JP4604730B2

JP4604730B2 - 微小振動子、半導体装置及び通信装置

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Inventors: 正裕多田; 浩一池田
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Description

本発明は、例えば信号フィルタ、ミキサー、共振器などの要素となる微小振動子、この微小振動子を有する半導体装置、及びこの微小振動子による帯域フィルタを用いた通信装置に関する。

マイクロマシン（ＭＥＭＳ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて作製された微小振動子が知られている。半導体プロセスを用いて作製された微小振動子は、デバイスの占有面積が小さいこと、高Ｑ値を実現できること、他の半導体デバイスとの集積化が可能であること、という特長により、無線通信デバイスの中でも高周波フィルタとしての利用がミシガン大学を始めとする研究機関から提案されている（非特許文献１参照）。

図１５に、上述の高周波フィルタを構成する微小振動子、すなわち静電駆動のビーム型振動子の概略を示す。この振動子１は、半導体基板２上に絶縁膜３を介して例えば多結晶シリコンによる入力側配線層７と出力電極４が形成され、この出力電極４に対向して空間５を挟んで振動板となる電極、所謂ビーム（梁）６が形成されて成る。ビーム６は両端のアンカー部（支持部）８（８Ａ，８）にて支持されるようにブリッジ状に跨いで入力側配線層７に接続される。ビーム６は入力電極となる。入力側配線層７より入力端子ｔ１が、出力電極４より出力端子ｔ２が夫々導出される。この振動子１は、ビーム６と接地間に直流バイアス電圧（以下、ＤＣバイアス電圧という）Ｖ１が印加された状態で、入力端子ｔ１を通じて高周波信号Ｓ１が供給される。すなわち、入力端子ｔ１からＤＣバイアス電圧Ｖ１と高周波信号Ｓ１が供給されると、長さで決まる固有振動数を有するビーム６が、出力電極４とビーム６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４とビーム６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４（従って、出力端子ｔ２）から出力される。高周波フィルタではビーム６の固有振動数（固有周波数）に対応した信号が出力される。

Ｃ．Ｔ．−Ｎｇｕｙｅｎ，Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｆｏｒｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄｌｏｗ−ｐｏｗｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ｉｎｖｉｔｅｄｐｌｅｎａｒｙ），ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１９９９ＩＥＥＥＭＴＴ−ＳＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍＲＦＭＥＭＳＷｏｒｋｓｈ′ｏｐ，Ｊｕｎｅ，１８，１９９９，ｐｐ，４８−７７，

先行技術として静電駆動のビーム型振動子の他の構成を図１４に示す。この振動子１１は、例えば半導体基板１２上に絶縁膜１３を介して入力電極１４及び出力電極１５が形成され、この入力電極１４及び出力電極１５に対向して空間１６を挟んで振動板となる電極、いわゆるビーム（梁）１７が形成されて成る。ビーム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１８に接続されるように、両端をアンカー部（支持部）１９（１９Ａ，１９Ｂ）で一体に支持される。入力電極１４から入力端子ｔ１が導出され、入力端子ｔ１を通じて高周波信号Ｓ１が入力される、出力電極１５から出力端子ｔ２が導出される。ビーム１７には所要のＤＣバイアス電圧Ｖ１が印加される。

この振動子１１では、入力電極１４に高周波信号Ｓ１が入力されると、ＤＣバイアス電圧Ｖ１が印加されたビーム１７と入力電圧１４間に生じる静電力でビーム１７が共振し、出力電極１５から目的周波数の高周波信号が出力される。この微小振動子１１によれば、入出力電極１４及び１５の対向面積が小さく且つ入出力電極１４及び１５間の間隔を大きくとれるので、図１５の振動子１に比べて入出力電極間の寄生容量Ｃｏが小さくなる。したがって、入出力電極１４、１５間の寄生容量Ｃ0 を直接通過する信号、つまりノイズ成分が小さくなり、出力信号のＳＮ比が向上する。

ところで、単体の振動子ではインピーダンスが高く、実用レベルに達していないのが現状である。インピーダンスを低くするために、振動子の並列化技術が提案されている。図１３に、図１５に示したと同様の構成を採る振動子素子を並列化した微小振動子の一例を示す。この微小振動子２１は、基板２２上に形成した下部電極となる共通の出力電極２３と、この出力電極２３をブリッジ状に跨いで出力電極２３の長手方向に沿って並列配置された複数の入力電極を兼ねるビーム（梁）２４とを有して、複数の振動子素子２５が電気的に並列接続されて構成される。出力電極２３は、２つの出力電極２３１、２３２に分岐される。この分岐された夫々の出力電極２３１、２３２上に跨がり、配線層２６（２６１、２６２、２６３）上のアンカー部２７に支持されるようにして、図において横方向に夫々複数のビーム２４１、複数のビーム２４２が並列配置される。図において縦方向に配列されたビーム２４１と２４２同士は、それぞれ、配線層２６２を介して電気的に接続される。各ビーム２４（２４１，２４２）は、それぞれ配線層２６１及び２６３を介して共通接続される。出力電極２３１、２３２とそれぞれ対応する各ビーム２４１，２４２とにより、複数の並列接続された振動子素子２５（２５１Ａ〜２５１Ｆ，２５２Ａ〜２５２Ｆ）が形成される。

しかし、インピーダンスを低くするために振動子素子を並列化した場合には、各振動子素子の中心周波数のばらつきが特性に大きく影響を与えている。
また、並列化した場合には、隣接している振動子素子間の相互干渉によっても、特性に影響を与えている可能性が大きい。特に電気的な干渉を抑える技術が必要となる。
振動子素子間の相互干渉としては、機械的な振動による干渉、電気的な干渉がある。機械的な振動の干渉は、振動子群の共振が起きるとき、複数の振動源から発した弾性波が基板内で互いに伝播し合い、この基板振動が振動子素子を励振させることにより生じる。

本発明は、上述の点に鑑み、中心周波数のばらつき、隣接している振動子素子間の干渉などを抑え共振特性に優れた微小振動子、この微小振動子を備えた半導体装置、及びこの微小振動子による帯域フィルタを用いた通信装置を提供するものである。

本発明に係る微小振動子は、複数のビーム型の第１の振動子素子が並列接続され、隣合う第１の振動子素子間に非共振のビーム型の第２の振動子素子が配置されて成ることを特徴とする。

本発明の好ましい形態は、非共振の第２の振動子素子のビームにグランド電位が印加された構成とする。
本発明の好ましい形態は、非共振の第２の振動子素子のビームを電位的にフローティング状態にした構成とする。

本発明に係る微小振動子は、複数のビーム型の振動子素子が並列接続された振動子群が複数配置され、前記振動子群内の隣合う振動子素子間に非共振のビーム型の振動子素子が配置され、少なくとも印加される直流バイアス電圧が異なる振動子群を有して成ることを特徴とする。

本発明の微小振動子において、好ましい形態は、第１及び第２の振動子素子の配列方向と異なる方向に隣接する第１の振動子素子が、互いに振動の位相を逆相関係となるように配置された構成とする。

本発明の微小振動子において、好ましい形態は、各振動子群内において、非共振の振動子素子の配列方向と異なる方向に隣接する前記振動子素子が、互いに振動の位相を逆関係となるように配置された構成とする。

本発明に係る半導体装置は、上述した微小振動子を有して成ることを特徴とする。

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、上述した微小振動子によるフィルタが用いられて成ることを特徴とする。

本発明に係る微小振動子によれば、複数のビーム型の第１の振動子素子が並列接続されることにより、微小振動子のインピーダンスが低下し、各種のデバイスの実用化が可能になる。そして、隣合う第１の振動子素子間に非共振の第２の振動子素子を配置することにより、この非共振の第２の振動子素子が機械的な振動に対するダンパー、あるいは電気的なシールドとして機能し、並列化された微小振動子内の振動子素子間の相互干渉を緩和することができる。また、中心周波数より外れた周波数域で発生するサブピークを下げることができ、中心周波数のばらつきを低減することができる。従って、優れた共振特性を有する微小振動子を提供することができる。

特に、非共振の第２の振動子素子のビームにグランド電位を印加することにより、並列化された微小振動子内の振動子素子間の干渉の一つの原因である電気的な干渉に関して、シールドとして機能し、電気的な干渉を抑制することができる。これによって、サブピークが下がり、Ｑ値を高くすることができる。また、振動子素子間の干渉の他の原因である機械的な振動による干渉に関して、非共振の第２の振動子素子がダンパーとして機能することで干渉を緩和することができる。つまり、電気的には、ノイズ成分（外部や電源）をトラップすることでグランドレベルを下げている。機械的には、振動子を含む構成をとることで、静電力で所望の振動モード以外の振動を抑えることができる。

非共振の第２の振動子素子のビームを電位てきにフローティング状態にすることにより、非共振の第２の振動子素子がダンパーとして機能することで干渉を緩和することができる。

振動子素子が並列接続された振動子群を複数配置し、この振動子群内の各隣合う振動子素子間に非共振の振動子素子を配置し、少なくとも印加される直流バイアス電圧が異なる振動子群を有した構成とすることにより、共振特性を可変する、すなわちコントロールすることができる。例えば第１、第２の２つの振動子群を配置した場合、第１及び第２の振動子群に同じ周波数信号を入力して、第１の振動子群と第２の振動子群に異なる直流バイアス電圧を印加することにより、例えば第１の振動子群の共振特性を第２の振動子群でコントロールすることができる。非共振の振動子素子が配置されているので、各振動子群の隣接する振動子素子間の相互干渉を抑制することができる。

第１の振動子素子と非共振の第２の振動子素子の配列方向と異なる方向に隣接する第１の振動子素子を、互いに振動の位相が逆相関係となるように配置することにより、基板に及ぼす振動が相殺され、基板振動の発生を抑制することができる。

複数の振動子群と非共振の振動子素子を配置した上記微小振動子においても、各振動子群内で、非共振の振動子素子の配列方向と異なる方向に隣接する振動子素子を、互いに振動の位相が逆相関係となるように配置することにより、基板に及ぼす振動が相殺され、基板振動の発生を抑制することができる。

本発明に係る半導体装置によれば、半導体装置の構成要素となる振動子に上述の本発明の微小振動子を用いることにより、振動子素子間の相互干渉を抑制して優れた特性を有する半導体装置を提供することができる。

本発明に係る通信装置によれば、帯域フィルタに本発明の微小振動子によるいフィルタを用いることにより、振動子素子間の相互干渉を抑制し、優れたフィルタ特性が得られ、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に、本発明に係る微小振動子の第１実施の形態を示す。第１実施の形態は、図１５に示すと同様の構成の振動子素子を採用した。本実施の形態に係る微小振動子３１は、共通の基板３２上にビーム構造を有する複数の第１の振動子素子３３（３３１Ａ〜３３１Ｃ，３３２Ａ〜３３２Ｃ）を並列的に配置し、各隣合う第１の振動子素子３３間に介挿されるように複数の非共振の第２の振動子素子３４（３４１Ａ〜３４１Ｃ，３４２Ａ〜３４２Ｃ）を並列的に配置して構成される。

すなわち、第１の振動子素子３３（３３１Ａ〜３３１Ｃ，３３２Ａ〜３３２Ｃ）は、基板３２の表面上に下部電極となる出力電極３５を２つに分岐して形成し、分岐された平行する２つの出力電極３５１、３５２上に、それぞれ空間を挟んで独立した振動板となる複数のビーム３６（３６１、３６２）を配置して構成される。各ビーム３６１、３６２は、配線層３７１、３７２、３７３上のアンカー部（支持部）３８に支持されるように図において横方向に並列配置される。図において縦方向に隣接して配列されたビーム３６１と３６２同士は、それぞれ配線層３７２を介して電気的に接続される。各ビーム３６１の他端に接続されて配線層３７３は共通に接続され、これより入力信号及び直列バイアス電圧（以下、ＤＣバイアス電圧という）を供給する入力端子ｔ１が導出される。出力電極３５よりは出力端子ｔ２が導出される。これによって、各第１の振動子素子３３１Ａ〜３３１Ｃ、３３２Ａ〜３３２Ｃは、互いに並列接続された形になる。

一方、非共振の第２の振動子素子３４（３４１Ａ〜３４１Ｃ，３４２Ａ〜３４２Ｃ）は、その振動子素子（３４１Ａ，３４２Ａ）、（３４１Ｂ，３４２Ｂ）、（３４１Ｃ，３４２Ｃ）の夫々が第１の振動子素子（３３１Ａ，３３２Ａ）、（３３１Ｂ，３３２Ｂ）、（３３１Ｃ，３３２Ｃ）と交互に配列されるようにして構成される。即ち、隣合う第１の振動子素子３３間に各第２の振動子素子３４が介挿されるようになされる。第２の振動子素子３３（３３１Ａ〜３３１Ｃ，３３２Ａ〜３３２Ｃ）は、上記分岐された２つの出力電極３５１、３５２上に、それぞれ空間を挟んで独立した振動板となる複数のビーム３６（３６３、３６４）を第１の振動子素子３３のビーム３６（３６１、３６２）と互い違いになるように配置して構成される。このビーム３６３、３６４は、第１の振動子素子３３のビーム３６１、３６２と形状、大きさが異なっていてもよいが、製造等を考慮すると同一の形状、大きさが望ましい。各ビーム３６３、３６４は、第１の振動子素子３３と同様に、配線層３７４、３７５、３７６上のアンカー部（支持部）３８に支持されるように図において横方向に並列配置される。また、図において縦方向に隣接して配列されたビーム３６３と３６４同士が、それぞれ配線層３７５を介して電気的に接続される。ビーム３４２Ａ〜３４２Ｃに接続された配線層３７４は、共通接続されて、端子ｔ３が導出される。これによって、各第１の振動子素子３４１Ａ〜３４１Ｃ、３４２Ａ〜３４２Ｃは、互いに並列接続された形になる。

この微小振動子３１では、第１の振動子素子３３（３３１Ａ〜３３１Ｃ，３３２Ａ〜３３２Ｃ）が主たる振動子として駆動されるもので、端子ｔ１からビーム３６３、３６４にＤＣバイアス電圧（ＤＣ１）が供給されるともに、ＤＣバイアス電圧に重畳された入力信号（周波数信号）が入力され、出力端子ｔ２から目的周波数信号が出力されるようになされる。一方、共振させない非共振の第２の振動子素子３４では、そのビーム３６３、３６４を電位的にフローティング状態（ＤＣ２＝オープン）にするか、あるいは端子ｔ３を通じてグランド（ＧＮＤ）電位（ＤＣ２＝ＧＮＤ）を印加するようになされる。

また、この微小振動子３１の他の使用形態としては、第１の振動子素子３３の端子ｔ１と、第２の振動子素子３４の端子ｔ３に夫々異なるＤＣバイアス電圧ＤＣ１，ＤＣ２を印加するようになす。

第１実施の形態の微小振動子３１によれば、主たる振動子となる第１の振動子素子３３に対して、その各隣合う振動子素子（３３１Ａ，３３２Ａ）と（３３１Ｂ，３３２Ｂ）間、振動子素子（３３１Ｂ，３３２Ｂ）と（３３１Ｃ，３３２Ｃ）間、及び振動子素子３３１Ｃ，３３２Ｃ）の外側に、非共振の第２の振動子素子（３４１Ａ，３４２Ａ）、（３４１Ｂ，３４２Ｂ）、（３４１Ｃ，３４２Ｃ）が配置されているので、この第２の振動子素子３４が機械的なダンパーの機能、電気的なシールドの機能をなして、第１の振動子素子３３間の相互干渉を抑制することができる。

例えば非共振の第２の振動子素子３４のビーム３６３、３６４を、電位的にフローティング状態（ＤＣ２＝オープン）とした場合は、第１の振動子素子３３（いわゆる並列共振器）内の振動子素子の相互干渉の一つである機械的な振動による干渉に関して、非振動パターンである第２の振動子素子３４がダンパーとして機能し、干渉を緩和することができる。
また、非共振の第２の振動子素子３４のビーム３６３、３６４にグランド電位（ＤＣ２＝ＧＮＤ）を印加した場合には、電気的な干渉に関して第２の振動子素子３４がシールドとして機能し、電気的な干渉を抑制することができる。この場合、第２の振動子素子３４は機械的な振動による干渉も緩和することができる。

一方、第２の振動子素子３４のビーム３６３、３６４に所要のＤＣバイアス電圧（ＤＣ２）を印加して第２の振動子素子３４をも共振させて微小振動子３１を駆動させることができる。すなわち、第２の振動子素子３４に対して、第１の振動子素子３３とは共振周波数の異なる共振を起こさせることができるので、後述で明らかなように、微小振動子３１の共振特性におけるＱ値をコントロールすることができる。

次に、図２に本発明に係る微小振動子の第２実施の形態を示す。第２実施の形態は、図１４に示すと同様の構成の振動子素子を採用した。本発明実施の形態に係る微小振動子４１は、共通の基板３２上にビーム構造を有する複数の第１の振動子素子４３（４３１Ａ〜４３１Ｃ，４３２Ａ〜４３２Ｃ）を並列的に配置し、各隣合う第１の振動子素子４３間に介挿されるように複数の非共振の第２の振動子素子４４（４４１Ａ〜４４１Ｃ，４４２Ａ〜４４２Ｃ）を並列的に配置して構成される。

すなわち、第１の振動子素子４３（４３１Ａ〜４３１Ｃ，４３２〜４３２Ｃ）は、基板３２の同一平面上に下部電極となる入力電極４５及び出力電極４６を夫々２つに分岐して形成し、分岐された各対をなす入出力電極４５１、４６１、入出力電極４５２、４６２に対向してそれぞれ空間を挟んで各独立した振動板となるビーム４７（４７１、４７２）を形成して構成される。この場合、分岐された夫々の入力電極４５１、４５２と出力電極４６１、４６２とは、互いに交互に配置されるように形成される。

各ビーム４７１、４７２は、配線層４８１、４８２、４８３上にアンカー部（支持部）４９に支持されるように、図において横方向に並列配置される。図において縦方向に隣接して配列されたビーム４７１と４７２同士は、それぞれ配線層４８２を介して電気的に接続される。入力電極４５から入力端子ｔ４が導出され、出力電極４６から出力端子ｔ５導出される。また、ダイオード１の振動子素子４３の各ビーム４７に接続された配線層４８３が共通接続されて、これよりＤＣバイアス電圧を供給するための端子ｔ６が導出される。これによって、各第１の振動子素子４３１Ａ〜４３１Ｃ、４３２Ａ〜４３２Ｃは、互いに並列接続された形になる。

一方、非共振の第２の振動子素子４４（４４１Ａ〜４４１Ｃ，４４２Ａ〜４４２Ｃ）は、その振動子素子（４４１Ａ，４４２Ａ）、（４４１Ｂ，４４２Ｂ）、（４４１Ｃ，４４２Ｃ）の夫々が第１の振動子素子（４３１Ａ，４３２Ａ）、（４３１Ｂ，４３２Ｂ）、（４３１Ｃ，４３２Ｃ）と交互に配列されるようにして構成される。即ち、隣合う第１の振動子素子４３間に各第２の振動子素子４４が介挿されるようになされる。第２の振動子素子４４（４４１Ａ〜４４１、４４２Ａ〜４４２Ｃ）は、上記分岐された対の入出力電極４５１、４６１、入出力電極４５２、４６２上に、それぞれ空間を挟んで独立した振動板となるビーム４７（４７３、４７４）を第１の振動子素子４３のビーム４７（４７１、４７２）と互い違いになるように配置して構成される。

ビーム４７３、４７４は、第１の振動子素子４３のビーム４７１、４７２と形状、大きさが異なってもよいが、製造等を考慮すると、第１の振動子素子４３と同一形状、大きさが望ましい。各ビーム４７３、４７４は、第１の振動子素子４３と同様に、配線層４８１、４８２、４８３上にアンカー部（支持部）４９に支持されるように、図において横方向に並列配置される。図において縦方向に隣接して配列されたビーム４７３と４７４同士は、それぞれ配線層４８２を介して電気的に接続される。また、第２の振動子素子４４の各ビーム４７に接続された配線層４８３が共通接続されて、これより端子ｔ７が導出される。これによって、各第２の振動子素子４４１Ａ〜４４１Ｃ、４４２Ａ〜４４２Ｃは、互いに並列接続された形になる。

この微小振動子４１では、第１の振動子素子４３（４３１Ａ〜４３１Ｃ，４３２Ａ〜４３２Ｃ）が主たる振動子として駆動されるもので、端子ｔ６からビーム４７１、４７２に所要のＤＣバイアス電圧が印加されると共に、入力端子ｔ４から入力信号（周波数信号）が入力され、出力端子ｔ５から目的周波数信号が出力されるようになされる。一方、非共振の第２の振動子素子４４では、そのビーム４７３、４７４を電位的にフローティング状態（ＤＣ２＝オープン）にするか、あるいは端子ｔ７を通じてグランド（ＧＮＤ）電位（ＤＣ２＝ＧＮＤ）を印加するようになされる。

また、この微小振動子４１の他の使用形態としては、第１の振動子素子４３の端子ｔ６と、第２の振動子素子４４の端子ｔ７に夫々異なるＤＣバイアス電圧ＤＣ１，ＤＣ２を印加するようになす。

第２実施の形態の微小振動子４１によれば、第１実施の形態と同様に、主たる振動子となる第１の振動子素子４３に対して、その各隣合う振動子素子（４３１Ａ，４３２Ａ）と（４３１Ｂ，４３２Ｂ）間、振動子素子（４３１Ｂ，４３２Ｂ）と（４３１Ｃ，４３２Ｃ）間、及び振動子素子４３１Ｃ，４３２Ｃ）の外側に、非共振の第２の振動子素子（４４１Ａ，４４２Ａ）、（４４１Ｂ，４４２Ｂ）、（４４１Ｃ，４４２Ｃ）が配置されているので、この第２の振動子素子４４が機械的なダンパーの機能、電気的なシールドの機能をなして、第１の振動子素子４３間の相互干渉を抑制することができる。

例えば非共振の第２の振動子素子４４のビーム４７３、４７４を、電位的にフローティング状態（ＤＣ２＝オープン）とした場合は、第１の振動子素子４３（いわゆる並列共振器）内の振動子素子の相互干渉の一つである機械的な振動による干渉に関して、非振動パターンである第２の振動子素子４４がダンパーとして機能し、干渉を緩和することができる。
また、非共振の第２の振動子素子４４のビーム４７３、４７４にグランド電位（ＤＣ２＝ＧＮＤ）を印加した場合には、電気的な干渉に関して第２の振動子素子４４がシールドとして機能し、電気的な干渉を抑制することができる。この場合、第２の振動子素子４４は機械的な振動による干渉も緩和することができる。

一方、第２の振動子素子４４のビーム４７３、４７４に所要のＤＣバイアス電圧（ＤＣ２）を印加して第２の振動子素子４４をも共振させて微小振動子４１を駆動させることができる。すなわち、第２の振動子素子４４に対して、第１の振動子素子４３とは共振周波数の異なる共振を起こさせることができるので、後述で明らかなように、微小振動子４１の共振特性におけるＱ値をコントロールすることができる。

次に、図３に本発明に係る微小振動子の第３実施の形態を示す。第３実施の形態も、図１４に示すと同様の構成の振動子素子を採用した。
本実施の形態に係る微小振動子５１は、第２実施の形態と同様に、共通の基板３２上にビーム構造を有する複数の第１の振動子素子４３（４３１Ａ〜４３１Ｃ，４３２Ａ〜４３２Ｃ）を並列的に配置し、各隣合う第１の振動子素子４３間に介挿されるように複数の非共振の第２の振動子素子４４（４４１Ａ〜４４１Ｃ，４４２Ａ〜４４２Ｃ）を並列的に配置して構成される。

この第３実施の形態の構成と第２実施の形態の構成との違いはそれぞれ分岐した入力電極４５及び出力電極４６の配置である。すなわち、第３実施の形態においては、基板３２上の同一平面上に下部電極となる入力電極４５及び出力電極４６を夫々２つに分岐して形成するが、夫々分岐された入力電極４５、出力電極４６の何れか一方、本例では分岐された出力電極４６１、４６２を内側にして、これを挟むように分岐された入力電極４５１、４５２を外側に配置して構成される。
その他の構成は、図２の第２実施の形態の微小振動子３１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。

この第３実施の形態に係る微小振動子５１によれば、主たる振動子となる第１の振動子素子４３に対して、その各隣合う振動子素子（４３１Ａ，４３２Ａ）と（４３１Ｂ，４３２Ｂ）間、振動子素子（４３１Ｂ，４３２Ｂ）と（４３１Ｃ，４３２Ｃ）間、及び振動子素子４３１Ｃ，４３２Ｃ）の外側に、非共振の第２の振動子素子（４４１Ａ，４４２Ａ）、（４４１Ｂ，４４２Ｂ）、（４４１Ｃ，４４２Ｃ）が配置されているので、この第２の振動子素子４４が機械的なダンパーの機能、電気的なシールドの機能をなして、第１の振動子素子４３間の相互干渉を抑制することができる。その他、第２実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。

さらに、第３実施の形態の微小振動子５１は、図において縦方向に隣接する第１の振動子素子４３１と４３２の振動の位相が逆相になることから、並列化された振動子素子４３の振動に起因して生じる基板振動が相殺され、機械的振動による干渉をさらに抑制することができる。図４及び図５を用いてさらに説明する。図４の模式図に示すように、図２の第２実施の形態に係る第１の振動子素子４３では、入力電極４５１、４５２と出力電極３５１、３５２とが交互に配置され、夫々の対をなす入出力電極４５１、４６１上、入出力電極４５２、４６２上に各ビーム４７１、４７２が配置された構成である。この構成では、振動子素子３６１、３６２が同時に振動したとき、ビーム４７１、４７２の２次モードの振動８１、８２は同相となるために、基板に生じる振動（弾性波）が強調されて起こり易くなる。これに対して、図５の模式図に示すように、図３の第３実施の形態に係る第１の振動子素子４３では、入力電極４５１、４５２に挟まれるように出力電極４６１、４６２が内側に配置され、夫々の対をなす入出力電極４５１、４６１上、入出力電極４５２、４６２上に各ビーム４７１、４７２が配置された構成である。この構成では、振動子素子３６１、３６２が同時に振動したとき、ビーム４７１、４７２の２次モードの振動８１、８２は逆相となり、基板に生じる振動（弾性波）が相殺された形になり、基板振動が起き難くなる。これによって、振動子の機械的な干渉がさらに抑制されることになる。

次に、図６〜図８に、本実施の形態に係る微小振動子の共振特性に関する測定結果を示す。同図は、図２の微小振動子４１を用いて検証した。

図６は、非共振の第２の振動子素子４４のビーム４７に端子ｔ７を通じてグランド電圧（ＤＣバイアス電圧ＤＣ２＝ＧＮＤ）にして、第１の振動子素子４３のビーム４７に印加するＤＣバイアス電圧（ＤＣ１）を０Ｖから３０Ｖまで変化させたときの、共振特性のＤＣ１電圧依存性を示す。曲線（１），（２），（３），（４），（５），（６）は、それぞれＤＣ１電圧が０Ｖ，１０Ｖ，１５Ｖ，２０Ｖ，２５Ｖ，３０Ｖの共振特性である。
図６によれば、第２の振動子素子４４のビーム４７にグランド電位（ＤＣ２＝ＧＮＤ）を印加することにより、隣合う第１の振動子素子４３間の相互干渉が抑制されて、中心周波数近傍での不要共振がなくなり、共振ピーク（Ｑ値）が高くなることが認められる。

図７は、非共振の第２の振動子素子４４のビーム４７の端子ｔ７を開放してビーム電位を電気的にフローティング状態（ＤＣ２＝オープン）にして、第１の振動子素子４３のビーム４７に印加するＤＣバイアス電圧（ＤＣ１）を０Ｖから３０Ｖまで変化させたときの、共振特性のＤＣ１電圧依存性を示す。曲線（１），（２），（３），（４），（５），（６）は、それぞれＤＣ１電圧が０Ｖ，１０Ｖ，１５Ｖ，２０Ｖ，２５Ｖ，３０Ｖの共振特性である。
図７によれば、第２の振動子素子４４のＤＣ２端子ｔ７を開放すると、図７に示すＤＣ２＝ＧＮＤでの共振特性に比べて、バックグランドレベルｂが上昇するが、共振ピーク（Ｑ値）は殆ど変化しないことが認められる。このことから、バックグランドレベルをコントロールすることができる。

図８は、第２の振動子素子４４のビーム４７に端子ｔ７を通じて一定の３０ＶのＤＣバイアス電圧ＤＣ２を印加して（ＤＣ２＝３０Ｖ）、第１の振動子素子４３のビーム４７に印加するＤＣバイアス電圧（ＤＣ１）を０Ｖから３０Ｖまで変化させたときの、共振特性のＤＣ１電圧依存性を示す。曲線（１），（２），（３），（４），（５），（６）は、それぞれＤＣ１電圧が０Ｖ，１０Ｖ，１５Ｖ，２０Ｖ，２５Ｖ，３０Ｖの共振特性である。
図８によれば、第２の振動子素子４４のビーム４７に印加するＤＣバイアス電圧ＤＣ２を３０Ｖに固定し、第１の振動子素子４３のビーム４７のＤＣバイアス電圧ＤＣ１を印加すると、図６との比較で１０Ｖ〜１５Ｖ付近で共振ピークａが最小になることが認められる。これにより、共振ピーク（Ｑ値）をコントロールすることができる。

図９に、本発明に係る微小振動子の第４実施の形態を示す。第４実施の形態は、図１４に示すと同様の構成の振動子素子を採用した。本実施の形態に係る微小振動子６１は、共通の基板３２上にビーム構造を有する複数の第１の振動子素子４３からなる振動子群６２を複数、本例では第１の振動子群６２１及び第２の振動子群６２２を並列的に配置し、各振動子群６２（６２１、６２２）内の各隣合う第１の振動子素子４３間に介挿されるように複数の第２の振動子素子４４を並列的に配置して構成される。この場合、第２の振動子素子４４は、非共振の振動子素子としてもよく、あるいはビームに所要のＤＣバイアス電圧を印加した振動子素子としても良い。

すなわち、第１の振動子群６２１は、基板３２の同一平面上に下部電極となる入力電極４５及び出力電極４６を夫々２つに分岐して形成し、分岐された各対をなす入出力電極４５１、４６１、入出力電極４５２、４６２に対向してそれぞれ空間を挟んで各独立した振動板となるビーム４７（４７１Ａ，４７１Ｂ，４７２Ａ，４７２Ｂ）を配置して、第１の振動子素子４３（４３１Ａ，４３１Ｂ，４３２Ａ，４３２Ｂ）を形成して構成される。第２の振動子群６２２は、第１の振動子群６２１と並ぶように、同じ対をなす入出力電極４５１、４６１、入出力電極４５２、４６２に対向してそれぞれ空間を挟んで各独立した振動板となるビーム４７（４７１Ｃ，４７１Ｄ，４７２Ｃ，４７２Ｄ）を配置して、第１の振動子素子４３（４３１Ｃ，４３１Ｄ，４３２Ｃ，４３２Ｄ）を形成して構成される。

一方、第２の振動子素子４４（４４１Ａ，４４２Ａ，４４１Ｂ，４４２Ｂ，４４１Ｃ，４４２Ｃ）は、第１及び第２の振動子群６２１、６２２が配列された状態で各隣合う第１の振動子素子４３間に第２振動子素子４４が介挿されるように、同じ分岐された入出力電極４５１、４６１及び入出力電極４５２、４６２上に空間を挟んで独立したビーム４７１Ｅ，４７２Ｅ，４７１Ｆ，４７２Ｆ，４７１Ｇ，４７２Ｇを配置して構成される。
その他の構成は、図３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。

第４実施の形態に係る微小振動子６１では、例えば第２の振動子素子４４のビーム４７（４７１Ｅ〜４７２Ｇ）に端子ｔ７を通じてグランド電圧ＧＮＤを印加し、第１及び第２の振動子群６２１及び６２２に入力電極４５（４５１、４５２）に同じ周波数信号を入力すると共に、第１の振動子群６２１のビーム４７（４７１Ａ〜４７２Ｂ）に端子ｔ６１を通じてＤＣバイアス電圧ＤＣ１を印加し、第２の振動子群６２２のビーム４７（４７１Ｃ〜４７２Ｇ）に端子ｔ６２を通じてＤＣ１と異なるＤＣバイアス電圧ＤＣ２を印加する。

第４実施の形態に係る微小振動子６１によれば、一方の例えば第１の振動子群６２１の共振特性を、他方の例えば第２の振動子群６２２の共振でコントロールすることができる。異なる共振特性の振動子を組み合わせて通過帯域幅の広いフィルタを形成する場合、共振特性の波形にリップルが発生して使い難い。しかし、第４実施の形態の微小振動子６１を用いることにより、リップルの発生しない且つ通過帯域の広いフィルタを形成することができる。勿論、隣合う第１の振動子素子４３間に非共振の第２の振動子素子４４が配置されるので、前述したように振動子群６２内における第２振動子素子４３間の相互干渉を抑制することができる。また、第２の振動子素子４４にビーム４７に所要のＤＣバイアス電圧を印加して、共振ピークをコントロールすることも可能である。

次に、図１０〜図１１を用いて上述の実施の形態の製造方法の一例を説明する。同図は図２、図３、図９に適用した第１、第２の振動子素子４３、４４の製造を代表して示す。

先ず、図１０Ａに示すように、シリコン半導体基板３２にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）６７１、及びシリコン窒化膜（ＳｉＮ）６７２を減圧ＣＶＤ法により成膜し、絶縁膜６７を形成する。

次に、図１０Ｂに示すように、絶縁膜６７上に例えばリン（Ｐ）を含有したポリシリコン膜を形成した後に、リソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜をパターニングし、下部電極となる入力電極４５、出力電極４６及び両側の配線層６５を形成する。

次に、図１０Ｃに示すように、下部電極の入力電極４５、出力電極４６、配線層６５を含む表面に犠牲層７１、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）を減圧ＣＶＤ法により形成する。その後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、犠牲層７１の配線層６５に対応する部分にコンタクト孔７２を形成する。

次に、図１１Ｄに示すように、例えば減圧ＣＶＤ法によりポリシリコン膜を形成し、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜をパターニングし、ビーム４７及びコンタクト孔７２を通じて配線層６５に接続するアンカー部３９Ａ，３９Ｂを形成する。ビーム４７のビーム長は共振周波数に応じて設定する。

次に、図１１Ｅに示すように、ＤＨＦ溶液などの犠牲層のエッチング溶液により、犠牲層７１のシリコン酸化膜を選択的に除去し、ビーム４７と下部電極の入力電極４５及び出力電極４６間に空間６６を形成する。

次に、図１１Ｆに示すように、導電性膜、例えばＡｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｓｉなどのスパッタ膜を形成した後、リソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、導電性膜をパターニングし、配線層６５上に導電性の良い配線層７９を形成する。また、図示しないが、必要に応じて半導体基板３２の裏面に絶縁膜を介してグランド（ＧＮＤ）配線となる導電層７３を形成する。このようにして、振動子素子４３、４４を得る。

本発明に係る他の実施の形態においては、上述の微小振動子３１、４１、５１、６１などを用いて、信号フィルタ、ミキサー、共振器、及びそれらが含まれるＳｉＰ（システム・イン・パッケージ）デバイスモジュール、ＳｏＣ（システム・オン・チップ）デバイスモジュール等の半導体装置を構成することができる。
本実施の形態の半導体装置によれば、優れた特性を有するフィルタを備えるので、信頼性に高い半導体装置を提供することができる。

上述した実施の形態の微小振動子３１、４１、５１、６１は、高周波（ＲＦ）フィルタ、中間周波（ＩＦ）フィルタ等の帯域信号フィルタ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微小振動子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１２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、雑音の少ない優れた特性を有するフィルタを用いるので、信頼性の高い通信装置を提供することができる。

図１２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１２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。

本発明に係る微小振動子の第１実施の形態を示す概略構成図である。本発明に係る微小振動子の第２実施の形態を示す概略構成図である。本発明に係る微小振動子の第３実施の形態を示す概略構成図である。第２実施の形態における微小振動子の振動の位相関係を示す説明図である。第３実施の形態における微小振動子の振動の位相関係を示す説明図である。第３実施の形態の微小振動子を例に採り、第２の振動子素子のビーム電位（ＤＣ２）をグランド電位（ＧＮＤ）にして、第１の振動子素子のビーム電位ＤＣ１を変化させたときのＤＣ１電圧依存性を示す共振特性図である。第３実施の形態の微小振動子を例に採り、第２の振動子素子のビーム電位（ＤＣ２）を開放にして、第１の振動子素子のビーム電位ＤＣ１を変化させたときのＤＣ１電圧依存性を示す共振特性図である。第３実施の形態の微小振動子を例に採り、第２の振動子素子のビーム電位（ＤＣ２）を３０Ｖに固定して、第１の振動子素子のビーム電位ＤＣ１を変化させたときのＤＣ１電圧依存性を示す共振特性図である。本発明に係る微小振動子の第４実施の形態を示す概略構成図である。Ａ〜Ｃ本実施の形態の製造方法の一例を振動子素子の製造に代表して示す製造工程図（その１）である。Ｄ〜Ｆ本実施の形態の製造方法の一例を振動子素子の製造に代表して示す製造工程図（その２）である。本発明に係る通信装置の実施の形態を示す回路図である。比較例に係る微小振動子の概略構成図である。先行技術の静電駆動のビーム型振動子の概略図である。従来の静電駆動のビーム型振動子の概略図である。

符号の説明

３１、４１、５１、６１・・微小振動子、３３（３３１Ａ〜３３１Ｃ，３３２Ａ〜３３２Ｃ）・・第１の振動子素子、３４（３４１Ａ〜３４１Ｃ，３４２Ａ〜３４２Ｃ）・・第２の振動子素子、３５（３５１、３５２）・・出力電極、３６（３６１、３６２、３６３、３６４）・・ビーム、３７（３７１、３７２、３７３）・・配線層、３８・・アンカー部、４３（４３１Ａ〜４３１Ｃ，４３２Ａ〜４３２Ｃ）・・第１の振動子素子、４４（４４１Ａ〜４４１Ｃ，４４２Ａ〜４４２Ｃ）・・第２の振動子素子、４５（４５１、４５２）・・入力電極、４６（４６１、４６２）・・出力電極、４７（４７１、４７２、４７３。４７４）・・ビーム、４８（４８１、４８２、４８３）・・配線層、４９・・アンカー部、２２２、２３２、２５３，２５３Ｑ、２０２Ｉ、２０２Ｑ・・フィルタ

Claims

複数のビーム型の第１の振動子素子が並列接続され、
隣合う前記第１の振動子素子間に非共振のビーム型の第２の振動子素子が配置されて成る
ことを特徴とする微小振動子。
前記非共振の第２の振動子素子のビームにグランド電位が印加されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小振動子。
前記非共振の第２の振動子素子のビームが電位的にフローティング状態である
ことを特徴とする請求項１記載の微小振動子。
複数のビーム型の振動子素子が並列接続された振動子群が複数配置され、
前記振動子群内の隣合う振動子素子間に非共振のビーム型の振動子素子が配置され、
少なくとも印加される直流バイアス電圧が異なる振動子群を有して成る
ことを特徴とする微小振動子。
前記第１及び第２の振動子素子の配列方向と異なる方向に隣接する前記第１の振動子素子が、互いに振動の位相を逆相関係となるように配置されて成る
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の微小振動子。
前記各振動子群内において、非共振の振動子素子の配列方向と異なる方向に隣接する前記振動子素子が、互いに振動の位相を逆関係となるように配置されて成る
ことを特徴とする請求項４記載の微小振動子。
請求項１から請求項６のいずれかに記載の微小振動子を有して成る
ことを特徴とする半導体装置。
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、請求項１から請求項６のいずれかに記載の微小振動子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。