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JP4645227B2 - Vibrator structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP4645227B2 - Vibrator structure and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は振動子構造体及びその製造方法に係り、特に、MEMS(Micro Electro Mechanical System)と呼ばれる半導体製造技術を用いて作製された微小な機能素子として構成する場合に好適な振動子の構造に関する。   The present invention relates to a vibrator structure and a method for manufacturing the vibrator structure, and more particularly to a vibrator structure suitable for a structure as a minute functional element manufactured using a semiconductor manufacturing technique called MEMS (Micro Electro Mechanical System). .

一般に、共振子などの振動子デバイスは、その振動特性に応じて、基準信号を発生する発振器や所望帯域の電気信号を排除するためのフィルタ(例えば、バンドパスフィルタやローパスフィルタなど)等において利用されている。   In general, a resonator device such as a resonator is used in an oscillator that generates a reference signal or a filter for eliminating an electric signal in a desired band (for example, a band-pass filter or a low-pass filter) according to its vibration characteristics. Has been.

近年、これまで主に使用されてきた水晶や誘電体を使用した振動子・共振子とは異なる新たな種類の振動子が種々提案されるようになってきており、その一つとしてMEMS振動子がある。MEMSは、Micro Electro Mechanical Systemの略称であり、その包含する概念範囲には種々の解釈があって、マイクロマシン、MST(Micro System Technology)と呼ばれる場合もあるが、通常、「半導体製造技術を用いて作製された微小な機能素子」を意味するものとされる。   In recent years, various new types of vibrators different from vibrators / resonators using crystals and dielectrics that have been mainly used so far have been proposed, one of which is a MEMS vibrator. There is. MEMS is an abbreviation for Micro Electro Mechanical System, and there are various interpretations in the concept range encompassed by it. There are cases where it is called a micromachine or MST (Micro System Technology). The term “fabricated micro functional element” is meant.

MEMS振動子は微細加工されたシリコンにより構成される。その製法としては、SOI(Semiconductor On Insulator)基板の表層半導体領域(表層シリコン)をエッチング等で加工することによって形成する方法、シリコン基板上に酸化膜や多結晶シリコンなどの表面構造体(薄膜)を形成し、この表面構造体をエッチング加工することによって形成する方法などが一般的である。このようにして形成されたMEMS振動子は、MEMSアクチュエータと同様の電気機械的な原理、例えば、静電駆動、電磁駆動、熱駆動などによって駆動される。   The MEMS vibrator is made of finely processed silicon. As its manufacturing method, a surface layer semiconductor region (surface layer silicon) of an SOI (Semiconductor On Insulator) substrate is formed by etching or the like, and a surface structure (thin film) such as an oxide film or polycrystalline silicon on the silicon substrate. In general, the surface structure is formed by etching the surface structure. The MEMS vibrator formed in this way is driven by the same electromechanical principle as that of the MEMS actuator, for example, electrostatic driving, electromagnetic driving, thermal driving and the like.

従来のMEMS振動子の代表例としては、基板面方向に振動する櫛型(Comb型)振動子と、基板厚さ方向に振動するビーム型(梁型)振動子とがあり、いずれも技術文献等によって広く知られている。ビーム型振動子としては、基板上に下部電極を形成し、この下部電極の上方に間隔を有して配置され、下部電極を跨ぐように両端が固定された帯状の上部電極を有するもの(Clamped-Clamped Beam)が以下の特許文献1などに開示されている。また、図9及び図10に示すように、基板1上に固定電極2と、これに対向する可動電極3を設け、可動電極3のうち固定電極2と対向する被動部3aが幅狭の左右2組合計4本の支持梁部3bで支持されてなるもの(Flee-Flee Beam)が以下の非特許文献1などに開示されている。支持梁部3bは配線4上に絶縁材料で構成された支持固定部5に固定され、これによって、可動電極3が上下に弾性振動可能な状態で支持された構造となっている。   Representative examples of conventional MEMS vibrators include a comb-type vibrator that vibrates in the substrate surface direction and a beam-type (beam-type) vibrator that vibrates in the substrate thickness direction, both of which are technical documents. Etc. are widely known. As a beam type vibrator, a lower electrode is formed on a substrate, a band-shaped upper electrode is arranged above the lower electrode with a gap and fixed at both ends so as to straddle the lower electrode (Clamped -Clamped Beam) is disclosed in Patent Document 1 below. 9 and 10, the fixed electrode 2 and the movable electrode 3 facing the fixed electrode 2 are provided on the substrate 1, and the movable part 3a of the movable electrode 3 facing the fixed electrode 2 has a narrow left and right side. Non-Patent Document 1 below discloses a structure in which two sets are supported by a total of four support beam portions 3b (Flee-Flee Beam). The support beam portion 3b is fixed to a support fixing portion 5 made of an insulating material on the wiring 4, and thereby the movable electrode 3 is supported in a state where it can be elastically vibrated up and down.

上記のビーム型振動子の駆動方法としては、上記のように可動状態で支持された可動電極と、この可動電極に対向配置された固定電極との間に電位差を与えることにより電界を形成し、これによって発生する静電吸引力によって駆動する静電駆動方式が多い。すなわち、可動電極と固定電極の間に駆動信号(交流電圧)を与えることによって生ずる静電吸引力の変化によって可動電極を振動させるようにしている。この場合、可動電極の材質、形状・寸法、支持構造などによって所定の固有振動数(共振周波数)が決定される。この共振周波数fは、概略、
f=(1/2π)・(k/m)0.5 … (1)
によって決定される。ここで、kは可動電極の振動部分のばね定数、mは振動部分の質量である。
特開平7−333077号公報 ケー・ワング、他2名 「VHF帯域フリー・フリー型高Q値微小メカニカル共振子」マイクロエレクトロメカニカルシステムズ、第347〜360頁、第9巻、第3号、2000年9月(K.Wang, A.C.Wong, and Clark T.C.Nguyen "VHF Free-Free Beam High-Q Micromechanical Resonators" Journal of Microelectromechanical Systems, Vol.9, No.3, September 2000)
As a driving method of the beam type vibrator, an electric field is formed by applying a potential difference between the movable electrode supported in a movable state as described above and a fixed electrode disposed opposite to the movable electrode, There are many electrostatic drive systems that are driven by the electrostatic attraction generated by this. That is, the movable electrode is vibrated by a change in electrostatic attraction force generated by applying a drive signal (AC voltage) between the movable electrode and the fixed electrode. In this case, a predetermined natural frequency (resonance frequency) is determined by the material, shape / size, support structure, etc. of the movable electrode. This resonance frequency f is roughly
f = (1 / 2π) · (k / m) 0.5 (1)
Determined by. Here, k is the spring constant of the vibrating part of the movable electrode, and m is the mass of the vibrating part.
JP 7-333077 A Kay Wang, et al. “VHF Band Free Free High-Q Microresonator”, Micro Electromechanical Systems, 347-360, Vol. 9, No. 3, September 2000 (K. Wang, (ACWong, and Clark TCNguyen "VHF Free-Free Beam High-Q Micromechanical Resonators" Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 9, No. 3, September 2000)

ところが、近年、電子回路及びこれを利用したシステム、例えば、無線通信分野の回路やシステムにおいては、複数の周波数を並列に、或いは、同時に使用するニーズが増えつつある。顕著な例としては、複数周波数に対応した携帯電話の出現がある。このような機器に対応するには、例えば、基準信号となるクロック信号を複数の周波数で生成できるように構成することが望まれる。   However, in recent years, in electronic circuits and systems using the same, for example, circuits and systems in the field of wireless communication, there is an increasing need to use a plurality of frequencies in parallel or simultaneously. A prominent example is the appearance of mobile phones that support multiple frequencies. In order to cope with such a device, for example, it is desirable to configure so that a clock signal serving as a reference signal can be generated at a plurality of frequencies.

しかしながら、前述のビーム型振動子では、上記(1)式によって共振周波数が決定されるため、共振周波数は振動子構造体一つにつき一つだけとなり、上記の複数の周波数に対応することができないという問題点がある。上記の構造で複数の周波数に対応させるには、複数のビーム型振動子を基板上に形成する必要があるため、装置の小型化に反するとともに、部品点数の増加などによる製造コストの上昇を招く場合がある。また、所定の構造寸法で一旦形成してしまった振動子では、その共振周波数を変更することができないので、種々の用途に柔軟に対応することができず、周波数を変更するには振動子構造の設計を最初からやり直す必要がある。   However, in the above-described beam type vibrator, since the resonance frequency is determined by the above equation (1), there is only one resonance frequency for each vibrator structure, and it is not possible to deal with the above-described plurality of frequencies. There is a problem. In order to cope with a plurality of frequencies with the above structure, it is necessary to form a plurality of beam-type vibrators on the substrate, which is contrary to downsizing of the apparatus and causes an increase in manufacturing cost due to an increase in the number of parts. There is a case. In addition, since the resonance frequency cannot be changed in a vibrator once formed with a predetermined structural dimension, it cannot be flexibly adapted to various applications. It is necessary to redo the design from the beginning.

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、ビーム型振動子において共振周波数の変更や調整を可能とすることにより、振動子の種々の用途への柔軟な対応が可能な振動子構造体を実現することにある。   Therefore, the present invention solves the above-described problems, and the problem is that the resonance frequency can be changed or adjusted in the beam type vibrator, so that the vibrator can be flexibly adapted to various uses. Is to realize a simple vibrator structure.

斯かる実情に鑑み、本発明の振動子構造体は、基板と、該基板上に形成された固定電極と、該固定電極と間隙を介して対向し、前記固定電極に対向する部分の周囲の複数箇所で前記基板上の支持固定部に固定されてなる可動電極とを有する振動子構造体において、前記固定電極と前記支持固定部との間に前記可動電極に対向する補助電極を備え、電位制御により前記補助電極と前記可動電極との間に生ずる静電力を変化可能に制御する補助制御手段を設けたことを特徴とする。 In view of such circumstances, the vibrator structure according to the present invention includes a substrate, a fixed electrode formed on the substrate, and the fixed electrode opposed to the fixed electrode through a gap , around a portion facing the fixed electrode. In the vibrator structure having a movable electrode fixed to the support fixing portion on the substrate at a plurality of locations, an auxiliary electrode facing the movable electrode is provided between the fixed electrode and the support fixing portion. Auxiliary control means is provided for controlling the electrostatic force generated between the auxiliary electrode and the movable electrode so as to be variable.

この発明によれば、補助制御手段によって補助電極と可動電極の電位関係を制御して両者間に生ずる静電力を変化させることにより、可動電極に対する束縛状態を変化させることができるため、可動電極の構造寸法を変えなくても、その振動特性を変更することができる。したがって、例えば、振動子構造体の固有振動数(共振周波数)を変更したり、調整したりすることが可能になる。   According to the present invention, the restraint state of the movable electrode can be changed by controlling the potential relation between the auxiliary electrode and the movable electrode by the auxiliary control means, and changing the electrostatic force generated between the two. The vibration characteristics can be changed without changing the structural dimensions. Therefore, for example, the natural frequency (resonance frequency) of the vibrator structure can be changed or adjusted.

本発明において、複数の前記補助電極が前記固定電極の周囲にそれぞれ形成されていることが好ましい。可動電極は固定電極の周囲の複数箇所でそれぞれ基板上の支持固定部に固定されているので、固定電極の周囲の支持固定部との間にそれぞれ補助電極を設けることで、可動電極と固定電極の対向領域の周囲の複数箇所でそれぞれ可動電極を束縛することができるため、固定電極の周囲において対称的に束縛力を加えることができることから、補助電極による束縛状態における可動電極の振動を安定させることが可能になる。   In the present invention, it is preferable that the plurality of auxiliary electrodes are respectively formed around the fixed electrode. Since the movable electrode is fixed to the support fixing portion on the substrate at a plurality of locations around the fixed electrode, the auxiliary electrode is provided between the support fixing portion around the fixed electrode, so that the movable electrode and the fixed electrode are provided. Since the movable electrode can be constrained at a plurality of locations around the opposite area of the electrode, a binding force can be applied symmetrically around the fixed electrode, so that the vibration of the movable electrode in a constrained state by the auxiliary electrode can be stabilized. It becomes possible.

本発明において、前記可動電極には、前記補助電極に対向する位置に隣接部分よりも拡幅した補助被動部が設けられていることが好ましい。これによれば、補助被動部が隣接部分よりも拡幅した態様で設けられていることにより、補助電極と補助被動部の対向面積を大きくすることができるので、補助電極による可動電極の束縛を確実かつ容易に行うことが可能になる。   In the present invention, the movable electrode is preferably provided with an auxiliary driven portion that is wider than an adjacent portion at a position facing the auxiliary electrode. According to this, since the auxiliary driven portion is provided in a manner that is wider than the adjacent portion, the opposing area between the auxiliary electrode and the auxiliary driven portion can be increased, so that the movable electrode is reliably restrained by the auxiliary electrode. And it becomes possible to carry out easily.

具体的には、前記可動電極は、前記固定電極に対向する位置に設けられた主被動部と、該主被動部と前記支持固定部との間に設けられ、前記主被動部よりも細幅に形成された支持梁部と、該支持梁部の途中において前記補助電極に対向する位置に設けられ、前記支持梁部よりも広幅に形成された補助被動部とを有することが好ましい。これによれば、主被動部が支持梁部よりも広幅に形成されていることにより、主被動部と固定電極の対向面積を十分に確保できるため、確実かつ容易に駆動することが可能になる。また、振動に伴う可動電極の弾性変形部位を支持梁部に集中することができるため、支持梁部の形状寸法により振動特性を設計しやすくなる。   Specifically, the movable electrode is provided between a main driven portion provided at a position facing the fixed electrode, and between the main driven portion and the support fixing portion, and is narrower than the main driven portion. It is preferable to have a supporting beam portion formed on the support beam portion, and an auxiliary driven portion provided at a position facing the auxiliary electrode in the middle of the supporting beam portion and formed wider than the support beam portion. According to this, since the main driven part is formed wider than the support beam part, a sufficient area can be secured between the main driven part and the fixed electrode, so that it can be driven reliably and easily. . In addition, since the elastically deformed portion of the movable electrode that accompanies vibration can be concentrated on the support beam portion, it is easy to design the vibration characteristics depending on the shape and size of the support beam portion.

本発明において、前記補助制御手段は、前記補助電極の電位を、前記可動電極の電位若しくは該電位により近い第1電位と、前記可動電極の電位に対して前記第1電位との電位差の大きい第2電位との間で切り替えるスイッチを含むことが好ましい。これによれば、補助制御手段のスイッチが補助電極の電位を第1電位に切り替えると、可動電極と補助電極の間の電位差は0若しくは小さくなるので、可動電極の束縛はなくなるか、或いは、弱くなる。一方、補助制御手段のスイッチが補助電極の電位を第2電位に切り替えると、可動電極と補助電極の間の電位差が大きくなるので、可動電極に対する束縛は強くなる。したがって、スイッチによって可動電極の束縛状態の強弱を切り替えることができるため、可動電極の振動特性を確実かつ容易に変えることができる。   In the present invention, the auxiliary control means sets the potential of the auxiliary electrode to a potential of the movable electrode or a first potential closer to the potential and a potential difference between the first potential and the potential of the movable electrode being large. It is preferable to include a switch that switches between two potentials. According to this, when the switch of the auxiliary control means switches the potential of the auxiliary electrode to the first potential, the potential difference between the movable electrode and the auxiliary electrode is 0 or small, so that the movable electrode is not constrained or weakened. Become. On the other hand, when the switch of the auxiliary control means switches the potential of the auxiliary electrode to the second potential, the potential difference between the movable electrode and the auxiliary electrode is increased, so that the constraint on the movable electrode becomes stronger. Therefore, since the strength of the movable electrode can be switched by the switch, the vibration characteristics of the movable electrode can be changed reliably and easily.

本発明において、静電力を受けていない状態で、前記可動電極における前記補助電極と対向する部分が前記可動電極における前記固定電極と対向する部分よりも前記基板側に配置されていることが好ましい。これによれば、可動電極と補助電極の距離を低減することができるため、補助電極の静電力による可動電極の束縛を確実かつ容易に実現できる。また、補助電極による束縛状態における可動電極の変形量を低減できるので、振動状態の再現性や可動電極の耐久性を高めることができる。   In the present invention, it is preferable that a portion of the movable electrode facing the auxiliary electrode is disposed closer to the substrate than a portion of the movable electrode facing the fixed electrode in a state where no electrostatic force is received. According to this, since the distance between the movable electrode and the auxiliary electrode can be reduced, it is possible to reliably and easily realize the binding of the movable electrode by the electrostatic force of the auxiliary electrode. In addition, since the deformation amount of the movable electrode in the constrained state by the auxiliary electrode can be reduced, the reproducibility of the vibration state and the durability of the movable electrode can be improved.

本発明において、前記可動電極における前記補助電極に対向する部分の前記基板側への移動可能範囲が前記可動電極における前記固定電極に対向する部分の前記基板側への移動可能範囲よりも小さいことが好ましい。これによれば、可動電極を補助電極に向かう移動限界まで最大限に変形させても、固定電極に向かう移動限界には達しないように構成できるので、補助電極による可動電極の束縛力を大きくしても可動電極を振動させることが可能になる。したがって、可動電極を束縛した状態において、可動電極の振動状態をより安定させることができる。   In the present invention, the movable range of the portion facing the auxiliary electrode in the movable electrode to the substrate side is smaller than the movable range of the portion facing the fixed electrode in the movable electrode to the substrate side. preferable. According to this, even if the movable electrode is maximally deformed to the limit of movement toward the auxiliary electrode, it can be configured so as not to reach the limit of movement toward the fixed electrode, so that the binding force of the movable electrode by the auxiliary electrode is increased. However, the movable electrode can be vibrated. Therefore, in a state where the movable electrode is constrained, the vibration state of the movable electrode can be further stabilized.

本発明において、前記補助電極と前記可動電極との間には絶縁膜が介在していることが好ましい。これによれば、補助電極と可動電極との間に絶縁膜が介在していることにより、補助電極と可動電極の間に過剰な静電吸引力が発生したり外部応力が加わったりすることで両者が近接若しくは接触して静電破壊が発生するといったことを防止できる。また、補助電極と可動電極とが絶縁膜を挟んだ状態で固定されるように構成することにより、可動電極の束縛状態を安定化させることも可能である。   In the present invention, an insulating film is preferably interposed between the auxiliary electrode and the movable electrode. According to this, since an insulating film is interposed between the auxiliary electrode and the movable electrode, excessive electrostatic attraction force is generated between the auxiliary electrode and the movable electrode, or external stress is applied. It is possible to prevent electrostatic breakdown from occurring due to proximity or contact between the two. In addition, it is possible to stabilize the bound state of the movable electrode by configuring the auxiliary electrode and the movable electrode so as to be fixed with the insulating film interposed therebetween.

本発明において、前記補助被動部と前記補助電極の少なくとも一方の対向面上には他方に向けて突出する凸部が設けられることが好ましい。これによれば、補助被動部と補助電極が直接若しくは間接的(すなわち絶縁膜を介して)当接した場合に、凸部を介して安定した接触状態を得られ、安定かつ再現性の良い振動子の動作を実現する事が可能となる。ここで、上記凸部は、補助被動部と補助電極の少なくとも一方に形成されていればよく、また、補助電極上に絶縁膜が形成されている場合には、当該絶縁膜上に形成されていても構わない。   In this invention, it is preferable that the convex part which protrudes toward the other is provided on the at least one opposing surface of the said auxiliary | assistant driven part and the said auxiliary electrode. According to this, when the auxiliary driven part and the auxiliary electrode are in direct or indirect contact (that is, through the insulating film), a stable contact state can be obtained through the convex part, and vibration is stable and reproducible. It is possible to realize the operation of the child. Here, the convex portion only needs to be formed on at least one of the auxiliary driven portion and the auxiliary electrode, and when an insulating film is formed on the auxiliary electrode, the convex portion is formed on the insulating film. It doesn't matter.

本発明において、前記補助電極は前記基板の表層部に形成された不純物領域であり、前記絶縁膜は、前記基板の表面上に形成されていることが好ましい。補助電極を基板の表層部に形成された不純物領域とすることで、補助電極を基板そのものに構成することが可能になるため、基板の表面上に形成された絶縁膜を補助電極と可動電極との間に介在させることができる。したがって、基板上に補助電極を形成した場合に比べて、振動子構造の厚さを低減できるとともに、補助電極を覆うための専用の絶縁膜の形成工程を省くことが可能になる。   In the present invention, it is preferable that the auxiliary electrode is an impurity region formed in a surface layer portion of the substrate, and the insulating film is formed on a surface of the substrate. By making the auxiliary electrode an impurity region formed in the surface layer portion of the substrate, the auxiliary electrode can be configured on the substrate itself. Therefore, the insulating film formed on the surface of the substrate is formed of the auxiliary electrode and the movable electrode. Can be interposed. Therefore, the thickness of the vibrator structure can be reduced as compared with the case where the auxiliary electrode is formed on the substrate, and the step of forming a dedicated insulating film for covering the auxiliary electrode can be omitted.

本発明の振動子構造体の製造方法は、基板と、該基板上に形成された固定電極と、該固定電極と間隙を介して対向し、固定電極に対向する部分の周囲の複数箇所で基板上の支持固定部に固定されてなる可動電極とを有する振動子構造体の製造方法において、前記基板若しくは前記基板上に前記固定電極及びこれとは別の補助電極を形成する工程と、前記補助電極及び前記固定電極の上方に間隔を介して対向し、前記補助電極及び前記固定電極に対向する部分の周囲の複数箇所で前記基板上に支持固定される可動電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。 The method for manufacturing a vibrator structure according to the present invention includes a substrate, a fixed electrode formed on the substrate, and the fixed electrode opposed to the fixed electrode through a gap at a plurality of locations around a portion facing the fixed electrode. In the manufacturing method of the vibrator structure having a movable electrode fixed to the upper support fixing portion, the step of forming the fixed electrode and another auxiliary electrode on the substrate or the substrate, and the auxiliary Forming a movable electrode that is opposed to the electrode and the fixed electrode with a gap and is supported and fixed on the substrate at a plurality of locations around the portion facing the auxiliary electrode and the fixed electrode. It is characterized by that.

本発明において、前記補助電極と前記可動電極との間に配置されるべき絶縁層を形成する工程をさらに有することが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the method further includes a step of forming an insulating layer to be disposed between the auxiliary electrode and the movable electrode.

本発明において、前記補助電極は、前記基板の表層部に形成された不純物領域であることが好ましい。   In the present invention, the auxiliary electrode is preferably an impurity region formed in a surface layer portion of the substrate.

本発明において、前記可動電極を形成する工程は、前記基板上に犠牲層を形成する段階と、前記犠牲層上に前記可動電極を形成する段階と、前記犠牲層を除去して前記間隙を形成する段階とを有することが好ましい。この場合に、前記犠牲層を形成する段階では、前記補助電極上の層厚が前記固定電極上の層厚よりも小さく形成されることが好ましい。   In the present invention, the step of forming the movable electrode includes a step of forming a sacrificial layer on the substrate, a step of forming the movable electrode on the sacrificial layer, and removing the sacrificial layer to form the gap. Preferably comprising the steps of: In this case, in the step of forming the sacrificial layer, the layer thickness on the auxiliary electrode is preferably smaller than the layer thickness on the fixed electrode.

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図1は本実施形態の振動子構造体を示す概略斜視図、図2(a)は同実施形態の振動子構造体を図1に示すA−A線を含む仮想垂直面で切断してなる仮想断面を示す縦断面図である。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the vibrator structure of the present embodiment, and FIG. 2A is a cross-section of the vibrator structure of the same embodiment taken along a virtual vertical plane including line AA shown in FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows a virtual cross section.

振動子構造体100は、単結晶シリコン基板等で構成される基板101と、この表面上に設けられた構造とによって構成される。基板101の表層部には不純物領域等で構成される補助電極101Aが設けられ、また、基板101の表面上には、酸化シリコン等で構成された絶縁層102と、窒化シリコン等で構成された絶縁層103とが積層されている。絶縁層103上には、ドーピングにより十分に抵抗率を下げた多結晶シリコンからなる導電体で構成された固定電極110及び配線114が形成されている。ここで、固定電極110の図示左右両側に配線114の一部が配設されている。   The vibrator structure 100 includes a substrate 101 made of a single crystal silicon substrate or the like, and a structure provided on the surface. An auxiliary electrode 101A composed of an impurity region or the like is provided on the surface layer portion of the substrate 101, and an insulating layer 102 composed of silicon oxide or the like and a silicon nitride or the like are formed on the surface of the substrate 101. An insulating layer 103 is stacked. On the insulating layer 103, there are formed a fixed electrode 110 and a wiring 114 made of a conductor made of polycrystalline silicon whose resistivity is sufficiently lowered by doping. Here, a part of the wiring 114 is disposed on the left and right sides of the fixed electrode 110 in the figure.

配線114上には絶縁層115を介して多結晶シリコンや金属等の導電体で可動電極120が形成されている。可動電極120は全体として図示左右方向に伸びるように構成され、左右方向の両端の被固定部125が絶縁層115および絶縁層115を貫通して接続される配線114によって構成される支持固定部に固定されている。また、図1では配線114は左右の被固定部125に対して、その信号経路(入力信号の導入経路)が対称に構成され、その結果、複数(左右)の被固定部125に対する配線長が相互に同一になっている。これによって、複数の入力経路間において入力信号の位相差が生じにくくなり、振動への影響を最小とすることができる。   On the wiring 114, a movable electrode 120 is formed of a conductor such as polycrystalline silicon or metal via an insulating layer 115. The movable electrode 120 is configured to extend in the horizontal direction in the figure as a whole, and the fixed portion 125 at both ends in the horizontal direction is an insulating layer 115 and a support fixing portion configured by the wiring 114 connected through the insulating layer 115. It is fixed. Further, in FIG. 1, the signal path (input signal introduction path) of the wiring 114 is configured symmetrically with respect to the left and right fixed parts 125, and as a result, the wiring length for a plurality (left and right) fixed parts 125 is long. They are identical to each other. As a result, the phase difference of the input signal is unlikely to occur between the plurality of input paths, and the influence on the vibration can be minimized.

可動電極120は、図示左右方向の中央部に形成された主被動部121と、この主被動部121の図示左右両側に内端が接続された内側支持梁部122と、内側支持梁部122の外端がその内端に接続された補助被動部123と、補助被動部123の外端に接続された外側支持梁部124と、この外側支持梁部124の外端が接続された被固定部125とを備えている。   The movable electrode 120 includes a main driven part 121 formed at the center in the horizontal direction in the figure, an inner support beam part 122 whose inner ends are connected to the left and right sides of the main driven part 121 in the figure, and an inner support beam part 122. The auxiliary driven part 123 whose outer end is connected to the inner end, the outer support beam part 124 connected to the outer end of the auxiliary driven part 123, and the fixed part to which the outer end of the outer support beam part 124 is connected 125.

ここで、主被動部121は内側支持梁部122及び外側支持梁部124よりも広幅に形成され、図示例では矩形の平面形状を有している。この主被動部121は、下方に配置された固定電極110とほぼ平面的に重なる形状を有し、固定電極110と対向する位置に配置されている。すなわち、主被動部121は固定電極110の直上位置に配置されている。   Here, the main driven portion 121 is formed wider than the inner support beam portion 122 and the outer support beam portion 124, and has a rectangular planar shape in the illustrated example. The main driven portion 121 has a shape that substantially overlaps the fixed electrode 110 disposed below, and is disposed at a position facing the fixed electrode 110. That is, the main driven part 121 is disposed at a position directly above the fixed electrode 110.

また、内側支持梁部122及び外側支持梁部124はそれぞれ図示左右方向に延長された形状を有し、図示例では帯状若しくは棒状に構成されている。これらの内側支持梁部122及び外側支持梁部124は主被動部121を図示左右両側から支持するための支持梁部を構成する。図示例の場合、支持梁部は左右それぞれ2本ずつ、合計4本が設けられている。   Each of the inner support beam portion 122 and the outer support beam portion 124 has a shape extending in the left-right direction in the figure, and is configured in a band shape or a rod shape in the illustrated example. The inner support beam portion 122 and the outer support beam portion 124 constitute a support beam portion for supporting the main driven portion 121 from both left and right sides in the figure. In the case of the illustrated example, a total of four support beam portions are provided, two on each of the left and right sides.

補助被動部123は、内側支持梁部122と外側支持梁部124の間に接続され、これらの支持梁部よりも広幅に形成され、図示例では矩形の平面形状を有している。図示例の場合、2本ずつ設けられた内側支持梁部122及び外側支持梁部124に共通の補助被動部123が接続される構造となっている。補助被動部123は補助電極101Aと平面的にほぼ重なる形状を有し、補助電極101Aと対向する位置に配置されている。すなわち、補助被動部123は補助電極101Aの直上位置に配置されている。   The auxiliary driven portion 123 is connected between the inner support beam portion 122 and the outer support beam portion 124, is formed wider than these support beam portions, and has a rectangular planar shape in the illustrated example. In the case of the illustrated example, a common auxiliary driven portion 123 is connected to the inner support beam portion 122 and the outer support beam portion 124 provided two by two. The auxiliary driven portion 123 has a shape that substantially overlaps the auxiliary electrode 101A in a plan view, and is arranged at a position facing the auxiliary electrode 101A. That is, the auxiliary driven portion 123 is disposed at a position immediately above the auxiliary electrode 101A.

上記の可動電極120は、被固定部115を除く部分が基板101上において下層の構造に対して間隙を介して配置されている。すなわち、可動電極120の主被動部121、内側支持梁部122、補助被動部123及び外側支持梁部124は、基板101上の絶縁層103、固定電極110及び配線114に対して上方に離間した状態に設けられている。したがって、可動電極120は、その弾性変形によって上記各部121〜124が基板101の面に対して垂直方向に物理的な変位が可能な状態となっている。   In the movable electrode 120, the portion excluding the fixed portion 115 is disposed on the substrate 101 with a gap with respect to the lower layer structure. That is, the main driven part 121, the inner support beam part 122, the auxiliary driven part 123, and the outer support beam part 124 of the movable electrode 120 are spaced upward from the insulating layer 103, the fixed electrode 110, and the wiring 114 on the substrate 101. It is provided in the state. Accordingly, the movable electrode 120 is in a state in which the respective parts 121 to 124 can be physically displaced in a direction perpendicular to the surface of the substrate 101 by elastic deformation thereof.

本実施形態では、固定電極110と配線114との間に周期的な変動電圧を印加することにより、固定電極110と可動電極120の主被動部121との間に静電引力が発生するとともに、この静電引力が周期的に変動するため、可動電極120を振動させることができる。この場合、公知のように、配線114に交流電圧を印加して、直流的に接地された固定電極110との間に周期的な電圧変動を発生させてもよく、或いは、固定電極110と配線114との間にDCバイアスを印加した状態で交流電圧を供給するようにしてもよい。例えば、固定電極110と配線114との間に所定のDCバイアス電圧を設定して、配線114に入力信号(交流電圧)Vinを供給するように構成することができる。   In the present embodiment, an electrostatic attractive force is generated between the fixed electrode 110 and the main driven part 121 of the movable electrode 120 by applying a periodic fluctuation voltage between the fixed electrode 110 and the wiring 114, and Since the electrostatic attractive force periodically varies, the movable electrode 120 can be vibrated. In this case, as is well known, an AC voltage may be applied to the wiring 114 to generate a periodic voltage fluctuation between the DC-grounded fixed electrode 110 or the fixed electrode 110 and the wiring. An AC voltage may be supplied in a state where a DC bias is applied between the first and second electrodes 114. For example, a predetermined DC bias voltage can be set between the fixed electrode 110 and the wiring 114 and an input signal (alternating voltage) Vin can be supplied to the wiring 114.

上記のようにして入力信号Vinに応じて可動電極120が振動したとき、固定電極110からは出力信号Ioutを取り出すことができる。例えば、上記振動によって主被動部121と固定電極110の間の静電容量が周期的に変動するので、この静電容量の変動に応じて固定電極110に電流Ioutが生ずる。なお、この電流Ioutを固定電極110に接続された外部回路で電圧に変換してなる出力信号を得る事もできる。   When the movable electrode 120 vibrates according to the input signal Vin as described above, the output signal Iout can be extracted from the fixed electrode 110. For example, since the electrostatic capacitance between the main driven portion 121 and the fixed electrode 110 periodically varies due to the vibration, a current Iout is generated in the fixed electrode 110 according to the variation of the electrostatic capacitance. An output signal obtained by converting the current Iout into a voltage by an external circuit connected to the fixed electrode 110 can also be obtained.

一般的には、ビーム型振動子の等価回路定数、すなわち、等価抵抗Rx、等価インダクタンスLx、等価キャパシタンスCxは以下のようになる。
Rx=(k′・m′)0.5/(Q・η) … (2)
Lx=m′/η … (3)
Cx=η/k′ … (4)
ここで、上記k′は振動子の有効ばね定数、m′は振動子の有効質量、Qは振動子のQ値、ηは機械電気変換係数で、δC/δxを可動電極と固定電極間の容量変位とし、Vsを可動電極と固定電極間の電位差とすれば、η=Vs・(δC/δx)で表される。(セングバエ・リー、クラーク・ティー・シー・ノイエン、「メカニカル共振子の位相ノイズにおける自動レベル制御の影響」IEEE インターナショナル・フレクエンシー・コントロール・シンポジウム 2003-Influence of Automatic level Control on Mechanical resonator oscillator phase noise, Seungbae Lee and Clark T.C.Nguyen, 2003 IEEE International Frequency Control Symposium-参照)
In general, the equivalent circuit constants of the beam type vibrator, that is, the equivalent resistance Rx, the equivalent inductance Lx, and the equivalent capacitance Cx are as follows.
Rx = (k ′ · m ′) 0.5 / (Q · η 2 ) (2)
Lx = m ′ / η 2 (3)
Cx = η 2 / k ′ (4)
Here, k ′ is an effective spring constant of the vibrator, m ′ is an effective mass of the vibrator, Q is a Q value of the vibrator, η is a mechanical / electrical conversion coefficient, and δC / δx is set between the movable electrode and the fixed electrode. If the capacitance displacement is taken and Vs is the potential difference between the movable electrode and the fixed electrode, η = Vs · (δC / δx). (Sengbae Lee, Clark Tee Neuen, "Influence of automatic level control on phase noise of mechanical resonators" IEEE International Frequency Control Symposium 2003-Influence of Automatic level Control on Mechanical resonator oscillator phase noise, Seungbae Lee and Clark TCNguyen, 2003 IEEE International Frequency Control Symposium-)

したがって、上記回路定数を有する本実施形態の振動子構造体を回路内に組み込むことによって、種々の発振回路、フィルタ回路などを構成することができる。なお、一般に、等価インダクタンスが大きいほど、また、等価抵抗が小さいほど、振動子は高いQ値を示す。   Therefore, various oscillation circuits, filter circuits, and the like can be configured by incorporating the vibrator structure of the present embodiment having the above circuit constants into the circuit. In general, the greater the equivalent inductance and the smaller the equivalent resistance, the higher the Q value of the vibrator.

本実施形態では、補助電極101Aの電位を切り替えるための補助制御手段が設けられる。この補助制御手段は、可動電極120の電位と実質的に同じ第1電位(図示例の場合には+Vp)と、可動電極120の電位とは異なる第2電位(図示例の場合にはVq、例えばVq=−Vp)との間で補助電極101Aの電位を切り替えるスイッチSWを含む切り替え手段である。なお、一般的には、上記第1電位は可動電極120の電位に近い電位であり、上記第2電位は可動電極120の電位に対して第1電位よりも十分に大きい電位差が生ずる電位であればよい。なお、図示例の場合には、固定電極110の基準電位が例えば接地電位(DC0v)であれば、固定電極110と可動電極120との間にVpのDCバイアスが設定されていることになる。   In the present embodiment, auxiliary control means for switching the potential of the auxiliary electrode 101A is provided. The auxiliary control means includes a first potential (+ Vp in the illustrated example) substantially the same as the potential of the movable electrode 120 and a second potential (Vq in the illustrated example) different from the potential of the movable electrode 120. For example, the switching means includes a switch SW that switches the potential of the auxiliary electrode 101A between Vq = −Vp). In general, the first potential is a potential close to the potential of the movable electrode 120, and the second potential is a potential that causes a potential difference sufficiently larger than the first potential with respect to the potential of the movable electrode 120. That's fine. In the illustrated example, if the reference potential of the fixed electrode 110 is, for example, the ground potential (DC0v), a DC bias of Vp is set between the fixed electrode 110 and the movable electrode 120.

また、配線114の電位は入力信号Vinによって変動するが、上記第1電位は基本的に配線114の中心電位(バイアス電位)を基準として設定されていればよい。ただし、入力信号Vinによって変動する配線114の実際の電位を基準として第1電位を設定することがより好ましい。例えば、第1電位を配線114の変動電位と一致させることで、補助電極と可動電極との間に常に静電力が生じないように構成することができる。   Further, although the potential of the wiring 114 varies depending on the input signal Vin, the first potential may be basically set based on the center potential (bias potential) of the wiring 114. However, it is more preferable to set the first potential with reference to the actual potential of the wiring 114 that varies depending on the input signal Vin. For example, by making the first potential coincide with the fluctuation potential of the wiring 114, it can be configured such that no electrostatic force is always generated between the auxiliary electrode and the movable electrode.

このスイッチSWは、MOSFETなどの半導体スイッチで構成され、基板101内に形成される。このときの基板101は半導体基板であり、特に上記の単結晶シリコン基板であることが好ましい。ただし、上記スイッチSWは半導体スイッチに限らず、機械式スイッチであってもよく、また、基板とは別に設けられたディスクリートなスイッチング素子であってもよい。例えば、スイッチSWを基板101上に別途形成されたマイクロマシン構造によって構成される微小な機械式スイッチ、すなわちMEMSスイッチとすることができる。   The switch SW is constituted by a semiconductor switch such as a MOSFET and is formed in the substrate 101. The substrate 101 at this time is a semiconductor substrate, and is particularly preferably the above-described single crystal silicon substrate. However, the switch SW is not limited to a semiconductor switch, but may be a mechanical switch, or may be a discrete switching element provided separately from the substrate. For example, the switch SW can be a minute mechanical switch constituted by a micromachine structure separately formed on the substrate 101, that is, a MEMS switch.

また、これらスイッチSWを含む補助制御手段へ接続される補助電極101Aは、可動電極の補助被動部123から見て入力インピーダンスが振動子の共振周波数において十分大きく設定する。もし、補助電極101Aの入力インピーダンスが小さい場合、配線114から入力された信号の一部が補助被動部123より漏洩しやすくなり、振動子としての性能が劣化してしまう。これを防ぐために、補助電極101AやスイッチSWへの配線を不要な寄生容量をもたないレイアウトとする他、特定の周波数のみ入力インピーダンスの高くなる整合回路を配線内に挿入する事が好ましい。   Further, the auxiliary electrode 101A connected to the auxiliary control means including these switches SW has an input impedance set sufficiently large at the resonance frequency of the vibrator as viewed from the auxiliary driven portion 123 of the movable electrode. If the input impedance of the auxiliary electrode 101A is small, a part of the signal input from the wiring 114 is likely to leak from the auxiliary driven portion 123, and the performance as a vibrator is deteriorated. In order to prevent this, it is preferable that the wiring to the auxiliary electrode 101A and the switch SW has a layout having no unnecessary parasitic capacitance, and that a matching circuit having a high input impedance only at a specific frequency is inserted in the wiring.

図3は、上記補助電極101Aと補助被動部123の位置関係を示す部分縦断面図である。図3(a)は、補助電極101Aと補助被動部123との間に静電力が働いていない状態を示す。この状態では、可動電極120は本来の形状を維持し、補助被動部123は基板101上の絶縁層103から離間している。補助電極101Aと補助被動部123との間に電圧が印加され、両者間に静電引力が働くと、図3(b)に示すように、補助被動部123は補助電極101Aに引き寄せられ、可動電極120が部分的に変形する。ただし、図3(b)に示す状態では上記静電引力がそれほど強くないため、補助被動部123は絶縁層103と接触しておらず、絶縁層103との間に図3(a)の場合よりは狭い所定の間隔を有している。この場合には、上記の静電引力と、可動電極120の弾性力とが釣り合う位置(高さ)に補助被動部123が配置される。このとき、補助被動部123は静電引力を受けているため、可動電極120は補助被動部123において束縛を受けることになり、この状態で入力信号に基づいて固定電極110と主被動部121との間に生ずる静電力の変動によって主被動部121が振動すると、図3(a)のように束縛がないときの振動状態とは異なる振動状態になる。   FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view showing the positional relationship between the auxiliary electrode 101A and the auxiliary driven portion 123. As shown in FIG. FIG. 3A shows a state in which no electrostatic force is acting between the auxiliary electrode 101 </ b> A and the auxiliary driven portion 123. In this state, the movable electrode 120 maintains its original shape, and the auxiliary driven portion 123 is separated from the insulating layer 103 on the substrate 101. When a voltage is applied between the auxiliary electrode 101A and the auxiliary driven portion 123 and an electrostatic attractive force acts between the auxiliary electrode 101A and the auxiliary driven portion 123, the auxiliary driven portion 123 is attracted to the auxiliary electrode 101A as shown in FIG. The electrode 120 is partially deformed. However, since the electrostatic attraction is not so strong in the state shown in FIG. 3B, the auxiliary driven portion 123 is not in contact with the insulating layer 103, and in the case of FIG. It has a narrower predetermined interval. In this case, the auxiliary driven portion 123 is disposed at a position (height) where the above electrostatic attractive force and the elastic force of the movable electrode 120 are balanced. At this time, since the auxiliary driven portion 123 receives electrostatic attraction, the movable electrode 120 is constrained by the auxiliary driven portion 123. In this state, the fixed electrode 110, the main driven portion 121, When the main driven portion 121 vibrates due to the fluctuation of the electrostatic force generated during the period, the vibration state is different from the vibration state when there is no constraint as shown in FIG.

ここで、補助電極110と可動電極120の電位差を大きくすることによって補助被動部123の受ける静電引力による可動電極120の変形量も大きくなり、逆に上記電位差を小さくすることによって静電引力も小さくなるので、可動電極120の変形量は減少する。したがって、補助制御手段による可動電極120の変形範囲が弾性限界以下であれば、好ましくは比例限界よりも小さければ、可動電極120はほぼ元の形状に復帰するので、基本的には繰り返し切り替えを行っても再現性のある振動状態を得ることができる。なお、繰り返し可能回数(すなわち耐久性)をある程度確保するためには、可動電極120の変形量が上記比例限界よりも大幅に小さくなるように構成することが望ましい。   Here, by increasing the potential difference between the auxiliary electrode 110 and the movable electrode 120, the amount of deformation of the movable electrode 120 due to the electrostatic attractive force received by the auxiliary driven portion 123 also increases. Conversely, by reducing the potential difference, the electrostatic attractive force is also reduced. Since it becomes small, the deformation amount of the movable electrode 120 decreases. Therefore, if the deformation range of the movable electrode 120 by the auxiliary control means is less than the elastic limit, preferably if it is smaller than the proportional limit, the movable electrode 120 will return to its original shape. However, a reproducible vibration state can be obtained. In order to secure a certain number of repeatable times (that is, durability) to some extent, it is desirable that the deformation amount of the movable electrode 120 be configured to be significantly smaller than the proportional limit.

一般に、ビーム型振動子では上記(1)式によって共振周波数fが定まるが、その周波数を決定する振動体のばね定数k及び振動体の質量mは、図3(a)の束縛のない状態と図3(b)の束縛のある状態では異なる。すなわち、可動電極120の補助被動部123の束縛によって、実質的に支持梁部の長さが短縮された場合と同様にばね定数kは増大するとともに質量mが減少する。したがって、共振周波数fは補助電極101Aによる可動電極120の束縛により高くなる。   In general, in the beam type vibrator, the resonance frequency f is determined by the above equation (1), but the spring constant k of the vibrating body and the mass m of the vibrating body that determine the frequency are as shown in FIG. It is different in the state with the constraint in FIG. That is, the spring constant k increases and the mass m decreases due to the restraint of the auxiliary driven portion 123 of the movable electrode 120 as in the case where the length of the support beam portion is substantially shortened. Therefore, the resonance frequency f becomes higher due to the restraint of the movable electrode 120 by the auxiliary electrode 101A.

また、図3(c)に示すように、補助電極101Aと補助被動部123の間に十分な静電引力を発生させると、可動電極120を大きく変形させ、補助被動部123を絶縁層103に当接させることができる。この場合には、静電引力が可動電極120の弾性力を超えるため、固定電極110と主被動部121の間に生ずる静電力によって主被動部121が振動しても、補助被動部123の安定性を高めることができる。   Further, as shown in FIG. 3C, when a sufficient electrostatic attraction is generated between the auxiliary electrode 101 </ b> A and the auxiliary driven portion 123, the movable electrode 120 is greatly deformed, and the auxiliary driven portion 123 becomes the insulating layer 103. It can be made to contact. In this case, since the electrostatic attractive force exceeds the elastic force of the movable electrode 120, even if the main driven part 121 vibrates due to the electrostatic force generated between the fixed electrode 110 and the main driven part 121, the auxiliary driven part 123 is stabilized. Can increase the sex.

すなわち、補助被動部123の位置が不安定であると、主被動部121に与えられた振動エネルギーが補助被動部123を介して周囲へ放散されやすくなるとともに、主被動部121の振動状態に影響を与えるので、本来の振動モード以外の振動モードが発生しやすくなり、その結果、振動子構造体の素子としての特性の悪化(損失の増大、Q値の低下)などを招く。しかし、上記のように補助被動部123が基板上の絶縁層103に当接することにより、補助被動部123の位置安定性が増大するので、素子特性の悪化を抑制することができる。   That is, if the position of the auxiliary driven part 123 is unstable, the vibration energy given to the main driven part 121 is easily dissipated to the surroundings via the auxiliary driven part 123 and affects the vibration state of the main driven part 121. Therefore, a vibration mode other than the original vibration mode is likely to occur, and as a result, the characteristics of the vibrator structure as an element (increased loss, decreased Q value) and the like are caused. However, since the auxiliary driven portion 123 comes into contact with the insulating layer 103 on the substrate as described above, the positional stability of the auxiliary driven portion 123 increases, so that deterioration of element characteristics can be suppressed.

特に、補助被動部123に加わる静電引力が主被動部121の振動によって生ずる補助被動部123へ及ぼされる弾性変形力よりも常に大きくなるように設定されていれば、補助被動部123は常に絶縁層103に接触したままとなるため、補助被動部123を介した振動エネルギーの漏出や補助被動部123による振動モードへの影響をなくすことができ、これにより主被動部121の振動特性のさらなる安定性を確保することができる。   In particular, if the electrostatic attractive force applied to the auxiliary driven portion 123 is set to be always larger than the elastic deformation force exerted on the auxiliary driven portion 123 caused by the vibration of the main driven portion 121, the auxiliary driven portion 123 is always insulated. Since the contact with the layer 103 remains, it is possible to eliminate the leakage of vibration energy through the auxiliary driven portion 123 and the influence on the vibration mode by the auxiliary driven portion 123, thereby further stabilizing the vibration characteristics of the main driven portion 121. Sex can be secured.

また、図2(a)に2点鎖線で示すように、補助被動部123の下面に凸部123xを設ける事により、当接時の姿勢や接触状態を安定化することが出来る。この結果、補助被動部123が基板に当接した時の振動状態が安定し、且つ再現性の高い素子特性を得る事が可能となる。凸部は複数のディンプルで形成してもよく、または角を面取りした単一の長棒上の突起で形成しても良い。要は当接時に安定した接触状態が再現性良く実現できる形態であれば良い。また、補助電極101A側に凸部101xを設けてもよい。この場合、凸部101xは補助電極101A上に直接設けてもよく、また、絶縁層102上に設けてもよい。   Further, as shown by a two-dot chain line in FIG. 2A, by providing the convex portion 123x on the lower surface of the auxiliary driven portion 123, the posture and the contact state at the time of contact can be stabilized. As a result, the vibration state when the auxiliary driven portion 123 comes into contact with the substrate is stable, and it is possible to obtain element characteristics with high reproducibility. The convex portion may be formed by a plurality of dimples, or may be formed by a protrusion on a single long bar whose corners are chamfered. In short, any form that can realize a stable contact state at the time of contact with good reproducibility is acceptable. Further, the convex portion 101x may be provided on the auxiliary electrode 101A side. In this case, the convex portion 101x may be provided directly on the auxiliary electrode 101A or may be provided on the insulating layer 102.

図2(b)は、上記実施形態をさらに改善した他の実施形態の構造を示す縦断面図である。この実施形態では、可動電極120の形状を変え、補助被動部123の基板101上の高さを主被動部121の基板101上の高さよりも低くしている。これにより、補助被動部123と補助電極101A上の絶縁層103の間隔G2は、主被動部121と固定電極110の間隔G1よりも小さくなっている。これらの間隔G1,G2は、可動電極120の主被動部121と補助被動部123がそれぞれ基板101側へ移動することのできる範囲を示すものである。一般的には、間隔G1は間隔G2の1.5倍以上であることが好ましく、2倍以上であることが望ましい。両間隔の差は大きいほどよいが、この差を大きくすると振動子構造体の厚さが増大するため、製造上の観点からは間隔G1が間隔G2の5倍以下であることが好ましく、典型的には約3倍程度とすることが最も望ましい。   FIG. 2B is a longitudinal sectional view showing the structure of another embodiment obtained by further improving the above embodiment. In this embodiment, the shape of the movable electrode 120 is changed so that the height of the auxiliary driven portion 123 on the substrate 101 is lower than the height of the main driven portion 121 on the substrate 101. Thereby, the gap G2 between the auxiliary driven part 123 and the insulating layer 103 on the auxiliary electrode 101A is smaller than the gap G1 between the main driven part 121 and the fixed electrode 110. These intervals G1 and G2 indicate ranges in which the main driven portion 121 and the auxiliary driven portion 123 of the movable electrode 120 can move toward the substrate 101, respectively. In general, the interval G1 is preferably 1.5 times or more, and more preferably twice or more than the interval G2. The larger the difference between the two gaps, the better. However, if this difference is increased, the thickness of the vibrator structure increases. From the viewpoint of manufacturing, it is preferable that the gap G1 is not more than 5 times the gap G2. It is most desirable to set about 3 times.

このように構成すると、上記のように静電引力により補助被動部123を束縛したときでも、主被動部121と固定電極110との間隔を確保することができ、主被動部121を確実に振動させることが可能になると同時に、主被動部121と固定電極110とが接触して電気的に短絡し、電極表面の損傷などの不具合が発生する虞をなくすことができる。特に、図4に示すように、補助被動部123が絶縁層103に接触するように可動電極120を大きく変形させたときでも、主被動部121と固定電極110とが接触せず、主被動部121の振動が可能となるように構成できる。   With this configuration, even when the auxiliary driven portion 123 is restrained by electrostatic attraction as described above, the interval between the main driven portion 121 and the fixed electrode 110 can be secured, and the main driven portion 121 is reliably vibrated. At the same time, the main driven part 121 and the fixed electrode 110 come into contact with each other and are electrically short-circuited, thereby eliminating the possibility of occurrence of problems such as damage to the electrode surface. In particular, as shown in FIG. 4, even when the movable electrode 120 is largely deformed so that the auxiliary driven portion 123 is in contact with the insulating layer 103, the main driven portion 121 and the fixed electrode 110 are not in contact, and the main driven portion 121 can be configured to be able to vibrate.

また、上記のように構成することによって補助制御手段で制御される可動電極120の変形量を抑制することができるため、補助制御手段による制御時における振動状態の再現性を向上させることができ、さらに、切り替えの繰り返し可能回数を増大させることが可能になる。   Moreover, since the deformation amount of the movable electrode 120 controlled by the auxiliary control unit can be suppressed by configuring as described above, the reproducibility of the vibration state at the time of control by the auxiliary control unit can be improved. Furthermore, it becomes possible to increase the number of times that switching can be repeated.

図5は、さらに異なる実施形態の振動子構造体の構造を示す概略斜視図である。この振動子構造体200では、固定電極210、可動電極220、補助電極201A、配線214、絶縁層215、主被動部221、内側支持梁部222、補助被動部223、外側支持梁部224、被固定部225といった基本構造は上記各実施形態と同一である。 FIG. 5 is a schematic perspective view showing the structure of a vibrator structure according to another embodiment. In this vibrator structure 200, the fixed electrode 210, the movable electrode 220, the auxiliary electrode 201A, the wiring 214, the insulating layer 215, the main driven part 221, the inner supporting beam part 222, the auxiliary driven part 223, the outer supporting beam part 224, The basic structure such as the fixing portion 225 is the same as that in each of the above embodiments.

ただし、この実施形態では、主被動部221に対して3つの支持梁部が接続している点で上記実施形態とは異なる。また、これらの3つの支持梁部は、主被動部221を中心とする周回方向に均一に分散配置されている。すなわち、主被動部221の周囲に3つの支持梁部が120度間隔で配置されている。各支持梁部には、上記実施形態と同様に、主被動部221側から順次に外側へ向けて、内側支持梁部222、補助被動部223及び外側支持梁部224が接続され、全体として各支持梁部が半径方向外側へ直線状に伸びるように形成されている。   However, this embodiment differs from the above embodiment in that three support beam portions are connected to the main driven portion 221. Further, these three support beam portions are uniformly distributed in the circumferential direction around the main driven portion 221. That is, three support beam portions are arranged around the main driven portion 221 at intervals of 120 degrees. Similarly to the above-described embodiment, the inner support beam portion 222, the auxiliary driven portion 223, and the outer support beam portion 224 are connected to each support beam portion from the main driven portion 221 side to the outer side in order. The support beam portion is formed to extend linearly outward in the radial direction.

本実施形態では、主被動部221の周りに3つの支持梁部が均等に配置されているので、主被動部221の安定性を高めることができ、振動モードに関しても、本来の垂直方向の振動成分以外の振動成分の発生を抑制することができる。ここで、図示例では3つの支持梁部を設けているが、3つに限定されるものではなく、3以上の任意の数の支持梁部を設けることができる。   In the present embodiment, since the three support beam portions are evenly arranged around the main driven portion 221, the stability of the main driven portion 221 can be improved, and the vibration in the original vertical direction can also be obtained with respect to the vibration mode. Generation of vibration components other than the components can be suppressed. Here, in the illustrated example, three support beam portions are provided, but the number is not limited to three, and an arbitrary number of three or more support beam portions can be provided.

なお、主被動部の左右両側にそれぞれ支持梁部が伸びるように構成されていた、先に説明した各実施形態と、本実施形態は、いずれも主被動部の周囲の複数個所にそれぞれ支持梁部が構成されている点では同じであり、上記各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、この例では、3つの被固定部225に対する配線214の配線長が等しくないが、3つの被固定部225に対する配線長を同一にするように配線214のパターンに工夫を施すことで、上記の位相差の影響を低減することができる。   Note that each of the embodiments described above, which is configured so that the support beam portions extend on both the left and right sides of the main driven portion, and the present embodiment, each support beam at a plurality of locations around the main driven portion. It is the same in that the portion is configured, and the same operational effects as those of the above embodiments can be obtained. In this example, the wiring lengths of the wirings 214 for the three fixed portions 225 are not equal, but the above-described pattern of the wiring 214 is devised so that the wiring lengths for the three fixed portions 225 are the same. The influence of the phase difference can be reduced.

図6は、さらに別の実施形態を示す概略斜視図である。この実施形態の振動子構造体300は、基本的に図1に示す実施形態とほぼ同様に構成され、固定電極310、可動電極320、配線314、絶縁層315などを備えているが、各支持梁部において、2つの補助被動部323,325が直列に設けられている点で上記とは異なる。すなわち、各支持梁部には、主被動部321から順次に外側へ向けて、内側支持梁部322、内側補助被動部323、中間支持梁部324、外側補助被動部325、外側支持梁部326が接続され、外側支持梁部326が被固定部327に接続されている。   FIG. 6 is a schematic perspective view showing still another embodiment. The vibrator structure 300 according to this embodiment is basically configured in the same manner as the embodiment shown in FIG. 1 and includes a fixed electrode 310, a movable electrode 320, a wiring 314, an insulating layer 315, and the like. The beam portion is different from the above in that two auxiliary driven portions 323 and 325 are provided in series. That is, in each support beam portion, the inner support beam portion 322, the inner auxiliary driven portion 323, the intermediate support beam portion 324, the outer auxiliary driven portion 325, and the outer support beam portion 326 are sequentially outward from the main driven portion 321. Are connected, and the outer support beam portion 326 is connected to the fixed portion 327.

また、上記のように各支持梁部の途中に2つの補助被動部、すなわち、内側補助被動部323及び外側補助被動部325が設けられていることにより、これらに対応して、半径方向に異なる位置に2つの補助電極、すなわち内側補助電極301A及び外側補助電極301Bが設けられている。ここで、図6に示す例では、配線314の形状が左右の被固定部327に対して対称な形状を有し、左右の被固定部327に対する配線長を同一にして供給される入力信号に位相差が生じないように配慮されている。   Further, as described above, the two auxiliary driven portions, that is, the inner auxiliary driven portion 323 and the outer auxiliary driven portion 325 are provided in the middle of each support beam portion, so that they differ in the radial direction corresponding to these. Two auxiliary electrodes, that is, an inner auxiliary electrode 301A and an outer auxiliary electrode 301B are provided at the position. Here, in the example shown in FIG. 6, the wiring 314 has a symmetrical shape with respect to the left and right fixed parts 327, and the input signal is supplied with the same wiring length for the left and right fixed parts 327. Care is taken so that no phase difference occurs.

さらに、本実施形態の場合、補助制御手段を、内側補助電極301Aの電位と、外側補助電極301Bの電位とを別々に切り替えることができるように構成する。すなわち、可動電極320のうち、内側補助被動部323と外側補助被動部325をそれぞれ独立に切り替えることができるようにしている。これによって、可動電極320の振動状態の切り替え態様のバリエーションを増大させることができる。   Furthermore, in the case of the present embodiment, the auxiliary control means is configured so that the potential of the inner auxiliary electrode 301A and the potential of the outer auxiliary electrode 301B can be switched separately. That is, among the movable electrodes 320, the inner auxiliary driven portion 323 and the outer auxiliary driven portion 325 can be switched independently. Thereby, the variation of the switching mode of the vibration state of the movable electrode 320 can be increased.

上記のように構成された本実施形態では、内側補助電極301Aと可動電極320の電位差を大きくすることにより内側補助被動部323を束縛した場合と、外側補助電極301Bと可動電極320の電位差を大きくすることにより外側補助被動部325を束縛した場合とで、可動電極320の実効的なばね定数k及び質量mを異ならせることができるので、内側補助被動部323及び外側補助被動部325のいずれをも束縛しない状態、内側補助被動部323のみを束縛する状態、外側補助被動部325のみを束縛する状態の合計3つの振動状態を相互に切り替えることができる。したがって、共振周波数の選択の幅を広げることができる。   In the present embodiment configured as described above, the potential difference between the inner auxiliary electrode 301A and the movable electrode 320 is increased by increasing the potential difference between the inner auxiliary electrode 301A and the movable electrode 320, and the potential difference between the outer auxiliary electrode 301B and the movable electrode 320 is increased. Since the effective spring constant k and the mass m of the movable electrode 320 can be made different from each other when the outer auxiliary driven portion 325 is constrained, any of the inner auxiliary driven portion 323 and the outer auxiliary driven portion 325 can be changed. In addition, a total of three vibration states can be switched to each other: a state in which only the inner auxiliary driven portion 323 is bound, and a state in which only the outer auxiliary driven portion 325 is bound. Therefore, the range of selection of the resonance frequency can be expanded.

なお、この実施形態において、内側補助被動部323及び外側補助被動部325の双方を束縛することも可能であり、この場合には、基本的に内側補助被動部323のみを束縛した状態に近い振動状態が得られることになるが、厳密には、外側補助被動部325の束縛によって内側補助被動部323の束縛状態がさらに高められることになるため、上記の3つの振動状態以外のさらに別の振動状態を得ることができる。   In this embodiment, it is also possible to bind both the inner auxiliary driven part 323 and the outer auxiliary driven part 325. In this case, basically, vibration close to a state in which only the inner auxiliary driven part 323 is restricted. Although the state is obtained, strictly speaking, the bound state of the inner auxiliary driven portion 323 is further enhanced by the binding of the outer auxiliary driven portion 325, and therefore, another vibration other than the above three vibration states. The state can be obtained.

上記のように支持方向に沿って複数組の補助電極及び補助被動部を直列に設けた場合には、補助制御手段に複数のスイッチを設け、各組が相互に異なる電位に接続されるように構成する。この場合、スイッチによる分岐が上記組の数だけ設けられていればよい。また、この場合の複数の電位は、単一の電源電圧を分圧することによって構成してもよい。   When a plurality of sets of auxiliary electrodes and auxiliary driven portions are provided in series along the support direction as described above, a plurality of switches are provided in the auxiliary control means so that each set is connected to a different potential. Constitute. In this case, it suffices that the number of branches by the switches is the same as the number of sets. In addition, the plurality of potentials in this case may be configured by dividing a single power supply voltage.

図7及び図8は、本実施形態の振動子構造体100の製造方法を示す概略工程図である。なお、以下の製造方法は、図2(b)及び図4に示す振動子構造体について説明するものであるが、他の実施形態についてもほぼ同様の手順によって容易に製造することができる。   7 and 8 are schematic process diagrams showing a method for manufacturing the vibrator structure 100 of the present embodiment. The following manufacturing method will be described for the vibrator structure shown in FIGS. 2B and 4, but the other embodiments can be easily manufactured by substantially the same procedure.

本実施形態では、最初に図7(a)に示す基板101を用意する。この基板101は半導体基板であることが好ましく、特に、単結晶シリコン基板であることが望ましい。   In this embodiment, first, a substrate 101 shown in FIG. 7A is prepared. The substrate 101 is preferably a semiconductor substrate, and particularly preferably a single crystal silicon substrate.

次に、図7(b)に示すように、基板101の表層部に熱拡散法、イオン注入法などによって不純物拡散領域を形成し、導電性を有する補助電極101Aとする。例えば、基板101としてp型シリコン基板を用いる場合には、PやAsなどをドーピングすることによってn型の拡散領域を形成する。また、前記説明の様に補助電極へ負電圧を印加する場合は、基板101にn-wellを形成後、Bなどをドーピングする事によってP型の拡散領域を形成する。 Next, as shown in FIG. 7B, an impurity diffusion region is formed in the surface layer portion of the substrate 101 by a thermal diffusion method, an ion implantation method, or the like, so that an auxiliary electrode 101A having conductivity is formed. For example, when a p type silicon substrate is used as the substrate 101, an n + type diffusion region is formed by doping P, As, or the like. Further, when a negative voltage is applied to the auxiliary electrode as described above, a P + type diffusion region is formed by doping B or the like after forming an n-well in the substrate 101.

次に、図7(c)に示すように、基板101の表面上に、スパッタリング法や熱酸化法などによって酸化シリコン(SiO)などで構成される絶縁層102を形成する。この絶縁層102は基板表面に自然に形成される自然酸化膜で構成してもよい。 Next, as shown in FIG. 7C, an insulating layer 102 made of silicon oxide (SiO 2 ) or the like is formed on the surface of the substrate 101 by sputtering or thermal oxidation. The insulating layer 102 may be formed of a natural oxide film that is naturally formed on the substrate surface.

さらに、図7(d)に示すように、上記絶縁層102上にスパッタリング法やCVD法などにより窒化シリコン(Si)などで構成される絶縁層103を形成する。この絶縁層103は、後述する犠牲層のエッチングを行う際のエッチングストップ層としても機能するものである。 Further, as shown in FIG. 7D, an insulating layer 103 made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) or the like is formed on the insulating layer 102 by sputtering or CVD. This insulating layer 103 also functions as an etching stop layer when etching a sacrificial layer described later.

次に、図7(e)に示すように、絶縁層103上にCVD法などにより多結晶シリコン層を形成し、これをフォトリソグラフィ法やエッチング法などによってパターニングすることにより、固定電極110及び配線114を形成する。   Next, as shown in FIG. 7E, a polycrystalline silicon layer is formed on the insulating layer 103 by a CVD method or the like, and is patterned by a photolithography method or an etching method, whereby the fixed electrode 110 and the wiring are formed. 114 is formed.

次に、図8(a)に示すように、窒化シリコンで構成された上記絶縁層103と、多結晶シリコンで構成された上記固定電極110及び配線114の表面に熱酸化法によって酸化シリコン層112を形成する。この酸化シリコン層112は、絶縁層103、固定電極110及び配線114自体が酸化雰囲気中で加熱されることによって形成されるもので、図中で強調して描くように、窒化シリコンが多結晶シリコンよりも酸化されにくいことにより、絶縁層103上の部分は薄く、固定電極110及び配線114上の部分は厚く形成される。   Next, as shown in FIG. 8A, a silicon oxide layer 112 is formed on the surface of the insulating layer 103 made of silicon nitride, the fixed electrode 110 made of polycrystalline silicon, and the wiring 114 by thermal oxidation. Form. The silicon oxide layer 112 is formed by heating the insulating layer 103, the fixed electrode 110, and the wiring 114 themselves in an oxidizing atmosphere. As emphasized in the drawing, silicon nitride is formed of polycrystalline silicon. As a result, the portion on the insulating layer 103 is thin, and the portions on the fixed electrode 110 and the wiring 114 are thick.

さらに、図8(b)に示すように、上記酸化シリコン層112上に酸化シリコンをCVD法などによって成膜し、酸化シリコン層113を形成する。酸化シリコン層112と113は、後述する可動電極120と基板101との間に間隙を形成するための犠牲層を構成するものである。この酸化シリコン層113の成膜処理は、犠牲層の厚さを十分に確保するとともに、当該厚さを設計値どおりに制御するために実施される。   Further, as shown in FIG. 8B, a silicon oxide layer 113 is formed by forming a silicon oxide film on the silicon oxide layer 112 by a CVD method or the like. The silicon oxide layers 112 and 113 constitute a sacrificial layer for forming a gap between the movable electrode 120 and the substrate 101 described later. The silicon oxide layer 113 is formed in order to secure a sufficient thickness of the sacrificial layer and to control the thickness as designed.

また、犠牲層となる酸化シリコン層112及び113は、少なくとも後述する可動電極120の形成領域を含む領域に存在するようにパターニングされる。このとき、可動電極120の形成領域にのみ限定して存在するようにパターニングされることが望ましい。このパターニング時には、配線114上に形成された酸化シリコン層112及び113の部分にコンタクトホール112a,113aが形成される。   Further, the silicon oxide layers 112 and 113 serving as sacrificial layers are patterned so as to exist at least in a region including a region where the movable electrode 120 described later is formed. At this time, it is desirable that the patterning is performed so as to exist only in the region where the movable electrode 120 is formed. At the time of this patterning, contact holes 112 a and 113 a are formed in the silicon oxide layers 112 and 113 formed on the wiring 114.

次に、図8(c)に示すように、酸化シリコン層113上にCVD法などにより多結晶シリコンなどの導電体を成膜し、これをパターニングすることによって、可動電極120を形成する。このとき、上記コンタクトホール112a,113aの内部にも成膜材料が充填され、これによって、可動電極120と配線114とが導電接続された状態となる。この工程が終了すると、基板101上には振動子構造体100を構成する全ての構造要素が形成される。   Next, as shown in FIG. 8C, a movable electrode 120 is formed by depositing a conductor such as polycrystalline silicon on the silicon oxide layer 113 by CVD or the like and patterning it. At this time, the contact holes 112a and 113a are also filled with a film forming material, whereby the movable electrode 120 and the wiring 114 are conductively connected. When this process is completed, all the structural elements constituting the vibrator structure 100 are formed on the substrate 101.

次に、図8(d)に示すように、基板101上をアクリル樹脂等の保護膜116で被覆し、この保護膜116における上記可動電極120の可動部分にほぼ対応する領域に開口部116aを形成する。保護膜116をスクリーン印刷などによって予め開口部116aを備えたものとして形成することも可能である。   Next, as shown in FIG. 8D, the substrate 101 is covered with a protective film 116 such as an acrylic resin, and an opening 116a is formed in a region of the protective film 116 substantially corresponding to the movable part of the movable electrode 120. Form. It is also possible to form the protective film 116 with the openings 116a in advance by screen printing or the like.

そして、フッ化水素酸系のエッチング液を用いてウエットエッチングを施すことにより、開口部116aに対応する部分において上記犠牲層(酸化シリコン層112,113)が除去される。このとき、ウエットエッチングは絶縁層103にて停止する。これによって、可動電極120における主被動部121、内側支持梁部122、補助被動部123及び外側支持梁部124と、絶縁層103との間に上記間隔G1及びG2が確保される。すなわち、上記酸化シリコン層112が薄く形成されていた領域では小さな間隔G2が得られ、上記酸化シリコン層112が厚く形成されていた領域では大きな間隔G1が得られる。   Then, the sacrificial layer (silicon oxide layers 112 and 113) is removed at a portion corresponding to the opening 116a by performing wet etching using a hydrofluoric acid-based etching solution. At this time, the wet etching stops at the insulating layer 103. As a result, the gaps G <b> 1 and G <b> 2 are secured between the main driven portion 121, the inner support beam portion 122, the auxiliary driven portion 123, the outer support beam portion 124, and the insulating layer 103 in the movable electrode 120. That is, a small gap G2 is obtained in the region where the silicon oxide layer 112 is formed thin, and a large gap G1 is obtained in the region where the silicon oxide layer 112 is formed thick.

なお、上記酸化シリコン層112,113のうち、可動電極120の被固定部125の下層に存在する部分(アンカー部分)は上記ウエットエッチングで除去されずに残され、可動電極120を基板101上に固定するための支持固定部115となる。   Of the silicon oxide layers 112 and 113, a portion (anchor portion) existing below the fixed portion 125 of the movable electrode 120 is left without being removed by the wet etching, and the movable electrode 120 is placed on the substrate 101. It becomes the support fixing | fixed part 115 for fixing.

以上説明した実施形態によれば、単一の振動子構造体によって複数の周波数を実現することが可能になるので、複数の周波数を使用する回路や機器において、回路の小型化や簡素化、或いは、部品数の削減による低コスト化を図ることができる。   According to the embodiment described above, a plurality of frequencies can be realized by a single vibrator structure. Therefore, in a circuit or device using a plurality of frequencies, the circuit can be downsized or simplified, or The cost can be reduced by reducing the number of parts.

尚、本発明の振動子構造体は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記各実施形態では、補助制御手段によって振動子構造体の周波数を切り替える技術について説明したが、本発明はこのような技術に限られず、補助制御手段による電位制御によって、振動子構造体の振動状態を変更したり、調整したりすることのできる全ての技術を包含する。例えば、振動子構造体の周波数調整のみを目的として本発明を適用しても構わない。   It should be noted that the vibrator structure of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the technology for switching the frequency of the vibrator structure by the auxiliary control unit has been described. However, the present invention is not limited to such a technology, and the potential of the vibrator structure can be controlled by the potential control by the auxiliary control unit. Includes all technologies that can change or adjust the vibration state. For example, the present invention may be applied only for the purpose of adjusting the frequency of the vibrator structure.

また、上記各実施形態では補助制御手段としてスイッチを含む構成について説明しているが、本発明では、補助電極と可動電極との間の静電力を変化させることができればよいから、スイッチを含むものではなく、或いは、単に電位を切り替える機能だけを有するものではなく、補助電極と可動電極との間の電位差を連続的に変化させたり、任意の電位差に設定したりすることができる電位制御手段が設けられていても構わない。   Moreover, although each said embodiment demonstrated the structure containing a switch as an auxiliary | assistant control means, in this invention, since the electrostatic force between an auxiliary electrode and a movable electrode should just be changed, what includes a switch Or a potential control means capable of continuously changing the potential difference between the auxiliary electrode and the movable electrode or setting it to an arbitrary potential difference. It may be provided.

実施形態の概略斜視図。The schematic perspective view of embodiment. 実施形態の縦断面図(a)及び異なる実施形態の縦断面図(b)。The longitudinal cross-sectional view (a) of embodiment, and the longitudinal cross-sectional view (b) of different embodiment. 実施形態の補助被動部の動作を示す説明図(a)〜(c)。Explanatory drawing (a)-(c) which shows operation | movement of the auxiliary | assistant driven part of embodiment. 異なる実施形態の束縛状態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the binding state of different embodiment. 別の実施形態の概略斜視図。The schematic perspective view of another embodiment. さらに別の実施形態の概略斜視図。The schematic perspective view of another embodiment. 実施形態の製造方法を示す概略工程図(a)〜(e)。The schematic process drawing (a)-(e) which shows the manufacturing method of embodiment. 実施形態の製造方法を示す概略工程図(a)〜(d)。The schematic process drawing (a)-(d) which shows the manufacturing method of embodiment. 従来のビーム型振動子の概略斜視図。The schematic perspective view of the conventional beam type vibrator. 従来のビーム型振動子の概略縦断面図。FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view of a conventional beam type vibrator.

符号の説明Explanation of symbols

100…振動子構造体、101…基板、101A…補助電極、102,103…絶縁層、110…固定電極、114…配線、115…絶縁層、120…可動電極、121…主被動部、122…内側支持梁部、123…補助被動部、124…外側支持梁部、125…被固定部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Vibrator structure, 101 ... Substrate, 101A ... Auxiliary electrode, 102, 103 ... Insulating layer, 110 ... Fixed electrode, 114 ... Wiring, 115 ... Insulating layer, 120 ... Movable electrode, 121 ... Main driven part, 122 ... Inner support beam part, 123 ... auxiliary driven part, 124 ... outer support beam part, 125 ... fixed part

Claims (14)

基板と、該基板上に形成された固定電極と、該固定電極上に間隙を介して対向し、前記固定電極に対向する部分の周囲の複数箇所で前記基板上の支持固定部に固定されてなる可動電極と、
前記固定電極と前記支持固定部との間に前記可動電極に対向する補助電極を形成し、電位制御により前記補助電極と前記可動電極との間に生ずる静電力を変化可能に構成する補助制御手段を設けた振動子構造体であって、
前記可動電極には、前記補助電極に対向する位置に隣接部分よりも拡幅した補助被動部が設けられていることを特徴とする振動子構造体。
A substrate, a fixed electrode formed on the substrate, and a fixed electrode that is opposed to the fixed electrode via a gap, and is fixed to a supporting and fixing portion on the substrate at a plurality of locations around a portion facing the fixed electrode. A movable electrode,
Auxiliary control means for forming an auxiliary electrode facing the movable electrode between the fixed electrode and the support fixing portion, and configured to change an electrostatic force generated between the auxiliary electrode and the movable electrode by potential control. A vibrator structure provided with
The vibrator structure according to claim 1, wherein the movable electrode is provided with an auxiliary driven portion that is wider than an adjacent portion at a position facing the auxiliary electrode.
複数の前記補助電極が前記固定電極の周囲にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1に記載の振動子構造体。   The vibrator structure according to claim 1, wherein the plurality of auxiliary electrodes are respectively formed around the fixed electrode. 前記可動電極は、前記固定電極に対向する位置に設けられた主被動部と、該主被動部と前記支持固定部との間に設けられ、前記主被動部よりも細幅に形成された支持梁部と、前記支持梁部の途中において前記補助電極に対向する位置に設けられ、前記支持梁部よりも広幅に形成された補助被動部とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の振動子構造体。   The movable electrode is provided with a main driven portion provided at a position facing the fixed electrode, and a support provided between the main driven portion and the support fixing portion and formed narrower than the main driven portion. 3. The apparatus according to claim 1, further comprising: a beam portion; and an auxiliary driven portion provided at a position facing the auxiliary electrode in the middle of the support beam portion and formed wider than the support beam portion. The vibrator structure described. 前記補助制御手段は、前記補助電極の電位を、前記可動電極の電位若しくは該電位により近い第1電位と、前記可動電極の電位に対して前記第1電位との電位差が大きい第2電位との間で切り替えるスイッチを含むことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動子構造体。 The auxiliary control means sets the potential of the auxiliary electrode between a potential of the movable electrode or a first potential closer to the potential and a second potential having a large potential difference between the first potential and the potential of the movable electrode. The vibrator structure according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a switch that switches between them. 静電力を受けていない状態で、前記可動電極における前記補助電極と対向する部分は、前記可動電極における前記固定電極と対向する部分よりも前記基板側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動子構造体。 The portion of the movable electrode facing the auxiliary electrode in a state where no electrostatic force is received is disposed closer to the substrate than the portion of the movable electrode facing the fixed electrode. The vibrator structure according to any one of 1 to 4 . 前記可動電極における前記補助電極に対向する部分の前記基板側への移動可能範囲は、前記可動電極における前記固定電極に対向する部分の前記基板側への移動可能範囲よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動子構造体。 The movable range of the portion of the movable electrode facing the auxiliary electrode toward the substrate is smaller than the movable range of the portion of the movable electrode facing the fixed electrode toward the substrate. The vibrator structure according to any one of claims 1 to 4 . 前記補助電極と前記可動電極との間には絶縁膜が介在していることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動子構造体。 Oscillator structure according to any one of claims 1 to 6, wherein an insulating film is interposed between the auxiliary electrode and the movable electrode. 前記補助電極は前記基板の表層部に形成された不純物領域であり、前記絶縁膜は、前記基板の表面上に形成されていることを特徴とする請求項に記載の振動子構造体。 The vibrator structure according to claim 7 , wherein the auxiliary electrode is an impurity region formed in a surface layer portion of the substrate, and the insulating film is formed on a surface of the substrate. 基板と、該基板上に形成された固定電極と、該固定電極上に間隙を介して対向し、前記固定電極に対向する部分の周囲の複数箇所で前記基板上の支持固定部に固定されてなる可動電極とを有する振動子構造体の製造方法において、
前記基板若しくは前記基板上に前記固定電極及びこれとは別の補助電極を形成する工程と、
前記補助電極及び前記固定電極の上方に間隔を介して対向し、前記補助電極及び前記固定電極に対向する部分の周囲の複数箇所で前記基板上に支持固定される可動電極を形成する工程と、
を有し、
前記補助電極と前記可動電極との間に配置されるべき絶縁層を形成する工程をさらに有することを特徴とする振動子構造体の製造方法。
A substrate, a fixed electrode formed on the substrate, and a fixed electrode that is opposed to the fixed electrode via a gap, and is fixed to a supporting and fixing portion on the substrate at a plurality of locations around a portion facing the fixed electrode. In a method of manufacturing a vibrator structure having a movable electrode,
Forming the fixed electrode and an auxiliary electrode different from the fixed electrode on the substrate or the substrate;
Forming a movable electrode which is opposed to the auxiliary electrode and the fixed electrode via a gap and is supported and fixed on the substrate at a plurality of locations around a portion facing the auxiliary electrode and the fixed electrode;
I have a,
The method for manufacturing a vibrator structure further comprising a step of forming an insulating layer to be disposed between the auxiliary electrode and the movable electrode.
前記補助電極は、前記基板の表層部に形成された不純物領域であることを特徴とする請求項に記載の振動子構造体の製造方法。 The method for manufacturing a vibrator structure according to claim 9 , wherein the auxiliary electrode is an impurity region formed in a surface layer portion of the substrate. 前記可動電極を形成する工程は、前記基板上に犠牲層を形成する段階と、前記犠牲層上に前記可動電極を形成する段階と、前記犠牲層を除去して前記間隙を形成する段階とを有することを特徴とする請求項9又は10に記載の振動子構造体の製方法。 The step of forming the movable electrode includes a step of forming a sacrificial layer on the substrate, a step of forming the movable electrode on the sacrificial layer, and a step of forming the gap by removing the sacrificial layer. The method for producing a vibrator structure according to claim 9 or 10 , characterized by comprising: 前記犠牲層を形成する段階では、前記補助電極上の層厚が前記固定電極上の層厚よりも小さく形成されることを特徴とする請求項11 に記載の振動子構造体の製造方法。 12. The method for manufacturing a vibrator structure according to claim 11 , wherein in the step of forming the sacrificial layer, a layer thickness on the auxiliary electrode is formed smaller than a layer thickness on the fixed electrode. 前記補助被動部と前記補助電極の少なくとも一方の対向面状には他方に向けて突出する凸部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動子構造体。 Vibrator according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the provided protruding portion protruding toward the other at least one of the opposing surfaces shaped auxiliary driven portion and the auxiliary electrode Structure. 前記補助被動部と前記補助電極の少なくとも一方の対向面上に他方に向けて突出する凸部を形成する段階をさらに有することを特徴とする請求項乃至12のいずれか一項に記載の振動子構造体の製造方法。 The vibration according to any one of claims 9 to 12 , further comprising a step of forming a convex portion projecting toward the other on at least one of the auxiliary driven portion and the auxiliary electrode. A manufacturing method of a child structure.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4965962B2 (en) * 2006-10-13 2012-07-04 学校法人立命館 Micromechanical resonator
DE102006052414B4 (en) * 2006-11-07 2015-10-01 Robert Bosch Gmbh Micromechanical actuator with a shaft
JP5167652B2 (en) * 2007-02-16 2013-03-21 セイコーエプソン株式会社 MEMS element
JP2008200757A (en) * 2007-02-16 2008-09-04 Seiko Epson Corp MEMS device and manufacturing method thereof
JP4334581B2 (en) * 2007-04-27 2009-09-30 株式会社東芝 Electrostatic actuator
WO2009092846A1 (en) * 2008-01-24 2009-07-30 Vti Technologies, Oy A micromechanical resonator
JP5115244B2 (en) * 2008-03-05 2013-01-09 セイコーエプソン株式会社 Electrostatic vibrator and method of using the same
JP2009006479A (en) * 2008-09-30 2009-01-15 Seiko Epson Corp MEMS device and manufacturing method thereof
JP5417851B2 (en) * 2009-01-07 2014-02-19 セイコーエプソン株式会社 MEMS device and manufacturing method thereof
US8368473B2 (en) 2009-06-09 2013-02-05 Panasonic Corporation Resonator and oscillator using same
JP5398411B2 (en) * 2009-08-10 2014-01-29 株式会社東芝 Micro movable device and manufacturing method of micro movable device
JP5953980B2 (en) * 2012-06-28 2016-07-20 セイコーエプソン株式会社 Vibration device, electronic equipment
FR3022691B1 (en) * 2014-06-23 2016-07-01 Stmicroelectronics Rousset INTEGRATED COMMANDABLE CAPACITIVE DEVICE
FR3034567B1 (en) 2015-03-31 2017-04-28 St Microelectronics Rousset METALLIC DEVICE WITH IMPROVED MOBILE PIECE (S) LOADED IN A CAVITY OF THE INTERCONNECTION PART ("BEOL") OF AN INTEGRATED CIRCUIT
US9466452B1 (en) 2015-03-31 2016-10-11 Stmicroelectronics, Inc. Integrated cantilever switch
JP7418808B2 (en) * 2020-03-12 2024-01-22 国立大学法人東北大学 Tuning fork type vibrator and tuning fork type vibrator adjustment method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10013424A1 (en) * 2000-03-17 2001-09-20 Bosch Gmbh Robert Filter for electrical signals, has two separated terminals for signal output corresponding to opposite-phase oscillating parts
JP2003532322A (en) * 2000-04-20 2003-10-28 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミシガン Method and apparatus for selecting at least one desired channel utilizing an array of vibrating micromechanical devices
WO2004032320A1 (en) * 2002-10-03 2004-04-15 Sharp Kabushiki Kaisha Microresonator, microfilter, micro-oscillator, and wireless communication device
JP2004172504A (en) * 2002-11-21 2004-06-17 Fujitsu Media Device Kk Variable capacitor, package including the same, and method of manufacturing variable capacitor
JP4341288B2 (en) * 2003-04-21 2009-10-07 ソニー株式会社 MEMS resonator, method of manufacturing the same, and filter

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