(57)【要約】【課題】  振動子の中心周波数のばらつきを低減する微小共振器を提供するものである。【解決手段】  ビーム長によって共振周波数ｆ１，ｆ２が異なる複数のビーム型の振動子素子２５，２６を有し、  内側から外側に向ってビーム長が大きくなる順に前記複数の振動子素子２５，２６が配置されて成る。【選択図】      図１
2006203578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム長によって共振周波数が異なる複数のビーム型の振動子素子を有し、
内側から外側に向ってビーム長が大きくなる順に前記複数の振動子素子が配置されて成る
ことを特徴とする微小共振器。
【請求項２】
ビーム長が小さい第１の振動子素子が内側に配置され、
前記第１の振動子素子を囲むように外側に向ってビーム長が大きい順に前記他の振動子素子が配置されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小共振器。
【請求項３】
ビーム長が小さい第１の振動子素子が内側に配置され、
前記第１の振動子素子を挟んで外側に向ってビーム長が大きい順に前記他の振動子素子が配置されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小共振器。
【請求項４】
同じ共振周波数の複数の振動子素子が並列接続されて振動子群として形成されて成る
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の微小共振器。
【請求項５】
前記共振器周波数が異なる複数の振動子素子は、プルイン電圧が同じになるように調整された構成を有し、同じ直流バイアス電圧が印加されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小共振器。
【請求項６】
前記複数の振動子素子におけるビームに対向する下部電極の面積がそれぞれ異なる面積に設定されて、前記プルイン電圧が同じになるように調整されて成る
ことを特徴とする請求項５記載の微小共振器。
【請求項７】
前記複数の振動子素子における初期の前記ビームと下部電極との間の空間距離がそれぞれ異なる空間距離に設定されて、前記プルイン電圧が同じになるように調整されて成る
ことを特徴とする請求項５記載の微小共振器。
【請求項８】
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、
前記フィルタとして、請求項１から請求項７のいずれかに記載の微小共振器によるフィルタが用いられて成る
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、静電駆動するビーム型振動子からなる微小共振器、及びこの微小共振器をフィルタとして備えた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて作製された微小振動子が知られている。半導体プロセスを用いて作製された微小振動子は、デバイスの占有面積が小さいこと、高Ｑ値を実現できること、他の半導体デバイスとの集積化が可能であること、という特長により、無線通信デバイスの中でも高周波フィルタとしての利用がミシガン大学を始めとする研究機関から提案されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
図１８に、上述の高周波フィルタを構成する微小振動子、すなわち静電駆動のビーム型振動子の概略を示す。この振動子１は、半導体基板２上に絶縁膜３を介して例えば多結晶シリコンによる入力側配線層７と出力電極４が形成され、この出力電極４に対向して空間５を挟んで振動板となる電極、所謂ビーム（梁）６が形成されて成る。ビーム６は両端のアンカー部（支持部）８（８Ａ，８）にて支持されるようにブリッジ状に跨いで入力側配線層７に接続される。ビーム６は入力電極となる。入力側配線層７より入力端子ｔ１が、出力電極４より出力端子ｔ２が夫々導出される。この振動子１は、ビーム６と接地間に直流バイアス電圧（以下、ＤＣバイアス電圧という）Ｖ１が印加された状態で、入力端子ｔ１を通じて高周波信号Ｓ１が供給される。すなわち、入力端子ｔ１からＤＣバイアス電圧Ｖ１と高周波信号Ｓ１が供給されると、長さで決まる固有振動数を有するビーム６が、出力電極４とビーム６間に生じる静電力で振動する。この振動によって、出力電極４とビーム６との間の容量の時間変化とＤＣバイアス電圧に応じた高周波信号が出力電極４（従って、出力端子ｔ２）から出力される。高周波フィルタではビーム６の固有振動数（固有周波数）に対応した信号が出力される。
【０００４】
【非特許文献１】C.T.-Nguyen,Micromechanicalcomponents for miniaturized low-power communications(invited plenary),proceedings,1999 IEEEMTT-S International Microwave Symposium RF MEMS Worksh′op,June,18,1999,pp,48-77
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先行技術として静電駆動のビーム型振動子の他の構成を図１７に示す。この振動子１１は、例えば半導体基板１２上に絶縁膜１３を介して入力電極１４及び出力電極１５が形成され、この入力電極１４及び出力電極１５に対向して空間１６を挟んで振動板となる電極、いわゆるビーム（梁）１７が形成されて成る。ビーム１７は、入出力電極１４、１５をブリッジ状に跨ぎ、入出力電極１４、１５の外側に配置した配線層１８に接続されるように、両端をアンカー部（支持部）１９（１９Ａ，１９Ｂ）で一体に支持される。入力電極１４から入力端子ｔ１が導出され、入力端子ｔ１を通じて高周波信号Ｓ１が入力される、出力電極１５から出力端子ｔ２が導出される。ビーム１７には所要のＤＣバイアス電圧Ｖ１が印加される。
【０００６】
この振動子１１では、入力電極１４に高周波信号Ｓ１が入力されると、ＤＣバイアス電圧Ｖ１が印加されたビーム１７と入力電圧１４間に生じる静電力でビーム１７が共振し、出力電極１５から目的周波数の高周波信号が出力される。この微小振動子１１によれば、入出力電極１４及び１５の対向面積が小さく且つ入出力電極１４及び１５間の間隔を大きくとれるので、図１８の振動子１に比べて入出力電極間の寄生容量Ｃｏが小さくなる。したがって、入出力電極１４、１５間の寄生容量Ｃ０を直接通過する信号、つまりノイズ成分が小さくなり、出力信号のＳＮ比が向上する。
【０００７】
ところで、単体の振動子ではインピーダンスが高く、実用レベルに達していないのが現状である。インピーダンスを低くするために、振動子の並列化技術が提案されている。この振動子の並列化は、例えば図１７の微小振動子１１を用いた場合、微小振動子１１を複数配置し、各微小振動子１１の入力電極１４同士、出力電極１５同士を共通接続して構成される。入力電極１４及び出力電極１５を共通として、複数のビーム１７を配置して並列化することも可能である。両者を組み合わせた構成とすることもできる。しかし、各振動子素子の中心周波数のばらつきは特性に大きく影響を与えている。この中心周波数のばらつきは、製造に際してのビーム長のばらつきが大きく影響している。
【０００８】
一方、ビーム型振動子による共振器を使ってフィルタ回路を形成する場合、２つ以上の異なる共振周波数の共振器が必要となる。この複数の共振器に対して、同じ電源を使って各ビームにＤＣバイアス電圧を印加する場合、共振周波数の低い共振器の特性が最大のところで使用すると、周波数の高い共振器では、まだ最大の出力を出すことが出来ない。共に最大の出力を出すためには、ＤＣ電源が２つ以上必要となる。
【０００９】
すなわち、共振周波数の高い振動子素子はビーム長が小さく、共振周波数の低い振動子素子はビーム長が大きい。機械的にビーム長が大きいビームは撓み易く、ビーム長の小さいビームは撓み難い。このため、ＤＣバイアス電圧を印加してビームが下部電圧に接触するときのＤＣバイアス電圧（以下、プルイン（ｐｕｌｌ−ｉｎ）電圧という）が異なり、ビーム長の大きい振動子素子のプルイン電圧が低く、ビーム長の小さい振動子素子のプルイン電圧が高くなることになる。このことから、共に最大の出力を出すためには、ＤＣ電源が２つ以上必要になる。
【００１０】
共振周波数の異なるビーム型振動子による複数の共振器を使ってフィルタ回路を形成する場合、共にプルイン電圧が同じになるように調整して共通のＤＣ電源でそれぞれの共振周波数の異なる共振器を駆動できることが望まれる。
【００１１】
本発明は、上述の点に鑑み、振動子の中心周波数のばらつきを低減する微小共振器を提供するものである。併せて、異なる共振周波数の振動子を共通のＤＣ電源で駆動可能にして共に最大の特性が得られるようにした微小共振器を提供するものである。
本発明は、この微小共振器を信号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】
【００１２】
本発明に係る微小共振器は、ビーム長によって共振周波数が異なる複数のビーム型の振動子素子を有し、内側から外側に向ってビーム長が大きくなる順に複数の振動子素子が配置されて成ることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい形成は、ビーム長が小さい第１の振動子素子が内側に配置され、第１の振動子素子を囲むように外側に向ってビーム長が大きい順に他の振動子素子が配置された構成とする。
本発明の好ましい形態は、ビーム長が小さい第１の振動子素子が内側に配置され、第１の振動子素子を挟んで外側に向ってビーム長が大きい順に他の振動子素子が配置された構成とする。
【００１４】
本発明は、上記微小共振器において、同じ共振周波数の複数の振動子素子が並列接続されて振動子群として形成された構成とすることができる。
【００１５】
本発明は、上記微小共振器において、共振周波数が異なる複数の振動子素子の夫々のプルイン電圧を制御可能にする構成要素の大きさが制御され、複数の振動子素子のビームに同じ直流バイアス電圧が印加された構成とすることができる。
【００１６】
前記構成要素として、ビームに対向する下部電極の面積を制御することができる。
前記構成要素として、初期のビームと下部電極との間の空間距離を制御することができる。
【００１７】
本発明に係る通信装置は、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、フィルタとして、上述したいずれかの微小共振器によるフィルタが用いられて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る微小共振器によれば、内側から外側に向ってビーム長が大きくなる順に共振周波数の異なる複数の振動子素子を配置するので、ビーム長の加工ばらつきが相対的に低減することができ、中心周波数のばらつきが低減された微小共振器が得られる。すなわち、ビームの加工ばらつきはビーム長にかかわらず同じであるので、ビーム長の小さいビームに比べて、ビーム長が大きいビームほど設計寸法に対する加工ばらつきの比率が小さくなる。本発明のレイアウトによって、各振動子素子の中心周波数のばらつきが低減する。
【００１９】
振動子素子のレイアウトとして、ビーム長が小さい第１の振動子素子を内側に配置し、第１の振動子素子を囲むように外側に向ってビーム長が大きい順に他の振動子素子を配置することにより、ビーム長の加工ばらつきを相対的に低減することができ、中心周波数のばらつきが抑制された微小共振器が得られる。
【００２０】
振動子素子のレイアウトとして、ビーム長の小さい第１の振動子素子を内側に配置し、この第１の振動子素子を挟んで外側に向ってビーム長の大きい順に振動子素子を配置することにより、ビーム長の加工ばらつきを相対的に低減することができ、周波数信号のばらつきが抑制された微小共振器が得られる。すなわち、ビーム長方向のばらつきの影響は大きいが、ビーム幅方向のばらつきの影響は無視できる。このため、振動子素子のビームの配列が同じ向きとなるように配置した場合、ビーム幅方向の周辺部では振動子素子の配置が省略できる。
【００２１】
共振周波数が異なる複数の振動子素子の夫々のプルイン電圧を制御可能にする構成要素の大きさを制御することにより、上記複数の振動子素子のプルイン電圧を同じにでき、これによって、共振周波数の異なる振動子素子共に、最大の出力を出すことができる。また、複数の振動子素子のビームに同じ直流バイアス電圧を印加できることにより、単一電源から直流バイアス電圧を各ビームに供給することができ、電源の節減と共に、構成の簡略化を図ることができる。
【００２２】
前記構成要素として、ビームに対向する下部電極の面積を制御することにより、共振周波数の異なる振動子素子のプルイン電圧を同じにすることができる。
前記構成要素として、初期のビームと下部電極との間の空間距離を制御することにより、共振周波数の異なる振動子素子のプルイン電圧を同じにすることができる。
【００２３】
本発明に係る通信装置によれば、帯域フィルタに本発明の微小共振器によるフィルタが用いることにより、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。また、単一ＤＣ電源を用いることができるので、電源の節減と共に、構成の簡略化を図った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】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
図１に、本発明の微小共振器をラダー型フィルタに適用した実施の形態を示す。なお、本実施の形態で対象とする微小共振器は、マイクロスケール、ナノスケールの素子である。以下の実施の形態においても同様である。
ラダー型フィルタ２１は、図４の等価回路に示すように、高周波信号線路２２をマイクロストリップ線路で構成し、その信号線路２３の入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴ間に直列に並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された共振周波数ｆ１の直列振動子（共振器１）２５が接続され、この直列振動子２５の出力側とグランド（ＧＮＤ）線路２４間に同様に並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された共振周波数ｆ２のシャント振動子（共振器２）２６が接続されて成る。この場合、直列振動子２５の共振周波数ｆ１は、シャント振動子２６の共振周波数ｆ２より高い（ｆ１＞ｆ２）である。
【００２６】
ここで、直列振動子２５及びシャント振動子２６に用いられる振動子素子の一例を図３Ａ，Ｂに示す。この振動子素子３１は、静電駆動するビーム型振動子により構成される。すなわち、この振動子素子３１は、前述と同様に例えばシリコン半導体基板３２上に絶縁膜３３を介して下部電極の入力電極３４及び出力電極３５が形成され、この入力電極３４及び出力電極３５に対向して空間３６を挟んで振動板となるビーム（梁）３７が形成されて成る。ビーム３７は、入出力電極３４、３５をブリッジ状に跨ぎ、入出力電極３４、３５の外側に配置し  配線層３８に接続されるように、両端をアンカー部（支持部）３９（３９Ａ，３９Ｂ）で一体に支持される。半導体基板３２の裏面には絶縁膜４１を介してグランド配線２４となる導電層４２が形成される。
【００２７】
本実施の形態に係るラダー型フィルタ２１は、図１及び図２（要部の詳細図）に示すように、平面のレイアウトとして見たとき、内側に共振周波数ｆ１の直列振動子２５を配置し、この直列振動子２５を囲むように外側に共振周波数ｆ２のシャント振動子２６を配置して構成される。
【００２８】
共振周波数が低い振動子素子は、そのビーム３７のビーム長を大きくして形成される。共振周波数が高い振動子素子は、そのビーム３７のビーム長を小さくして形成される。従って、高い共振周波数ｆ１の直列振動子２５を構成する振動子素子３１は、そのビーム長が小さく形成され、低い共振周波数ｆ２のシャント振動子２６を構成する振動子素子３１は、そのビーム長が大きく形成されることになる。
【００２９】
本例の各直列振動子２５及びシャント振動子２６を構成する振動子素子３１は、図２に示すように、ビーム長が縦方向に向くように配列される。
【００３０】
本実施の形態のラダー型フィルタ２１によれば、ビーム長の大きい振動子素子３１で構成されるシャント振動子２６を、ビーム長の小さい振動子素子３１で構成される直列振動子３５を囲むように周辺に配置したことにより、ビーム３７の加工ばらつきが相対的に低減することができる。すなわち、加工ばらつきの主因はアンカー部の位置のばらつきである。このばらつきは、リソグラフィ工程での露光に起因し、振動子素子が隣接して配置する内側と周囲に振動子素子が形成されない外側での露光時の反射光の影響で周辺でのパターンずれが大きくなり、中央側に比べて周辺側がばらつき易い傾向となる。ビーム長の加工ばらつきは、ビームの長さにかかわらず同じ寸法だけばらつくので、ビーム長の小さい方が設計寸法に対して加工ばらつきの影響が大きく、ビーム長が大きい程設計寸法に対する加工ばらつきに影響が小さい。従って、ビーム長の大きい振動子素子を周辺側に配置することで、長いビームはアンカー部のばらつきの影響が少なくなり、ビームの加工ばらつきの影響が低減し、狙い通りの共振周波数設計が可能になり、高精度のラダー型フィルタを提供することができる。
【００３１】
因みに、図５にラダー型のフィルタの比較例を示す。このラダー型フィルタ５５は、中央側に並列化された複数の振動子素子（振動子群）３１で構成された共振周波数ｆ２のシャント振動子２６を配置し、このシャント振動子２６の外側に並列化された複数の振動子素子（振動子群）３１で構成された共振周波数ｆ１の直列振動子（振動子群）２６を配置して構成される。この比較例では、ビーム長の小さい振動子素子３１からなる直列振動子２５が外側に配列したレイアウトを採るため、直列振動子２５のビーム３７の加工ばらつきが大きくなり、共振周波数ｆ１の変動が大きくなり、高精度のラダー型フィルタが得にくいことになる。
【００３２】
次に、図６に、本発明に係る微小共振器の他の実施の形態を示す。１種類の共振周波数を有する振動子群では共振特性のＱ値が高い。本実施の形態の微小共振器は、共振特性のＱ値を下げて所望の通過帯域幅を得るために、２種類以上の複数の共振周波数を有する共振器素体（振動子群）により形成される。本実施の形態に係る微小共振器６１は、レイアウトとして図６に示すように、中央部（内側）に並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された最も高い共振周波数ｆ１の第１の共振器素体６２を配置し、この第１の共振器素体６１を囲むように並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された、第１の共振器素体６１より低い共振周波数ｆ２の第２の共振器素体６３を配置し、さらに第２の共振器素体６３を囲むように並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された、第２の共振器素体６２より低い共振周波数ｆ３の第３の共振器素体６４を配置して構成される。共振周波数の関係はｆ１＞ｆ２＞ｆ３である。
【００３３】
振動子素子は前述と同様の振動子素子３１で形成することができる。各共振器素体６２〜６４を構成する各振動子群は、前述の図２で示すと同様に、各振動子素子のビーム長が縦方向に向くように配置される。図６は模式的に表しており、振動子素子のビームにＤＣバイアス電圧が印加され、下部電極である入力電極より入力端子ＩＮが導出され、下部電極である出力電極より出力端子ＯＵＴが導出される。
【００３４】
本実施の形態に係る微小共振器６１によれば、内側にビーム長の小さい振動子素子からなる高い共振周波数ｆ１の第１の共振器素体６２を配置し、この第１の共振器素体６２を囲むように外側に向ってビーム長が順に大きくなる共振周波数ｆ２、ｆ３の第２、第３の共振器素体６３、６４を配置して構成することにより、前述と同様の理由でビームの加工ばらつきが相対的に低減し、狙い通りの共振周波数設計が可能になり、Ｑ値を下げて所望の通過帯域幅の共振特性を有する高精度の微小共振器６１を提供することができる。
【００３５】
図７は、本発明に係る微小共振器の他の実施の形態を示す。本実施の形態も、共振特性のＱ値を下げて所望の通過帯域幅を得るために、２種類以上の複数の共振周波数を有する共振器素体により形成される。
【００３６】
ここで、振動子群の各振動子素子が前述の図２で示したと同様に、ビーム長が縦方向の向くように配置される場合、図６において、左右両側の振動子素子では横方向がビーム幅方向となる。ビーム幅方向の加工ばらつきはビームの共振周波数にあまり影響せず、無視できる。つまり、図７に示すように、左右両側に配置される共振器素体は省略が可能になる。
【００３７】
即ち、図７の本実施の形態に係る微小共振器６６は、中央部（内側）に並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された最も高い共振周波数ｆ１の第１の共振器素体６２を配置し、この第１の共振器素体６１を挟んで図において上下外側に並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された、第１の共振器素体６１より低い共振周波数ｆ２の第２の共振器素体６３を配置し、さらに第２の共振器素体６３を挟んで上した外側に並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された、第２の共振器素体６２より低い共振周波数ｆ３の第３の共振器素体６４を配置して構成される。第１の共振器素体６２の図において左右外側には第２、第３の共振器素体６３、６４を配置しない。共振周波数の関係はｆ１＞ｆ２＞ｆ３である。
【００３８】
本実施の形態に係る微小共振器６６においても、前述と同様に、ビームの加工ばらつきが相対的に低減し、Ｑ値を下げて所望の通過帯域幅の共振特性を有する高精度の微小共振器６１を提供することができる。
【００３９】
次に、図８〜図９を用いて上述の実施の形態の製造方法の一例を説明する。同図は振動子素子３１の製造を代表して示す。
【００４０】
先ず、図８Ａに示すように、シリコン半導体基板３２にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）３３１、及びシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３３２を減圧ＣＶＤ法により成膜し、絶縁膜３３を形成する。
【００４１】
次に、図８Ｂに示すように、絶縁膜３３上に例えばリン（Ｐ）を含有したポリシリコン膜を形成した後に、リソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜をパターニングし、下部電極となる入力電極３４、出力電極３５及び両側の配線層３８を形成する。
【００４２】
次に、図８Ｃに示すように、下部電極の入力電極３４、出力電極３５、配線層３８を含む表面に犠牲層７１、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）を減圧ＣＶＤ法により形成する。その後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、犠牲層７１の配線層３８に対応する部分にコンタクト孔７２を形成する。
【００４３】
次に、図９Ｄに示すように、例えば減圧ＣＶＤ法によりポリシリコン膜を形成し、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜をパターニングし、ビーム３７及びコンタクト孔７２を通じて配線層３８に接続するアンカー部３９Ａ，３９Ｂを形成する。ビーム３７のビーム長は共振周波数に応じて設定する。
【００４４】
次に、図９Ｅに示すように、ＤＨＦ溶液などの犠牲層のエッチング溶液により、犠牲層７１のシリコン酸化膜を選択的に除去し、ビーム３７と下部電極の入力電極３４及び出力電極３５間に空間３６を形成する。
【００４５】
次に、図９Ｆに示すように、導電性膜、例えばＡｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｓｉなどのスパッタ膜を形成した後、リソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、導電性膜をパターニングし、配線層３８上に導電性の良い配線層７９を形成する。また、図示しないが、必要に応じて半導体基板３２の裏面に絶縁膜を介してグランド（ＧＮＤ）配線となる導電層を形成する。このようにして、振動子素子３１を得る。
【００４６】
一方、上述した２つ以上の共振周波数の振動子群、共振器素体、すなわち共振周波数が異なる複数の振動子群、或いは共振器素体が必要な微小共振器では、プルイン電圧を同じにして同じ電源からそれぞれ異なる共振周波数の振動子群あるいは共振器素体の振動子素子のビームにＤＣバイアス電圧を印加して、共に最大の出力が得られることが望まれる。
【００４７】
次に、これを可能にした本発明の微小共振器の他の実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る微小共振器は、ビーム長によって共振周波数を異にした複数の振動子素子がそれぞれプルイン電圧を同じにするように調整した構造を有し、この複数の振動子素子のビームにそれぞれ同じＤＣバイアス電圧を印加するように構成される。
【００４８】
図１０、図１１に、夫々この本実施の形態に係る微小共振器の具体的な例を示す。
図１０に示す本実施の形態に係る微小共振器８１は、シリコン半導体基板３２上にシリコン酸化膜３３１及びシリコン窒化膜３３２からなる絶縁膜３３を形成した基体７５上に、夫々短いビーム長Ｌ１のビーム３７１を有して高い共振周波数の第１の振動子素子７６と、長いビーム長Ｌ２のビーム３７２を有して低い共振周波数の第２の振動子素子７７とが形成されて成る。第１の振動子素子７６では、基体７５上に下部電圧である入力電極３４１と出力電極３５１が形成され、配線層３８に接続するようにアンカー部３９Ａ，３９Ｂを介して所要の空間３６１を挟んで入出力電極３４１、３５１に対向するビーム３７１が支持される。第２の振動子素子７７では、基体７５上に下部電圧である入力電極３４２と出力電極３５２が形成され、配線層３８に接続するようにアンカー部３９Ａ，３９Ｂを介して所要の空間３６２を挟んで入出力電極３４２、３５２に対向するビーム３７２が支持される。
【００４９】
そして、本実施の形態においては、特に、第１の振動子素子７６の入力電極３４１及び出力電極３５１の面積、図では電極幅で表すと、電極幅ｗ１を、第２の振動子素子７７の入力電極３４２及び出力電極３５２の面積、図では電極幅で表すと、電極幅ｗ２より大きく設定して構成される。第１の振動子素子７６の空間３６１の距離ｄ１と、第２の振動子素子７７の空間３６２の距離ｄ２は同じに設定される（ｄ１＝ｄ２）。
【００５０】
本実施の形態に係る微小共振器８１によれば、第１の振動子素子７６では、入出力電極３４１、３５１の面積（幅ｗ１）を大きくしたので、短いビーム長Ｌ１でありながら、ビーム３７１と入出力電極３４１、３５１との対向面積が大きくなり、ビーム３７１にＤＣバイアス電圧を印加して行ったときに、ビーム３７１に強い静電力が作用し、プルイン電圧を小さくできる。一方、第２の振動子素子７７では、逆に入出力電極３４２、３５２の面積（幅ｗ２）を小さくしたので、長いビーム長Ｌ２でありながら、ビーム３７２と入出力電極３４２、３５２との対向面積が小さくなり、ビーム３７２にＤＣバイアス電圧を印加して行ったときに、ビーム３７２に弱い静電力が作用し、プルイン電圧を大きくできる。従って、両者の振動子素子７６及び７７の入出力電極の幅ｗ１，ｗ２を適切に制御して電極面積を制御することにより、第１及び第２の振動子素子７６及び７のプルイン電圧を同じ電圧に揃えることができる。これにより、単一電源で両振動子素子７６、７７のビーム３７１、３７２に対して同じＤＣバイアス電圧を印加して、共に最大の出力を出す、すなわち最大の特性を得ることができる。
【００５１】
図１１に示す本実施の形態に係る微小共振器８３は、図１０と同様に、シリコン半導体基板３２上にシリコン酸化膜３３１及びシリコン窒化膜３３２からなる絶縁膜３３を形成した基体７５上に、夫々短いビーム長Ｌ１のビーム３７１を有して高い共振周波数の第１の振動子素子７６と、長いビーム長Ｌ２のビーム３７２を有して低い共振周波数の第２の振動子素子７７とが形成されて成る。第１の振動子素子７６では、基体７５上に下部電圧である入力電極３４１と出力電極３５１が形成され、配線層３８に接続するようにアンカー部３９Ａ，３９Ｂを介して所要の空間３６１を挟んで入出力電極３４１、３５１に対向するビーム３７１が支持される。第２の振動子素子７７では、基体７５上に下部電圧である入力電極３４２と出力電極３５２が形成され、配線層３８に接続するようにアンカー部３９Ａ，３９Ｂを介して所要の空間３６２を挟んで入出力電極３４２、３５２に対向するビーム３７２が支持される。
【００５２】
そして、本実施の形態においては、特に、第１の振動子素子７６の空間３６１の間隔ｄ１が、第２の振動子素子７７の空間３６２の間隔ｄ２より小さくなるように設定して構成される。第１の振動子素子７６の入出力電極３４１、３５１と、第２の振動子素子７７の入出力電極３４２、３５２の面積、図では電極幅で表すと、夫々の電極幅ｗ１，ｗ２は同じに設定される（ｗ１＝ｗ２）。
【００５３】
本実施の形態に係る微小共振器８３によれば、第１の振動子素子７６では、入出力電極３４１、３５１とビーム３７１間の空間距離ｄ１を小さくしたので、短いビーム長Ｌ１でありながら、ビーム３７１にＤＣバイアス電圧を印加して行ったときに、ビーム３７１にかかる静電力が強く作用し、プルイン電圧を小さくできる。一方、第２の振動子素の７７においては、逆に入出力電極３４２、３５２とビーム３７２間の空間距離ｄ２を大きくしたので、長いビーム長Ｌ２でありながら、ビーム３７２にＤＣバイアス電圧を印加して行ったときに、ビーム３７２にかかる静電力が弱く作用し、プルイン電圧を大きくできる。従って、両者の振動子素子７６及び７７の空間距離ｄ１，ｄ２を適切に制御することにより、第１及び第２の振動子素子７６及び７のプルイン電圧を同じに揃えることができる。これにより、単一電源で両振動子素子７６、７７のビーム３７１、３７２に対して同じＤＣバイアス電圧を印加して、共に最大の出力を出すことができる。
【００５４】
上述の微小共振器８１、８３の構成を前述の図１のラダー型フィルタ２１、微小共振器６１、６６に適用することにより、単一電源で共振周波数の異なる振動子素子に対して同じＤＣバイアス電圧を印加して、共に最大の出力を出す、即ち共に最大の特性を得ることができる。
【００５５】
因みに、図１２の比較例を説明する。この比較例の微小共振器７８では、シリコン半導体基板３２上にシリコン酸化膜３３１及びシリコン窒化膜３３２からなる絶縁膜３３を形成した基体７５上に、夫々短いビーム長Ｌ１のビーム３７１を有して高い共振周波数の振動子素子７６と、長いビーム長Ｌ２のビーム３７２を有して低い共振周波数の振動子素子７７とが形成されて成る。各振動子素子７６、７７の夫々の下部電圧である入力電極３４１、３４２及び出力電極３５１、３５２とビーム３７１、３７２とに間の空間の距離ｄ01、ｄ02は互いに同じであり、且つ夫々の入出力電極３４１、３５１と入出力電極３４２、３５２との面積も同じである。
この微小共振器７８においては、夫々の振動子素子７６及び７７のビーム長Ｌ１，Ｌ２が異なるのみで、他の構成が全く同じであるため、プルイン電圧が異なる。従って、最大の出力を得るためには、ビーム３７１、３７２に印加する夫々異なるＤＣバイアス電圧は、個別の電源から供給されることになり、単一電源からの供給では短いビーム長Ｌ１の振動子素子７６の特性が最適にならない。
【００５６】
次に、図１３〜図１５を用いて図１１の微小共振器８３の製造に適用した一実施の形態の製造方法を説明する。
【００５７】
先ず、図１３Ａに示すように、シリコン半導体基板３２にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）３３１、及びシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３３２を減圧ＣＶＤ法により成膜し、絶縁膜３３を形成する。
【００５８】
次に、図１３Ｂに示すように、絶縁膜３３上に例えばリン（Ｐ）を含有したポリシリコン膜を形成した後に、リソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜をパターニングし、下部電極となる入力電極３４１、３４２、出力電極３５１、３５２及び共通の配線層３８、両側の配線層３８を形成する。
【００５９】
次に、図１３Ｃに示すように、下部電極の入力電極３４１、３４２、出力電極３５１、３５２、配線層３８を含む表面に犠牲層７１、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）を減圧ＣＶＤ法により形成する。その後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、第１の振動子素子を形成する領域の犠牲層７１を選択的に除去する。このとき、第１の振動子素子側では犠牲層７１が下部電極である入出力電極３４１、３５１及び配線層３８の表面と同じ高さまで除去される。一方、第２の振動子素子側では犠牲層７１が下部電極の入出力電極３４２、３５２、配線層３８の表面上に所望の厚さが形成される。
【００６０】
次に、図１４Ｄに示すように、再度、犠牲層７１、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）を減圧ＣＶＤ法で全面上に形成する。その後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、第１の振動子素子側では入出力電極３４１、３５１上に厚さｄ１の犠牲層７１を残し、第２の振動子素子側では入出力電極３４１、３５１上に厚さｄ１より大きい厚さｄ２の犠牲層９１を残す。同時に、夫々の振動子素子側に配線層３８に達するコンタクト孔７２を形成する。
【００６１】
次に、図１４Ｅに示すように、例えば減圧ＣＶＤ法によりポリシリコン膜を形成し、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜をパターニングし、夫々ビーム３７１、３７２及びコンタクト孔７２を通じて配線層３８に接続するアンカー部３９Ａ，３９Ｂを形成する。ビーム３７１、３７２のビーム長Ｌ１，Ｌ２は共振周波数に応じて設定する。
【００６２】
次に、図１５Ｆに示すように、ＤＨＦ溶液などの犠牲７１層のエッチング溶液により、犠牲層７１のシリコン酸化膜を選択的に除去し、ビーム３７１及び３７２と下部電極の入出力電極３４１、３５１及び３４２、３５２間に空間距離ｄ１及びｄ２の空間３６１、３６２を形成する。
【００６３】
次に、図１５Ｇに示すように、導電性膜、例えばＡｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｓｉなどのスパッタ膜を形成した後、リソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、導電性膜をパターニングし、配線層３８上に導電性の良い配線層７９を形成する。また、図示しないが、必要に応じて半導体基板３２の裏面に絶縁膜を介してグランド（ＧＮＤ）配線となる導電層を形成する。このようにして、微小共振器８３を得る。
【００６４】
なお、図示しないが、図１０の微小共振器８１は、入出力電極のパターニング時に、第１及び第２の振動子素子側の電極幅を異ならし、以後は第１及び第２の振動子素子側共に、同じ条件で各膜を成膜し、犠牲層を選択的に除去することにより、製造することできる。
【００６５】
本発明に係る他の実施の形態においては、上述のラダー型フィルタ２１、微小共振器６１、６６などを用いて、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、優れた特性を有するフィルタを備えるので、信頼性に高い半導体装置を提供することができる。
【００６６】
上述した実施の形態の微小共振器を用いたラダー型フィルタ２１、微小共振器６１、６６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。
【００６７】
本発明は、上述した実施の形態の微小共振器によるフィルタを用いて構成される携帯電話機、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。
【００６８】
次に、上述した本発明の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１６を参照して説明する。
まず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、それぞれデジタル／アナログ変換器（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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を復調する。
【００７４】
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／デジタル変換器（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。
【００７５】
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、上述した実施の形態の構成のフィルタを適用して帯域制限することが可能である。
【００７６】
本発明の通信装置によれば、雑音の少ない優れた特性を有するフィルタを用いるので、信頼性の高い通信装置を提供することができる。
【００７７】
図１６の例では、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上述した各実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。また、図１６の例では、無線送信及び無線受信を行う通信装置としたが、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、さら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、上述した実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る微小共振器をラダー型フィルタに適用した実施の形態を示す概略構成図（レイアウト図）である。
【図２】図１の実施の形態の要部の詳細図である。
【図３】Ａ，Ｂ  本実施の形態で用いた振動子素子の構成図である。
【図４】ラダー型フィルタの等価回路図である。
【図５】比較例に係るラダー型フィルタの概略図（レイアウト図）である。
【図６】本発明に係る微小共振器の他の実施の形態を示す概略構成図（レイアウト図）である。
【図７】本発明に係る微小共振器の他の実施の形態を示す概略構成図（レイアウト図）である。
【図８】Ａ〜Ｃ  本実施の形態の製造方法の一例を振動子素子の製造に代表示す製造工程図（その１）である。
【図９】Ｄ〜Ｆ  本実施の形態の製造方法の一例を振動子素子の製造に代表示す製造工程図（その２）である。
【図１０】本発明に係る微小共振器の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る微小共振器のさらに他の実施の形態を示す断面図である。
【図１２】比較例に係る微小共振器の断面図である。
【図１３】Ａ〜Ｃ  図１１の実施の形態に係る微小共振器の製造方法の例を示す製造工程図（その１）である。
【図１４】Ｄ〜Ｅ  図１１の実施の形態に係る微小共振器の製造方法の例を示す製造工程図（その２）である。
【図１５】Ｆ〜Ｇ  図１１の実施の形態に係る微小共振器の製造方法の例を示す製造工程図（その３）である。
【図１６】本発明に係る通信装置の実施の形態を示す回路図である。
【図１７】先行技術の静電駆動のビーム型振動子の概略図である。
【図１８】従来の静電駆動のビーム型振動子の概略図である。
【符号の説明】
【００７９】
２１・・ラダー型フィルタ、２２・・高周波信号線路、２３・・信号線路、２４・・ＧＮＤ線路、２５・・直列振動子、２６・・シャント振動子、３１・・振動子素子、３２・・シリコン半導体基板、３３・・絶縁膜、３４・・入力電極、３５・・出力電極、３６・・空間、３７・・ビーム（梁）、３８・・配線層、３９Ａ，３９Ｂ・・アンカー部、６１、６６・・微小共振器、６２、６３、６４・・第１、第２、第３の共振器素体、２２２、２３２、２５３Ｉ，２５３Ｑ、２０２Ｉ、２０２Ｑ・・フィルタ
【図１】
2006203578.tif 000003
【図２】
2006203578.tif 000004
【図３】
2006203578.tif 000005
【図４】
2006203578.tif 000006
【図５】
2006203578.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006203578.tif 000009
【図８】
2006203578.tif 000010
【図９】
2006203578.tif 000011
【図１０】
2006203578.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2006203578.tif 000015
【図１４】
2006203578.tif 000016
【図１５】
2006203578.tif 000017
【図１６】
2006203578.tif 000018
【図１７】
2006203578.tif 000019
【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月17日(2005.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
即ち、図７の本実施の形態に係る微小共振器６６は、中央部（内側）に並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された最も高い共振周波数ｆ１の第１の共振器素体６２を配置し、この第１の共振器素体６１を挟んで図において上下外側に並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された、第１の共振器素体６１より低い共振周波数ｆ２の第２の共振器素体６３を配置し、さらに第２の共振器素体６３を挟んで上下外側に並列化された複数の振動子素子（振動子群）で構成された、第２の共振器素体６２より低い共振周波数ｆ３の第３の共振器素体６４を配置して構成される。第１の共振器素体６２の図において左右外側には第２、第３の共振器素体６３、６４を配置しない。共振周波数の関係はｆ１＞ｆ２＞ｆ３である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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