(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に駆動される梁を有した静電駆動型の微小電気機械素子と、電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサが同一筐体内に封止されている
ことを特徴とする静電駆動素子。
【請求項２】
前記コンデンサは、前記微小電気機械素子の直流給電回路に繋げられて容量となる
ことを特徴とする請求項１記載の静電駆動素子。
【請求項３】
直流給電端子から見た前記コンデンサは、前記微小電気機械素子と並列に電気的接続され、
前記コンデンサと前記微小電気機械素子との間に、交流信号の通過阻止手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の静電駆動素子。
【請求項４】
前記コンデンサの電極が、前記微小電気機械素子の電極あるいは梁と同じ成膜層で形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の静電駆動素子。
【請求項５】
前記コンデンサの一方の電極に液体が通り抜けられるに十分な孔が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の静電駆動素子。
【請求項６】
基板上に、微小電気機械素子の下部電極と、コンデンサの下部電極を形成する工程と、
前記微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上と、前記コンデンサの下部電極上に選択的に犠牲層を形成する工程と、
前記それぞれの犠牲層上に、端部が基板に固定された梁とコンデンサの上部電極を形成する工程と、
前記犠牲層を除去して、下部電極と梁からなる微小電気機械素子と、空間を挟む下部電極と上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサとを形成する工程と、
前記微小電気機械素子と前記コンデンサを同一筐体内に封止する工程とを有する
ことを特徴とする静電駆動素子の製造方法。
【請求項７】
半導体基板の表面に絶縁膜を形成した基板上に、微小電気機械素子の下部電極と、コンデンサの上部電極を形成する工程と、
前記微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上に選択的に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に端部が基板に固定された梁を形成する工程と、
前記犠牲層を除去して下部電極と梁からなる微小電気機械素子と、下部電極となる前記半導体基板と前記絶縁膜と前記上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサとを形成する工程と、
前記微小電気機械素子と前記コンデンサを同一筐体内に封止する工程とを有する
ことを特徴とする静電駆動素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の静電駆動素子を有している
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記静電駆動素子が、フィルタ、ミキサー、共振器、信号切替器、センサーのうちの少なくとも１つに構成されている
ことを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記静電駆動素子を含んで、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ている
ことを特徴とする請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
電気的に駆動される梁を有した静電駆動型の微小電気機械素子による振動子と、電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサが同一筐体内に封止されている静電駆動素子からなる
ことを特徴とするフィルタ。
【請求項１２】
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１１記載の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、静電駆動素子、特に電気的に駆動される微小電気機械素子を有する静電駆動素子とその製造方法、この静電駆動素子を含む半導体装置、静電駆動素子で構成したフィルタ、及び静電駆動素子によるフィルタを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。
【０００３】
この微小機械素子は、フィルタ、ミキサー、共振器、信号切替器、センサー等の電子素子として用いられるが、素子を構成する微細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の低減に有効であることが知られている。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）。
【０００４】
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が難しい。すなわち、減圧雰囲気下においても、パッケージ内部に水等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等の荷電効果が生じる。このとき、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、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。
【０００５】
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。一般的に、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は、材料自体が本体有する抵抗等よりも、変質し難いという点を優先して選定せざるを得ないという実情があった。
【０００６】
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、有極性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）。
【０００７】
【非特許文献１】Micromechanical Mixer+Filters by ArkーChew Wong,HaoDing,and Clark T.-C. Nguyen;TechnicalDigest,IEEE International Electron Device Meeting,San Francisco,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】
【０００８】
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基体の主成分を、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、不活性気体の量はパッケージ内の体積により制限されている。このため、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から、有極性分子によって素子特性が劣化する虞れが残る。
【０００９】
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、加熱処理する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越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。
【００１０】
本発明は、上述の点に鑑み、優れた初期特性の確保、並びにデバイスの信頼性の保証ができる微小機械素子、すなわち静電駆動素子とその製造方法、半導体装置、フィルタを提供するものである。
また、本発明は、この静電駆動素子を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】
【００１１】
本発明に係る静電駆動素子は、電気的に駆動される梁を有した静電駆動型の微小電気機械素子と、電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサが同一筐体内に封止されて成ることを特徴とする。
【００１２】
本発明の静電駆動素子では、微小電気機械素子に隣接して電荷、有極性分子の蓄積体となるコンデンサが設けられるので、微小電気機械素子の気密封止後に筐体内部に気相、液相、固相のいずれかの状態で有極性分子が残存しても、この有極性分子による電荷効果に起因する、駆動部の変質や通電部に酸化などを軽微にすることができる。
【００１３】
本発明に係る静電駆動素子の製造方法は、基板上に微小電気機械素子の下部電極とコンデンサの下部電極とを形成する工程と、微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上とコンデンサの下部電極上に選択的に犠牲層を形成する工程と、それぞれの犠牲層上に端部が基板に固定された梁とコンデンサの上部電極を形成する工程と、犠牲層を除去して下部電極と梁からなる微小電気機械素子と、空間を挟む下部電極と上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサとを形成する工程と、微小電気機械素子とコンデンサを同一筐体内に封止する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る静電駆動素子の製造方法は、半導体基板の表面に絶縁膜を形成した基板上に、微小電気機械素子の下部電極と、コンデンサの上部電極を形成する工程と、微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上に選択的に犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に端部が基板に固定された梁を形成する工程と、犠牲層を除去して下部電極と梁からなる微小電気機械素子と、下部電極となる半導体基板と絶縁膜と上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサとを形成する工程と、微小電気機械素子とコンデンサを同一筐体内に封止する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の静電駆動素子の製造方法では、微小電気機械素子とコンデンサを同じ工程で形成することができる。
【００１６】
本発明に係る半導体装置は、上記の静電駆動素子を有して成ることを特徴とする。
【００１７】
本発明の静電駆動素子を有する半導体装置では、優れた初期特性と高信頼性が得られる。
【００１８】
本発明に係るフィルタは、電気的に駆動される梁を有した静電駆動型の微小電気機械素子による振動子と、電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサが同一筐体内に封止されている静電駆動素子から成ることを特徴とする。
【００１９】
本発明のフィルタでは、振動子の近傍に電荷、有極性分子の蓄積体となるコンデンサが設置されているので、要因が水などの有極性分子の吸着にある帯電現象による特性劣化が回避できる。
【００２０】
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、フィルタとして上記構成のフィルタが用いられて成ることを特徴とする。
【００２１】
本発明に通信装置では、フィルタとして本発明のフィルタを用いるので、上述したように、フィルタの帯電現象による特性劣化が回避され、高信頼性化が図れる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る静電駆動素子によれば、電荷、有極性分子の蓄積体となるコンデンサが微小電気機械素子に隣接して設置され、駆動部の変質や通電部の酸化などを軽微にするので、微小電気機械素子の特性劣化を十分に抑制することができる。従って、優れた初期特性を確保し、静電駆動素子の高信頼性を保証することができる。
【００２３】
本発明に係る静電駆動素子の製造方法によれば、微小電気機械素子とコンデンサを同じ工程で形成することができるので、製造を容易にし、コストを上昇させることなく製造することができる。
【００２４】
本発明に係る半導体装置によれば、本発明の静電駆動素子を有することにより、優れた初期特性と信頼性を備えた半導体装置、例えばフィルタ、ミキサー、共振器、信号切替器、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、微小電気機械素子を構成する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。
【００２５】
本発明のフィルタによれば、帯電現象に由来する劣化を抑制でき、信頼性の高いフィルタを提供することができる。
【００２６】
本発明の通信装置によれば、帯電現象に由来する劣化要因を抑制でき、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】
【００２７】
本発明の実施の形態に係る静電駆動素子は、電気的に駆動する梁を有する静電駆動型の微小電気機械素子と、この微小電気機械素子の面積よりも十分に広い面積を有して電荷、水等の有極性分子を蓄積（吸着を含む）する機能を有するコンデンサとを有し、この微小電気機械素子とコンデンサを同一の筐体内に封止して構成される。
【００２８】
静電駆動素子に設けられた上記コンデンサは、直流電圧が印加される手段に接続される。例えば、静電駆動型の微小電気機械素子の梁に直流電圧を印加する直流給電回路を通してコンデンサに直流電圧が印加するようになされる。上記コンデンサは、微小電気機械素子の直流給電回路を通して直流電圧が印加されている間は容量として、電荷や有極性分子を蓄積する。
【００２９】
上記コンデンサは、直流給電端子から見たときには、静電駆動型微小電気機械素子と並列に電気的に接続され、コンデンサと微小電気機械素子との間には交流線路からコンデンサへの信号漏洩が回避される手段が設けられる。
【００３０】
上記コンデンサは、その構成する電極が微小電気機械素子の下部電極あるいは梁と同じ成膜層を用いて形成され、微小電気機械素子の駆動部分と同様の表面構造を有している。
上記コンデンサは、一方の電極には液体が通り抜けられるに十分な複数の孔が設けられている。これらの孔は、有極性分子の吸着面積を増大させる役割を成し、コンデンサの製造上、微小電気機械素子の駆動部分の犠牲層除去と同じ工程を用いてコンデンサを形成することを可能にする。
【００３１】
本発明の一実施の形態に係る静電駆動素子の製造方法は、梁を有する静電駆動型の微小電気機械素子とコンデンサを同じ成膜層を用いて製造する。すなわち、基板上に微小電気機械素子の下部電極と、コンデンサの下部電極を形成する。次に、微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上と、コンデンサの下部電極上に選択的に犠牲層を形成する。次に、それぞれの犠牲層上に、端部が基板に固定された梁とコンデンサの上部電極を形成して後、犠牲層を除去して、下部電極と梁からなる微小電気機械素子と、空間を挟む下部電極と上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサとを形成する。その後、微小電気機械素子とコンデンサを同一筐体内に封止して目的の静電駆動素子を完成する。
【００３２】
本発明の他の実施の形態に係る静電駆動素子の製造方法は、静電駆動型の微小電気機械素子と同時に作製するコンデンサを、基板と微小電気機械素子の下部電極と同じ成膜層を用いて形成する。すなわち、半導体基板の表面に絶縁膜を形成した基板上に、微小電気機械素子の下部電極とコンデンサの上部電極を形成する。次に、微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上に選択的に犠牲層を形成した後、犠牲層上に端部が基板に固定された梁を形成する。次に、犠牲層を除去して下部電極と梁からなる微小電気機械素子を形成する。同時に半導体基板を下部電極として基板表面の絶縁膜及び上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサを形成する。その後、微小電気機械素子とコンデンサを同一筐体内に封止して目的の静電駆動素子を完成する。
【００３３】
コンデンサ側の犠牲層の除去のためにコンデンサの上部電極には複数の孔を形成しておくこいとが好ましい。また、コンデンサの上部電極表面には、有極性分子に対して吸着性の良い材料膜を成膜するようにしても良い。
【００３４】
本発明の実施の形態に係る半導体装置は、上述した静電駆動素子を有して構成される。この静電駆動素子としては、フィルタ（いわゆるバンド・パス・フィルタ）、ミキサー、共振器、信号切替器、センサーのうちの少なくとも一つに構成されている。
また、本実施の形態の半導体装置としては、上述の静電駆動素子を含んで、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することもできる。
【００３５】
本発明の実施の形態に係るフィルタは、電気的に駆動される梁を有した静電駆動型の微小電気機械素子による振動子と、電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサが同一筐体内に封止されている静電駆動素子から構成される。
【００３６】
本発明の実施の形態に係る通信装置は、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、上記フィルタを用いて構成される。
【００３７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。
【００３８】
本実施の形態で対象とする静電駆動素子、特にその微小電気機械素子は、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。
【００３９】
図１Ａ〜Ｃに、本発明に係る第１実施の形態を示す。本実施の形態に係る静電駆動素子１は、基板１１上に静電駆動型の微小電気機械素子となる振動子素子１２と、電荷、有極性分子（水など）を蓄積する機能を有するコンデンサ１３とを形成し、これら振動子素子１２とコンデンサ１３を同一の筐体１０内に気密的に封止して構成される。
【００４０】
振動子素子１２は、基板１１上に下部電極となる入力電極１５、出力電極１６を形成し、この２つの電極１５、１６に空間１８を挟んで対面する静電駆動により振動する振動子、すなわち梁（ビーム）１７を配置して構成される。入力電極１５及び出力電極１６はいわゆる駆動用電極として機能する。梁１７は入出力電極１５、１６をブリッジ状に跨ぎ、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１５は入力端子ｔ１に通る信号入力線路に接続され、出力電極１６は出力端子ｔ２に通じる信号出力線路に接続され、梁１７は直流バイアス電圧（以下、ＤＣバイアス電圧という）ＶＤＣの供給端子ｔ３に通じるＤＣ供給線路に接続される。
【００４１】
振動子素子１２では、入力端子ｔ１を通して入力電極１５に入力信号（例えば高周波信号（ＲＦ））が入力されると、ＤＣバイアス電圧ＶＤＣが印加された梁１７と入力電極１５間に生じる静電気力で梁１７が振動し、出力電極１６から出力端子ｔ２を通じて梁１７の共振周波数に応じた出力信号（高周波信号（ＲＦ）が出力されるようになされる。本例の場合、振動子素子１２は静電的に駆動され、２次高調波振動モードで励振される。
【００４２】
一方、コンデンサ１３は、基板１１上に下部電極２１を形成し、この下部電極２１に誘電体層となる空間２２を挟んで対面する上部電極２３を形成して構成される。上部電極２３には空間２２を形成するための犠牲層を除去するための複数の孔２４が形成され、上部電極２３と下部電極２１との間に犠牲層の一部を残存させた支柱２５により上部電極２３が支持されている。下部電極２１には接地電位が印加され、上部電極２３には端子ｔ３からＤＣ電圧ＶＤＣが印加される。コンデンサ１３は振動子素子１２の面積よりも十分大きい面積を有している。
【００４３】
振動子素子１２の下部電極１５、１６とコンデンサ１３の下部電極２１が同一の工程で形成れ、振動子素子１２の空間１８がコンデンサ１３の誘電体層となる空間２２と同一工程で形成され、振動子素子１２の梁１７とコンデンサ１３の上部電極２３とは同一工程で形成される。振動子素子１２とコンデンサ１３は筐体１０により中空を設けて気密的に封止される。
【００４４】
振動子素子１２に接続される直流電圧（ＶＤＣ）給電線路２０には、振動子素子１２に入力された交流信号、例えば高周波信号（ＲＦ）を直流電源（ＶＤＣ）側へ通過させないための通過阻止手段、例えば、インピーダンス不整合を形成するための素子を接続する。図１ではインピーダンス不整合を形成するための素子として抵抗Ｒｂが接続される。
【００４５】
基板１１は、シリコン基板等の半導体基板の表面に絶縁膜を形成した基板、あるいは絶縁性基板等で形成される。本例では高抵抗シリコン基板の表面に絶縁膜を形成した基板で形成される。振動子素子１２の下部電極である２つの電極１５、１６及び梁１７、コンデンサ１３の上下部電極２１、２３は、例えば多結晶シリコン層などの導電性層、本例では多結晶シリコン層で形成される。
【００４６】
上述の第１実施の形態の静電駆動素子１によれば、振動子素子１２の駆動時において、筐体１０（いわゆるパッケージ）内部に気相、液相、固相のいずれかの状態で水等の有極性分子が残留した場合でも、振動子素子１２に隣接する振動子素子よりも面積の広いコンデンサ１３に、特にその上部電極２３の表面に多くの有極性分子が吸着される。すなわち、コンデンサ１３は、振動子素子１２と同じ成膜層で形成され、上部電極２３に梁１７と同じＤＣ電圧ＶＤＣが印加されているので、コンデンサ１３における有極性分子の吸着量は振動子素子１２と比較して面積が広い分、多くなる。これによって、振動子素子１２への有極性分子の吸着を減らして帯電を抑制すことができ、この有極性分子による荷電効果に起因する振動子素子１２、特に梁１７の変質や、通電部の酸化等を軽微にすることができる。したがって、振動子素子１２の特性劣化を十分に抑制することができ、初期特性を確保し、振動子素子１２の信頼性を高めることができる。
【００４７】
本実施の形態において、コンデンサ１３の上部電極２３に形成した孔２４の大きさ、間隔を犠牲層のエッチングの条件に合わせて適正に設計することにより、多孔化することができ、多孔化によりさらに水分子の物理的吸着の効率を上げることができる。また、コンデンサ１３において、下部電極２１と上部電極２３間に挿入される絶縁性の支柱２５としては、吸湿性を有する絶縁体で形成することができる。吸湿性の絶縁体としては、例えば多孔質シリカ（ＳｉＯ２）薄膜が適当である。多孔質シリカは、振動子素子の作製の際の犠牲層としても使用することができる。多孔質シリカ薄膜はＲＦマグネトロンスパッタ法により成膜できる。
【００４８】
ここで、コンデンサ１３への水分吸着のメカニズムについて説明する。
コンデンサと同じ材料で振動子素子が形成されるときには、以下の水分吸着のメカニズムが振動子素子にも同様に作用する。しかし、コンデンサが犠牲になることで水分吸着による振動子素子（例えばフィルタに適用した場合）への悪影響を軽減することができる。
水（水蒸気）は有極性分子であり、０．３８７εÅの双極子モーメントを有する。コンデンサの電極間、特に電極表面近傍にある気体状態の水分子は、電極の作る電場により、電極表面に吸着される。同様に有極性の高分子も吸着される。（なお、εÅは、正負の素電荷が１Åの距離に置かれたときの発生する双極子モーメントである。）
更に、電極を多結晶シリコンで形成したコンデンサの場合、吸着された水分子は電気分解される（２Ｈ２ Ｏ＋２ｅ- →  Ｈ２ ；２ＯＨ- ）。発生した水素のＳｉ表面への吸着、さらにシリコン内部への浸透が起こる。同時にＯＨ基の表面への吸着、あるいは電極表面の酸化も起こる。
【００４９】
一方、上述の第１実施の形態では、コンデンサ１３が振動子素子１２の梁１７へのＤＣバイアス電圧ＶＤＣを安定化させるための定電圧回路の一部を構成する容量として用いることができる。図４に示すように、振動子素子１２の直流電源（ＶＤＣ）３００と梁１７間の給電線路３０１との間に直列に抵抗Ｒａを挿入し、給電線路３０１と接地間に容量（シャント容量）Ｃａを挿入し、これら抵抗Ｒａと容量Ｃａとにより直流電圧安定化回路３０２を形成することにより、梁１７へのＤＣバイアス電圧を安定化することができる。この安定化回路３０２の容量Ｃａとして実施の形態のコンデンサ１３を兼用することができる。
【００５０】
また、本実施の形態では、信号線路、従って振動子素子１２の梁１７と直流電源（ＶＤＣ）との間にインピーダンス不整合を形成するための抵抗Ｒｂが接続されるので、信号線路からの信号漏洩が回避され、例えばフィルタを構成した場合のフィルタ特性を変化させることがない。
【００５１】
図２Ａ，Ｂに、本発明に係る第２実施の形態を示す。本実施の形態に係る静電駆動素子２は、基板１１上に振動子素子１２と電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサ３３を形成し、これら振動子素子１２とコンデンサ１３を同一の筐体１０内に気密的に封止して構成される。振動子素子１２の構成は、第１実施の形態の振動子素子１２と同様に形成される。
【００５２】
一方、本実施の形態においては、基板１１をシリコン半導体基板３４の表面に絶縁膜３５を形成した基板が用いられる。絶縁膜３５としては、シリコン基板３４の表面に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜上に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を積層した複合絶縁膜が用いられる。コンデンサ３３は、シリコン半導体基板３４を下部電極とし、絶縁膜３５を誘電体膜とし、その上の振動子素子１２の下部電極１５、１６と同時に形成した上部電極３６とにより構成される。さらに、上部電極３６の表面に吸湿性の良い吸湿層３７が成膜される。吸湿層３７としては、例えば層状炭素をスピンコート、ＣＶＤ（化学気相成長）、スパッタなどにより成膜して形成することができる。成膜した層状炭素膜は、レジストマスクを介してエッチングを行い、コンデンサ形状に加工する。この炭素膜は高分子の吸着に有効である。必要に応じて層状炭素膜のクリーニング処理を行う。本例ではシリコン基板３４を接地電位に、上部電極３６にＤＣバイアス電圧ＶＤＣを印加することにより、コンデンサ３３として構成される。コンデンサ３３の面積は振動子素子１２より十分に広い。
その他の構成は図１と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００５３】
第２実施の形態に係る静電駆動素子２においても、コンデンサ３３の上部電極３６の表面に吸湿層３７が成膜された構成であるので、第１実施の形態と同様に、振動子素子１２の駆動時において、筐体１０（いわゆるパッケージ）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留した場合でも、コンデンサ３３の上部電極３３表面の吸湿層３７で有極性分子が吸着され、振動子素子１２への有極性分子の吸着を抑制することができる。したがって、振動子素子１２の特性劣化を十分に抑制することができる。従って初期特性を確保し、振動子素子１２の信頼性を高めることができる。
この第２実施の形態においても、吸湿層３７を除いてコンデンサ３３を構成する電極及び誘電体層は、振動子素子１２の成膜要素と同じもので形成されるので、振動子素子１２とコンデンサ３３を同一の工程で形成することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００５４】
図３Ａ，Ｂに、本発明に係る第３実施の形態を示す。本実施の形態に係る静電駆動素子３は、基板１１上に振動子素子１２と電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサ４１を形成し、これら振動子素子１２とコンデンサ４１を同一の筐体１０内に気密的に封止して構成される。振動子素子１２の構成は、第１実施の形態の振動子素子１２と同様に構成される。
【００５５】
一方、本実施の形態においては、基板１１のコンデンサ４１の形成領域上に、振動子素子１２の下部電極１５、１６、空間１８、梁１７の形成と同じ工程で電極４２、空間４３及び電極４４を形成し、電極４４に複数の孔４５を形成して空間４３に一部犠牲層の残存による支柱４６を形成する。さらに、両電極４２及び４４に電気的に接続するように、前述と同様の例えば層状炭素による吸湿層４７が形成される。基板１１は、本例では図２と同様に、シリコン基板３４の表面に絶縁膜３５を形成した基板が用いられる。そして、コンデンサ４１は、シリコン基板３４を下部電極とし、絶縁膜３５を誘電体膜とし、吸湿層４７を含む電極４２及び４４を上部電極として構成される。コンデンサ４１の面積は振動子素子１２より十分に広い。
その他の構成は図１、図２と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００５６】
第３実施の形態に係る静電駆動素子４１においても、コンデンサ４１の上部電極表面に吸湿層４７が成膜された構成であるので、第１実施の形態と同様に、振動子素子１２の駆動時において、筐体１０（いわゆるパッケージ）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留した場合でも、コンデンサ４１の上部電極表面の吸湿層４７で有極性分子が吸着され、振動子素子１２への有極性分子の吸着を抑制することができる。したがって、振動子素子１２の特性劣化を十分に抑制することができ、初期特性を確保し、振動子素子１２の信頼性を高めることができる。
この第３実施の形態においても、吸湿層４７を除いてコンデンサ４１を構成する電極及び誘電体層は、振動子素子１２の成膜要素と同じもので形成されるので、振動子素子１２とコンデンサ４１を同一の工程で形成することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００５７】
次に、本発明による静電駆動素子の製造方法の実施の形態を説明する。以下の説明においては図1に示したＣ−Ｃ’での断面を例に行なう。
図５〜図９に、本発明による静電駆動型微小電気機械素子の製造方法の一実施の形態を示す。先ず、図５Ａに示すように、シリコン基板５１を用意し、その上面に例えば酸化シリコン薄膜（ＨＤＰ薄膜：High Density Plasma酸化膜）と窒化シリコン膜との複合絶縁膜５２を所要の膜厚に成膜する。その後、複合絶縁膜５２上に例えば多結晶シリコン薄膜（ＰＤＡＳ膜：Phosphorous Doped Amorphous Silicon）による導電層９１を所要の膜厚に成膜する。この導電層９１を、埋め込み配線パターンのレジストマスクを介してドライエッチング法によりパターニングして、後の工程で形成するウェハ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９１による埋め込みパターン９２を形成する。
【００５８】
次に、例えば酸化シリコン薄膜９３を成長させて、先に形成した埋め込み配線パターン９２を埋め戻す。ウエハー面の平坦化を行った後、更に酸化シリコン薄膜と窒化シリコン薄膜との複合絶縁膜９３を成長させて、先に形成した埋め込み配線パターン９２を埋め戻す。次いで、複合絶縁膜９３に電気的な接続のためのビアホール９４を形成した後、配線パターン９２上に、多結晶シリコン薄膜（ＰＤＡＳ膜）を形成し、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）法により平坦化処理を行って、ビアホール９４内に多結晶シリコンによる接続体９５を表面に選択的に露出する。
【００５９】
続いて、全面上に多結晶シリコン薄膜（ＰＤＡＳ膜）５３を成膜する。配線パターン９２と薄膜５３はビアにより接続される。
【００６０】
次に、図５Ｂに示すように、振動子素子の形成領域７１に対応する多結晶シリコン薄膜５３上に、下部電極、配線層となる梁を固定する台を成す形状を、コンデンサの形成領域７２に対応する多結晶シリコン薄膜５３上に、下部電極、および配線の形状を、ウエハー接合のためのパッド、および信号入出力パッドの形成領域７３に対応する多結晶シリコン薄膜５３上とパッドの形状を有するレジストマスク（図示せず）を形成する。このレジストマスクを介してドライエッチング法により多結晶シリコン薄膜５３の不要部分を選択的に除去して、振動子素子の形成領域７１において多結晶シリコン薄膜による下部電極５４、５５と梁の固定台（配線層を兼ねる）５６〔５６Ａ，５６Ｂ〕を形成する。また、コンデンサの形成領域７２において、多結晶シリコン薄膜による下部電極および配線８１を形成する。さらにウエハー接合のための接合パッド９６、および、信号入出力パッド９７を形成する。コンデンサ、振動子の梁および下部電極、接合パッド、信号入出力パッドが所望の通りに形成される。
【００６１】
次に、図６Ｃに示すように、振動子素子側の下部電極５４、５５及び梁の固定台５６、コンデンサ側の下部電極８１、接合パッド９６、入出力信号パッド９７を、犠牲層（例えば、酸化シリコン薄膜（ＨＤＰ膜））５７で埋め戻し、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により犠牲層５７を平坦化し、下部電極５４、５５、固定台５６、下部電極８１、接合パッド９６、入出力信号パッド９７の面を露出させる。
【００６２】
次に、図６Ｄに示すように、平坦化した薄膜上に、振動子素子側の電極５４、５５と後で形成する梁との間隔（コンデンサの上下部電極間の誘電体となる空間の間隔にも対応する）に応じた所要の厚さの犠牲層５８を形成する。この犠牲層５８は、例えば、厚さ５０ｎｍ程度の上記と同様の酸化シリコン（ＬＰ−ＴＥＯＳ：Low Pressure Tetraethoxy Silane）薄膜で形成することができる。
【００６３】
次に、図７Ｅに示すように、最終的に得る振動子素子の梁と固定台５６Ａ，５６Ｂとを繋ぐ貫通孔６０〔６０Ａ，６０Ｂ〕、及びウエハー接合パッド部を孤立させるための空間に対応する溝９８を、例えばドライエッチング法で形成する。
【００６４】
次に、図７Ｆに示すように、貫通孔６０、溝９８内を含み犠牲層５８上に多結晶シリコン薄膜（ＰＤＡＳ膜）を所望膜厚になるまで成膜した後、例えばドライエッチング法によりパターニングして、振動子素子側の梁（ビーム）６２、コンデンサ側の上部電極８２、配線（図示せず）及びウエハー接合パッド９６を覆う膜８３を形成する。梁６２の両端は、支持部６３〔６３Ａ，６３Ｂ〕を介して固定台５６〔５６Ａ，５６Ｂ〕に固定される。
次いで、コンデンサ側の上部電極８２（複数の貫通孔８４を含む）の形状、梁の形状（配線を含む）を選択的に形成する。次いで、必要に応じて配線、あるいはウエハー接合パッド部８３上にＡｌーＳｉ薄膜を形成し、配線パターンおよびウエハー接合パッド部（微小電気機械振動子、およびコンデンサの周囲に作られた、閉じた曲線形状を成す土手）を形成する。
【００６５】
次に、ウエハー接合パッド部の上に、Ｔｉ／Ｗによる金属薄膜８７と、Ａｕによる金属薄膜８８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てリフトオフにより、所望の蓋体（ウエハー）を接合するためのウエハー接合パッド部に接合用金属層を形成する。
【００６６】
次に、図８Ｇ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５７、５８を除去する。これにより、下部電極５４、５５と梁６２の間に約５０ｎｍの空間６４が形成された振動子素子６５を形成する。また、コンデンサ形成領域側において、上部電極８２の孔８４を通して犠牲層５８がエッチングされ、一部支柱８５を残して上部電極８２と下部電極８１との間に誘電体となる空間８６が形成されて、コンデンサ８０を形成する。また、信号入出力のためのパッド（あるいは配線）９７を形成する。
【００６７】
一方、図８Ｈに示すように、別途蓋体となる例えばシリコン基板１０１を用意する。このシリコン基板１０１は、先の工程で作製した梁６２を有する振動子素子６５及びコンデンサ８０を有する静電駆動素子部分の高さ及び面積に対応した複数の溝（図  Ｈでは１つのチップに対応した１つの溝のみを示す）１０２を形成する。次いで、基板１０１の表面に全面的に熱酸化による酸化シリコン膜１０３を形成した後、例えばＨＤＰ酸化による酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の複合絶縁膜１０４を所要の厚さ、例えば２００ｎｍ程度の厚さに成膜して表面を不動態化する。さらに、溝加工せずに凸形状に残った部分、すなわち溝の周辺部分に、接合用のＴｉ／Ｗによる金属薄膜１０６とＡｕによる金属薄膜１０７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、リフトオフして接合用金属層を形成して、蓋体１０８を得る。
【００６８】
次に、図９に示すように、図８Ｈの上記蓋体１０８と、図８Ｇの振動子素子６５及びコンデンサ８０を形成した基板５１とを、所望の雰囲気中で対面させ、位置合わせをして、所要の温度、加圧条件下、例えば３２０℃の条件下で５０ｋｇ／ｃｍ２で加圧することにより、密閉してウエハーの接合封止を行う。
本実施の形態は、ウエハーレベルでハーメチック・パッケージを形成する製造方法を例示したものである。
【００６９】
その後、接合されたウエハーをダイシング加工して、目的の静電駆動型微小電気機械素子１１０を個別チップとして得る（図９参照）。
【００７０】
図１０〜図１１に、本発明による静電駆動素子の製造方法の他の実施の形態を説明する。同図において、図５〜図９の実施の形態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。
【００７１】
本実施の形態に係る静電駆動素子の製造方法は、前述の図５Ａ〜図７Ｅまでの工程は同じである。即ち、図１０Ａ（図７Ｅの工程と同じ）に示すように、シリコン基板５１上に、順次、複合絶縁膜５２、配線パターン９２、複合絶縁膜９３、接続体９５を形成し、さらに、多結晶シリコン薄膜による振動子素子側の下部電極５４、５５、固定台５６Ａ，５６Ｂ、ウエハー接合パッド９６を形成し、コンデンサ側の上部電極となる電極１１１、犠牲層５７、犠牲層５８及び貫通孔６０〔６０Ａ，６０Ｂ〕、貫通溝９８を形成する。
【００７２】
次に、図１０Ｂに示すように、貫通孔６０、貫通溝９８内を含み犠牲層５８上に多結晶シリコン薄膜（ＰＤＡＳ膜）を所望膜厚になるまで成膜した後、例えばドライエッチング法によりパターニングして、振動子素子側の梁６２、ウエハー接合パッド９６上の導電層８３を形成する。梁６２の両端は、支持部６３〔６３Ａ，６３Ｂ〕を介して固定台５６〔５６Ａ，５６Ｂ〕に固定される。
次いで、配線及び接合パッド部上に導電層８３上にＡｌーＳｉ薄膜を成膜し、配線パターンなどを形成する。
【００７３】
次に、接合パッド部上の導電層８３上に、Ｔｉ／Ｗによる金属薄膜８７とＡｕによる金属薄膜８８とを積層してなる接合用金属層を選択的に形成する。
【００７４】
次に、図１１Ｃに示すように、犠牲層５７、５８を例えばフッ化水素を含むエッチング液を用いて除去し、振動子素子形成領域７１において下部電極５４、５５と空間６４を介して対面する梁６２から成る振動子素子６４を形成する。一方、コンデンサ形成領域７２においては、シリコン基板５１を下部電極とし、複合絶縁膜９３を誘電体膜とし、振動子素子の下部電極５４、５５と同じ工程で作製した電極１１１を上部電極としたコンデンサ１１２を形成する。このコンデンサ１１２では前述したように駆動時にはシリコン基板５１に接地電位が印加され、上部電極１１１にＤＣバイアス電圧ＶＤＣが印加される。
【００７５】
なお、必要に応じて、前述した例えば層状炭素による吸湿層をコンデンサ１１２の上部電極１１１上に形成するようになす。
【００７６】
次に、図１１Ｄに示すように、前述の図９と同様に、蓋体１０８を振動子素子６４及びコンデンサ１１２を形成した基板５１に気密的に接合して密閉封止する。その後、接合されたウエハーをダイシング加工して、目的の静電駆動素子１１３を個別チップとして得る（図１１Ｄ参照）。
【００７７】
上述の実施の形態に係る静電駆動素子の製造方法によれば、いずれも振動子素子６５とコンデンサ８０または１１２とを同じ工程で形成することができる。そして、振動子素子６５、コンデンサ８０または１１２を形成する工程と、これらを密閉封止する工程とによって、微量な振動子素子の変質や、通電部の酸化などが十分に良く抑制できる静電駆動素子を、高信頼性をもって低コストで容易に製造することができる。従って、密閉封止をウエ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、静電駆動素子、あるいはこの静電駆動素子を備えた各種の静電駆動素子や、これらを有する半導体装置を低価格で提供することができる。すなわち、商品化、実用化における低価格を可能とする静電駆動素子、半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００７８】
本発明に係る他の実施の形態においては、上述の静電駆動素子を用いて、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静電駆動素子を備えるので、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００７９】
本発明に係る静電駆動素子は、振動子素子を複数並列化した振動子群として構成することができる。本発明に係る静電駆動素子は、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、上述の静電駆動素子によるフィルタを適用して、携帯電話機、無線ＬＡＮ機器、無線トランジーバ、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。
【００８０】
次に、本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１２参照して説明する。
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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２２５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。
【００８５】
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を復調する。
【００８６】
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。
【００８７】
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、本例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。図１２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本例の構成のフィルタを適用してもよい。また、図１２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、本例の構成のフィルタを適用してもよい。
【００８８】
本実施の形態に係る通信装置によれば、帯域フィルタに本発明の静電駆動素子によるフィルタを用いることにより、フィルタにおける帯電現象に由来する劣化を回避することができ、信頼性の高い通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】Ａ，Ｂ及びＣ  本発明に係る静電駆動素子の第１実施の形態を示す概略構成図、そのＡーＡ線上の断面図及びそのＢーＢ線上の断面図である。
【図２】Ａ及びＢ  本発明に係る静電駆動素子の第２実施の形態示す概略構成図及びそのＡーＡ線上の断面図である。
【図３】Ａ及びＢ  本発明に係る静電駆動素子の第３実施の形態示す概略構成図及びそのＡーＡ線上の断面図である。
【図４】本発明に適用される定電圧安定化回路の説明に供する説明図である。
【図５】Ａ〜Ｂ  本発明に係る静電駆動素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図６】Ｃ〜Ｄ  本発明に係る静電駆動素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図７】Ｅ〜Ｆ  本発明に係る静電駆動素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図８】Ｇ〜Ｈ  本発明に係る静電駆動素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その４）である。
【図９】本発明に係る静電駆動素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その５）である。
【図１０】Ａ〜Ｂ  本発明に係る静電駆動素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図１１】Ｃ〜Ｄ  本発明に係る静電駆動素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図１２】本発明に係る通信装置の一実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００９０】
１、２、３・・静電駆動素子、１０・・蓋体、１１・・基板、１２・・振動子素子、１３・・コンデンサ、１５、１６・・下部電極、１７・・梁、２１・・下部電極、２２・・空間、２３・・上部電極、２５・・支柱、３６・・上部電極、３７・・吸湿層、５１・・シリコン基板、５２・・絶縁膜、５３・・多結晶シリコン薄膜、５４、５５・・下部電極、５６〔５６Ａ，５６Ｂ〕・・固定台、５７、５８・・犠牲層、６２・・梁、６５・・振動子素子、７１・・振動子素子形成領域、７２・コンデンサ形成領域、７３・・ウエハー接合パッドおよび入出力パッド形成領域、８０・・コンデンサ、８１・・下部電極、８２・・上部電極、１０１・・シリコン基板、１０２・・溝、１０８・・蓋体、１１０・・静電駆動素子
【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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【図１１】
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【図１２】
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