CN1849747A - 微机电系统型共振器、其制造方法以及通讯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MEMS型共振器及其制造方法，其中制造MEMS时在湿工艺中梁到衬底的吸附被防止，且运行时所需振动模式之外的不需要的其它振动模式不被混合。此外，提供包括具有所述MEMS型共振器的滤波器的通讯装置。所述MEMS型共振器包括其中形成有下电极的衬底和形成在该衬底上的梁，其中至少一个支承柱设置在该衬底与该梁之间。该通讯装置包括上述MEMS型共振器的滤波器作为滤波器。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS型共振器、其制造方法以及通讯装置。
背景技术
近年来，微机电(MEMS：Micro Electro Mechanical System)元件和其中包括MEMS元件的小型器件已经得到关注。MEMS元件的基本特征在于作为机械结构被包括的驱动体(driving body)被引入到元件的组成部分中，驱动体通过电极之间库仑力等的应用而被电驱动。
因为利用基于半导体工艺的微加工技术(micro-machining technology)形成的微振动元件(micro-oscillation element)具有优点，诸如器件占用面积小、能得到高Q值、以及可与另一半导体器件集成，所以包括密歇根大学的研究实验室已经提出在无线通讯器件中作为中频(IF)滤波器和高频(RF)滤波器使用。(参照非专利参考文献1)。
图15示出构成非专利参考文献1所描述的高频滤波器的振动器(oscillator)的示意图，具体地为MEMS型振动器。此振动元件1包括：输入侧布线层(wiring layer)4和输出电极5，其例如由多晶硅制成，经由绝缘膜3形成在半导体衬底2上；以及例如由多晶硅制成的能够振动的梁(beam)，其被称为梁型振动电极7，其形成为间隔开空间6地面对输出电极5。振动电极7像桥一样横跨输出电极5且连接到输入侧布线层4，使得该梁在两端通过锚部分(anchor portion)(支承部分)8[8A、8B]被支承。振动电极7成为输入电极。例如金(Au)膜9形成在输入侧布线层4的端部。在该振动器1中，输入端子t1从输入侧布线层4的金(Au)膜9引出，输出端子t2从输出电极5引出。
在振动器1中，在DC偏置电压V1施加到振动电极7与地(ground)之间的情形下，高频信号S1通过输入端子t1提供给振动电极7。具体地，其中DC偏置电压V1和高频信号S1叠加的输入信号从输入端子t1被提供。当目标频率(objective frequency)的高频信号S1被输入时，具有由长度L决定的固有振动频率的振动电极7通过输出电极5与振动电极7之间产生的电磁能(electromagnetic power)振动。根据该振动，与输出电极5和振动电极7之间的电容的时间变化对应的高频信号和DC偏置电压从输出电极5(因此从输出端子t2)输出。与振动电极7的固有振动频率(共振频率)对应的信号在高频滤波器中输出。
已经提出且检验的微振动器的共振频率(resonant frequency)最大不超过200MHz，相对于基于表面声波(SAW)或薄膜声波(FBAR)的GHz区域传统滤波器，在GHz频带区域没有提供作为微振动器(micro-oscillator)的特性的高Q值。
当前，通常有这样的倾向即作为输出信号的共振峰在高频区域变小，必须改善共振峰的S/N比以获得优良的滤波器特性。在根据密歇根大学的文献的盘型(disk-type)振动器中，输出信号的噪声成分取决于通过寄生电容C0直接传输的信号，寄生电容C0产生在成为输入电极的振动电极7与输出电极5之间。另一方面，需要超过30V的DC偏置电压以在该桌型振动器中获得足够的输出信号，利用两端被支承的梁的梁结构类型作为振动电极的实用结构是合意的。
然而，在上述图15的振动元件1的情况下，因为振动电极7与输出电极5之间的空间6小且电极7和5两者的面对面积具有要求的尺寸，所以成为输入电极的振动电极7与输出电极5之间的寄生电容C0变大。因此，寄生电容C0的阻抗Z0对共振系统的阻抗Zx(电阻Rx、电感Lx、电容Cx)的比值Z0/Zx变小，使得输出信号的S/N比值变小。两难的是当通过使振动电极7与输出电极5之间的空间6较小来试图使输出信号更大时，寄生电容C0变得更大。
[非专利参考文献1]C.T.-Nguyen，“Micromechanical components forminiaturized low-power communications(邀请报告)”，会议文集，1999IEEEMTT-S国际微波大会RF MEMS讨论组，1999年6月18日，48-77页。
另一方面，本发明的申请人先前已经在日本专利中请No.2003-11648中提出了一种旨在减小噪声成分的MEMS型共振器(resonator)。图14示出该MEMS型共振器的示意图。主要地，DC偏置电压施加到其上的作为梁的振动电极设置在输出和输出电极之间以减小噪声成分。如图14所示，此MEMS型共振器11包括：以所需间隔形成在硅半导体衬底12上的用于输入高频信号的输入电极14和用于输出高频信号的输出电极15，该硅半导体衬底12例如在表面上具有绝缘膜；以及设置为由空间16间隔开地面对这些输入和输出电极14和15的梁，具体地为振动电极17。振动电极17像桥一样跨过输入和输出电极14和15，且在两端通过支承部分(称为锚部分)19[19A、19B]被整体支承，从而连接到设置在输入和输出电极14和15外的布线层。
在该MEMS型共振器11中，所需DC偏置电压V1施加到振动电极17，高频信号S1输入到输入电极14中。当目标频率的高频信号被输入时，振动电极17例如如图14所示地通过在振动电极17与输入电极14之间产生的电磁能以二阶振动模式(second-order oscillation mode)共振。因为能使输入和输出电极14和15的面对面积小且能使输入和输出电极14和15之间的间隙大，所以能使输入和输出电极14和15之间的寄生电容C0小。此外，为了获得大的输出信号，振动电极17与输入和输出电极14和15之间的空间16的距离能被减小。因此，输出信号的噪声成分与图15相比能被减小，且S/N比能得到改善。
因此，当在图14的MEMS型共振器11中使振动电极17与输入和输出电极14和15之间的空间16更小以获得更大的输出信号时，存在这样的可能性，即在制造工艺期间在湿工艺中振动电极17被吸附到衬底12中，特别是在去除牺牲层的工艺中。另外，当应用于多阶(multi-order)振动模式时，难以选择期望阶数(order-number)的振动模式。具体地，有可能多阶振动模式以混合方式存在。
发明内容
考虑到上述内容，本发明提供一种MEMS型共振器及其制造方法，其中在MEMS制造工艺期间在湿工艺中梁到衬底的吸附被防止，且在运行时除了所需的一种外没有多余的混合方式的其它振动模式。
此外，本发明提供一种通讯装置，其包括具有上述MEMS型共振器的滤波器。
根据本发明的MEMS型共振器包括其中形成有下电极的衬底和形成在该衬底上的梁，且在所述衬底与所述梁之间具有至少一个支承柱。
所述支承柱能形成在与所述梁的所需振动模式的节点对应的位置。能形成所述支承柱使得其上和下端与所述衬底和梁结合。供选地，能形成所述支承柱使得其一端与所述衬底或梁结合，其另一端不接触所述梁或衬底。作为所述衬底的下电极，用于高频信号的输入电极和用于高频信号的输出电极被提供。
在本发明的MEMS型共振器中，因为该MEMS型共振器在所述衬底与所述振动梁之间具有至少一个支承柱，所以制造时在湿工艺中所述梁到所述衬底的吸附能被防止，特别地，在去除所述牺牲层的工艺中。具体地，因为所述梁的有效长度变短，所以表面张力降低，使梁吸附到衬底的力可被减小。因为提供了所述支承柱，所以所述梁与衬底之间的空间的距离能被设置的更小。
除所需的一种之外其它不需要的振动模式能被抑制，因为提供了所述支承柱。具体地，因为在与所需振动模式的节点对应的位置设置所述支承柱，所以不需要阶数的振动模式被抑制，因此所需阶数的振动模式能被选择。
制造根据本发明的MEMS型共振器的第一方法包括步骤：在衬底上形成下电极；在包括所述下电极的所述衬底上形成牺牲层；在牺牲层中在将形成支承柱的位置选择性地形成到达所述衬底的开口；在所述牺牲层上形成梁且在所述开口内形成与所述梁和衬底结合的所述支承柱；以及去除所述牺牲层。
在制造本发明的MEMS型共振器的第一方法中，因为所述下电极形成在所述衬底上且所述牺牲层形成在包括所述下电极的所述衬底上之后，到达所述衬底的开口被选择性地形成在所述牺牲层中应形成所述支承柱的部分，所以之后与所述梁和所述衬底结合的所述支承柱能在形成所述梁的同时形成在所述开口内。因为所述支承柱与所述衬底和所述梁整体形成，所以去除所述牺牲层时能防止所述梁被吸引到所述衬底侧。
制造根据本发明的MEMS型共振器的第二方法包括步骤：在衬底上形成下电极和支承柱；在包括所述下电极和支承柱的所述衬底上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成梁；以及去除所述牺牲层。
在制造本发明的MEMS型共振器的第二方法中，因为所述下电极和支承柱形成在所述衬底上，所以所述下电极和支承柱能通过构图相同材料层同时形成。因为之后在所述牺牲层中形成开口的步骤等变得不必要，所以工艺能被简化。当所述梁被形成且所述牺牲层被去除，所述支承柱形成为与所述衬底结合但是其上端不接触所述梁。
制造根据本发明的MEMS型共振器的第三方法包括步骤：在衬底上形成下电极；在包括所述下电极的所述衬底上形成牺牲层；在所述牺牲层中在将形成支承柱的位置选择性形成其深度未达到所述衬底的开口；在所述牺牲层上形成梁且在所述开口内形成与所述梁结合的所述支承柱；以及去除所述牺牲层。
在制造本发明的MEMS型共振器的第三方法中，因为其深度未达到所述衬底的所述开口形成在所述牺牲层中的将形成所述支承柱的位置，所以所述支承柱形成为与所述梁结合但是其下端不接触所述衬底。通过控制所述开口的深度使所述支承柱与所述衬底之间的空间小于所述梁与所述下电极之间的空间成为可能，且在去除所述牺牲层时能防止所述梁被吸引到所述衬底侧。
根据本发明的通讯装置是提供有滤波器从而限制传输信号和/或接收信号的频带的通讯装置，其包括具有上述MEMS型共振器的滤波器来作为所述滤波器。因为本发明的通讯装置包括具有根据本发明的MEMS型共振器的滤波器，所以用此滤波器能精确选择所需频率信号。
根据本发明的MEMS型共振器，因为所述支承柱如上所述地设置在所述梁与所述衬底之间，所以制造工艺期间在湿工艺中所述梁到所述衬底的吸附能被防止，且MEMS型共振器的产率能被提高。由于提供所述支承柱，不需要阶数的振动模式被抑制且因此所需阶数的振动模式能被选择。
具体地，在与所需阶数振动模式的节点对应的位置提供所述支承柱，所需振动模式之外的不需要的振动模式能被抑制。因此，因为仅所需频率的信号被传输，所以作为共振器的性能被提高。
即使所述梁的长度变长，因为所述支承柱被提供，所述梁的强度也能被维持。另外，因为所述梁与所述下电极之间所述空间的距离变小，所以能获得大信号。
当所述支承柱的上和下端与所述梁和衬底结合时，不需要阶数的振动模式被更可靠地抑制，因此仅所需阶数振动模式能被选择。
即使所述支承柱的所述上和下端中的任一个与所述梁或衬底不结合，不需要阶数的振动模式也能被抑制，因此仅所需阶数的振动模式能被选择。
当所述衬底的所述下电极由高频信号的输入电极和高频信号的输出电极构成时，除了具有所述支承柱的效果之外，所述输入和输出电极之间产生的寄生电容减小，因此噪声成分能被减小。因此，具有高S/N比的共振器能被提供。
根据制造本发明的MEMS型共振器的方法，因为包括形成所述支承柱的工艺，在湿工艺中所述梁到所述衬底的吸附现象被防止，且能以良好的产率制造由所需阶数振动模式驱动的MEMS型共振器。
根据本发明的通讯装置，因为包括具有上述MEMS型共振器的滤波器，所以能提供高度可靠的通讯装置。
附图说明
图1是示出了根据本发明的MEMS型共振器的一实施例的结构图；
图2是示出了图1的MEMS型振动器的运行的说明示意图；
图3A是示出了MEMS型共振器的频率-信号传输量的说明示意图，图3B是显示根据本发明的MEMS型共振器的频率-信号传输量的说明示意图；
图4是示出了根据本发明的MEMS型共振器的另一实施例的结构图；
图5是示出了根据本发明的MEMS型共振器的再一实施例的结构图；
图6是示出了根据本发明的MEMS型共振器的又一实施例的结构图；
图7A至7D是图1的MEMS型共振器的制造工艺图(1/2)；
图8A至8C是图1的MEMS型共振器的制造工艺图(2/2)；
图9A至9D是图5的MEMS型共振器的制造工艺图(1/2)；
图10A至10C是图5的MEMS型共振器的制造工艺图(2/2)；
图11A至11D是图6的MEMS型共振器的制造工艺图(1/2)；
图12A至12C是图6的MEMS型共振器的制造工艺图(2/2)；
图13是示出根据本发明的通讯装置的一实施例的电路图；
图14是根据现有技术的MEMS型共振器的结构图；以及
图15是传统MEMS型共振器的结构图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的实施例。
图1示出根据本发明的MEMS型共振器的一实施例。根据此实施例的MEMS型共振器27包括：以所需间隔设置在衬底12的相同平面上的下电极，具体地，在此示例中为用于输入高频信号的输入电极14和用于输出高频信号的输出电极15；设置为由空间16间隔开地面对那些输入和输出电极14和15的梁(beam)，具体地为振动电极17；以及设置在衬底12与振动电极17之间的支承柱24。振动电极17像桥一样跨过输入和输出电极14和15且在两端通过支承部分(称为锚部分)19[19A、19B]被整体支承，从而连接至设置在输入和输出电极14和15之外的布线(wiring)18。
根据振动电极17的所需阶数振动模式，一个或多个支承柱24，在此示例中根据二阶振动模式为一个，设置在与其振动的节点(node)对应的位置，即，在输入电极14与输出电极15之间的位置。支承柱24在其上和下端与振动电极17和衬底12结合。
具有至少绝缘表面的衬底用作衬底12。例如，其中绝缘膜形成在半导体衬底例如硅(Si)和镓砷化物(GaAs)上的衬底、诸如石英衬底和玻璃衬底的绝缘衬底等被用作衬底12。在此示例中，其中硅氧化物膜22和硅氮化物膜23层叠在硅衬底21上的衬底12被使用。输入电极14、输出电极15、以及布线层18由相同导电材料形成，例如可以由多晶硅膜和金属膜例如铝(Al)形成。振动电极17例如可以由多晶硅膜和金属膜例如铝(Al)形成。
在输入电极14中，输入端子t1被引出，使得高频信号S1通过输入端子t1被输入到输入电极14。在输出电极15中，输出端子t2被引出，使得目标频率的高频信号从输出端子t2被输出。所需DC偏置电压V1施加到振动电极17。
该MEMS型共振器27如下运行。
所需DC偏置电压V1施加到振动电极17。高频信号S1通过输入端子t1输入到输入电极14中。当目标频率的高频信号被输入时，振动电极17通过在振动电极17与输入电极14之间产生的电磁能以二阶振动模式共振，如图3所示。由于振动电极17的共振，目标频率的高频信号通过输出端子t2从输出电极15输出。
此外，根据该实施例的MEMS型共振器27，如图2所示，因为与衬底12和振动电极17结合的支承柱24设置在与二阶振动模式25的节点对应的位置，所以其它振动模式例如一阶和三阶振动模式被抑制，因此仅二阶振动模式25能被选择。如图3所示，一阶、二阶和三阶的多阶振动模式(参照图3A)中仅二阶振动模式(参照图3B)能被选择。其原因是当在振动电极17的中心存在支承柱(support column)24时振动电极17不能以一阶和三阶振动模式振动，所以一阶和三阶的信号不传送。
因此，仅能传送所需频率的信号，作为共振器的性能得到提高。
另外，由于提供了支承柱，能防止在稍后描述的制造工艺期间在湿工艺中振动电极17到衬底12的面中的吸附。这是因为由于振动电极17的有效长度由于支承柱24而变短导致表面张力降低且吸附振动电极17到衬底12的面中的力降低。振动电极17被吸附的共振器不运行且因此不能被使用。然而，在该实施例的MEMS型共振器27中，振动电极17到衬底12的面中的吸附减少且因此此类共振器的产率(yield)能被提高。
可以使振动电极17的膜厚度更薄，或者使振动电极17与输入和输出电极14和15之间的空间的距离d2更小。距离d2越小，信号量(signal amount)增加越大。因此，作为共振器的性能可被提高。
另外，由于提供支承柱24，振动电极17的强度能被维持，即使制成更长的振动电极17。
图4示出根据本发明的MEMS型共振器的另一实施例。根据该实施例的MEMS型共振器28是三阶振动模式被选择的情况。
该实施例的MEMS型共振器28也包括：形成在衬底12上的输入电极14和输出电极15；以及设置为面对输入和输出电极14和15的振动电极17。此外，在该实施例中，特别地MEMS型振动器28包括分别设置在与三阶振动模式26的两个节点对应的位置的两个支承柱24[24A、24B]。因为其它结构类似于图1，所以对于对应的部分给予相同的附图标记且其重复说明被省略。
根据该实施例的MEMS型共振器28，由于提供两个支承柱24A和24B，三阶振动模式被选择且其它振动模式能被抑制。另外，能获得与图1的实施例类似的效果，使得振动电极17的强度被维持且在湿工艺中振动电极到衬底12的面中的吸附能被防止。
在MEMS型共振器中，当成为振动电极17的梁的厚度为0.5μm或更小、该梁的长度为约10μm、且梁17与下电极14和15之间的空间的距离d2为100μm或更小时，梁17必定被吸附到衬底12的面中。相反，在该实施例中该吸附能被防止，同时，当例如在RF共振器中多阶振动模式被使用时，更高阶振动模式能被选择。
图7和8示出制造上述图1所示的MEMS型共振器27的方法的示例。
首先，如图7A所示，将成为电极的导电膜41形成在衬底21上。在该示例中，其中绝缘膜的硅氧化物膜22和硅氮化物膜23层叠在硅衬底21上的衬底12被使用。要求导电膜41由对稍后形成的牺牲层能获得蚀刻速度比(etching ratio)的材料形成，在该示例中该导电膜由多晶硅膜形成。
接着，如图7B所示，输入电极14、输出电极15、以及外面的布线层18通过构图导电层41形成。
接着，如图7C所示，牺牲层42形成在包括输入电极14、输出电极15、以及布线层18的整个表面上。牺牲层42由对基部绝缘膜(在该示例中为硅氮化物(SiN)膜)23且对多晶硅制成的电极14、15和布线层18中的每个能获得蚀刻速度比的材料形成，在该示例中为硅氧化物(SiO2)膜。
接着，如图7D所示，牺牲层42通过例如化学机械抛光(CMP)方法等被平坦化。
接着，如图8A所示，接触孔43通过选择性蚀刻牺牲层42而形成在外面的两个布线层18上，深度达到衬底12的开口45形成在输入和输出电极14和15之间的位置，具体地，在该示例中在与二阶振动的节点对应的位置。
接着，如图8B所示，将成为振动电极和支承柱的导电膜44形成在包括接触孔43的牺牲层42上和开口45内，在该示例中导电膜44为对牺牲层42能获得蚀刻速度比的多晶硅膜。然后，由多晶硅膜制成的连接到两个外部布线层18的振动电极17以及设置在开口45内的与振动电极17和衬底12结合的支承柱24通过构图导电膜44而形成。振动电极17与布线层18之间的部分成为支承部分(锚)19[19A、19B]，其支承振动电极17作为两端被支承的梁结构。
接着，如图8C所示，牺牲层42通过蚀刻被去除。因为在该示例中牺牲层42是硅氧化物膜，所以利用氟酸溶液进行湿蚀刻。由此，获得具有集成地形成在作为梁的振动电极17与衬底12之间的支承柱24的目标MEMS型共振器27。
根据制造方法的该实施例，能精确地制造图1所示的MEMS型共振器27。此外，由于支承柱24形成在振动电极17与衬底12之间，能防止振动电极17粘到衬底12面上的例如输入电极14和输出电极15，其发生在用湿蚀刻去除牺牲层42之后。因此，通过进一步使振动电极17与输入和输出电极14和15之间的空间16更小，能精确制造信号量增大的MEMS型共振器27。
图5示出根据本发明的MEMS型共振器的再一实施例。该实施例是本发明应用于与上述图1类似的二阶振动模式共振器的情况。
与上面类似，根据该实施例的MEMS型共振器31包括：以所需间隔设置在衬底12的相同平面上的下电极，具体地在此实施例中为用于输入高频信号的输入电极14和用于输出高频信号的输出电极15；设置为由空间16间隔开地面对那些输入和输出电极14和15的梁，具体地为振动电极17；以及设置在衬底12与振动电极17之间的支承柱24。振动电极17像桥一样跨过输入和输出电极14和15，且在两端通过支承部分(称为锚部分)19[19A、19B]被整体地支承，从而连接至设置在输入和输出电极14和15外的布线18。根据振动电极17的所需阶数振动模式，一个或多个支承柱24，在该示例中根据二阶振动模式为一个，设置在输入电极14和输出电极15之间的位置，即与其振动的节点对应的位置。
此外，在此实施例中，特别地制成支持柱24使得其一端与振动电极17结合，其另一端与衬底12稍微间隔开从而不与衬底12接触。在该情况下，支承柱24的所述另一端与衬底12之间的间隙d1设置为小于振动电极17与输入和输出电极14和15之间的空间16的距离d2。
因为其它结构类似于上述图1，所以对于与图1对应的那些部分给以相同的附图标记且其重复说明被省略。
根据该实施例的MEMS型共振器31，因为支承柱24在振动电极17与衬底12之间形成在与二阶振动模式的节点对应的位置，所以与上面描述的情况类似，多阶振动模式中可以选择二阶振动模式且仅所需高频信号能被传输。另外，因为设置支承柱24，所以振动电极17的强度被维持，制造工艺期间在湿工艺中振动电极到衬底12的面中的吸附能被防止。因此，能使振动电极17的膜厚度更薄或者能使振动电极17与输入和输出电极14和15之间的空间16的距离d2更窄。因此，作为共振器的性能可被提高。
图9和10示出制造上述图5所示的MEMS型共振器31的方法的示例。
首先，图9A至9D的工艺与上述图7A至7D的工艺相同。具体地，将成为电极的导电膜41如图9A所示地形成在衬底12上。在该示例中，由多晶硅膜制成的导电膜41形成在衬底12上，衬底12中绝缘膜的硅氧化物膜22和硅氮化物膜23层叠在硅衬底21上。
接着，如图9B所示，输入电极14、输出电极15、以及外面的布线层18通过构图导电层41形成。
接着，如图9C所示，牺牲层42形成在包括输入电极14、输出电极15、以及布线层18的整个表面上。牺牲层42由对基部绝缘膜(该示例中为硅氮化物(SiN)膜)23以及由多晶硅制成的电极14、15和布线层18中的每个能获得蚀刻速度比的材料形成，在该示例中为硅氧化物(SiO2)膜。
接着，如图9D所示，牺牲层42通过例如化学机械抛光(CMP)方法等被平坦化。
接着，如图10A所示，牺牲层42被选择性蚀刻从而在两个外面的布线层18上形成接触孔43，且开口47形成在输入和输出电极14和15之间的位置，该示例中具体地在与二阶振动模式的节点对应的位置，所述开口47的深度未达到衬底12，稍微留有牺牲层42。期望留在开口47内的牺牲层42的厚度d1设置为小于输入和输出电极14和15上的牺牲层的膜厚度d2。
接着，如图10B所示，成为振动电极和支承柱的导电膜44形成在包括接触孔43的牺牲层42上以及开口47内，所述导电膜44在该示例中是对牺牲层42能获得蚀刻速度比的多晶硅膜。然后，通过构图导电膜44形成由多晶硅膜制成的振动电极17，其连接到两个外面的布线层18。振动电极17与布线层18之间的部分成为支承部分(锚)19[19A、19B]，其支承与支承柱24整体地形成的振动电极17作为两端被支承的梁结构。
接着，如图10C所示，牺牲层42通过蚀刻被去除。因为在该示例中牺牲层42是硅氧化物膜，所以牺牲层42利用氟酸溶液通过湿蚀刻被蚀刻且去除。这样，获得了目标MEMS型共振器31，其包括与成为梁的振动电极17结合的支承柱24，支承柱24形成为相对于衬底12留有小间隙d1。
根据制造该实施例的方法，图5所示的MEMS型共振器31能被精确地制造。具体地，也在该示例中，因为支承柱24形成在振动电极17与衬底12之间，所以能防止振动电极17粘到衬底12的面，例如粘到输入电极14和输出电极15，其发生在通过湿蚀刻去除牺牲层42之后。因此，能够精确地制造MEMS型共振器31，其信号量通过使振动电极17与输入和输出电极14和15之间的空间16更小而增大。
图6示出根据本发明的MEMS型共振器的再一实施例。与上述图1类似，该实施例是本发明应用于二阶振动模式共振器的情况。
与上面描述的情况类似，根据该实施例的MEMS型共振器32包括：以所需间隔设置在衬底12的相同平面上的下电极，在该示例中具体地为用于输入高频信号的输入电极14和用于输出高频信号的输出电极15；设置为由空间16间隔开地面对那些输入和输出电极14和15的梁，具体地为振动电极17；以及设置在衬底12与振动电极17之间的支承柱24。振动电极17像桥一样跨过输入和输出电极14和15，且在两端通过支承部分(称为锚部分)19[19A、19B]被整体支承，从而连接至设置在输入和输出电极14和15外的布线18。根据振动电极17的所需阶数振动模式，一个或多个支承柱24，该示例中根据二阶振动模式为一个，设置在输入电极14与输出电极15之间的位置，与其振动的节点对应。
此外，在此示例中，特别地支承柱24的一端与衬底12结合且其另一端设置为与振动电极17稍微间隔开从而不接触振动电极17。在此情况下，期望支承柱24的所述另一端与振动电极17之间的距离d3设置为小于振动电极17与输入和输出电极14和15之间的空间16的距离d2。应注意，距离d3也可设置为等于距离d2。
因为其它结构类似于上述图1，所以对于与图1对应的那些部分给以相同的附图标记且其重复说明被省略。
根据该示例的MEMS型共振器32，因为支承柱24在振动电极17与衬底12之间形成在与二阶振动模式的节点对应的位置，所以类似于上面描述的情况，二阶振动模式能从多阶振动模式中被选择且仅所需高频信号能被传输。此外，因为支承柱24被提供，所以振动电极17的强度能被维持，且制造工艺期间在湿工艺中振动电极17到衬底12的面的吸附能被防止。因此，能使振动电极17的膜厚度更薄，或者能使振动电极17与输入和输出电极14和15之间的空间16的距离d2更窄。因此，作为共振器的性能可被改进。
图11和12示出制造上述图6所示的MEMS型共振器32的方法的示例。
如图11A所示，将成为电极的导电膜41形成在衬底12上，类似于上述图7A。在该示例中，由多晶硅膜制成的导电膜41形成在衬底12上，衬底12中绝缘膜的硅氧化物膜22和硅氮化物膜23层叠在硅衬底21上。
接着，如图11B所示，输入电极14、输出电极15、外面的布线层18、以及支承柱24通过构图导电膜41形成。
接着，如图11C所示，牺牲层42形成在包括输入电极14、输出电极15、布线层18、以及支承柱24的整个表面上。牺牲层42由对基部绝缘膜(该示例中为硅氮化物(SiN)膜)23以及由多晶硅制成的输入和输出电极14和15、布线层18和支承柱24能获得蚀刻速度比的材料形成，在该示例中为硅氧化物(SiO2)膜。
接着，如图11D所示，牺牲层42通过例如化学机械抛光(CMP)方法等被平坦化。
接着，如图12A所示，通过选择性蚀刻，接触孔43在两个外面的布线层18上牺牲层42中形成。
接着，如图12B所示，成为振动电极的导电膜44，在该示例中为对牺牲层42能获得蚀刻速度比的多晶硅膜，形成在包括接触孔43的内部的牺牲层42上。然后，由多晶硅膜制成且连接到两个外面的布线层18的振动电极17通过构图导电膜44形成。振动电极17与布线层18之间的部分成为支承部分(锚)19[19A、19B]，其支承振动电极17作为两端被支承的梁结构。
接着，如图12C所示，牺牲层42通过蚀刻被去除。因为在该示例中牺牲层42是硅氧化物膜，所以牺牲层42利用氟酸溶液通过湿蚀刻被蚀刻且去除。因此，能获得目标MEMS型共振器32，其包括与衬底12结合的支承柱24，支承柱24形成为相对于成为梁的振动电极17保留有小间隙d3。
根据制造该实施例的方法，图6所示的MEMS型共振器32能被精确地制造。具体地，因为在该实施例中支承柱24也形成在振动电极17与衬底12之间，所以防止了振动电极17吸附到衬底12的面，例如吸附到输入电极14和输出电极15，其发生在牺牲层42通过湿蚀刻被去除之后。因此，能精确地制造MEMS型共振器32，其信号量通过进一步使振动电极17与输入和输出电极14和15之间的空间16小而增大。
在上面的描述中，本发明应用于MEMS型共振器，其中输入电极14和输出电极15设置为在衬底12上面对振动电极17，然而，本发明的支承柱还可以设置在图15所示的MEMS型共振器中衬底2与振动电极7之间。
包括上述每个实施例的MEMS型共振器的滤波器能用作高频(RF)滤波器、中频(IF)滤波器等。
本发明能提供一种利用电磁波进行通讯的通讯装置，例如移动电话单元、无线LAN设备、无线收发机、电视调谐器、以及收音机调谐器，其包括具有上述实施例的MEMS型共振器的滤波器。
接着，参照图13说明应用上述本发明实施例的滤波器的通讯装置的配置的示例。
首先，对传输系统的配置进行说明，其中I通道(channel)的传输数据和Q通道的传输数据分别提供给数/模转换器(DAC)201I和201Q从而被转换为模拟信号。每个通道的转换的信号被提供给带通滤波器202I和202Q，除传输信号的频带之外的信号成分被去除之后，带通滤波器202I和202Q的输出被提供给调制器210。
在调制器210中，每个通道的信号通过缓冲放大器211I和211Q被提供给混合器(mixer)212I和212Q，且与对应于从传输PLL(锁相环路(phase-locked loop))电路203提供的传输频率的频率信号混合且被调制，然后两个混合信号在加法器(adder)214中相加从而使其成为一个系统的传输信号。在此情况中，对于提供给混合器212I的频率信号，信号相位在移相器213中移90°，因此I通道的信号和Q通道的信号正交调制。
加法器214的输出通过缓冲放大器215被提供给功率放大器204，且被放大至预定传输功率。功率放大器204中放大的信号通过传输-接收开关单元(transmission-reception switching unit)205和高频滤波器206被提供给天线207，且从天线207无线传输。高频滤波器206是带通滤波器，其除去除了在该通讯装置中传输和接收的频带中的信号成分之外的信号成分。
作为接收系统的配置，天线207接收的信号通过高频滤波器206和传输-接收开关单元205被提供给高频部分220。在高频部分220中，所接收的信号在低噪声放大器(LNA)221中被放大且之后信号被提供给带通滤波器222以除去除了在接收频带中的信号成分之外的信号成分，该去除进行之后的信号通过缓冲放大器223被提供给混合器224。此外，从通道选择PLL电路251提供的频率信号被混合从而使预定传输通道的信号成为中频信号，中频信号通过缓冲放大器225被提供给中频电路230。
在中频电路230中，所提供的中频信号通过缓冲放大器231被提供给带通滤波器232从而除去中频信号频带中的信号成分之外的信号成分，该去除进行之后的信号被提供给自动增益控制电路(AGC电路)233从而被制成几乎恒定增益的信号。其增益在自动增益控制电路233中被调节的中频信号通过缓冲放大器234被提供给解调器240。
在解调器240中，所提供的中频信号通过缓冲放大器241被提供给混合器242I和242Q，从而与中频PLL电路252提供的频率信号混合，从而所接收的I通道的信号成分和Q通道的信号成分被解调。在该情况中，其信号相在移相器243中移动90°的频率信号被提供给混合器242I用于I信号，这样正交调制的I通道的信号成分和Q通道的信号成分被解调。
I通道和Q通道的解调信号通过缓冲放大器244I和244Q被分别提供给带通滤波器253I和253Q以除去除了I通道和Q通道的信号之外的信号成分，该去除进行之后的信号被提供给模/数转换器(ADC)254I和254Q从而通过取样被转换为数字数据，因此获得了I通道的接收数据和Q通道的接收数据。
在上述配置中，通过分别应用具有上述实施例的配置的滤波器到带通滤波器202I、202Q、206、222、232、253I和253Q中的部分或全部，频带能被限制。
根据本发明的通讯装置，因为包括了上述性能优良的滤波器，所以能提供高度可靠的通讯装置。
尽管在图13的示例中每个滤波器形成为带通滤波器，但是所述滤波器可形成为低通滤波器和高通滤波器，所述低通滤波器仅通过低于预定频率的频带，所述高通滤波器仅通过高于预定频率的频带，具有上述每个实施例的结构的滤波器能应用于那些滤波器。另外，尽管图13的示例是进行无线传输和无线接收的通讯装置，但是本发明能应用于通过有线传输路径进行传输和接收的通讯装置中的滤波器，此外具有上述实施例的配置的滤波器能用作在仅进行传输处理的通讯装置中和在仅进行接收处理的通讯装置中包括的滤波器。
Claims (13)
1.一种MEMS型共振器，包括：
衬底，其中形成有下电极；以及
梁，其形成在所述衬底上，
其中至少一个支承柱设置在所述衬底与所述梁之间。
2.如权利要求1所述的MEMS型共振器，其中所述支承柱形成在与所述梁的所需振动模式的节点对应的位置。
3.如权利要求1所述的MEMS型共振器，其中所述支承柱的上和下端与所述衬底和所述梁结合。
4.如权利要求1所述的MEMS型共振器，其中所述支承柱形成为使得其一端与所述衬底或所述梁结合且其另一端形成为不接触所述梁或衬底。
5.如权利要求1所述的MEMS型共振器，其中用于高频信号的输入电极和用于高频信号的输出电极构成所述衬底的所述下电极。
6.一种制造MEMS型共振器的方法，包括步骤：在衬底上形成下电极；在包括所述下电极的所述衬底上形成牺牲层；选择性地在所述牺牲层的应形成支承柱的部分形成到达所述衬底的开口；在所述牺牲层上形成梁且在所述开口内形成与所述梁和所述衬底结合的所述支承柱；以及去除所述牺牲层。
7.一种制造MEMS型共振器的方法，包括步骤：在衬底上形成下电极和支承柱；在包括所述下电极和所述支承柱的所述衬底上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成梁；以及去除所述牺牲层。
8.一种制造MEMS型共振器的方法，包括步骤：在衬底上形成下电极；在包括所述下电极的所述衬底上形成牺牲层；选择性地在所述牺牲层的应形成支承柱的部分形成具有未到达所述衬底的深度的开口；在所述牺牲层上形成梁且在所述开口内形成与所述梁结合的所述支承柱；以及去除所述牺牲层。
9.一种通讯装置，包括滤波器从而限制传输信号和/或接收信号的频带，所述通讯装置包括这样的滤波器作为所述滤波器：其包括MEMS型共振器，所述MEMS型共振器具有形成有下电极的衬底和形成在所述衬底上的梁，所述MEMS型共振器中至少一个支承柱设置在所述衬底与所述梁之间。
10.如权利要求9所述的通讯装置，其中所述滤波器中的所述支承柱形成在与所述梁的所需振动模式的节点对应的位置。
11.如权利要求9所述的通讯装置，其中所述滤波器中所述支承柱的上端和下端与所述衬底和所述梁结合。
12.如权利要求9所述的通讯装置，其中所述滤波器中的所述支承柱形成为使得其一端与所述衬底或所述梁结合且其另一端形成为不接触所述梁或所述衬底。
13.如权利要求9所述的通讯装置，其中用于所需频率信号的输入电极和用于所需频率信号的输出电极构成所述滤波器中所述衬底的所述下电极。
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