層40は、目的とする振動数や強度に応じて、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなどから選択される材料の層を有することができる。   The vibration part forming layer 40 is formed on the second insulator layer 30. In the vibration part forming layer 40, the vibration part 100 and the first opening H1 are formed (see FIGS. 1 and 2). The vibration part forming layer 40 may have a single layer structure or a multilayer structure. A part of the vibration part forming layer 40 becomes the vibration part 100. The thickness of the vibration part forming layer 40 may be 1 μm to 20 μm. The vibration part forming layer 40 includes a layer made of at least one of oxide, nitride, and oxynitride. Specifically, the vibration part forming layer 40 may include a layer of a material selected from silicon oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and the like depending on the target frequency and strength. it can.

第1開口部H1は、振動部形成層40を貫通している。第1開口部H1の形状は、振動部100の形状と相補的である。すなわち、第1開口部H1および振動部100は、図2に示すように、振動部100の形状が第1開口部H1の形状によって形成される関係にある。第1開口部H1は、第2開口部H2と連続している。そのため、振動部100の片持ち梁状の先端側は、自由に運動できる。   The first opening H <b> 1 penetrates the vibration part forming layer 40. The shape of the first opening H <b> 1 is complementary to the shape of the vibration unit 100. That is, as shown in FIG. 2, the first opening H1 and the vibration part 100 have a relationship in which the shape of the vibration part 100 is formed by the shape of the first opening H1. The first opening H1 is continuous with the second opening H2. Therefore, the cantilevered tip side of the vibration unit 100 can freely move.

振動部100は、振動部形成層40の一部からなる。振動部100は、振動部形成層40に一体的に連続している。振動部100は、少なくとも一部が機械的に振動する。振動部100は、第1開口部H1によって、片持ち梁状に形成される。図2に示した例では、振動部100の形状は、略C字型の第1開口部H1に囲まれて、内側に半島状に突き出している。振動部100の振動する部位は、境界線Lよりも振動部100の先端側である。   The vibration part 100 is composed of a part of the vibration part forming layer 40. The vibration part 100 is integrally continuous with the vibration part forming layer 40. At least a part of the vibration unit 100 mechanically vibrates. The vibration part 100 is formed in a cantilever shape by the first opening H1. In the example illustrated in FIG. 2, the shape of the vibration unit 100 is surrounded by a substantially C-shaped first opening H <b> 1 and protrudes in a peninsular shape inside. The portion of the vibration unit 100 that vibrates is closer to the distal end side of the vibration unit 100 than the boundary line L.

第2開口部H2は、第2絶縁体層30を貫通して設けられる。第2開口部H2は、第1開口部H1と連続している。第2開口部H2は、第1開口部H1と振動部100の下に形成される。第2開口部H2の下面は、第1絶縁体層20である。第2開口部H2は、振動部100が動作できるようにする空間である。平面視において、振動部100の基端近傍にある第2開口部H2の輪郭線は、境界線Lよりも外側とならないように形成される。特に振動部100がユニモルフ型と称する1本の梁の形状であると、その振動の周波数は、長さに強く依存する。そのため、第2開口部H2の輪郭線が、境界線Lよりも外側になると、目的とした振動周波数と大きくずれてしまうためである。振動部100の基端近傍以外の部分の第2開口部H2の輪郭線は、第1開口部H1の輪郭よりも外側でも内側でもよい。ここで、振動部100の基端側とは、片持ち梁状に形成された振動部100の付け根側を指す。   The second opening H <b> 2 is provided through the second insulator layer 30. The second opening H2 is continuous with the first opening H1. The second opening H2 is formed below the first opening H1 and the vibration part 100. The lower surface of the second opening H <b> 2 is the first insulator layer 20. The second opening H2 is a space that allows the vibration unit 100 to operate. In plan view, the contour line of the second opening H2 in the vicinity of the base end of the vibration unit 100 is formed so as not to be outside the boundary line L. In particular, if the vibration unit 100 has a single beam shape called a unimorph type, the frequency of vibration strongly depends on the length. For this reason, when the contour line of the second opening H2 is outside the boundary line L, it is greatly deviated from the intended vibration frequency. The contour line of the second opening H2 other than the vicinity of the base end of the vibration unit 100 may be outside or inside the contour of the first opening H1. Here, the base end side of the vibration part 100 refers to the base side of the vibration part 100 formed in a cantilever shape.

圧電素子部200は、振動部100の上方に形成される。圧電素子部200が形成される位置は、振動部100に振動を誘起できる位置であれば任意である。圧電素子部200は、圧電素子75を備える。圧電素子部200には複数の圧電素子75が備えられてもよい。圧電素子部200は、圧電素子75の動作によって振動部100を振動させる機能を有する。図1および図3の例では、振動部100に1つ圧電素子75が設けられている。この例の圧電素子75は、振動部100の長手方向に伸縮するように設けられ、振動部形成層40の面の法線方向に振動部100が振動するようになっている。また圧電素子部200に複数の圧電素子75が備えられる場合には、圧電素子75は、振動部100を振動させるためのものと、振動部100の振動方向のずれや振動数を検出するためのものとに機能を分担させることができる。   The piezoelectric element part 200 is formed above the vibration part 100. The position where the piezoelectric element part 200 is formed is arbitrary as long as it can induce vibration in the vibration part 100. The piezoelectric element unit 200 includes a piezoelectric element 75. The piezoelectric element unit 200 may include a plurality of piezoelectric elements 75. The piezoelectric element unit 200 has a function of vibrating the vibrating unit 100 by the operation of the piezoelectric element 75. In the example of FIGS. 1 and 3, one piezoelectric element 75 is provided in the vibration unit 100. The piezoelectric element 75 of this example is provided so as to expand and contract in the longitudinal direction of the vibration part 100, and the vibration part 100 vibrates in the normal direction of the surface of the vibration part forming layer 40. When the piezoelectric element unit 200 includes a plurality of piezoelectric elements 75, the piezoelectric element 75 is used to vibrate the vibration unit 100 and to detect a deviation or vibration frequency of the vibration unit 100. Functions can be shared with things.

圧電素子75は、下部電極50、圧電体層60、上部電極70の積層構造を有する。下部電極50は、振動部100の上方に形成される。下部電極50は、振動部100との間に下地となる層などを有して形成されてもよい。下部電極50は、たとえば白金などの金属材料やリチウムとニッケルの複合酸化物(LNO)などの導電性酸化物からなることができ単層でも多層構造でもよい。下部電極50の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、たとえば10nmないし5μmとすることができる。圧電体層60は、圧電性を有し、下部電極50および上部電極70によって電圧が印加されると伸縮することができ、下方の振動部100を動作させることができる。また逆に圧電体層60は、伸縮されると下部電極50および上部電極70の間に電圧を発生することができ、下方の振動部100の動作を検知することができる。圧電体層60は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O:PZT)、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O:PZTN)などの圧電材料から形成される。圧電体層60の伸縮方向は、ビーム部100の振動方向に応じて適切に選ぶことができる。その方法としては、たとえば、圧電体層60を構成する材料の結晶の方位を目的に応じて設置して行うことができる。圧電体層60の厚さは、たとえば0.1μmないし20μmとすることができる。上部電極70は、たとえば白金などの金属材料やリチウムとニッケルの複合酸化物(LNO)などの導電性酸化物からなることができ単層でも多層構造でもよい。上部電極70の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、たとえば10nmないし5μmとすることができる。 The piezoelectric element 75 has a laminated structure of a lower electrode 50, a piezoelectric layer 60, and an upper electrode 70. The lower electrode 50 is formed above the vibration unit 100. The lower electrode 50 may be formed with a layer serving as a base between the vibrating portion 100 and the like. The lower electrode 50 can be made of, for example, a metal material such as platinum or a conductive oxide such as a composite oxide (LNO) of lithium and nickel, and may be a single layer or a multilayer structure. The thickness of the lower electrode 50 may be any thickness as long as a sufficiently low electric resistance value can be obtained, and can be, for example, 10 nm to 5 μm. The piezoelectric layer 60 has piezoelectricity and can be expanded and contracted when a voltage is applied by the lower electrode 50 and the upper electrode 70, and the lower vibration unit 100 can be operated. Conversely, when the piezoelectric layer 60 is expanded and contracted, it can generate a voltage between the lower electrode 50 and the upper electrode 70, and can detect the operation of the vibrating portion 100 below. The piezoelectric layer 60 is made of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 : PZT) or lead zirconate titanate niobate (Pb (Zr, Ti, Nb) O 3 : PZTN). Formed from. The expansion / contraction direction of the piezoelectric layer 60 can be appropriately selected according to the vibration direction of the beam unit 100. For example, the orientation of the crystal of the material constituting the piezoelectric layer 60 can be set according to the purpose. The thickness of the piezoelectric layer 60 can be set to 0.1 μm to 20 μm, for example. The upper electrode 70 can be made of, for example, a metal material such as platinum or a conductive oxide such as a composite oxide (LNO) of lithium and nickel, and may be a single layer or a multilayer structure. The thickness of the upper electrode 70 may be any thickness as long as a sufficiently low electric resistance value can be obtained, and can be, for example, 10 nm to 5 μm.

2.圧電振動子300の変形例
圧電振動子300は、以下のような変形が可能である。
2. Modified Example of Piezoelectric Vibrator 300 The piezoelectric vibrator 300 can be modified as follows.

図4は、変形例の圧電振動子301を模式的に示す平面図である。図5は、変形例の圧電振動子301を模式的に示す断面図である。図6は、変形例の圧電振動子302を模式的に示す断面図である。図7は、第1開口部H1および振動部100の変形例を模式的に示す平面図である。   FIG. 4 is a plan view schematically showing a modified piezoelectric vibrator 301. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a modified piezoelectric vibrator 301. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a modified piezoelectric vibrator 302. FIG. 7 is a plan view schematically showing a modification of the first opening H1 and the vibrating part 100. FIG.

圧電振動子300は、変形例として示す圧電振動子301のように変形してもよい。圧電振動子301は、図4および図5に示すように、平面視において、振動部100の基端側にある第2開口部H2の輪郭線が、振動部100と振動部形成層40との境界線Lよりも内側にある。特にユニモルフ型と称する一本の梁で形成された振動部100の場合、振動部100は、基端付近を固定端として振動するため、基端付近に繰り返して応力が発生する。この応力は、第2開口部H2の輪郭線と境界線Lとが近いときはこの領域に集中する。しかし、基端付近に発生する応力は、第2開口部H2の輪郭線を境界線Lよりも内側にすれば、振動部100の基端付近への集中を抑制することができる。すなわち、図5に示すような振動部100の基端近傍において、第2開口部H2の輪郭が、境界線Lよりも振動部100の先端側にある場合、基端付近に発生する応力は、境界線Lと境界線Lから離れた第2開口部H2の輪郭との位置に分散させることができる。   The piezoelectric vibrator 300 may be deformed like a piezoelectric vibrator 301 shown as a modification. As shown in FIGS. 4 and 5, the piezoelectric vibrator 301 has a contour line of the second opening H <b> 2 on the proximal end side of the vibration part 100 in the plan view, and the vibration part 100 and the vibration part forming layer 40 have a contour line. It is inside the boundary line L. In particular, in the case of the vibration part 100 formed of a single beam called a unimorph type, the vibration part 100 vibrates with the vicinity of the base end as a fixed end, and thus stress is repeatedly generated near the base end. This stress is concentrated in this region when the contour line of the second opening H2 and the boundary line L are close to each other. However, the stress generated in the vicinity of the base end can suppress the concentration of the vibration unit 100 near the base end if the contour line of the second opening H2 is set inside the boundary line L. That is, in the vicinity of the base end of the vibration part 100 as shown in FIG. 5, when the contour of the second opening H2 is closer to the distal end side of the vibration part 100 than the boundary line L, The boundary line L and the contour of the second opening H2 away from the boundary line L can be dispersed.

圧電振動子300は、変形例として示す圧電振動子302のように変形してもよい。圧電振動子302は、第2絶縁体層30と振動部形成層40とが連続している。このようにすれば、振動動作の際に振動部形成層40と第2絶縁体層30との間の剥離等をさらに抑制することができる。また振動子の構造が単純になり小型化の際により望ましい。   The piezoelectric vibrator 300 may be deformed like a piezoelectric vibrator 302 shown as a modification. In the piezoelectric vibrator 302, the second insulator layer 30 and the vibration part forming layer 40 are continuous. By doing so, it is possible to further suppress peeling between the vibration part forming layer 40 and the second insulator layer 30 during the vibration operation. In addition, the structure of the vibrator is simplified, which is more desirable when downsizing.

圧電振動子300の振動部100は、図7に示すように、ビーム結合部110とビーム結合部110から伸びる複数本のビーム部120を有するように変形してもよい。このようにすることで、片持ち梁状に形成された振動部100の付け根に隣接する振動部形成層40の部分すなわち基部111に応力がほとんど発生しないようにすることができる。この変形例ではビーム部120は、ビーム結合部110から複数本延びるように形成される。ビーム部120は、たとえば図7の例のように2本であってもよいし、いわゆるH型となるように4本形成されてもよい。ビーム部120をH型とする場合は、ビーム結合部110は、T型とすることができる。ビーム部120は、振動部100の動作部分であり、目的に応じて種々の方向に振動することができる。たとえば、ビーム部120は、振動部形成層40の面内すなわち横方向の振動をすることも、振動部形成層40の面に垂直方向すなわち縦方向に振動することもできる。この変形例では、ビーム部120の本数、振動方向および形状は、振動のエネルギーのロスができるだけ小さくなるように設計されることができる。たとえば図7の例では、2本のビーム部120は、振動部形成層40の面内で振動し、2本のビーム部120の先端が近づいたり離れたりするように振動する。すなわち図7の例のような音叉型の振動部100の場合は、音叉の先端が開閉するように振動する。このようにすると、基部111に漏れ出す振動のエネルギーを小さく抑えることができ、基部111に応力がほとんど発生しなくなる。   As shown in FIG. 7, the vibration unit 100 of the piezoelectric vibrator 300 may be modified to include a beam coupling unit 110 and a plurality of beam units 120 extending from the beam coupling unit 110. By doing in this way, it is possible to hardly generate stress in the portion of the vibration part forming layer 40 adjacent to the root of the vibration part 100 formed in a cantilever shape, that is, the base 111. In this modification, a plurality of beam portions 120 are formed so as to extend from the beam combining portion 110. For example, two beam portions 120 may be formed as in the example of FIG. 7, or four beam portions 120 may be formed so as to be a so-called H type. When the beam unit 120 is an H type, the beam combining unit 110 can be a T type. The beam part 120 is an operation part of the vibration part 100, and can vibrate in various directions according to the purpose. For example, the beam portion 120 can vibrate in the plane of the vibration portion forming layer 40, that is, in the lateral direction, or can vibrate in the direction perpendicular to the surface of the vibration portion forming layer 40, that is, in the vertical direction. In this modification, the number, the vibration direction, and the shape of the beam portion 120 can be designed so that the loss of vibration energy is as small as possible. For example, in the example of FIG. 7, the two beam parts 120 vibrate in the plane of the vibration part forming layer 40 and vibrate so that the tips of the two beam parts 120 approach and separate. That is, in the case of the tuning fork type vibration part 100 as in the example of FIG. In this way, the energy of vibration leaking out to the base 111 can be kept small, and almost no stress is generated in the base 111.

圧電振動子300は、上述のような変形によって、振動部100の劣化が一層抑制され、振動部100の信頼性を一層高めることができる。   In the piezoelectric vibrator 300, the deterioration of the vibration part 100 is further suppressed by the deformation as described above, and the reliability of the vibration part 100 can be further improved.

本実施形態の圧電振動子300は、振動部100の材質を広く選択することができるため、設計の幅が広い。そのため振動部100の小型化が可能であるとともに、振動部100の強度も選択できるため信頼性が高い。さらに本実施形態の圧電振動子300は、種々の変形実施が可能で、これにより信頼性を一層高めることができる。   The piezoelectric vibrator 300 according to this embodiment has a wide range of design because the material of the vibration unit 100 can be selected widely. Therefore, the vibration unit 100 can be reduced in size and the strength of the vibration unit 100 can be selected, so that the reliability is high. Furthermore, the piezoelectric vibrator 300 according to the present embodiment can be variously modified, thereby further improving the reliability.

3.圧電振動子300の製造方法
圧電振動子300の製造方法の一例について図面を参照して説明する。図8ないし図13は、本実施形態にかかる圧電振動子300の製造工程を模式的に示す断面図である。
3. Method for Manufacturing Piezoelectric Vibrator 300 An example of a method for manufacturing the piezoelectric vibrator 300 will be described with reference to the drawings. 8 to 13 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the piezoelectric vibrator 300 according to the present embodiment.

本実施形態の圧電振動子300の製造方法は、基板10の上に第1絶縁体層20を形成する工程と、第2絶縁体層を形成する工程と、シリコン層80を形成する工程と、第2絶縁体層30を露出させる工程と、振動部形成層40を形成する工程と、圧電素子部200を形成する工程と、第1開口部H1を形成するとともに、片持ち梁状の振動部100を形成する工程と、第2開口部H2を形成する工程と、を有する。   The method for manufacturing the piezoelectric vibrator 300 of the present embodiment includes a step of forming the first insulator layer 20 on the substrate 10, a step of forming the second insulator layer, a step of forming the silicon layer 80, The step of exposing the second insulator layer 30, the step of forming the vibrating portion forming layer 40, the step of forming the piezoelectric element portion 200, the first opening H <b> 1, and the cantilever-shaped vibrating portion 100 and forming a second opening H2.

まず図4に示すように、基板10の上方に第1絶縁体層20を形成する。この工程は、基板10の上に、蒸着、スパッタ、CVD(Chemical Vapor Deposition)などの方法により、形成することができる。基板10にシリコン基板を用いた場合は、表面に熱酸化膜を形成し、これを第1絶縁体層20としてもよい。また、SOI(Silicon On Insulater)基板を用いる場合は、SOI基板の絶縁層を第1絶縁体層20として用いることができる。   First, as shown in FIG. 4, the first insulator layer 20 is formed above the substrate 10. This step can be formed on the substrate 10 by a method such as vapor deposition, sputtering, or CVD (Chemical Vapor Deposition). When a silicon substrate is used as the substrate 10, a thermal oxide film may be formed on the surface and used as the first insulator layer 20. When an SOI (Silicon On Insulator) substrate is used, the insulating layer of the SOI substrate can be used as the first insulator layer 20.

次に、第1絶縁体層20の上に、パターニングされた第2絶縁体層30を形成する。この工程は、第1絶縁体層20の上に、蒸着、スパッタ、CVDなどの方法により、第2絶縁体層30となる層を全面的に形成し、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、パターニングして行うことができる。この工程のパターニングによって除去された第2絶縁体層30の領域の形状が、第2開口部H2の形状となる。   Next, the patterned second insulator layer 30 is formed on the first insulator layer 20. In this step, a layer to be the second insulator layer 30 is entirely formed on the first insulator layer 20 by vapor deposition, sputtering, CVD, or the like, and a known photolithography technique and etching technique are used. Then, patterning can be performed. The shape of the region of the second insulator layer 30 removed by the patterning in this step becomes the shape of the second opening H2.

次に、第1絶縁体層20と第2絶縁体層30を覆うようにシリコン層80を形成する。シリコン層80は、圧電振動子300が完成した時点では除去されている。シリコン層80は、第2開口部H2を形成するための犠牲層として形成される。シリコン層80は、特定のエッチングの際のエッチングレートが第1絶縁体層20および第2絶縁体層30のそれと異なるように選ばれる。たとえばシリコン層80は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンおよび単結晶シリコンのいずれかで形成することができる。シリコン層80を形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法、CVD法およびSOG(Spin On Glass)法などを用いることができる。本工程によって形成されたシリコン層80の上面は、凹凸が形成されることがある。   Next, a silicon layer 80 is formed so as to cover the first insulator layer 20 and the second insulator layer 30. The silicon layer 80 is removed when the piezoelectric vibrator 300 is completed. The silicon layer 80 is formed as a sacrificial layer for forming the second opening H2. The silicon layer 80 is selected so that the etching rate during a specific etching is different from that of the first insulator layer 20 and the second insulator layer 30. For example, the silicon layer 80 can be formed of any of amorphous silicon, polycrystalline silicon, and single crystal silicon. As a method for forming the silicon layer 80, an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, a SOG (Spin On Glass) method, or the like can be used. Irregularities may be formed on the upper surface of the silicon layer 80 formed by this step.

次に、シリコン層80の上面を研磨して第2絶縁体層30を露出する工程を行う。本工程の研磨方法としては、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いることができる。図9に示すように、本工程によって、シリコン層80および第2絶縁体層30の上面は、同一平面に乗り同時に平坦化される。この研磨は、第2絶縁体層30が露出するまで行われるが、第2絶縁体層30が露出した後も、第1絶縁体層20が露出しない範囲でさらに研磨することもできる。   Next, a step of polishing the upper surface of the silicon layer 80 to expose the second insulator layer 30 is performed. As a polishing method in this step, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method can be used. As shown in FIG. 9, the upper surfaces of the silicon layer 80 and the second insulator layer 30 ride on the same plane and are simultaneously planarized by this step. This polishing is performed until the second insulator layer 30 is exposed. However, even after the second insulator layer 30 is exposed, it can be further polished within a range where the first insulator layer 20 is not exposed.

次に、図10に示すように、振動部形成層40aをシリコン層80と第2絶縁体層30の上に形成する工程を行う。振動部形成層40aを形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法、CVD法などの方法を用いることができる。振動部形成層40aを多層構造とする場合も、それぞれの層を例示した方法などにより形成することができる。   Next, as shown in FIG. 10, a step of forming the vibration part forming layer 40 a on the silicon layer 80 and the second insulator layer 30 is performed. As a method of forming the vibration part forming layer 40a, a method such as a vapor deposition method, a sputtering method, or a CVD method can be used. Also when the vibration part forming layer 40a has a multilayer structure, it can be formed by the method exemplified for each layer.

次に、図11に示すように、振動部形成層40aの上に、圧電素子部200を形成する工程を行う。この工程は、まず振動部形成層40aの上方に下部電極層50a、圧電体層60aおよび上部電極層70aを順に積層したあと、パターニングして行われる。下部電極層50aは、蒸着法、スパッタ法、CVD法、メッキ法、ゾル−ゲル法などにより形成することができる。圧電体層60aは、ゾル−ゲル法、MOD(Metallo−Organic Decomposition)法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などによって形成することができる。上部電極層70aは、蒸着法、スパッタ法、CVD法、メッキ法、ゾル−ゲル法などにより形成することができる。次いで、このように積層された3つの層を図12に示すようにパターニングして圧電素子75を形成する。パターニングの方法は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行うことができる。パターニングは、複数回行われてもよい。このように圧電素子75を備えた圧電素子部200が形成される。   Next, as shown in FIG. 11, a step of forming the piezoelectric element portion 200 on the vibration portion forming layer 40a is performed. This step is performed by first laminating the lower electrode layer 50a, the piezoelectric layer 60a, and the upper electrode layer 70a in this order above the vibration part forming layer 40a and then patterning them. The lower electrode layer 50a can be formed by vapor deposition, sputtering, CVD, plating, sol-gel, or the like. The piezoelectric layer 60a can be formed by a sol-gel method, a MOD (Metal-Organic Decomposition) method, a sputtering method, a laser ablation method, or the like. The upper electrode layer 70a can be formed by vapor deposition, sputtering, CVD, plating, sol-gel, or the like. Next, the three layers thus laminated are patterned as shown in FIG. 12 to form the piezoelectric element 75. The patterning method can be performed using a photolithography technique and an etching technique. Patterning may be performed multiple times. Thus, the piezoelectric element unit 200 including the piezoelectric element 75 is formed.

次に、図13に示すように、第1開口部H1を形成するとともに、振動部100を形成する工程を行う。第1開口部H1の形成は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行うことができる。第1開口部H1のエッチングは、ドライエッチングおよびウエットエッチングのいずれで行ってもよい。またエッチャントとしては、異方性であっても等方性であってもよい。たとえば、振動部形成層40aが酸化シリコンで形成されている場合は、第1開口部H1をドライエッチングによって形成する場合は、エッチングガスは、CF、SF、CHF、Cl、BCl、CHClから選ばれる少なくとも1種を含むものが好ましい。またこのエッチングは複数回行ってもよい。このエッチングのストッパ層はシリコン層80であるが、第2開口部H2を形成する工程で第1開口部H1の下のシリコン層80は除去されるため、ある程度であればシリコン層80をエッチングしても構わない。このようにして第1開口部H1が形成されると、同時に振動部100が形成される。振動部100の振動領域の長さは、第1開口部H1と第2開口部H2の相対的な関係により決まる。第1開口部H1の形成においては、振動部100の上方に所定数の圧電素子75が配置されるように形成される。 Next, as shown in FIG. 13, the process of forming the vibration part 100 while forming the 1st opening part H1 is performed. The first opening H1 can be formed using a photolithography technique and an etching technique. Etching of the first opening H1 may be performed by either dry etching or wet etching. The etchant may be anisotropic or isotropic. For example, when the vibration part forming layer 40a is formed of silicon oxide, when the first opening H1 is formed by dry etching, the etching gas is CF 4 , SF 6 , CHF 3 , Cl 2 , BCl 3. And those containing at least one selected from CHCl 3 are preferred. This etching may be performed a plurality of times. The etching stopper layer is the silicon layer 80. However, since the silicon layer 80 under the first opening H1 is removed in the step of forming the second opening H2, the silicon layer 80 is etched to some extent. It doesn't matter. When the first opening H1 is formed in this way, the vibration unit 100 is formed at the same time. The length of the vibration region of the vibration part 100 is determined by the relative relationship between the first opening H1 and the second opening H2. In the formation of the first opening H <b> 1, a predetermined number of piezoelectric elements 75 are disposed above the vibration unit 100.

次に、図1および図3に示すような第2開口部H2を形成する工程を行う。第2開口部H2は、シリコン層80をドライエッチングして除去して形成される。本工程のドライエッチングのエッチングガスは、第1開口部H1を介して、シリコン層80に供給される。そしてエッチングが進むと、振動部100の下のシリコン層80が除去される。そのため、振動部100の下に回り込んでエッチングすることができるように、本工程のエッチングガスは、等方的なエッチングが行われるものが選択される。また、本工程のエッチングガスには、他の層よりもシリコン層80に対してエッチング作用が大きいガスが選ばれる。本工程のエッチングガスとしては、XeF、ClF、BrF、IF、およびIFの少なくとも1種が好ましい。シリコン層80の下方に第1絶縁体層20を有するため、第1絶縁体層20がエッチングストッパ層として機能する。そのため、第2開口部H1が深くエッチングされすぎることがないため、エッチングガスを節約することができる。本工程のドライエッチングは、等方性のエッチングであるが、第2絶縁体層30のパターニング工程によって形成された部位のみが除去されるため、振動部100の端部近傍ではアンダーカット状となることがない。 Next, a step of forming the second opening H2 as shown in FIGS. 1 and 3 is performed. The second opening H2 is formed by removing the silicon layer 80 by dry etching. An etching gas for dry etching in this step is supplied to the silicon layer 80 through the first opening H1. As the etching proceeds, the silicon layer 80 under the vibration part 100 is removed. Therefore, the etching gas used in this step is selected to perform isotropic etching so that the etching gas can be etched under the vibrating portion 100. Further, as the etching gas in this step, a gas having a larger etching action on the silicon layer 80 than other layers is selected. The etching gas in this step is preferably at least one of XeF 2 , ClF 3 , BrF 3 , IF 3 , and IF 5 . Since the first insulator layer 20 is provided below the silicon layer 80, the first insulator layer 20 functions as an etching stopper layer. Therefore, since the second opening H1 is not deeply etched, the etching gas can be saved. The dry etching in this step is isotropic etching, but only the portion formed by the patterning step of the second insulator layer 30 is removed, so that an undercut shape is formed in the vicinity of the end of the vibration unit 100. There is nothing.

以上のようにして圧電振動子300が製造される。本実施形態の圧電振動子300の製造方法は、以下のような特徴を有する。   The piezoelectric vibrator 300 is manufactured as described above. The manufacturing method of the piezoelectric vibrator 300 of this embodiment has the following characteristics.

本実施形態の製造方法によれば、ドライエッチングにより振動部100の下の第2絶縁体層30aが除去されるため、ウエットエッチングにおいて問題となったスティッキングを起こさずに圧電振動子300を製造することができる。   According to the manufacturing method of the present embodiment, since the second insulator layer 30a under the vibration part 100 is removed by dry etching, the piezoelectric vibrator 300 is manufactured without causing sticking, which is a problem in wet etching. be able to.

また、本実施形態の製造方法によれば、平面的に見た第1開口部H1と第2開口部H2の輪郭の相対的な位置をパターニングによって正確に決めることができる。すなわち、ドライエッチングの停止位置があらかじめ第2絶縁体層30の形状によって決められるため、オーバーエッチングなどが発生せず、振動部100の振動領域の形状を形成する精度が高く信頼性の高い圧電振動子300を製造することができる。   Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, the relative positions of the outlines of the first opening H1 and the second opening H2 viewed in a plane can be accurately determined by patterning. That is, since the dry etching stop position is determined in advance by the shape of the second insulator layer 30, overetching or the like does not occur, and the highly accurate and reliable piezoelectric vibration that forms the shape of the vibration region of the vibration unit 100 is achieved. The child 300 can be manufactured.

4.圧電振動子の製造方法の変形例
本実施形態の圧電振動子の製造方法は、以下のような変形が可能である。
4). Modified Example of Piezoelectric Vibrator Manufacturing Method The piezoelectric vibrator manufacturing method of the present embodiment can be modified as follows.

図14ないし図16は、本実施形態にかかる製造工程の変形例を模式的に示す断面図である。変形例1は、上述の製造工程の第1絶縁体層20の上にパターニングされた第2絶縁体層30を形成する工程に代えて、第1絶縁体層20の上にパターニングされたシリコン層80を形成する工程とする点が主な相違点である。以下の変形例の説明においては、上述の圧電振動子300の製造方法で説明した工程と実質的に同一の工程については、その詳細な説明を省略する。   14 to 16 are cross-sectional views schematically showing modified examples of the manufacturing process according to the present embodiment. In the first modification, a silicon layer patterned on the first insulator layer 20 is used in place of the step of forming the second insulator layer 30 patterned on the first insulator layer 20 in the manufacturing process described above. The main difference is that 80 is formed. In the following description of the modified examples, detailed description of steps substantially the same as those described in the method for manufacturing the piezoelectric vibrator 300 is omitted.

4.1.製造方法の変形例1
図14は、第1絶縁体層20の上にパターニングされたシリコン層80を形成した変形例である。この例では、シリコン層80を形成した後に、図15に示すように第2絶縁体層30となる第2絶縁体層30aを形成する。そして第2絶縁体層30aの上面を研磨してシリコン層80を露出させ、図9に示した構造を形成する。この後は、既に説明した図9以降の工程を経て圧電振動子300,301が形成される。
4.1. Modification 1 of manufacturing method
FIG. 14 shows a modification in which a patterned silicon layer 80 is formed on the first insulator layer 20. In this example, after the silicon layer 80 is formed, a second insulator layer 30a to be the second insulator layer 30 is formed as shown in FIG. Then, the upper surface of the second insulator layer 30a is polished to expose the silicon layer 80, thereby forming the structure shown in FIG. Thereafter, the piezoelectric vibrators 300 and 301 are formed through the steps described above with reference to FIG.

第1絶縁体層20の上にパターニングされたシリコン層80を形成する工程は、第1絶縁体層20の上に、蒸着、スパッタ、CVDなどの方法により、シリコン層80となる層を全面的に形成し、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、パターニングして行うことができる。この工程のパターニングによって形成されたシリコン層80の領域の形状が、第2開口部H2の形状となる。   In the step of forming the patterned silicon layer 80 on the first insulator layer 20, the layer to be the silicon layer 80 is entirely formed on the first insulator layer 20 by a method such as vapor deposition, sputtering, or CVD. And patterning using a known photolithography technique and etching technique. The shape of the region of the silicon layer 80 formed by patterning in this step becomes the shape of the second opening H2.

第2絶縁体層30となる第2絶縁体層30aを形成する工程は、蒸着法、スパッタ法、CVD法およびSOG法などを用いることができる。またこの工程は複数回繰り返してもよい。本工程によって形成された第2絶縁体層30aの上面は、凹凸が形成されることがある。   For the step of forming the second insulator layer 30a to be the second insulator layer 30, a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, an SOG method, or the like can be used. This process may be repeated a plurality of times. Asperities may be formed on the upper surface of the second insulator layer 30a formed in this step.

第2絶縁体層30aの上面を研磨してシリコン層80を露出させ、図9に示した構造を形成する工程の研磨方法としては、CMP法を用いることができる。図9に示すように、本工程によって、シリコン層80および第2絶縁体層30の上面は、同一平面に乗り同時に平坦化される。この研磨は、シリコン層80が露出するまで行われるが、シリコン層80が露出した後も、第1絶縁体層20が露出しない範囲でさらに研磨することもできる。   A CMP method can be used as a polishing method in the step of polishing the upper surface of the second insulator layer 30a to expose the silicon layer 80 and forming the structure shown in FIG. As shown in FIG. 9, the upper surfaces of the silicon layer 80 and the second insulator layer 30 ride on the same plane and are simultaneously planarized by this step. This polishing is performed until the silicon layer 80 is exposed. However, even after the silicon layer 80 is exposed, it can be further polished within a range where the first insulator layer 20 is not exposed.

4.2.製造方法の変形例2
変形例2は、変形例1の製造工程の第2絶縁体層30aの上面を研磨してシリコン層80を露出させる工程に代えて、振動部形成層40aの上面を研磨して平坦化する工程とする点が主な相違点である。
4.2. Variation 2 of manufacturing method
In the second modification, instead of the step of polishing the upper surface of the second insulator layer 30a and exposing the silicon layer 80 in the manufacturing process of the first modification, the step of polishing and flattening the upper surface of the vibration part forming layer 40a. This is the main difference.

図16は、変形例2によって得られる構造を模式的に示す断面図である。変形例2は、変形例1の工程と同様に図14に示す第1絶縁体層20の上にパターニングされたシリコン層80を形成した後の工程の変形例である。本変形例では図15に示すように振動部形成層40aとなる振動部形成層40bを形成する。そして振動部形成層40bの上面を研磨して平坦化し、図16に示した構造を形成する。この後は、既に説明した図10以降の工程を経て圧電振動子302が形成される。   FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a structure obtained by the second modification. The modification 2 is a modification of the process after the patterned silicon layer 80 is formed on the first insulator layer 20 shown in FIG. 14 as in the process of the modification 1. In this modification, as shown in FIG. 15, a vibration part forming layer 40b to be the vibration part forming layer 40a is formed. Then, the upper surface of the vibration part forming layer 40b is polished and flattened to form the structure shown in FIG. Thereafter, the piezoelectric vibrator 302 is formed through the steps described above with reference to FIG.

振動部形成層40aとなる振動部形成層40bを形成する工程は、蒸着法、スパッタ法、CVD法およびSOG法などを用いることができる。またこの工程は複数回繰り返してもよい。本工程によって形成された第2絶縁体層30aの上面は、凹凸が形成されることがある。   For the step of forming the vibration part forming layer 40b to be the vibration part forming layer 40a, vapor deposition, sputtering, CVD, SOG, or the like can be used. This process may be repeated a plurality of times. Asperities may be formed on the upper surface of the second insulator layer 30a formed in this step.

振動部形成層40bの上面を研磨して平坦化する工程の研磨方法としては、CMP法を用いることができる。図9に示すように、本工程によって、上面が平坦化された振動部形成層40aが形成される。この研磨は、振動部形成層40aが所望の厚みになるまで行うことができる。   A CMP method can be used as a polishing method in the step of polishing and planarizing the upper surface of the vibration part forming layer 40b. As shown in FIG. 9, the vibration part forming layer 40a having a flat upper surface is formed by this step. This polishing can be performed until the vibration part forming layer 40a has a desired thickness.

変形例1および変形例2のように第1絶縁体層20の上にパターニングされたシリコン層80を形成した変形においては、SOI(Silicon On Insulater)基板を利用して工程を簡略できる。すなわち、図14に示すような構造の基板10、第1絶縁層20およびシリコン層80を、それぞれSOI基板の基板、BOX(絶縁)層および単結晶シリコン層を利用して形成することができる。この場合はシリコン層80(単結晶シリコン層)をパターニングする工程から出発することができる。   In the modification in which the patterned silicon layer 80 is formed on the first insulator layer 20 as in the first and second modifications, the process can be simplified using an SOI (Silicon On Insulator) substrate. That is, the substrate 10, the first insulating layer 20, and the silicon layer 80 having the structure shown in FIG. 14 can be formed using an SOI substrate, a BOX (insulating) layer, and a single crystal silicon layer, respectively. In this case, it is possible to start from the step of patterning the silicon layer 80 (single crystal silicon layer).

以上のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.

5.発振器500
次に本発明にかかる電子機器の一例として発振器500を説明する。
5. Oscillator 500
Next, an oscillator 500 will be described as an example of the electronic apparatus according to the invention.

図17は、上述した圧電振動子300を有する発振器500の基本的構成を示す回路図である。発振器500は、この回路(発振回路)を含むことができる。発振回路は、電気信号を増幅する増幅器401と、増幅器401の入出力間に接続された帰還回路410と、を有する。増幅器401は、例えばCMOSインバータからなる。帰還回路410は、例えば、圧電振動子300と、抵抗403と、2つのコンデンサ404,405と、を備える。増幅器401には、直流電源から電圧Eが印加されている。電源電圧Eを増大させていき発振開始電圧になると、電流Iが急激に増加して発振が開始される。さらに電源電圧Eを増大させると、発振状態を保ちながら電流Iがほぼ比例して増加する。   FIG. 17 is a circuit diagram showing a basic configuration of an oscillator 500 having the piezoelectric vibrator 300 described above. The oscillator 500 can include this circuit (oscillation circuit). The oscillation circuit includes an amplifier 401 that amplifies an electric signal, and a feedback circuit 410 connected between the input and output of the amplifier 401. The amplifier 401 is composed of, for example, a CMOS inverter. The feedback circuit 410 includes, for example, a piezoelectric vibrator 300, a resistor 403, and two capacitors 404 and 405. A voltage E is applied to the amplifier 401 from a DC power supply. When the power supply voltage E is increased and the oscillation start voltage is reached, the current I increases rapidly and oscillation starts. When the power supply voltage E is further increased, the current I increases almost proportionally while maintaining the oscillation state.

図18は、本実施形態に係る発振器500を概略的に示す平面図であり、図19は、発振器500を概略的に示す断面図である。なお、図19は、図18のX−X線断面図である。また、図17および図19では便宜上、圧電振動子300を簡略化して示している。   FIG. 18 is a plan view schematically showing the oscillator 500 according to the present embodiment, and FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing the oscillator 500. FIG. 19 is a sectional view taken along line XX of FIG. 17 and 19 show the piezoelectric vibrator 300 in a simplified manner for convenience.

発振器500は、封止材502により封止されている。IC(集積回路)503は、金
線などのボンディングワイヤ504により外部端子570に接続されている。外部端子570は、リードフレーム505および接合材506を介して、実装端子541と電気的に接続されている。実装端子541は、配線(図示せず)などにより、圧電振動子300の各電極と電気的に接続されている。圧電振動子300は、蓋部材539やシール部材540などにより封止されている。
The oscillator 500 is sealed with a sealing material 502. The IC (integrated circuit) 503 is connected to the external terminal 570 by a bonding wire 504 such as a gold wire. The external terminal 570 is electrically connected to the mounting terminal 541 via the lead frame 505 and the bonding material 506. The mounting terminal 541 is electrically connected to each electrode of the piezoelectric vibrator 300 by wiring (not shown). The piezoelectric vibrator 300 is sealed with a lid member 539, a seal member 540, and the like.

図20は、本実施形態に係る発振器500の製造工程例を概略的に示す図である。   FIG. 20 is a diagram schematically showing a manufacturing process example of the oscillator 500 according to the present embodiment.

まず、ICウェハに対してテープ貼りおよびダイシングを行う。次に、IC503のチップをリードフレーム505に搭載する。次に、ボンディングワイヤ504を用いてIC503に対してワイヤボンディングを行う。   First, tape attachment and dicing are performed on the IC wafer. Next, the chip of the IC 503 is mounted on the lead frame 505. Next, wire bonding is performed on the IC 503 using the bonding wires 504.

次に、圧電振動子300の実装端子541を、半田などの接合材506を用いてリードフレーム505に接合して、圧電振動子300をマウントする。次に、封止材(モールド材)502を用いて、圧電振動子300、IC503などを樹脂封止する。その後、特性検査、マーキングを行い、テーピング、梱包し、出荷される。   Next, the mounting terminal 541 of the piezoelectric vibrator 300 is joined to the lead frame 505 using a joining material 506 such as solder, and the piezoelectric vibrator 300 is mounted. Next, the piezoelectric vibrator 300, the IC 503, and the like are resin-sealed using a sealing material (mold material) 502. After that, characteristic inspection and marking are performed, taping, packing, and shipment.

また、図示はしないが、例えば、圧電振動子300が形成される基板10(図3参照)に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子300に平面的に隣接するICを形成し、本実施形態に係る発振器を形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型の発振器を形成することができる。   Although not shown, for example, an IC that is planarly adjacent to the piezoelectric vibrator 300 is formed on the substrate 10 (see FIG. 3) on which the piezoelectric vibrator 300 is formed using a semiconductor process. An oscillator according to the above can also be formed. Thereby, the package can be omitted, and a one-chip type oscillator can be formed.

6.リアルタイムクロック600
次に、本発明にかかる電子機器の一例としてリアルタイムクロック600を説明する。
6). Real time clock 600
Next, a real time clock 600 will be described as an example of the electronic apparatus according to the present invention.

図21は、上述した発振器(OSC)500を有するリアルタイムクロック600を概略的に示す回路ブロック図である。リアルタイムクロック600の集積回路部は、単一の基板601に集積され、マイクロプロセッサ(図示せず)と接続されている。   FIG. 21 is a circuit block diagram schematically showing a real-time clock 600 having the oscillator (OSC) 500 described above. The integrated circuit portion of the real-time clock 600 is integrated on a single substrate 601 and connected to a microprocessor (not shown).

計時用接続端子602,603に接続されている発振器500からは高周波(例えば32kHz)のクロックパルスが出力される。クロックパルスは分周回路605で分周され、1Hzの計時パルスが計時カウンタ606に入力される。計時カウンタ606は、例えば、秒計時ビットsと、分計時ビットmと、時計時ビットhと、曜日計時ビットdと、日計時ビットDと、月計時ビットMと、年計時ビットYとから構成されている。所定数の計時パルスが計時カウンタ606に入力されると、それぞれの計時ビットは繰り上がることができる。計時カウンタ606には、計時ビットの書き換えおよび読み出しを行う制御部620が接続されている。制御部620は、例えば、コマンドデコーダ612と、シフトレジスタ609,610と、を有することができる。   A clock pulse of high frequency (for example, 32 kHz) is output from the oscillator 500 connected to the timing connection terminals 602 and 603. The clock pulse is frequency-divided by the frequency dividing circuit 605, and a time measuring pulse of 1 Hz is input to the time counting counter 606. The clock counter 606 includes, for example, a second clock bit s, a minute clock bit m, a clock clock bit h, a day clock bit d, a daily clock bit D, a monthly clock bit M, and an annual clock bit Y. Has been. When a predetermined number of timing pulses are input to the timing counter 606, each timing bit can be incremented. Connected to the time counter 606 is a control unit 620 that rewrites and reads time bits. For example, the control unit 620 can include a command decoder 612 and shift registers 609 and 610.

計時カウンタ606の計時ビットを書き換える場合には、まず、マイクロプロセッサからセレクト入力端子607にセレクト信号を供給する。次に、マイクロプロセッサからデータ入力端子608に、書き換えるべき情報を表すデータビットと、計時ビットのアドレスを表すアドレスビットと、計時カウンタ606への書き込み動作を表す操作ビットとから構成される外部情報を供給する。その結果、外部情報は、直列に接続されたシフトレジスタ609,610に記憶される。そして、コマンドデコーダ612は、シフトレジスタ610に記憶された操作ビットとアドレスビットに基づき、ライトイネーブル信号を計時カウンタ606に送出するとともに、計時ビットを指定するアドレス信号を出力する。その結果、シフトレジスタ609に記憶されたデータビットが計時カウンタ606の計時ビットに書き込まれ、リアルタイムデータの書き換えが行われる。   When rewriting the clock bit of the clock counter 606, first, a select signal is supplied from the microprocessor to the select input terminal 607. Next, external information composed of a data bit representing information to be rewritten, an address bit representing the address of the timekeeping bit, and an operation bit representing a write operation to the timekeeping counter 606 is input from the microprocessor to the data input terminal 608. Supply. As a result, the external information is stored in the shift registers 609 and 610 connected in series. Then, the command decoder 612 sends a write enable signal to the time counter 606 based on the operation bit and address bit stored in the shift register 610 and outputs an address signal designating the time bit. As a result, the data bits stored in the shift register 609 are written into the timekeeping bits of the timekeeping counter 606, and real-time data is rewritten.

また、計時カウンタ606からリアルタイムデータを読み出す場合には、マイクロプロ
セッサから、読み出し動作を表す操作ビットを有する外部情報を送出させる。そして、コマンドデコーダ612は、計時カウンタ606へのライトイネーブル信号をインアクティブ状態にする。その結果、インバータ613がアクティブ状態のライトイネーブル信号をシフトレジスタ609に供給し、シフトレジスタ609が読み込み可能状態になり、計時カウンタ606の内容はシフトレジスタ609に読み出される。シフトレジスタ609に読み出されたリアルタイムデータは、クロック入力端子614に印加されるクロック信号に同期して、データ出力端子615に転送され、例えばマイクロプロセッサのレジスタなどに送出される。
When real-time data is read from the time counter 606, external information having an operation bit indicating a read operation is transmitted from the microprocessor. Then, the command decoder 612 sets the write enable signal to the time counter 606 to an inactive state. As a result, the inverter 613 supplies the write enable signal in the active state to the shift register 609, the shift register 609 becomes ready for reading, and the contents of the time counter 606 are read to the shift register 609. The real-time data read to the shift register 609 is transferred to the data output terminal 615 in synchronization with the clock signal applied to the clock input terminal 614, and is sent to, for example, a microprocessor register.

なお、例えば計算結果などのデータは、ランダムアクセスメモリ(RAM)616に記憶させることができる。   For example, data such as calculation results can be stored in a random access memory (RAM) 616.

図22は、本実施形態に係るリアルタイムクロック600を概略的に示す上面透視図であり、図23は、リアルタイムクロック600を概略的に示す側面透視図である。なお、図23は、図22の矢印XIVの方向に見た図である。   FIG. 22 is a top perspective view schematically showing the real-time clock 600 according to the present embodiment, and FIG. 23 is a side perspective view schematically showing the real-time clock 600. FIG. 23 is a view seen in the direction of arrow XIV in FIG.

発振回路などを有するICチップ651は、リードフレーム652のアイランド部653に導電性接着剤などで接着固定されている。ICチップ651の上面に設けられた各電極パッド654は、ボンディングワイヤ655により、パッケージの外周部に配置された入出力用リード端子656と電気的に接続されている。平面視において、ICチップ651の隣には、圧電振動子300を内部に収めている振動子用筐体657が配置されている。振動子用筐体657内には、例えば図1ないし図3に示す圧電振動子300が気密状態で封止されている。圧電振動子300の各電極に電気的に接続されたリード658は、振動子用筐体657内から外に突出している。リード658は、リードフレーム652の接続パッド659に導電性接着剤などで接着固定されている。ICチップ651、リードフレーム652および振動子用筐体657は、樹脂660により一体成形されてパッケージ化されている。   An IC chip 651 having an oscillation circuit or the like is bonded and fixed to the island portion 653 of the lead frame 652 with a conductive adhesive or the like. Each electrode pad 654 provided on the upper surface of the IC chip 651 is electrically connected to an input / output lead terminal 656 disposed on the outer periphery of the package by a bonding wire 655. In a plan view, a vibrator housing 657 in which the piezoelectric vibrator 300 is housed is disposed next to the IC chip 651. In the vibrator housing 657, for example, the piezoelectric vibrator 300 shown in FIGS. 1 to 3 is sealed in an airtight state. The lead 658 electrically connected to each electrode of the piezoelectric vibrator 300 protrudes from the vibrator housing 657 to the outside. The lead 658 is bonded and fixed to the connection pad 659 of the lead frame 652 with a conductive adhesive or the like. The IC chip 651, the lead frame 652, and the vibrator housing 657 are integrally molded with a resin 660 and packaged.

また、図示はしないが、例えば、圧電振動子300が形成される基体10(図3参照)に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子300に平面的に隣接するICを形成し、本実施形態に係るリアルタイムクロックを形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型のリアルタイムクロックを形成することができる。   Although not shown, for example, an IC that is planarly adjacent to the piezoelectric vibrator 300 is formed on the base body 10 (see FIG. 3) on which the piezoelectric vibrator 300 is formed using a semiconductor process. It is also possible to form a real-time clock according to the above. As a result, the package can be omitted, and a one-chip real-time clock can be formed.

7.電波時計受信モジュール800
次に、本発明の電子機器の一例である電波時計受信モジュール800を説明する。
7). Radio clock receiver module 800
Next, a radio clock receiver module 800 that is an example of the electronic apparatus of the invention will be described.

図24は、本実施形態に係る電波時計受信モジュール800を概略的に示す回路ブロック図である。   FIG. 24 is a circuit block diagram schematically showing the radio clock receiver module 800 according to the present embodiment.

電波時計受信モジュール800は、受信部801と、周波数フィルタ805と、周辺回路810と、上述したリアルタイムクロック(RTC)600と、を含む。周波数フィルタ805は、例えば上述した圧電振動子300と同様の圧電振動子400(400A,400B)を有する。周辺回路810は、例えば、検波・整流回路806と、波形整形回路807と、中央演算処理装置(CPU)808と、を有することができる。   The radio clock receiver module 800 includes a receiver 801, a frequency filter 805, a peripheral circuit 810, and the above-described real time clock (RTC) 600. The frequency filter 805 includes, for example, a piezoelectric vibrator 400 (400A, 400B) similar to the piezoelectric vibrator 300 described above. The peripheral circuit 810 can include, for example, a detection / rectification circuit 806, a waveform shaping circuit 807, and a central processing unit (CPU) 808.

電波時計は、時刻情報を含む標準電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。日本国内には、福島県(40kHz)と佐賀県(60kHz)に標準電波を送信する送信所がある。   The radio timepiece is a timepiece having a function of receiving a standard radio wave including time information and automatically correcting and displaying the correct time. In Japan, there are transmitting stations that transmit standard radio waves to Fukushima Prefecture (40 kHz) and Saga Prefecture (60 kHz).

受信部(例えばアンテナ)801は、40kHzまたは60kHzの長波の標準電波を受信する。標準電波は、40kHzまたは60kHzの搬送波に振幅変調(AM)をかけ
て時刻情報(タイムコード)を乗せたものである。
A receiving unit (for example, an antenna) 801 receives a long standard wave of 40 kHz or 60 kHz. The standard radio wave is obtained by applying time modulation (AM) to a carrier wave of 40 kHz or 60 kHz and carrying time information (time code).

受信された電気信号は、アンプ802によって増幅され、搬送周波数と同一の共振周波数を有する圧電振動子400A,400Bを有する周波数フィルタ805によって、濾波、同調される。濾波された電気信号からは、周辺回路810により、タイムコードを読み出すことができる。具体的には、まず、濾波された所定周波数の信号は、検波・整流回路806により検波復調される。そして、波形整形回路807を介してタイムコードが取り出され、CPU808でカウントされる。CPU808では、例えば、現在の年、積算日、曜日、時刻などの情報が読み取られる。読み取られた情報は、RTC600に反映されて、正確な時刻情報が表示される。   The received electrical signal is amplified by the amplifier 802, and is filtered and tuned by the frequency filter 805 having the piezoelectric vibrators 400A and 400B having the same resonance frequency as the carrier frequency. From the filtered electrical signal, the peripheral circuit 810 can read the time code. Specifically, first, a filtered signal having a predetermined frequency is detected and demodulated by a detection / rectification circuit 806. Then, the time code is taken out via the waveform shaping circuit 807 and counted by the CPU 808. The CPU 808 reads information such as the current year, accumulated date, day of the week, and time, for example. The read information is reflected on the RTC 600, and accurate time information is displayed.

搬送波は40kHzまたは60kHzであるから、周波数フィルタ805の圧電振動子400A,400Bには、本発明に係る圧電振動子が好適である。   Since the carrier wave is 40 kHz or 60 kHz, the piezoelectric vibrator according to the present invention is suitable for the piezoelectric vibrators 400A and 400B of the frequency filter 805.

また、図示はしないが、例えば、圧電振動子400が形成される基体10(図11参照)に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子400に平面的に隣接するICを形成し、本実施形態に係る電波時計受信モジュールを形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型の電波時計受信モジュールを形成することができる。   Although not shown, for example, an IC that is planarly adjacent to the piezoelectric vibrator 400 is formed by using a semiconductor process on the base body 10 (see FIG. 11) on which the piezoelectric vibrator 400 is formed. It is also possible to form a radio clock receiver module according to the above. As a result, the package can be omitted, and a one-chip radio timepiece receiving module can be formed.

また本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

本発明にかかる圧電振動子300を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the piezoelectric vibrator 300 concerning this invention. 第1開口部H1および振動部100を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the 1st opening part H1 and the vibration part 100. FIG. 本発明にかかる圧電振動子300を模式的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric vibrator 300 according to the present invention. 本発明にかかる圧電振動子301を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the piezoelectric vibrator 301 concerning this invention. 本発明にかかる圧電振動子301を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric vibrator 301 concerning this invention. 本発明にかかる圧電振動子302を模式的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric vibrator 302 according to the present invention. 第1開口部H1および振動部100を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the 1st opening part H1 and the vibration part 100. FIG. 本発明の圧電振動子300の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric vibrator 300 of this invention. 本発明の圧電振動子300の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric vibrator 300 of this invention. 本発明の圧電振動子300の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric vibrator 300 of this invention. 本発明の圧電振動子300の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric vibrator 300 of this invention. 本発明の圧電振動子300の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric vibrator 300 of this invention. 本発明の圧電振動子300の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric vibrator 300 of this invention. 本発明の圧電振動子の製造工程の変形例を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the modification of the manufacturing process of the piezoelectric vibrator of this invention. 本発明の圧電振動子の製造工程の変形例を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the modification of the manufacturing process of the piezoelectric vibrator of this invention. 本発明の圧電振動子の製造工程の変形例を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the modification of the manufacturing process of the piezoelectric vibrator of this invention. 本発明の発振器500の基本的構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the basic composition of the oscillator 500 of this invention. 本発明の発振器500を概略的に示す平面図。The top view which shows roughly the oscillator 500 of this invention. 本発明の発振器500を概略的に示す断面図。A sectional view showing roughly oscillator 500 of the present invention. 本発明の発振器500の製造工程例を概略的に示す図。The figure which shows schematically the example of a manufacturing process of the oscillator 500 of this invention. 本発明のリアルタイムクロック600を概略的に示す回路ブロック図。The circuit block diagram which shows schematically the real-time clock 600 of this invention. 本発明のリアルタイムクロック600を概略的に示す上面透視図。FIG. 3 is a top perspective view schematically showing a real-time clock 600 of the present invention. 本発明のリアルタイムクロック600を概略的に示す側面透視図。FIG. 3 is a side perspective view schematically showing the real-time clock 600 of the present invention. 本発明の電波時計受信モジュール800を概略的に示す回路ブロック図。The circuit block diagram which shows schematically the radio timepiece receiving module 800 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板、20 第1絶縁体層、30,30a 第2絶縁体層、
40,40a 振動部形成層、50 下部電極、50a 下部電極層、
60,60a 圧電体層、70 上部電極、70a 上部電極層、75 圧電素子、
80,80a シリコン層、100 振動部、110 ビーム結合部、111 基部、
120 ビーム部、200 駆動部、H1 第1開口部、H2 第2開口部、
300,301,302 圧電振動子、400 圧電振動子、401 増幅器、
403 抵抗、404,405 コンデンサ、410 帰還回路、500 発振器、
502 封止材、503 IC、504 ボンディングワイヤ、
505 リードフレーム、506 接合材、539 蓋部材、540 シール部材、
541 実装端子、570 外部端子、600 リアルタイムクロック、601 基板、
602,603 計時用接続端子、605 分周回路、606 計時カウンタ、
607 セレクト入力端子、608 データ入力端子、
609,610 シフトレジスタ、612 コマンドデコーダ、613 インバータ、
614 クロック入力端子、615 データ出力端子、620 制御部、
651 ICチップ、652 リードフレーム、653 アイランド部、
654 電極パッド、655 ボンディングワイヤ、656 入出力用リード端子、
657 振動子用筐体、658 リード、659 接続パッド、660 樹脂、
800 電波時計受信モジュール、801 受信部、802 アンプ、
805 周波数フィルタ、806 検波・整流回路、807 波形整形回路、
808 CPU、810 周辺回路
10 substrate, 20 first insulator layer, 30, 30a second insulator layer,
40, 40a vibration part forming layer, 50 lower electrode, 50a lower electrode layer,
60, 60a piezoelectric layer, 70 upper electrode, 70a upper electrode layer, 75 piezoelectric element,
80, 80a Silicon layer, 100 vibrating part, 110 beam coupling part, 111 base part,
120 beam part, 200 drive part, H1 1st opening part, H2 2nd opening part,
300, 301, 302 Piezoelectric vibrator, 400 Piezoelectric vibrator, 401 Amplifier,
403 resistor, 404, 405 capacitor, 410 feedback circuit, 500 oscillator,
502 sealing material, 503 IC, 504 bonding wire,
505 Lead frame, 506 bonding material, 539 lid member, 540 seal member,
541 mounting terminal, 570 external terminal, 600 real time clock, 601 board,
602, 603 Timekeeping connection terminal, 605 frequency divider, 606 time counter,
607 select input terminal, 608 data input terminal,
609, 610 shift register, 612 command decoder, 613 inverter,
614 clock input terminal, 615 data output terminal, 620 control unit,
651 IC chip, 652 lead frame, 653 island part,
654 electrode pad, 655 bonding wire, 656 input / output lead terminal,
657 vibrator housing, 658 lead, 659 connection pad, 660 resin,
800 radio clock receiver module, 801 receiver, 802 amplifier,
805 frequency filter, 806 detector / rectifier circuit, 807 waveform shaping circuit,
808 CPU, 810 peripheral circuit

Claims (10)

基板と、
前記基板の上方に形成された第1絶縁体層と、
前記第1絶縁体層の上に形成された第2絶縁体層と、
前記第2絶縁体層の上に形成された振動部形成層と、
前記振動部形成層を貫通する第1開口部と、
前記第1開口部内に前記振動部形成層を片持ち梁状に形成してなる振動部と、
前記第2絶縁体層を貫通し、前記第1開口部と前記振動部の下に形成された第2開口部と、
前記振動部の上に形成された圧電素子部と、
を有し、
前記振動部形成層は、酸化物、窒化物および酸化窒化物から選ばれる少なくとも1種からなる層を有する、圧電振動子。
A substrate,
A first insulator layer formed above the substrate;
A second insulator layer formed on the first insulator layer;
A vibrating portion forming layer formed on the second insulator layer;
A first opening penetrating the vibration part forming layer;
A vibrating part formed by forming the vibrating part forming layer in a cantilever shape in the first opening;
A second opening formed through the second insulator layer and below the first opening and the vibrating part;
A piezoelectric element formed on the vibrating part;
Have
The vibration part forming layer is a piezoelectric vibrator having a layer made of at least one selected from oxide, nitride, and oxynitride.
請求項1において、
平面視において、前記振動部の基端側にある第2開口部の輪郭線は、前記振動部と前記振動部形成層との境界線よりも内側にある、圧電振動子。
In claim 1,
In a plan view, the contour line of the second opening on the base end side of the vibration part is a piezoelectric vibrator that is located inside a boundary line between the vibration part and the vibration part forming layer.
請求項1または請求項2において、
前記第2絶縁体層と前記振動部形成層とが連続している、圧電振動子。
In claim 1 or claim 2,
A piezoelectric vibrator in which the second insulator layer and the vibration part forming layer are continuous.
請求項1または請求項3のいずれかにおいて、
前記振動部は、ビーム結合部と前記ビーム結合部から伸びる複数本のビーム部を有する、圧電振動子。
In either claim 1 or claim 3,
The vibration unit is a piezoelectric vibrator having a beam coupling unit and a plurality of beam units extending from the beam coupling unit.
基板の上に第1絶縁体層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層の上にパターニングされた第2絶縁体層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層と前記第2絶縁体層を覆うようにシリコン層を形成する工程と、
前記シリコン層の上面を研磨して前記第2絶縁体層を露出させる工程と、
前記シリコン層と前記第2絶縁体層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第1開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定された片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第2開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第2開口部を形成する工程は、前記第1開口部を介してエッチングガスを供給して行われる、圧電振動子の製造方法。
Forming a first insulator layer on the substrate;
Forming a patterned second insulator layer on the first insulator layer;
Forming a silicon layer so as to cover the first insulator layer and the second insulator layer;
Polishing the upper surface of the silicon layer to expose the second insulator layer;
Forming a vibration part forming layer on the silicon layer and the second insulator layer;
Forming a piezoelectric element part on the vibration part forming layer;
Forming a first opening that penetrates the vibrating part forming layer and forming a cantilever-like vibrating part fixed to the vibrating part forming layer;
Forming a second opening by dry etching the silicon layer;
Have
The method of manufacturing a piezoelectric vibrator, wherein the step of forming the second opening is performed by supplying an etching gas through the first opening.
基板の上に第1絶縁体層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層と前記シリコン層とを覆うように第2絶縁体層を形成する工程と、
前記第2絶縁体層の上面を研磨して前記シリコン層を露出させる工程と、
前記第2絶縁体層と前記シリコン層の上に振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第1開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定された片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第2開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第2開口部を形成する工程は、前記第1開口部を介してエッチングガスを供給して行われる、圧電振動子の製造方法。
Forming a first insulator layer on the substrate;
Forming a patterned silicon layer on the first insulator layer;
Forming a second insulator layer so as to cover the first insulator layer and the silicon layer;
Polishing the upper surface of the second insulator layer to expose the silicon layer;
Forming a vibration part forming layer on the second insulator layer and the silicon layer;
Forming a piezoelectric element part on the vibration part forming layer;
Forming a first opening that penetrates the vibrating part forming layer and forming a cantilever-like vibrating part fixed to the vibrating part forming layer;
Forming a second opening by dry etching the silicon layer;
Have
The method of manufacturing a piezoelectric vibrator, wherein the step of forming the second opening is performed by supplying an etching gas through the first opening.
基板の上に第1絶縁体層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層の上にパターニングされたシリコン層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層と前記シリコン層を覆うように振動部形成層を形成する工程と、
前記振動部形成層の上面を平坦化する工程と、
前記振動部形成層の上に圧電素子部を形成する工程と、
前記振動部形成層を貫通する第1開口部を形成するとともに、前記振動部形成層に固定された片持ち梁状の振動部を形成する工程と、
前記シリコン層をドライエッチングして第2開口部を形成する工程と、
を有し、
前記第2開口部を形成する工程は、前記第1開口部を介してエッチングガスを供給して行われる、圧電振動子の製造方法。
Forming a first insulator layer on the substrate;
Forming a patterned silicon layer on the first insulator layer;
Forming a vibration part forming layer so as to cover the first insulator layer and the silicon layer;
Flattening the upper surface of the vibration part forming layer;
Forming a piezoelectric element part on the vibration part forming layer;
Forming a first opening that penetrates the vibrating part forming layer and forming a cantilever-like vibrating part fixed to the vibrating part forming layer;
Forming a second opening by dry etching the silicon layer;
Have
The method of manufacturing a piezoelectric vibrator, wherein the step of forming the second opening is performed by supplying an etching gas through the first opening.
請求項5ないし請求項7のいずれかにおいて、
前記シリコン層は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンおよび単結晶シリコンのいずれかで形成される、圧電振動子の製造方法。
In any one of Claim 5 thru | or 7,
The method for manufacturing a piezoelectric vibrator, wherein the silicon layer is formed of any one of amorphous silicon, polycrystalline silicon, and single crystal silicon.
請求項5ないし請求項8のいずれかにおいて、
前記ドライエッチングは、エッチングガスとして、XeF、ClF、BrF、IF、およびIFの少なくとも1種を用いる、圧電振動子の製造方法。
In any one of Claim 5 thru | or 8,
The dry etching is a method for manufacturing a piezoelectric vibrator using, as an etching gas, at least one of XeF 2 , ClF 3 , BrF 3 , IF 3 , and IF 5 .
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の圧電振動子を有する電子機器。   An electronic apparatus having the piezoelectric vibrator according to claim 1.
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