JP2004312784A - Oscillator filter and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、表面マイクロマシン技術を用いたマイクロメカニカルデバイスに関する。 The present invention relates to a micro-mechanical device using surface micro-machine technology.
各種電子機器に用いられる電気的制御によるスイッチ素子には、半導体スイッチと機械的接点を持つリードリレーとがある。これらは、理想的スイッチという観点からみると、一長一短がある。 Electrically controlled switch elements used in various electronic devices include semiconductor switches and reed relays having mechanical contacts. These have advantages and disadvantages from the viewpoint of an ideal switch.
半導体スイッチは、小型化が可能、高速度で信頼性が高いといった利点を有し、スイッチ・アレイとして集積することも容易である。例えば、マイクロ波、ミリ波等のアンテナを切り替えるスイッチにはPINダイオード、HEMT、MOSFETなどが用いられている。しかし、半導体スイッチは、機械的接点の接続、開放を行うスイッチと比べると、オン・インピーダンスが高く、オフ・インピーダンスが低い。また、大きな浮遊容量がある。 Semiconductor switches have advantages such as miniaturization, high speed and high reliability, and are easy to integrate as a switch array. For example, a PIN diode, a HEMT, a MOSFET, or the like is used as a switch for switching antennas for microwaves, millimeter waves, and the like. However, a semiconductor switch has a high on-impedance and a low off-impedance as compared with a switch that connects and opens a mechanical contact. There is also a large stray capacitance.
一方、リードリレーは、半導体スイッチと比べてオンオフのインピーダンス比は大きく、挿入損を最小限にし、かつ信号忠実度を維持するように設計することができる。このため、例えば半導体テスタなどに多く用いられている。しかし、サイズが大きくてスイッチング速度も遅い。 On the other hand, reed relays have a higher on / off impedance ratio than semiconductor switches, can be designed to minimize insertion loss, and maintain signal fidelity. For this reason, they are widely used in, for example, semiconductor testers. However, the size is large and the switching speed is slow.
これに対して最近、半導体スイッチとリードリレーの長所を併せ持つマイクロメカニカルスイッチが注目されている。中でも、表面マイクロマシン技術を用いて形成されて、静電的に動作させるマイクロメカニカルスイッチは、半導体の薄膜プロセスを用いて形成することができるため、低コストで実現可能である。 On the other hand, recently, a micromechanical switch that has the advantages of a semiconductor switch and a reed relay has attracted attention. Above all, a micromechanical switch formed using surface micromachine technology and operated electrostatically can be formed using a semiconductor thin film process, and can be realized at low cost.
図15は、従来提案されているマイクロメカニカルスイッチの平面図およびI−I’断面図を示す。このスイッチは、シリコン等の基板50上に形成された、ソース電極51、ドレイン電極52、これらソース電極51とドレイン電極52の間に形成されたゲート電極53を有する。ゲート電極53上には所定ギャップをもって浮いた状態で導体ビーム54が形成される。
FIG. 15 shows a plan view and a cross-sectional view taken along the line I-I 'of a conventionally proposed micromechanical switch. This switch has a
導体ビーム55は、一端がソース電極51に固定されたアンカー部55となる。導体ビーム54の他端は開放端であって、可動接点(コンタクトチップ)56となっている。ゲート電極53に電圧を印加すると、静電力により導体ビーム54が下方に変位し、可動接点56がドレイン電極52に接触する。ゲート電圧が除かれると、導体ビーム54は復元力により初期位置に戻る。
The
このスイッチの導体ビームのたわみを機械的なモデルにより解析した結果が、P.M.Zavrackyにより発表されている。それによると、ゲート電圧を与えたとき、ソース電極51に接続された導体ビーム54は、ソースからの長手方向距離xとして、静電力によりゲート電極53上にd(x)なる位置に保持される。導体ビーム54を撓んだ状態で保持するに必要なゲート電圧は、撓みとともに単調に増加し、ある程度以上ビームが撓むと、ビームを保持するために必要なゲート電圧は単調に減少するため、システムは不安定となり、あるゲート電圧(しきい値電圧Vth)でビームは折れ曲がり、スイッチが閉じる。
The result of analyzing the deflection of the conductor beam of this switch using a mechanical model was published by PM Zavracky. According to this, when a gate voltage is applied, the
このモデルによるしきい電圧Vthは、Vth=(2/3)×d0×√(2kd0/3ε0A)と表される。ここで、d0は導体ビーム54とゲート電極53の間の初期状態におけるギャップであり、kは導体ビーム5の実効ばね定数であり、Aは導体ビーム54とゲート電極53の対向面積である。
The threshold voltage Vth according to this model is expressed as Vth = (2/3) × d0 × √ (2 kd0 / 3ε0A). Here, d0 is the gap between the
これより、しきい電圧Vthはゲート電極53の対向面積Aの増加(ビームに作用する静電力の増加)、導体ビームのばね定数kの低減、および導体ビームとゲート電極の間のギャップd0の縮小により低くできることがわかる。しかし、ばね定数kの低減は最大スイッチング速度を低下させ、ギャップd0の縮小は、ゲート電極および信号線の間の静電結合を増加させる。しきい電圧Vthを低減する別の方法は、可動接点56の下方への突出量を大きくすることで、可動接点56とドレイン電極52の間のギャップgを小さくすることである。これにより、不安定点が到達する前に、スイッチを閉じることができる。
As a result, the threshold voltage Vth increases the facing area A of the gate electrode 53 (increases the electrostatic force acting on the beam), reduces the spring constant k of the conductor beam, and reduces the gap d0 between the conductor beam and the gate electrode. It can be seen that it can be lowered. However, reducing the spring constant k reduces the maximum switching speed, and reducing the gap do increases the electrostatic coupling between the gate electrode and the signal line. Another method for reducing the threshold voltage Vth is to reduce the gap g between the
以上から、ギャップd0及びgを精度良く作製することは、しきい電圧Vthを低減するために必要不可欠であるが、このマイクロメカニカルスイッチの作製には、複雑なプロセスを必要とする。具体的に説明すれば、基板上にまず、ソース電極51、ドレイン電極52及びゲート電極53をパターン形成する。次にこれらの電極上にシリコン酸化膜等の犠牲層を堆積する。この犠牲層に、2ステップでパターニングを行う。第1ステップでは、コンタクトチップ部56を作製するために、犠牲層を部分的にエッチングする。第2ステップでは、アンカー部55を作製するために、ソース電極51まで達するように犠牲層をエッチングする。続いて、犠牲層上に導体層を堆積し、これをパターニングする。最後に、導体ビーム54を基板から分離するために、犠牲層をエッチング除去する。
From the above, it is indispensable to manufacture the gaps d0 and g with high accuracy in order to reduce the threshold voltage Vth, but to manufacture this micromechanical switch requires a complicated process. More specifically, a
以上の製造工程に必要とされるリソグラフィ工程(マスク工程)は、次の4つになる。
(1)ソース電極等のパターニング
(2)犠牲層のコンタクトチップ部のパターニング
(3)犠牲層のアンカー部のパターニング
(4)導体層のパターニング
同様のマイクロマシン技術により作製した機械的振動子を高周波フィルタに用いる提案もなされており、100MHz程度のバンドパスフィルタが作製されている(例えば非特許文献1)。機械的振動子フィルタの利点は、電気的LCフィルタと比較して極めてQ値が高いこと、また誘電体フィルタやSAWフィルタと比べてサイズを極めて小さくできることである。
The following four lithography steps (mask steps) are required for the above manufacturing steps.
(1) Patterning of the source electrode etc. (2) Patterning of the contact tip portion of the sacrificial layer (3) Patterning of the anchor portion of the sacrificial layer (4) Patterning of the conductor layer And a bandpass filter of about 100 MHz has been manufactured (for example, Non-Patent Document 1). The advantages of the mechanical oscillator filter are that the Q value is extremely high as compared with the electric LC filter, and the size can be extremely small as compared with the dielectric filter and the SAW filter.
図16は、その様な振動子フィルタの単位構成を示す平面図とそのI−I’断面図である。マイクロマシン技術により、基板60上に振動子61と、入力端子62及び出力端子63が形成されている。振動子61は、4本の支持ビーム64a〜64dと共に多結晶シリコンにより一体形成され、支持ビーム64a〜64dの端部はアンカー65a,65b,65cに固定され、振動子61は浮いた状態に保持されている。
FIG. 16 is a plan view showing a unit configuration of such a resonator filter and a cross-sectional view taken along the line I-I '. A
入力端子62は、振動子61と同じ多結晶シリコン膜により形成されているが、下地金属が振動子61の直下まで延びて、ゲート電極(駆動電極)66となっている。出力端子63と振動子61は、共通の金属電極67上に形成されている。実際にはこの様な単位振動子フィルタを複数個並列接続することによって、所定の通過帯域幅を持つメカニカルフィルタが作られることになる。
The
振動子61は、駆動電極66の駆動により、上下に振動する。この振動子61の共振周波数f0は、振動子61のバネ定数kと質量mを用いて、f0=(1/2π)√(k/m)と表される。図16の構造と寸法では、k=3Eh3b/l3,m=ρLwhであるので、f0=(1/π)√(Eh2b/ρLwl3)となる。ここで、Eは振動子のヤング率、ρは密度であり、シリコンの場合、E=1.7×1011Pa、ρ=2.33×103kg/m−3である。
The
具体的に図16の寸法を、L=13.1μm、l=10.4μm、w=6μm、h=2μm、b=1μmとして、f0=92MHzが得られた。 Specifically, f0 = 92 MHz was obtained by setting the dimensions in FIG. 16 to L = 13.1 μm, l = 10.4 μm, w = 6 μm, h = 2 μm, and b = 1 μm.
一方、携帯端末等では、800MHz〜5GHzといった周波数帯が用いられ、この様な用途には更に高周波のメカニカルフィルタが望まれる。図17は、その様な高周波受信部の構成例であり、バンドパスフィルタ171、低ノイズのアンプ172、バンドパスフィルタ173、ミキサー174等を備えて構成される。ミキサー174は、PLL(Phase−Locked Loop)/VCO(Voltage Controlled Oscillator)を備えた位相制御回路175により制御される。この様な受信部のバンドパスフィルタ171,173や、更に位相制御回路175のPLL/VCOにも、メカニカルフィルタが望まれる。
On the other hand, a frequency band such as 800 MHz to 5 GHz is used in a portable terminal or the like, and a mechanical filter with a higher frequency is desired for such a use. FIG. 17 shows a configuration example of such a high-frequency receiving unit, which includes a band-
図16のフィルタ構造で更に高周波化するためには、hを大きくする、bを大きくする、L,lを小さくする等が考えられるが、現在の半導体プロセスでは、高周波化は容易ではない。また、構造とプロセスも複雑である。
以上のようにこれまで提案されているマイクロメカニカルスイッチは、製造プロセスが複雑であり、低しきい値電圧特性を得ることが難しい。特に、接点間のギャップgが、犠牲層の厚み及び犠牲層のエッチング量等のプロセスに依存しているため、しきい電圧Vthを低減させることが困難であった。 As described above, the micromechanical switch proposed so far has a complicated manufacturing process, and it is difficult to obtain a low threshold voltage characteristic. In particular, since the gap g between the contacts depends on processes such as the thickness of the sacrificial layer and the etching amount of the sacrificial layer, it has been difficult to reduce the threshold voltage Vth.
マイクロメカニカル振動子においても、従来提案されているのは、構造、製造プロセスともに複雑であり、高周波化も難しい。 In the case of micromechanical vibrators as well, conventionally proposed structures and manufacturing processes are complicated, and it is difficult to increase the frequency.
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、簡単な構造とプロセスにより高性能特性を得ることを可能とした振動子フィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a vibrator filter capable of obtaining high-performance characteristics with a simple structure and process, and a method of manufacturing the same.
この発明に係る振動子フィルタは、基板と、この基板上に所定間隔をおいて形成された入力端子電極及び出力端子電極と、前記基板上の前記入力端子電極と出力端子電極の間にこれらと同じ材料により形成されて、その両側面がそれぞれ前記入力端子電極及び出力端子電極の側面に対して微小ギャップをもって対向し且つ、前記基板に固定された柱状の支持ビームにより基板と平行方向に変位可能に保持された振動子と、を有することを特徴とする。 An oscillator filter according to the present invention includes a substrate, an input terminal electrode and an output terminal electrode formed at a predetermined interval on the substrate, and a portion between the input terminal electrode and the output terminal electrode on the substrate. It is made of the same material, and both side surfaces thereof face the side surfaces of the input terminal electrode and the output terminal electrode with a small gap, and can be displaced in a direction parallel to the substrate by a columnar support beam fixed to the substrate. And a vibrator held in the main body.
以上述べたようにこの発明によれば、振動子のような可動部を、横方向に変位するように形成することにより、簡単な構造とプロセスで高性能化を図った振動子フィルタ及びその製造方法を得ることができる。 As described above, according to the present invention, by forming a movable part such as a vibrator so as to be displaced in a lateral direction, a vibrator filter having high performance with a simple structure and a simple process and a manufacturing method thereof. You can get the way.
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態によるマイクロメカニカルスイッチの平面図であり、図2(a),(b)はそれぞれ図1のI-I'及びII-II'断面を示し、図3は同じくIII-III'断面図を示している。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a plan view of a micromechanical switch according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views taken along lines II ′ and II-II ′ of FIG. 1, respectively. Also, a III-III 'cross-sectional view is shown.
このマイクロメカニカルスイッチは、シリコン基板10上に、表面マイクロマシン技術により形成される。ビーム11は、その両端部が基板10に固定されたアンカー部(固定部)12であって、それ以外は基板10から浮いて形成されている。ここでは、3本のビーム11が平行に配置された例を示しているが、少なくとも一対のビームがあればよく、或いは更に多くのビームを繰り返し配列することもできる。
This micro mechanical switch is formed on the
ビーム11の長手方向の中央部には、可動接点13がパターン形成されている。また、各ビーム11の間に、この例では2個ずつの駆動電極(ゲート電極)14が、基板10に固定された状態で配置されている。ビーム11、これと連続的に形成されたアンカー部12と可動接点13、及びこれらとは分離して形成された駆動電極14は、いずれも、多結晶シリコン層21とこれに重ねられた金属層22の積層構造として、パターニングされている。
A
可動接点13に開けられた孔23は、金属層22及び多結晶シリコン層21を貫通して形成されたもので、後に説明するようにビーム11の下地層として形成される犠牲層を効率的にエッチング除去するためのものである。即ち可動接点13の部分はビーム11の本体部より面積が大きく、犠牲層を周辺からの横方向エッチングのみで除去するには時間がかかる。そこで犠牲層のエッチング時間を短くするために、孔23を介した犠牲層エッチングを利用する。
The
この様な構成として、アンカー部12を基準電位として、所定の駆動電極14にゲート電圧を印加すると、その駆動電極14を挟んで対をなすビーム11は、静電力により引き寄せられて、可動接点13が横方向に変位して接触し、短絡する。この場合、一対のビーム11が互いに引き寄せられるように変位するから、ビーム11と駆動電極14の間のギャップd0を、隣接する可動接点13の間のギャップgよりも小さくしても、ビーム11と駆動電極14が短絡することなく、可動接点13を短絡させることができる。
In such a configuration, when a gate voltage is applied to a
図15に示したような、一本のビームを縦方向に変位させる従来方式では、低しきい値を得るためには、ゲート電極とビーム間のギャップd0に比べて、接点間ギャップgを小さくする工夫が必要であるのに対し、この実施の形態では、対をなすビーム11の横方向変位を利用するために、ビーム11と駆動電極14の間のギャップd0を接点間ギャップgより小さくして、低しきい値特性を得ることが可能になる。
In the conventional method in which one beam is displaced in the vertical direction as shown in FIG. 15, in order to obtain a low threshold, the gap g between the contacts is smaller than the gap d0 between the gate electrode and the beam. In the present embodiment, the gap d0 between the
また、この実施の形態では、3本のビーム11が中央のビームを挟んで左右対称に配置されている。従って、中央のビームを挟んでその両側にある駆動電極14を用いて、双接点リレーが実現できる。
In this embodiment, three
更に可動接点13の接触面積は、金属層22の厚みにより自由に設定することができ、高い信頼性が得られる。
Furthermore, the contact area of the
この実施の形態のマイクロリレースイッチの製造工程を、図4〜図9を参照して説明する。これら各図の(a),(b)はそれぞれ、図2(a),(b)の断面に対応する。 The manufacturing process of the micro relay switch according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 2A and 2B correspond to the cross sections of FIGS. 2A and 2B, respectively.
図4に示すように、シリコン基板10にまず、犠牲層31を約1μm堆積する。具体的に犠牲層31には、ビーム構成材料及び基板10に対してエッチング選択比の大きくとれる材料であるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁層が用いられる。そして、この犠牲層31を選択エッチングして、後に形成されるアンカー部やゲート電極部等、基板に固定する必要がある箇所に基板10に達する孔32を形成する。
As shown in FIG. 4, a
次に、図5に示すように、スイッチ部材の基材となる多結晶シリコン層21を約1μm堆積する。そしてこの多結晶シリコン層を選択エッチングして、図6に示すように、ビーム11とこれに連続する可動接点13及びアンカー部12(図6には示されていない)、これらとは独立した駆動電極14をパターン形成する。このとき同時に、可動接点13の部分には、後に犠牲層31のエッチングに利用する幾つかの孔23を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、図7に示すように、金属層22を全面に約1μm堆積する。そしてこの金属層22を、図8に示すように、ほぼ多結晶シリコン層21と同じパターンで選択エッチングして、ビーム11、アンカー部12、可動接点13及び駆動電極14を、多結晶シリコン層21との積層構造として形成する。但し、可動接点13については、隣接するものとの間に微小ギャップを形成すべく、基材の多結晶シリコン層21のエッジから横方向に突き出た状態にパターニングしている。また、可動接点13には、下地の多結晶シリコン層21に形成した孔23と連通する孔をパターン形成する。
Next, as shown in FIG. 7, a
最後に、犠牲層31をエッチング除去して、図9に示すように、ビーム11及び可動接点13が基板10から浮いた状態を形成する。可動接点13は、ビーム11より幅広に形成されているが、周辺からと同時に孔23を介して犠牲層31のエッチングが進行するため、比較的短時間のエッチングで犠牲層31を除去することが可能である。
Finally, the
この実施の形態の場合、リソグラフィ工程は、次の3工程である。
(1)犠牲層31のパターニング(図4)
(2)多結晶シリコン層21のパターニング(図6)
(3)金属層22のパターニング(図8)
従って、2層の導体層を用いる従来方式に比べて、製造プロセスは簡単になっている。そしてこの実施の形態によれば、接点間ギャップ及びビーム間ギャップが、犠牲層厚みやエッチング量に左右されず、リソグラフィの精度で決まるから、高精度で微小ギャップを得ることができる。これにより、低しきい値電圧のリレースイッチが得られる。
In the case of this embodiment, the lithography process is the following three processes.
(1) Patterning of sacrificial layer 31 (FIG. 4)
(2) Patterning of polycrystalline silicon layer 21 (FIG. 6)
(3) Patterning of the metal layer 22 (FIG. 8)
Therefore, the manufacturing process is simpler than the conventional method using two conductor layers. According to this embodiment, since the gap between the contacts and the gap between the beams are not influenced by the thickness of the sacrificial layer and the etching amount and are determined by the lithography accuracy, a minute gap can be obtained with high accuracy. Thereby, a low threshold voltage relay switch is obtained.
上記実施の形態では、アンカー部12及び駆動電極部14は、予め犠牲層31を除去することにより、基板10に固定されるようにした。これに対して、犠牲層31をパターニングすることなく、アンカー部12及び駆動電極部14は犠牲層31を介して基板10に固定された状態とすることもできる。その場合の図3に対応する断面図を示すと、図10のようになる。
In the above embodiment, the
アンカー部12は、面積を大きくすることで、ビーム11の下の犠牲層31がエッチング除去されても残るようにすることができる。駆動電極14の部分も同様に犠牲層31を介して基板10に固定された状態とする。可動接点13の部分も面積が大きいが、犠牲層エッチングのための孔23を開けておくことにより、完全に犠牲層31を除くことができる。
By increasing the area of the
この様にすれば、リソグラフィ工程は1回少なくて済み、プロセスはより簡単になる。 In this way, one less lithography step is required and the process becomes simpler.
前述のように、先の実施の形態の場合、アンカー部12及び駆動電極部14は、予め犠牲層31を除去することで、基板に固定されるようにしている。従って、可動接点13部に孔23を形成しなくても、犠牲層と他の材料部のエッチング選択比が十分に大きくとれるという条件の下で、エッチング時間を十分にとれば、その下の犠牲層を横方向からのエッチングのみで除去すること可能である。しかし、アンカー部12と駆動電極部14をその下に犠牲層31を残して固定する方法の場合、可動接点13の面積がアンカー部13或いは駆動電極14と同程度であるとすると、可動接点13の下の犠牲層31を除去するには、孔23を開けておくことが不可欠になる。
As described above, in the case of the above embodiment, the
[実施の形態2]
上記実施の形態では、ビームの両端を固定したが、ビームの一端のみアンカー部に固定した片持ち形式とすることもできる。その様な実施の形態の平面図を図1に対応させて図11に示す。先の実施の形態と対応する部分には同じ符号を付してある。図11のI−I’及びII-II’断面は、図2(a)(b)と同じになる。図11の III−III’断面図は、図12のようになり、可動接点13が開放端となっている。
[Embodiment 2]
In the above embodiment, both ends of the beam are fixed, but a cantilever type in which only one end of the beam is fixed to the anchor portion may be used. A plan view of such an embodiment is shown in FIG. 11 corresponding to FIG. Portions corresponding to those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals. 11A and 11B are the same as FIGS. 2A and 2B. The sectional view taken along the line III-III 'of FIG. 11 is as shown in FIG. 12, and the
この様な片持ち形式にすると、先の実施の形態に比べてデバイス面積を小さくすることができる。 With such a cantilever type, the device area can be reduced as compared with the previous embodiment.
[実施の形態3]
図13(a)(b)は、この発明をマイクロメカニカル振動子フィルタに適用した実施の形態の平面図とそのI−I’断面図である。図に示しているのは、単位振動子フィルタであって、シリコン基板40と、この上に堆積された多結晶シリコン層を矩形パターンに形成して得られた振動子41と入力端子電極42及び出力端子電極43とを有する。実際のメカニカルフィルタは、この様な単位振動子フィルタを複数個配列することにより、所定の通過帯域幅を持つように構成される。
[Embodiment 3]
FIGS. 13A and 13B are a plan view and an II ′ cross-sectional view of an embodiment in which the present invention is applied to a micromechanical resonator filter. The figure shows a unit oscillator filter, which includes a
振動子41は、入力端子電極42と出力端子電極43の間に配置され、1箇所乃至複数箇所(実施の形態では4箇所)で柱状の支持ビーム44により基板40に固定されて、支持ビーム44のたわみにより横方向(基板に平行な方向)の変位が可能となっている。入力端子電極42及び出力端子電極43は、大きな面積の固定部45,46で基板40に固定されている。
The
振動子41の両側面は、それぞれ入力端子電極42及び出力端子電極43の側面に対して、微小なギャップ47をもって対向する。入力端子電極42に電圧を印加すると、振動子41に静電力が作用して、振動子41は、横方向に振動可能である。振動子41は、支持ビーム44のバネ定数と、支持ビーム44上の振動子本体部の質量とにより決まる固有振動周波数(共振周波数)を持つ。従って、入力端子電極42に交流電圧を印加したとき、入力交流電圧が振動子41の固有振動周波数のときに共振し、その逆位相の電圧が出力端子43に現れて、フィルタ機能を示す。
Both side surfaces of the
具体的に、支持ビーム44の角柱の辺をa,b、高さをlとして、バネ定数は、k=4Ea3b/l3となる。振動子41の面の大きさをL×w、厚みをh、密度をρとして、共振周波数は、f0=(1/π)√(Ea3b/ρLwhl3)となる。例えば、L=4μm、w=4μm、h=1μm、l=0.75μm、a=b=1μmとしたとき、f0=1.05GHzとなる。
Specifically, assuming that the sides of the prism of the
この実施の形態の方式が、図16に示す従来方式と比べて高周波化が容易である理由の一つは、振動子の厚みhの共振周波数f0への寄与の仕方が異なることにある。即ち従来方式では、共振周波数f0は、振動子の厚みhに比例する。この振動子の厚みhだけで共振周波数を10倍にすることを考えると、例えば10μmの膜厚を100μmまで厚くすることになり、これは容易ではない。これに対してこの実施の形態の方式では、共振周波数f0は、√l3(lは犠牲層の厚さ)に反比例し、高周波化のために振動子の厚みhを小さくすることは容易である。その他、共振周波数を決定する二次元寸法は、上述の例のように通常の半導体プロセスの加工範囲で選択でき、高周波化が容易である。 One of the reasons that the method of this embodiment is easier to increase the frequency than the conventional method shown in FIG. 16 is that the manner in which the thickness h of the vibrator contributes to the resonance frequency f0 is different. That is, in the conventional method, the resonance frequency f0 is proportional to the thickness h of the vibrator. Considering that the resonance frequency is increased 10 times only by the thickness h of the vibrator, for example, the thickness of 10 μm is increased to 100 μm, which is not easy. On the other hand, in the method of this embodiment, the resonance frequency f0 is inversely proportional to √l 3 (1 is the thickness of the sacrifice layer), and it is easy to reduce the thickness h of the vibrator for higher frequency. is there. In addition, the two-dimensional dimension for determining the resonance frequency can be selected in the processing range of the normal semiconductor process as in the above-described example, and it is easy to increase the frequency.
従って、この実施の形態により、携帯端末等に有用な高周波フィルタをコンパクトに構成することが可能になる。 Therefore, according to this embodiment, a high-frequency filter useful for a portable terminal or the like can be compactly configured.
この実施の形態のフィルタの製造工程を図14を参照して説明する。図14(a)に示すように、シリコン基板40に、犠牲膜48をパターン形成する。犠牲膜48は例えば、シリコン酸化膜であり、入出力端子電極42,43の固定部及び振動子41の固定部である支持ビーム部に開口をパターン形成する。そして、図14(b)に示すように、多結晶シリコン層49及び電極膜71を堆積する。次いで、図14(c)に示すように、電極膜71を入出力端子部のみに残すようにパターニングし、更に多結晶シリコン層をパターニングして、入力端子電極42、振動子41及び出力端子電極43を分離形成する。最後に犠牲層48をエッチング除去すれば、完成する。
The manufacturing process of the filter according to this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 14A, a
この実施の形態の場合、リソグラフィ工程は、犠牲層48のパターニング、電極膜のパターニング及び多結晶シリコン層49のパターニングの3回である。従って工程は極めて簡単である。また、先に挙げた寸法は、現状の半導体製造プロセス技術で容易に実現できる。
In the case of this embodiment, the lithography process is performed three times: patterning the
なお、振動子や入出力端子電極は、多結晶シリコンに限らず、他の適当に導体層を用いても構成することができる。 Note that the vibrator and the input / output terminal electrodes are not limited to polycrystalline silicon, and may be configured using other appropriate conductor layers.
10…シリコン基板、11…ビーム、12…アンカー部、13…可動接点、14…駆動電極、21…多結晶シリコン層、22…金属層、23…孔、31…犠牲層、40…シリコン基板、41…振動子、42…入力端子電極、43…出力端子電極、44…支持ビーム、45,46…固定部、47…ギャップ、48…犠牲層、49…多結晶シリコン層。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
この基板上に所定間隔をおいて形成された入力端子電極及び出力端子電極と、
前記基板上の前記入力端子電極と出力端子電極の間にこれらと同じ材料により形成されて、その両側面がそれぞれ前記入力端子電極及び出力端子電極の側面に対して微小ギャップをもって対向し且つ、前記基板に固定された柱状の支持ビームにより基板と平行方向に変位可能に保持された振動子と、
を有することを特徴とする振動子フィルタ。 Board and
An input terminal electrode and an output terminal electrode formed at predetermined intervals on the substrate;
The input terminal electrode and the output terminal electrode on the substrate are formed of the same material as those described above, and both side surfaces thereof face the side surfaces of the input terminal electrode and the output terminal electrode with a minute gap, respectively, and A vibrator held displaceably in a direction parallel to the substrate by a columnar support beam fixed to the substrate,
A resonator filter comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の振動子フィルタ。 The input terminal electrode, the output terminal electrode, and the vibrator are formed by forming a polycrystalline silicon layer deposited on the substrate into a rectangular pattern, and the vibrator is held by a support beam at a plurality of locations. The resonator filter according to claim 1, wherein
前記犠牲層が形成された基板上に導体層を堆積する工程と、
前記導体層をパターニングして、所定間隔をおいて配置されて前記犠牲層の開口部で前記基板に固定される入力端子電極及び出力端子電極と、これらの間に両側面がそれぞれ前記入力端子電極及び出力端子電極の側面に対して微小ギャップをもって対向するように配置されて前記犠牲層の開口部で柱状の支持ビームにより前記基板に保持された振動子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振動子フィルタの製造方法。 Patterning a sacrificial layer having a predetermined opening in the substrate;
Depositing a conductor layer on the substrate on which the sacrificial layer is formed,
An input terminal electrode and an output terminal electrode which are patterned at a predetermined interval and are fixed to the substrate at openings of the sacrificial layer by patterning the conductor layer, and both side surfaces between the input terminal electrode and the output terminal electrode, And forming a vibrator that is arranged to face the side surface of the output terminal electrode with a small gap and that is held on the substrate by a columnar support beam at the opening of the sacrificial layer;
Removing the sacrificial layer;
A method for manufacturing a vibrator filter, comprising:
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JP2006254359A (en) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Ricoh Co Ltd | Microstrip antenna and wireless system using same |
JP2007152501A (en) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Seiko Epson Corp | Mems resonator and its manufacturing method |
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-
2004
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006254359A (en) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Ricoh Co Ltd | Microstrip antenna and wireless system using same |
JP2007152501A (en) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Seiko Epson Corp | Mems resonator and its manufacturing method |
JP2008103777A (en) * | 2006-10-17 | 2008-05-01 | Ritsumeikan | Micromechanical resonator |
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