JP4466563B2 - Ｍｅｍｓ型共振器及びその製造方法、並びに通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳ型共振器とその製造方法、並びに通信装置に関する。

近年、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ 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、電極間のクローン力などを応用して電気的に行われる。

半導体プロセスによるマイクロマニシ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中間周波数（ＩＦ）フィルタ、高周波（ＲＦ）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１５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素子、即ちＭＥＭＳ型の振動素子の概略を示す。この振動素子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４と出力電極５が形成され、この出力電極５に対向して空隙６を挟んで例えば多結晶シリコンによる振動可能なビーム、所謂ビーム型の振動電極７が形成されて成る。振動電極７は、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５をブリッジ状に跨いで入力側配線層４に接続される。振動電極７は入力電極となる。入力側配線層４の端部には、例えば金（Ａｕ）膜９が形成される。この振動素子１では、入力側配線層４の金（Ａｕ）膜９より入力端子ｔ１、出力電極５より出力端子ｔ２が導出される。

この振動素子１は、振動電極７と接地間にＤＣバイアス電圧Ｖ１が印加された状態で、入力端子ｔ１を通じて振動電極７に高周波信号Ｓ１が供給される。即ち、入力端子ｔ１からＤＣバイアス電圧Ｖ１と高周波信号Ｓ１が重畳された入力信号が供給される。目的周波数の高周波信号Ｓ１が入力されると、長さＬで決まる固有振動数を有する振動電極７が、出力電極５と振動電極７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５と振動電極７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５（したがって、出力端子ｔ２）から出力される。高周波フィルタでは振動電極７の固有振動数（共振周波数）に対応した信号が出力される。

これまでに提案され、検証された微小振動子の共振周波数は、最高でも２００ＭＨｚを超えず、従来の表面弾性波（ＳＡＷ）あるいは薄膜弾性波（ＦＢＡＲ）によるＧＨｚ領域のフィルタに対して、微小振動子の特性である高いＱ値をＧＨｚ帯周波数領域で提供することができていない。

現在のところ、一般的に高い周波数領域では出力信号としての共振ピークが小さくなる傾向があり、良好なフィルタ特性を得るためには、共振ピークのＳＮ比を向上する必要がある。ミシガン大学の文献に係るディスク型の振動子によれば、出力信号のノイズ成分は、入力電極となる振動電極７と出力電極５間に構成される寄生容量Ｃ０を直接透過する信号によっている。一方においてディスク型の振動子で、十分な出力信号を得るには、３０Ｖを超えるＤＣバイアス電圧が必要であるために、実用的な振動電極構造としては両持ち梁を用いたビーム型の構造であることが望ましい。

しかし、上述の図１５の振動素子１の場合、振動電極７と出力電極５間の空隙６が小さく、両電極７及び５の対向面積も所要の大きさを持っているので、入力電極となる振動電極７と出力電極５間の寄生容量Ｃ０が大きくなる。このため、寄生容量Ｃ０のインピーダンスＺ０と、共振系（抵抗Ｒｘ，インダクタンスＬｘ，容量Ｃｘ）のインピーダンスＺｘとの比Ｚ０／Ｚｘが小さくなり、出力信号のＳＮ比が小さくなる。振動電極７と出力電極５間の空隙６を小さくして出力信号を大きく取ろうとすれば、寄生容量Ｃ０も大きくなるという、ジレンマを抱える。

Ｃ．Ｔ．−Ｎｇｕｙｅｎ，"Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆｏｒ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ｉｎｖｉｔｅｄ ｐｌｅｎａｒｙ）"，ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇＳ１９９９ ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ＲＦ ＭＥＭＳ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ， Ｊｕｎｅ，１８，１９９９，ｐｐ．４８−７７．

一方、本出願人は、先に特願２００３ー１１６４８号において、ノイズ成分の低減を図ったＭＥＭＳ型共振器を提案した。図１４は、このＭＥＭＳ型共振器の概略を示す。基本的にはＤＣバイアスを印加したビームとなる振動電極を、入出力電極間に配置してノイズ成分の低減を図っている。本ＭＥＭＳ型共振器１１は、図１４に示すように、例えば表面に絶縁膜を有するシリコン半導体基板１２上に所要の間隔を置いて高周波信号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を形成し、これら入出力電極１４、１５上に空隙１６を挟んで対向するビーム、即ち振動電極１７を配置して成る。振動電極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に接続されるように、両端を支持部（いわゆるアンカー部）１９〔１９Ａ，１９Ｂ〕で一体に支持される。

このＭＥＭＳ型共振器１１では、振動電極１７に所要のＤＣバイアス電圧Ｖ１が印加され、入力電極１４に高周波信号Ｓ１が入力される。目的周波数の高周波信号が入力されると、振動電極１７と入力電極１４間に生じる静電力で例えば図１４に示すように、２次の振動モードで振動電極１７が共振する。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間の間隔を大きくす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を小さくすることができる。また、大きな出力信号を得るために振動電極１７と入出力電極１４、１５との空隙１６の間隔を小さくすることができる。このため、図１５に比べて出力信号のノイズ成分を低減し、ＳＮ比の向上を図ることが可能になる。

ところで、図１４のＭＥＭＳ型共振器１１においては、より大きな出力信号を得るために振動電極１７と入出力電極１４、１５間の空隙１６を小さくして行った場合、製造工程におけるウェットプロセス、特に犠牲層の除去工程で、振動電極１７が基板１２に吸着される虞れがある。また、多次の振動モードに適用するとき、所望次数の振動モードの選択が難しい。即ち、多次の振動モードが混在する虞れがある。

本発明は、上述の点に鑑み、ＭＥＭＳ製造工程時のウェットプロセスによるビームの基板への吸着を抑え、また、動作時に所要の振動モード以外の不要な振動モードが混在しないＭＥＭＳ型共振器とその製造方法を提供するものである。
また、本発明は、このようなＭＥＭＳ型共振器による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ＭＥＭＳ型共振器は、入力電極と出力電極からなる下部電極が形成された基板と、下部電極を跨ぎ、基板に両端が支持されたビームと、入力電極と出力電極との間に在って、かつ基板とビームの間に配置された少なくとも１つの支柱とを有し、支柱が、ビームの所望の振動モードの節に対応した位置に形成された構成する。

支柱は、その上下両端を基板及びビームと一体化して形成することができる。あるいは支柱は、その一端を基板又はビームと一体化し、その他端をビーム又は基板に接触しないように形成することができる。

本発明のＭＥＭＳ型共振器では、基板と振動するビームとの間に少なくとも１つの支柱を有するので、製造の際のウェットプロセス、特に犠牲層の除去工程でビームが基板に吸着するのを抑えることができる。即ち、実効的にビームの長さが短くなり、表面張力が減少し、ビームが基板に吸着しようとする力を弱めることができる。支柱を有するので、ビームと基板間の空隙の間隔をより小さく設定することが可能になる。

支柱を有するので、所望の振動モード以外の不要な振動モードが抑制される。即ち、支柱が所望の振動モードの節に対応する位置に設けられることにより、不要な次数の振動モードが抑制され、所望の次数の振動モードを選択できる。

本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の第１の製造方法は、基板上に入力電極と出力電極からなる下部電極を形成する工程と、下部電極を含む前記基板上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層の、支柱を形成すべき部分となる入力電極と出力電極の間に在って、かつビームの所望の振動モードの節に対応した位置に基板に達する開孔を形成し、ビーム両端の支持部を形成すべき部分に開孔を形成する工程と、犠牲層上にビームを形成すると共に、開孔内にビームと基板に一体化した支柱及びビームを支持する支持部とを形成する工程と、犠牲増を除去する工程とを有する。

本発明のＭＥＭＳ型共振器の第１の製造方法では、基板上に下部電極を形成し、下部電極を含む基板上に犠牲層を形成した後、犠牲層の支柱を形成すべき部分に基板に達する開孔を選択的に形成するので、その後のビーム形成と同時に開孔内にビーム及び基板に一体の支柱を形成することができる。支柱を基板及びビームと一体化して形成できるので、犠牲層を除去したときにビームが基板側に引きつけられるのを阻止することができる。

本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の第２の製造方法は、基板上に入力電極と出力電極からなる下部電極と、該入力電極と出力電極間に在って、かつビームの所望の振動モードの節に対応した位置の支柱とを形成する工程と、下部電極と支柱を含む基板上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に両端が基板に支持されたビームを形成する工程と、犠牲層を除去する工程とを有する。

本発明のＭＥＭＳ型共振器の第２の製造方法では、基板上に下部電極と支柱を形成するので、同じ材料層をパターニングして下部電極と支柱を同時に形成することができる。その後の犠牲層に開孔を形成する等の工程が不要になり、工程の簡略化が図れる。ビームを形成し、犠牲層を除去したときに、支柱は基板と一体化するも上端がビームに接触しない状態で形成される。

本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の第３の製造方法は、基板上に入力電極と出力電極からなる下部電極を形成する工程と、下部電極を含む基板上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層の、支柱を形成すべき部分となる入力電極と出力電極の間に在って、かつビームの所望の振動モードの節に対応した位置に基板に達しない深さの開孔を形成し、ビーム両端の支持部を形成すべき部分に開孔を形成する工程と、犠牲層上にビームを形成すると共に、開孔内にビームと一体化した支柱と支持部を形成する工程と、犠牲層を除去する工程とを有する。

本発明のＭＥＭＳ型共振器の第３の製造方法では、犠牲層の支柱を形成すべき部分に基板に達しない深さの開孔を形成することにより、支柱がビームと一体化するも下端が基板に接触しない状態で形成される。開孔深さをコントロールすることにより、ビームと下部電極間の空隙よりも、支柱と基板間の空隙を小さくすること可能になり、犠牲層の除去時にビームが基板側に引きつけられるのを阻止できる。

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ＭＥＭＳ共振器によるフィルタを用いて構成する。

本発明の通信装置では、本発明に係るＭＥＭＳ共振器によるフィルタを備えるので、このフィルタによって所望の周波数信号の選択が精度良くなされる。

上述したように、本発明に係るＭＥＭＳ型共振器によれば、ビームと基板間に支柱を設置することにより、製造過程でのウェットプロセスにおけるビームの基板への吸着を抑制することができ、ＭＥＭＳ型共振器の歩留りを向上することができる。支柱を設置することにより、不要な次数の振動モードを抑制し、所望次数の振動モードの選択が可能になる。

即ち、支柱を所望の次数の振動モードの節に対応した位置に設置することにより、所望の振動モード以外の不要な振動モードを抑制することができる。従って、所望の周波数のみの信号が透過するようになり、共振器としての性能が向上する。
支柱を設置することにより、ビームが長くなったときにも、ビームの強度を維持することができる。また、ビームと下部電極との間の空隙間隔をより小さくすることが可能になり、大きな信号量を得ることができる。

支柱の上下両端がビーム及び基板と一体化しているときは、より確実に不要な次数の振動モードを抑制し、所望次数の振動モードのみを選択できる。
支柱の上下両端のいずれか一方がビーム又は基板と一体化されてなくとも、不要な次数の振動モードを抑制し、所望次数の振動モードのみを選択することができる。

基板の下部電極が高周波信号の入力電極と高周波信号の出力電極とから成るときは、支柱を有する効果に加えて、入出力間に構成される寄生容量を低減し、ノイズ成分を低減することができる。従って、ＳＮ比の高い共振器を提供できる。

本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の製造方法によれば、支柱を形成する工程を有することにより、ウェットプロセスにおけるビームの基板への吸着現象を抑制し、また所望次数の振動モードで駆動するＭＥＭＳ型共振器を、歩留り良く製造することができる。

本発明に係る通信装置によれば、上述のＭＥＭＳ型共振器によるフィルタを備えることにより、信頼性の高い通信装置を提供することができる。

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型共振器の一実施の形態を示す。本実施の形態に係るＭＥＭＳ型共振器２７は、基板１２の同一平面上に互いに所要の間隔を置いて配置された下部電極、即ち本例では高周波信号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に対向して空隙１６を挟んで配置されたビーム、すなわち振動電極１７と、基板１２と振動電極１７間に設けた支柱２４とを有して成る。振動電極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１８に接続されるように、両端を支持部（いわゆるアンカー部）１９〔１９Ａ，１９Ｂ〕で一体に支持される。

支柱２４は、振動電極１７の所望の次数の振動モードに応じて１つ又は複数、本例では２次の振動モードに応じてその振動の節に対応した位置、即ち入力電極１４と出力電極１５との間の位置に１つ設けられる。支柱２４はその上下両端が振動電極１７及び基板１２と一体化している。

基板１２は、少なくとも絶縁性の表面を有した基板が用いられる。基板１２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２１上にシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を積層した基板１２が用いられる。入力電極１４、出力電極１５及び配線層１８は、同じ導電材料で形成し、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できる。振動電極１７は、例えば多結晶シリコン膜、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜にて形成することができる。

入力電極１４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１４に高周波信号Ｓ１が入力されるようになす。出力電極１５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。振動電極１７には所要のＤＣバイアス電圧Ｖ１が印加されるようになす。

このＭＥＭＳ型共振器２７の動作は次の通りである。
振動電極１７には所要のＤＣバイアス電圧Ｖ１が印加される。入力端子ｔ１を通じて高周波信号Ｓ１が入力電極１４に入力される。目的周波数の高周波信号が入力されると、振動電極１７と入力電極１４間に生じる静電力で図３に示すように、２次の振動モードで振動電極１７が共振する。この振動電極１７の共振で出力電極１５から出力端子ｔ２を通じて目的周波数の高周波信号が出力される。

そして、本実施の形態に係るＭＥＭＳ型共振器２７によれば、図２に示すように、２次の振動モード２５の節に対応した位置に基板１２及び振動電極１７と一体化した支柱２４を設けることにより、他の振動モード、例えば１次、３次等の振動モードが抑制され、２次の振動モード２５のみを選択することができる。図３に示すように、１次、２次、３次の多次の振動モードのうち（図３Ａ参照）、２次の振動モードのみを選択することができる（図３Ｂ参照）。この理由は、振動電極１７の中央に支柱２４があると、振動電極１７が１次及び３次の振動モードでは振動できないため、１次と３次の信号は透過しなくなるためである。
このように、所望の周波数のみの信号が透過することができ、共振器としての性能が向上する。

また、支柱２４を設置することにより、後述する製造工程中のウェットプロセスにおける振動電極１７の基板１２側への吸着を阻止することができる。これは、支柱２４により実効的に振動電極１７の長さが短くなることにより、表面張力が減少し、振動電極１７が基板１２側に吸着しようとする力が弱まるためである。振動電極１７が吸着した共振器は動作しないため使用できない。しかし、本実施の形態のＭＥＭＳ型共振器２７は振動電極１７の基板１２側への吸着が減少し、この種の共振器の歩留りを向上することができる。

振動電極１７の膜厚をより薄く、あるいは振動電極１７と入出力電極１４、１５との間の空隙の間隔ｄ２をより狭くすることが可能になる。間隔ｄ２を小さくするほど信号量を大きくすることができる。従って、共振器としての性能を向上することができる。

また、支柱２４を設置することにより、振動電極１７が長くなったときにも、振動電極１７の強度を維持することができる。

図４は、本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るＭＥＭＳ型共振器２８は、３次の振動モードが選択できるように構成した場合である。
本実施の形態のＭＥＭＳ型共振器２８においても、基板１２上に入力電極１４及び出力電極１５が形成され、入出力電極１４、１５に対向して振動電極１７が配置されて成る。そして、本実施の形態においては、特に、２つの支柱２４〔２４Ａ，２４Ｂ〕を３次の振動モード２６の２つの節に対応した位置に夫々設置して構成される。その他の構成は、図１と同様であるので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。

本実施の形態に係るＭＥＭＳ型共振器２８によれば、２つの支柱２４Ａ，２４Ｂを設置することにより、３次の振動モードを選択し、他の振動モードを抑制することがでる。また、振動電極１７の強度を維持し、ウェットプロセスでの振動電極１７の基板１２側への吸着を阻止することができる等、図１の実施の形態と同様の効果を奏する。

ＭＥＭＳ型共振器では、振動電極１７となるビーム厚が０．５μｍ以下、ビーム長１０μｍ程度、ビーム１７と下部電極１４、１５との間の間隔ｄ２を１００ｎｍ以下とするときには、ビーム１７が基板１２側に確実に吸着する。これに対し、本実施の形態では吸着を阻止することができ、同時に例えばＲＦ共振器において多次の振動モードを用いるときに、高次の振動モードの選択が可能になる。

図７〜図８は、上述の図１に示すＭＥＭＳ型共振器２７の製造方法の例を示す。
先ず、図７Ａに示すように、基板１２上に電極となるべき導電膜４１を形成する。本例ではシリコン基板２１上に絶縁膜であるシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を積層した基板１２を用いる。導電膜４１としては、後の犠牲層とエッチング比がとれる材料で形成する必要があり、本例では、多結晶シリコン膜で形成する。

次に、図７Ｂに示すように、導電膜４１をパターニングして入力電極１４、出力電極１５及び外側の配線層１８を形成する。

次に、図７Ｃに示すように、入力電極１４、出力電極１５及び配線層１８を含む全面に犠牲層４２を形成する。犠牲層４２は、下地の絶縁膜（本例では、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜）２３及び多結晶シリコンによる各電極１４、１５及び配線層１８とエッチング比がとれる材料、本例ではシリコン酸化（ＳｉＯ_２）膜で形成する。

次に、図７Ｄに示すように、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）法などにより犠牲層４２を平坦化する。

次に、 図８Ａに示すように、犠牲層４２を選択エッチングして、両外側の配線層１８上にコンタクト孔４３を形成すると共に、入出力電極１４，１５間の位置即ち、本例では２次の振動モードの節に対応する位置に基板１２に達する深さの開口４５を形成する。

次に、図８Ｂに示すように、コンタクト孔４３，開口４５内を含む犠牲層４２上に振動電極及び支柱となる導電膜４４、本例では、犠牲層４２とエッチング比がとれる多結晶シリコン膜を形成する。その後、この導電膜４４をパターニングして外側の両配線層１８に接続された多結晶シリコン膜からなる振動電極１７と、開口４５内に有して振動電極１７と基板１２とに一体化された支柱２４と形成する。振動電極１７と配線層１８間の部分が振動電極１７を両持ち梁構造として支持する支持部（アンカー）１９［１９Ａ，１９Ｂ］となる。

次に、図８Ｃに示すように、犠牲層４２をエッチング除去する。犠牲層４２のエッチング除去は、本例では犠牲層４２がシリコン酸化膜であるので、フッ酸溶液によりウェットエッチングで行う。かくして、ビームとなる振動電極１７と基板１２間に支柱２４を一体に有した目的のＭＥＭＳ共振器２７を得る。

本実施の形態の製造方法によれば、図１に示すＭＥＭＳ型共振器２７を精度よく製造することが出来る。そして、振動電極１７と基板１２との間に、支柱２４を形成することで、犠牲層４２のウェットエッチング除去後に生じる振動電極１７の基板１２側の例えば、入力電極１４、出力電極１５への貼り付き（ステッキング）を防ぐことができる。従って、振動電極１７と入出力電極１４，１５との間の空隙１６を更に小さくして信号量を大としたＭＥＭＳ型共振器２７を精度良く製造することが出来る。

図５は、本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の他の実施の形態を示す。本実施の形態は前述の図１と同様に２次の振動モードの共振器に適用した場合である。
本実施の形態に係るＭＥＭＳ型共振器３１は、前述と同様に、基板１２の同一平面上に互いに所要の間隔を置いて配置された下部電極、即ち本例では高周波信号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に対向して空隙１６を挟んで配置されたビーム、すなわち振動電極１７と、基板１２と振動電極１７との間に設けた支柱２４とを有して成る。振動電極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１８に接続されるように、両端を支持部（いわゆるアンカー部）１９〔１９Ａ，１９Ｂ〕で一体に支持される。支柱２４は、振動電極１７の所望の次数の振動モードに応じて１つ又は複数、本例では２次の振動モードに応じてその振動の節に対応した位置である入力電極１４と出力電極１５との間に１つ設けられる。

そして、本実施の形態においては、特に、支柱２４が、その一端を振動電極１７に一体化すると共に、その他端を基板１２に接触しないように基板１２から僅かに離して構成される。この場合、支柱２４の他端と基板１２との間の隙間ｄ１は、振動電極１７と入出力電極１４、１５間の空隙１６の間隔ｄ２より小さく設定する。
その他の構成は、前述の図１と同様であるので、図１と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。

本実施の形態に係るＭＥＭＳ型共振器３１によれば、振動電極１７と基板１２間に２次の振動モードの節に対応した位置において、支柱２４を形成したので、前述と同様に多次の振動モードのうち、２次の振動モードを選択することができ、所望の高周波信号のみを透過することができる。また、支柱２４を有するので、振動電極１７の強度を維持し、製造過程のウェットプロセスにおける振動電極１７の基板１２側への吸着を阻止することができる。従って、振動電極１７の膜厚をより薄く、あるいは振動電極１７と入出力電極１４、１５間の空隙１６の間隔ｄ２をより狭くすることが可能になる。従って、共振器としての性能を向上することができる。

図９〜図１０は、上述の図５に示すＭＥＭＳ型共振器３１の製造方法の例を示す。
先ず、図９Ａ〜図９Ｄの工程は、前述の図７Ａ〜図７Ｄの工程と同じである。即ち、図９Ａに示すように、基板１２上に電極となるべき導電膜４１を形成する。本例ではシリコン基板２１上に絶縁膜であるシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を積層した基板１２上に多結晶シリコン膜による導電膜４１を形成する。

次に、図９Ｂに示すように、導電膜４１をパターニングして入力電極１４、出力電極１５及び外側の配線層１８を形成する。

次に、図９Ｃに示すように、入力電極１４、出力電極１５及び配線層１８を含む全面に犠牲層４２を形成する。犠牲層４２は、下地の絶縁膜（本例では、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜）２３及び多結晶シリコンによる各電極１４、１５及び配線層１８とエッチング比がとれる材料、本例ではシリコン酸化（ＳｉＯ_２）膜で形成する。

次に、図９Ｄに示すように、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）法などにより犠牲層４２を平坦化する。

次に、図１０Ａに示すように、犠牲層４２を選択エッチングして両外側の配線層１８上にコンタクト孔４３を形成すると共に、入出力電極１４，１５間の位置、即ち、本例では２次の振動モードの節に対応する位置に基板１２に達せず僅かに犠牲層４２を残す深さの開口４７を形成する。開口４７内に残る犠牲層４２の厚さｄ１は、入出力電極１４，１５上の犠牲層の膜厚ｄ２より小に設定することが好ましい。

次に、図１０Ｂに示すように、コンタクト孔４３，開口４７内を含む犠牲層４２上に振動電極及び支柱となる導電膜４４、本例では、犠牲層４２とエッチング比がとれる多結晶シリコン膜を形成する。その後、この導電膜４４をパターニングして外側の両配線層１８に接続された多結晶シリコン膜からなる振動電極１７を形成する。振動電極１７と配線層１８間の部分が支柱２４を一体に有した振動電極１７を両持ち梁構造として支持する支持部（アンカー）１９［１９Ａ，１９Ｂ］となる。

次に、図１０Ｃに示すように、犠牲層４２をエッチング除去する。犠牲層４２のエッチング除去は、本例では犠牲層４２がシリコン酸化膜であるので、フッ酸溶液によりウェットエッチングで行う。かくして、ビームとなる振動電極１７と一体化され、基板１２との間に少許の間隔ｄ１を残して形成された支柱２４を有して成る目的のＭＥＭＳ共振器３１を得る。

本実施の形態の製造方法によれば、図５に示すＭＥＭＳ型共振器３１を精度よく製造することができる。即ち、本例においても、振動電極１７と基板１２の間に支柱２４を形成することで、犠牲層４２のウェットエッチング除去後に生じる振動電極１７の基板１２側の例えば入力電極１４、出力電極１５への貼り付き（ステッキング）を防ぐことができる。従って、振動電極１７と入出力電極１４、１５との間の空隙１６を更に小さくして信号量を大きくしたＭＥＭＳ型共振器３１を精度良く製造することができる。

図６は、本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の他の実施の形態を示す。本実施の形態は前述の図１と同様に２次の振動モードの共振器に適用した場合である。
本実施の形態に係るＭＥＭＳ型共振器３２は、前述と同様に、基板１２の同一平面上に互いに所要の間隔を置いて配置された下部電極、即ち本例では高周波信号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に対向して空隙１６を挟んで配置されたビーム、すなわち振動電極１７と、基板１２と振動電極１７間に設けた支柱２４とを有して成る。振動電極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１８に接続されるように、両端を支持部（いわゆるアンカー部）１９〔１９Ａ，１９Ｂ〕で一体に支持される。支柱２４は、振動電極１７の所望の次数の振動モードに応じて１つ又は複数、本例では２次の振動モードに応じてその振動の節に対応した位置である入力電極１４と出力電極１５との間に１つ設けられる。

そして、本実施の形態においては、特に、支柱２４が、その一端を基板１２に一体化すると共に、その他端を振動電極１７に接触しないように振動電極１７から僅かに離して構成される。この場合、支柱２４の他端と振動電極１７間の間隔ｄ３は、振動電極１７と入出力電極１４、１５間の空隙１６の間隔ｄ２より小さく設定することが好ましい。なお、間隔ｄ３は間隔ｄ２と等しく設定することも可能である。
その他の構成は、前述の図１と同様であるので、図１と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。

本実施の形態に係るＭＥＭＳ型共振器３２によれば、振動電極１７と基板１２間に２次の振動モードの節に対応した位置において、支柱２４を形成したので、前述と同様に多次の振動モードのうち、２次の振動モードを選択することができ、所望の高周波信号のみを透過することができる。また、支柱２４を有するので、振動電極１７の強度を維持し、製造過程のウェットプロセスにおける振動電極１７の基板１２側への吸着を阻止することができる。従って、振動電極１７の膜厚をより薄く、あるいは振動電極１７と入出力電極１４、１５との間の空隙１６の間隔ｄ２をより狭くすることが可能になる。従って、共振器としての性能を向上することができる。

図１１〜図１２は、上述の図６に示すＭＥＭＳ型共振器３２の製造方法の例を示す。
図１１Ａに示すように、前述の図７Ａと同様に基板１２上に電極となるべき導電膜４１を形成する。本例ではシリコン基板２１上に絶縁膜であるシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を積層した基板１２上に導電膜４１である多結晶シリコン膜で形成する。

次に、図１１Ｂに示すように、導電膜４１をパターニングして入力電極１４、出力電極１５、外側の配線層１８及び支柱２４を形成する。

次に、図１１Ｃに示すように、入力電極１４、出力電極１５、配線層１８及び支柱２４を含む全面に犠牲層４２を形成する。犠牲層４２は、下地の絶縁膜（本例では、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜）２３及び多結晶シリコンによる入出力電極１４、１５、配線層１８及び支柱２４とエッチング比がとれる材料、本例ではシリコン酸化（ＳｉＯ_２）膜で形成する。

次に、図１１Ｄに示すように、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）法などにより犠牲層４２を平坦化する。

次に、図１２Ａに示すように、両外側の配線層１８上の犠牲層４２に選択エッチングによりコンタクト孔４３を形成する。

次に、図１２Ｂに示すように、コンタクト孔４３内を含む犠牲層４２上に振動電極となる導電膜４４、本例では、犠牲層４２とエッチング比がとれる多結晶シリコン膜を形成する。その後、この導電膜４４をパターニングして外側の両配線層１８に接続された多結晶シリコン膜からなる振動電極１７を形成する。振動電極１７と配線層１８間の部分が振動電極１７を両持ち梁構造として支持する支持部（アンカー）１９［１９Ａ，１９Ｂ］となる。

次に、図１２Ｃに示すように、犠牲層４２をエッチング除去する。犠牲層４２のエッチング除去は、本例では犠牲層４２がシリコン酸化膜であるので、フッ酸溶液によりウェットエッチングで行う。かくして、基板１２と一体化され、ビームとなる振動電極１７との間に少許の間隔ｄ３を残して形成された支柱２４を有してなる、目的のＭＥＭＳ型共振器３２を得る。

本実施の形態の製造方法によれば、図６に示すＭＥＭＳ型共振器３２を精度よく製造することができる。即ち、本例においても、振動電極１７と基板１２の間に支柱２４を形成することで、犠牲層４２のウェットエッチング除去後に生じる振動電極１７の、基板１２側の例えば入力電極１４、出力電極１５への貼り付き（ステッキング）を防ぐことができる。従って、振動電極１７と入出力電極１４、１５との間の空隙１６を更に小さくして信号量を大きくしたＭＥＭＳ型共振器３２を精度良く製造することができる。

上述においては、基板１２上に振動電極１７に対向して入力電極１４及び出力電極１５を配置したＭＥＭＳ型共振器に適用したが、本発明の支柱は図１５に示すＭＥＭＳ型共振器の基板２と振動電極７間に設けることも可能である。

上述した各実施の形態のＭＥＭＳ型共振器によるフィルタは、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ＭＥＭＳ型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。

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１３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。

本発明の通信装置によれば、前述した性能の良いフィルタを備えるので、信頼性の高い通信装置を提供することができる。

図１３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１３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。

本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の一実施の形態を示す構成図である。 図１のＭＥＭＳ型共振器の動作説明図である。 Ａ、Ｂ ＭＥＭＳ型共振器の周波数−信号透過量の説明図、及び本発明のＭＥＭＳ型共振器の周波数−信号透過量の説明図である。 本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明に係るＭＥＭＳ型共振器の他の実施の形態を示す構成図である。 Ａ〜Ｄ 図１のＭＥＭＳ型共振器の製造工程図（その１）である。 Ａ〜Ｃ 図１のＭＥＭＳ型共振器の製造工程図（その２）である。 Ａ〜Ｄ 図５のＭＥＭＳ型共振器の製造工程図（その１）である。 Ａ〜Ｃ 図５のＭＥＭＳ型共振器の製造工程図（その２）である。 Ａ〜Ｄ 図６のＭＥＭＳ型共振器の製造工程図（その１）である。 Ａ〜Ｃ 図６のＭＥＭＳ型共振器の製造工程図（その２）である。 本発明の通信装置の一実施の形態を示す回路図である。 先行技術に係るＭＥＭＳ型共振器の構成図である。 従来のＭＥＭＳ型共振器の構成図である。

符号の説明

１・・振動素子
２・・半導体基板
３・・絶縁膜
４・・入力側配線層
１１、２７，２８，３１，３２・・ＭＥＭＳ型共振器
１２・・基板
１４・・入力電極
５，１５・・出力電極
６，１６・・空隙
７，１７・・振動電極
１８・・配線層
８［８Ａ，８Ｂ］，１９［１９Ａ，１９Ｂ］・・支持部
２１・・シリコン基板
２２・・シリコン酸化膜
２３・・シリコン窒化膜
２４［２４Ａ，２４Ｂ］・・支柱
２５・・２次の振動モード
２６・・３次の振動モード
４１・・導電膜
４２・・犠牲層
４３・・コンタクト孔
４４・・導電膜
４５，４７・・開口
３４・・シリコン基板
Ｓ１・・高周波信号
ｔ１・・入力端子
ｔ２・・出力端子
Ｖ１・・ＤＣバイアス電圧
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

Claims (9)

1. 入力電極と出力電極からなる下部電極が形成された基板と、
   前記下部電極を跨ぎ、前記基板に両端が支持されたビームと、
   前記入力電極と前記出力電極との間に在って、かつ前記基板と前記ビームの間に配置された少なくとも１つの支柱とを有し、
   前記支柱は、前記ビームの所望の振動モードの節に対応した位置に形成されて成る
   ことを特徴とするＭＥＭＳ型共振器。
2. 前記支柱の上下両端が、前記基板及び前記ビームと一体化されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ型共振器。
3. 前記支柱は、一端が前記基板又は前記ビームと一体化され、
   他端が前記ビーム又は前記基板と接触しないように形成されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ型共振器。
4. 基板上に入力電極と出力電極からなる下部電極を形成する工程と、
   前記下部電極を含む前記基板上に犠牲層を形成する工程と、
   前記犠牲層の、支柱を形成すべき部分となる前記入力電極と出力電極の間に在って、かつビームの所望の振動モードの節に対応した位置に前記基板に達する開孔を形成し、ビーム両端の支持部を形成すべき部分に開孔を形成する工程と、
   前記犠牲層上にビームを形成すると共に、前記開孔内に前記ビームと前記基板に一体化した支柱及び前記ビームを支持する支持部とを形成する工程と、
   前記犠牲層を除去する工程とを有する
   ことを特徴とするＭＥＭＳ型共振器の製造方法。
5. 基板上に入力電極と出力電極からなる下部電極と、該入力電極と出力電極間に在って、かつビームの所望の振動モードの節に対応した位置の支柱とを形成する工程と、
   前記下部電極と前記支柱を含む前記基板上に犠牲層を形成する工程と、
   前記犠牲層上に両端が前記基板に支持されたビームを形成する工程と、
   前記犠牲層を除去する工程とを有する
   ことを特徴とするＭＥＭＳ型共振器の製造方法。
6. 基板上に入力電極と出力電極からなる下部電極を形成する工程と、
   前記下部電極を含む前記基板上に犠牲層を形成する工程と、
   前記犠牲層の、支柱を形成すべき部分となる前記入力電極と出力電極の間に在って、かつビームの所望の振動モードの節に対応した位置に前記基板に達しない深さの開孔を形成し、ビーム両端の支持部を形成すべき部分に開孔を形成する工程と、
   前記犠牲層上にビームを形成すると共に、前記開孔内にビームと一体化した支柱と支持部を形成する工程と、
   前記犠牲層を除去する工程とを有する
   ことを特徴とするＭＥＭＳ型共振器の製造方法。
7. 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、入力電極と出力電極からなる下部電極が形成された基板と、
   前記下部電極を跨ぎ、前記基板に両端が支持されたビームと、前記入力電極と前記出力電極との間に在って、かつ前記基板と前記ビームの間に配置された少なくとも１つの支柱とを有し、前記支柱が前記ビームの所望の振動モードの節に対応した位置に形成されてなるＭＥＭＳ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。
8. 前記フィルタにおける前記支柱の上下両端が、前記基板及び前記ビームと一体化されて成る
   ことを特徴とする請求項７記載の通信装置。
9. 前記フィルタにおける前記支柱は、一端が前記基板又は前記ビームと一体化され、他端が前記ビーム又は前記基板と接触しないように形成されて成る
   ことを特徴とする請求項７記載の通信装置。

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