(57)【要約】本発明は、接点接続可能な共振器体を備えたマイクロメカニックな共振器並びに半導体構造エレメントのためのマイクロメカニックな共振器を製作する方法に関する。本発明によれば、共振器（２６）が互いに上下に順次に次の構成要素、すなわち共振器（２６）を回路技術的に連結するための第１の層（１６）と、二酸化ケイ素から成る絶縁層（１４）と、円柱形のベース層（円柱１８）と、円柱（１８）を完全に取り囲んでいる金属層（２０）とから成っている。方法によれば、二酸化ケイ素より成る絶縁層（１４）を介してケイ素から成る層（１６）から分離されたｐ-ドーピングされたケイ素から成るベース層（ＳＯＩウェーハ）（１２）内に円柱形の組織（１８）（円柱）をエッチングし（トレンチ・エッチング法）、円柱形の組織（１８）を金属層（２０）で被覆する。
2005509344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロメカニックな共振器（２６）であって、接点接続可能な共振器体を備えている形式のものにおいて、共振器（２６）が互いに上下に順次に次の構成要素、
（ａ）  共振器（２６）を回路技術的に連結するためのケイ素より成る第１の層（１６）、
（ｂ）  二酸化ケイ素から成る絶縁層（１４）、
（ｃ）  円柱形のベース層（円柱１８）、及び
（ｄ）  円柱（１８）を完全に取り囲んでいる金属層（２０）、
から成っていることを特徴とする、マイクロメカニックな共振器。
【請求項２】
金属層（２０）がアルミニウムから成っていることを特徴とする、請求項１記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項３】
金属層（２０）が別の金属層、特にニッケル層（２２）で覆われていることを特徴とする、請求項１又は２記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項４】
円柱（１８）が５５０〜９００μｍ、特に７００〜７５０μｍの共振器高さを有していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項５】
円柱（１８）が１〜５００ＧＨｚ、特に２０〜１５０ＧＨｚの共振器周波数を有していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項６】
共振器（２６）がＴＭ０１０モードで運転可能であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項７】
ベース層（１２）が＞５００Ωｃｍの範囲の特有の抵抗を有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項８】
ベース層（１２）が４００〜９００μｍ、特に６００〜７００μｍの厚さであることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項９】
絶縁層（１４）が１００〜５００ｎｍ、特に２５０〜３５０ｎｍの厚さであることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項１０】
第１の層（１６）がマイクロ条導体回路のための支持基体として役立つことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項１１】
円柱（１８）の上方の層（１６）の範囲が連結ディスク（２４）によって覆われていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項１２】
連結ディスク（２４）が次のように、すなわちその縁部において何らのマイクロ波エネルギが出ることができず、特に連結ディスク（２４）の直径が円柱体（１８）の直径よりも大きいように、定められていることを特徴とする、請求項１１記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項１３】
連結ディスク（２４）が、マイクロ波導体を受容するための切り欠き部（３０）を有していることを特徴とする、請求項１１又は１２記載のマイクロメカニックな共振器。
【請求項１４】
半導体構造エレメントのためのマイクロメカニックな共振器を製作するための方法において、二酸化ケイ素より成る絶縁層（１４）を介してケイ素から成る層（１６）から分離されたｐ-ドーピングされたケイ素から成るベース層（ＳＯＩウェーハ）（１２）内に円柱形の組織（１８）（円柱）をエッチングし（トレンチ・エッチング法）、かつ円柱形の組織（１８）を金属層（２０）で被覆することを特徴とする、マイクロメカニックな共振器を製作する方法。
【請求項１５】
金属層（２０）を蒸着又はスパッタリングすることを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項１６】
金属層（２０）上に、別の金属層（２２）、特にニッケル層を取り付けることを特徴とする、請求項１４又は１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載した特徴を備えたマイクロメカニックな共振器に関する。
【０００２】
背景技術
半導体工学は次第に自動車技術内に入り込んでいる。ミニアチュア化は単にエンジンに独特の機能の改善された制御技術及び調節技術を可能にするだけではなしに、例えばパーキング支援、プレクラッシュ機能及びサイドクラッシュ機能及び間隔測定のような新しい安全システムのためにも道を開いている。すべての制御技術的な及び調節技術的な過程のために、−可能な限りミニアチュア化された−センサ技術が自動車内に存在していなければならない。
【０００３】
しばしば無接触のセンサが使用され、これらのセンサは特定の周波数の測定光線を模造し、この測定光線は測定すべき物体において反射されかつ受信ユニットによって再び把握されかつ評価される。半導体工学においてはこの場合、いわゆる誘電の共振器を、マイクロ波発振器の周波数安定化のために、又は複数の誘電の共振器を組み合わせてマイクロ波フィルタにおいて約４０ＧＨｚの周波数まで使用することが公知である。マイクロ波発振器の構成はこの場合、いわゆる誘電の共振器錠が適当な箇所において導体基体上に組み立てられるハイブリッド技術において行われる。共振器錠の固定は連結導線を介して周囲の導体基体のマイクロ条導体回路に行われる。導体基体上における共振器錠の位置の正確な組み立てでさえ、技術的に高価であり、かつ小さな収率をもたらすことがある。組み立ての後に、誘電の共振器は付加的に、それらの上方スペースに配置された突き棒によって補償して、狭い公差の目標共振器周波数を達成しなければならない。上昇する周波数と共に常に小さくなる幾何形状及びこの場合調節の際に生ずる問題によって、現在の背景技術による誘電の共振発振器は４０ＧＨより上の周波数のためには製作可能でない。
【０００４】
発明の利点
請求項１に記載した特徴を備えた本発明による共振器は、これに対し、正確な誘電の共振発振器が４０Ｇｈｚよりも上の周波数に対しても達成可能であるという利点を有している。本発明によるマイクロメカニックな高周波数共振器は、互いに上下に順次に次の構成要素、
（ａ）  共振器を回路技術的に連結するためのケイ素より成る第１の層、
（ｂ）  二酸化ケイ素から成る絶縁層、
（ｃ）  ｐ-ドーピングされたケイ素より成る円柱形のベース層（第２の層）、
及び
（ｄ）  円柱形のベース層を完全に取り囲んでいる金属層、
から成っている。
【０００５】
支持基体上に組み立てられかつ正確に調節しておかなければならない誘電の共振器錠の代わりに、この共振器はこれにより既に半導体構造エレメントの一体の構造部分である。
【０００６】
本発明による制作方法では、二酸化ケイ素より成る絶縁層を介してケイ素から成る第１の層から分離されたｐ-ドーピングされたケイ素から成るベース（第２の）層（ＳＯＩウェーハ）内に円柱形の組織エレメント（円柱）をエッチングし（トレンチ・エッチング法）、円柱形の組織エレメントを次いで完全に金属化する。半導体構造エレメント上での、特にマイクロ条導体回路に対する、共振器の位置決めは写真平版の方法の高い精度によって保証されている。共振器円柱のトレンチ・エッチングの際の極めて高い精度は狭い公差の目標共振器周波数を保証し、したがって周波数補償はもはや必要でない。
【０００７】
共振器の好ましい構成では、円柱形のベース層上の金属層はアルミニウム層から形成されている。アルミニウム層はプロセス技術的に簡単な形式で分離することができる。更に、金属層に別の金属層、特にニッケル層を設けるのが好ましい。これによって、共振器若しくは共振器を有する発振器回路（チップ）をケーシングあるいは類似のもの内に簡単な形式でろう付けすることが可能である。
【０００８】
更に、マイクロメカニックな高周波数共振器を、６００〜１０００μｍ、特に７５０〜８５０μｍの半径、及び５５０〜９００μｍ、特に７００〜７５０μｍの共振器高さで、写真平版の形式で製作するのが有利であると分かった。このような金属化された円柱は意図的にＴＭ０１０モードで励起することができ、かつ高いＧＨｚ範囲内の共振器周波数をカバーすることができる。金属化は高周波数フィールドが共振器から出ることを阻止する。
【０００９】
マイクロメカニックな共振器の更に有利な構成では、第１の層はその上に配置された又はその中に一体化されたマイクロ条導体回路のための支持基体として役立つ。第１の層の、円柱の上方の範囲は連結ディスクによって覆われる。連結ディスクは中央に切り欠き部を有しており、この切り欠き部によってマイクロ波導体がマイクロ条導体回路に対する接点接触を可能にする。連結ディスクは、その縁部において何らのマイクロ波エネルギが出ることができないように、寸法を定められている。特に連結ディスクの直径は円柱の直径よりも大きい。
【００１０】
実施例の説明
本発明の別の構成は、他の、従属請求項に記載された特徴から明らかである。
【００１１】
本発明は以下において添付の図面により１実施例を詳細に説明する。
【００１２】
図１は概略的な断面図で、市販のＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェーハ１０の部分を示し、これは本発明によるマイクロメカニックな組織の製作のために使用することができる。ウェーハは６７５μｍの厚さの、半絶縁性の、ｐ-ドーピングされた、ケイ素より成るベース層１２より成っている。ウェーハは５００〜１０００Ωｃｍの範囲内の、特に７５０Ωｃｍの特有の抵抗を有している。ベース層１２はほぼ３００ｎｍの厚さの、二酸化ケイ素より成る絶縁層１４により覆われており、この絶縁層上に、５０μｍの厚さの、ケイ素より成るｐ-ドーピングされた層１６が取り付けられている。
【００１３】
二酸化ケイ素より成る絶縁層１４は、マイクロメカニックな組織をベース層１２内にトレンチ・エッチングする際のエッチングストップとして役立つ。この場合ここでは詳細に説明しない公知の方法を煩わすことができる。トレンチ・エッチングプロセスは、正確に５０μｍの厚さの層１６と３００ｎｍの厚さの絶縁層１４から成るダイヤフラムを露出させ、このダイヤフラムは自由スペース１９を覆っている。自由スペース内にはマスクがけによってトレンチ・エッチングの間に層１２内に円柱１８が構成される（図２）。円柱はいわば自由スペース１９により取り囲まれる。
【００１４】
生ずる円柱形の組織１８は、約１μｍのアルミニウム層２０の蒸着又はスパッタリングによって被覆される（図３）。このようにして金属化された円柱１８は半絶縁性のケイ素で満たされた、高い品度（Ｑ≒２００）のマイクロ波共振器２６として役立ち、これは意図的にＴＭ０１０モードで励起することができる。熱排出のために従来の技術で必要であった付加的な、共振器２６の範囲内の銅層は省略することができる。
【００１５】
場合によっては、別の金属層、特にニッケル層２２を取り付けることができ、これは、共振器を有するチップを後からケーシングあるいは類似のもの内にろう付けするためのろうベースとして役立つことができる。
【００１６】
円柱１８の上方の層１６の範囲は、その下に位置する円柱共振器に達する連結ディスク２４を蒸着される（図４）。連結ディスク２４は、その縁部において何らのマイクロ波エネルギも出ることがないように、寸法を定められている。連結ディスク２４の直径は特に円柱１８の直径よりも大きく選ばれている。連結ディスク２４内には有利にはスリットとして構成された切り欠き部３０が、マイクロ波導体２８を受容するために、組織化されている。共振器２６は約７２５μｍの高さと、約８００μｍの半径とを有し、かつ４０ＧＨｚの範囲内の共振周波数のために適している。
【００１７】
図５ａ及び５ｂは電気的な（図５ａ）及び磁気的な（図５ｂ）界線の経過を、ＴＭ０１０モードで励起した場合に、示す。図５ａ及び５ｂはそれぞれ円柱１８を、断面図と平面図で、示す。有利には前述の励起の場合に、共振器周波数が共振器２６の高さに関連していない。それは、ベース層１２の厚さ公差が何らの影響も振動周波数上に有していないからである。
【００１８】
図６は、共振器２６の、フリップチップで組み立てられたガリウム・ヒ素ＭＭＩＣ３４を備えた、活性のマイクロ条導体回路３２への連結がスリット３０内のマイクロ波導体２８を介して行われ得る状態が概略的に示されている。構造は簡単に再生可能であり、したがって大量生産に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
共振器の範囲内におけるマイクロメカニックな組織のためのＳＯＩウェーハを１つの製作段階で示す。
【図２】
共振器の範囲内におけるマイクロメカニックな組織のためのＳＯＩウェーハを別の製作段階で示す。
【図３】
共振器の範囲内におけるマイクロメカニックな組織のためのＳＯＩウェーハを更に別の製作段階で示す。
【図４】
マイクロメカニックな共振器の概略的な平面図を示す。
【図５ａ】
ＴＭ０１０モードにおける電気的な電界線の経過を示す。
【図５ｂ】
ＴＭ０１０モードにおける磁気的な磁界線の経過を示す。
【図６】
マイクロメカニックな共振器の、周囲の活性のマイクロ条導体回路への連結を示す。
【符号の説明】
１０  ウェーハ、  １２  ベース層、  １４  絶縁層、  １６  ｐ-ドーピングされた層、  １８  円柱、  １９  自由スペース、  ２０  アルミニウム層、  ２２  ニッケル層、  ２４  連結ディスク、  ２６  マイクロ波共振器、  ２８  マイクロ波導体、  ３０  切り欠き部、  ３２  マイクロ条導体回路、  ３４  ガリウム・ヒ素ＭＭＩＣ
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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