(57)【要約】【課題】微小共振器における寄生容量の影響を抑制して共振特性を向上させる。【解決手段】微小共振器の構成として、周波数信号が入力される入力電極と、この入力電極に入力された周波数信号によって振動するビーム電極と、このビーム電極の振動数に応じた信号を出力する出力電極とを有する共振回路部１３と、この共振回路部１３に対して並列に接続されたインダクタ１４とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数信号が入力される入力電極と、前記入力電極に入力された周波数信号によって振動するビーム電極と、前記ビーム電極の振動数に応じた信号を出力する出力電極とを有する共振回路部と、
前記共振回路部に対して並列に接続されたインダクタと
を備えることを特徴とする微小共振器。
【請求項２】
前記共振回路部と前記インダクタを同一基板上に形成してなる
ことを特徴とする請求項１記載の微小共振器。
【請求項３】
前記インダクタは、前記共振回路部から引き出された配線ラインに電気的に接続された渦巻き状の配線部によって構成されている
ことを特徴とする請求項２記載の微小共振器。
【請求項４】
周波数信号が入力される入力電極と、前記入力電極に入力された周波数信号によって振動するビーム電極と、前記ビーム電極の振動数に応じた信号を出力する出力電極とを有する共振回路部と、
前記共振回路部に対して並列に接続されたインダクタと
を備える微小共振器を用いた
ことを特徴とする送受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ素子等を用いて構成される微小共振器とこれを備える送受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＴ(Information Technology)の発展に伴って、ネットワークを利用するデバイスの数が飛躍的に増加している。そうした中で、特に、使い勝手などの面から、無線ネットワーク技術の需要が高まっている。無線通信で用いられるＲＦフロントエンドモジュールには、半導体チップのほかに、ＲＦフィルタ（高周波数フィルタ）やＩＦフィルタ（中間周波数フィルタ）用にＳＡＷ(Surface Acoustic Wave)フィルタや誘電体フィルタなど、比較的サイズの大きい部品が組み込まれており、これらの部品の存在がＲＦフロントエンドモジュールの小型化や低コスト化を阻害する要因になっている。そこで、これらのフィルタ機能を半導体チップの中に取り込むことで、ＲＦフロントエンドモジュールの小型化や低コスト化を実現しようとする試みが行われている。具体的には、マイクロマシンの１つであるＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical system;微小電気機械システム)素子を共振器として用いる技術が知られている。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子を用いた共振器（以下、微小共振器とも記す）は、半導体チップ上に半導体プロセスを用いて形成されるもので、共振器として機能させるためのビーム構造を有している。微小共振器は、デバイスの占有面積が小さいこと、高いＱ値（エネルギー／損失の比）を実現できること、他の半導体デバイスとのインテグレーションが可能であること、などの特長をもっている。そこで、無線通信デバイスの中でも、周波数フィルタ（ＲＦフィルタ、ＩＦフィルタ）としての利用が提案されている（例えば、下記非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】「IEEE Journal of Solid-state Circuits」，(米国)，2000年４月，第35巻，第4号，p.512-526
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１で提案されている微小共振器は、インピーダンスが非常に高いため、寄生容量の影響を受けやすいものとなっている。寄生容量は、微小共振器の入出力電極間に介在し、ＳＮ比の悪化を招く要因となる。そのため、寄生容量の影響が大きくなると、信号の高周波化に対応することが困難になってしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、微小共振器における寄生容量の影響を抑制して共振特性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る微小共振器は、周波数信号が入力される入力電極と、この入力電極に入力された周波数信号によって振動するビーム電極と、このビーム電極の振動数に応じた信号を出力する出力電極とを有する共振回路部と、この共振回路部に対して並列に接続されたインダクタとを備えるものである。また、本発明に係る送受信機は、上記構成の微小共振器を用いたものである。
【０００８】
本発明に係る微小共振器とこれを用いた送受信機においては、共振回路部に対してインダクタを並列に接続することにより、共振回路部内に介在する寄生容量の影響を小さく抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のによれば、共振回路部に対してインダクタを並列に接続することにより、共振回路部内に介在する寄生容量の影響を抑制して共振特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明に用いられる微小共振器の主要部の構成例を示すもので、図中（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその側断面図である。図１においては、ベースとなる半導体基板１上に絶縁膜２が形成されている。半導体基板１は例えばシリコン基板によって構成されるもので、絶縁膜２は例えば窒化シリコン膜によって構成されるものである。
【００１２】
絶縁膜２上には入力電極３と出力電極４が形成されている。また、入力電極３及び出力電極４の上方には、当該２つの電極３，４に対向する状態でビーム電極５が形成されている。ビーム電極５の両端部は一対の支持部６によって固定状態（両持ち梁状態）に支持されている。また、ビーム電極５は、入力電極３及び出力電極４の各電極面との間に微小なギャップを介して、当該入力電極３及び出力電極４を跨ぐ状態に形成されている。また、入力電極３と出力電極４は、ビーム電極５の長さ方向（図１の左右方向）の中心から等距離の位置に配置されている。
【００１３】
図２及び図３は本発明に用いられる微小共振器の製造プロセスの一例を示すフロー図である。まず、微小共振器を製造するにあたっては、図２（Ａ）に示すように、シリコン基板等の半導体基板１上に絶縁膜２を形成する。この絶縁膜２は、例えば窒化シリコン膜を１μｍの厚みで蒸着することにより形成される。次に、図２（Ｂ）に示すように、先ほど形成した絶縁膜２上に、例えば厚さ０．５μｍの多結晶シリコン層からなる下部電極層７を蒸着により形成した後、この下部電極層７をフォトリソグラフィ技術によってパターニングすることにより、図２（Ｃ）に示すように、上記入力電極３、出力電極４及び一対の支持部６を形成する。
【００１４】
次いで、図２（Ｄ）に示すように、半導体基板１の絶縁膜２上に、上記入力電極３、出力電極４及び支持部６を覆う状態で犠牲層８を形成する。この犠牲層８は、例えば二酸化シリコンを０．５μｍの厚さで蒸着することにより形成される。次に、図２（Ｅ）に示すように、犠牲層８の表面（上面）をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing；化学的機械研磨)法によって平坦化する。
【００１５】
続いて、図３（Ａ）に示すように、一対の支持部６上で犠牲層８に開口部（コンタクトホール）９を形成した後、図３（Ｂ）に示すように、上記開口部９を埋め込む状態で犠牲層８上に、例えば厚さ０．５μｍの多結晶シリコン層からなる上部電極層１０を形成する。次いで、図３（Ｃ）に示すように、上部電極層１０をフォトリソグラフィ技術によってパターニングすることによりビーム電極５を形成する。その後、図３（Ｄ）に示すように、フッ酸等の溶剤を用いて犠牲層８を除去することにより、上記図１に示すようなビーム構造を有する微小共振器が得られる。
【００１６】
このような製造プロセスによって得られる微小共振器において、例えば、入力電極３に直流電圧（ＤＣ）を印加しつつ周波数信号（ＲＦ信号、ＩＦ信号等）を入力すると、ビーム電極５と入力電極３との対向部分にクーロン力と総称される静電引力と静電反発力が繰り返し発生する。このうち、静電引力が発生したときはビーム電極５が入力電極３に接近する方向で微小変位し、静電反発力が発生したときはビーム電極５が入力電極３から離間する方向で微小変位する。この繰り返しによりビーム電極５は自身の固有振動数にしたがって共振（振動）し、この共振周波数（振動数）に対応した周波数帯域の信号が出力電極４から出力される。ちなみに、直流電流はビーム電極５に印加される場合もある。
【００１７】
図４は本発明の実施形態に係る微小共振器の構成を示す概略図である。図においては、信号の入力端子１１と出力端子１２との間に共振回路部１３が直列に接続されている。入力端子１１は、共振回路部１３に周波数信号を入力するための信号端子であり、出力端１２は、共振回路部１３から出力された周波数信号を取り出すための信号端子である。共振回路部１３は、上記図１に示す微小共振器の主要部、すなわち入力電極３、出力電極４、ビーム電極５等を用いて構成されるものである。
【００１８】
入力端子１１と出力端子１２との間では、共振回路部１３に対してインダクタ１４が並列に接続されている。インダクタ１４の一方端は入力端子１１から共振回路部１３の入力電極３（図１参照）に至る配線ラインＬ１１に電気的に接続され、インダクタ１４の他方端は共振回路部１３の出力電極４（図１参照）から出力端子１２に至る配線ラインＬ１２に電気的に接続されている。
【００１９】
インダクタ１４は、例えば図５に示すように、共振回路部１３の入力電極３と出力電極４からそれぞれ引き出された配線ラインＬ１１，Ｌ１２に電気的に接続された渦巻き状の配線部１４Ａによって構成されるものである。渦巻き状の配線部１４Ａの最内周部につながる配線ラインＬ１３は、コンタクトホール１５Ａ，１５Ｂを利用して、渦巻き状の配線部１４Ａと異なる配線層で外周側に引き出され、配線ラインＬ１４を通して配線ラインＬ１１に電気的に接続されている。また、渦巻き状の配線部１４Ａの最外周部につながる配線ラインＬ１５は配線ラインＬ１２に電気的に接続されている。以上の構成により、共振回路部１３とインダクタ１４とは、同一基板上（図１の半導体基板１上）に形成されている。
【００２０】
図６は本発明の実施形態に係る微小共振器の等価回路図である。図において、共振回路部１３は、Ｒ、Ｌｘ、Ｃｘの直列共振回路を構成するものとなる。これに対して、共振回路部１３の入力電極３と出力電極４との間に介在する寄生容量Ｃ０は共振回路部１３に対して並列に接続されたものとなり、上述したインダクタ１４によるインダクタンスＬは共振回路部１３及び寄生容量Ｃ０に対して並列に接続されたものとなる。また、上述のように直列共振回路を構成する共振回路部１３に対して、インダクタンスＬと寄生容量Ｃ０は並列共振回路１５を構成するものとなる。
【００２１】
そうした場合、共振回路部１３の共振周波数はＬｘとＣｘで決まるため、このＬｘとＣｘで並列共振回路１５が並列共振を起こすようにインダクタンスＬの値を設定することにより、共振回路部１３が共振するときに、並列共振回路１５のインピーダンスが最大となる。具体的には、「Ｌ＝Ｃｘ・Ｌｘ／Ｃ０」の条件でインダクタンスＬの値を設定することにより、並列共振回路１５のインピーダンスが理論上は無限大となる。ただし、実際には抵抗成分が必ず存在するため、並列共振回路１５のインピーダンスが無限大とはならないものの、共振回路部１３のインピーダンスに比較して非常に大きな値となる。そのため、インダクタ１４の付加により寄生容量Ｃ０の影響（信号の漏洩）を抑制し、微小共振器の共振特性を向上させることができる。したがって、信号の高周波化への対応が容易になる。また、この微小共振器を用いることにより、優れた特性をもつ周波数フィルタやオシレータを実現することができる。
【００２２】
また、上述のように共振回路部１３とインダクタ１４を同一基板上に形成することにより、共振回路部１３とインダクタ１４を一連の半導体製造プロセスの中で同時進行的に作り込むことができる。また、共振回路部１３とインダクタ１４を含む微小共振器を１つのデバイスとしてコンパクトに製作することができる。さらに、渦巻き状の配線部１４Ａでインダクタ１４を構成することにより、微小共振器の製造プロセスの中で、配線ラインのパターニングと同時にインダクタ１４を製作することができる。
【００２３】
なお、上記実施形態においては、信号の入力端子１１と出力端子１２との間に共振回路部１３を直列に接続し、この共振回路部１３に対してインダクタ１４を並列に接続するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、入力端子１１と出力端子１２との間に共振回路部１３を並列に接続し、この共振回路部１３に対してインダクタ１４を並列に接続したものであってもよい。
【００２４】
この場合、共振回路部１３の入力電極３（図１参照）は、入力電極１１と出力電極１２との間の配線ラインに電気的に接続され、共振回路部１３の出力電極４（図１参照）は、グラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続（接地）されたものとなる。また、インダクタ１４の一方端は共振回路部１３の入力電極３につながる配線ラインに電気的に接続され、インダクタ１４の他方端は共振回路部１３の出力電極４につながる配線ラインに電気的に接続されたものとなる。したがって、この場合の等価回路は図８のように表される。かかる構成においても、上記同様の条件でインダクタンスＬの値を設定することにより、寄生容量Ｃ０の影響を有効に抑制して微小共振器の共振特性を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明は、微小共振器に限らず、この微小共振器を用いて構成される携帯電話機、無線ＬＡＮ機器、テレビチューナー、ラジオチューナーなどの、電磁波を利用して通信する送受信機として提供することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に用いられる微小共振器の主要部の構成例を示す図である。
【図２】本発明に用いられる微小共振器の製造プロセスの一例を示すフロー図（その１）である。
【図３】本発明に用いられる微小共振器の製造プロセスの一例を示すフロー図（その２）である。
【図４】本発明の実施形態に係る微小共振器の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る微小共振器のインダクタ付加構造例を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る微小共振器の透過回路図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る微小共振器の構成を示す概略図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る微小共振器の透過回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
３…入力電極、４…出力電極、５…ビーム電極、１１…入力端子、１２…出力端子、１３…共振回路部、１４…インダクタ、１５…並列共振回路
【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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