(57)【要約】本発明は、１次振動モードを使用できると共に、出力信号のＳ／Ｎ比を向上することができる、ＭＥＭＳ型振動子とその製法、及びフィルタを提供するものである。また、本発明は、このフィルタを用いて信頼性の高い通信装置を提供するものである。本発明のＭＥＭＳ型振動子は、出力電極と、この出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、出力電極及び入力電極２７がビームと直流的に分離されて成る。本発明のフィルタは、上記ＭＥＭＳ型振動子を用いて成る。本発明の通信装置は、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、フィルタとして、上述した本発明に係るフィルタを用いて成る。
2005004326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電極と、該出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記出力電極及び入力電極が、前記ビームと直流的に分離されて成ることを特徴とするＭＥＭＳ型振動子。
【請求項２】
出力電極と、該出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記入力電極が誘電体膜を介して前記ビームに接続され、前記ビームに所要の直流電圧が印加されて成ることを特徴とするＭＥＭＳ型振動子。
【請求項３】
前記ビームと該ビームから延長する延長部とが一体に平板状に形成され、前記延長部において前記ビームが支持されて成ることを特徴とする請求の範囲第２項記載のＭＥＭＳ型振動子。
【請求項４】
出力電極と、該出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記出力電極及び入力電極が前記ビームと直流的に分離されてなるＭＥＭＳ型振動子を用いて成ることを特徴とするフィルタ。
【請求項５】
出力電極と、該出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記入力電極が誘電体膜を介して前記ビームに接続され、前記ビームに所要の直流電圧が印加されてなるＭＥＭＳ型振動子を用いて成ることを特徴とするフィルタ。
【請求項６】
前記ビームと該ビームから延長する延長部とが一体に平板状に形成され、前記延長部において前記ビームが支持されて成ることを特徴とする請求の範囲第５項記載のフィルタ。
【請求項７】
基板上に形成した出力電極上に犠牲層を介して入力側の振動し得るビームを形成すると共に、前記ビームの一方の固定端上に誘電体膜を形成する工程と、前記犠牲層を選択的に除去する工程と、前記誘電体膜上にＡｌ系の入力電極を形成する工程を有することを特徴とするＭＥＭＳ型振動子の製造方法。
【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、出力電極と、該出力電極に対応して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記出力電極及び入力電極が前記ビームと直流的に分離されてなるＭＥＭＳ型振動子で構成されたフィルタが用いられて成ることを特徴とする通信装置。
【請求項９】
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、出力電極と、該出力電極に対応して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記入力電極が誘電体膜を介して前記ビームに接続され、前記ビームに所要の直流電圧が印加されてなるＭＥＭＳ型振動子で構成されたフィルタが用いられて成ることを特徴とする通信装置。
【請求項１０】
前記フィルタにおいて、前記ビームと該ビームから延長する延長部とが一体に平板状に形成され、前記延長部において前記ビームが支持されて成ることを特徴とする請求の範囲第９項記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ＭＥＭＳ型振動子とその製造方法、及びこのＭＥＭＳ型振動子を用いて構成したフィルタに関する。
また、本発明は、このようなフィルタを備えた通信装置に関する。
【背景技術】  近年、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、超小型電気的・機械的複合体）素子、及びＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が、注目されている。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン力などを応用して電気的に行われる。
一方、半導体プロセスによるマイクロマシニング技術を用いて形成された微小振動素子は、デバイスの占有面積が小さいこと、高いＱ値を実現できること、他の半導体デバイスとの集積が可能なこと、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）。
図１０は、非特許文献１に記載された高周波フィルタを構成する振動子、即ちＭＥＭＳ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を介して固定の出力電極４が形成されこの出力電極４に対向して空隙５を挟んで入力側の振動可能なビーム６が形成されて成る。ビーム６は、導電性を有し、両端のアンカー部（支持部）８〔８Ａ，８Ｂ〕にて支持されるように、出力電極４をブリッジ状に跨いで配置される。
この振動子１は、例えばビーム６のアンカー部８Ａからの延長部に接続された入力電極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、出力電極４とビーム６との間にＤＣバイアス電圧Ｖ１が印加された状態で、入力端子ｔ１を通じてビーム６に高周波信号Ｓ１が供給され，出力電極４とビーム６間に生じる静電力でビーム６が振動する。この振動による出力電極４とビーム６との間の容量の時間変化とＤＣ電圧の積が出力電極４から出力端子ｔ２を通じて出力される。高周波フィルタではビームの固有振動数（共振周波数）に対応した信号が出力される。
図１１は、上述のＭＥＭＳ型振動子１のビーム構造のシミュレーションである。図１０と対応する部分には同一符号を付して示す。ビーム６の共振周波数ｆＲは数１で表される。振動子１において高周波化するには、ビームの長さＬを縮小する必要がある。
2005004326.tif 000003
【非特許文献１】  Ｃ．Ｔ．−Ｃ．Ｎｇｕｙｅｎ，“Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｃｏｍｐｐｎｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ  ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ｉｎｖｉｔｅｄ  ｐｌｅｎａｒｙ）”，ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１９９９  ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−Ｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ＲＦ  ＭＥＭＳ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ｊｕｎｅ，１８，１９９９，ｐｐ，４８−７７．
図１２は、上述のＭＥＭＳ型振動子１の等価回路を示す。但し、このＭＥＭＳ型振勧子はビームが片持ち梁式である。このＭＥＭＳ型振動子１では、入力端子ｔ１と出力端子ｔ２間に、共振系を構成する抵抗ＲｘとインダクタンスＬｘと容量Ｃｘの直列回路と、入力電極となるビーム６と出力電極４間の空隙５による寄生容量Ｃ０が並列に挿入される。共振系のインピーダンスをＺｘ、寄生容量Ｃ０のインピーダンスをＺ０とすると、出力信号のＳ／Ｎ比は、Ｚ０／Ｚｘに相当する。Ｚ０／Ｚｘの値が１．０よりも小さくなると、高周波信号が寄生容量Ｃ０のインピーダンスＺ０を透過してしまい、出力信号のＳ／Ｎ比が小さくなってしまう。上述のＭＥＭＳ型振動子１では、バイアス印加前のビーム６及び出力電極４間の容量Ｃ０が大きく、Ｓ／Ｎ比が取れない。
図７は振動子における周波数とＺ０／Ｚｘの関係を示すシミュレーションによるグラフである。●印をプロットした直線ａは上述の振動子１の特性である。低周波数になる程Ｚ０／Ｚｘの値が大きくなり、高周波数になりＺ０／Ｚｘが１．０より小さくなると振動子として機能しない。
一方、本出願人は、先にビーム及び出力間の容量Ｃ０をコントロールすることで、出力信号のＳ／Ｎ比を大きくするようにしたＭＥＭＳ型振動子を提案した。図９は、このＭＥＭＳ型振動子の一例を示す。このＭＥＭＳ型振動子１１は、半導体基板１２上に絶縁膜１３を介して互いに所要の間隔を置いて配置された高周波信号Ｓ２を入力する入力電極１４と、高周波信号を出力する出力電極１５と、これら入出力電極１４、１５に対して空隙１６を挟んで配置された振動可能なビーム（いわゆる振動電極）１７とを有して構成される。ビーム１７は、両端がアンカー部（支持部）１８（１８Ａ，１８Ｂ）で支持され両持ち梁構造とされる。
このＭＥＭＳ型振動子１１では、入力端子ｔ１を通じて入力電極１４に高周波信号Ｓ２が入力され、ビーム１７に所要のＤＣバイアス電圧Ｖ２が印加され、出力電極１５に導出された出力端子ｔ２から目的周波数の高周波信号が出力されるようになされる。このＭＥＭＳ型振動子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ることができるので、入出力電極１４及び１５間の寄生容量Ｃ０が小さくなる。また、大きな出力信号を得るためにビーム１７と入出力電極１４、１５との空隙１６を小さくすることができる。このため、図１０の従来のＭＥＭＳ型振動子１に比べて出力信号のＳ／Ｎ比を向上することができる。
ところで、このＭＥＭＳ型振動子１１では、２次モード以上の振動を用いている。このため、振動子１１の特性測定の際、即ち、低い周波数から高い周波数までの特性を測定しようとすると、低い周波数では１次モードで振動していまい、ビーム１７が下部電極（入力電極１４、出力電極１５）に接触する虞れがある。即ち、１次モードの振動は２次モードの振動よりビーム６の振幅が大きくなるので、ビーム１７が下部電極に接触する虞れが生じる。ビーム１７が下部電極に接触したときには、入力電極１４にスパイク電流が流れてしまい、周辺機器を破損する虞れがある。
【発明の開示】
本発明は、上述の点に鑑み、１次振動モードを使用できると共に、出力信号のＳ／Ｎ比を向上することができる、ＭＥＭＳ型振動子及びその製造方法、及びフィルタを提供するものである。
また、本発明は、このようなフィルタを備えた通信装置を提供するものである。
本発明に係る第１のＭＥＭＳ型振動子は、出力電極と、この出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、出力電極及び入力電極が、ビームと直流的に分離されて成る。
本発明に係る第１のＭＥＭＳ型振動子では、出力電極に対向して入力側の振動可能なビームが配置された構成であるので、１次振動モードで使用できる。１次振動モードよりも高次の振動モードの振動は振幅が小さいので、ビームが出力電極に接触することがない。出力電極及び入力電極がビームと直流的に分離されているので、入出力電極間の寄生容量は、入力電極とビーム間の容量Ｃ０１と、ビームと出力電極間の容量Ｃ０２の和となり、小さくなる。入力電極とビーム間に介在する絶縁膜（誘電体膜）の膜厚又は／及び面積を変えることにより、振動子の反共振ピークを変えることが可能になる。
本発明に係る第２のＭＥＭＳ型振動子は、出力電極と、この出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、入力電極が誘電体膜を介してビームに接続され、ビームに所要の直流電圧が印加されて成る。
この第２のＭＥＭＳ型振動子においては、ビームとビームから延長する延長部とを一体に平板状に形成し、延長部においてビームを支持するように構成することができる。
本発明に係る第２のＭＥＭＳ型振動子では、出力電極に対向して入力側の振動可能なビームが配置された構成であるので、１次振動モードで使用できる。１次振動モードよりも高次の振動モードの振動は振幅が小さいので、ビームが出力電極に接触することがない。入力電極が誘電体膜を介してビームに接続されているので、入力電極及び出力電極がビームと直流的に分離され、入出力電極間の寄生容量が誘電体膜を介した入力電極とビーム間の容量Ｃ０１と、ビームと出力電極間の容量Ｃ０２との和になり、小さくなる。誘電体膜の膜厚又は／及び面積を変えることにより、振動子の反共振ピークを変えることが可能になる。特に、膜厚はプロセス上で変更できるので、膜厚を変えることで反共振ピークの調整を容易に行うことができる。
本発明に係る第１のフィルタは、出力電極と、この出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、出力電極及び入力電極がビームと直流的に分離されてなるＭＥＭＳ型振動子を用いて成る。
本発明に係る第１のフィルタでは、使用するＭＥＭＳ型振動子が出力電極に対向して入力側の振動可能なビームを配置した構成であるので、１次振動モードで使用できる。１次振動モードよりも高次の振動モードの振動は振幅が小さいので、ビームが出力電極に接触することがない。出力電極及び入力電極がビームと直流的に分離されているので、入出力電極間の寄生容量は、入力電極とビーム間の容量Ｃ０１と、ビームと出力電極間の容量Ｃ０２の和となり、小さくなる。入力電極とビーム間に介在する絶縁膜（誘電体膜）の膜厚又は／及び面積を変えることにより、振動子の反共振ピークを変えることが可能になる。この場合も、膜厚をプロセス上で変えることにより、反共振ピークの調整を容易に行うことができる。
本発明に係る第２のフィルタは、出力電極と、この出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、入力電極が誘電体膜を介してビームに接続され、ビームに所要の直流電圧が印加されてなるＭＥＭＳ型振動子を用いて成る。
この第２のフィルタにおいては、ビームとビームから延長する延長部とを一体に平板状に形成し、延長部においてビームを支持するように構成することができる。
本発明に係る第２のフィルタでは、使用するＭＥＭＳ型振動子が出力電極に対向して入力側の振動可能なビームを配置した構成であるので、１次振動モードで使用できる。１次振動モードよりも高次の振動モードの振動は振幅が小さいので、ビームが出力電極に接触することがない。入力電極が誘電体膜を介してビームに接続されているので、入力電極及び出力電極がビームと直流的に分離され、入出力電極間の寄生容量が誘電体膜を介した入力電極とビーム間の容量Ｃ０１と、ビームと出力電極間の容量Ｃ０２との和になり、小さくなる。誘電体膜の膜厚又は面積を変えることにより、振動子の反共振ピークを変えることが可能になる。この場合も、膜厚をプロセス上で変えることにより、反共振ピークの調整を容易に行うことができる。
本発明に係るＭＥＭＳ型振動子の製造方法は、基板上に形成した出力電極上に犠牲層を介して入力側の振動し得るビームを形成すると共に、ビームの一方の固定端上に誘電体膜を形成する工程と、犠牲層を選択的に除去する工程と、誘電体膜上にＡｌ系の入力電極を形成する工程を有する。
本発明に係るＭＥＭＳ型振動子の製造方法では、犠牲層を除去した後に、Ａｌ系の入力電極を形成するので、他の半導体素子を有する集積回路に一体に組み込む場合に、最終工程のＡｌ電極の形成と同時に振動子の入力電極を形成できる。ビームの一方の固定端上に誘電体膜を介して入力電極を形成するので、出力信号のＳ／Ｎ比が大きく且つ１次振動モードで使用できるＭＥＭＳ型振動子の形成ができる。
本発明に係る第１の通信装置は、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、出力電極と、この出力電極に対応して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、出力電極及び入力電極がビームと直流的に分離されてなるＭＥＭＳ型振動子で構成されたフィルタを用いて成る。
本発明に係る第１の通信装置では、フィルタとして上記ＭＥＭＳ型振動子で構成したフィルタを用いるので、１次振動モードで使用でき、１次振動モードよりも高次の振動モードにおける振動は振幅が小さくビームが出力電極に接触することがない。フィルタにおける入力電極及び出力電極がビームと直流的に分離されているので、入出力電極間の寄生容量は入力電極とビーム間の容量Ｃ０１と、ビームと出力電極間の容量Ｃ０２の和となり、小さくなる。
本発明に係る第２の通信装置は、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、出力電極と、この出力電極に対応して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、入力電極が誘電体膜を介してビームに接続され、ビームに所要の直流電圧が印加されてなるＭＥＭＳ型振動子で構成されたフィルタを用いて成る。
この第２の通信装置においては、フィルタとして、ビームとビームから延長する延長部とを一体に平板状に形成し、延長部においてビームを支持するように構成することができる。
本発明に係る第２の通信装置では、フィルタとして上記ＭＥＭＳ型振動子で構成したフィルタを用いるので、１次振動モードで使用でき、１次振動モードよりも高次の振動モードにおける振動は振幅が小さくビームが出力電極に接触することがない。フィルタにおいて、入力電極が誘電体膜を介してビームに接続されるので、入力電極及び出力電極がビームと直流的に分離され、入出力電極間の寄生容量は入力電極とビーム間の容量Ｃ０１と、ビームと出力電極間の容量Ｃ０２の和となり、小さくなる。フィルタにおいて誘電体膜の膜厚又は／及び面積を変えることで、振動子の反共振ピークを変えることが可能になる。
上述したように、本発明に係る第１のＭＥＭＳ型振動子によれば、１次振動モードで使用することができる。高次の振動モードではビームの振幅が１次振動モードより小さくなるので、振動子の特性測定においてビームが出力電極に接触することがない。このため周辺機器を破損することがない。入力電極及び出力電極がビームと直流的に分離され、入出力電極間の寄生容量が小さくなるので、寄生容量のインピーダンスＺ０と共振系のインピーダンスＺｘとの比Ｚ０／Ｚｘが大きくなり、出力信号のＳ／Ｎ比を向上することができる。入力電極とビーム間に介在する絶縁膜（誘電体膜）の膜厚又は／及び面積によって振動子の反共振ピークを変えることが可能になるので、フィルタに使用したときに、フィルタの設計が容易にできる。特に、膜厚を変えるときには、プロセス上で変更できるので、反共振ピークの調整が容易になる。
本発明に係る第２のＭＥＭＳ型振動子によれば、１次振動モードで使用することができる。高次の振動モードではビームの振幅が１次振動モードより小さくなるので、振動子の特性測定においてビームが出力電極に接触することがない。このため周辺機器を破損することがない。入力電極が誘電体を介してビームに接続され、入出力電極間の寄生容量が小さくなるので、寄生容量のインピーダンスＺ０と共振系のインピーダンスＺｘとの比Ｚ０／Ｚｘが大きくなり、出力信号のＳ／Ｎ比を向上することができる。入力電極における誘電体膜の膜厚又は／及び面積によって振動子の反共振ピークを変えることが可能になるので、フィルタに使用したときに、フィルタの設計が容易にできる。膜厚を変えるときには、プロセス上で変更できるので、反共振ピークの調整が容易になる。ビームと該ビームから延長する延長部とを一体に平板状に形成し、延長部においてビームを支持した構成とするときは、ビームがブリッジ状に支持された構成に比較して、振動の高周波化を図ることができる。
本発明に係る第１のフィルタによれば、上記第１のＭＥＭＳ型振動子を使用するので、１次振動モードで使用することができる。高次の振動モードではビームの振幅が１次振動モードより小さくなるので、フィルタの特性測定においてビームが出力電極に接触することがない。このため周辺機器を破損することがない。入力電極及び出力電極がビームと直流的に分離され、入出力電極間の寄生容量が小さくなるので、寄生容量のインピーダンスＺ０と共振系のインピーダンスＺｘとの比Ｚ０／Ｚｘが大きくなり、出力信号のＳ／Ｎ比を向上することができる。入力電極とビーム間に介在する絶縁膜（誘電体膜）の膜厚又は／及び面積によって振動子の反共振ピークを変えることが可能になるので、フィルタの設計が容易にできる。膜厚を変えるときには、プロセス上で変更できるので、反共振ピークの調整が容易になる。
本発明に係る第２のフィルタによれば、上記第２のＭＥＭＳ型振動子を使用するので、１次振動モードで使用することができる。高次の振動モードではビームの振幅が１次振動モードより小さくなるので、フィルタの特性測定においてビームが出力電極に接触することがない。このため周辺機器を破損することがない。入力電極が誘電体を介してビームに接続され、入出力電極間の寄生容量が、小さくなるので、寄生容量のインピーダンスＺ０と共振系のインピーダンスＺｘとの比Ｚ０／Ｚｘが大きくなり、出力信号のＳ／Ｎ比を向上することができる。入力電極における誘電体膜の膜厚又は／及び面積によって振動子の反共振ピークを変えることが可能になるので、フィルタの設計が容易にできる。膜厚を変えるときには、プロセス上で変更できるので、反共振ピークの調整が容易になる。ビームと該ビームから延長する延長部とを一体に平板状に形成し、延長部においてビームを支持した構成とするときは、ビームがブリッジ状に支持された構成に比較して、振動の高周波化を図ることができる。
本発明に係るＭＥＭＳ型振動子の製造方法によれば、１次振動モードを使用でき、且つ出力信号のＳ／Ｎ比を向上したＭＥＭＳ型振動子を製造することができる。また、ＭＥＭＳ型振動子と他の半導体素子を一体にした集積回路の製造を可能にする。
本発明に係る第１、第２の通信装置によれば、また上記第１、第２のフィルタを備えることにより、フィルタにおいて、動作時にビームが下部電極である出力電極に接触することはなく、入力電極にスパイク電流が流れることがない。従って、スパイク電流により周辺機器を破損する虞れはなく、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】  図１は本発明に係るＭＥＭＳ型振動子の一実施の形態を示す構成図である。
図２は本発明に係るＭＥＭＳ型振動子の他の実施の形態を示す構成図である。
図３は図２のＭＥＭＳ型振動子の上面から見た構造の一例を示す平面図である。
図４は図２のＭＥＭＳ型振動子の上面から見た構造の他の例を示す平面図である。
図５Ａ〜Ｄは本発明に係るＭＥＭＳ型振動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６Ａ〜Ｄは本発明に係るＭＥＭＳ型振動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は従来例と本発明のＭＥＭＳ型振動子のＺ０／Ｚｘ比を比較したシミュレーションによるグラフである。
図８は本発明に係る通信装置の一実施の形態を示す回路図である。
図９は比較例に係るＭＥＭＳ型振動子の構成図である。
図１０は従来のＭＥＭＳ型振動子の例を示す構成図である。
図１１は図１０のＭＥＭＳ型振動子のビーム構造のシミュレーション図である。
図１２は従来のＭＥＭＳ型振動子の等価回路を示す説明図である。
引用符号の説明
２１、５１・・ＭＥＭＳ型振動子
２２・・基板
２３・・出力電極
２４・・空隙
２５・・ビーム
２６、５３・・誘電体膜
２７・・入力電極
２８〔２８Ａ，２８Ｂ〕・・導電層
２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕・・アンカー部
３０・・配線層
５２・・絶縁膜
５５〔５５Ａ，５５Ｂ〕・・延長部
５６、５７・・開口
３１・・シリコン酸化膜
３２・・シリコン窒化膜
３３・・絶縁膜
３４・・シリコン基板
Ｓ３・・高周波信号
ｔ１・・入力端子
ｔ２・・出力端子
Ｖ３・・ＤＣバイアス電圧
３６・・多結晶シリコン膜
３７・・シリコン酸化膜
３８・・開口
３９・・犠牲層
４１〔４１Ａ、４１Ｂ〕・・開口
４２・・導電材料層
２０１Ｉ、２０１Ｑ・・デジタル／アナログ変換器
２０２Ｉ、２０２Ｑ、２１１Ｉ、２１１Ｑ・・バンド・パス・フィルタ
２１０・・変調器
２１２Ｉ、２１２Ｑ・・ミキサ
２０３・・ＰＬＬ回路
２１３・・移相器
２１４・・加算器
２１５・・バッファアンプ
２０４・・電力増幅器
２０５・・送受信切換器
２０６・・高周波フィルタ
２０７・・アンテナ
２２０・・高周波部
２２１・・低ノイズアンプ
２４４Ｉ、２４４Ｑ・・バッファアンプ
２２２、２３２・・・バンド・パス・フィルタ
２２３、２２５、２３１、２３４・・バッファアンプ
２２４・・ミキサ
２５１・・チャンネル選択用ＰＬＬ回路
２３３・・ＡＧＣ回路
２４０・・復調器
２５２・・中間周波用ＰＬＬ回路
２４２Ｉ・・ミキサ
２４３・・移相器
２５３Ｉ、２５３Ｑ・・バンド・パス・フィルタ
２５４Ｉ、２５４Ｑ・・アナログ／デジタル変換器
１１・・ＭＥＭＳ型振動子
１２・・半導体基板
１３・・絶縁膜
１４・・入力電極
１５・・出力電極
１６・・空隙
７・・入力電極
１７・・ビーム
１８Ａ、１８Ｂ・・アンカー部
１・・ＭＥＭＳ型振動子
２・・半導体基板
３・・絶縁膜
４・・出力電極
５・・空隙
６・・ビーム
８Ａ、８Ｂ・・アンカー部
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係るＭＥＭＳ型振動子の一実施の形態を示す。本実施の形態に係るＭＥＭＳ型振動子２１は、基板２２の一主面上、即ち少なくとも絶縁性を有する一主面上に形成した高周波信号を出力する下部電極となる出力電極２３と、この出力電極２３に対向して空隙２４を挟んで入力側のビーム（いわゆる振動電極）２５と、ビーム２５に対して誘電体膜２６を介して接続した入力電極２７とを有して成る。ビーム２５は、出力電極２３をブリッジ状に跨ぎ、出力電極２３の外側に配置した導電層２８〔２８Ａ，２８Ｂ〕に接続されるように、両端部をアンカー部（いわゆる支持部）２９〔２９Ａ，２９Ｂ〕に一体に支持される。入力電極２７は、この一方の導電層２８Ａ上に誘電体膜２６を介して配置される。
入力電極２７には入力端子ｔ１が導出され、入力端子ｔ１を通じて入力電極２７に高周波信号Ｓ３が入力されるようになす。出力電極２３には出力端子ｔ２が導出され、出力端子ｔ２から目的周波数の高周波信号が出力されるようになす。Ｒ０は負荷抵抗である。ビーム２５には、アンカー部２９Ｂ及び導電層２８Ｂ上の配線層３０を通じて所要の直流（ＤＣ）バイアス電圧Ｖ３が印加されるようになす。即ち、ビーム２５は、入力電極２７及び出力電極２３と直流（ＤＣ）的に分離されるように形成される。
基板２２は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板等が用いられる。本例では、シリコン基板３４上にシリコン酸化膜３１及びシリコン窒化膜３２を積層した絶縁膜３３を形成した基板２２が用いられる。出力電極２３、アンカー部２９を含むビーム２５及び導電層２８は、導電材料で形成し、例えば多結晶シリコン膜、アルミニウム（Ａｌ）などの金属膜にて形成することが可能である。入力電極２７及び配線層３０は、導電材料で形成され、例えば多結晶シリコン膜、アルミニウム（Ａｌ）などの金属膜にて形成することが可能である。なお、本ＭＥＭＳ型振動子２１を例えばＣＭＯＳ−ＩＣに一緒に作り込むデバイスに搭載するような場合には、ＩＣの最終工程でアルミニウム（Ａｌ）を使うので、後述する製造時の犠牲層との関係で、入力電極２７及び配線層３０をアルミニウム（Ａｌ）膜で形成し、他の出力電極２３、アンカー部２９を含むビーム２５及び導電層２８は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成することが好ましい。誘電体膜２６としては、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いることができる。
本実施の形態に係るＭＥＭＳ型振動子２１の動作は次の通りである。
ビーム２５には所要のＤＣバイアス電圧Ｖ３が印加される。高周波信号Ｓ３が、入力端子ｔ１を通して入力電極２７に入力されると共に、さらに誘電体膜２６による容量Ｃ０１を通じてビーム２５入力される。前述と同様に、出力電極２３とビーム２５間に生じる静電力でビーム２５が振動し、この振動による出力電極２３とビーム２５との間の容量の時間変化とＤＣ電圧に応じた信号が出力電極２３から出力端子ｔ２を通じて出力される。高周波フィルタではビーム２５の固有振動数（共振周波数）に対応した信号が出力される。
本実施の形態に係るＭＥＭＳ型振動子２１によれば、振動モードとしては１次モードを使うことができる。この振動子２１では、ビーム２５が振幅の大きい１次振動モードで出力電極２３に接触しない構成とすることから、１次振動モードより振幅の小さい高次の振動モードでビーム１５が出力電極２３に接触することがない。従って、振動子２１の特性測定に際して、入力電極２７にスパイク電流が流れることはなく、周辺機器を破損する虞れが回避される。
入力電極２７が誘電体膜２６を介してビーム２５に接続されており、誘電体膜２６における容量Ｃ０１とビーム１５と出力電極２３間の容量Ｃ０２とを加算した容量Ｃ１＝（Ｃ０１×Ｃ０２）／（Ｃ０１＋Ｃ０２）は、前述の図１０の従来の振動子１の入出力電極間の容量Ｃ０より小さくなる（Ｃ１＜Ｃ０）。このため、寄生容量のインピーダンスＺ０と共振系のインピーダンスＺｘとの比（１／Ｃ１）／Ｚｘが大きくなり、図９の振動子１１と同等の出力信号のＳ／Ｎ比を得ることができる。図７の□印のプロットｂで示すように、本実施の形態の振動子２１では、従来のＺ０／Ｚｘ＝１．０の周波数において、Ｚ０／Ｚｘ＝６０〜１００に向上することが認められる。
この振動子２１では、誘電体膜２６の膜厚又は／及び面積を変えることにより、容量Ｃ０１を変えることができる。これによって、ビーム２５の反共振ピーク位置を変えることが可能になり、振動子２１を用いたフィルタ設計が容易になる。即ち、フィルタの帯域幅をコントロールすることができる。容量Ｃ０１を大きく取れば、帯域幅も大きく取れる。
図５及び図６は、上述の本実施の形態に係るＭＥＭＳ型振動子２１の製造方法の実施の形態を示す。
先ず、図５Ａに示すように基板２２を用意する。本例では、シリコン基板３４の一主面上に絶縁膜３３であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）３１及びシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）３２を減圧ＣＶＤ法により堆積した基板２２を用意する。
次に、図５Ｂに示すように、導電材料層、本例では所要の厚さのリン（Ｐ）を含有した多結晶シリコン膜３６を形成する。この多結晶シリコン膜３６をリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いてパターニングし、下部電極である出力電極２３と、出力電極２３の両側に所要間隔だけ離れた導電層２８〔２８Ａ、２８Ｂ〕とを形成する。
次に、図５Ｃに示すように、基板２２の全面に絶縁膜、本例ではシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）３７を減圧ＣＶＤ法により形成した後、平坦化技術を用いて、シリコン酸化膜３７の表面を出力電極２３及び導電層２８と面一となるように平坦化する。これにより、シリコン酸化膜３７は出力電極２３と導電層２８〔２８Ａ，２８Ｂ〕との間を埋め込むように形成される。
次に、図５Ｄに示すように、入力電極側の導電層２８Ａに接するシリコン酸化膜３７の一部を導電層２８Ａの端面が露出するように選択的に除去し、下地のシリコン窒化膜３２が露出する開口３８を形成する。次いで、開口３８を含む全面に誘電体膜２６、本例ではシリコン窒化膜を減圧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誘電体膜２６を所要のパターンにパターニングし、導電層２８Ａの開口３８に臨む側面と上面の一部を被覆した誘電体膜２６を形成する。
次に、図６Ａに示すように、出力電極２３上を含む全面に犠牲層３９を形成する。本例では犠牲層３９として酸化膜系の犠牲層が好ましく、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を減圧ＣＶＤ法により形成する。犠牲層３９の形成後、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３９をパターニングし、導電層２８Ａ及び２８Ｂの一部が露出するように開口４１〔４１Ａ．４１Ｂ〕を形成する。
次に、図６Ｂに示すように、開口４１Ａ，４１Ｂ内を含む全面にビームとアンカー部を形成するための導電材料層、本例では不純物を含有した多結晶シリコン膜を減圧ＣＶＤ法により形成する。その後、多結晶シリコン膜をリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いてパターニングし、多結晶シリコン膜による振動電極となるビーム２５とその両端に一体のアンカー部２９Ａ．２９Ｂを形成する。このとき、夫々のアンカー部２９Ａ及び２９Ｂは、犠牲層３９の開口４１Ａ，４１Ｂを介して多結晶シリコン膜による導電層２８Ａ及び２８Ｂに接続される。
次に、図６Ｃに示すように、犠牲層３９を除去する。本例では犠牲層であるシリコン酸化膜３９を例えばＤＨＦ溶液（希フッ化水素酸：ＨＦ＋Ｈ２Ｏ）などのシリコン酸化膜を選択的に除去できる溶液により、犠牲層のシリコン酸化膜３９を除去する。この犠牲層３９の除去により、出力電極２３とビーム２５との間に空隙２４を形成する。犠牲層であるシリコン酸化膜３９の除去により、下地のシリコン窒化膜である誘電体膜２６及び基板２２表面のシリコン窒化膜３２が露出する。
次に、図６Ｄに示すように、誘電体膜２６上を含む全面に入力電極及び配線層となる導電材料層４２を形成する。導電材料層４２として本例ではアルミニウム（Ａｌ）系の金属膜、例えばＡｌ−Ｃｕ，あるいはＡｌ−Ｓｉのスパッタ膜を形成する。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導電材料層４２をパターニングし、誘電体膜２６上にＡｌ系膜による入力電極２７を形成し、同時にビーム２５に導通した他方の導電層２８Ｂに接続する配線層３０を形成する。このようにして、目的のＭＥＭＳ型振動子２１を得る。
本実施の形態に係る製造方法によれば、目的のＭＥＭＳ型振動子２１を精度良く製造することができる。特に、入力電極２７にＡｌ系の金属膜を用い、犠牲層３９に酸化膜系を用い、犠牲層３９を除去した後入力電極２７を形成することにより、例えば共通基板２２上にＣＭＯＳ−ＩＣを形成する場合に良好に製造することができる。即ち、シリコン酸化膜、Ａｌ膜はＣＭＯＳ−ＩＣで使われる材料であり、且つ、通常ＣＭＯＳ−ＩＣではＡｌ電極などの形成が最終工程となる。従って、Ａｌの入力電極２７を欠損することなくＣＭＯＳのＡｌ電極などと同時に形成き、また振動子２１の各層をＣＭＯＳの工程で同時に形成することが可能になり、製造を容易にする。
図２は、本発明に係るＭＥＭＳ型振動子の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るＭＥＭＳ型振動子５１では、前述と同様にシリコン基板３４の一主面に絶縁膜３３を形成した基板２２が用いられ、この基板２２上に出力電極２３と、出力電極２３に対して空隙を挟んで配置されたビーム２５と、ビーム２５に対して誘電体膜を介して接続された入力電極２７とが形成されて成る。
即ち、基板２２上に例えば多結晶シリコン膜による出力電極２３が形成される。基板２２上には出力電極２３と面一となるように平坦化された絶縁膜、例えばシリコン酸化膜５２が形成される。この面上にシリコン酸化膜５２上と一部出力電極２３上に延びるように所要の膜厚の絶縁膜、例えばシリコン窒化膜５３が形成さる。このシリコン窒化膜５３の膜厚に規制された空隙２４を挟んで出力電極２３と対向し両端が平坦化されたシリコン窒化膜５３上に接触して延長するビーム２５が形成される。ビーム２５の両側に延長する延長部５５〔５５Ａ，５５Ｂ〕がアンカー部を兼ねる導電層となる。このビーム２５と延長部５５は一体の平板状に形成され、空隙２４を規制するための絶縁膜５３上に形成される。一方の延長部５５Ａの端部上に誘電体膜５３を介して入力電極２７が形成され、他方の延長部５５Ｂの端部上に配線層３０が形成される。
図３は、本実施の形態のＭＥＭＳ型振動子５１を上面から見た構成の一例である。この構成では、実質的なビーム２５が破線で囲まれた領域であり、空隙２４が周囲をシリコン窒化膜５３で囲われている。そして、ビーム２５には製造時に犠牲層を除去するための開口５６が形成さる。
図４は、本実施の形態のＭＥＭＳ型振動子５１を上面から見た構成の他の例である。この構成では、ビーム２５下の空隙２４が実質的なビーム２５の領域より広く形成される。犠牲層の除去は、空隙２４の側開口５７から行われる。
本実施の形態に係るＭＥＭＳ型振動子５１によれば、前述の振動子２１と同様に１次振動モードで使用することができ、高次の振動モードでは当然ビーム１５が出力電極２３に接触しない。従って、振動子２１の特性測定に際して、入力電極２７にスパイク電流が流れることはなく、周辺機器を破損する虞れが回避される。また、入力電極２７が誘電体膜５３による容量Ｃ０１を介してビーム２５に接続されているので、誘電膜５３における容量Ｃ０１とビーム２５と出力電極２３間の容量Ｃ０２とを加算した容量Ｃ１＝（Ｃ０１×Ｃ０２）／（Ｃ０１＋Ｃ０２）は、前述の図１０の従来の振動子１の入出力電極間の容量Ｃ０より小さくなる（Ｃ１＜Ｃ０）。このため、寄生容量のインピーダンスＺ０と共振系のインピーダンスＺｘとの比（１／Ｃ１）／Ｚｘが大きくなり、図９の振動子１１と同等の出力信号のＳ／Ｎ比が得られる。
誘電体膜５３の膜厚又は／及び面積を変えることにより、容量Ｃ０１を変えることができる。これによって前述と同様に、ビーム２５の反共振ピーク位置を変えることが可能になり、振動子５１を用いたフィルタ設計が容易になる。
さらに、ビーム２５は、図１のようなブリッジ状の側部（アンカー部に相当）がなく、平板状態で支持されている。このため、側部の振動が発生しないことから、図１の振動子２１に比べて高周波化がし易くなる。
本発明は、上述したように各実施の形態のＭＥＭＳ型振動子を用いてフィルタを構成することができる。このＭＥＭＳ型振動子によるフィルタは、高周波（ＲＦ）フィルタ、中間周波（ＩＦ）フィルタ等として用いることができる。
本発明は、上述した実施の形態の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。
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８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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本実施の形態の通信装置によれば、フィルタとして上述した本発明の実施の形態のＭＥＭＳ型振動子からなるフィルタを用いることにより、動作時にフィルタにおいてビームが下部電極の出力電極に接触することはなく、フィルタを通じてスパイク電流が流れ周辺機器を破損するというような不具合は発生しない。従って信頼性の高い通信装置を提供することができる。
図８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８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１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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2005004326.tif 000009
【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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【国際調査報告】
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