WO2005004326A1

WO2005004326A1 - Ｍｅｍｓ型振動子とその製造方法、フィルタ、並びに通信装置

Info

Publication number: WO2005004326A1
Application number: PCT/JP2004/009758
Authority: WO
Inventors: Masahiro Tada
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2005-01-13
Also published as: EP1650868A1; US7504909B2; CN1836371A; JPWO2005004326A1; KR20060026905A; TWI255580B; JP4501860B2; US20070052497A1; TW200514299A

Abstract

本発明は、1次振動モードを使用できると共に、出力信号のS/N比を向上することができる、MEMS型振動子とその製法、及びフィルタを提供するものである。また、本発明は、このフィルタを用いて信頼性の高い通信装置を提供するものである。本発明のMEMS型振動子は、出力電極と、この出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、出力電極及び入力電極27がビームと直流的に分離されて成る。本発明のフィルタは、上記MEMS型振動子を用いて成る。本発明の通信装置は、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、フィルタとして、上述した本発明に係るフィルタを用いて成る。

Description

明細書

ME M S型振動子とその製造方法、フィルタ、並びに通信装置技術分野

本発明は、 MEM S型振動子とその製造方法、及びこの MEM S型振動子を用いて構成したフィルタに関する。

また、本発明は、このようなフィルタを備えた通信装置に関する。背景技術

近年、マイクロマシン（MEM S ： M i c r o E l e c t r o M e c h i c a 1 S y s t e m s 、超小型電気的 · 機械的複合体）素子、及び M E M S素子を組み込んだ小型機器が、注目されている。 MEM S素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであつて、駆動体の駆動は、電極間のクーロン力などを応用して電気的に行われる。

一方、半導体プロセスによるマイクロマシニング技術を用いて形成された微小振動素子は、デバイスの占有面積が小さいこと、高い Q値を実現できること、他の半導体デバイスとの集積が可能ノ

なこと、という特長により、無線通信デバイスの中でも高周波フィルタとしての利用がミシガン大学を始めとする研究機関から提案されている（非特許文献 1参照）。

図 1 0は、非特許文献 1 に記載された高周波フィルタを構成する振動子、即ち MEM S型振動子の概略を示す。この振動子 1 は、半導体基板 2上に絶縁膜 3 を介して固定の出力電極 4が形成されこの出力電極 4に対向して空隙 5 を挾んで入力側の振動可能なビーム 6が形成されて成る。ビーム 6 は、導電性を有し、両端のァンカ一部（支持部） 8 〔 8 A， 8 B〕にて支持されるように、出力電極 4をプリッジ状に跨いで配置される。

この振動子 1 は、例えばビーム 6 のアンカー部 8 Aからの延長部に接続された入力電極 7 より入力端子 t l が、出力電極 4 より出力端子 t 2 が夫々導出される。

この振動子 1 は、出力電極 4 とビーム 6 との間に D Cバイアス電圧 V 1 が印加された状態で、入力端子 t 1 を通じてビーム 6 に高周波信号 S 1 が供給され，出力電極 4 とビーム 6 間に生じる静電力でビーム 6が振動する。この振動による出力電極 4 とビーム 6 との間の'容量の時間変化と D C電圧の積が出力電極 4から出力端子 t 2 を通じて出力される。高周波フィルタではビームの固有振動数（共振周波数）に対応した信号が出力される。

図 1 1 は、上述の ME M S型振動子 1 のビーム構造のシミュレーシヨンである。図 1 0 と対応する部分には同一符号を付して示す。ビーム 6の共振周波数 f Rは数 1 で表される。振動子 1 において高周波化するには、ビームの長さ Lを縮小する必要がある。

数 1

L:ビーム (振動子構造)の長さ

h:ビーム (振動子構造）の厚さ

E:ヤング率

K:電磁カップリング係数

P：膜密度

〔非特許文献 1〕 C . T . — C . N g u y e n , "M i c r o m e c h a n i c a 1 c o m p p n e n t s f o r m i n i a t u r i z e d l o w— p o w e r c o mm u n i c a t i o n ( i n v i t e d p l e n a r y ) r o c e e d i n g s , 1 9 9 9 I E E E MT T— S I n t e r n a t i o n a l

M i c r o w a v e S y m p o s i u m R F MEM S W o r k s h o p , J u n e , 1 8， 1 9 9 9， p p , 4 8 — 7 7 .

図 1 2 は、上述の M EM S型振動子 1 の等価回路を示す。但し、この M EM S型振動子はビームが片持ち梁式である。この ME M S型振動子 1では、入力端子 t l と出力端子 t 2 間に、共振系を構成する抵抗 R x とインダクタンス L x と容量 C x の直列回路と入力電極となるビーム 6 と出力電極 4間の空隙 5 による寄生容量 C 0 が並列に挿入される。共振系のインピーダンスを Z 'x、寄生容量 C 0 のインピーダンスを Z 0 とすると、出力信号の S ZN比は、 Z O / Z xに相当する。 Z O Z Z xの値が 1 . 0 よりも小さくなると、高周波信号が寄生容量 C 0 のインピーダンス Z 0 を透過してしまい、出力信号の S /N比が小さくなってしまう。上述の M E M S型振動子 1 では、バイアス印加前のビーム 6及ぴ出力電極 4間の容量 C 0 が大きく、 S /N比が取れない。

図 7 は振動子における周波数と Z 0 ZZ xの関係を示すシミユレーションによるグラフである。秦印をプロットした直線 a は上述の振動子 1 の特性である。低周波数になる程 Z 0 / Z xの値が大きくなり、高周波数になり Z 0 / Z Xが 1 . 0 より小さくなると振動子として機能しない。

一方、本出願人は、先にビーム及び出力間の容量 C 0 をコントロールすることで、出力信号の S /N比を大きくするようにした M EM S型振動子を提案した。図 9 は、この M EM S型振動子の —例を示す。この MEM S型振動子 1 1 は、半導体基板 1 2上に絶縁膜 1 3 を介して互いに所要の間隔を置いて配置された高周波信号 S 2 を入力する入力電極 1 4 と、高周波信号を出力する出力電極 1 5 と、これら入出力電極 1 4、 1 5 に対して空隙 1 6 を挟んで配置された振動可能なビーム（いわゆる振動電極） 1 7 とを有して構成される。ビーム 1 7は、両端がアンカー部（支持部） 1 8 ( 1 8 A, 1 8 B ) で支持され両持ち梁構造とされる。

この ME M S型振動子 1 1 では、入力端子 t 1 を通じて入力電極 1 4に高周波信号 S 2 が入力さ.れ.、ビーム 1 7に所要.の D Cパィァス電圧 V2 が印加され、出力電極 1 5 に導出された出力端子 t 2 から目的周波数の高周波信号が出力されるようになされる。この MEM S型振動子 1 1 によれば、入出力電極 1 4及び 1 5の対向面積が小さく且つ入出力電極 1 4及び 1 5間の間隔を大きくとることができるので、入出力電極 1 4及ぴ 1 5間の寄生容量 C 0 が小さくなる。また、大きな出力信号を得るためにビーム 1 7 と入出力電極 1 4、 1 5 との空隙 1 6 を小さくすることができる。このため、図 1 0 の従来の MEM S型振動子 1 に比べて出力信号の S ZN比を向上することができる。

ところで、この MEM S型振動子 1 1 では、 2次モード以上の振動を用いている。このため、振動子 1 1 の特性測定の際、即ち、低い周波数から高い周波数までの特性を測定しょうとすると、低い周波数では 1次モードで振動していまい、ビーム 1 7が下部電極（入力電極 1 4、出力電極 1 5 ) に接触する虞れがある。即ち、 1次モードの振動は 2次モードの振動よりビーム 6 の振幅が大きくなるので、ビーム 1 7が下部電極に接触する虞れが生じる。ビーム 1 7が下部電極に接触したときには、入力電極 1 4にスパイク電流が流れてしまい、周辺機器を破損する虞れがある。発明の開示

本発明は、上述の点に鑑み、 1次振動モードを使用できると共に、出力信号の S ZN比を向上することができる、 MEM S型振動子及びその製造方法、及びフィルタを提供するものである。

また、本発明は、このようなフィルタを備えた通信装置を提供するものである。

本発明に係る第 1 の MEM S型振動子は、出力電極と、この出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、出力電極及び入力電極が、ビームと直流的に分離されて成る。

本発明に係る第 1 の MEM S型振動子では、出力電極に対向して入力側の振動可能なビームが配置された構成であるので、 1次振動モードで使用できる。 1次振動モードょりも高次の振動モードの振動は振幅が小さいので、ビームが出力電極に接触することがない。出力電極及び入力電極がビームと直流的に分離されているので、入出力電極間の寄生容量は、入力電極とビーム間の容量 C 01 と、ビームと出力電極間の容量 C 02 の和となり、小さくなる。入力電極とビーム間に介在する絶縁膜（誘電体膜）の膜厚又は/及び面積を変えることにより、振動子の反共振ピークを変えることが可能になる。

本発明に係る第 2の MEM S型振動子は、出力電極と、この出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、入力電極が誘電体膜を介してビームに接続され、ビームに所要の直流電圧が印加されて成る。

この第 2の MEM S型振動子においては、ビームとビームから延長する延長部とを一体に平板状に形成し、延長部においてビームを支持するように構成することができる。

本発明に係る第 2の MEM S型振動子では、出力電極に対向して入力側の振動可能なビームが配置された構成であるので、 1次振動モードで使用できる。 1次振動モードよりも高次の振動モードの振動は振幅が小さいので、ビームが出力電極に接触することがない。入力電極が誘電体膜を介してビームに接続されているので、入力電極及び出力電極がビムと直流的に分離され、入出力電極間の寄生容量が誘電体膜を介した入力電極とビーム間の容量 C 01 と、ビームと出力電極間の容量 C 02 との和になり、小さくなる。誘電体膜の膜厚又は/及び面積を変えることにより、振動子の反共振ピークを変えることが可能になる。特に、膜厚はプロセス上で変更できるので、膜厚を変えることで反共振ピークの調整を容易に行うことができる。

本発明に係る第 1 のフィルタは、出力電極と、この出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、出力電極及び入力電極がビームと直流的に分離されてなる M E M S型振動子を用いて成る。

本発明に係る第 1 のフィルタでは、使用する M E M S型振動子が出力電極に対向して入力側の振動可能なビームを配置した構成であるので、 1次振動モードで使用できる。 1次振動モードよりも高次の振動モードの振動は振幅が小さいので、ビームが出力電極に接触することがない。出力電極及ぴ入力電極がビームと直流的に分離されているので、入出力電極間の寄生容量は、入力電極とビーム間の容量 C 01 と、ビームと出力電極間の容量 C 02 の和となり、小さくなる。入力電極とビーム間に介在する絶縁膜（誘電体膜）の膜厚又は/及び面積を変えることにより、振動子の反共振ピークを変えることが可能になる。この場合も、膜厚をプロセス上で変えることにより、反共振ピークの調整を容易に行うことができる。

本発明に係る第 2 のフィルタは、出力電極と、この出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、入力電極が誘電体膜を介してビームに接続され、ビームに所要の直流電圧が印加されてなる M E M S型振動子を用いて成る, この第 2のフィルタにおいては、ビームとビームから延長する延長部とを一体に平板状に形成し、延長部においてビームを支持するように構成することができる。

本発明に係る第 2のフィルタでは、使用する M E M S型振動子が出力電極に対向して入力側の振動可能なビームを配置した構成であるので、 1 .次振！！]モードで使用できる。 1次振動モードよりも高次の振動モードの振動は振幅が小さいので、ビームが出力電極に接触することがない。入力電極が誘電体膜を介してビームに接続されているので、入力電極及び出力電極がビームと直流的に分離され、入出力電極間の寄生容量が誘電体膜を介した入力電極とビーム間の容量 C 01 と、ビームと出力電極間の容量 C 02 との和になり、小さくなる。誘電体膜の膜厚又は面積を変えることにより、振動子の反共振ピークを変えることが可能になる。この場合も、膜厚をプロセス上で変えることにより、反共振ピークの調整を容易に行うことができる。

本発明に係る M E M S型振動子の製造方法は、基板上に形成した出力電極上に犠牲層を介して入力側の振動し得るビームを形成すると共に、ビームの一方の固定端上に誘電体膜を形成する工程と、犠牲層を選択的に除去する工程と、誘電体膜上に A 1 系の入力電極を形成する工程を有する。

本発明に係る M E M S型振動子の製造方法では、犠牲層を除去した後に、 A 1 系の入力電極を形成するので、他の半導体素子を有する集積回路に一体に組み込む場合に、最終工程の A 1 電極の形成と同時に振動子の入力電極を形成できる。ビームの一方の固定端上に誘電体膜を介して入力電極を形成するので、出力信号の S Z N比が大きく且つ 1次振動モードで使用できる M E M S型振動子の形成ができる。

本発明に係る第 1 の通信装置は、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、出力電極と、この出力電極に対応して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、出力電極及ぴ入力電極がビームと直流的に分離されてなる M E M S型振動子で構成されたフィルタを用いて成る。

本発明に係る第 1 の通信装置では、フィルタとして上記 M E M S型振動子で構成したフィルタを用いるので、 1次振動モードで使用でき、 1次振動モードょりも高次の振動モードにおける振動は振幅が小さくビームが出力電極に接触することがない。フィルタにおける入力電極及ぴ出力電極がビームと直流的に分離されているので、入出力電極間の寄生容量は入力電極とビーム間の容量 C 01 と、ビームと出力電極間の容量 C 02の和となり、小さくなる。

本発明に係る第 2 の通信装置は、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、出力電極と、この出力電極に対応して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、入力 '電極が誘電体膜を介してビームに接続され、ビームに所要の直流電圧が印加されてなる M E M S型振動子で構成されたフィルタを用いて成る。

この第 2 の通信装置においては、フィルタとして、ビームとビームから延長する延長部とを一体に平板状に形成し、延長部においてビームを支持するように構成することができる。

本発明に係る第 2 の通信装置では、フィルタとして上記 M E M S型振動子で構成したフィルタを用いるので、 1次振動モードで使用でき、 1次振動モードよりも高次の振動モードにおける振動は振幅が小さくビームが出力電極に接触することがない。フィルタにおいて、入力電極が誘電体膜を介してビームに接続されるので、入力電極及び出力電極がビームと直流的に分離され、入出力電極間の寄生容量は入力電極とビーム間の容量 C 01 と、ビームと出力電極間の容量 C 02の和となり、小さくなる。フィルタにおいて誘電体膜の膜厚又は/及ぴ面積を変えることで、振動子の反共振ピークを変えることが可能になる。

上述したよ .うに、本発明に係る第 1 の M E M S型振動子によれば、 1次振動モードで使用することができる。高次の振動モードではビームの振幅が 1次振動モードょり小さくなるので、振動子の特性測定においてビームが出力電極に接触することがない。このため周辺機器を破損することがない。入力電極及ぴ出力電極がビームと直流的に分離され、入出力電極間の寄生容量が小さくなるので、寄生容量のインピーダンス Z0 と共振系のインピーダンス Z x との比 Z 0 Z Z xが大きくなり、出力信号の S Z N比を向上することができる。入力電極とビーム間に介在する絶縁膜（誘電体膜）の膜厚又は/及び面積によって振動子の反共振ピークを変えることが可能になるので、フィルタに使用したときに、フィルタの設計が容易にできる。特に、膜厚を変えるときには、プロセス上で変更できるので、反共振ピークの調整が容易になる。

本発明に係る第 2の M E M S型振動子によれば、 1次振動モードで使用することができる。高次の振動モードではビームの振幅が 1次振動モードより小さくなるので、振動子の特性測定においてビームが出力電極に接触することがない。このため周辺機器を破損することがない。入力電極が誘電体を介してビームに接続され、入出力電極間の寄生容量が小さくなるので、寄生容量のインピーダンス Z0 と共振系のインピーダンス Z x との比 Z 0 / Z X が大きくなり、出力信号の S / N比を向上することができる。入力電極における誘電体膜の膜厚又は/及び面積によって振動子の反共振ピークを変えることが可能になるので、フィルタに使用したときに、フィルタの設計が容易にできる。膜厚を変えるときには、プロセス上で変更できるので、反共振ピークの調整が容易になる。ビームと該ビームから延長する延長部とを一体に平板状に形成し、延長部においてビームを支持した構成とするときは、ビームがプリッジ状に支持された構成に比較して、振動の高周波化を図ることができる。

本発明に係る第 1 のフィルタによれば、上記第 1 の M E M S型振動子を使用するので、 1次振動モードで使用することができる。高次の振動モードではビームの振幅が 1次振動モードょり小さくなるので、フィルタの特性測定においてビームが出力電極に接触することがない。このため周辺機器を破損することがない。入力電極及ぴ出力電極がビームと直流的に分離され、入出力電極間の寄生容量が小さくなるので、寄生容量のインピーダンス Z0 と共振系のインピーダンス Z x との比 Z 0 Z Z Xが大きくなり、出力信号の S N比を向上するとができる。入力電極とビーム間に介在する絶縁膜（誘 '電体膜）め膜厚又は/及び面積によって振動子の反共振ピークを変えることが可能になるので、フィルタの設計が容易にできる。膜厚を変えるときには、プロセス上で変更できるので、反共振ピークの調整が容易になる。

本発明に係る第 2 のフィルタによれば、上記第 2 の M E M S型振動子を使用するので、 1次振動モードで使用することができる。高次の振動モードではビームの振幅が 1次振動モードょり小さくなるので、フィルタの特性測定においてビームが出力電極に接触することがない。このため周辺機器を破損することがない。入力電極が誘電体を介してビームに接続され、入出力電極間の寄生容量が、小さくなるので、寄生容量のインピーダンス Z0 と共振系のインピーダンス Z x との比 Z 0 / Z x が大きくなり、出力信号の S /N比を向上することができる。入力電極における誘電体膜の膜厚又は/及ぴ面積によって振動子の反共振ピークを変えることが可能になるので、フィルタの設計が容易にできる。膜厚を変えるときには、プロセス上で変更できるので、反共振ピークの調整が容易になる。ビームと該ビームから延長する延長部とを一体に平板状に形成し、延長部においてビームを支持した構成とするときは、ビームがブリッジ状に支持された構成に比較して、振動の高周波化を図ることができる。

本発明に係る M E M S型振動子の製造方法によれば、 1次振動モードを使用でき、且つ出力信号の S /N比を向上した MEM S 型振動子を製造することができる。また、 ME M S型振動子と他の半導体素子を一体にした集積回路の製造を可能にする。

本発明に係る第 1 、第 2の通信装置によれば、また上記第 1 、第 2のフィルタを備えることにより、フィルタにおいて、動作時にビームが下部電極である出力電極に接触することはなく、入力電極にスパイク電流が流れることがない。従って、スパイク電流により周辺機器を破損する虞れはなく、信頼性の高い通信装置を提供することができる。図面の簡単な説明

図 1 は本発明に係る M E M S型振動子の一実施の形態を示す構成図である。

図 2は本発明に係る M E M S型振動子の他の実施の形態を示す構成図である。図 3は図 2の ME M S型振動子の上面から見た構造の一例を示す平面図である。

図 4は図 2の ME M S型振動子の上面から見た構造の他の例を示す平面図である。

図 5 A〜Dは本発明に係る ME M S型振動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。

図 6 A〜Dは本発明に係る MEM S型振動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。

図 7は従来例と本発明の M E M S型振動子の Z 0. / Z X比を比較したシミュレーションによるグラフである。

図 8 は本発明に係る通信装置の一実施の形態を示す回路図である。 .

図 9は比較例に係る M E M S型振動子の構成図である。

図 1 0は従来の M E M S型振動子の例を示す構成図である。図 1 1 は図 1 0の ME M S型振動子のビーム構造のシミュレーション図である。

図 1 2は従来の M E M S型振動子の等価回路を示す説明図で

¾) 発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図 1 は、本発明に係る M EM S型振動子の一実施の形態を示す。本実施の形態に係る ME M S型振動子 2 1 は、基板 2 2の一主面上、即ち少なくとも絶縁性を有する一主面上に形成した高周波信号を出力する下部電極となる出力電極 2 3 と、この出力電極 2 3 に対向して空隙 2 4 を挟んで入力側のビーム（いわゆる振動電極） 2 5 と、ビーム 2 5 に対して誘電体膜 2 6 を介して接続した入力電極 2 7 とを有して成る。ビーム 2 5 は、出力電極 2 3 をブリツジ状に跨ぎ、出力電極 2 3 の外側に配置した導電層 2 8〔 2 8 A， 2 8 B ] に接続されるように、両端部をアンカー部（いわゆる支持部） 2 9 [ 2 9 A , 2 9 B ] に一体に支持される。入力電極 2 7は、この一方の導電層 2 8 A上に誘電体膜 2 6 を介して配置される。

入力電極 2 7には入力端子 t 1 が導出され、入力端子 t 1 を通じて入力電極 2 7 に高周波信号 S 3 が入力されるようになす。出力電極 2 3 には出力端子 t 2 が導出され、出力端子 t 2 から目的周波数の高周波信号が出力されるようになす。. R0 は負荷抵抗である。ビーム 2 5 には、アンカー部 2 9 B及ぴ導電層 2 8 B上の配線層 3 0 を通じて所要の直流（D C) バイアス電圧 V3 が印加されるようになす。即ち、ビーム 2 5 は、入力電極 2 7及ぴ出力電極 2 3 と直流（D C) 的に分離されるように形成される。

基板 2 2は、例えばシリコン（ S i ) やガリウム砒素（ G a A s ) などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板ゃガラス基板のような絶縁性基板等が用いられる。本例では、シリコン基板 3 4上にシリコン酸化膜 3 1及ぴシリコン窒化膜 3 2 を積層した絶縁膜 3 3 を形成した基板 2 2が用いられる。出力電極 2 3、アンカー部 2 9 を含むビーム 2 5及び導電層 2 8 は、導電材料で形成し、例えば多結晶シリコン膜、アルミニウム（ A 1 ) などの金属膜にて形成することが可能である。入力電極 2 7及び配線層 3 0は、導電材料で形成され、例えば多結晶シリコン膜、ァルミニゥム（ A 1 )などの金属膜にて形成することが可能である。なお、本 MEM S型振動子 2 1 を例えば CMO S— I Cに一緒に作り込むデバイスに搭載するような場合には、 I Cの最終工程でアルミニウム（A 1 ) を使うので、後述する製造時の犠牲層との関係で、入力電極 2 7及ぴ配線層 3 0 をアルミニウム（ A 1 ) 膜で形成し、他の出力電極 2 3、アンカー部 2 9 を含むビーム 2 5 及び導電層 2 8 は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成することが好ましい。誘電体膜 2 6 としては、例えばシリコン窒化膜（ S i N膜）を用いることができる。

本実施の形態に係る ME M S型振動子 2 1 の動作は次の通りである。

ビーム 2 5には所要の D Cバイアス電圧 V3 が印加される。髙周波信号 S 3 が、入力端子 t l を通して入力電極 2 7 に入力されると共に、さらに誘電体膜 2 6 による容量 C 01 を通じてビーム 2 5入力される。前述と同様に、出力 ·電極 2 3 とビーム 2 5間に生じる静電力でビーム 2 5が振動し、この振動による出力電極 2 3 とビーム 2 5 との間の容量の時間変化と D C電圧に応じた信号が出力電極 2 3から出力端子 t 2 を通じて出力される。高周波フィルタではビーム 2 5 の固有振動数（共振周波数）に対応した信号が出力される。

本実施の形態に係る ME M S型振動子 2 1 によれば、振動モードとしては 1次モードを使うことができる。この振動子 2 1 では、ビーム 2 5が振幅の大きい 1次振動モードで出力電極 2 3 に接触しない構成とすることから、 1次振動モードょり振幅の小さい高次の振動モードでビーム 1 5が出力電極 2 3に接触することがない。従って、振動子 2 1 の特性測定に際して、入力電極 2 7 にスパイク電流が流れることはなく、周辺機器を破損する虞れが回避される。

入力電極 2 7が誘電体膜 2 6 を介してビーム 2 5 に接続されており、誘電体膜 2 6 における容量 C 01 とビーム 1 5 と出力電極 2 3間の容量 C 02 とを加算した容量 C 1= ( C 01XC 02) / ( C 01 + C 02) は、前述の図 1 0の従来の振動子 1 の入出力電極間の容量 C O より小さくなる（ C 1く C O )。このため、寄生容量のインピ一ダンス Z 0 と共振系のインピーダンス Z x との比（1Z C 1) Z Z xが大きくなり、図 9 の振動子 1 1 と同等の出力信号の S ZN 比を得ることができる。図 7の口印のプロット bで示すように、本実施の形態の振動子 2 1 では、従来の Ζ 0 / Ζ χ = 1 . 0の周波数において、 Z 0 / Z X = 6 0〜 1 0 0 に向上することが認められる。

この振動子 2 1 では、誘電体膜 2 6 の膜厚又は/及び面積を変えることにより、容量 C01 を変えることができる。これによつて、ビーム 2 5の反共振ピーク位置を変えることが可能になり、振動子 2 1 を用いたフィルタ設計が容易になる。即ち、フィルタの帯域幅をコントロールすることができる。容量 C01を大きく取れば帯域幅も大きく取れる。

図 5及ぴ図 6 は、上述の本実施の形態に係る MEM S型振動子 2 1 の製造方法の実施の形態を示す。

先ず、図 5 Aに示すように基板 2 2 を用意する。本例では、シリコン基板 3 4 の一主面上に絶縁膜 3 3 であるシリコン酸化膜 ( S i 0₂ 膜） 3 1及びシリコン窒化膜（ S i N膜） 3 2 を減圧 C V D法により堆積した基板 2 2 を用意する。

次に、図 5 Bに示すように、導電材料層、本例では所要の厚さのリン（ P ) を含有した多結晶シリコン膜 3 6 を形成する。この多結晶シリコン膜 3 6 をリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いてパターユングし、下部電極である出力電極 2 3 と、出力電極 2 3の両側に所要間隔だけ離れた導電層 2 8 〔 2 8 A、 2 8 B〕とを形成する。

次に、図 5 Cに示すように、基板 2 2の全面に絶縁膜、本例ではシリコン酸化膜（ S i 〇₂ 膜） 3 7 を減圧 C V D法により形成した後、平坦化技術を用いて、シリコン酸化膜 3 7の表面を出力電極 2 3及び導電層 2 8 と面一となるように平坦化する。これにより、シリコン酸化膜 3 7は出力電極 2 3 と導電層 2 8〔 2 8 A , 2 8 B〕との間を埋め込むように形成される。

次に、図 5 Dに示すように、入力電極側の導電層 2 8 Aに接するシリコン酸化膜 3 7の一部を導電層 2 8 Aの端面が露出するように選択的に除去し、下地のシリコン窒化膜 3 2が露出する開口 3 8 を形成する。次いで、開口 3 8 を含む全面に誘電体膜 2 6、本例ではシリコン窒化膜を減圧 C V D法により形成する。その後リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて誘電体膜 2 6 を所要のパターンにパターユングし、導電層 2 8 Aの開口 3 8 に臨む側面と上面の一部を被覆した誘電体膜 2 6 を形成する。

次に、図 6 Aに示すように、出力電極 2 3上を含む全面に犠牲層 3 9 を形成する。本例では犠牲層 3 9 として酸化膜系の犠牲層が好ましく、例えばシリコン酸化膜（ S i 0₂ 膜）を減圧 C V D 法により形成する。犠牲層 3 9 の形成後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて犠牲層 3 9 をパターユングし、導電層 2 8 A及び 2 8 Bの一部が露出するように開口 4 1〔 4 1 A . 4 1 B〕を形成する。

次に、図 6 Bに示すように、開口 4 1 A, 4 1 B内を含む全面にビームとアンカー部を形成するための導電材料層、本例では不純物を含有した多結晶シリコン膜を減圧 C V D法により形成する, その後、多結晶シリコン膜をリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いてパターニングし、多結晶シリコン膜による振動電極となるビーム 2 5 とその両端に一体のアンカー部 2 9 A . 2 9 Bを形成する。このとき、夫々のアンカー部 2 9 A及び 2 9 B は、犠牲層 3 9の開口 4 1 A , 4 1 Bを介して多結晶シリコン膜による導電層 2 8 A及ぴ 2 8 Bに接続される。

次に、図 6 Cに示すように、犠牲層 3 9 を除去する。本例では犠牲層であるシリコン酸化膜 3 9 を例えば D H F溶液（希フッ化水素酸： H F + H₂0) などのシリコン酸化膜を選択的に除去できる溶液により、犠牲層のシリコン酸化膜 3 9 を除去する。この犠牲層 3 9の除去により、出力電極 2 3 とビーム 2 5 との間に空隙 2 4を形成する。犠牲層であるシリコン酸化膜 3 9の除去により、下地のシリコン窒化膜である誘電体膜 2 6及び基板 2 2表面のシリコン窒化膜 3 2が露出する。

次に、図 6 Dに示すように、誘電体膜 2 6上を含む全面に入力電極及び配線層となる導電材料層 4 2 を形成する。導電材料層 4 2 として本例ではアルミニウム（A 1 ) 系の金属膜、例えば A 1 - C u , あるいは A l — S i のスパッタ膜を形成する。その後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて導電材料層 4 2 をパターユングし、誘電体膜 2 6上に A 1 系膜によ'る入力電極 2 7 を形成し、同時にビーム 2 5 に導通した他方の導電層 2 8 Bに接続する配線層 3 0 を形成する。このようにして、目的の M EM S型振動子 2 1 を得る。

本実施の形態に係る製造方法によれば、目的の MEM S型振動子 2 1 を精度良く製造することができる。特に、入力電極 2 7に A 1 系の金属膜を用い、犠牲層 3 9 に酸化膜系を用い、犠牲層 3 9を除去した後入力電極 2 7を形成することにより、例えば共通基板 2 2上に CMO S— I Cを形成する場合に良好に製造することができる。即ち、シリコン酸化膜、 A 1 膜は CMO S— I Cで使われる材料であり、且つ、通常 CMO S— I Cでは A 1 電極などの形成が最終工程となる。従って、 A 1 の入力電極 2 7 を欠損することなく CMO Sの A 1 電極などと同時に形成き、また振動子 2 1 の各層を CMO Sの工程で同時に形成することが可能になり、製造を容易にする。

図 2は、本発明に係る MEM S型振動子の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係る MEM S型振動子 5 1 では、前述と同様にシリコン基板 3 4の一主面に絶縁膜 3 3 を形成した基板 2 2が用いられ、この基板 2 2上に出力電極 2 3 と、出力電極 2 3 に対して空隙を挟んで配置されたビーム 2 5 と、ビーム 2 5に対して誘電体膜を介して接続された入力電極 2 7 とが形成されて成る。

即ち、基板 2 2上に例えば多結晶シリコン膜による出力電極 2 3が形成される。基板 2 2上には出力電極 2 3 と面一となるように平坦化された絶縁膜、例えばシリコン酸化膜 5 2が形成される。この面上にシリコン酸化膜 5 2上と一部出力電極 2 3上に延びるように所要の膜厚の絶縁膜、例えばシリコン窒化膜 5 3が形成さる。このシリコン窒化膜 5 3の導厚.に規制された空隙 2 4を挟んで出力電極 2 3 と対向し両端が平坦化されたシリコン窒化膜 5 3 上に接触して延長するビーム 2 5が形成される。ビーム 2 5の両側に延長する延長部 5 5 〔 5 5 A， 5 5 B がアンカー部を兼ねる導電層となる。このビーム 2 5 と延長部 5 5 は一体の平板状に形成され、空隙 2 4 を規制するための絶縁膜 5 3上に形成される。一方の延長部 5 5 Aの端部上に誘電体膜 5 3 を介して入力電極 2 7が形成され、他方の延長部 5 5 Bの端部上に配線層 3 0が形成される。

図 3 は、本実施の形態の M E M S型振動子 5 1 を上面から見た構成の一例である。この構成では、実質的なビーム 2 5が破線で囲まれた領域であり、空隙 2 4が周囲をシリコン窒化膜 5 3で囲われている。そして、ビーム 2 5 には製造時に犠牲層を除去するための開口 5 6が形成さる。

図 4は、本実施の形態の M E M S型振動子 5 1 を上面から見た構成の他の例である。この構成では、ビーム 2 5下の空隙 2 4が実質的なビーム 2 5 の領域より広く形成される。犠牲層の除去は、空隙 2 4の側開口 5 7から行われる。

本実施の形態に係る M E M S型振動子 5 1 によれば、前述の振動子 2 1 と同様に 1次振動モードで使用することができ、高次の振動モードでは当然ビーム 1 5が出力電極 2 3 に接触しない。従つて、振動子 2 1 の特性測定に際して、入力電極 2 7 にスパイク電流が流れることはなく、周辺機器を破損する虞れが回避される。また、入力電極 2 7が誘電体膜 5 3 による容量 C 01 を介してビーム 2 5に接続されているので、誘電膜 5 3における容量 C01 とビーム 2 5 と出力電極 2 3間の容量 C02 とを加算した容量 C l== ( C OlxC 02) / ( C 01+ C 02) は、前述の図 1 0の従来の振動子 1 の入出力電極間の容量 CO より小さくなる（ C 1 < C0 )。このため、寄生容量のインピーダンス Z 0 と共振系のインピーダンス Z x との比（ 1 /C 1) Z Z xが大きくなり、図 9 の振動子 1 1 と同等の出力信号の S ZN比が得られる。

誘電体膜 5 3の膜厚又は/及び面積を変えることにより、容量 C01 を変えることができる。これによつて前述と同様に、ビーム 2 5の反共振ピーク位置を変えることが可能になり、振動子 5 1 を用いたフィルタ設計が容易になる。

さらに、ビーム 2 5 は、図 1 のようなブリッジ状の側部（アンカー部に相当）がなく、平板状態で支持されている。このため、側部の振動が発生しないことから、図 1 の振動子 2 1 に比べて高周波化がし易くなる。

本発明は、上述したように各実施の形態の ME M S型振動子を用いてフィルタを構成することができる。この MEM S型振動子によるフィルタは、高周波（R F ) フィルタ、中間周波（ I F ) フィルタ等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フィルタを用いて構成される携帯電話機、無線 L AN機器、無線トランシーバ、テレビチューナ、ラジオチューナ等の、電磁波を利用して通信する通信装置を提供することができる。次に、上述した本発明の実施の形態のフィルタを適用した通信装置の構成例を、図 8 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/アナ口グ変換器（D A C ) 2 0 1 I及び 2 0 1 Q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 2 0 2 I 及ぴ 2 0 2 Qに供給して、送信信号の帯域以外の信号成分を除去し、ノンド · ノス · フィルタ 2 0 2 I及ぴ 2 0 2 Qの出力を、変調器 2 1 0に供給する。

変調器 2 1 0では、各チャンネルごとにバッファアンプ 2 1 1 I 及び 2 1 1 Qを介してミキサ 2 1 2 I及ぴ 2 1 2 Qに供給して送信用の P L L ( phase-locked loop) 回路 2 0 3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 2 1 4で加算して 1系統の送信信号とする。この場合、ミキサ 2 1 2 I に供給する周波数信号は、移相器 2 1 3で信号位相を 9 0。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 2 1 4 の出力は、バッファアンプ 2 1 5 を介して電力増幅器 2 0 4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 2 0 4で増幅された信号は、送受信切換器 2 0 5 と高周波フィルタ 2 0 6 を介してアンテナ 2 0 7に供給し、アンテナ 2 0 7から無線送信させる。高周波フィルタ 2 0 6 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パンド · ノス ' フィノレタである。

受信系の構成としては、アンテナ 2 0 7で受信した信号を、高周波フィルタ 2 0 6及び送受信切換器 2 0 5 を介して高周波部 2 2 0に供給する。高周波部 2 2 0 では、受信信号を低ノイズアンプ（ L N A ) 2 2 1で増幅した後、パンド ' パス ' フィルタ 2 2 2 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 2 2 3 を介してミキサ 2 2 4に供給する。そして、チャンネル選択用 P L L回路 2 5 1 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 2 2 5 を介して中間周波回路 2 3 0に供給する。

中間周波回路 2 3 0では、供給される中間周波信号をバッファアンプ 2 3 1 を介してバンド 'パス 'フィルタ 2 3 2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（A G C回路） 2 3 3 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 2 3 3でゲイン調整された中間周波信号は、バッファアンプ 2 3 4 を介して復調器 2 4 0 に供給する。

復調器 2 4 0では、供給される中間周波信号をバッファアンプ 2 4 1 を介してミキサ 2 4 2 I及ぴ 2 4 2 Qに供給して、中間周波用 P L L回路 2 5 2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 2 4 2 I には、'移相器.2 4 3 で信号位相を 9 0 ° 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 2 4 4 I及び 2 4 4 Qを介してパンド · ノス · フィルタ 2 5 3 1及び 2 5 3 Qに供給して、 I チャンネル及ぴ Qチヤ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口グ Zデジタル変換器（AD C) 2 5 4 I及び 2 5 4 Qに供給して

Claims

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ぴ 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、各パンド · パス · フィルタ 2 0 2 1 ， 2 0 2 Q , 2 0 6 , 2 2 2 , 2 3 2 ， 2 5 3 1 ， 2 5 3 Qの一部又は全てとして、上述した実施の形態の構成のフィルタを適用して帯域制限することが可能である。本実施の形態の通信装置によれば、フィルタとして上述した本発明の実施の形態の M E M S型振動子からなるフィルタを用いることにより、動作時にフィルタにおいてビームが下部電極の出力電極に接触することはなく、フィルタを通じてスパイク電流が流れ周辺機器を破損するというような不具合は発生しない。従って信頼性の高い通信装置を提供することができる。図 8の例では、各フィルタをノンド、ノス · フィルタとして構成したが、所定の周波数よりも下の周波数帯域だけを通過させるロー · パス · フィルタや、所定の周波数よりも上の周波数帯域だけを通過させるハイ ' パス · フィルタとして構成して、それらのフィルタに上述した各実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。また、図 8 の例では、無線送信及ぴ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。求の範囲

1 . 出力電極と、該出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記出力電極及び入力電極が、前記ビームと直流的に分離されて成ることを特徴とする ME M S型振動子。

2. 出力電極と、該出力電極に対向して配置された入力側の振動言胄

可能なビームと、入力電極とを有し、前記入力電極が誘電体膜を介して前記ビームに接続され、前記ビームに所要の直流電圧が印加されて成ることを特徴とする MEM S型振動子。

3. 前記ビームと該ビームから延長する延長部とが一体に平板状に形成され、前記延長部において前記ビームが支持されて成ることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の MEM S型振動子。

4. 出力電極と、該出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記出力電極及び入力電極が前記ビームと直流的に分離されてなる MEM S型振動子を用いて成ることを特徴とするフィルタ。

5. 出力電極と、該出力電極に対向して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記入力電極が誘電体膜を介して前記ビームに接続され、前記ビームに所要の直流電圧が印加されてなる MEM S型振動子を用いて成ることを特徴とするフィルタ。

6. 前記ビームと該ビームから延長する延長部とがー体に平板状に形成され、前記延長部において前記ビームが支持されて成ることを特徴とする請求の範囲第 5項記載のフィルタ。

7. 基板上に形成した出力電極上に犠牲層を介して入力側の振動し得るビームを形成すると共に、前記ビームの一方の固定端上に誘電体膜を形成する工程と、前記犠牲層を選択的に除去する工程と、前記誘電体膜上に A 1 系の入力電極を形成する工程を有することを特徴とする M E M S型振動子の製造方法。

8 . 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、出力電極と、該出力電極に対応して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記出力電極及び入力電極が前記ビームと直流的に分離されてなる M E M S型振動子で構成されたフィルタが用いられて成ることを特徴とする通信装置。

9 . 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 .、て、前記フィルタとして、出力電極と、該出力電極に対応して配置された入力側の振動可能なビームと、入力電極とを有し、前記入力電挥が誘電体膜を介して前記ビームに接続され、前記ビームに所要の直流電圧が印加されてなる M E M S 型振動子で構成されたフィルタが用いられて成ることを特徴とする通信装置。

1 0 . 前記フィルタにおいて、前記ビームと該ビームから延長する延長部とがー体に平板状に形成され、前記延長部において前記ビームが支持されて成ることを特徴とする請求の範囲第 9項記載の通信装置。