JP4710435B2

JP4710435B2 - 微小共振器、バンドパスフィルタ、半導体装置、並びに通信装置

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Publication number: JP4710435B2
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Description

本発明は、静電駆動するビーム型の共振子からなる微小共振器、この微小共振器を備えたバンドパスフィルタ、この微小共振器を備えた半導体装置、並びにこの微小共振器による帯域フィルタを用いた通信装置に関する。

近年の無線通信技術の発展に伴い、無線通信技術を利用した通信機器においては小型化、軽量化が要求されている。これまで小型化が困難とされてきたＲＦ信号処理部分に、半導体に用いる微細加工技術を使い、微細な機械構造を作製するマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）技術が利用されてきている。その１つに機械的な共振を利用したメカニカルフィルタがあり、小型で集積化が可能であることから通信分野への応用が期待されている。

フィルタを構成するメカニカル共振子としては、特許文献１に示す静電駆動するビーム型の微小共振子が提案されている。図１８Ａ，Ｂに示すように、この微小共振子１は、少なくとも表面が絶縁性である基板２上に下部電極である入力電極３及び出力電極４が形成され、この入力電極３及び出力電極４に対向するように空間５を挟んで振動部となる電極、いわゆるビーム（梁）６が形成されて成る。入力電極３及び出力電極４はビーム６の長手方向に対して交差するように形成される。ビーム６は、入出力電極３、４をブリッジ状に跨ぎ、入出力電極３、４の外側に配置した配線層７に接続されるように、両端を支持部（アンカー部）８〔８Ａ，８Ｂ〕で一体に支持される。ビーム６には配線層７を通して所要のＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加される。

この微小共振子１では、入力電極３から入力された信号により、ＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加されたビーム６と入力電極３間に生じる静電力でビーム６が外力を受け、ビーム６が固有の共振周波数で振動を起こす。この振動が微小な空間５を介して出力電極４に信号として伝わる。
特開２００４ー３２８０７６号公報

このような微小共振子１を用いてメカニカルフィルタを構成する場合、単一の微小共振子１を並列化した微小共振器を用いる。バンドパスフィルタでは、その通過帯域に応じて決定した２つの異なる共振周波数を持つ共振器を相互に接続することにより、フィルタ特性を得ることができる。

共振器を組み合わせてバンドパスフィルタを作る場合、共振器の組み合わせ方に例えばラダー型等が知られている。ラダー型のバンドパスフィルタは、図１４に示すように、信号線路１１に直列に共振子からなる高い共振周波数を持つ直列共振器１３が接続され、この直列共振器１３の出力側信号線路１１とグランド線路１２間に同様に共振子からなる低い共振周波数を持つシャント共振器１４が接続されて成る。図１４は２段構成のラダー型フィルタ１０である。

このラダー型フィルタ１０のフィルタ特性は、次のようにして得られる。図１６に示すように、直列共振器１３では高い周波数に共振ピークｐ1 を持つ出力波形１５が得られ、シャント共振器１４では低い周波数に共振ピークｐ2 を持つ出力波形１６が得られる。一方、信号線路１１とグランド線路１２間にシャント共振器１４を接続して信号を入力しときの出力波形は、符号１７のようになる。その結果、ダラー型フィルタ１０の周波数特性は、結果として出力波形１７と直列共振器１３の出力波形１５が足し合わされた波形となる。すなわち、図１７に示すフィルタ特性の波形１８が得られる。

直列共振器１３の共振ピークｐ1 の周波数とシャント共振器１４の反共振ピークｐ2 ′の周波数を同じにすることにより、良好なフィルタ特性の波形１８が得られる。このラダー型バンドパスフィルタにおいては、シャント共振器１４の共振ピークｐ2 と反共振ピークｐ2 ′の周波数差Δｆを広くとることにより、広い帯域１９（図１７参照）を得ることができる。

しかしながら、上述したビーム型共振子１からなる微小共振器はその構造上、入力電極３とビーム６間、出力電極４とビーム６間の寄生容量Ｃ１，Ｃ２が大きい。このため、共振ピークｐ2 と反共振ピークｐ2 ′の周波数差Δｆを広くとることが難しく、バンドパスフィルタの帯域１９を広げることが困難であった。すなわち、ビーム型共振子の場合、ビームの機械的振動を介して伝わる信号経路の他に、図１９に示すように、入力電極３とビーム６間、出力電極４とビーム６間の寄生容量Ｃ１，Ｃ２と、ビーム部分の抵抗Ｒを介して電気的に伝わる信号経路２０がある。この経路２０を伝わる漏れ信号はビームの共振とは無関係であり、共振器のＳ／Ｎを低下させる。この微小共振器では、下部電極である入出力電極３、４とビーム６間の空間５が狭く形成されているので、入力電極３とビーム６間、出力電極４とビーム６間の寄生容量Ｃ１，Ｃ２が大きく、寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介して流れる信号漏洩が大きくなる。このため、微小共振器を用いてバンドパスフィルタを設計する場合、共振ピーク、反共振ピークの周波数差Δｆを広く取ることが難しく、帯域を広げたバンドパスフィルタの作製が困難であった。

因みに、上述の信号漏洩を抑制するためには、入力電極３とビーム６間、出力電極４とビーム６間の寄生容量Ｃ１，Ｃ２を小さくする、あるいはビーム部分の抵抗Ｒを大きくすることが考えられる。しかし、寄生容量Ｃ１，Ｃ２を小さくするためにはビーム６と信号線（すなわち、入力電極３、出力電極４）間の空間５を大きくする必要があるが、それにより信号線とビーム６間の電気機械変換効率が低下してしまうので、性能が低下してしまう。ビーム６自体の抵抗Ｒを大きくした場合には、ビーム６にＤＣバイアス電圧Ｖ_DCを印加して振動を起こさせための電荷が集まらず、静電力により振動が得られない。

本発明は、上述の点に鑑み、入出力信号間の寄生容量を介しての信号漏洩を低減できる微小共振器を提供するものである。
また、本発明は、この微小共振器を用いた広い帯域のバンドパスフィルタ、この微小共振器を備えた半導体装置、この微小共振器によるバンドパスフィルタを備えた通信装置を提供するものである。

本発明に係る微小共振器は、基板上に形成された入力電極及び出力電極と、入力電極及び出力電極に対向するように空間を挟んで形成され直流バイアス電圧が印加される振動部となるビームとを備えたビーム型の共振子からなり、ビームの、入力電極に対向する部分と出力電極に対向する部分との間の領域中に、ビームの他の領域に比べて高抵抗である高抵抗部分、または絶縁性部分を有していることを特徴とする。

本発明に係るバンドパスフィルタは、上記本発明の微小共振器からなることを特徴とする。

本発明に係る半導体装置は、上記本発明の微小共振器を備えてい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、上記本発明の微小共振器によるフィルタが用いられていることを特徴とする。

本発明に係る微小共振器によれば、共振子におけるビームの、入力電極に対向する部分と出力電極に対向する部分との間の領域中に、ビームの他の領域に比べて高抵抗である高抵抗部分又は絶縁性部分を有するので、入出力信号間の寄生容量を介しての信号漏洩が低減できる。これにより、共振ピーク、反共振ピークの周波数差を広くとることが可能となり、例えばバンドパスフィルタに適用した場合、帯域の広いバンドパスフィルタの作製が可能になる。

本発明に係るバンドパスフィルタによれば、入出力信号間の寄生容量を介しての信号漏洩が低減された上記本発明の微小共振器を用いるので、共振ピーク、反共振ピークの周波数差を広くとることが可能となり、帯域の広いバンドパスフィルタを提供することができる。

本発明に係る半導体装置によれば、入出力信号間の寄生容量を介しての信号漏洩が低減された上記本発明の微小共振器を備えることにより、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、帯域フィルタとして、入出力信号間の寄生容量を介しての信号漏洩が低減された上記本発明の微小共振器によるフィルタを用いることにより、帯域の広い優れたフィルタ特性が得られ、優れた特性を有する通信装置を提供することができる。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。

本実施の形態で対象とする微小共振器を構成する微小共振子は、マイクロスケール、ナノスケールの素子である。
図１Ａ，Ｂに、本発明に係る微小共振器の実施の形態を示す。まず、微小共振器３０を構成する単体の微小共振子について説明する。本実施の形態に係る微小共振子３１は、少なくとも表面が絶縁性である基板３２上に下部電極である入力電極３３及び出力電極３４が形成され、この入力電極３３及び出力電極３４に対向するように空間３５を挟んで振動部となる電極、いわゆるビーム（梁）３６が形成されて成る。入力電極３３及び出力電極３４はビーム３６の長手方向に対して交差するように形成される。ビーム３６は、入出力電極３３、３４をブリッジ状に跨ぎ、入出力電極３３、３４の外側に配置した配線層３７に接続されるように、両端を支持部（アンカー部）３８〔３８Ａ，３８Ｂ〕で一体に支持される。ビーム３６には所要のＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加される。

そして、本実施の形態においては、振動部となるビーム３６の抵抗成分の分布３９を制御して、振動部の寄生容量、すなわち入力電極３３とビーム３６間、出力電極３４とビーム３６間の寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介して入出力電極３３、３４間に流れる信号漏洩を低減させるように構成する。
そして、本実施の形態に係る微小共振器３０は、このように構成された微小共振子３１を１つあるいは複数個組み合わせて構成される。例えば複数の微小共振子３１を並列化して微小共振器３０が構成される。

本実施の形態の微小共振子３１の動作は、前述と同様に、入力電極３３から入力された信号により、ＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加されたビーム３６と入力電極３３間に生じる静電力でビーム３６が外力を受け、ビーム３６が固有の共振周波数で振動を起こす。この振動が微小な空間３５を介して出力電極３４に信号として伝わる。

上述の本実施の形態に係る微小共振器３０によれば、微小共振子３１におけるビーム３６の抵抗成分の分布３９を制御することにより、すなわち、ビーム３６の一部の抵抗を大きくすることにより、振動部の寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介して流れる信号漏洩を低減することができる。これにより共振器３０としてのＳ／Ｎが向上する。従って、この微小共振器３０を用いて例えばバンドパスフィルタを設計した場合、共振ピーク、反共振ピークの周波数差を広く取ることができ、広い帯域のフィルタ特性を有するバンドパスフィルタを作成することができる。

ビーム３６に対して、信号漏洩を抑制するための抵抗成分の分布を持たせる構成としては、例えば、ビーム３６の入力電極３３と出力電極３４との間に対応する部分を、ビーム３６の他部よりも高抵抗にして、または絶縁体にして形成することができる。
または、ビーム３６の振動モードの節に対応した部分を、高抵抗にして、または絶縁体にして形成することができる。
または、ビーム３６を抵抗率の異なる複数の材料で形成することができえる。または、ビーム３６を不純物濃度の異なる複数の領域により形成することができる。
また、ビーム３６を少なくとも２層以上からなり、上層とこれに連続して最下層の一部が高抵抗、または絶縁体となるように形成することができる。

図２Ａ，Ｂに、本発明に係る微小共振器の第１実施の形態を示す。本実施の形態の微小共振器３０１は、２次振動モードの微小共振子３１１で構成され、その微小共振子３１１のビーム３６が第１層膜３６１と第２層膜３６２からなる２層膜で形成される。入出力電極３３、３４に対向する下層の第１層膜３６１は例えば不純物濃度が高い低抵抗の（すなわち導電性を有する）ポリシリコン膜で形成し、上層の第２層膜３６２は例えば不純物濃度が低い高抵抗のポリシリコン膜あるいは、ノンドープのポリシリコン膜（実質的に絶縁体）で形成する。このとき、第１層膜３６１が、ビーム３６の中央、すなわち２次振動モードの節に対応する部分で２分割され、この第１層膜３６１の分割された間（いわゆる節）の部分３６１ａが第２層膜３６２と同じ材質で形成される。ビーム３６に対するＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣはビーム３６の両端の配線層３７〔３７Ａ，３７Ｂ〕を通して印加される。その他の構成は図１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省略する。

第１実施の形態の微小共振器３０１によれば、ビーム３６の第１層膜３６１の中央部分３６１ａが高抵抗、または絶縁体で形成されるので、寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介しての信号漏洩は抑制される。共振器の共振、反共振ピークの差は大きくなる。また、ビーム３６の入出力電極３３、３４に対向する部分（第１層膜３６１）は、導電性を有しているので、ＤＣバイアス電圧Ｖ_DCが印加され静電力による共振駆動が良好に行われる。

図３に本発明に係る微小共振器の第２実施の形態を示す。本実施の形態の微小共振器３０２は、２次振動モードの微小共振子３１２で構成され、その微小共振子３１２のビーム３６が例えば高不純物濃度の導電性のポリシリコン膜で形成されると共に、中央部分（振動モードの節に対応する部分）３６ａが例えば低不純物濃度の高抵抗のポリシリコン膜あるいはノンドープのポリシリコン膜による絶縁体で形成される。ビーム３６に対するＤＣバイアス電圧Ｖ_DCはビーム３６の両端の配線層３７〔３７Ａ，３７Ｂ〕を通して印加される。その他の構成は図１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省略する。

第２実施の形態の微小共振器３０２によれば、ビーム３６の中央部分３６ａが高抵抗、または絶縁体になるので、寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介しての信号漏洩は抑制される。共振器の共振、反共振ピークの差は大きくなる。また、ビーム３６の入出力電極３３、３４に対向する部分は、導電性を有しているのでＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加され静電力による共振駆動が良好に行われる。さらに、製造時にイオン注入でビーム３６の不純物濃度を制御できる利点を有する。

図４に本発明に係る微小共振器の第３実施の形態を示す。本実施の形態の微小共振器３０３は、２次振動モードの微小共振子３１３で構成され、その微小共振子３１３のビーム３６が抵抗率の異なる材料で形成される。本例ではビーム３６が不純物濃度分布を持たせたポリシリコン膜で形成される。すなわち、例えばビーム３６が例えば高不純物濃度の導電性のポリシリコン膜３６ｃ（領域Ａ）で形成されると共に、中央部分（２次振動モードの節に対応する部分）において不純物濃度が中心に向って低くなるように低抵抗のポリシリコン膜３６ｂ（領域Ｂ），さらに低抵抗のポリシリコン膜３６ａ（領域Ｃ）で形成される。中心のポリシリコン膜３６ａはノンドープで形成することもできる。ビーム３６に対するＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣはビーム３６の両端の配線層３７〔３７Ａ，３７Ｂ〕を通して印加される。その他の構成は図１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省略する。

第３実施の形態の微小共振器３０３によれば、ビーム３６の不純物濃度に分布を持たせ、ビーム３６の中央部（節の部分）３６ａ，３６ｂの抵抗率を変化させる、すなわち高抵抗化、絶縁化することにより、寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介しての信号漏洩は抑制される。共振器の共振、反共振ピークの差は大きくなる。また、ビーム３６の入出力電極３３、３４に対向する部分は、導電性を有しているのでＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加され静電力による共振駆動が良好に行われる。さらに、製造時にイオン注入でビーム３６の不純物濃度を制御できる利点を有する。

ここで、図５に示すように、ビーム３６の両端からＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣを印加する場合には、１つの電源Ｅから配線を分岐して夫々の分岐配線４１、４２を介して供給される。このとき、単に分岐配線しただけであると、破線４３に示すような信号漏洩が生じる虞れがある。このため、分岐配線４１、４２の夫々に所要の抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 を挿入して信号漏洩を防止する対策を施すことが望ましい。

図６に本発明に係る微小共振器の第４実施の形態を示す。本実施の形態の微小共振器３０４は、３次振動モードの微小共振子３１４で構成され、その微小共振子３１４の入力電極３３及び出力電極３４が間隔を離して形成されると共に、ビーム３６の３次振動モードの節に対応する部分３６ｅ，３６ｆが例えば低不純物濃度の高抵抗のポリシリコン膜あるいはノンドープのポリシリコン膜による絶縁体で形成される。ビーム３６の節に対応する部分３６ｅ，３６ｆ以外の部分は高不純物濃度の導電性のポリシリコン膜で形成される。ビーム３６の導電性の部分にはＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加される。その他の構成は図１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省略する。

第４実施の形態の微小共振器３０４によれば、３次振動モードにおいて、ビーム３６の節に対応する部分３６ｅ，３６ｆを高抵抗あるいは絶縁体で形成することにより、寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介しての信号漏洩は抑制される。共振器の共振、反共振ピークの差は大きくなる。また、ビーム３６の入出力電極３３、３４に対向する部分は、導電性を有しているのでＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加され静電力による共振駆動が良好に行われる。

図７に本発明に係る微小共振器の第５実施の形態を示す。本実施の形態の微小共振器３０５は、３次振動モードの微小共振子３１５で構成され、その微小共振子３１４の入力電極３３及び出力電極３４が間隔を離して形成されると共に、ビーム３６の３次振動モードの２つの節を含んで入出力電極３３及び３４間に対応する部分３６ｇの全てが例えば低不純物濃度の高抵抗のポリシリコン膜あるいはノンドープのポリシリコン膜による絶縁体で形成される。ビーム３６のそれ以外の部分は高不純物濃度の導電性のポリシリコン膜で形成される。ビーム３６の導電性の部分にはＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加される。その他の構成は図１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省略する。

第５実施の形態の微小共振器３０５によれば、ビーム３６の２つの節の間の部分３６ｇ全てを高抵抗あるいは絶縁体で形成することにより、寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介しての信号漏洩は抑制される。共振器の共振、反共振ピークの差は大きくなる。また、ビーム３６の入出力電極３３、３４に対向する部分は、導電性を有しているのでＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加され静電力による共振駆動が良好に行われる。

図８Ａ，Ｂに本発明に係る微小共振器の第６実施の形態を示す。本実施の形態の微小共振器３０６は、１次振動モードの微小共振子３１６で構成される。この微小共振子３１６は、基板３２上に所定間隔を置いて向かい合うように下部電極の入力電極３３及び出力電極３４が形成され、空間３５を挟んで入出力電極３３、３４と対向するようにビーム３６が配置されて成る。ビーム３６は、支持部３７Ａ及び３７Ｂ間の長手方向が入出力電極３３、３４の対向方向と直交するように配置される。そして、ビーム３６の長手方向に沿った中央部３６ｈを、高抵抗または絶縁体で形成される。ビーム３６の導電性の分にはＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加される。

第６実施の形態の微小共振器３０６においても、ビーム３６の入出力電極３３、３４間に対応する中央部３６ｈを高抵抗あるいは絶縁体で形成することにより、寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介しての信号漏洩は抑制される。共振器の共振、反共振ピークの差は大きくなる。また、ビーム３６の入出力電極３３、３４に対向する部分は、導電性を有しているのでＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣが印加され静電力による共振駆動が良好に行われる。

図９に、本発明に係る微小共振器の第７実施の形態を示す。本実施の形態に係る微小共振器３０７は、微小共振子３１７において、そのビーム抵抗を増大させるために、ビーム３６の不純物濃度を一様に低下させて構成する。この場合、ビーム３６の抵抗率は、寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介しての信号漏洩を抑制でき、且つＤＣバイアス電圧Ｖ_ＤＣを印加したときにビーム振動が生じる程度の抵抗率に選定される。その他の構成は図１と同様であるので、対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する。
この第７実施の形態の微小共振器３０７の構造を用いると、共振器の作製プロセスを複雑化することなく、寄生容量を介しての信号漏洩を抑制することができる。この場合も、ビーム３６全体に高抵抗な材料を使用することで上述の実施の形態と同様の効果が得られる。

次に、図１０〜図１１を用いて本発明に係る微小共振器の製造方法の実施の形態を説明する。本例は図２の第１実施の形態の微小共振器３０１を製造する場合である。

先ず、図１０Ａに示すように、高抵抗シリコン基板４５の一主面上に減圧ＣＶＤによるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）４６とプラズマＣＶＤによるシリコン窒化膜（ＳｉＮ）４７を成膜して絶縁膜４８を形成する。この高抵抗シリコン基板４５と絶縁膜４８で基板３２が形成される。

次に、図１０Ｂに示すように、絶縁膜４８上に高濃度に不純物ドープされた導電性を有するポリシリコン膜５１を減圧ＣＶＤにより形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜５１をパターニングして、下部電極となる入力電極３３、出力電極３４及び配線層（駆動用電極）３７〔３７Ａ，３７Ｂ〕を形成する。

次に、図１０Ｃに示すように、下部電極となる入力電極３３、出力電極３４及び配線層３７〔３７Ａ，３７Ｂ〕を含む基板表面に犠牲層５２、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）を減圧ＣＶＤにより形成する。その後、犠牲層５２を選択的にパターニングして、ビームの支持部となる部分に開口５３〔５３Ａ，５３Ｂ〕を形成する。ここで、入力電極３３、出力電極３４及び配線層３７上の犠牲層５２の厚さｄ1 は、下部電極とビーム間の中空部分（空間）３５（図３参照）の厚さに相当する。

次に、図１１Ｄに示すように、開口５３Ａ，５３Ｂ内を含んで犠牲層５２上にビームとなる低抵抗（高濃度に不純物ドープされて導電性を有する）のポリシリコン膜５４を減圧ＣＶＤにより形成する。次いで、ポリシリコン膜５４をビーム形状が残るようにパターニングする。このとき、ビーム形状が２分割されて入力電極３３及び出力電極３４間に対応する中央部に開口５５が形成されるようにポリシリコン膜５４をパターニングする。同時に、開口５３Ａ，５３Ｂ内には配線層３７Ａ，３７Ｂに接続された支持部３８Ａ，３８Ｂが形成される。

次に、図１１Ｅに示すように、ビーム形状のポリシリコン膜５４上を含んで低不純物濃度の高抵抗またはノンドープ（絶縁体）のポリシリコン膜５６を減圧ＣＶＤにより形成する。次いで、このポリシリコン膜５６をビーム形状が残るようにパターニングする。高抵抗または絶縁体のポリシリコン膜５６は下層の低抵抗のポリシリコン膜５４の２分割された開口５５内にも形成される。これによって、２層のポリシリコン膜５４、５６からなり、下層のポリシリコン膜５４の中央部が上層のポリシリコン膜５６で一体に形成されたビーム３６を形成する。すなわち、ポリシリコン膜５４による第１層膜３６１とポリシリコン膜６による第２層膜３６２からなるビーム３６を形成する。

次に、図１１Ｆに示すように、犠牲層５２をフッ酸によるウェットエッチングで除去し、入出力電極３３、３４とビーム３６間に空間３５が形成された中空構造の微小共振器３０１を得る。

上述した各実施の形態に係る微小共振器によれば、ビーム３６の入出力電極間に対応した部分を高抵抗、または絶縁体で形成するので、入力電極３３とビーム３６間、出力電極３４とビーム３６間の寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介しての信号漏洩が低減される。これにより、共振ピーク、反共振ピークの周波数差を広く取ることができ、バンドパスフィルタにこの微小共振器を適用した場合、帯域の広いバンドパスフィルタの作製が可能になる。

本発明の他の実施の形態は、上述した各実施の形態の微小共振器３０１〜３０７を用いて、すなわち異なる共振周波数を有する微小共振器を相互に接続してバンドパスフィルタを構成する。バンドパスフィルタは、前述の図１４に示すラダー型フィルタと図１５に示すラティス型フィルタを用いて形成することができる。ラダー型フィルタでは、上述の実施の形態の複数の微小共振子を並列化して直列共振器、シャント共振器を形成することができる。

ラティス型フィルタは、図１５に示すように、信号線路１１とグランド線路１２の夫々に同じ高い共振周波数を持つ共振器１５、１６が接続され、信号線路１１側の共振器１５の入力側とグランド線路１２側の共振器１６の出力側との間と、グランド線路１２側の共振器１６の入力側と信号線路１１側の共振器１５の出力側との間とに、夫々同じ低い共振周波数を持つ共振器１７、１８が接続されて成る。各共振器１５〜１８は、上述の実施の形態の複数の微小共振子を並列化して形成することができる。このラティス型フィルタにおいても、共振器の共振ピークと反共振ピークの周波数差を広くとることにより、フィルタの帯域を広げることができる。

本実施の形態のバンドパスフィルタによれば、上述の実施の形態の共振器を用いて構成することにより、共振器における寄生容量Ｃ１，Ｃ２を介しての信号の漏洩が抑制されて、共振器の共振ピークと反共振ピークの周波数差を広くとることができ、帯域の広いバンドパスフィルタを作成することができる。なお、帯域の広いバンドパスフィルタの作成には、ラダー型フィルタの方が適している。

本発明に係る他の実施の形態においては、上述の微小振動子を用いて、信号フィルタ、ミキサ、共振器、オシレータ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共振器に上述の寄生容量を介しての信号漏洩が抑制された微小共振子からなる微小共振器を用いることにより、優れた特性を有し、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

図１２に、本発明の微小共振器と、この共振器の信号入力線路側に保護用のコンデンサを接続し、その信号出力線路側にバッファとして機能する増幅器を接続してなる半導体装置の具体例の断面構造を示す。本実施の形態の半導体装置７１は、シリコン半導体基板７２の一主面に選択酸化（ＬＯＣＯＳ）によるフィールド絶縁層７３が形成され、フィールド絶縁層７３で区画された領域にバッファとして機能するＭＯＳトランジスタからなる増幅器７４、その他の回路素子が形成される。半導体基板７２上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）による層間絶縁膜７６が形成され、層間絶縁膜７６上の一部にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）７７が形成され、このシリコン窒化膜７７上に入力電極１０５、出力電極１０６、ビーム１０８、配線層１０９による上述の本発明の微小共振器１０１が形成される。さらに、層間絶縁膜７８、７９を介して保護用のコンデンサ１０２が形成される。このコンデンサ１０２は、信号入力線路を兼ねる下部電極８１と誘電体膜８２と信号入力線路を兼ねる上部電極８３とから形成される。増幅器７４、微小共振器１０１のビーム１０８に繋がる配線層１０９は、それぞれ層間絶縁膜を貫通する導体層８４を介して上部電極８５に接続される。最上層は絶縁保護膜８６が形成される。なお、図面では現れないが、コンデンサ１０２の下部電極８１が微小共振器１０１の入力電極１０５に接続され、微小共振器１０１の出力電極１０６が信号出力線に接続される。

上述した実施の形態の微小共振器は、高周波（ＲＦ）フィルタ、中間周波数（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共振器によるフィルタを用いて構成される携帯電話、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、本例のフィルタを適用した通信装置の構成例を、図１３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２
０３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、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１３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実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。また、図１３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微小共振器によるフィルタを用いることにより、帯域の広い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。

Ａ，Ｂ本発明に係る微小共振器の実施の形態を示す平面図及び断面図である。Ａ，Ｂ第１実施の形態に係る微小共振器の平面図及び断面図である。第２実施の形態に係る微小共振器の断面図である。第３実施の形態に係る微小共振器の断面図である。本発明に係る微小共振器の他の実施の形態を示す構成図である。第４実施の形態に係る微小共振器の断面図である。第５実施の形態に係る微小共振器の断面図である。Ａ，Ｂ第６実施の形態に係る微小共振器の平面図及び断面図である。第７実施の形態に係る微小共振器の断面図である。Ａ〜Ｃ本発明に係る微小共振器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。Ｄ〜Ｆ本発明に係る微小共振器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。本発明に係る半導体装置の実施の形態を示す要部の断面図である。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。ラダー型フィルタの例を示す回路図である。ラティス型フィルタの例を示す回路図である。ラダー型フィルタを構成する直列共振器及びシャント共振器の周波数特性を示す特性図である。ラダー型フィルタのフィルタ特性（周波数特性）を示す特性図である。Ａ，Ｂ従来の静電駆動するビーム型の共振子の例を示す平面図及び断面図である。共振子における信号漏洩の説明に供する説明図である。

符号の説明

３０・・微小共振器、３１・・微小共振子、３２・・基板、３３・・入力電極、３４・・出力電極、３５・・空間、３６・・ビーム（梁）、３７〔３７Ａ，３７Ｂ〕・・配線層、３８〔３８Ａ，３８Ｂ〕・・支持部、３９・・抵抗成分の分布、３６１ａ，３６ａ，３６ｅ，３６ｆ，３６ｇ，３６ｈ・・高抵抗部分または絶縁体、１０１・・半導体装置

Claims

基板上に形成された入力電極及び出力電極と、
前記入力電極及び出力電極に対向するように空間を挟んで形成され直流バイアス電圧が印加される振動部となるビームと
を備えたビーム型の共振子からなり、
前記ビームの、前記入力電極に対向する部分と前記出力電極に対向する部分との間の領域中に、該ビームの他の領域に比べて高抵抗である高抵抗部分、または絶縁性部分を有している
ことを特徴とする微小共振器。
前記ビームの振動モードの節の部分が、該ビームの他の部分より高抵抗、または絶縁体で形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の微小共振器。
前記ビームが２層膜からなり、
下層膜が振動モードの節の部分で分割され、
上層膜が前記下層膜より高抵抗材料、または絶縁体で形成され、該上層膜の一部が前記下層膜の分割された前記節の部分内に延長され前記下層膜と一体にされている
ことを特徴とする請求項２記載の微小共振器。
前記ビームが抵抗率の異なる複数の材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の微小共振器。
前記ビームが不純物濃度の異なる複数の領域で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の微小共振器。
請求項１乃至５のいずれかに記載の微小共振器からなる
ことを特徴とするバンドパスフィルタ。
請求項１乃至５のいずれかに記載の微小共振器を備えている
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、
前記フィルタとして、請求項１乃至５のいずれかに記載の微小共振器によるフィルタが用いられている
ことを特徴とする通信装置。