机电共振器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种机电共振器及其制造方法。该机电共振器包括一共振器部，该共振器部包含固定电极以及与该固定电极以间隙分离地形成的振动器。该间隙具有沿该固定电极的厚度方向布置的第一间隙区域和第二间隙区域。该第一间隙区域的宽度不同于该第二间隙区域的宽度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用MEMS(微机电系统)制作的。技术背景在相关机电装置中，应用了使用各种驱动系统来使振动器工作的配置。 相对于基板平行地平移的机电元件被用于许多装置。为了机械地操纵这种机 电装置的振动器，需要一布置于振动器侧面上的固定电极的输入/输出端子。人们已经提出通过改变机电装置内电极的厚度来改变振动模式的方法。例如，提出如非专利文献l中所描述的机电共振器。如图18A和18B所示，该机电共振器包括梁状的振动器，其两端被支 撑成为自由段。均匀的空气间隙53形成于设于基板50上的固定电极51和 振动器52之间。静电力作用于该空气间隙内以控制该振动器机械地振动。 尽管共振频率主要由依赖于固定电极51电极布置的振动模式来决定，然而 在如图18A所示的配置中，其中输入和输出端子的两个电极51布置于振动 器52的下层内，二阶弯曲振动模式被激励(图18B)。当三个电极51布置 于振动器52的下层内时，三阶弯曲振动模式在高于二阶模式的共振频率下 被激励。电极布置的置位意味着，振动模式视电极51相对于振动波腹 (antinode ) ^f立置的布置而不同。因此，对于需要具有各种共振频率的机电共振器的情形，则需要使得固 定电极的尺寸和布置依赖于将被激励的振动模式是可变的。此外，需要一种 简单地制造这种电极的制造方法。专利文献1描述了一种制造电子枪和纳米线的方法，并^(吏用其中牺牲层 和电极层形成于三角形截面结构的上层内的结构。该制造方法通过应用抗蚀 剂厚膜并回蚀刻，使得电极的顶点凸出并除去电极的凸出部分以形成最终电 极。电极形成于该结构的每个侧面上，且电极作为输入和输出端子。使用如专利文献1所述的用于制作的制造方法，在使用一个工艺步骤形 成的电极层内同时形成多个固定电极，则可以形成单一层内布置于振动器侧面上的固定电极。M. Demirci, C.T.-C. Nguyen, "Higher-mode Free-Free Beam Micromechanical Resonators," Proceeding, 2003 IEEE Int. Frequency Control Symposium, Tampa， Florida, May 5-8， 2003， pp. 810-818.JP-A-06-310029非专利文献l中描述的垂直驱动类型的共振器依赖于固定电极的布置来 决定选定振动模式的共振频率。在该配置中，电极仅形成于振动器的下层内。 因此，电极被约束在受限的位置。专利文献1使用这样的配置，其中电极布置于振动器的侧面上，且电极 在基板上被平行地驱动。这种方法解决了非专利文献l的问题。然而，在专 利文献l中，布置于该结构每个侧面上的电极的高度是由制造工艺中抗蚀剂 回蚀刻的控制时间来决定，因此需要复杂的膜厚控制以改变电极高度。难以 独立地控制多个固定电极的膜厚。通过这种方法，需要具有多层电极配置。 多层配置增加了工艺数目而使制造方法变得复杂，制造成本增加。对于平行驱动类型的机电共振器设有专利文献1的配置的情形，需要除 去振动器下层内的牺牲层以形成释放的结构。图19示出该机电共振器的截 面。振动器56下层内的牺牲层54在图19中被除去。对于电极56薄的情形， 电极55下层内的牺牲层54同时被蚀刻。结果，电极内会发生底切。这导致 的问题为，电极55粘附并固定到基板57且电极55被输入信号激励。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够根据需要改变电极高度并维持电极强度 的平行驱动类型的机电共振器。为了解决这些问题，本专利技术提供了一种机电共振器，其包括形成于单一 层内的多个固定电极以及以间隙布置于该固定电极之间的振动器。该间隙的 一部分大于该间隙的另一部分。换言之，本专利技术提供了一种机电共振器，其 包括共振器部，该共振器部包含固定电极以及与该固定电极以间隙分离地形 成的振动器。该间隙具有沿固定电极的厚度方向布置的第 一 间隙区域和第二 间隙区域。该第一间隙区域的宽度不同于第二间隙区域的宽度。固定电极的厚度方向是指固定电极的层叠方向，且对应于该间隙的长度 方向。间隙的长度方向垂直于间隙的宽度方向。这允许自由选择显著的间隙宽度。因此仅通过调整间隙宽度可以形成具有期望共振频率的机电共振器。 可以形成该固定电极而不减小其厚度。因此可以维持该固定电极的强度。这 里不存在上述的电极粘附到基板或者固定电极被输入信号激励的这样缺点。优选地，该第一间隙区域的宽度固定。该第二间隙区域具有足以忽略该 固定电极和该振动器之间的电容的宽度。釆用这种配置，仅该第一间隙区域用做工作区域，因此可以有利于制作 该机电共振器的设计。即使对于具有不同共振频率的多个共振器部形成于同 一基板上的情形，仅通过调整凹槽等的宽度即可改变该第一间隙区域的尺寸 并改变该共振频率，由此允许容易的设计工作。优选地，该固定电极具有第一固定电极和第二固定电极。该振动器以间 隙布置于该第 一 固定电极和该第二固定电极之间。优选地，该间隙^5l具有空气间隙。优选地，该间隙具有空气间隙和介质间隙。优选地，该间隙仅具有介质间隙。优选地，该振动器是由单晶硅制成。优选地，该振动器是由多晶硅制成。优选地，该固定电极通过预定支持部形成于基板上。该振动器的侧面相 对于该基板的表面倾斜。优选地，该固定电极通过预定支持部形成于基板上。该振动器的侧面垂 直于该基4反的表面。优选地，该固定电极的厚度大于该振动器的厚度。优选地，该固定电极的厚度等于该振动器的厚度。优选地，该固定电极的厚度小于该振动器的厚度。优选地，形成于基^1上的多个共振器部分别具有不同的共振频率。 优选地，该共振器部包含第一共振器部和第二共振器部，每个共振器部具有该固定电极和该振动器。该第 一共振器部的第 一 间隙区域的宽度不同于该第二共振器部的第 一 间隙区域的宽度。本专利技术提供了一种机电共振器的制造方法，包括在基板上形成第一电 极；在该第一电极上形成绝缘膜；在该绝缘膜上形成导电层并平整化该导电 层以形成第二电极；以及在该第一电极和该第二电极之间形成间隙。该第一 电极和该第二电极之一为固定电极，该第一电极和该第二电极的另一个为振动器。该间隙具有沿该固定电极的厚度方向布置的第一间隙区域和第二间隙 区域。该第一间隙区域的宽度不同于该第二间隙区域的宽度。也就是说，该 固定电极和该振动器之一被图案化以形成用于牺牲层的绝缘膜。用于另 一 电 极的该导电层形成于该绝缘膜的上层内。随后，该绝缘膜被除去以形成固定 宽度的间隙，且另外形成一凹槽从而形成宽度比固定宽度的该间隙宽的间 隙。采用这种工艺，可以容易地形成间隙宽度沿厚度方向变化的机电共振器。 尽管通常振动器首先被图案化，但固定电极可以首先被图案化。本专利技术还包括工艺在振动器的上层内形成绝缘膜；在该绝缘膜的上层 内形成导电层并平整化该膜；在该电极层上形成掩模图案并沿与基板表面垂 直的方向蚀刻该层以形成凹槽；在该凹槽的侧面上形成保护膜，以选择性除 去该导电层并形成固定电极的图案。本专利技术还包括工艺在基板上形成凹槽；在该凹槽上形成膜；使用导电 层填充该凹槽；以及通过沿该基板上的倾斜方向蚀刻该导电层，形成到达该 绝缘层的该凹槽。釆用上述配置，提供了一种调适多个共振频率并具有高强度的固定电极 的机电共振器。采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机电共振器，包括：共振器部，包含固定电极以及与所述固定电极以间隙分离地形成的振动器，其中所述间隙具有沿所述固定电极的厚度方向布置的第一间隙区域和第二间隙区域，以及其中所述第一间隙区域的宽度不同于所述第二间隙区域的宽度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：桥村昭范，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]