[发明专利]机电共振器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用MEMS(微机电系统)制作的机电共振器及其制造方法。

背景技术

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1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)位置的布置而不同。

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，并使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。

[非专利文献]M.Demirci，C.T.-C.Nguyen，“Higher-mode Free-Free BeamMicromechanical Resonators，”Proceeding，2003 IEEE Int.Frequency ControlSymposium，Tampa，Florida，May 5-8，2003，pp.810-818.

[专利文献]JP-A-06-310029

非专利文献1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1的问题。然而，在专利文献1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。

发明内容

本发明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，本发明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，本发明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。