(57)【要約】【課題】  有極性分子による荷電効果に起因する駆動部の変質や、残存する酸化性分子や導電性分子による通電部の酸化などが十分に低減ないし回避できる微小駆動素子を提供する。【解決手段】  不活性気体と還元性気体を主成分とする還元性雰囲気が封入された空間内に微小駆動部が設けられた構成とする。【選択図】        図１
2006231439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に蓋体が設けられて形成された中空内の雰囲気が、不活性気体と還元性気体を主成分とする還元性雰囲気であり、
上記還元性雰囲気中に、上記基板及び上記蓋体の少なくとも一方に連結された微小駆動部が設けられた
ことを特徴とする微小機械素子。
【請求項２】
上記微小駆動部が、銅及びアルミニウムの少なくとも一方による通電部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の微小機械素子。
【請求項３】
上記還元性気体が、一酸化炭素または／及び水素である
ことを特徴とする請求項１に記載の微小機械素子。
【請求項４】
上記基板が、半導体または絶縁体である
ことを特徴とする請求項１に記載の微小機械素子。
【請求項５】
上記基板、上記蓋体、上記微小駆動部の少なくとも一つに、不動態化処理がなされた
ことを特徴とする請求項１に記載の微小機械素子。
【請求項６】
上記基板、上記蓋体、上記微小駆動部の少なくとも一つに、疎水性処理がなされた
ことを特徴とする請求項１に記載の微小機械素子。
【請求項７】
上記微小駆動部が、電気的に駆動される梁を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の微小機械素子。
【請求項８】
上記梁が、両端が上記基板に固定される振動子とされ、電極により駆動される
ことを特徴とする請求項７に記載の微小機械素子。
【請求項９】
上記梁が２次高調波振動モードで励振される構成を有する
ことを特徴とする請求項７に記載の微小機械素子。
【請求項１０】
上記梁が、上記連結のための部材に比して幅広とされた
ことを特徴とする請求項１に記載の微小機械素子。
【請求項１１】
上記還元性雰囲気が、減圧雰囲気である
ことを特徴とする請求項１に記載の微小機械素子。
【請求項１２】
基板上に微小駆動部を形成する工程と、還元性気体を含む還元性雰囲気中で、蓋体によって上記微小駆動部を密閉封止する工程とを有する
ことを特徴とする微小機械素子の製造方法。
【請求項１３】
上記請求項１〜１１のいずれかに記載の微小機械素子を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
上記微小機械素子が、フィルター、ミキサー、共振器、信号切換器、センサーのうち少なくとも１つに構成された
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
上記微小機械素子を含んで、システム イン パッケージ型デバイスまたはシステム オン チップ型デバイスとして構成された
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１６】
送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、
上記フィルタとして、請求項７に記載の微小機械素子によるフィルタが用いられている
ことを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小機械素子、特に電気的に駆動される微小機械素子とその製造方法、この微小機械素子を有する半導体装置、及び微小機械素子を帯域フィルタとして用いた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小機械構成による素子、所謂MEMS（Micro Electro Mechanical System）デバイスには、初期特性の確保や特性維持、すなわち商品における信頼保証のために、気密的な封入処理、所謂ハーメチック・パッケージングが施される。
この微小機械素子は、フィルター、ミキサー、共振器、信号切換器、センサー等の電子素子としても用いられるが、素子を構成する微小駆動部を減圧雰囲気によってパッケージした構成は、荷電効果による素子の特性劣化低減に有効であることが知られており、例えば、共振器を５０μTorr程度の高真空パッケージによって構成することが、振動子の高いＱ値を保持するために特に有効との報告もなされている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、前述の電子素子には、動作と制御に高度な精密さが要求されることから、微小駆動部を減圧雰囲気によってパッケージするだけでは、特性劣化を十分に低減ないし回避することは難しい。
すなわち、減圧雰囲気下においても、パッケージ内部に水などの有極性分子が残留している場合には、電圧印加などの素子動作に伴って、素子を構成する微小駆動部近傍で、電場による分子の配列や電気分解などの荷電効果が生じるが、例えば、振動子の一部表面に電荷が集中（チャージング）すると、例えば振動子においてはニュートラルの位置に偏りが生じ、素子機能が損なわれてしまう。
【０００４】
また、このような有極性分子に起因する荷電効果は、微小駆動部やその周囲の配線材料の変質の原因にもなる。一般に、電気信号は高周波のものほど配線の表面部を伝播する性質があるため、表面部が酸化などによって変質すると、高抵抗化が進み、伝播特性の低下によって素子特性が劣化してしまう。
したがって、減圧雰囲気下であっても、有極性分子が残留している限り、微小機械素子を構成する配線材料の選定は、材料自体が本来有する抵抗等よりも、変質しにくいという点を優先して行わざるを得ないという実情があった。
【０００５】
微小機械素子の製造方法としては、減圧雰囲気下でパッケージングを行う際に、封止手段を選定する方法や、有極分子に対して結合や吸着を生じやすい物質を、所謂ゲッターとしてパッケージ内部に設ける方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【非特許文献１】Micromechanical Mixer+Filtersby Ark-Chew Wong, Hao Ding, and Clark T.-C. Nguyen; Technical Digest, IEEE International Electron Device Meeting, San Francisco, California, Dec.  6-9, 1998, pp. 471-474.
【特許文献１】特開2003-133452号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、封止手段の選定によるのみでは、前述の荷電効果に起因する問題を解決することは難しい。すなわち、封止手段の選定は、パッケージ内に封入する気体の主成分を、例えば通常用いられるアルゴンや窒素などの不活性気体に選定することを可能とするものの、不活性気体を長時間に渡って多量に供給し続けたとしても、有極性分子の気相中への残存を十分に抑制できるとは限らず、有極性分子が液相もしくは固相で残存した場合も経時的に気化してしまうことから、有極性分子によって素子特性が劣化するおそれが残る。
【０００７】
また、パッケージ内部に設けたゲッターによって有極性分子を固定する方法は、ゲッターを作用させるための加熱処理が必要であり、加熱処理のための通電系統を別途設ける必要もあることから、微小駆動部自体の原価を超える高コストが問題とされているハーメチックパッケージの製造に、より大きな手間とコストを要求することになってしまう。
【０００８】
本発明は、前述の諸問題の解決を図り、優れた初期特性の確保、ならびにデバイスの信頼性の保証ができる微小機械素子及び半導体素子と、商品化、実用化における低価格を可能とする微小機械素子の製造方法を提供するものである。
さらに、本発明は、この微小機械素子を帯域フィルタとして備えた通信装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による微小機械素子は、基板上に蓋体が設けられて形成された中空内の雰囲気が、不活性気体と還元性気体を主成分とする還元性雰囲気であり、上記還元性雰囲気中に、上記基板及び上記蓋体の少なくとも一方に連結された微小駆動部が設けられたことを特徴とする。
また、本発明は、上記微小機械素子において、上記微小駆動部が、銅及びアルミニウムの少なくとも一方による通電部を有することを特徴とする。
また、本発明は、上記微小機械素子において、上記還元性気体が、一酸化炭素または／及び水素であることを特徴とする。
また、本発明は、上記微小機械素子において、上記基板が、半導体または絶縁体であることを特徴とする。
また、本発明は、上記微小機械素子において、上記基板、上記蓋体、上記微小駆動部の少なくとも一つに、不動態化処理がなされたことを特徴とする。
また、本発明は、上記微小機械素子において、上記基板、上記蓋体、上記微小駆動部の少なくとも一つに、疎水性処理がなされたことを特徴とする。
また、本発明は、上記微小機械素子において、上記微小駆動部が、電気的に駆動される梁を有することを特徴とする。
また、本発明は、上記微小機械素子において、上記梁が、両端が上記基板に固定される振動子とされ、電極により駆動されることを特徴とする。
また、本発明は、上記微小機械素子において、上記梁が２次高調波振動モードで励振される構成を有することを特徴とする。
また、本発明は、上記微小機械素子において、上記梁が、上記連結のための部材に比して幅広とされたことを特徴とする。
また、本発明は、上記微小機械素子において、上記還元性雰囲気が、減圧雰囲気であることを特徴とする。
【００１０】
本発明による微小機械素子の製造方法は、基板上に微小駆動部を形成する工程と、還元性気体を含む還元性雰囲気中で、蓋体によって上記微小駆動部を密閉封止する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明による半導体装置は、上記微小機械素子を有することを特徴とする。
また、本発明は、上記半導体装置において、上記微小機械素子が、フィルター、ミキサー、共振器、信号切換器、センサーのうち少なくとも１つに構成されたことを特徴とする。
また、本発明は、上記半導体装置において、上記微小機械素子を含んで、システム イン パッケージ型デバイスまたはシステム オン チップ型デバイスとして構成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明による通信装置は、送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、上記フィルタとして、上記電気的に駆動される梁を有する上記微小機械素子によるフィルタが用いられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る微小機械素子によれば、微小駆動部が、不活性気体と還元性気体を主成分とする還元性雰囲気内に気密封入されることから、微小駆動素子の気密封止後に、パッケージ内部に気相、液相、固相のいずれかの状態で有極性分子が残存した場合でも、この有極性分子による荷電効果に起因する、駆動部の変質や、通電部の酸化などを回避することができることから、微小駆動素子の特性劣化を十分に抑制することができ、電極や配線も、銅やアルミニウムなどの安価な材料を用いて構成することができ、製造原価の低減を図ることができる。
【００１４】
したがって、本発明に係る微小機械素子を有する半導体装置によれば、優れた初期特性と信頼性を備えたフィルター、ミキサー、共振器、信号切換器、センサーなどの通信デバイスを構成することができる。
また、例えば、微小機械素子を構成する微小駆動部表面に有極性分子が付着することによる帯電を回避し、駆動部表面の酸化に起因する浮遊容量の増加を防止することもできる。
【００１５】
また、本発明に係る微小機械素子の製造方法によれば、微小駆動部を形成する工程と、還元性気体を含む還元性雰囲気中で蓋体によって微小駆動部を密閉封止する工程とを有することから、駆動部の変質や、通電部の酸化などが十分に抑制できる微小駆動素子を、低コストで製造することができる。
【００１６】
更に、本発明に係る製造方法においては、後述するように、ウェハーレベルで還元性雰囲気の密閉封止まで行うことによって、更に製造コストを低減することが可能であることから、微小駆動素子や、これを有する半導体装置を低価格で提供することができるなど、本発明によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。
【００１７】
本発明の通信装置によれば、帯域フィルタに本発明の微小機械素子によるフィルタを用いることにより、優れたフィルタ特性が得られ、信頼性の高い通信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
本実施の形態で対象とする微小機械素子は、マイクロメータスケール、ナノメータスケールの素子である。
【００２０】
図１に、本発明に係る微小機械素子の第１の実施の形態を示す。本実施の形態に係る微小機械素子１は、基体、本例では高抵抗シリコンよりなる基板２上に、例えばポリシリコンからなり下部電極となる入力電極３と出力電極４が形成され、入出力電極３及び４に対向して空間９を挟んで振動子となる電極、すなわち梁５が形成された微小駆動部（所謂微小振動素子）６を有して成る。入力電極３及び出力電極４はいわゆる駆動用電極として機能する。梁５は入出力電極３、４をブリッジ状に跨ぎ、両端をアンカー部（支持部）で一体に支持して形成される。この微小駆動部６では、入力電極３に入力信号が入力されると、直流バイアス電圧（以下、ＤＣバイアスという）が印加された梁５と入力電極３間に生じる静電気力で梁５が振動し、出力電極４から梁の共振周波数に応じた出力信号が出力されるようになされる。この場合、例えば２次高調波振動モードで励振されるなど、静電的に駆動される。
【００２１】
そして、本実施の形態においては、微小駆動部６が形成された基板２上に、微小駆動部６を上から蓋するように、シリコンによる蓋体７が設けられ、これら基板２と蓋体７によって形成される中空内に、不活性気体と還元性気体を主成分とする還元性雰囲気８が封入される。これによって、微小駆動部６は、還元性雰囲気８内に気密封止される。
【００２２】
還元性雰囲気８を構成する不活性気体として、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ２）を、還元性気体として、水素（Ｈ２）や一酸化炭素（ＣＯ）を、それぞれ用いることができる。
還元性気体として水素を用いる場合には、不活性気体に容量百分率が４％未満か７４％以上となるように雰囲気組成を選定することが、取り扱いの安全を確保する上で好ましい。また、還元性気体として一酸化炭素を用いる場合には、不活性気体に容量百分率が１２．５％未満となるように雰囲気組成を選定することが、取り扱いの安全を確保する上で好ましい。
【００２３】
基板２上に形成された通電部、すなわち入力電極３、出力電極４、さらに梁５の支持部に夫々接続された配線や電極は、雰囲気が還元性気体により構成されるため、酸化などによる変質が抑制されることから、金（Ａｕ）によらなくとも、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、更にこれらを主たる成分とする合金による構成とすることができる。
また、微小駆動部６の梁形状部分は、通常、基板２や蓋体７との連結部分に比して幅広に形成される。この場合、この幅広とされた梁形状部分や、梁形状部分と連結部分との境目となる屈曲部分などに特に発生しやすい荷電効果を抑制することができるものである。
【００２４】
一方、蓋体７の外部については、特に配線からの分離が確保されている限り、有極性分子が特には除外されていない雰囲気（以後有極性雰囲気と言う）１０による構成とすることもできる。これは、微小機械素子１を有する半導体装置として、例えば後述するＳｉＰ（システム イン パッケージ）やＳｏＣ（システム オン チップ）などの種々の装置形式をとる場合に、その装置形式のいずれによって構成されるかによっても選択することができ、図示した構成は、製造の際にデバイスレベルでハーメッチック・パッケージを形成した場合に相当する。
なお、有極性分子としては、水分子などの他、素子の製造過程で用いられる界面活性剤やレジスト残渣、製造装置を構成する部品の欠片を構成する有機分子などが気化したものも挙げられる。
【００２５】
第１の実施の形態に係る微小機械素子１によれば、微小駆動部６の気密封止後に、パッケージ内部に気相、液相、固相のいずれかの状態で有極性分子が残存した場合でも、還元性雰囲気によって酸化などの変質の進行が抑制され、有極性分子による荷電効果に起因する、駆動部の変質や、通電部の酸化などをも回避することができ、微小駆動素子の特性劣化を十分に抑制することができる。
【００２６】
図２に、本発明による微小機械素子の第２の実施の形態を示す。
本実施の形態では、下部電極及び梁を片端支持型に構成した例である本実施の形態に係る微小機械素子１１は、図１と同様の基板２上に下部電極となる入力電極３と出力電極４が形成され、入出力電極３及び４に対向して空間９を挟んで振動子となる片端支持の梁５が形成された微小駆動部（いわゆる微小振動素子６を有してなる。梁５は入出力電極３及び４をブリッジ状に跨ぎ、一端をアンカー部（支持部）で一体に支持して形成される。そして、微小駆動部６が形成された基板２上に、微小駆動部６を上から蓋するように蓋体７が設けられ、これら基板２と蓋体７によって形成される中空内に、不活性気体と還元性気体を主成分とする還元性雰囲気８が封入され、微小駆動部６が気密封止されて構成される。その他の構成及び動作は、図１で説明したと同様であるので、図１に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２７】
図３は、本発明による微小機械素子の第３の実施の形態を示す。
本実施の形態の微小機械素子では、基板上に図１及び図２に示す微小機械素子１又は１１を複数並列的に形成して構成される、所望の機械共振周波数、本例では機械共振周波数１００ＭＨｚの静電駆動型振動子群を例示する。
【００２８】
本実施の形態に係る微小機械素子１２は、図３に示すように、基板２上に下部電極となる入力電極３及び出力電極４を形成し、この入出力電極３及び４を共通として空間８を挟んで複数の梁５を配列形成し、各梁５において微小駆動部６として、この微小駆動部６が並列接続されるようになされた振動子群２１を有してなる。入力電極３及び出力電極４は、基板２内に埋め込まれた配線１３を通じて後述する蓋体７の外側の基板２上の配線に接続される。そして複数の並列化した微小駆動部６からなる振動子群２１が形成された基板２上の配線に接続される。そして複数の並列化した微小駆動部６からなる振動子群２１が形成された基板２上に、微小駆動部６を上から蓋するように蓋体７が設けられ、これら基板２と蓋体７によって形成された中空内に、不活性気体と還元性気体を主成分とする還元性雰囲気８が封入され、振動子群２１が気密封止されて構成される。
【００２９】
次に、本発明による微小機械素子の製造方法の実施の形態を説明する。本例は前述の図１と同様の構成の微小機械素子の製造方法の例である。
まず、図４Ａに示すように、高抵抗シリコンによる基板２を用意し、その上面に、例えばＨＤＰ（High Density Plasma）酸化による酸化シリコン薄膜と窒化シリコン膜と複合膜による絶縁層３１を所要の厚さ、本例では２００ｎｍ程度の厚さに成膜する。
その後、例えば多結晶シリコン（ＰＤＡＳ；Phosphorous Doped Amorphous Silicon）による導電層３２を所要の厚さ、本例では３８０ｎｍ程度の厚さに成膜し、埋め込み配線パターンのレジストマスク（図示せず）を形成してドライエッチングを行って導電層３２の不要部分を取り除くことにより、後の工程で形成するウェハー接合パッドの下部を迂回して外部との接続を図るための導電層３２による埋め込み配線パターンを形成する。
【００３０】
続いて、図４Ｂに示すように、例えば酸化シリコン薄膜と窒化シリコンとの複合された絶縁層３３を成長させて、先に形成した埋め込み配線パターン３２を埋め戻
す。次いで、絶縁層３３に電気的な接続のためのビアホール３４を形成した後、配線パターン３２上に、多結晶シリコン（ＰＤＡＳ）を形成し、化学機械研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）法により平坦化を行って、ビアホール３４内の多結晶シリコンによる接続導体３５を絶縁層３３の表面に選択的に露出させる。
【００３１】
以後の図４Ｃ〜図８Ｂの図面は、図４Ｂのｂ−ｂ´線上の断面構造で示す。ただし、これらの図面での３１の絶縁層、３２の導電層はパターン化されており、基板全面にこれらの膜が存在する訳ではない。（３１、３２の工程を経て更に上部の構造が形成されることを示しているに過ぎない。）
続いて、図４Ｃに示すように、全面上に多結晶シリコン（ＰＤＡＳ）を成膜し、最終的に形成する下部電極と微小駆動部（振動子）の梁の固定台に対応する形状のレジストマスクを形成した後、ドライエッチング法により多結晶シリコン（ＰＤＡＳ）の不要部分を選択的に取り除き、多結晶シリコンによる最終的な下部電極となる入力電極３６、出力電極３７、梁を支持する固定台３８、接合パッド部３９を形成する。
【００３２】
続いて、図５Ａに示すように、形成された入力電極３６及び３７と固定台３８と接合パッド部３９とを、酸化シリコンによる絶縁層４０で埋め戻し、化学機械研磨法によって平坦化を行い、入出力電極３６及び３７、固定台３８及び接合パッド部３９を表面に露出させる。
【００３３】
続いて、図５Ｂに示すように、平坦化がなされた上面に、入出力電極３６及び３７と後で形成する梁との間隔に応じて、所要の厚さ、例えば５０ｎｍ程度の厚さに酸化シリコン（ＬＰ−ＴＥＯＳ；Low Pressure Tetraethoxy Silane）膜を追加形成して、絶縁層４１を構成する。その後、図５Ｃに示すように、最終的に得る微小駆動部の梁と固定台３８とを繋ぐ貫通孔４３及び接合パッド部３９のコンタクト用貫通孔４３をドライエッチングにより形成する。残った絶縁層４０及び４１で犠牲層となる絶縁層４２を形成する。
【００３４】
続いて、図６Ａに示すように、多結晶シリコン（ＰＤＡＳ）膜を成膜し、パターニングして多結晶シリコン膜による梁４４、配線（図示せず）及びパッド部３９上の導電層４５を形成する。次いで、配線及びパッド部３９上の導電層４５上にＡｌ−Ｓｉ薄膜を形成し、配線パターンを形成する。
続いて、図６Ｂに示すように、接合パッド部３９上の導電層４５上に、Ｔｉ／Ｗによる金属薄膜４６と、Ａｕによる金属薄膜４７とを、所要の厚さ、例えばそれぞれ５０μｍ程度と２５０μｍ程度の厚さで成膜し、リフトオフにより所望の蓋体（ウェハー）を接着するためのウェハー接着パッド形状を得る。
【００３５】
続いて、図６Ｃに示すように、例えばフッ化水素を含むエッチング液を用い、犠牲層となる絶縁層４２を除去して、入出力電極と梁の間に約５０ｎｍの空間隙間４８を有する振動子となる、両端が固定台３８に支持された梁４４を形成する。
その後、入出力電極３６及び３７ならびに梁４４を、例えば水素を含むガス中での処理により水素終端化処理を行うことによって、疎水性処理を施す。なお、それ以外の部分については、前述したように、例えばＳｉＮによる不動態化処理を施すことが好ましい。このようにして、基板２上に空間４８を挟んで入出力電極３６、３７と梁４４が配設されてなる微小駆動部（実質的な微小機械素子）４９を形成する。
【００３６】
一方、図７Ａに示すように、別途蓋体となる例えばシリコン基板５１を用意する。このシリコン基板５１には、先の工程で作製した梁４４を有する微小駆動部４９の高さ及び面積に対応する複数の溝５２を形成し、基板５１の表面に全面的に熱酸化によって酸化シリコンによる絶縁被膜５３を形成した後、例えばＨＤＰ（High Density Plasma）酸化による酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の複合膜による絶縁層５４を例えば２００ｎｍ程度の厚さに成膜して、表面の不動態化を行い、更に溝加工をせずに凸形状に残った部分に、蓋体７（ウェハー５１）接着用のＴｉ／Ｗによる金属薄膜５５と、Ａｕによる金属薄膜５６とを、例えばそれぞれ５０μｍ程度と２５０μｍ程度の厚さで成膜した後、リフトオフして、所望の形状の蓋体７を得る。
【００３７】
続いて、図７Ｂに示すように、この蓋体７と、先に形成した微小駆動部６を有する基板２とを、所望の還元性気体を導入した雰囲気５７中で対面させ、位置合わせをして、例えば３２０℃の条件下で５０ｋｇ／ｃｍ２で加圧することにより、還元性雰囲気５７を密閉してウェハーの接合封止を行う。すなわち、本実施形態は、ウェハーレベルでハーメッチック・パッケージを形成する製造方法を例示したものである。
その後、図示しないが、接合されたウェハーをダイシング加工することによって、本発明による微小機械素子１２を個別チップとして得る。
【００３８】
図８は、図４Ｂと同じ方向から見た微小機械素子１２の断面構造を示す。入力電極３６、出力電極３７が、それぞれ埋め込み配線パターン３２に接続されて蓋体７の外側に導出される。
【００３９】
本実施の形態による微小機械素子の製造方法によれば、微小駆動部６を形成する工程と、還元性気体を含む還元性雰囲気５７の導入工程と、還元性雰囲気５７を、上記微小駆動部６と共に密閉封止する工程とによって、微小駆動部の変質や、通電部の酸化などが十分に抑制できる微小機械素子を、低コストで製造することができる。したがって、密閉封止をウェハーレベルとデバイスレベルのいずれによって行うかを選択することも可能であることから、微小機械素子、あるいはこの微小機械素子を備えた各種の本発明による微小駆動素子や、これを有する半導体装置を低価格で提供することができるものである。
【００４０】
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明に係る微小機械素子２を高周波スイッチに適用した第４の実施の形態を示す。なお、図９Ａは、図９Ｂのａ−ａ´線における断面図である。
本実施の形態に係る高周波スイッチ１４は、基板２上に、下部電極２２と、高周波信号線路（ＲＦ信号線路）２３とを形成すると共に、一端部が基板２に固定され先端に接点Ｓが形成された梁５を形成して構成される。このとき、下部電極２２と梁５により微小駆動部６が構成される。基板２の表面には絶縁性薄膜１６が形成され、この絶縁性薄膜１６上に下部電極２２、高周波信号線路２３、及び駆動電力線路１７を介した梁５が形成される。基板２の裏面には、接地導体膜１８が形成される。
【００４１】
導電性の梁５の両主面には、駆動用電極薄膜１９と窒化膜２０が積層形成される。
微小駆動部６とＲＦ信号線路２３との接点、各電極及び給電線路、RF信号線路、接地面はＡｌ合金薄膜により形成される。梁はＳｉＯ２薄膜により形成される。基板上の絶縁膜１６はＳｉＮ／ＳｉＯ２複合膜により形成される。
なお、コ・プレーナ線路を用いる時は、裏面の接地導体膜１８は不要であるが、高周波線路の脇（基板表面）に接地導体膜を設ける。裏面と表面の両方に接地面を設けた構成も可能である。
【００４２】
電極間隔は典型的には１．２μｍ、この場合のＲＦ接点と信号線路との間隔は０．５μｍとし、電極間のプルイン現象（通常、初期間隔の２／３程度にまで、静電気力により電極間隔が縮まるときに起きるとされている）が起きる前にＲＦ接点の「閉」操作が完了するよう、図のように梁側RF接点に突起Ｓが設けられる。また、必要に応じて梁の表裏面に２０ｎｍ程度の（絶縁性）ＳｉＮ薄膜を（接点、支点を除いた部分に）保護膜として設ける。
【００４３】
この高周波スイッチ１４は、梁５の電極１９と下部電極２２間に電圧が印加され、駆動される。駆動電力線路１５、１７から梁５の電極薄膜１９と下部電極２２との間に所定の電圧が印加されると、それまで下部電極２２に対して十分な離間状態にあった梁５が、下部電極２２との間の静電気力で撓み、梁５の先端の接点Ｓが高周波信号線２３に接触し、線路の切れ目により「開」状態に置かれてあった高周波信号線路２３は導通状態となる。梁５は、駆動電圧が印加されていないときには、駆動電力線路を兼ねたアンカー部分の復元力により、下部電極２２から十分に離間した状態に戻り、信号線路は「開」状態となる。
【００４４】
本発明に係る他の実施の形態においては、上述の微小機械素子１、１２、１４等を用いて、信号フィルタ、ミキサー、共振器、及びそれらが含まれるＳｉＰ（システム・イン・パッケージ）デバイスモジュール、ＳｏＣ（システム・オン・チップ）デバイスモジュール等の半導体装置を構成することができる。
本実施の形態の半導体装置によれば、上述したような高信頼性を有する微小振動子を備えるので、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００４５】
本発明による微小機械素子１、１２、１４は、高周波（ＲＦ）フィルタ、中間周波（ＩＦ）フィルタ等の帯域信号フィルタとして用いることができる。本発明は、上述の微小機械素子１、１２、１４によるフィルタを適用して、携帯電話機、無線ＬＡＮ機器、無線トランシーバ、テレビチューナ、ラジオチューナ等の、電磁波を利用して通信する通信装置を提供することができる。
【００４６】
次に、上述した実施の形態のフィルタを適用した通信装置の構成例を、図１０を参照して説明する。
送信系の構成について説明すると、Ｉチャンネルの送信データとＱチャンネルの送信データを、それぞれアナログ／デジタル変換器（ＤＡＣ）２０１Ｉ及び２０１Ｑに供給してアナログ信号に変換する。変換された各チャンネルの信号は、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑに供給して、送信信号の帯域以外の信号成分を除去し、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑの出力を、変調器２１０に供給する。
【００４７】
変調器２１０では、各チャンネルごとにバッファアンプ２１１Ｉ及び２１１Ｑを介してミキサー２１２Ｉ及び２１２Ｑに供給して、送信用のＰＬＬ（phase-locked loop）回路２０３から供給される送信周波数に対応した周波数信号を混合して変調し、両混合信号を加算器２１４で加算して１系統の送信信号とする。この場合、ミキサー２１２Ｉに供給する周波数信号は、移相器２１３で信号位相を９０°シフトさせてあり、Ｉチャンネルの信号とＱチャンネルの信号とが直交変調されるようにしてある。
【００４８】
加算器２１４の出力は、バッファアンプ２１５を介して電力増幅器２０４に供給し、所定の送信電力となるように増幅する。電力増幅器２０４で増幅された信号は、送受信切換器２０５と高周波フィルタ２０６を介してアンテナ２０７に供給し、アンテナ２０７から無線送信させる。高周波フィルタ２０６は、この通信装置で送信及び受信する周波数帯域以外の信号成分を除去するバンド・パス・フィルタである。
【００４９】
受信系の構成としては、アンテナ２０７で受信した信号を、高周波フィルタ２０６及び送受信切換器２０５を介して高周波部２２０に供給する。高周波部２２０では、受信信号を低ノイズアンプ（ＬＮＡ）２２１で増幅した後、バンド・パス・フィルタ２２２に供給して、受信周波数帯域以外の信号成分を除去し、除去された信号をバッファアンプ２２３を介してミキサー２２４に供給する。そして、チャンネル選択用ＰＬＬ回路２５１から供給される周波数信号を混合して、所定の送信チャンネルの信号を中間周波信号とし、その中間周波信号をバッファアンプ２２５を介して中間周波回路２３０に供給する。
【００５０】
中間周波回路２３０では、供給される中間周波信号をバッファアンプ２３１を介してバンド・パス・フィルタ２３２に供給して、中間周波信号の帯域以外の信号成分を除去し、除去された信号を自動ゲイン調整回路（ＡＧＣ回路）２３３に供給して、ほぼ一定のゲインの信号とする。自動ゲイン調整回路２３３でゲイン調整された中間周波信号は、バッファアンプ２３４を介して復調器２４０に供給する。
【００５１】
復調器２４０では、供給される中間周波信号をバッファアンプ２４１を介してミキサー２４２Ｉ及び２４２Ｑに供給して、中間周波用ＰＬＬ回路２５２から供給される周波数信号を混合して、受信したＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分を復調する。この場合、Ｉ信号用のミキサー２４２Ｉには、移相器２４３で信号位相を９０°シフトさせた周波数信号を供給するようにしてあり、直交変調されたＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分とを復調する。
【００５２】
復調されたＩチャンネルとＱチャンネルの信号は、それぞれバッファアンプ２４４Ｉ及び２４４Ｑを介してバンド・パス・フィルタ２５３Ｉ及び２５３Ｑに供給して、Ｉチャンネル及びＱチャンネルの信号以外の信号成分を除去し、除去された信号をアナログ／デジタル変換機（ＡＤＣ）２５４Ｉ及び２５４Ｑに供給してサンプリングしてデジタルデータ化し、Ｉチャンネルの受信データ及びＱチャンネルの受信データを得る。
【００５３】
ここまで説明した構成において、各バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ，２０２Ｑ，２０６，２２２，２３２，２５３Ｉ，２５３Ｑの一部又は全てとして、前述した実施の形態の構成による微小機械素子及び半導体装置をフィルタとして用いて帯域制限することが可能である。
【００５４】
以上説明したように、本発明によれば、上述の高信頼性のフィルタを用いて、信頼性の高い通信装置を提供することができる。
【００５５】
なお、本発明に係る微小機械素子、半導体装置、微小機械素子の製造方法は、この実施の形態に限られるものではない。
【００５６】
例えば、微小駆動部６をはじめとして、配線１３や電極３及び４など、電界が印加される部分については、例えば材料がシリコン（Ｓｉ）による場合には水素終端化処理を施し、各種金属によって構成される箇所については不動態化処理を施すなど、疎水性処理を適宜施して製造を行うことが好ましい。
【００５７】
また、絶縁膜での被覆が許される蓋の内面、微小駆動部が形成されていない基板表面は、可能な限り平滑化処理を行い、気体の吸着活性を示す面積の低減を図るとともに、帯電現象の発生を抑制することが好ましい。
この平滑化処理としては、前述の製造方法の実施形態において、絶縁層３３の形成直後に平坦化工程を入れることによって行うことができる。
【００５８】
また、還元性雰囲気８及び５７による場合には、必ずしも空間内が減圧状態とされなくとも良いが、微小機械素子に要求される特性に応じて所望の高真空パッケージとすることができる。
また、製造方法の実施の形態では省略したが、基板裏面の接地導体膜１８は、パッケージの組み立てが終了した後に設ける方が、一般的には好都合である。この場合は、Al合金以外の材料を用いてもよい。
【００５９】
また、前述した微小機械素子及び半導体装置の第３の実施の形態においては、各フィルタをバンド・パス・フィルタとして構成したが、所定の周波数よりも下の周波数帯域だけを通過させるロー・パス・フィルタや、所定の周波数よりも上の周波数帯域だけを通過させるハイ・パス・フィルタとして構成して、それらのフィルタに前述した他の実施の形態の構成によるフィルタを適用しても良い。
また、無線送信及び無線受信を行う通信装置に限られず、有線の伝送路を介して送信及び受信を行う通信装置が備えるフィルタに適用してもよく、更に送信処理だけを行う通信装置や受信処理だけを行う通信装置が備えるフィルタに、前述の実施の形態の構成によるフィルタを適用しても良いなど、本発明は、種々の変形及び変更をなされうる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る微小機械素子の一例の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る微小機械素子の他の例の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係る微小機械素子の他の例の構成を示す概略断面図である。
【図４】Ａ〜Ｃ  それぞれ、本発明に係る微小機械素子及び半導体装置の、製造方法の一例の説明に供する工程図である。
【図５】Ａ〜Ｃ  それぞれ、本発明に係る微小機械素子の、製造方法の一例の説明に供する工程図である。
【図６】Ａ〜Ｃ  それぞれ、本発明に係る微小機械素子の、製造方法の一例の説明に供する工程図である。
【図７】Ａ，Ｂ  それぞれ、本発明に係る微小機械素子の、製造方法の一例の説明に供する工程図である。
【図８】本発明に係る微小機械素子の、製造方法の一例の説明に供する工程図である。
【図９】Ａ，Ｂ  それぞれ、本発明に係る微小機械素子の他の例の構成を示す概略断面図及び概略平面図である。
【図１０】本発明による半導体装置によって構成されるデバイスモジュールの一例の説明に供する模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・微小機械素子、２・・・基板、３・・・入力電極（下部電極）、４・・・出力電極、５・・・梁、６・・・微小駆動部、７・・・蓋体、８・・・還元性気体、９・・・空間、１０・・・有極性雰囲気、１１・・・微小機械素子、１２・・・微小機械素子、１３・・・配線、１４・・・高周波スイッチ、１６・・・絶縁性薄膜、１７・・・駆動電力線路、１８・・・接地導体膜、１９・・・電極薄膜、２０・・・窒化膜、２１・・・振動子群、２２・・・下部電極、２３・・・ＲＦ信号線路（高周波信号線路）、３１・・・絶縁層、３２・・・導電層、３３・・・絶縁層、３４・・・ビアホール、３５・・・接続導体、３６・・・入力電極、３７・・・出力電極、３８・・・固定台、３９・・・接合パッド部、４０・・・絶縁層、４１・・・絶縁層、４２・・・絶縁層、４３・・・貫通孔、４４・・・梁、４５・・・導電層、４６・・・金属薄膜、４７・・・金属薄膜、４８・・・空間、４９・・・微小駆動部、５１・・・基板、５２・・・溝、５３・・・絶縁被膜、５４・・・絶縁層、５５・・・金属薄膜、５６・・・金属薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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