JP2005277861A - Micro resonator, its manufacturing method, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固有の共振周波数で微小振動する共振子を備えるマイクロレゾネータ及びその製造方法、並びに当該マイクロレゾネータを備える電子機器に関する。 The present invention relates to a microresonator including a resonator that vibrates minutely at a specific resonance frequency, a manufacturing method thereof, and an electronic device including the microresonator.
近年、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いて超小型・超高性能の電子部品を製造する研究・開発が盛んに行われている。MEMS技術を用いた電子部品は多岐に亘るが、その一種としてマイクロレゾネータがある。マイクロレゾネータは、例えばシリコン基板等の基板上に酸化膜からなる絶縁膜が形成され、その絶縁膜上に櫛歯状の固定電極の櫛歯と櫛歯状の可動電極(共振子)の櫛歯とが基板表面に対して平行に噛み合わされるように形成された構造である。上記の櫛歯状の可動電極はシリコン基板上に支持されたバネ性を有する支持部に結合されており、このような互いに噛み合う櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との組を支持部の両側に1組ずつ配置した構成である。 In recent years, research and development for manufacturing ultra-compact and ultra-high-performance electronic components using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology has been actively conducted. There are a wide variety of electronic components using MEMS technology, and one type is a microresonator. In the microresonator, for example, an insulating film made of an oxide film is formed on a substrate such as a silicon substrate, and comb teeth of a comb-shaped fixed electrode and comb-shaped movable electrodes (resonators) are formed on the insulating film. Are formed so as to be engaged in parallel with the substrate surface. The comb-shaped movable electrode is coupled to a support portion having a spring property supported on a silicon substrate, and a set of such a comb-shaped fixed electrode and a comb-shaped movable electrode that mesh with each other is formed. One set is arranged on each side of the support portion.
かかる構成のマイクロレゾネータは、一方の櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との組に交流電圧を印加することにより、その櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との間に静電引力を発生させ、この静電引力により櫛歯状の可動電極を櫛歯の噛み合い方向(櫛歯の長さ方向)に平面的に押し引きすることによって振動させる。この振動は櫛歯状の可動電極と一体化されたバネ性を持つ支持部に伝達され、他方の同様に噛み合い状態にある櫛歯状の可動電極を平面的に振動させる。 In the microresonator having such a configuration, an AC voltage is applied to a set of one comb-shaped fixed electrode and a comb-shaped movable electrode, whereby the comb-shaped fixed electrode and the comb-shaped movable electrode are connected to each other. An electrostatic attractive force is generated between them, and the electrostatic attraction force causes the comb-like movable electrode to vibrate by being pushed and pulled in a planar manner in the direction of engagement of the comb teeth (length direction of the comb teeth). This vibration is transmitted to a support portion having a spring property integrated with the comb-shaped movable electrode, and the other comb-shaped movable electrode which is in the meshed state is vibrated planarly.
入力側である一方の櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との間で発生した振動が、可動電極の質量とバネ性を持つ支持部の構造で定まるバネ定数で決定される共振周波数に一致したところで共振現象が生じ、この共振周波数が出力側である他方の櫛歯状の固定電極の電極端子から取り出される。かかる構成のマイクロレゾネータは、特定周波数の電気信号を発振する発振子又は複数の周波数を含む電気信号から特定周波数の電気信号をフィルタリングするフィルタとして用いられる。 Resonance determined by the spring constant determined by the structure of the movable electrode and the mass of the movable electrode and the structure of the spring support, generated between the comb-shaped fixed electrode on the input side and the comb-shaped movable electrode A resonance phenomenon occurs when the frequency matches, and the resonance frequency is taken out from the electrode terminal of the other comb-shaped fixed electrode on the output side. The microresonator having such a configuration is used as an oscillator that oscillates an electric signal having a specific frequency or a filter that filters an electric signal having a specific frequency from an electric signal including a plurality of frequencies.
また、上記の構成以外に、円板形状の共振子を有するマイクロレゾネータも案出されている。このマイクロレゾネータは、シリコン基板等の基板上に形成された絶縁膜上に、円板形状の共振子と、この共振子を挟持するよう配置された電極とを備えており、電極に電気信号を印加したときに生ずる電界により共振子を形状変化(伸縮)させて共振させるものである。上記の櫛歯状の固定電極及び可動電極を備えるマイクロレゾネータの共振周波数は数十KHzのオーダであり、円板形状の共振子を有するマイクロレゾネータの共振周波数は数百MHzのオーダであるため、円板形状の共振子を有するマイクロレゾネータは高周波回路に用いるのに適している。 In addition to the above configuration, a microresonator having a disk-shaped resonator has been devised. This microresonator includes a disk-shaped resonator and an electrode disposed so as to sandwich the resonator on an insulating film formed on a substrate such as a silicon substrate, and an electric signal is supplied to the electrode. The resonator is resonated by changing its shape (expanding / contracting) by an electric field generated when it is applied. Since the resonance frequency of the microresonator including the comb-shaped fixed electrode and the movable electrode is on the order of several tens of KHz, and the resonance frequency of the microresonator having a disk-shaped resonator is on the order of several hundred MHz, A microresonator having a disk-shaped resonator is suitable for use in a high-frequency circuit.
尚、櫛歯状の固定電極及び可動電極を備えるマイクロレゾネータの詳細については、例えば以下の特許文献1,2を、円板形状の共振子を有するマイクロレゾネータの詳細については、例えば以下の特許文献3を参照されたい。
ところで、上述したマイクロレゾネータの共振周波数は、櫛歯型の固定電極及び可動電極を有するものについては可動電極の質量(厳密には可動電極及び支持部の質量)と支持部のバネ定数とによって定まり、円板形状の共振子を有するものについては共振子の質量、振動モードによって定まる有効質量、及び共振子の変形に対する復元力によって定まる。つまり、マイクロレゾネータの構造によって共振周波数が決定されるため、一旦マイクロレゾネータを形成した後で大幅に共振周波数を変更することはできない。 By the way, the resonance frequency of the microresonator described above is determined by the mass of the movable electrode (strictly, the mass of the movable electrode and the support portion) and the spring constant of the support portion for those having a comb-shaped fixed electrode and a movable electrode. For a resonator having a disk-shaped resonator, it is determined by the mass of the resonator, the effective mass determined by the vibration mode, and the restoring force against the deformation of the resonator. That is, since the resonance frequency is determined by the structure of the microresonator, the resonance frequency cannot be changed significantly after the microresonator is once formed.
マイクロレゾネータをフィルタとして用いる場合には、単一周波数の電気信号を通過させる通過特性を有するもの、広い周波数帯域に亘る電気信号を通過させる特性を有するもの、複数の周波数帯域から特定の周波数帯域を切り替えて通過させる通過特性を有するもの等の種々の特性を有するものが必要になる場合がある。例えば、チューナに設けられるフィルタは、複数の周波数帯から特定の周波数を切り替えて通過させる通過特性が必要になる。従来のマイクロレゾネータを用いたフィルタは、構造によって定まる共振周波数を通過帯域としたものが殆どであり、広い周波数帯域に亘る電気信号を通過させる特性を有するもの、又は複数の周波数帯域から特定の周波数帯域を切り替えて通過させる通過特性を有するものの実現は困難であった。 When a microresonator is used as a filter, it has a pass characteristic that allows a single frequency electric signal to pass through, a filter that has a characteristic that allows an electric signal to pass over a wide frequency band, and a specific frequency band from a plurality of frequency bands. There may be cases where a device having various characteristics such as a device having a passing characteristic to be switched and passed is required. For example, a filter provided in a tuner needs to have a pass characteristic that allows a specific frequency to be switched from a plurality of frequency bands. Most filters using a conventional microresonator have a resonance frequency determined by the structure as a passband, have a characteristic of passing an electric signal over a wide frequency band, or have a specific frequency from a plurality of frequency bands. However, it has been difficult to realize a transmission characteristic that allows the band to be switched.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、広い周波数帯域に亘った所望の通過特性を有するマイクロレゾネータ及びその製造方法、並びに当該マイクロレゾネータを備える電子機器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 an object thereof is to provide a microresonator having desired pass characteristics over a wide frequency band, a method for manufacturing the microresonator, and an electronic device including the microresonator.
上記課題を解決するために、本発明のマイクロレゾネータは、シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、当該積層部上に設けられた共振子及び電極とを備えるマイクロレゾネータであって、互いに異なる共振周波数を有する複数の共振子と、前記共振子の各々に対応して設けられ、電気的に並列に接続された複数の電極とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、共振周波数が互いに異なる複数の共振子と、電気的に並列に接続され、共振子の各々に対応した複数の電極とを備えているため、電極に印加された電気信号のうち、各共振子の共振周波数の何れかに一致した周波数によって共振子が共振する。このため、本発明のマイクロレゾネータをフィルタとして用いた場合には、広い周波数帯域に亘った通過特性を得ることができる。また、各共振子の共振周波数を所望の共振周波数に設定することで、広い周波数帯域に亘った所望の通過特性を得ることができる。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記共振子の形状が、円形形状、梁形状、又は一部が櫛歯形状であることを特徴としている。
この発明によれば、共振子の形状が予め定められた一定の形状ではなく、円形形状、梁形状、又は一部に櫛歯形状を有する形状に形成することができるため、通過させる周波数帯域に応じて共振子の形状を設定することができる。例えば、共振子の形状を一部に櫛歯形状を有する形状に設定すると周波数が数十KHzの電気信号を通過させる通過特性が得られ、梁形状に設定すると周波数が数MHz〜数十MHzの電気信号を通過させる通過特性が得られ、円形形状に設定すると周波数が数百MHzの電気信号を通過させる通過特性が得られる。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記共振子が、前記電極に印加される電気信号によって位置変化又は形状変化を生じて共振することを特徴としている。
この発明によれば、電極に印加される電気信号によって共振子の位置変化又は形状変化を引き起こして共振子を共振させているため、共振時に複数の共振モードで共振子を共振させることができ、通過帯域を広げる上で好適である。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記共振子が、前記電極に印加される電気信号によって形状変化を生じて共振するものであり、前記共振子の前記形状変化を生じない節の位置に形成され、前記共振子を前記積層部上に支持する支持部を備えることを特徴としている。
この発明によれば、共振子の形状変化を生じさせない節の位置に形成された支持部によって積層部上において共振子を支持しているため、共振子の形状変化を妨げることなく共振子を共振させることができる。また、節の位置に支持部を形成することで共振子の共振周波数を変化させることはない。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記共振子が、各々の厚みが同一の円形形状であり、互いに異なる径を有することを特徴としている。
この発明によれば、各共振子の形状を円形形状にするとともに厚みを同一にし、その径を異ならせているため、各共振子の異なる共振周波数を異ならせることができる。また、マイクロレゾネータを製造した際に行われる検査工程において、共振子の直径を測定すれば各共振子の共振周波数のずれを求めることができるため、検査を迅速且つ簡便に行うことができる。
上記課題を解決するために、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、当該積層部上に設けられた共振子及び電極とを備えたマイクロレゾネータの製造方法であって、前記積層部上に互いに異なる共振周波数を有する複数の共振子を形成する共振子形成工程と、前記共振子の各々に対応し、電気的に並列に接続された複数の電極を形成する電極形成工程とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、シリコン基板上に形成された積層部上に共振周波数が異なる複数の共振子を形成するとともに、各共振子に対応して電気的に並列に接続された電極を形成しているため、各共振子の共振周波数の何れかに一致した周波数を有する電気信号を通過させる広い周波数帯域に亘った通過特性を有するマイクロレゾネータを製造することができる。このとき、各共振子の共振周波数を所望の共振周波数に設定することで、広い周波数帯域に亘った所望の通過特性を得ることができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記共振子形成工程が、前記積層部上に絶縁性を有する中間膜と導電性を有する導電膜とを順に形成する工程と、前記導電膜をパターニングして前記中間膜上に前記複数の共振子を一度に形成する工程とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、積層部上に中間膜及び導電膜を形成した後で導電膜をパターニングして中間膜上に複数の共振子を一度に形成しているため、共振周波数が異なる複数の共振子を製造工程を複雑化することなく効率よく形成することができる。また、かかる工程により共振子を形成することで、複数の共振子の厚みを同一に形成することができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記共振子形成工程が、前記共振子を、円形形状、梁形状、又は一部に櫛歯形状を有する形状に形成する工程であることを特徴としている。
この発明によれば、共振子の形状が予め定められた一定の形状ではなく、円形形状、梁形状、又は一部に櫛歯形状を有する形状に形成することができるため、通過させる周波数帯域に応じて共振子の形状を設定することができる。例えば、共振子の形状を一部に櫛歯形状を有する形状に設定すると周波数が数十KHzの電気信号を通過させる通過特性が得られ、梁形状に設定すると周波数が数MHz〜数十MHzの電気信号を通過させる通過特性が得られ、円形形状に設定すると周波数が数百MHzの電気信号を通過させる通過特性が得られる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記電極形成工程が、前記複数の共振器が形成された中間膜上に絶縁膜を形成する工程と、前記中間膜上に形成された絶縁膜上に導電膜を形成し、前記共振子上の導電膜を除去して前記複数の電極を形成する工程とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、複数の共振器が形成された中間膜上に絶縁膜を形成した後で中間膜上に導電層を形成し、共振子上の導電膜を除去して導電膜を形成しているため、複数の共振子に対応し、共振子の形状に応じた形状を有する電極を製造工程を複雑化することなく効率よく製造することができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記複数の電極を形成した後で、前記共振子上に形成された前記絶縁膜を除去するとともに、前記積層部上に形成された中間膜の一部を残して除去することにより、前記複数の共振子の各々を支持する支持部を形成する工程を含むことを特徴としている。
この発明によれば、複数の電極を形成した後で、共振子上の絶縁膜を除去するとともに積層部上の中間膜の一部を残して除去することで共振子の各々を支持する支持部を形成しているため、製造工程を複雑化することなく容易に支持部を形成することができるとともに、共振子を電極への電気信号の印加により位置変化又は形状変化を生ずるものとすることができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記支持部を形成する工程が、前記複数の共振子の中心部を支持する支持柱を形成する工程であることが好ましい。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記導電膜が、ポリシリコンから形成されることを特徴としている。
この発明によれば、加工プロセスが確立されたポリシリコンを用いて導電膜を形成しているため、共振子及び電極の形成を精確且つ容易に行うことができる。とりわけ、共振子の共振周波数を決める要因の一つが共振子の質量であるため、共振子の形成を精確に行えることにより各共振子の共振周波数のばらつきを抑えることができる。
本発明の電子機器は、上記の何れかに記載のマイクロレゾネータ又は上記の何れかに記載のマイクロレゾネータの製造方法を用いて製造されたマイクロレゾネータを備えることを特徴としている。
この発明によれば、半導体素子を製造する技術を用いてシリコン基板上に所望の広い通過波数帯域を有するマイクロレゾネータを形成することができるため、マイクロレゾネータを応用したフィルタを半導体チップ内に集積化することができる。この結果、例えば、発振子、フィルタ、アンプ、混合器、及び検波器等からなる受信回路を1チップ化した半導体素子等の超小型・超高機能の半導体素子が提供される。
In order to solve the above problems, a microresonator of the present invention includes a silicon substrate, a stacked portion including at least an insulating film formed on the silicon substrate, and a resonator and an electrode provided on the stacked portion. A microresonator comprising: a plurality of resonators having different resonance frequencies; and a plurality of electrodes provided corresponding to each of the resonators and electrically connected in parallel. .
According to the present invention, since a plurality of resonators having different resonance frequencies and a plurality of electrodes electrically connected in parallel and corresponding to each of the resonators are provided, the electrical signal applied to the electrodes Of these, the resonator resonates at a frequency that matches one of the resonance frequencies of each resonator. For this reason, when the microresonator of the present invention is used as a filter, pass characteristics over a wide frequency band can be obtained. Further, by setting the resonance frequency of each resonator to a desired resonance frequency, it is possible to obtain desired pass characteristics over a wide frequency band.
The microresonator of the present invention is characterized in that the resonator has a circular shape, a beam shape, or a part of a comb shape.
According to the present invention, the shape of the resonator can be formed in a circular shape, a beam shape, or a shape having a comb-tooth shape in part instead of a predetermined fixed shape, so that the frequency band to pass through Accordingly, the shape of the resonator can be set. For example, if the shape of the resonator is set to a shape having a comb-teeth shape, a passing characteristic that allows an electrical signal having a frequency of several tens of KHz to pass is obtained, and if the shape is set to a beam shape, the frequency is set to several MHz to several tens of MHz. A pass characteristic that allows an electric signal to pass through is obtained, and a pass characteristic that allows an electric signal having a frequency of several hundreds of MHz to be passed when set in a circular shape.
The microresonator of the present invention is characterized in that the resonator resonates by causing a position change or a shape change by an electric signal applied to the electrode.
According to this invention, since the resonator is resonated by causing a position change or a shape change of the resonator by an electric signal applied to the electrode, the resonator can be resonated in a plurality of resonance modes at the time of resonance. This is suitable for widening the passband.
Further, the microresonator of the present invention is such that the resonator resonates by causing a shape change by an electric signal applied to the electrode, and is formed at a node position where the shape change of the resonator does not occur. And a support portion for supporting the resonator on the laminated portion.
According to the present invention, since the resonator is supported on the laminated portion by the support portion formed at the position of the node that does not cause the resonator shape change, the resonator is resonated without hindering the resonator shape change. Can be made. Further, the resonance frequency of the resonator is not changed by forming the support portion at the position of the node.
The microresonator of the present invention is characterized in that the resonators have a circular shape with the same thickness and have different diameters.
According to the present invention, each resonator has a circular shape, the same thickness, and different diameters. Therefore, different resonance frequencies of the resonators can be made different. Further, in the inspection process performed when the microresonator is manufactured, since the deviation of the resonance frequency of each resonator can be obtained by measuring the diameter of the resonator, the inspection can be performed quickly and easily.
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a microresonator of the present invention includes a silicon substrate, a stacked portion including at least an insulating film formed on the silicon substrate, a resonator provided on the stacked portion, and And a resonator forming step of forming a plurality of resonators having different resonance frequencies on the stacked portion, and corresponding to each of the resonators, and electrically And an electrode forming step of forming a plurality of electrodes connected in parallel.
According to the present invention, a plurality of resonators having different resonance frequencies are formed on the stacked portion formed on the silicon substrate, and electrodes electrically connected in parallel are formed corresponding to the resonators. Therefore, it is possible to manufacture a microresonator having a pass characteristic over a wide frequency band that allows an electric signal having a frequency that matches one of the resonance frequencies of each resonator to pass therethrough. At this time, desired pass characteristics over a wide frequency band can be obtained by setting the resonance frequency of each resonator to a desired resonance frequency.
Further, in the method for manufacturing a microresonator of the present invention, the resonator forming step includes sequentially forming an insulating intermediate film and a conductive conductive film on the stacked portion, and patterning the conductive film. And forming the plurality of resonators on the intermediate film at once.
According to the present invention, after forming the intermediate film and the conductive film on the laminated portion, the conductive film is patterned to form a plurality of resonators on the intermediate film at the same time. The child can be efficiently formed without complicating the manufacturing process. In addition, by forming the resonator by this process, the thickness of the plurality of resonators can be formed to be the same.
In the method of manufacturing a microresonator of the present invention, the resonator forming step is a step of forming the resonator into a circular shape, a beam shape, or a shape having a comb-tooth shape in part. Yes.
According to the present invention, the shape of the resonator can be formed in a circular shape, a beam shape, or a shape having a comb-tooth shape in part instead of a predetermined fixed shape, so that the frequency band to pass through Accordingly, the shape of the resonator can be set. For example, if the shape of the resonator is set to a shape having a comb-teeth shape, a passing characteristic that allows an electrical signal having a frequency of several tens of KHz to pass is obtained, and if the shape is set to a beam shape, the frequency is set to several MHz to several tens of MHz. A pass characteristic that allows an electric signal to pass through is obtained, and a pass characteristic that allows an electric signal having a frequency of several hundreds of MHz to be passed when set in a circular shape.
Further, in the method for manufacturing a microresonator of the present invention, the electrode forming step includes a step of forming an insulating film on the intermediate film on which the plurality of resonators are formed, and an insulating film formed on the intermediate film. Forming a plurality of electrodes by forming a conductive film on the substrate and removing the conductive film on the resonator.
According to this invention, after forming the insulating film on the intermediate film on which the plurality of resonators are formed, the conductive layer is formed on the intermediate film, and the conductive film on the resonator is removed to form the conductive film. Therefore, an electrode corresponding to a plurality of resonators and having a shape corresponding to the shape of the resonator can be efficiently manufactured without complicating the manufacturing process.
In the method for manufacturing a microresonator according to the present invention, after the plurality of electrodes are formed, the insulating film formed on the resonator is removed, and the intermediate film formed on the stacked portion is removed. The method includes a step of forming a support portion for supporting each of the plurality of resonators by removing the remaining portion.
According to the present invention, after forming the plurality of electrodes, the insulating film on the resonator is removed, and the support portion that supports each of the resonators is removed by removing a part of the intermediate film on the stacked portion. Therefore, it is possible to easily form the support portion without complicating the manufacturing process, and to change the position or shape of the resonator by applying an electric signal to the electrode. it can.
In the method for manufacturing a microresonator of the present invention, it is preferable that the step of forming the support portion is a step of forming a support column that supports the central portions of the plurality of resonators.
The method for manufacturing a microresonator according to the present invention is characterized in that the conductive film is formed of polysilicon.
According to the present invention, since the conductive film is formed using the polysilicon for which the processing process has been established, the resonator and the electrode can be accurately and easily formed. In particular, since one of the factors that determine the resonance frequency of the resonator is the mass of the resonator, variation in the resonance frequency of each resonator can be suppressed by accurately forming the resonator.
An electronic apparatus according to the present invention includes any one of the microresonators described above or a microresonator manufactured using any one of the above-described microresonator manufacturing methods.
According to the present invention, since a microresonator having a desired wide pass wave number band can be formed on a silicon substrate using a technique for manufacturing a semiconductor element, a filter using the microresonator is integrated in a semiconductor chip. can do. As a result, for example, an ultra-small and ultra-high performance semiconductor element such as a semiconductor element in which a receiving circuit including an oscillator, a filter, an amplifier, a mixer, a detector, and the like is integrated into one chip is provided.
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるマイクロレゾネータ及びその製造方法並びに電子機器について詳細に説明する。 Hereinafter, a microresonator, a manufacturing method thereof, and an electronic device according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔マイクロレゾネータ〕
図1は、本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータを示す平面図であり、図2は、図1中のA−A線に沿った断面矢視図である。図1及び図2に示すマイクロレゾネータ10は、トランスバーサル型のSAW(Surface Acoustic Wave:弾性表面波素子)フィルタと同様な働きをするフィルタとして構成したものである。尚、以下の説明においては、必要があれば図中にXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図1及び図2中のXYZ直交座標系は、X軸及びY軸がシリコン基板12の表面に対して平行となるよう設定され、Z軸がシリコン基板12の表面に対して直交する方向に設定されている。
[Micro Resonator]
FIG. 1 is a plan view showing a microresonator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The
図1に示すマイクロレゾネータ10は、シリコン基板12上に、共振子としての複数のディスク14a〜14cをY方向に所定の間隔をもって配列するとともに、ディスク14a〜14cの−X方向に電極16を、+X方向に電極18をそれぞれ配置して、電極16と電極18とによりディスク14a〜14cを挟持した構成である。ディスク14a〜14c及び電極16,18は、例えばシリコン基板12上に形成された導電層としてのポリシリコン(p−SiO)膜を利用して形成される。或いは、SOI(Silicon On Insulator)基板の絶縁膜上に結晶化されているシリコン層を利用して形成される。
A
ディスク14a〜14cの各々は円形形状に形成されており、その径はディスク14aが最も大きく、次いでディスク14bが大きく、ディスク14cが最も小さく形成されている。また、これらのディスク14a〜14cは同一の厚みに形成されている。ディスク14a〜14cは、電極16と後述する電極24との間、又は電極18と後述する電極24との間に印加される電気信号により形成される電界により形状変化(伸縮)を生じ、印加された電気信号に特定の周波数成分が含まれている場合に共振する。
Each of the
各ディスク14a〜14cの共振周波数は、質量、振動モードによって定まる有効質量、及びディスクの変形に対する復元力によって定まる。上述の通り、ディスク14a〜14cは厚みが同一であって相似であるため、ディスク14a〜14cの共振周波数は、径に応じて設定することができる。図1に示す通り、本実施形態においては、ディスク14a〜14cの径が互いに異なる径に設定されているため、ディスク14a〜14cは互いに異なる共振周波数を有している。
The resonance frequency of each of the
図1に示す例では、ディスク14aは径が最も大きい(質量が最も大きい)ため、ディスク14aの共振周波数はディスク14a〜14cの中で最も低い値である。また、ディスク14aは径が最も小さい(質量が最も小さい)ため、ディスク14cの共振周波数はディスク14a〜14cの中で最も高い値である。ディスク14a〜14cの共振周波数は、それぞれ120MHz、240MHz、430MHzである。尚、ここで挙げる数値はあくまでも一例であり、ディスク14a〜14cの厚み、径、及び材質を変えることにより任意の共振周波数に設定することができる。
In the example shown in FIG. 1, since the
電極16は、ディスク14a〜14cの各々に対応する電極部16a〜16cを備えている。これらの電極部16a〜16cは、X方向に延びた形状であって、+X方向における先端部がディスク14a〜14cの外周形状に合わせて凹形状に形成されている。各電極部16a〜16cは、その先端部がディスク14a〜14cの各々に対して所定の隙間をもって配置されている。かかる構成の電極16は、電極端子20と電気的に接続されている。
The
また、電極18は、電極16と同様に、ディスク14a〜14cの各々に対応する電極部18a〜18cを備えている。これらの電極部18a〜18cは上記の電極部16a〜16cと同様にX方向に延びた形状であって、−X方向における先端部がディスク14a〜14cの外周形状に合わせて凹形状に形成されている。各電極部18a〜18cは、その先端部がディスク14a〜14cの各々に対して所定の隙間をもって配置されている。かかる構成の電極18は、電極端子22に接続されている。電極端子20,22は、外部からの電気信号が供給される端子である。
Similarly to the
上述した電極部16a〜16cは電極部16の一部として形成されているため、各電極部16a〜16cは電気的に導通している。また、電極部18a〜18cは電極部18の一部として形成されているため、各電極部18a〜18cは電気的に導通している。よって、本実施形態のマイクロレゾネータ10は、電極部16a、ディスク14a、及び電極部18aからなるマイクロレゾネータ、電極部16b、ディスク14b、及び電極部18bからなるマイクロレゾネータ、並びに、電極部16c、ディスク14c、及び電極部18cからなるマイクロレゾネータを電気的に並列に接続した構成である。また、各ディスク14a〜14cの下方(−Z方向)のシリコン基板12上にはディスク14a〜14cの各々と電気的に導通し、Y方向に伸びる接地電極としての電極24が形成されている。この電極24は、電極端子26に接続されている。
Since the
図2に示す通り、電極24はシリコン基板12上の絶縁膜30上に形成されており、この電極24上にディスク14bが形成されている。ディスク14bの底部には円柱形状の支持部15bが形成されており、ディスク14bは電極24上において支持部15bによって裏面(絶縁膜30に対向する面)から支持されている。尚、図示は省略しているが、ディスク14a,14cの裏面側にも支持部15bと同様の支持部が形成されており、これらの支持部によってディスク14a,14cは電極24上において支持されている。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態のマイクロレゾネータ10は、ディスク14b自体の形状変化(伸縮)を生じさせて共振させる構造であるため、大きな形状変化が生ずる部位を固定することはできない。ここで、ディスク14bの共振時における形状変化について説明する。図3は、共振時において生ずるディスク14bの形状変化の一例を示す図である。図3に示す通り、共振子14bは電極部16b,18bの長手方向(X方向)に伸縮する形状変化を生ずる。ディスク14bに対して電極部16b,18bの少なくとも一方へ向かう引っ張り力が働くと、図3(a)に示す通り、ディスク14bはX方向に伸びる。この引っ張り力に対する復元力がディスク14bに働くと、図3(b)に示す通り、ディスク14bはX方向に縮む。よって、ディスク14bの周囲部(特に、電極16b,18bに近接する部位)における形状変化は大きいが、ディスク14bの中心部は形状変化が殆ど生じない節となる。このため、支持部15bはディスク14bの裏面における中心部を支持するよう形成される。ディスク14a,14cについても同様に、裏面における中心部を支持するよう支持部が形成される。
Since the
ディスク14a〜14cは、支持部15b等によってシリコン基板12上の絶縁膜30上に形成された電極24よりも上方(+Z方向)に浮き上がった状態で支持される。ディスク14a〜14cの浮上高さ、即ち支持部24の高さは数μm程度である。尚、図2において、ポリシリコン等で形成された電極16,18と絶縁膜30との間の層32,34は、電極16,18形成する工程において設けられた第1中間膜及び第2中間膜である。
The
以上説明した構成のマイクロレゾネータ10を、例えば発振子として用いる場合には、電極16に接続された電極端子20と接地電極としての電極24に接続された電極端子26との間に交流電圧を印加する。これらの電極端子間に交流電圧を印加すると、ディスク14aと電極部16aとの間、ディスク14bと電極部16bとの間、及びディスク14cと電極部16cとの間にそれぞれ静電引力が発生する。これによってディスク14a〜14cは、X方向に伸縮する形状変化を生ずる。
When the
ディスク14a〜14c各々の伸縮による振動がそれぞれディスク14a〜14c各々の固有振動数に達すると、ディスク14a〜14cはその振動数で共振する。ディスク14a〜14cが共振することによって、電極部18a〜18cに接続された電極端子22から、その固有振動数に応じた発振周波数を有する電気信号が出力される。ここで、本実施形態ではディスク14a〜14cの共振周波数が互いに異なるため、複数の発信周波数を有する電気信号が電極端子22から出力される。
When the vibration due to the expansion and contraction of each of the
また、マイクロレゾネータ10をフィルタとして用いる場合には、図4に示す通り、ディスク14aの固有振動数faを中心とした通過帯域幅Waを有する通過特性と、ディスク14bの固有振動数fbを中心とした通過帯域幅Wbを有する通過特性と、ディスク14cの固有振動数fcを中心とした通過帯域幅Wcを有する通過特性とを合成した通過帯域幅Wの通過特性を有するフィルタとして用いられる。図4は、マイクロレゾネータ10をフィルタとして用いる場合の通過特性の一例を示す図である。マイクロレゾネータ10をフィルタとして用いる場合には、電極端子20と電極端子26との間に交流電圧が印加される。
The
これらの電極端子間に印加される交流電圧の周波数が、図4に示す通過帯域幅Wに含まれる周波数であれば、ディスク14a〜14cの少なくとも1つが共振し、その周波数を有する電気信号が電極端子22から出力される。一方、通過帯域幅Wに含まれない周波数の交流電圧が入力された場合には、ディスク14a〜14cの全てが共振しない。この結果として、その周波数は除去される。このような動作によりマイクロレゾネータ10がフィルタとして用いられる。
If the frequency of the alternating voltage applied between these electrode terminals is a frequency included in the passband width W shown in FIG. 4, at least one of the
以上説明した本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータ10は、共振周波数が互いに異なる複数のディスク14a〜14cと、電気的に並列に接続されディスク14a〜14cの各々に対応した複数の電極部16a〜16c,18a〜18cを有する電極16,18とを備えているため、例えば電極16に印加された電気信号のうち、各ディスク14a〜14cの共振周波数の何れかに一致した周波数によってディスク14a〜14cが共振する。このため、広い周波数帯域に亘った所望の通過特性を有するフィルタを用いることができる。
The
〔マイクロレゾネータの製造方法〕
図5〜図7は、本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータの製造方法を示す工程図である。尚、図5〜図7に示す工程図は、図1中のA−A線に沿った断面を示しており、図1〜図3に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。まず、図5(a)に示す通り、シリコン基板12上の全面に酸化膜(SiO2)及び窒化膜(Si3N4)からなる絶縁膜30を形成し、次いで絶縁膜30上の全面に厚さ0.5μm程度のポリシリコン(p−SiO)膜32を形成する工程が行われる。シリコン基板12は両面が研磨されており、厚さが約500μm程度である。また、絶縁膜30は減圧気相成長(減圧CVD(Chemical Vapor Deposition))法を用いて形成され、その厚さは0.1μm程度である。
[Manufacturing Method of Micro Resonator]
5 to 7 are process diagrams showing a method for manufacturing a microresonator according to an embodiment of the present invention. 5 to 7 show cross sections along the line AA in FIG. 1, and the same members as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. It is. First, as shown in FIG. 5A, an insulating
シリコン基板12上への絶縁膜30及びポリシリコン膜32の形成が終了すると、ポリシリコン膜32の上面の全面に亘ってフォトレジスト(不図示)を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとしてポリシリコン膜32に対してエッチング処理を行う。エッチング処理が終了し、ポリシリコン膜32上に形成されているレジストパターンを剥離すると、図5(b)に示す通り、絶縁膜30上に接地電極としての電極24が形成される。
When the formation of the insulating
電極24の形成が終了すると、図5(c)に示す通り、電極24が形成された絶縁膜30の全面に亘って第1中間膜を形成する工程が行われる。この第1中間膜34は、例えば酸化膜(SiO2)を含んで構成され、減圧CVD法を用いて形成される。第1中間膜34の厚みは数μm程度に設定される。第1中間膜34を形成すると、第1中間膜34の上面の全面に亘ってフォトレジスト(不図示)を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして第1中間膜34に対してエッチング処理を行い、電極24上に形成された第1中間膜34の一部を除去して開口H1を形成する。この開口H1の断面形状は、例えば円形形状に形成される。開口H1を形成した後は、第1中間膜34上に形成されているレジストパターンを剥離する。
When the formation of the
以上の工程が終了すると、図6(a)に示す通り、開口H1が形成された第1中間膜34上の全面に亘ってポリシリコン膜36を形成する工程が行われる。第1中間膜34上の全面に亘ってポリシリコン膜36を形成することにより、第1中間膜34に形成された開口H1がポリシリコンで埋め込まれた状態になる。ここで、ポリシリコン膜36の厚みは、ディスク14a〜14cの共振周波数に応じて設定され、例えば数μm〜数十μm程度に設定される。
When the above steps are completed, as shown in FIG. 6A, a step of forming a
ポリシリコン膜36を形成すると、ポリシリコン膜36の上面の全面に亘ってフォトレジスト(不図示)を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとしてポリシリコンに対してエッチング処理を行い、ポリシリコン膜36上のレジストパターンを剥離すると、図6(b)に示す通り、ディスク14bが形成される。尚、この工程ではディスク14bとともにディスク14a,14cも同時に形成される。上述の通り、ポリシリコン膜36は第1中間膜24上の全面に亘って一度の工程で形成され、またディスク14a〜14cも一度の工程で形成されるため、形成されたディスク14a〜14cは同一の厚みに形成される。
When the
ディスク14a〜14cを形成すると、図6(c)に示す通り、ディスク14a〜14c上及び第1中間膜34上に第2中間膜36を形成する工程が行われる。この第2中間膜36は、例えば酸化膜(SiO2)を含んで構成され、減圧CVD法を用いて形成される。尚、この第2中間膜36はディスク14a〜14cの表面を酸化することにより形成しても良い。
When the
次いで、図7(a)に示す通り、第2中間膜36上の上面の全面に亘ってポリシリコン膜38を形成する工程が行われる。ここで、ポリシリコン膜38の厚みは、ディスク14a〜14cの厚みと同程度の数μm〜数十μm程度に設定される。ポリシリコン膜38を形成すると、ポリシリコン膜38の上面の全面に亘ってフォトレジスト(不図示)を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。
Next, as shown in FIG. 7A, a step of forming a
次いで、このレジストパターンをマスクとしてポリシリコン膜38に対してエッチング処理を行い、電極部16a〜16cを有する電極16及び電極部18a〜18cを有する電極18を形成する。尚、この工程では、ディスク14b(14a,14b)上に形成されたシリコン膜38のほぼ全てを除去し、図7(b)に示す通り、断面形状が円形の開口H2を形成する。開口H2を形成した後は、ポリシリコン膜38上に形成されているレジストパターンを剥離する。
Next, the
以上の工程が終了すると、ポリシリコン膜38に形成された開口H2からディスク14b(14a,14c)を覆う第2中間膜36をエッチングにより除去するとともに、ディスク14b(14a,14c)と電極24との間に形成されている第1中間膜34をエッチングにより除去する工程が行われる。この工程を経ることで、図7(c)に示す通り、電極24上で支持部15bにより支持されているディスク14bを形成することができる。また、この工程では、支持部15bと同様の支持部により電極24上に支持されているディスク14a,14cを形成することができる。
When the above steps are completed, the second
以上説明した通り、本実施形態においては、互いに異なる共振周波数を有するディスク14a〜14cを形成するとともに、電気的に並列に接続された電極部16a〜16cからなる電極16と電気的に並列に接続された電極部18a〜18cからなる電極18とを形成してマイクロレゾネータ10を製造している。このため、広いディスク14a〜14cの共振周波数の何れかに一致した周波数を有する電気信号を通過させる広い周波数帯域に亘った通過特性を有するマイクロレゾネータ10を製造することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、第1中間膜34上にポリシリコン膜36を形成した後で、ポリシリコン膜36をパターニングして一度にディスク14a〜14cを形成しているため、共振周波数が異なる複数のディスク14a〜14cを製造工程を複雑化することなく効率よく形成することができる。また、かかる工程によりディスク14a〜14cを形成することで、ディスク14a〜14cの厚みを同一に形成することができる。
In addition, after the
〔他の実施形態によるマイクロレゾネータ〕
図8は、本発明の他の実施形態によるマイクロレゾネータを示す平面図である。図8に示すマイクロレゾネータ40は、上記の実施形態と同様にトランスバーサル型のSAWフィルタと同様な働きをするフィルタとして構成したものである。尚、本実施形態においても、必要があれば図中にXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。
[Micro Resonator According to Other Embodiment]
FIG. 8 is a plan view showing a microresonator according to another embodiment of the present invention. The
図8に示すマイクロレゾネータ40は、シリコン基板42上に、互いに異なる共振周波数を有するマイクロレゾネータ44a〜44cを電気的に並列に接続した構成である。マイクロレゾネータ44a〜44cは、櫛歯形状の固定電極と櫛歯形状の可動電極とからなる送信側IDT(Inter Digital Transducer)及び櫛歯形状の固定電極と櫛歯形状の可動電極とからなる受信側IDTをそれぞれ備えており、各々の送信側IDTが電極46に接続され、各々の受信側IDTが電極48に接続された構成である。電極46には電極端子52が接続されており、電極48には電極端子52が接続されている。また、シリコン基板42上にはマイクロレゾネータ44a〜44cに共通した接地電極としての電極54が形成されている、この電極54には電極端子56が接続されている
A
次に、マイクロレゾネータ44a〜44cの具体的な構成について、マイクロレゾネータ44bを例に挙げて説明する。図9は、本発明の他の実施形態によるマイクロレゾネータ40の一部をなすマイクロレゾネータ44bを抜き出して示した平面図であり、図10は、図8及び図9中のB−B線に沿った断面矢視図である。マイクロレゾネータ44bは、シリコン基板42の表面に形成された酸化膜を含む絶縁膜43上において、X方向に沿って送信側IDT60と受信側IDT70とを配置し、これらの間に共振子80を配置した構成である。送信側IDT60、受信側IDT70、及び共振子80は、例えばシリコン基板42上に形成された導電層としてのポリシリコン(p−SiO)膜を利用して形成される。或いは、SOI(Silicon On Insulator)基板の絶縁膜上に結晶化されているシリコン層を利用して形成される。
Next, a specific configuration of the
送信側IDT60は櫛歯部61を有する固定電極62と櫛歯部63を有する可動電極64とから構成されている。送信側IDT60の固定電極62は、リード線65を介して電極端子50に接続されている。同様に、受信側IDT70は、櫛歯部71を有する固定電極72と櫛歯部73を有する可動電極74とから構成されている。受信側IDT70の固定電極72は、リード線75を介して電極端子52に接続されている。
The transmission-
上記の可動電極64と可動電極74とは、X方向延びる連結ビーム81で連結されている。共振子80は、この連結ビーム81、可動電極64,74、及び後述する方形状のフレームからなる梁部82とから構成されている。共振子80は、連結ビーム81の−X方向における端部に連結された可動電極64の櫛歯部63が固定電極62の櫛歯部61と平面的に噛み合うように、且つ連結ビーム81の+X方向における端部に連結された可動電極74の櫛歯部73が固定電極72の櫛歯部71と平面的に噛み合うように、固定電極62と固定電極72との間に配置されている。
The
また、固定電極62の櫛歯部61と可動電極64の櫛歯部63とは、それぞれ複数の櫛歯が所定の平面上の隙間(櫛歯ギャップ)をもって、シリコン基板42の表面に平行に噛み合っている。同様に、固定電極72の櫛歯部71と可動電極74の櫛歯部73とは、それぞれ複数の櫛歯が所定の平面上の隙間をもって、シリコン基板42の表面に平行に噛み合っている。櫛歯部63を有する可動電極64及び櫛歯部73を有する可動電極74が共振子80に設けられているため、櫛歯部63,73の長手方向の振動、又は共振子80のねじれ又は回転による振動等の共振モードを得ることができ、共振周波数の設定範囲を広くする上で好適である。勿論、かかる構成であれば単一の共振周波数を得ることもできる。
In addition, the
可動電極64,74に対して一体的に形成されたフレーム状の梁部82は、梁部82に結合された片持ち梁83によって支持されており、片持ち梁83の支持部84がシリコン基板42上に固定された構造になっている。支持部84は接地電極としての電極端子56と導通しているため、共振子80は電位がほぼ接地電位になる。尚、梁部82の外形形状は、特に方形形状に限定されるものではなく、円形形状、長円形状、紡錘形状等の任意の形状に設定することができる。
The frame-shaped
図10に示す通り、連結ビーム81はシリコン基板42の絶縁膜43の表面よりも上方(+Z方向)に基板面に対して平行に浮き上がった状態で支持されている。従って、連結ビーム81の両端に連結された櫛歯状の可動電極64,74も同様に基板面に平行に浮き上がった状態に配置される。また、可動電極64,74に噛み合う櫛歯状の固定電極62,72も櫛歯の部分が基板面に平行に浮き上がった状態に支持されている。
As shown in FIG. 10, the
可動電極64,74及び固定電極62,72の浮上高さ、即ち、シリコン基板42上に形成された絶縁膜43との間隔は2〜3μm程度である。尚、図10において、ポリシリコン等で形成された電極端子50,52及びリード線65,75と絶縁膜43との間の層45は、櫛歯状の固定電極62,72と可動電極64,74との櫛歯部を基板面に平行に浮き上がった構成に形成する際の製造工程において設けられた犠牲層である。尚、マイクロレゾネータ44a,44cもマイクロレゾネータ44bと同様の構成である。
The flying height of the
以上説明した構成のマイクロレゾネータ40を、例えば発振子として用いる場合には、櫛歯状の固定電極62の電極端子50と接地電極としての電極端子54との間に交流電圧を印加する。これらの電極端子間に交流電圧を印加すると、マイクロレゾネータ44a〜44cの各々に設けられる固定電極62の櫛歯部61と可動電極64の櫛歯部63との間に静電引力が発生する。これによって可動電極64が、櫛歯の噛み合い方向(櫛歯の長さ方向、即ちX方向)にバネ性を有する梁部82を介して引き押しされて振動する。この振動は可動電極64と一体化されたバネ性を持つ梁部82に伝達され、他方の同様に固定電極72の櫛歯部71と噛み合い状態にある櫛歯部73を備える可動電極74がX方向に振動する。
When the
入力側である一方の櫛歯状の固定電極62と可動電極64との間で発生した振動が、共振子80の固有振動数に達すると、共振子80はその振動数で共振する。共振子80が共振することによって、他方の櫛歯部71を有する固定電極72に接続された電極端子52から、その固有振動数に応じた発振周波数を有する電気信号が出力される。発振周波数(共振周波数)は、可動電極64,74を含む共振子80の質量と梁部82のバネ定数で定まる変位に対する復元力(梁部82の弾性力)とによって定まる。
When the vibration generated between the comb-shaped fixed
ここで、共振子80の質量をmとし、梁部82のバネ定数をkとすると、固定電極72から出力される電気信号の発振周波数f0は以下の(1)式で表される。
f0=(1/(2・π))・(k/m)1/2 ……(1)
図9に示すマイクロレゾネータ44bを発振子として用いる場合には、その発振周波数の設計目標値として、例えばマイクロレゾネータ44cについては16kHz、マイクロレゾネータ44bについては32kHz、マイクロレゾネータ44aについては72kHz等が設定される。
Here, when the mass of the
f 0 = (1 / (2 · π)) · (k / m) 1/2 (1)
When the microresonator 44b shown in FIG. 9 is used as an oscillator, design target values of the oscillation frequency are set to 16 kHz for the microresonator 44c, 32 kHz for the microresonator 44b, 72 kHz for the
また、マイクロレゾネータ40をフィルタとして用いる場合には、図4に示す通過特性と同様に、マイクロレゾネータ44a〜44cの通過特性を合成した通過特性を有するフィルタとして用いられる。マイクロレゾネータ40をフィルタとして用いる場合には、電極端子50と電極端子54との間に交流電圧が印加される。これらの電極端子間に印加された交流電圧の周波数が、マイクロレゾネータ40の通過帯域幅に含まれる周波数であれば、マイクロレゾネータ44a〜44cの少なくとも1つの共振子80が静電力によってX方向に振動して、その周波数を有する電気信号が電極端子52から出力される。一方、マイクロレゾネータ40の通過帯域幅に含まれない周波数の交流電圧が入力された場合には、マイクロレゾネータ44a〜44cの何れの共振子80も共振しない。この結果として、その周波数は除去される。このような動作によりマイクロレゾネータ40が広い通過帯域幅を有するフィルタとして用いられる。
When the
〔他の実施形態によるマイクロレゾネータの製造方法〕
図11及び図12は、本発明の他の実施形態によるマイクロレゾネータの製造方法を示す工程図である。尚、図11及び図12に示す工程図は、図8及び図9中のB−B線に沿った断面を示しており、図8〜図10に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。まず、図11(a)に示す通り、シリコン基板42上に二酸化珪素(SiO2)からなる酸化膜43aを形成する。上記シリコン基板42は両面が研磨されており、厚さが約500μm程度である。また、酸化膜43aは減圧気相成長(減圧CVD(Chemical Vapor Deposition))法を用いて形成され、その厚さは0.1μm程度である。
[Manufacturing Method of Micro Resonator According to Other Embodiment]
11 and 12 are process diagrams showing a method of manufacturing a microresonator according to another embodiment of the present invention. 11 and 12 show cross sections along the line BB in FIGS. 8 and 9, and the same members as those shown in FIGS. The code | symbol is attached | subjected. First, as shown in FIG. 11A, an
次に、酸化膜43a上に厚さ0.5μm程度の窒化膜(Si3N4)43bを形成する。この窒化膜43bも減圧CVD法を用いて形成される。尚、これらの酸化膜43a及び窒化膜43bから図10に示した絶縁膜43が形成されている。窒化膜43bを形成すると、次に窒化膜43b上にSiO2からなり、厚さが2μm程度の犠牲層45を形成する工程が行われる。
Next, a nitride film (Si 3 N 4 ) 43b having a thickness of about 0.5 μm is formed on the
以上の工程が終了すると、犠牲層45の上面の全面に亘ってフォトレジスト(不図示)を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして犠牲層45に対してエッチング処理を行うことにより、図11(b)に示す通り、マイクロレゾネータ44a〜44cの固定電極62,72となるべき箇所及び支持部84となるべき箇所(図9参照)の犠牲層45を除去する。
When the above steps are completed, a photoresist (not shown) is applied over the entire upper surface of the
エッチング処理が完了し、犠牲層45上に形成されているレジストパターンを剥離すると、図11(c)に示す通り、犠牲層45及び露出している窒化膜43b上の全面に亘って厚さが2.0μm程度の導電層としてのポリシリコン(p−SiO)膜60を形成する工程が行われる。ポリシリコン膜47を形成すると、ポリシリコン膜47上に不図示のフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。
When the etching process is completed and the resist pattern formed on the
レジストパターンを形成すると、ポリシリコン膜47に対してエッチング処理を行い、最終的にマイクロレゾネータ44a〜44cの固定電極62,72、共振子80(連結ビーム81、可動電極64,74、及び梁部82)、及び片持ち梁83、並びに、電極端子50,52,56及びリード線65,75となるべき部分を残し、それ以外の部分を除去する。エッチング処理を終えて、ポリシリコン膜47上に形成されているレジストパターンを除去すると、図12(a)に示す状態になる。
When the resist pattern is formed, the
以上の工程が終了すると、固定電極62の櫛歯部61、固定電極72の櫛歯部71、共振子80(可動電極64,74、連結ビーム81、及び梁部82)、及び片持ち梁83の下方の犠牲層45をエッチングにより除去する。このようなエッチングは、エッチング時間を制御することにより可能である。かかるエッチングを行うことで、マイクロレゾネータ44a〜44c各々について、図12(b)に示す通り、シリコン基板42上(窒化膜43b上)において、2〜3μm程度の間隔をもって浮上した状態にある共振子80を形成することができる。
When the above steps are completed, the
以上、本発明の実施形態によるマイクロレゾネータ及びその製造方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲内において自由に変更が可能である。例えば、図1に示したマイクロレゾネータ10は共振子として円形形状のディスク14a〜14cを備えており、図8に示したマイクロレゾネータ40は櫛歯状の可動電極64,74を含む共振子を備えていたが、本発明は共振子が以上の形状に制限されることはなく、任意の形状であって良い。例えば、梁(ビーム)形状の共振子を備えていても良い。
The microresonator and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention. For example, the
また、上記実施形態では、ディスク14a〜14cの質量を異ならせ、又はマイクロレゾネータ44a〜44cの各々が備える共振子80の質量を異ならせて共振周波数を互いに異ならせる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、同一質量の共振子を複数備え、振動モードを異ならせることにより、共振周波数を互いに異ならせるようにしても良い。ディスク14a〜14cの場合には振動モードが異なると節の位置が異なる位置に現れることがあるため、この節の位置に合わせて各ディスク14a〜14cを支持する支持部の位置を設定すれば良い。
In the above embodiment, the case where the masses of the
〔電子機器〕
図13は、本発明の一実施形態による電子機器としての携帯電話機の外観を示す斜視図である。図13に示す携帯電話機100は、アンテナ101、受話器102、送話器103、液晶表示部104、及び操作釦部105等を備えて構成されている。図14は、図13に示した携帯電話機100の内部に設けられる電子回路の電気的構成を示すブロック図である。
〔Electronics〕
FIG. 13 is a perspective view showing an appearance of a mobile phone as an electronic apparatus according to an embodiment of the present invention. A
図14に示した電子回路は、携帯電話機100内に設けられる電子回路の基本構成を示し、送話器110、送信信号処理回路111、送信ミキサ112、送信フィルタ113、送信電力増幅器114、送受分波器115、アンテナ116a,116b、低雑音増幅器117、受信フィルタ118、受信ミキサ119、受信信号処理回路120、受話器121、周波数シンセサイザ122、制御回路123、及び入力/表示回路124を含んで構成される。尚、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑となっている。
The electronic circuit shown in FIG. 14 shows a basic configuration of an electronic circuit provided in the
送話器110は、例えば音波を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現され、図13中の送話器103に相当するものである。送信信号処理回路111は、送話器110から出力される電気信号に対して、例えばD/A変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ112は、周波数シンセサイザ122から出力される信号を用いて送信信号処理回路111から出力される信号をミキシングする。尚、送信ミキサ112に供給される信号の周波数は、例えば380MHz程度である。送信フィルタ113は、中間周波数(IF)の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。尚、送信フィルタ113から出力される信号は不図示の変換回路によりRF信号に変換される。このRF信号の周波数は、例えば1.9GHz程度である。送信電力増幅器114は、送信フィルタ113から出力されるRF信号の電力を増幅し、送受分波器115へ出力する。
The
送受分波器115は、送信電力増幅器114から出力されるRF信号をアンテナ116a,116bへ出力し、アンテナ116a,116bから電波の形で送信する。また、送受分波器115はアンテナ116a,116bで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器117へ出力する。尚、送受分波器115から出力される受信信号の周波数は、例えば2.1GHz程度である。低雑音増幅117は送受分波器115からの受信信号を増幅する。尚、低雑音増幅器117から出力される信号は、不図示の変換回路により中間信号(IF)に変換される。
The transmitter /
受信フィルタ118は不図示の変換回路により変換された中間周波数(IF)の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。受信ミキサ119は、周波数シンセサイザ122から出力される信号を用いて送信信号処理回路111から出力される信号をミキシングする。尚、受信ミキサ119に供給される中間周波数は、例えば190MHz程度である。受信信号処理回路120は受信ミキサ119から出力される信号に対して、例えばA/D変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器121は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現され、図13中の受話器102に相当するものである。
The
周波数シンセサイザ122は送信ミキサ112へ供給する信号(例えば、周波数380MHz程度)及び受信ミキサ119へ供給する信号(例えば、周波数190MHz)を生成する回路である。尚、周波数シンセサイザ122は、例えば760MHzの発振周波数で発振するPLL回路を備え、このPLL回路から出力される信号を分周して周波数が380MHzの信号を生成し、更に分周して周波数が190MHzの信号を生成する。制御回路123は、送信信号処理回路111、受信信号処理回路120、周波数シンセサイザ122、及び入力/表示回路124を制御することにより携帯電話機の全体動作を制御する。入力/表示回路124は、携帯電話機100の使用者に対して機器の状態を表示するとともに操作者の指示を入力するためのものであり、例えば図13に示した液晶表示部104及び操作釦部105に相当する。
The
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ113及び受信フィルタ118として前述したマイクロレゾネータが用いられている。これら送信フィルタ113及び受信フィルタ118がフィルタリングする周波数(通過させる周波数帯域)は、送信ミキサ112から出力される信号の内の必要となる周波数、及び、受信ミキサ119で必要となる周波数に応じて送信フィルタ113及び受信フィルタ118で個別に設定されている。
In the electronic circuit having the above configuration, the above-described microresonator is used as the
携帯電話等の無線機器の使用帯域は有限であり、必ずしも連続した周波数帯域が割り当てられていないことが多い。従って、既に割り当てられている周波数の範囲内での通信容量が許容量を超えると、他の周波数帯域(連続していない周波数帯域)に移行して通信容量を増やすことになる。携帯電話機は利便性を維持するために、複数の周波数帯域に対応した検波回路を複数備えるものが実現されている。 The bandwidth used by wireless devices such as mobile phones is limited, and a continuous frequency band is not always assigned. Therefore, when the communication capacity within the already allocated frequency range exceeds the allowable amount, the communication capacity is increased by shifting to another frequency band (non-continuous frequency band). In order to maintain convenience, mobile phones have been provided with a plurality of detection circuits corresponding to a plurality of frequency bands.
検波回路の一部をなす送信フィルタ113及び受信フィルタ118に相当する従来の部品は、受信ミキサ119等と集積化することはできなかったため、集積化された受信ミキサ119等とは別個の部品として基板上に搭載されており、複数の周波数帯域に対応したものは、各周波数帯域毎の検波回路が受信ミキサ119とは別に設けられていた。これに対し、本実施形態のマイクロレゾネータを備えれば異なる周波数帯域(広い周波数帯域)に亘った通過特性を備えており、しかも受信ミキサ119等と一緒に集積化することができるため、携帯電話機100の大幅な小型化・軽量化を図ることができる。
Since the conventional parts corresponding to the
図15は、本発明の他の実施形態による電子機器としての腕時計の外観を示す斜視図である。図15に示す腕時計200は、発振子として上述したマイクロレゾネータ10,40を備えている。このマイクロレゾネータ10,40の発振周波数は、例えば16kHz、32kHz、72kHz等の複数の周波数に設定されている。現在一般に設けられている腕時計は発振子としてクオーツ(水晶)発振子を備えるものが多いが、マイクロレゾネータ10を発振子として用いることにより、腕時計200の更なる小型・軽量化を図ることができる。また、本実施形態のマイクロレゾネータは複数の異なる周波数で発振するため、複数の異なる周波数が必要となる回路を備える場合には、各々の回路に必要な周波数を供給することができるという利点がある。
FIG. 15 is a perspective view showing an appearance of a wristwatch as an electronic apparatus according to another embodiment of the present invention. A
以上、本発明の実施形態によるマイクロレゾネータ及びその製造方法並びに電子機器について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば上記実施形態においては電子機器として携帯電話機及び腕時計を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の電子機器は携帯電話機及び腕時計に限定される訳ではなく、計時機能を有するコンピュータ、電波時計、ディジタルカメラ、各種の家電製品等の種々の電子機器が含まれる。 The microresonator, the manufacturing method thereof, and the electronic device according to the embodiment of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, a mobile phone and a wristwatch have been described as examples of electronic devices. However, the electronic device of the present invention is not limited to a mobile phone and a wristwatch, and includes various electronic devices such as a computer having a timekeeping function, a radio timepiece, a digital camera, and various home appliances.
また、携帯電話機等の携帯性を有する電子機器のみならずBS放送及びCS放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器も含まれる。更には、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるHUB等の電子機器も含まれる。これらの電子機器は、所定の周波数をフィルタリングするため、及び計時機能を実現するためにマイクロレゾネータが用いられる。 Further, not only electronic devices having portability such as mobile phones but also communication devices used in a stationary state such as tuners that receive BS broadcasts and CS broadcasts are included. Furthermore, not only communication devices that use radio waves propagating in the air as communication carriers, but also electronic devices such as HUBs that use high-frequency signals propagating in coaxial cables or optical signals propagating in optical cables. In these electronic devices, a microresonator is used for filtering a predetermined frequency and for realizing a clocking function.
10……マイクロレゾネータ
12……シリコン基板
14a〜14c……ディスク(共振子)
15b……支持部
16……電極
18……電極
30……絶縁膜(積層部)
34……第1中間膜(積層部、中間膜)
36……第2中間膜(積層部、絶縁膜)
40……マイクロレゾネータ
42……シリコン基板
43……絶縁膜(積層部)
43a……酸化膜(積層部)
43b……窒化膜(積層部)
45……犠牲層(積層部)
62……固定電極(電極)
72……固定電極(電極)
80……共振子
10 ……
15b: Supporting part 16:
34 …… First intermediate film (laminated part, intermediate film)
36 …… Second intermediate film (laminated part, insulating film)
40 ……
43a …… Oxide film (lamination)
43b ... Nitride film (lamination)
45 …… Sacrificial layer (lamination)
62 …… Fixed electrode (electrode)
72 …… Fixed electrode (electrode)
80 …… Resonator
Claims (13)
互いに異なる共振周波数を有する複数の共振子と、
前記共振子の各々に対応して設けられ、電気的に並列に接続された複数の電極と
を備えることを特徴とするマイクロレゾネータ。 A microresonator comprising a silicon substrate, a laminated portion including at least an insulating film formed on the silicon substrate, and a resonator and an electrode provided on the laminated portion,
A plurality of resonators having different resonance frequencies;
A microresonator comprising a plurality of electrodes provided corresponding to each of the resonators and electrically connected in parallel.
前記共振子の前記形状変化を生じない節の位置に形成され、前記共振子を前記積層部上に支持する支持部を備える
ことを特徴とする請求項1記載のマイクロレゾネータ。 The resonator is resonated by causing a shape change by an electric signal applied to the electrode,
2. The microresonator according to claim 1, further comprising a support portion that is formed at a position of a node where the shape change of the resonator does not occur and supports the resonator on the stacked portion.
前記積層部上に互いに異なる共振周波数を有する複数の共振子を形成する共振子形成工程と、
前記共振子の各々に対応し、電気的に並列に接続された複数の電極を形成する電極形成工程と
を含むことを特徴とするマイクロレゾネータの製造方法。 A manufacturing method of a microresonator comprising a silicon substrate, a laminated portion including at least an insulating film formed on the silicon substrate, and a resonator and an electrode provided on the laminated portion,
A resonator forming step of forming a plurality of resonators having different resonance frequencies on the laminated portion;
Forming a plurality of electrodes electrically connected in parallel to each of the resonators, and a method of manufacturing a microresonator.
前記導電膜をパターニングして前記中間膜上に前記複数の共振子を一度に形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項6記載のマイクロレゾネータの製造方法。 The resonator forming step includes sequentially forming an insulating intermediate film and a conductive conductive film on the stacked portion;
The method for manufacturing a microresonator according to claim 6, further comprising: patterning the conductive film to form the plurality of resonators on the intermediate film at a time.
前記中間膜上に形成された絶縁膜上に導電膜を形成し、前記共振子上の導電膜を除去して前記複数の電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項7又は請求項8記載のマイクロレゾネータの製造方法。 The electrode forming step includes a step of forming an insulating film on the intermediate film on which the plurality of resonators are formed;
The method includes: forming a conductive film on an insulating film formed on the intermediate film, and removing the conductive film on the resonator to form the plurality of electrodes. Item 9. A method for producing a microresonator according to Item 8.
A microresonator manufactured according to any one of claims 1 to 5, or a microresonator manufactured using the method of manufacturing a microresonator according to any one of claims 6 to 12. Electronic equipment characterized by
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US7940145B2 (en) | 2006-11-10 | 2011-05-10 | Hitachi, Ltd. | Thin film piezoelectric vibrator, thin film piezoelectric bulk acoustic wave resonator, and radio-frequency filter using such resonator |
-
2004
- 2004-03-25 JP JP2004089214A patent/JP2005277861A/en not_active Withdrawn
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