JP4655919B2 - Electrostatic driving element and manufacturing method thereof, semiconductor device, filter, and communication device - Google Patents

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Description

本発明は、静電駆動素子、特に電気的に駆動される微小電気機械素子を有する静電駆動素子とその製造方法、この静電駆動素子を含む半導体装置、静電駆動素子で構成したフィルタ、及び静電駆動素子によるフィルタを用いた通信装置に関する。   The present invention relates to an electrostatic driving element, in particular, an electrostatic driving element having a microelectromechanical element that is electrically driven, a method for manufacturing the same, a semiconductor device including the electrostatic driving element, a filter including the electrostatic driving element, The present invention also relates to a communication device using a filter with an electrostatic drive element.

微小機械構成による素子、所謂MEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスには、初期特性の確保や特性維持、すなわち商品における信頼保証のために、気密的な封入処理、所謂ハーメチック・パッケージングが施される。   An element having a micromechanical structure, that is, a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical System) device is subjected to an airtight sealing process, so-called hermetic packaging, in order to ensure initial characteristics and maintain characteristics, that is, to guarantee reliability in products. .

この微小機械素子は、フィルタ、ミキサー、共振器、信号切替器、センサー等の電子素子として用いられるが、素子を構成する微細駆動部を減圧雰囲気によってパッケージした構成は、荷電効果による素子の特性劣化の低減に有効であることが知られている。例えば、共振器を50μTorr程度の高真空パッケージによって構成することが、振動子の高いQ値を保持するために特に有効との報告もなされている(例えば非特許文献1参照)。   These micro mechanical elements are used as electronic elements such as filters, mixers, resonators, signal switchers, sensors, etc., but the configuration in which the micro drive unit that constitutes the elements is packaged in a reduced-pressure atmosphere results in deterioration of the characteristics of the elements due to charging effects. It is known to be effective in reducing the above. For example, it has been reported that it is particularly effective to configure the resonator with a high vacuum package of about 50 μTorr in order to maintain a high Q value of the vibrator (see, for example, Non-Patent Document 1).

しかし、前述の電子素子には、動作と制御に高度な精密さが要求されることから、微小駆動部を減圧雰囲気によってパッケージするだけでは、特性劣化を十分に低減ないし回避することが難しい。すなわち、減圧雰囲気下においても、パッケージ内部に水等の有極性分子が残留している場合には、電圧印加などの素子動作に伴って、素子を構成する微小駆動部近傍で、電場による分子の配列や電気分解等の荷電効果が生じる。このとき、例えば、振動子の一部表面に電荷が集中(チャージング)すると、振動子においてはニュートラルの位置に偏りが生じ、素子機能が損なわれてしまう。   However, since the above-described electronic elements are required to have a high degree of precision in operation and control, it is difficult to sufficiently reduce or avoid the characteristic deterioration only by packaging the micro drive unit in a reduced pressure atmosphere. That is, when polar molecules such as water remain in the package even under a reduced pressure atmosphere, the molecules generated by the electric field near the micro-driving unit constituting the element are accompanied by the operation of the element such as voltage application. Charging effects such as alignment and electrolysis occur. At this time, for example, if charges are concentrated (charging) on a part of the surface of the vibrator, the neutral position of the vibrator is biased and the element function is impaired.

また、このような有極性分子に起因する荷電効果は、微小駆動部やその周囲の配線材料の変質の原因にもなる。一般的に、電気信号は高周波のものほど配線の表面部を伝播する性質があるため、表面部が酸化などによって変質すると、高抵抗化が進み、伝播特性の低下によって素子特性が劣化してしまう。したがって、減圧雰囲気下であっても、有極性分子が残留している限り、微小機械素子を構成する配線材料は、材料自体が本体有する抵抗等よりも、変質し難いという点を優先して選定せざるを得ないという実情があった。   In addition, the charging effect caused by such polar molecules also causes alteration of the micro-driving unit and the surrounding wiring material. Generally, the higher the frequency of an electrical signal, the more likely it is to propagate through the surface of the wiring. Therefore, if the surface is altered by oxidation or the like, the resistance will increase and the device characteristics will deteriorate due to a decrease in propagation characteristics. . Therefore, as long as polar molecules remain even under a reduced pressure atmosphere, the wiring material that makes up the micromechanical element is selected with priority given to the fact that the material itself is less likely to be altered than the resistance of the body itself. There was a fact that it was unavoidable.

微小機械素子の製造方法としては、減圧雰囲気下でパッケージングを行う際に、封止手段を選定する方法や、有極性分子に対して結合や吸着を生じやすい物質を、所謂ゲッターとしてパッケージ内部に設ける方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。   As a method for manufacturing a micro mechanical element, a method for selecting a sealing means when packaging in a reduced-pressure atmosphere, or a substance that easily binds or adsorbs to polar molecules is used as a so-called getter inside the package. A method of providing it has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

Micromechanical Mixer+Filters by ArkーChew Wong,HaoDing,and Clark T.-C. Nguyen;TechnicalDigest,IEEE International Electron Device Meeting,San Francisco,Dec.6-9,1998,pp.471-474.Micromechanical Mixer + Filters by Ark-Chew Wong, HaoDing, and Clark T.-C.Nguyen; TechnicalDigest, IEEE International Electron Device Meeting, San Francisco, Dec. 6-9,1998, pp.471-474. 特開2003−133452号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-133552

しかし、封止手段の選定によるのみでは、前述の荷電効果に起因する問題を解決することは難しい。すなわち、封止手段の選定は、パッケージ内に封入する基体の主成分を、例えば通常用いられるアルゴンや窒素などの不活性気体に選定することを可能とするものの、不活性気体の量はパッケージ内の体積により制限されている。このため、有極性分子の気相中への残存を十分に抑制できるとは限らず、有極性分子が液相もしくは固相で残存した場合も経時的に気化してしまうから、有極性分子によって素子特性が劣化する虞れが残る。   However, it is difficult to solve the problem caused by the above-described charging effect only by selecting the sealing means. That is, the selection of the sealing means makes it possible to select the main component of the substrate to be sealed in the package as, for example, a normally used inert gas such as argon or nitrogen, but the amount of the inert gas is within the package. It is limited by the volume of For this reason, it is not always possible to sufficiently suppress the polar molecules remaining in the gas phase, and even if the polar molecules remain in the liquid phase or the solid phase, they are vaporized over time. There remains a risk that the device characteristics will deteriorate.

また、パッケージ内部に設けたゲッターによって有極性分子を固定する方法は、ゲッターを作用させるための加熱処理が必要であり、加熱処理するための通電系統を別途設ける必要もあることから、微小駆動部自体の原価を越える高コストが問題とされているハーメチック・パッケージの製造に、より大きな手間とコストを要求することになってしまう。   In addition, the method of fixing polar molecules with a getter provided inside the package requires a heat treatment for operating the getter, and it is also necessary to separately provide an energization system for the heat treatment. This would require more labor and cost for the production of hermetic packages where high costs exceeding their own costs are a problem.

本発明は、上述の点に鑑み、優れた初期特性の確保、並びにデバイスの信頼性の保証ができる微小機械素子、すなわち静電駆動素子とその製造方法、半導体装置、フィルタを提供するものである。
また、本発明は、この静電駆動素子を備えた通信装置を提供するものである。
In view of the above-described points, the present invention provides a micromechanical element that can ensure excellent initial characteristics and guarantee device reliability, that is, an electrostatic driving element, a manufacturing method thereof, a semiconductor device, and a filter. .
Moreover, this invention provides the communication apparatus provided with this electrostatic drive element.

本発明に係る静電駆動素子は、電気的に駆動される梁を有した静電駆動型の微小電気機械素子と、電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサが同一筐体内に封止されて成ることを特徴とする。   The electrostatic drive element according to the present invention includes an electrostatic drive type micro electromechanical element having an electrically driven beam and a capacitor having a function of storing electric charge and polar molecules sealed in the same housing. It is characterized by being made.

本発明の静電駆動素子では、微小電気機械素子に隣接して電荷、有極性分子の蓄積体となるコンデンサが設けられるので、微小電気機械素子の気密封止後に筐体内部に気相、液相、固相のいずれかの状態で有極性分子が残存しても、この有極性分子による電荷効果に起因する、駆動部の変質や通電部に酸化などを軽微にすることができる。   In the electrostatic driving element of the present invention, a capacitor serving as a charge and polar molecule accumulator is provided adjacent to the microelectromechanical element. Even if polar molecules remain in either the phase or the solid phase, the alteration of the driving unit or the oxidation of the current-carrying unit due to the charge effect by the polar molecules can be minimized.

本発明に係る静電駆動素子の製造方法は、基板上に微小電気機械素子の下部電極とコンデンサの下部電極とを形成する工程と、微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上とコンデンサの下部電極上に選択的に犠牲層を形成する工程と、それぞれの犠牲層上に端部が基板に固定された梁とコンデンサの上部電極を形成する工程と、犠牲層を除去して下部電極と梁からなる微小電気機械素子と、空間を挟む下部電極と上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサとを形成する工程と、微小電気機械素子とコンデンサを同一筐体内に封止する工程とを有することを特徴とする。   The method for manufacturing an electrostatic drive element according to the present invention includes a step of forming a lower electrode of a microelectromechanical element and a lower electrode of a capacitor on a substrate, a required region including the lower electrode of the microelectromechanical element, and a capacitor A step of selectively forming a sacrificial layer on the lower electrode, a step of forming an upper electrode of a beam and a capacitor having ends fixed to the substrate on each sacrificial layer, and removing the sacrificial layer to form the lower electrode; Forming a microelectromechanical element composed of a beam, a capacitor having a function of accumulating charges and polar molecules composed of a lower electrode and an upper electrode sandwiching the space, and the microelectromechanical element and the capacitor in the same housing And a step of sealing.

本発明に係る静電駆動素子の製造方法は、半導体基板の表面に絶縁膜を形成した基板上に、微小電気機械素子の下部電極と、コンデンサの上部電極を形成する工程と、微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上に選択的に犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に端部が基板に固定された梁を形成する工程と、犠牲層を除去して下部電極と梁からなる微小電気機械素子と、下部電極となる半導体基板と絶縁膜と上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサとを形成する工程と、微小電気機械素子とコンデンサを同一筐体内に封止する工程とを有することを特徴とする。   A method of manufacturing an electrostatic driving element according to the present invention includes a step of forming a lower electrode of a microelectromechanical element and an upper electrode of a capacitor on a substrate having an insulating film formed on a surface of a semiconductor substrate, and a microelectromechanical element. Forming a sacrificial layer selectively on a required region including the lower electrode, forming a beam having an end fixed to the substrate on the sacrificial layer, and removing the sacrificial layer from the lower electrode and the beam. Forming a microelectromechanical element, a semiconductor substrate serving as a lower electrode, a capacitor having a function of accumulating electric charges and polar molecules composed of an insulating film and an upper electrode, and the microelectromechanical element and the capacitor in the same casing. And a step of sealing in the body.

本発明の静電駆動素子の製造方法では、微小電気機械素子とコンデンサを同じ工程で形成することができる。   In the method for manufacturing an electrostatic drive element of the present invention, the microelectromechanical element and the capacitor can be formed in the same process.

本発明に係る半導体装置は、上記の静電駆動素子を有して成ることを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention includes the electrostatic drive element described above.

本発明の静電駆動素子を有する半導体装置では、優れた初期特性と高信頼性が得られる。   In the semiconductor device having the electrostatic driving element of the present invention, excellent initial characteristics and high reliability can be obtained.

本発明に係るフィルタは、電気的に駆動される梁を有した静電駆動型の微小電気機械素子による振動子と、電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサが同一筐体内に封止されている静電駆動素子から成ることを特徴とする。   In the filter according to the present invention, a vibrator using an electrostatically driven microelectromechanical element having an electrically driven beam and a capacitor having a function of accumulating charges and polar molecules are sealed in the same housing. It is characterized by comprising an electrostatic drive element.

本発明のフィルタでは、振動子の近傍に電荷、有極性分子の蓄積体となるコンデンサが設置されているので、要因が水などの有極性分子の吸着にある帯電現象による特性劣化が回避できる。   In the filter of the present invention, since a capacitor serving as an accumulator of charge and polar molecules is installed in the vicinity of the vibrator, characteristic deterioration due to a charging phenomenon caused by adsorption of polar molecules such as water can be avoided.

本発明に係る通信装置は、送信信号及び/又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、フィルタとして上記構成のフィルタが用いられて成ることを特徴とする。   A communication apparatus according to the present invention is characterized in that a filter having the above-described configuration is used as a filter in a communication apparatus including a filter that limits a band of a transmission signal and / or a reception signal.

本発明に通信装置では、フィルタとして本発明のフィルタを用いるので、上述したように、フィルタの帯電現象による特性劣化が回避され、高信頼性化が図れる。   In the communication apparatus according to the present invention, since the filter of the present invention is used as a filter, as described above, characteristic deterioration due to the charging phenomenon of the filter is avoided, and high reliability can be achieved.

本発明に係る静電駆動素子によれば、電荷、有極性分子の蓄積体となるコンデンサが微小電気機械素子に隣接して設置され、駆動部の変質や通電部の酸化などを軽微にするので、微小電気機械素子の特性劣化を十分に抑制することができる。従って、優れた初期特性を確保し、静電駆動素子の高信頼性を保証することができる。   According to the electrostatic driving element according to the present invention, the capacitor serving as a charge and polar molecule accumulator is installed adjacent to the microelectromechanical element, and the deterioration of the driving unit and the oxidation of the energizing unit are minimized. The characteristic deterioration of the microelectromechanical element can be sufficiently suppressed. Therefore, excellent initial characteristics can be ensured and high reliability of the electrostatic drive element can be guaranteed.

本発明に係る静電駆動素子の製造方法によれば、微小電気機械素子とコンデンサを同じ工程で形成することができるので、製造を容易にし、コストを上昇させることなく製造することができる。   According to the manufacturing method of the electrostatic drive element according to the present invention, the micro electromechanical element and the capacitor can be formed in the same process, so that the manufacturing can be facilitated without increasing the cost.

本発明に係る半導体装置によれば、本発明の静電駆動素子を有することにより、優れた初期特性と信頼性を備えた半導体装置、例えばフィルタ、ミキサー、共振器、信号切替器、センサーなどの通信デバイスを構成することができる。
また、例えば、微小電気機械素子を構成する駆動部表面に有極性分子が付着することによる帯電を回避し、駆動部表面の酸化に起因する浮遊容量の増加を防止することもできる。
According to the semiconductor device of the present invention, by having the electrostatic drive element of the present invention, a semiconductor device having excellent initial characteristics and reliability, such as a filter, a mixer, a resonator, a signal switch, a sensor, etc. A communication device can be configured.
Further, for example, it is possible to avoid charging due to polar molecules adhering to the surface of the driving unit constituting the micro electro mechanical element, and to prevent an increase in stray capacitance due to oxidation of the driving unit surface.

本発明のフィルタによれば、帯電現象に由来する劣化を抑制でき、信頼性の高いフィルタを提供することができる。   According to the filter of the present invention, it is possible to suppress deterioration due to the charging phenomenon and provide a highly reliable filter.

本発明の通信装置によれば、帯電現象に由来する劣化要因を抑制でき、信頼性の高い通信装置を提供することができる。   According to the communication device of the present invention, it is possible to suppress a deterioration factor derived from the charging phenomenon and provide a highly reliable communication device.

本発明の実施の形態に係る静電駆動素子は、電気的に駆動する梁を有する静電駆動型の微小電気機械素子と、この微小電気機械素子の面積よりも十分に広い面積を有して電荷、水等の有極性分子を蓄積(吸着を含む)する機能を有するコンデンサとを有し、この微小電気機械素子とコンデンサを同一の筐体内に封止して構成される。   An electrostatic drive element according to an embodiment of the present invention has an electrostatic drive type micro electromechanical element having a beam to be electrically driven, and an area sufficiently larger than the area of the micro electro mechanical element. A capacitor having a function of accumulating (including adsorption) polar molecules such as electric charge and water, and the micro electro mechanical element and the capacitor are sealed in the same casing.

静電駆動素子に設けられた上記コンデンサは、直流電圧が印加される手段に接続される。例えば、静電駆動型の微小電気機械素子の梁に直流電圧を印加する直流給電回路を通してコンデンサに直流電圧が印加するようになされる。上記コンデンサは、微小電気機械素子の直流給電回路を通して直流電圧が印加されている間は容量として、電荷や有極性分子を蓄積する。   The capacitor provided in the electrostatic drive element is connected to means for applying a DC voltage. For example, a DC voltage is applied to a capacitor through a DC power supply circuit that applies a DC voltage to a beam of an electrostatically driven micro-electromechanical element. The capacitor accumulates charges and polar molecules as a capacitor while a DC voltage is applied through a DC power supply circuit of a micro electromechanical element.

上記コンデンサは、直流給電端子から見たときには、静電駆動型微小電気機械素子と並列に電気的に接続され、コンデンサと微小電気機械素子との間には交流線路からコンデンサへの信号漏洩が回避される手段が設けられる。   When viewed from the DC power supply terminal, the capacitor is electrically connected in parallel with the electrostatic drive type micro electromechanical element, and signal leakage from the AC line to the capacitor is avoided between the capacitor and the micro electro mechanical element. Means are provided.

上記コンデンサは、その構成する電極が微小電気機械素子の下部電極あるいは梁と同じ成膜層を用いて形成され、微小電気機械素子の駆動部分と同様の表面構造を有している。
上記コンデンサは、一方の電極には液体が通り抜けられるに十分な複数の孔が設けられている。これらの孔は、有極性分子の吸着面積を増大させる役割を成し、コンデンサの製造上、微小電気機械素子の駆動部分の犠牲層除去と同じ工程を用いてコンデンサを形成することを可能にする。
The capacitor is formed by using the same electrode layer as the lower electrode or beam of the microelectromechanical element, and has the same surface structure as the driving portion of the microelectromechanical element.
In the capacitor, one electrode is provided with a plurality of holes sufficient to allow liquid to pass through. These holes play a role in increasing the adsorption area of polar molecules and make it possible to form a capacitor using the same process as the sacrificial layer removal of the driving part of the microelectromechanical element in manufacturing the capacitor. .

本発明の一実施の形態に係る静電駆動素子の製造方法は、梁を有する静電駆動型の微小電気機械素子とコンデンサを同じ成膜層を用いて製造する。すなわち、基板上に微小電気機械素子の下部電極と、コンデンサの下部電極を形成する。次に、微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上と、コンデンサの下部電極上に選択的に犠牲層を形成する。次に、それぞれの犠牲層上に、端部が基板に固定された梁とコンデンサの上部電極を形成して後、犠牲層を除去して、下部電極と梁からなる微小電気機械素子と、空間を挟む下部電極と上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサとを形成する。その後、微小電気機械素子とコンデンサを同一筐体内に封止して目的の静電駆動素子を完成する。   In the method for manufacturing an electrostatic drive element according to an embodiment of the present invention, an electrostatic drive type micro electromechanical element having a beam and a capacitor are manufactured using the same film formation layer. That is, the lower electrode of the microelectromechanical element and the lower electrode of the capacitor are formed on the substrate. Next, a sacrificial layer is selectively formed on a required region including the lower electrode of the microelectromechanical element and on the lower electrode of the capacitor. Next, on each sacrificial layer, a beam whose end is fixed to the substrate and the upper electrode of the capacitor are formed, and then the sacrificial layer is removed to form a microelectromechanical element composed of the lower electrode and the beam, and a space A capacitor having a function of accumulating electric charges and polar molecules is formed by the lower electrode and the upper electrode sandwiching the electrode. Thereafter, the microelectromechanical element and the capacitor are sealed in the same casing to complete the target electrostatic driving element.

本発明の他の実施の形態に係る静電駆動素子の製造方法は、静電駆動型の微小電気機械素子と同時に作製するコンデンサを、基板と微小電気機械素子の下部電極と同じ成膜層を用いて形成する。すなわち、半導体基板の表面に絶縁膜を形成した基板上に、微小電気機械素子の下部電極とコンデンサの上部電極を形成する。次に、微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上に選択的に犠牲層を形成した後、犠牲層上に端部が基板に固定された梁を形成する。次に、犠牲層を除去して下部電極と梁からなる微小電気機械素子を形成する。同時に半導体基板を下部電極として基板表面の絶縁膜及び上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサを形成する。その後、微小電気機械素子とコンデンサを同一筐体内に封止して目的の静電駆動素子を完成する。   According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing an electrostatic drive element, in which a capacitor manufactured simultaneously with an electrostatic drive type microelectromechanical element is provided with the same film formation layer as a substrate and a lower electrode of the microelectromechanical element. Use to form. That is, the lower electrode of the microelectromechanical element and the upper electrode of the capacitor are formed on the substrate on which the insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate. Next, after a sacrificial layer is selectively formed on a required region including the lower electrode of the microelectromechanical element, a beam whose end is fixed to the substrate is formed on the sacrificial layer. Next, the sacrificial layer is removed to form a microelectromechanical element composed of a lower electrode and a beam. At the same time, a capacitor having a function of accumulating electric charges and polar molecules composed of the insulating film on the substrate surface and the upper electrode is formed using the semiconductor substrate as the lower electrode. Thereafter, the microelectromechanical element and the capacitor are sealed in the same casing to complete the target electrostatic driving element.

コンデンサ側の犠牲層の除去のためにコンデンサの上部電極には複数の孔を形成しておくこいとが好ましい。また、コンデンサの上部電極表面には、有極性分子に対して吸着性の良い材料膜を成膜するようにしても良い。   In order to remove the sacrificial layer on the capacitor side, it is preferable to form a plurality of holes in the upper electrode of the capacitor. In addition, a material film having good adsorptivity to polar molecules may be formed on the surface of the upper electrode of the capacitor.

本発明の実施の形態に係る半導体装置は、上述した静電駆動素子を有して構成される。この静電駆動素子としては、フィルタ(いわゆるバンド・パス・フィルタ)、ミキサー、共振器、信号切替器、センサーのうちの少なくとも一つに構成されている。
また、本実施の形態の半導体装置としては、上述の静電駆動素子を含んで、システム・イン・パッケージ型デバイスまたはシステム・オン・チップ型デバイスとして構成することもできる。
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes the above-described electrostatic drive element. The electrostatic drive element is configured as at least one of a filter (so-called band pass filter), a mixer, a resonator, a signal switch, and a sensor.
In addition, the semiconductor device of this embodiment can be configured as a system-in-package type device or a system-on-chip type device including the above-described electrostatic drive element.

本発明の実施の形態に係るフィルタは、電気的に駆動される梁を有した静電駆動型の微小電気機械素子による振動子と、電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサが同一筐体内に封止されている静電駆動素子から構成される。   The filter according to the embodiment of the present invention includes a vibrator using an electrostatically driven microelectromechanical element having an electrically driven beam and a capacitor having a function of storing electric charge and polar molecules in the same housing. It is comprised from the electrostatic drive element sealed in the body.

本発明の実施の形態に係る通信装置は、送信信号及び/又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、フィルタとして、上記フィルタを用いて構成される。   A communication device according to an embodiment of the present invention is configured using the above filter as a filter in a communication device including a filter that limits a band of a transmission signal and / or a reception signal.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本実施の形態で対象とする静電駆動素子、特にその微小電気機械素子は、マイクロメータスケール、ナノメータスケールの素子である。   The electrostatic drive element, particularly the microelectromechanical element, which is the object of the present embodiment, is a micrometer scale or nanometer scale element.

図1A〜Cに、本発明に係る第1実施の形態を示す。本実施の形態に係る静電駆動素子1は、基板11上に静電駆動型の微小電気機械素子となる振動子素子12と、電荷、有極性分子(水など)を蓄積する機能を有するコンデンサ13とを形成し、これら振動子素子12とコンデンサ13を同一の筐体10内に気密的に封止して構成される。   1A to 1C show a first embodiment according to the present invention. The electrostatic drive element 1 according to the present embodiment includes a vibrator element 12 that is an electrostatic drive type microelectromechanical element on a substrate 11 and a capacitor having a function of accumulating charges and polar molecules (such as water). 13 and the vibrator element 12 and the capacitor 13 are hermetically sealed in the same housing 10.

振動子素子12は、基板11上に下部電極となる入力電極15、出力電極16を形成し、この2つの電極15、16に空間18を挟んで対面する静電駆動により振動する振動子、すなわち梁(ビーム)17を配置して構成される。入力電極15及び出力電極16はいわゆる駆動用電極として機能する。梁17は入出力電極15、16をブリッジ状に跨ぎ、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15は入力端子t1に通る信号入力線路に接続され、出力電極16は出力端子t2に通じる信号出力線路に接続され、梁17は直流バイアス電圧(以下、DCバイアス電圧という)VDCの供給端子t3に通じるDC供給線路に接続される。 The vibrator element 12 is formed with an input electrode 15 and an output electrode 16 which are lower electrodes on the substrate 11, and a vibrator which vibrates by electrostatic driving facing the two electrodes 15 and 16 with a space 18 interposed therebetween, that is, A beam 17 is arranged. The input electrode 15 and the output electrode 16 function as so-called driving electrodes. The beam 17 straddles the input / output electrodes 15 and 16 in a bridge shape, and both ends thereof are integrally supported by anchor portions (support portions) 19 [19A, 19B]. The input electrode 15 is connected to a signal input line passing through the input terminal t1, the output electrode 16 is connected to a signal output line leading to the output terminal t2, and the beam 17 is supplied with a DC bias voltage (hereinafter referred to as DC bias voltage) V DC . It is connected to a DC supply line that leads to a terminal t3.

振動子素子12では、入力端子t1を通して入力電極15に入力信号(例えば高周波信号(RF))が入力されると、DCバイアス電圧VDCが印加された梁17と入力電極15間に生じる静電気力で梁17が振動し、出力電極16から出力端子t2を通じて梁17の共振周波数に応じた出力信号(高周波信号(RF)が出力されるようになされる。本例の場合、振動子素子12は静電的に駆動され、2次高調波振動モードで励振される。 In the transducer element 12, when an input signal (for example, a high frequency signal (RF)) is input to the input electrode 15 through the input terminal t 1, the electrostatic force generated between the beam 17 to which the DC bias voltage V DC is applied and the input electrode 15. The beam 17 vibrates and an output signal (a high frequency signal (RF)) corresponding to the resonance frequency of the beam 17 is output from the output electrode 16 through the output terminal t2. In this example, the transducer element 12 is It is driven electrostatically and excited in the second harmonic vibration mode.

一方、コンデンサ13は、基板11上に下部電極21を形成し、この下部電極21に誘電体層となる空間22を挟んで対面する上部電極23を形成して構成される。上部電極23には空間22を形成するための犠牲層を除去するための複数の孔24が形成され、上部電極23と下部電極21との間に犠牲層の一部を残存させた支柱25により上部電極23が支持されている。下部電極21には接地電位が印加され、上部電極23には端子t3からDC電圧VDCが印加される。コンデンサ13は振動子素子12の面積よりも十分大きい面積を有している。 On the other hand, the capacitor 13 is formed by forming a lower electrode 21 on the substrate 11 and forming an upper electrode 23 facing the space 22 serving as a dielectric layer on the lower electrode 21. A plurality of holes 24 for removing a sacrificial layer for forming the space 22 is formed in the upper electrode 23, and a column 25 in which a part of the sacrificial layer remains between the upper electrode 23 and the lower electrode 21. The upper electrode 23 is supported. A ground potential is applied to the lower electrode 21, and a DC voltage VDC is applied to the upper electrode 23 from a terminal t3. The capacitor 13 has an area sufficiently larger than the area of the transducer element 12.

振動子素子12の下部電極15、16とコンデンサ13の下部電極21が同一の工程で形成れ、振動子素子12の空間18がコンデンサ13の誘電体層となる空間22と同一工程で形成され、振動子素子12の梁17とコンデンサ13の上部電極23とは同一工程で形成される。振動子素子12とコンデンサ13は筐体10により中空を設けて気密的に封止される。   The lower electrodes 15 and 16 of the transducer element 12 and the lower electrode 21 of the capacitor 13 are formed in the same process, and the space 18 of the transducer element 12 is formed in the same process as the space 22 that becomes the dielectric layer of the capacitor 13. The beam 17 of the transducer element 12 and the upper electrode 23 of the capacitor 13 are formed in the same process. The transducer element 12 and the capacitor 13 are hermetically sealed by providing a hollow with the housing 10.

振動子素子12に接続される直流電圧(VDC)給電線路20には、振動子素子12に入力された交流信号、例えば高周波信号(RF)を直流電源(VDC)側へ通過させないための通過阻止手段、例えば、インピーダンス不整合を形成するための素子を接続する。図1ではインピーダンス不整合を形成するための素子として抵抗Rbが接続される。 The DC voltage (V DC ) feed line 20 connected to the transducer element 12 is used to prevent an AC signal, for example, a high frequency signal (RF) input to the transducer element 12 from passing to the DC power supply (V DC ) side. A passage blocking means, for example, an element for forming an impedance mismatch is connected. In FIG. 1, a resistor Rb is connected as an element for forming an impedance mismatch.

基板11は、シリコン基板等の半導体基板の表面に絶縁膜を形成した基板、あるいは絶縁性基板等で形成される。本例では高抵抗シリコン基板の表面に絶縁膜を形成した基板で形成される。振動子素子12の下部電極である2つの電極15、16及び梁17、コンデンサ13の上下部電極21、23は、例えば多結晶シリコン層などの導電性層、本例では多結晶シリコン層で形成される。   The substrate 11 is formed of a substrate in which an insulating film is formed on the surface of a semiconductor substrate such as a silicon substrate, or an insulating substrate. In this example, it is formed of a substrate in which an insulating film is formed on the surface of a high resistance silicon substrate. The two electrodes 15, 16 and the beam 17, which are the lower electrodes of the transducer element 12, and the upper and lower electrodes 21, 23 of the capacitor 13 are formed of a conductive layer such as a polycrystalline silicon layer, for example, a polycrystalline silicon layer in this example. Is done.

上述の第1実施の形態の静電駆動素子1によれば、振動子素子12の駆動時において、筐体10(いわゆるパッケージ)内部に気相、液相、固相のいずれかの状態で水等の有極性分子が残留した場合でも、振動子素子12に隣接する振動子素子よりも面積の広いコンデンサ13に、特にその上部電極23の表面に多くの有極性分子が吸着される。すなわち、コンデンサ13は、振動子素子12と同じ成膜層で形成され、上部電極23に梁17と同じDC電圧VDCが印加されているので、コンデンサ13における有極性分子の吸着量は振動子素子12と比較して面積が広い分、多くなる。これによって、振動子素子12への有極性分子の吸着を減らして帯電を抑制すことができ、この有極性分子による荷電効果に起因する振動子素子12、特に梁17の変質や、通電部の酸化等を軽微にすることができる。したがって、振動子素子12の特性劣化を十分に抑制することができ、初期特性を確保し、振動子素子12の信頼性を高めることができる。 According to the electrostatic drive element 1 of the above-described first embodiment, when the vibrator element 12 is driven, water is in the gas phase, liquid phase, or solid phase inside the housing 10 (so-called package). Even in the case where polar molecules such as those remain, many polar molecules are adsorbed by the capacitor 13 having a larger area than the vibrator element adjacent to the vibrator element 12, particularly on the surface of the upper electrode 23. That is, the capacitor 13 is formed of the same film formation layer as that of the transducer element 12, and the same DC voltage VDC as that of the beam 17 is applied to the upper electrode 23. Compared to the element 12, the area is larger and the area is larger. As a result, the adsorption of polar molecules to the transducer element 12 can be reduced to suppress charging, and the transducer element 12, particularly the beam 17 can be altered due to the charging effect of the polar molecule, Oxidation and the like can be reduced. Therefore, characteristic deterioration of the transducer element 12 can be sufficiently suppressed, initial characteristics can be secured, and the reliability of the transducer element 12 can be improved.

本実施の形態において、コンデンサ13の上部電極23に形成した孔24の大きさ、間隔を犠牲層のエッチングの条件に合わせて適正に設計することにより、多孔化することができ、多孔化によりさらに水分子の物理的吸着の効率を上げることができる。また、コンデンサ13において、下部電極21と上部電極23間に挿入される絶縁性の支柱25としては、吸湿性を有する絶縁体で形成することができる。吸湿性の絶縁体としては、例えば多孔質シリカ(SiO2)薄膜が適当である。多孔質シリカは、振動子素子の作製の際の犠牲層としても使用することができる。多孔質シリカ薄膜はRFマグネトロンスパッタ法により成膜できる。   In the present embodiment, the pores can be made porous by appropriately designing the size and interval of the holes 24 formed in the upper electrode 23 of the capacitor 13 according to the etching conditions of the sacrificial layer. The efficiency of physical adsorption of water molecules can be increased. In the capacitor 13, the insulating support pillar 25 inserted between the lower electrode 21 and the upper electrode 23 can be formed of a hygroscopic insulator. As the hygroscopic insulator, for example, a porous silica (SiO 2) thin film is suitable. Porous silica can also be used as a sacrificial layer in the production of the transducer element. The porous silica thin film can be formed by RF magnetron sputtering.

ここで、コンデンサ13への水分吸着のメカニズムについて説明する。
コンデンサと同じ材料で振動子素子が形成されるときには、以下の水分吸着のメカニズムが振動子素子にも同様に作用する。しかし、コンデンサが犠牲になることで水分吸着による振動子素子(例えばフィルタに適用した場合)への悪影響を軽減することができる。
水(水蒸気)は有極性分子であり、0.387εÅの双極子モーメントを有する。コンデンサの電極間、特に電極表面近傍にある気体状態の水分子は、電極の作る電場により、電極表面に吸着される。同様に有極性の高分子も吸着される。(なお、εÅは、正負の素電荷が1Åの距離に置かれたときの発生する双極子モーメントである。)
更に、電極を多結晶シリコンで形成したコンデンサの場合、吸着された水分子は電気分解される(2H O+2e- → H ;2OH- )。発生した水素のSi表面への吸着、さらにシリコン内部への浸透が起こる。同時にOH基の表面への吸着、あるいは電極表面の酸化も起こる。
Here, the mechanism of moisture adsorption on the capacitor 13 will be described.
When the vibrator element is formed of the same material as the capacitor, the following moisture adsorption mechanism acts on the vibrator element as well. However, when the capacitor is sacrificed, adverse effects on the vibrator element (for example, when applied to a filter) due to moisture adsorption can be reduced.
Water (water vapor) is a polar molecule and has a dipole moment of 0.387εÅ. Water molecules in a gaseous state between the electrodes of the capacitor, particularly in the vicinity of the electrode surface, are adsorbed on the electrode surface by the electric field created by the electrode. Similarly, polar polymers are also adsorbed. (Note that εÅ is a dipole moment generated when positive and negative elementary charges are placed at a distance of 1Å.)
Further, in the case of a capacitor whose electrode is made of polycrystalline silicon, the adsorbed water molecules are electrolyzed (2H 2 O + 2e− → H 2 ; 2OH−). The generated hydrogen is adsorbed on the Si surface and further penetrates into the silicon. At the same time, adsorption of OH groups to the surface or oxidation of the electrode surface also occurs.

一方、上述の第1実施の形態では、コンデンサ13が振動子素子12の梁17へのDCバイアス電圧VDCを安定化させるための定電圧回路の一部を構成する容量として用いることができる。図4に示すように、振動子素子12の直流電源(VDC)300と梁17間の給電線路301との間に直列に抵抗Raを挿入し、給電線路301と接地間に容量(シャント容量)Caを挿入し、これら抵抗Raと容量Caとにより直流電圧安定化回路302を形成することにより、梁17へのDCバイアス電圧を安定化することができる。この安定化回路302の容量Caとして実施の形態のコンデンサ13を兼用することができる。 On the other hand, in the first embodiment described above, the capacitor 13 can be used as a capacitor constituting a part of a constant voltage circuit for stabilizing the DC bias voltage V DC to the beam 17 of the transducer element 12. As shown in FIG. 4, a resistor Ra is inserted in series between the DC power supply (V DC ) 300 of the transducer element 12 and the feed line 301 between the beams 17, and a capacitance (shunt capacitance) is connected between the feed line 301 and the ground. ) By inserting Ca and forming the DC voltage stabilizing circuit 302 by the resistance Ra and the capacitance Ca, the DC bias voltage to the beam 17 can be stabilized. The capacitor 13 of the embodiment can also be used as the capacitance Ca of the stabilization circuit 302.

また、本実施の形態では、信号線路、従って振動子素子12の梁17と直流電源(VDC)との間にインピーダンス不整合を形成するための抵抗Rbが接続されるので、信号線路からの信号漏洩が回避され、例えばフィルタを構成した場合のフィルタ特性を変化させることがない。 In the present embodiment, since the resistor Rb for forming an impedance mismatch is connected between the signal line, and hence the beam 17 of the transducer element 12 and the DC power supply (V DC ), Signal leakage is avoided, and for example, the filter characteristics when a filter is configured are not changed.

図2A,Bに、本発明に係る第2実施の形態を示す。本実施の形態に係る静電駆動素子2は、基板11上に振動子素子12と電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサ33を形成し、これら振動子素子12とコンデンサ13を同一の筐体10内に気密的に封止して構成される。振動子素子12の構成は、第1実施の形態の振動子素子12と同様に形成される。   2A and 2B show a second embodiment according to the present invention. In the electrostatic driving element 2 according to the present embodiment, the transducer element 12 and the capacitor 33 having a function of accumulating charges and polar molecules are formed on the substrate 11, and the transducer element 12 and the capacitor 13 are made the same. The casing 10 is configured to be hermetically sealed. The configuration of the transducer element 12 is formed in the same manner as the transducer element 12 of the first embodiment.

一方、本実施の形態においては、基板11をシリコン半導体基板34の表面に絶縁膜35を形成した基板が用いられる。絶縁膜35としては、シリコン基板34の表面に酸化シリコン(SiO2)膜上に窒化シリコン(SiN)膜を積層した複合絶縁膜が用いられる。コンデンサ33は、シリコン半導体基板34を下部電極とし、絶縁膜35を誘電体膜とし、その上の振動子素子12の下部電極15、16と同時に形成した上部電極36とにより構成される。さらに、上部電極36の表面に吸湿性の良い吸湿層37が成膜される。吸湿層37としては、例えば層状炭素をスピンコート、CVD(化学気相成長)、スパッタなどにより成膜して形成することができる。成膜した層状炭素膜は、レジストマスクを介してエッチングを行い、コンデンサ形状に加工する。この炭素膜は高分子の吸着に有効である。必要に応じて層状炭素膜のクリーニング処理を行う。本例ではシリコン基板34を接地電位に、上部電極36にDCバイアス電圧VDCを印加することにより、コンデンサ33として構成される。コンデンサ33の面積は振動子素子12より十分に広い。
その他の構成は図1と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
On the other hand, in the present embodiment, a substrate in which an insulating film 35 is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 34 is used as the substrate 11. As the insulating film 35, a composite insulating film in which a silicon nitride (SiN) film is stacked on a silicon oxide (SiO 2) film on the surface of the silicon substrate 34 is used. The capacitor 33 includes a silicon semiconductor substrate 34 as a lower electrode, an insulating film 35 as a dielectric film, and an upper electrode 36 formed simultaneously with the lower electrodes 15 and 16 of the vibrator element 12 thereon. Further, a hygroscopic layer 37 with good hygroscopicity is formed on the surface of the upper electrode 36. The moisture absorption layer 37 can be formed, for example, by depositing layered carbon by spin coating, CVD (chemical vapor deposition), sputtering, or the like. The layered carbon film thus formed is etched through a resist mask and processed into a capacitor shape. This carbon film is effective for polymer adsorption. The layered carbon film is cleaned as necessary. The silicon substrate 34 to the ground potential in this example, the upper electrode 36 by applying a DC bias voltage V DC, configured as a capacitor 33. The area of the capacitor 33 is sufficiently larger than that of the vibrator element 12.
Since other configurations are the same as those in FIG. 1, the same reference numerals are given and redundant description is omitted.

第2実施の形態に係る静電駆動素子2においても、コンデンサ33の上部電極36の表面に吸湿層37が成膜された構成であるので、第1実施の形態と同様に、振動子素子12の駆動時において、筐体10(いわゆるパッケージ)内部に気相、液相、固相のいずれかの状態で有極性分子が残留した場合でも、コンデンサ33の上部電極33表面の吸湿層37で有極性分子が吸着され、振動子素子12への有極性分子の吸着を抑制することができる。したがって、振動子素子12の特性劣化を十分に抑制することができる。従って初期特性を確保し、振動子素子12の信頼性を高めることができる。
この第2実施の形態においても、吸湿層37を除いてコンデンサ33を構成する電極及び誘電体層は、振動子素子12の成膜要素と同じもので形成されるので、振動子素子12とコンデンサ33を同一の工程で形成することができる。その他、第1実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
Also in the electrostatic driving element 2 according to the second embodiment, since the hygroscopic layer 37 is formed on the surface of the upper electrode 36 of the capacitor 33, the vibrator element 12 is the same as in the first embodiment. Even when polar molecules remain in the gas phase, liquid phase, or solid phase in the housing 10 (so-called package), the moisture absorption layer 37 on the surface of the upper electrode 33 of the capacitor 33 is present. Polar molecules are adsorbed, and adsorption of polar molecules to the transducer element 12 can be suppressed. Therefore, the characteristic deterioration of the vibrator element 12 can be sufficiently suppressed. Therefore, initial characteristics can be secured and the reliability of the transducer element 12 can be improved.
Also in the second embodiment, the electrodes and the dielectric layer constituting the capacitor 33 except for the hygroscopic layer 37 are formed of the same film forming elements as the transducer element 12, and therefore the transducer element 12 and the capacitor 33 can be formed in the same process. In addition, the same effects as described in the first embodiment can be obtained.

図3A,Bに、本発明に係る第3実施の形態を示す。本実施の形態に係る静電駆動素子3は、基板11上に振動子素子12と電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサ41を形成し、これら振動子素子12とコンデンサ41を同一の筐体10内に気密的に封止して構成される。振動子素子12の構成は、第1実施の形態の振動子素子12と同様に構成される。   3A and 3B show a third embodiment according to the present invention. In the electrostatic driving element 3 according to the present embodiment, a vibrator 41 and a capacitor 41 having a function of accumulating charges and polar molecules are formed on a substrate 11, and the vibrator element 12 and the capacitor 41 are made the same. The casing 10 is configured to be hermetically sealed. The configuration of the transducer element 12 is the same as that of the transducer element 12 of the first embodiment.

一方、本実施の形態においては、基板11のコンデンサ41の形成領域上に、振動子素子12の下部電極15、16、空間18、梁17の形成と同じ工程で電極42、空間43及び電極44を形成し、電極44に複数の孔45を形成して空間43に一部犠牲層の残存による支柱46を形成する。さらに、両電極42及び44に電気的に接続するように、前述と同様の例えば層状炭素による吸湿層47が形成される。基板11は、本例では図2と同様に、シリコン基板34の表面に絶縁膜35を形成した基板が用いられる。そして、コンデンサ41は、シリコン基板34を下部電極とし、絶縁膜35を誘電体膜とし、吸湿層47を含む電極42及び44を上部電極として構成される。コンデンサ41の面積は振動子素子12より十分に広い。
その他の構成は図1、図2と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
On the other hand, in the present embodiment, the electrode 42, the space 43, and the electrode 44 are formed on the formation region of the capacitor 41 of the substrate 11 in the same process as the formation of the lower electrodes 15, 16, the space 18, and the beam 17 of the transducer element 12. A plurality of holes 45 are formed in the electrode 44, and a column 46 is formed in the space 43 due to the remaining part of the sacrificial layer. Further, a moisture absorption layer 47 made of, for example, layered carbon similar to the above is formed so as to be electrically connected to both the electrodes 42 and 44. In this example, the substrate 11 is a substrate in which an insulating film 35 is formed on the surface of a silicon substrate 34 as in FIG. The capacitor 41 is configured with the silicon substrate 34 as a lower electrode, the insulating film 35 as a dielectric film, and the electrodes 42 and 44 including the moisture absorption layer 47 as upper electrodes. The area of the capacitor 41 is sufficiently larger than the transducer element 12.
Since other configurations are the same as those in FIGS. 1 and 2, the same reference numerals are given and redundant description is omitted.

第3実施の形態に係る静電駆動素子41においても、コンデンサ41の上部電極表面に吸湿層47が成膜された構成であるので、第1実施の形態と同様に、振動子素子12の駆動時において、筐体10(いわゆるパッケージ)内部に気相、液相、固相のいずれかの状態で有極性分子が残留した場合でも、コンデンサ41の上部電極表面の吸湿層47で有極性分子が吸着され、振動子素子12への有極性分子の吸着を抑制することができる。したがって、振動子素子12の特性劣化を十分に抑制することができ、初期特性を確保し、振動子素子12の信頼性を高めることができる。
この第3実施の形態においても、吸湿層47を除いてコンデンサ41を構成する電極及び誘電体層は、振動子素子12の成膜要素と同じもので形成されるので、振動子素子12とコンデンサ41を同一の工程で形成することができる。その他、第1実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
Also in the electrostatic drive element 41 according to the third embodiment, since the hygroscopic layer 47 is formed on the surface of the upper electrode of the capacitor 41, the drive of the vibrator element 12 is performed as in the first embodiment. In some cases, even if polar molecules remain in the gas phase, liquid phase, or solid phase inside the housing 10 (so-called package), the polar molecules remain in the moisture absorption layer 47 on the upper electrode surface of the capacitor 41. The adsorption of polar molecules to the vibrator element 12 can be suppressed. Therefore, characteristic deterioration of the transducer element 12 can be sufficiently suppressed, initial characteristics can be secured, and the reliability of the transducer element 12 can be improved.
Also in the third embodiment, since the electrodes and the dielectric layer constituting the capacitor 41 except for the moisture absorption layer 47 are formed of the same film forming elements as the transducer element 12, the transducer element 12 and the capacitor 41 can be formed in the same process. In addition, the same effects as described in the first embodiment can be obtained.

次に、本発明による静電駆動素子の製造方法の実施の形態を説明する。以下の説明においては図1に示したC−C’での断面を例に行なう。
図5〜図9に、本発明による静電駆動型微小電気機械素子の製造方法の一実施の形態を示す。先ず、図5Aに示すように、シリコン基板51を用意し、その上面に例えば酸化シリコン薄膜(HDP薄膜:High Density Plasma酸化膜)と窒化シリコン膜との複合絶縁膜52を所要の膜厚に成膜する。その後、複合絶縁膜52上に例えば多結晶シリコン薄膜(PDAS膜:Phosphorous Doped Amorphous Silicon)による導電層91を所要の膜厚に成膜する。この導電層91を、埋め込み配線パターンのレジストマスクを介してドライエッチング法によりパターニングして、後の工程で形成するウェハ接合パッドの下部を迂回して外部との接続を図るための導電層91による埋め込みパターン92を形成する。
Next, an embodiment of a method for manufacturing an electrostatic drive element according to the present invention will be described. In the following description, a cross section taken along the line CC ′ shown in FIG. 1 is taken as an example.
5 to 9 show an embodiment of a method for manufacturing an electrostatically driven microelectromechanical element according to the present invention. First, as shown in FIG. 5A, a silicon substrate 51 is prepared, and a composite insulating film 52 of, for example, a silicon oxide thin film (HDP thin film: High Density Plasma oxide film) and a silicon nitride film is formed on the upper surface thereof to a required film thickness. Film. Thereafter, a conductive layer 91 made of, for example, a polycrystalline silicon thin film (PDAS film: Phosphorous Doped Amorphous Silicon) is formed on the composite insulating film 52 to a required film thickness. The conductive layer 91 is patterned by a dry etching method through a resist mask of a buried wiring pattern, and the conductive layer 91 is used to bypass the lower part of a wafer bonding pad to be formed in a later process and to connect to the outside. A buried pattern 92 is formed.

次に、例えば酸化シリコン薄膜93を成長させて、先に形成した埋め込み配線パターン92を埋め戻す。ウエハー面の平坦化を行った後、更に酸化シリコン薄膜と窒化シリコン薄膜との複合絶縁膜93を成長させて、先に形成した埋め込み配線パターン92を埋め戻す。次いで、複合絶縁膜93に電気的な接続のためのビアホール94を形成した後、配線パターン92上に、多結晶シリコン薄膜(PDAS膜)を形成し、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化処理を行って、ビアホール94内に多結晶シリコンによる接続体95を表面に選択的に露出する。   Next, for example, a silicon oxide thin film 93 is grown, and the previously formed embedded wiring pattern 92 is refilled. After planarization of the wafer surface, a composite insulating film 93 of a silicon oxide thin film and a silicon nitride thin film is further grown to refill the previously formed embedded wiring pattern 92. Next, after a via hole 94 for electrical connection is formed in the composite insulating film 93, a polycrystalline silicon thin film (PDAS film) is formed on the wiring pattern 92, and a chemical mechanical polishing (CMP) method is performed. Then, a planarization process is performed to selectively expose the connection body 95 made of polycrystalline silicon in the via hole 94 on the surface.

続いて、全面上に多結晶シリコン薄膜(PDAS膜)53を成膜する。配線パターン92と薄膜53はビアにより接続される。   Subsequently, a polycrystalline silicon thin film (PDAS film) 53 is formed on the entire surface. The wiring pattern 92 and the thin film 53 are connected by vias.

次に、図5Bに示すように、振動子素子の形成領域71に対応する多結晶シリコン薄膜53上に、下部電極、配線層となる梁を固定する台を成す形状を、コンデンサの形成領域72に対応する多結晶シリコン薄膜53上に、下部電極、および配線の形状を、ウエハー接合のためのパッド、および信号入出力パッドの形成領域73に対応する多結晶シリコン薄膜53上とパッドの形状を有するレジストマスク(図示せず)を形成する。このレジストマスクを介してドライエッチング法により多結晶シリコン薄膜53の不要部分を選択的に除去して、振動子素子の形成領域71において多結晶シリコン薄膜による下部電極54、55と梁の固定台(配線層を兼ねる)56〔56A,56B〕を形成する。また、コンデンサの形成領域72において、多結晶シリコン薄膜による下部電極および配線81を形成する。さらにウエハー接合のための接合パッド96、および、信号入出力パッド97を形成する。コンデンサ、振動子の梁および下部電極、接合パッド、信号入出力パッドが所望の通りに形成される。   Next, as shown in FIG. 5B, a capacitor forming region 72 is formed on the polycrystalline silicon thin film 53 corresponding to the transducer element forming region 71 so as to form a base for fixing a beam serving as a lower electrode and a wiring layer. The shape of the lower electrode and the wiring is formed on the polycrystalline silicon thin film 53 corresponding to the shape of the pad. A resist mask (not shown) is formed. Through this resist mask, unnecessary portions of the polycrystalline silicon thin film 53 are selectively removed by a dry etching method, and the lower electrodes 54 and 55 and the beam fixing base (by a polycrystalline silicon thin film) in the transducer element forming region 71 ( 56 [56A, 56B] also serving as a wiring layer. Further, in the capacitor formation region 72, a lower electrode and a wiring 81 are formed of a polycrystalline silicon thin film. Further, a bonding pad 96 for wafer bonding and a signal input / output pad 97 are formed. Capacitors, vibrator beams and lower electrodes, bonding pads, signal input / output pads are formed as desired.

次に、図6Cに示すように、振動子素子側の下部電極54、55及び梁の固定台56、コンデンサ側の下部電極81、接合パッド96、入出力信号パッド97を、犠牲層(例えば、酸化シリコン薄膜(HDP膜))57で埋め戻し、化学機械研磨(CMP)法により犠牲層57を平坦化し、下部電極54、55、固定台56、下部電極81、接合パッド96、入出力信号パッド97の面を露出させる。   Next, as shown in FIG. 6C, the lower electrodes 54 and 55 on the transducer element side and the beam fixing base 56, the lower electrode 81 on the capacitor side, the bonding pad 96, and the input / output signal pad 97 are formed on a sacrificial layer (for example, A silicon oxide thin film (HDP film) 57 is filled back, and the sacrificial layer 57 is planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) method. The surface of 97 is exposed.

次に、図6Dに示すように、平坦化した薄膜上に、振動子素子側の電極54、55と後で形成する梁との間隔(コンデンサの上下部電極間の誘電体となる空間の間隔にも対応する)に応じた所要の厚さの犠牲層58を形成する。この犠牲層58は、例えば、厚さ50nm程度の上記と同様の酸化シリコン(LP−TEOS:Low Pressure Tetraethoxy Silane)薄膜で形成することができる。   Next, as shown in FIG. 6D, on the flattened thin film, the distance between the electrodes 54 and 55 on the transducer element side and the beam to be formed later (space between the upper and lower electrodes of the capacitor becomes a dielectric) The sacrificial layer 58 having a required thickness corresponding to the above is formed. The sacrificial layer 58 can be formed of, for example, a silicon oxide (LP-TEOS: Low Pressure Tetraethoxy Silane) thin film having a thickness of about 50 nm.

次に、図7Eに示すように、最終的に得る振動子素子の梁と固定台56A,56Bとを繋ぐ貫通孔60〔60A,60B〕、及びウエハー接合パッド部を孤立させるための空間に対応する溝98を、例えばドライエッチング法で形成する。   Next, as shown in FIG. 7E, it corresponds to a space for isolating the through hole 60 [60A, 60B] connecting the beam of the transducer element finally obtained and the fixing bases 56A, 56B and the wafer bonding pad portion. The groove 98 to be formed is formed by, for example, a dry etching method.

次に、図7Fに示すように、貫通孔60、溝98内を含み犠牲層58上に多結晶シリコン薄膜(PDAS膜)を所望膜厚になるまで成膜した後、例えばドライエッチング法によりパターニングして、振動子素子側の梁(ビーム)62、コンデンサ側の上部電極82、配線(図示せず)及びウエハー接合パッド96を覆う膜83を形成する。梁62の両端は、支持部63〔63A,63B〕を介して固定台56〔56A,56B〕に固定される。
次いで、コンデンサ側の上部電極82(複数の貫通孔84を含む)の形状、梁の形状(配線を含む)を選択的に形成する。次いで、必要に応じて配線、あるいはウエハー接合パッド部83上にAlーSi薄膜を形成し、配線パターンおよびウエハー接合パッド部(微小電気機械振動子、およびコンデンサの周囲に作られた、閉じた曲線形状を成す土手)を形成する。
Next, as shown in FIG. 7F, after a polycrystalline silicon thin film (PDAS film) is formed on the sacrificial layer 58 including the inside of the through hole 60 and the groove 98 until a desired film thickness is obtained, patterning is performed by, for example, dry etching. Then, a film 83 that covers the beam 62 on the transducer element side, the upper electrode 82 on the capacitor side, the wiring (not shown), and the wafer bonding pad 96 is formed. Both ends of the beam 62 are fixed to the fixed base 56 [56A, 56B] via the support portion 63 [63A, 63B].
Next, the shape of the capacitor-side upper electrode 82 (including a plurality of through holes 84) and the shape of a beam (including wiring) are selectively formed. Next, an Al-Si thin film is formed on the wiring or wafer bonding pad portion 83 as necessary, and a closed curve formed around the wiring pattern and the wafer bonding pad portion (micro electromechanical vibrator and capacitor). Form a bank).

次に、ウエハー接合パッド部の上に、Ti/Wによる金属薄膜87と、Auによる金属薄膜88とを所要の厚さ、例えばそれぞれ50μm程度と250μm程度の厚さで成膜してリフトオフにより、所望の蓋体(ウエハー)を接合するためのウエハー接合パッド部に接合用金属層を形成する。   Next, a metal thin film 87 made of Ti / W and a metal thin film 88 made of Au are formed on the wafer bonding pad portion with required thicknesses, for example, about 50 μm and 250 μm, respectively, and lift-off is performed. A bonding metal layer is formed on a wafer bonding pad for bonding a desired lid (wafer).

次に、図8Gに示すように、例えばフッ化水素を含むエッチング液を用い、犠牲層57、58を除去する。これにより、下部電極54、55と梁62の間に約50nmの空間64が形成された振動子素子65を形成する。また、コンデンサ形成領域側において、上部電極82の孔84を通して犠牲層58がエッチングされ、一部支柱85を残して上部電極82と下部電極81との間に誘電体となる空間86が形成されて、コンデンサ80を形成する。また、信号入出力のためのパッド(あるいは配線)97を形成する。   Next, as shown in FIG. 8G, the sacrificial layers 57 and 58 are removed using, for example, an etching solution containing hydrogen fluoride. Thereby, a transducer element 65 in which a space 64 of about 50 nm is formed between the lower electrodes 54 and 55 and the beam 62 is formed. Further, on the capacitor forming region side, the sacrificial layer 58 is etched through the hole 84 of the upper electrode 82, and a space 86 serving as a dielectric is formed between the upper electrode 82 and the lower electrode 81, leaving a partial support 85. The capacitor 80 is formed. Also, pads (or wirings) 97 for signal input / output are formed.

一方、図8Hに示すように、別途蓋体となる例えばシリコン基板101を用意する。このシリコン基板101は、先の工程で作製した梁62を有する振動子素子65及びコンデンサ80を有する静電駆動素子部分の高さ及び面積に対応した複数の溝(図 Hでは1つのチップに対応した1つの溝のみを示す)102を形成する。次いで、基板101の表面に全面的に熱酸化による酸化シリコン膜103を形成した後、例えばHDP酸化による酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の複合絶縁膜104を所要の厚さ、例えば200nm程度の厚さに成膜して表面を不動態化する。さらに、溝加工せずに凸形状に残った部分、すなわち溝の周辺部分に、接合用のTi/Wによる金属薄膜106とAuによる金属薄膜107とを例えばそれぞれ50μm程度と250μm程度の厚さで成膜した後、リフトオフして接合用金属層を形成して、蓋体108を得る。   On the other hand, as shown in FIG. 8H, for example, a silicon substrate 101 serving as a lid is prepared. This silicon substrate 101 has a plurality of grooves (corresponding to one chip in FIG. H) corresponding to the height and area of the vibrator element 65 having the beam 62 and the electrostatic drive element having the capacitor 80 produced in the previous step. Only one groove is shown) 102 is formed. Next, after a silicon oxide film 103 is formed on the entire surface of the substrate 101 by thermal oxidation, a composite insulating film 104 of a silicon oxide film and a silicon nitride film by HDP oxidation, for example, has a required thickness, for example, a thickness of about 200 nm. The film is passivated to passivate the surface. Further, a metal thin film 106 made of Ti / W for bonding and a metal thin film 107 made of Au with a thickness of, for example, about 50 μm and 250 μm, respectively, are formed on the portion remaining in the convex shape without being grooved, that is, the peripheral portion of the groove After film formation, a lift-off is performed to form a bonding metal layer, and the lid body 108 is obtained.

次に、図9に示すように、図8Hの上記蓋体108と、図8Gの振動子素子65及びコンデンサ80を形成した基板51とを、所望の雰囲気中で対面させ、位置合わせをして、所要の温度、加圧条件下、例えば320℃の条件下で50kg/cmで加圧することにより、密閉してウエハーの接合封止を行う。
本実施の形態は、ウエハーレベルでハーメチック・パッケージを形成する製造方法を例示したものである。
Next, as shown in FIG. 9, the lid 108 shown in FIG. 8H and the substrate 51 on which the transducer element 65 and the capacitor 80 shown in FIG. Then, the wafer is hermetically sealed by pressurizing at 50 kg / cm 2 under the required temperature and pressure, for example, at 320 ° C.
This embodiment exemplifies a manufacturing method for forming a hermetic package at a wafer level.

その後、接合されたウエハーをダイシング加工して、目的の静電駆動型微小電気機械素子110を個別チップとして得る(図9参照)。   Thereafter, the bonded wafer is diced to obtain the target electrostatically driven micro-electromechanical element 110 as an individual chip (see FIG. 9).

図10〜図11に、本発明による静電駆動素子の製造方法の他の実施の形態を説明する。同図において、図5〜図9の実施の形態に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。   10 to 11, another embodiment of the method for manufacturing an electrostatic drive element according to the present invention will be described. In the figure, parts corresponding to those in the embodiment shown in FIGS.

本実施の形態に係る静電駆動素子の製造方法は、前述の図5A〜図7Eまでの工程は同じである。即ち、図10A(図7Eの工程と同じ)に示すように、シリコン基板51上に、順次、複合絶縁膜52、配線パターン92、複合絶縁膜93、接続体95を形成し、さらに、多結晶シリコン薄膜による振動子素子側の下部電極54、55、固定台56A,56B、ウエハー接合パッド96を形成し、コンデンサ側の上部電極となる電極111、犠牲層57、犠牲層58及び貫通孔60〔60A,60B〕、貫通溝98を形成する。   The manufacturing method of the electrostatic driving element according to the present embodiment is the same as the steps shown in FIGS. 5A to 7E. That is, as shown in FIG. 10A (same as the process of FIG. 7E), a composite insulating film 52, a wiring pattern 92, a composite insulating film 93, and a connection body 95 are sequentially formed on the silicon substrate 51, and further, polycrystalline. The lower electrodes 54 and 55 on the vibrator element side, the fixing bases 56A and 56B, and the wafer bonding pad 96 are formed by a silicon thin film, and the electrode 111, the sacrificial layer 57, the sacrificial layer 58, and the through hole 60 [ 60A, 60B] and the through groove 98 is formed.

次に、図10Bに示すように、貫通孔60、貫通溝98内を含み犠牲層58上に多結晶シリコン薄膜(PDAS膜)を所望膜厚になるまで成膜した後、例えばドライエッチング法によりパターニングして、振動子素子側の梁62、ウエハー接合パッド96上の導電層83を形成する。梁62の両端は、支持部63〔63A,63B〕を介して固定台56〔56A,56B〕に固定される。
次いで、配線及び接合パッド部上に導電層83上にAlーSi薄膜を成膜し、配線パターンなどを形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, after a polycrystalline silicon thin film (PDAS film) is formed on the sacrificial layer 58 including the inside of the through hole 60 and the through groove 98 until a desired film thickness is obtained, for example, by a dry etching method. By patterning, the beam 62 on the transducer element side and the conductive layer 83 on the wafer bonding pad 96 are formed. Both ends of the beam 62 are fixed to the fixed base 56 [56A, 56B] via the support portion 63 [63A, 63B].
Next, an Al—Si thin film is formed on the conductive layer 83 on the wiring and bonding pad portions to form a wiring pattern and the like.

次に、接合パッド部上の導電層83上に、Ti/Wによる金属薄膜87とAuによる金属薄膜88とを積層してなる接合用金属層を選択的に形成する。   Next, a bonding metal layer formed by laminating a metal thin film 87 made of Ti / W and a metal thin film 88 made of Au is selectively formed on the conductive layer 83 on the bonding pad portion.

次に、図11Cに示すように、犠牲層57、58を例えばフッ化水素を含むエッチング液を用いて除去し、振動子素子形成領域71において下部電極54、55と空間64を介して対面する梁62から成る振動子素子64を形成する。一方、コンデンサ形成領域72においては、シリコン基板51を下部電極とし、複合絶縁膜93を誘電体膜とし、振動子素子の下部電極54、55と同じ工程で作製した電極111を上部電極としたコンデンサ112を形成する。このコンデンサ112では前述したように駆動時にはシリコン基板51に接地電位が印加され、上部電極111にDCバイアス電圧VDCが印加される。 Next, as shown in FIG. 11C, the sacrificial layers 57 and 58 are removed using, for example, an etching solution containing hydrogen fluoride, and face the lower electrodes 54 and 55 via the space 64 in the transducer element formation region 71. A vibrator element 64 composed of the beam 62 is formed. On the other hand, in the capacitor forming region 72, a capacitor having the silicon substrate 51 as a lower electrode, the composite insulating film 93 as a dielectric film, and the electrode 111 manufactured in the same process as the lower electrodes 54 and 55 of the vibrator element as an upper electrode. 112 is formed. In the capacitor 112, as described above, the ground potential is applied to the silicon substrate 51 and the DC bias voltage V DC is applied to the upper electrode 111 during driving.

なお、必要に応じて、前述した例えば層状炭素による吸湿層をコンデンサ112の上部電極111上に形成するようになす。   If necessary, a moisture absorption layer made of, for example, layered carbon as described above is formed on the upper electrode 111 of the capacitor 112.

次に、図11Dに示すように、前述の図9と同様に、蓋体108を振動子素子64及びコンデンサ112を形成した基板51に気密的に接合して密閉封止する。その後、接合されたウエハーをダイシング加工して、目的の静電駆動素子113を個別チップとして得る(図11D参照)。   Next, as shown in FIG. 11D, as in FIG. 9 described above, the lid 108 is hermetically bonded and hermetically sealed to the substrate 51 on which the transducer element 64 and the capacitor 112 are formed. Thereafter, the bonded wafer is diced to obtain the target electrostatic drive element 113 as an individual chip (see FIG. 11D).

上述の実施の形態に係る静電駆動素子の製造方法によれば、いずれも振動子素子65とコンデンサ80または112とを同じ工程で形成することができる。そして、振動子素子65、コンデンサ80または112を形成する工程と、これらを密閉封止する工程とによって、微量な振動子素子の変質や、通電部の酸化などが十分に良く抑制できる静電駆動素子を、高信頼性をもって低コストで容易に製造することができる。従って、密閉封止をウエハーレベルとデバイスレベルのいずれによって行うかを選択することも可能であることから、静電駆動素子、あるいはこの静電駆動素子を備えた各種の静電駆動素子や、これらを有する半導体装置を低価格で提供することができる。すなわち、商品化、実用化における低価格を可能とする静電駆動素子、半導体装置の製造方法を提供することができる。   According to the manufacturing method of the electrostatic drive element according to the above-described embodiment, the vibrator element 65 and the capacitor 80 or 112 can be formed in the same process. Then, the electrostatic drive that can sufficiently suppress the deterioration of the transducer element and the oxidation of the current-carrying portion by the process of forming the transducer element 65 and the capacitor 80 or 112 and the process of hermetically sealing them. The element can be easily manufactured with high reliability and low cost. Accordingly, since it is possible to select whether the hermetically sealing is performed at the wafer level or the device level, the electrostatic driving element, various electrostatic driving elements including the electrostatic driving element, and these Can be provided at a low price. That is, it is possible to provide a method for manufacturing an electrostatic drive element and a semiconductor device that can be manufactured and put into practical use at a low price.

本発明に係る他の実施の形態においては、上述の静電駆動素子を用いて、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、上述したような高信頼性を有する静電駆動素子を備えるので、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
In another embodiment according to the present invention, a signal filter, a mixer, a resonator, a SiP (system in package) device module including the signal filter, a mixer, a resonator, and a SoC (system A semiconductor device such as an on-chip device module can be configured.
According to the semiconductor device of the present embodiment, since the electrostatic driving element having high reliability as described above is provided, a highly reliable semiconductor device can be provided.

本発明に係る静電駆動素子は、振動子素子を複数並列化した振動子群として構成することができる。本発明に係る静電駆動素子は、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、上述の静電駆動素子によるフィルタを適用して、携帯電話機、無線LAN機器、無線トランジーバ、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。   The electrostatic drive element according to the present invention can be configured as a vibrator group in which a plurality of vibrator elements are arranged in parallel. The electrostatic drive element according to the present invention can be used as a band signal filter such as a high frequency (RF) filter or an intermediate frequency (IF) filter. The present invention can provide a communication apparatus that communicates using electromagnetic waves, such as a mobile phone, a wireless LAN device, a wireless transceiver, a TV tuner, and a radio tuner, by applying the filter using the electrostatic drive element described above. .

次に、本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。
Next, a configuration example of a communication device to which the filter of the present embodiment is applied will be described with reference to FIG.
First, the configuration of the transmission system will be described. I-channel transmission data and Q-channel transmission data are supplied to digital / analog converters (DACs) 201I and 201Q, respectively, and converted into analog signals. The converted signal of each channel is supplied to band pass filters 202I and 202Q to remove signal components other than the band of the transmission signal, and the outputs of the band pass filters 202I and 202Q are supplied to the modulator 210. Supply.

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を介してミキサー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、ミキサー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。   The modulator 210 supplies the frequency signals corresponding to the transmission frequency supplied from the PLL (phase-locked loop) circuit 203 for transmission to the mixers 212I and 212Q via the buffer amplifiers 211I and 211Q for each channel. The signals are mixed and modulated, and both mixed signals are added by an adder 214 to form a single transmission signal. In this case, the signal phase of the frequency signal supplied to the mixer 212I is shifted by 90 ° by the phase shifter 213 so that the I channel signal and the Q channel signal are orthogonally modulated.

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。   The output of the adder 214 is supplied to the power amplifier 204 via the buffer amplifier 215 and amplified so as to have a predetermined transmission power. The signal amplified by the power amplifier 204 is supplied to the antenna 207 via the transmission / reception switch 205 and the high frequency filter 206, and is wirelessly transmitted from the antenna 207. The high frequency filter 206 is a band pass filter that removes signal components other than the frequency band transmitted and received by the communication apparatus.

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を介してミキサー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。   As a configuration of the reception system, a signal received by the antenna 207 is supplied to the high frequency unit 220 via the high frequency filter 206 and the transmission / reception switch 205. In the high frequency unit 220, the received signal is amplified by a low noise amplifier (LNA) 221 and then supplied to the band pass filter 222 to remove signal components other than the received frequency band, and the removed signal is buffer amplifier 223. To the mixer 224. Then, the frequency signals supplied from the channel selection PLL circuit 251 are mixed, a signal of a predetermined transmission channel is used as an intermediate frequency signal, and the intermediate frequency signal is supplied to the intermediate frequency circuit 230 via the buffer amplifier 225.

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225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。   The intermediate frequency circuit 230 supplies the supplied intermediate frequency signal to the band-pass filter 232 via the buffer amplifier 225, removes signal components other than the band of the intermediate frequency signal, and automatically removes the removed signal. The signal is supplied to an adjustment circuit (AGC circuit) 233 to obtain a signal with a substantially constant gain. The intermediate frequency signal whose gain has been adjusted by the automatic gain adjustment circuit 233 is supplied to the demodulator 240 via the buffer amplifier 234.

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を介してミキサー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信号用のミキサー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。   The demodulator 240 supplies the supplied intermediate frequency signal to the mixers 242I and 242Q via the buffer amplifier 241, mixes the frequency signal supplied from the intermediate frequency PLL circuit 252 and receives the received I channel signal. The component and the Q channel signal component are demodulated. In this case, the I-signal mixer 242I is supplied with a frequency signal whose signal phase is shifted by 90 ° by the phase shifter 243, and the quadrature-modulated I-channel signal component and Q-channel signal component. Is demodulated.

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。   The demodulated I channel and Q channel signals are supplied to band pass filters 253I and 253Q via buffer amplifiers 244I and 244Q, respectively, to remove and remove signal components other than I channel and Q channel signals. The obtained signals are supplied to analog / digital converters (ADC) 254I and 254Q, sampled and converted into digital data, and I-channel received data and Q-channel received data are obtained.

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、本例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。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本例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、本例の構成のフィルタを適用してもよい。   In the configuration described so far, it is possible to limit the band by applying the filter of the configuration of this example as a part or all of each band-pass filter 202I, 202Q, 206, 222, 232, 253I, 253Q. is there. In the example of FIG. 12, each filter is configured as a band pass filter. However, a low pass filter that passes only a frequency band lower than a predetermined frequency, or a frequency band that is higher than a predetermined frequency is used. It is also possible to configure as a high-pass filter that passes, and apply the filter of the configuration of this example to these filters. In the example of FIG. 12, the communication device performs wireless transmission and reception, but may be applied to a filter included in a communication device that performs transmission and reception via a wired transmission path, and only transmission processing is performed. The filter of the configuration of this example may be applied to a filter included in a communication device that performs or a communication device that performs only reception processing.

本実施の形態に係る通信装置によれば、帯域フィルタに本発明の静電駆動素子によるフィルタを用いることにより、フィルタにおける帯電現象に由来する劣化を回避することができ、信頼性の高い通信装置を提供することができる。   According to the communication apparatus according to the present embodiment, by using the filter by the electrostatic drive element of the present invention as the bandpass filter, it is possible to avoid the deterioration due to the charging phenomenon in the filter, and the communication apparatus with high reliability. Can be provided.

A,B及びC 本発明に係る静電駆動素子の第1実施の形態を示す概略構成図、そのAーA線上の断面図及びそのBーB線上の断面図である。A, B, and C It is the schematic block diagram which shows 1st Embodiment of the electrostatic drive element which concerns on this invention, its sectional drawing on the AA line, and sectional drawing on the BB line. A及びB 本発明に係る静電駆動素子の第2実施の形態示す概略構成図及びそのAーA線上の断面図である。A and B It is the schematic block diagram which shows 2nd Embodiment of the electrostatic drive element which concerns on this invention, and its sectional drawing on the AA line. A及びB 本発明に係る静電駆動素子の第3実施の形態示す概略構成図及びそのAーA線上の断面図である。A and B It is the schematic block diagram which shows 3rd Embodiment of the electrostatic drive element which concerns on this invention, and its sectional drawing on the AA line. 本発明に適用される定電圧安定化回路の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of the constant voltage stabilization circuit applied to this invention. A〜B 本発明に係る静電駆動素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その1)である。1A to 1B are manufacturing process diagrams (part 1) illustrating an embodiment of a method for manufacturing an electrostatic driving element according to the present invention. C〜D 本発明に係る静電駆動素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その2)である。C to D are manufacturing process diagrams (part 2) illustrating an embodiment of a method for manufacturing an electrostatic driving element according to the present invention. E〜F 本発明に係る静電駆動素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その3)である。E to F are manufacturing process diagrams (part 3) illustrating an embodiment of a method for manufacturing an electrostatic driving element according to the present invention. G〜H 本発明に係る静電駆動素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その4)である。GH is a manufacturing process figure (the 4) which shows one Embodiment of the manufacturing method of the electrostatic drive element which concerns on this invention. 本発明に係る静電駆動素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その5)である。It is a manufacturing process figure (the 5) which shows one Embodiment of the manufacturing method of the electrostatic drive element which concerns on this invention. A〜B 本発明に係る静電駆動素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図(その1)である。FIGS. 9A to 9B are manufacturing process diagrams (part 1) illustrating another embodiment of a method for manufacturing an electrostatic driving element according to the present invention. FIGS. C〜D 本発明に係る静電駆動素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図(その2)である。C to D are manufacturing process diagrams (part 2) illustrating another embodiment of the method for manufacturing an electrostatic driving element according to the present invention. 本発明に係る通信装置の一実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the communication apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3・・静電駆動素子、10・・蓋体、11・・基板、12・・振動子素子、13・・コンデンサ、15、16・・下部電極、17・・梁、21・・下部電極、22・・空間、23・・上部電極、25・・支柱、36・・上部電極、37・・吸湿層、51・・シリコン基板、52・・絶縁膜、53・・多結晶シリコン薄膜、54、55・・下部電極、56〔56A,56B〕・・固定台、57、58・・犠牲層、62・・梁、65・・振動子素子、71・・振動子素子形成領域、72・コンデンサ形成領域、73・・ウエハー接合パッドおよび入出力パッド形成領域、80・・コンデンサ、81・・下部電極、82・・上部電極、101・・シリコン基板、102・・溝、108・・蓋体、110・・静電駆動素子
1, 2, 3, .. Electrostatic drive element, 10 .. Lid, 11 .. Substrate, 12 .. Transducer element, 13 .. Capacitor, 15, 16 ... Lower electrode, 17 .. Beam, 21. · Lower electrode, 22 ·· Space, 23 ·· Upper electrode, 25 ·· Strut, 36 ·· Upper electrode, 37 ·· Hygroscopic layer, 51 ·· Silicon substrate, 52 ·· Insulating film, 53 ·· Polycrystalline silicon Thin film, 54, 55, lower electrode, 56 [56A, 56B], fixing base, 57, 58, sacrificial layer, 62, beam, 65, transducer element, 71, transducer element formation region, 72. Capacitor formation region, 73 .. Wafer bonding pad and I / O pad formation region, 80 .. Capacitor, 81 .. Lower electrode, 82 ... Upper electrode, 101 ... Silicon substrate, 102 ... Groove, 108 ... Lid, 110 ... electrostatic drive element

Claims (12)

電気的に駆動される梁を有した静電駆動型の微小電気機械素子と、電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサが同一筐体内に封止されている
ことを特徴とする静電駆動素子。
An electrostatic drive type micro electromechanical element having an electrically driven beam and a capacitor having a function of accumulating electric charge and polar molecules are sealed in the same housing. Drive element.
前記コンデンサは、前記微小電気機械素子の直流給電回路に繋げられて容量となる
ことを特徴とする請求項1記載の静電駆動素子。
The electrostatic drive element according to claim 1, wherein the capacitor is connected to a DC power supply circuit of the micro electromechanical element to become a capacitor.
直流給電端子から見た前記コンデンサは、前記微小電気機械素子と並列に電気的接続され、
前記コンデンサと前記微小電気機械素子との間に、交流信号の通過阻止手段が設けられている
ことを特徴とする請求項1記載の静電駆動素子。
The capacitor viewed from the DC power supply terminal is electrically connected in parallel with the microelectromechanical element,
The electrostatic drive element according to claim 1, wherein an AC signal passage blocking unit is provided between the capacitor and the microelectromechanical element.
前記コンデンサの電極が、前記微小電気機械素子の電極あるいは梁と同じ成膜層で形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の静電駆動素子。
The electrostatic drive element according to claim 1, wherein the electrode of the capacitor is formed of the same film formation layer as the electrode or beam of the microelectromechanical element.
前記コンデンサの一方の電極に液体が通り抜けられるに十分な孔が形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の静電駆動素子。
The electrostatic drive element according to claim 1, wherein a sufficient hole is formed in one electrode of the capacitor to allow liquid to pass through.
基板上に、微小電気機械素子の下部電極と、コンデンサの下部電極を形成する工程と、
前記微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上と、前記コンデンサの下部電極上に選択的に犠牲層を形成する工程と、
前記それぞれの犠牲層上に、端部が基板に固定された梁とコンデンサの上部電極を形成する工程と、
前記犠牲層を除去して、下部電極と梁からなる微小電気機械素子と、空間を挟む下部電極と上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサとを形成する工程と、
前記微小電気機械素子と前記コンデンサを同一筐体内に封止する工程とを有する
ことを特徴とする静電駆動素子の製造方法。
Forming a lower electrode of a microelectromechanical element and a lower electrode of a capacitor on a substrate;
Forming a sacrificial layer selectively on a required region including the lower electrode of the microelectromechanical element and on the lower electrode of the capacitor;
Forming a beam having an end fixed to the substrate and an upper electrode of the capacitor on each sacrificial layer;
Removing the sacrificial layer to form a microelectromechanical element composed of a lower electrode and a beam, a capacitor composed of a lower electrode and an upper electrode sandwiching a space, and a capacitor having a function of accumulating polar molecules;
A method of manufacturing an electrostatic drive element, comprising: sealing the micro electro mechanical element and the capacitor in the same casing.
半導体基板の表面に絶縁膜を形成した基板上に、微小電気機械素子の下部電極と、コンデンサの上部電極を形成する工程と、
前記微小電気機械素子の下部電極を含む所要領域上に選択的に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に端部が基板に固定された梁を形成する工程と、
前記犠牲層を除去して下部電極と梁からなる微小電気機械素子と、下部電極となる前記半導体基板と前記絶縁膜と前記上部電極とからなる電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサとを形成する工程と、
前記微小電気機械素子と前記コンデンサを同一筐体内に封止する工程とを有する
ことを特徴とする静電駆動素子の製造方法。
Forming a lower electrode of a microelectromechanical element and an upper electrode of a capacitor on a substrate having an insulating film formed on a surface of a semiconductor substrate;
Selectively forming a sacrificial layer on a required region including a lower electrode of the microelectromechanical element;
Forming a beam having an end fixed to the substrate on the sacrificial layer;
A microelectromechanical element composed of a lower electrode and a beam by removing the sacrificial layer, a capacitor having a function of accumulating charges and polar molecules composed of the semiconductor substrate serving as the lower electrode, the insulating film, and the upper electrode; Forming a step;
A method of manufacturing an electrostatic drive element, comprising: sealing the micro electro mechanical element and the capacitor in the same casing.
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の静電駆動素子を有している
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising the electrostatic drive element according to claim 1.
前記静電駆動素子が、フィルタ、ミキサー、共振器、信号切替器、センサーのうちの少なくとも1つに構成されている
ことを特徴とする請求項8記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8, wherein the electrostatic driving element is configured as at least one of a filter, a mixer, a resonator, a signal switch, and a sensor.
前記静電駆動素子を含んで、システム・イン・パッケージ型デバイスまたはシステム・オン・チップ型デバイスとして構成されている
ことを特徴とする請求項9記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor device is configured as a system-in-package type device or a system-on-chip type device including the electrostatic driving element.
電気的に駆動される梁を有した静電駆動型の微小電気機械素子による振動子と、電荷、有極性分子を蓄積する機能を有するコンデンサが同一筐体内に封止されている静電駆動素子からなる
ことを特徴とするフィルタ。
An electrostatic drive element in which a vibrator having an electrically driven micro electromechanical element having an electrically driven beam and a capacitor having a function of accumulating charges and polar molecules are sealed in the same housing A filter characterized by comprising.
送信信号及び/又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、
前記フィルタとして、請求項11記載のフィルタが用いられている
ことを特徴とする通信装置。
In a communication apparatus provided with a filter for limiting the bandwidth of a transmission signal and / or a reception signal,
The communication device according to claim 11, wherein the filter according to claim 11 is used as the filter.
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