微小振動子、半導体装置及び通信装置
【課題】 静電駆動型の振動子群からなる微小振動子において、振動子群の境界からの弾性波の反射に起因する不要出力を抑制する。
【解決手段】 基板３２上に複数の振動子素子３３を配列してなる振動子群３４１、３４２が配置され、各振動子素子３３は、両端が基板３２に支持され静電力で基板３２と対向する方向に振動する梁４７を有してなり、振動子群３４１、３４２の境界線３５１、３５２が非方形な形状を成す。
【解決手段】 基板３２上に複数の振動子素子３３を配列してなる振動子群３４１、３４２が配置され、各振動子素子３３は、両端が基板３２に支持され静電力で基板３２と対向する方向に振動する梁４７を有してなり、振動子群３４１、３４２の境界線３５１、３５２が非方形な形状を成す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば信号フィルタ、ミキサー、共振器などの要素となる微小振動子、この微小振動子を有する半導体装置、及びこの微小振動子による帯域フィルタを用いた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて作製された微小振動子が知られている。この微小振動子を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）。
【０００３】
図１８に、上述の高周波フィルタを構成する微小振動子、即ち静電駆動のビーム型振動子の概略を示す。この振動子１は、半導体基板２上に絶縁膜３を介して例えば多結晶シリコンによる入力側配線４と出力電極５が形成され、この出力電極５に対向して空間６を挟んで振動板となる電極、いわゆるビーム（梁）７が形成されて成る。ビーム７は、両端のアンカー部（支持部）８〔８Ａ，８Ｂ〕にて支持されるようにブリッジ上に跨いで入力側配線層４に接続される。ビーム７は入力電極となる。入力側配線層４より入力端子ｔ1 が、出力電極５より出力端子ｔ2 が夫々導出される。この振動子１は、ビーム７と接地間にＤＣバイアス電極Ｖ1 が印加された状態で、入力端子ｔ1 を通じてビーム７に高周波信号Ｓ1 が供給される。即ち、入力端子ｔ1 からＤＣバイアス電圧Ｖ1 と高周波信号Ｓ1 が供給されると、長さで決まる固有振動数を有するビーム７が、出力電極５とビーム７間に生じる静電力で振動する。この振動によって、出力電極５とビームとの間の容量の時間変化とＤＣバイアス電圧に応じた高周波信号が出力電極５（従って、出力端子ｔ2 ）から出力される。高周波フィルタではビーム７の固有振動数（固有周波数）に対応した信号が出力される。
【０００４】
一方、多数の振動子を半導体基板、あるいは絶縁基板等の基板上に並べて配置して、信号処理を行うように構成した場合、その信号処理が成されるときの信号品質を確保する、との立場から振動子配置の仕方の適、不適に関して考察し、その実証がなされた例は皆無である。
【０００５】
【非特許文献１】C.T.-Nguyen,Micromechanicalcomponents for miniaturized low-power communications(invited plenary),proceedings, 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium RF MEMS Workshop, June,18,1999,pp,48-77,
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先行技術として静電駆動型の振動子の他の構成を図１７に示す。この振動子１１は、例えば半導体基板１２上に絶縁膜１３を介して入力電極１４及び出力電極１５が形成され、この入力電極１４及び出力電極１５に対向して空間１６を挟んで振動板となる電極、いわゆるビーム（梁）１７が形成されて成る。ビーム１７は、入出力電極１４、１５をブリッジ上に跨ぎ、入出力電極１４、１５の外側に配置した配線層１８に接続されるように、両端をアンカー部（支持部）１９〔１９Ａ，１９Ｂ〕で一体に支持される。入力電極１４から入力端子ｔ1 が導出され、入力端子ｔ1 を通じて高周波信号Ｓ1 が入力される。出力電極１５から出力端子ｔ2 が導出される。ビーム１７には所要のＤＣバイアス電圧Ｖ1 が印加される。
【０００７】
この振動子１１では、入力電極１４に高周波信号Ｓ1 が入力されると、ＤＣバイアス電圧Ｖ1 が印加されたビーム１７と入力電極１４間に生じる静電力でビーム１７が共振し、出力電極１５から目的周波数の高周波信号が出力される。この微小振動子１１によれば、入出力電極１４及び１５の対向面積が小さく且つ入出力電極１４及び１５間の間隔を大きくとれるので、図１８の振動子１に比べて入出力電極間の寄生容量Ｃｏが小さくなる。したがって、入出力電極１４、１５間の寄生容量Ｃｏを直接透過する信号、つまりノイズ成分が小さくなり、出力信号のＳＮ比が向上する。
【０００８】
一方、図１６に示すように、同一基板上に複数（いわゆる多数）の振動子（以下、振動子素子という）、例えば下部電極である入出力電極１４、１５とビーム１７を有する振動子素子２１〔２１Ａ，２１Ｂ、２１Ｃ〕を、入出力電極１４、１５を共通とするようにして並列接続し振動子群として構成し、全体の合成インピーダンスを下げて、高周波デバイスへの適用を可能したものも提案されている。
【０００９】
ところで、ＲＦ信号が静電駆動型の振動子群に入力され、振動子群の共振が起きるとき、隣接して配置された振動子素子の共振特性が近似的に同じである場合には、振動子素子間の干渉のため振動子群の集団的な振動現象が起きる。
【００１０】
図１５に示すように、個別の振動子素子２１は、上述したように電気的に駆動されるビーム（梁）１７であり、ビーム１７から離れて設けられた下部電極である入出力電極１４、１５により駆動される。振動は基板２２に垂直な方向に励起される。このため、その反力Ｆが入出力電極１４、１５、アンカー部１９〔１９Ａ，１９Ｂ〕に印加され、それらの部分が基板２２の側から見れば振動源となり、複数の振動源から発した弾性波は基板内で互いに伝播し合う。このようにして発生した基板振動は振動子素子を励振させることとなる。
【００１１】
図１３に示すように、基板２２を含めたある平面形状に配置された複数（多数を含む）の振動子素子２１が並列接続して配置されて成る振動子群２４は、弾性体と見なすことができる。入力電極１４、出力電極１５、ＤＣバイアス供給線２３は、各振動子素子２１に共通に形成される。従って、図１３及び図１４に示すように、振動子群２４の境界線２５の形状が平行四辺形の場合、弾性波は振動子群２４の境界線２５の形状により反射される。反射された弾性波は定在波２６となり、個別の振動子素子の特性とは異なる共振状態が起きるのが一般的である。このため、個別の振動子素子の特性を基に設計が成された振動子群においては、所望の信号出力に対して雑音となるか、信号干渉によるリップルの発生となる。このような複雑な系の振動特性を正確にシミュレーションし、設計として取り込むのは極めて困難である。故に、このような不要出力を抑制する振動子群の構造、配置、配線の仕方を見出すことが要請されている。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、振動子群の境界からの弾性波の反射に起因する不要出力を抑制するようにした微小振動子、この微小振動子を備えた半導体装置、及びこの微小振動子を信号フィルタとして備えた通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る微小振動子は、基板上に複数の振動子素子を配列してなる振動子群が配置され、各振動子素子は、片側端部または両端が基板に支持され静電力で基板と対向する方向に振動する梁を有してなり、振動子群の境界線が非方形な形状を成すことを特徴とする。
【００１４】
境界線は、振動子群の最外周の振動子素子の重心を結んだ線であって、かつ、隣接する梁の重心間距離の、梁の長辺長方向、短辺長方向での平均値の大きな方の値の１／２以下の凹凸を直線と見做した線で規定される。境界線が成す多角形は、辺の数が最小であり、その面積が振動子群最外周の全ての振動子の重心を結んで成される多角形の面積に最も近いよう、選択される。境界線は、このようにして決められた多角形の外周と規定する。
【００１５】
振動子群の境界線の非方形な形状としては、境界線の何れかに平行な２本の平行線の境界線で切り取られる長さが互いに等しくならないような形状とするのが好ましい。
【００１６】
境界線の形状として三角形を選択することができる。
【００１７】
振動子群を構成する複数の振動子素子は、基板上に規則性をもって配列することができる。
【００１８】
振動子素子としては、２次高調波振動モードで励振されるように構成することができる。
【００１９】
本発明に係る半導体装置は、上述した微小振動子を有して成ることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る通信装置は、送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、フィルタとして、上述した微小振動子によるフィルタが用いられて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る微小振動子によれば、振動子群の境界線を非方形な形状にすることにより、振動子群の動作時に、基板内に発生する弾性波が振動子群の境界線により反射されることにより誘起される定在波が収斂し、大きな振幅を有する、振動子群にわたる少数の振動モードとなることを抑制することができる。すなわち、複数の振動子素子を配置した振動子群では、例えばビーム（梁）を支持するアンカー部から漏れる振動エネルギーに起因して振動子群にわたって発生する振幅の大きな定在波の発生が抑制される。このため、この振動子群の不要信号や雑音レベルを下げることができる。従って、本発明による微小振動子を構成要素として用いれば、雑音の少ない優れた特性を有する各種のデバイス、例えば信号処理装置を実現することができる。
【００２２】
振動子群の境界線の非方形な形状としては、境界線の何れかに平行な２本の平行線の境界線で切り取られる長さが互いに等しくならない形状とすることができる。これにより上記定在波の発生を確実に抑制することができる。
【００２３】
振動子群の境界線の形状が三角形であるときは、上記定在波の発生を確実に抑制することができると共に、振動子群の占有ウェハー面積を必要最小限にすることができる。これによって、配線による浮遊容量を最小限にすることができる。
【００２４】
また、振動子群の振動子素子を規則的に配置するときは、振動子群の占有ウェハー面積を必要最小限に留めることができ、配線に係わり発生する浮遊容量を最小限にすることができる。このため、信号処理装置の性能と低価格を実現することができる。
【００２５】
本発明に係る半導体装置によれば、半導体装置の構成要素となる振動子に上述の本発明の微小振動子を用いることにより、雑音の少ない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。
【００２６】
本発明に係る通信装置によれば、帯域フィルタに本発明の微小振動子によるフィルタを用いることにより、雑音の少な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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
本実施の形態は、同一基板上に並列に配置した振動子群において、振動子群の境界からの弾性波の反射に起因する不要出力を抑制するために、振動子群の境界の形状を非方形にする。このようにして、本実施の形態では、弾性波の振動子群内での伝播距離を実効的に長くして弾性定在波が立ちにくくする。
【００２９】
振動子群は、複数（多数を含む）の前述した静電駆動するビーム型振動子素子を有して成る。個別振動子素子の配置の仕方は問わない。例えば全く不規則に並べてもよい。しかしながら、この場合、複数の振動子素子を基板上に並べて作製しようとすると、プロセス管理上の種々不具合は発生する。リソグラフィのためのマスクの作製は極めて面倒であるし、化学機械研磨法（ＣＭＰ）によりウェハーの平坦化を行う場合、研磨量の不均一が発生する。また、ウェハーの利用効率が悪化し、素子が高価になる。こうした事情を踏まえると現実的には、振動子素子の配置は規則的にならざるを得ない。このような前提の下での、非方形の振動子群境界線で最も簡単な形状の例は、三角形である。
【００３０】
非方形としては、平行四辺形、正多角形を除く三角形、四角形、多角形とすることができる。典型的には四角形、長四角形でなく歪んだ形状にする。非方形の好ましい形態は、図４Ａ，Ｂに示すように、複数の振動子素子３３が配列された振動子群３４を囲む境界線３５の何れかに平行な少なくとも振動子素子３３のビーム（梁）の長さａを超える距離だけ離れた２本の平行線１０１、１０２の境界線３５により切り取られる長さＸ１，Ｘ２が等しくないものを指す。代表的には三角形がある。台形は、ここで規定される非方形ではないが、上底と下底の長さに十分な差異があれば、非方形である場合と近似的に等しい効果を得ることができる。
【００３１】
境界線３５は、図５に示すように、１つの振動子群３４の最外周部にある振動子素子３３の重心、すなわちビームの中心Ｏを結んだ曲線である。境界線３５は、図６に示すように、ビーム間距離ｂ（ｂ１、ｂ２）のいずれか大きい距離の平均値の１／２以下の凹凸は無視して直線と見做す。すなわち、境界線３５は次のようにして決められる。最外周に位置する全ての振動子素子３３の重心（つまりビーム４７の重心に相当する）を結んでなる多角形８１を求める。そして、境界線３５のなす多角形の辺の数が最小となるように、振動子素子３３の重心と境界線３５との距離ｃ（ｃ１、ｃ２）が、隣接する振動子素子３３の、振動子素子長辺長方向の平均重心間隔の１／２か、隣接する振動子素子３３の、振動子素子短辺長方向の平均重心間隔の１／２のいずれか大きい値以下の条件を満たして、設定する。得られた多角形から、その面積が振動子群の最外周の全ての振動子素子３３の重心を結んでなる多角形８１の面積に最も近い値を持つ、振動子素子３３の重心を結んでなる多角形を選び、境界線３５とする。
【００３２】
図１に、本発明に係る微小振動子の概念的な実施の形態を示す。本実施の形態で対象とする振動子素子は、マイクロスケール、ナノスケールの素子である。なお、本実施の形態では、一例として基板上に下部電極である入力電極及び出力電極と、両端を支持して振動素子となるビームとを配置して構成される機械共振周波数１００ＭＨＺの静電駆動型振動子群を取り上げる。
【００３３】
本実施の形態に係る微小振動子３１は、図１に示すように、基板、本例では高抵抗シリコン基板の表面に絶縁膜が形成された基板３２上に、多数の静電駆動型の振動子素子３３を配列してなる複数、本例では２つの振動子群３４〔３４１、３４２〕を配置して構成される。
【００３４】
各振動子群３４〔３４１、３４２〕内では多数の振動子素子３３が並列接続され、さらに両振動子群３４１及び３４２が並列接続される。各振動子群３４１及び３４２は、非方形、本例では３辺の長さが異なる不等辺三角形、図示では直角三角形の境界線３５〔３５１、５３２〕を持つように形成される。両境界線３５１及び３５２は、夫々の振動子群３４１、３４２の基板３２内で夫々発生する弾性波が相互に伝播しない距離Ｗ１だけ離れている。また、直角三角形の境界線３５１、３５２は、振動子群３４〔３４１、３４２〕をコンパクトに配置できるように、互いの三角形の斜辺が対向するように形成される。
なお、図１では理解し易くするために、境界線３５１，３５２に含まれている振動子素子３３の数を省略しているが、実際は多数の振動子素子３３が配列されているものである。
【００３５】
振動子群３４〔３４１、３４２〕内での振動子素子３３は、規則性をもって配列されている。各振動子素子３３は、後述する（図２を用いて詳述する）が、下部電極である入力電極４３、出力電極４４及び配線層４５と、両端を配線層４５に支持して振動電極となるビーム（梁）４７とで構成される。各振動子素子３３は、その入力電極４３を基板上に形成した共通の入力配線３６に接続し、その出力電極４４を基板上に形成した共通の出力電極配線３７に接続し、そのビーム４７を基板上に形成した共通のＤＣバイアス給電線３８に接続するようにして、並列接続される。
【００３６】
各振動子素子３３は、前述と同様に図２に示すように、シリコン基板４１の表面に絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）４２が形成された基板３２上に、下部電極となる入力電極４３及び出力電極４４と、入出力電極４３、４４を挟む両側の配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕を形成し、この入出力電極４３、４４に対して空間４６を挟んで対向する振動電極となるビーム（梁）４７を配置して構成される。ビーム４７は、両端が配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕に電気的かつ機械的に接続されたアンカー部（支持部）４８〔４８Ａ，４８Ｂ〕に支持される。このビーム４７はいわゆる両持ち梁構造に形成される。
この振動子素子３３は、前述と同様に、ビーム４７にＤＣバイアス電圧を印加し、入力電極４３に例えばＲＦ波周波数信号を入力すると、ビーム４７が共振し、出力電極４４に目的周波数のＲＦ信号が出力される。この振動子素子３３は、図２に示すように、２次高調波振動モード４９で共振する。
【００３７】
次に、図７及び図８を用いて本実施の形態の微小振動子の製造方法を説明する。なお、同図は図１のＡーＡ′線上の断面構造を示す。工程の仕様は通常のＣＭＯＳ作製プロセスで用いられるものと同等である。
先ず、図７Ａに示すように、高抵抗のシリコン基板５１の上面に絶縁膜として例えば酸化シリコン薄膜（ＨＤＰ膜：High Density Plasma酸化膜）と窒化シリコン薄膜との複合膜５２を成膜した基板３２を用意する。本例では膜厚２００ｎｍ程度の複合膜５２を成膜する。続けて、この複合膜５２上に導電性膜、例えば導電性のある多結晶シリコン薄膜（ＰＤＡＳ膜：Phosphorus doped amorphous silicon）５３を所要の膜厚、本例では３８０ｎｍ程度に成膜する。
【００３８】
次に、図７Ｂに示すように、レジストマスクを形成し、このレジストマスクを介して例えばドライエッチング法により多結晶シリコン薄膜５３を選択的にエッチング除去し、下部電極である入力電極４３及び出力電極４４と、ビーム（梁）の固定部を兼ねる配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕を形成する。
【００３９】
次に、図７Ｃに示すように、形成された入力電極４３、出力電極４４及び配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕を絶縁膜の例えば酸化シリコン膜（ＨＤＰ膜）５４で埋め戻し、化学機械研磨法（ＣＭＰ）により平坦化し、入力電極４３、出力電極４４及び配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕の表面を露出させる。
【００４０】
次に、図７Ｄに示すように、表面に入力電極４３及び出力電極４４とビームとの間の間隔に相当する所要の厚さの犠牲層５５を形成する。本例では５０ｎｍ程度の厚さの酸化シリコン薄膜（ＬＰーＴＥＯＳ膜）による犠牲層５５を形成する。
【００４１】
次に、図８Ｅに示すように、犠牲層５上に必要に応じて薄い膜厚、例えば２０ｎｍ程度の多結晶シリコン薄膜５６を形成した後、この多結晶シリコン薄膜５６及び犠牲層５５を例えばドライエッチング法により選択的にエッチング除去して両配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕に達する透孔５６〔５６Ａ，５６Ｂ〕を形成する。
【００４２】
次に、図８Ｆに示すように、表面に多結晶シリコン薄膜５６を有する犠牲層５５上に、多結晶シリコン膜（ＰＤＡＳ膜）５７を所要の厚さになるまで成膜する。続いて、ドライエッチング法により多結晶シリコン膜５７をパターニングして両端が配線層４５Ａ，４５Ｂに接続されたビーム（梁）４７を形成する。この場合、ビーム４７の両端から延長して配線層４５Ａ，４５Ｂに接続する部分、すなわち透孔５６Ａ，５６Ｂ内の部分がビーム４７のアンカー部（支持部）４８〔４８Ａ，４８Ｂ〕となる。
【００４３】
次に、図１の配線３６、３７、３８及びパッド（図示せず）となる導電膜、例えばアルミシリコン（ＡｌーＳｉ）薄膜を形成し、配線３６、３７、３８、パッド上にレジストマスクを形成した後、例えばフッ化水素溶液（ＤＨＦ）を用いて不要なアルミシリコン膜及び犠牲層５５を選択的に除去する。これにより、図８Ｇに示すように、入力電極４３及び出力電極４４とビーム４７との間に５０ｎｍの空間４６を有する振動子素子３３を形成する。同時に配線、すなわち入力配線３６、出力配線３７、ＤＣバイアス給電線３８を形成する。振動子素子３３の概略寸法の一具体例として、図８Ｇに示す通り、ビーム長さＬが１３．２μｍ、ビームの膜厚ｔが１μｍ、空間ｈが５０ｎｍとすることにより、２次の高調波が励起された時の共振周波数がおよそ１００ＭＨｚとなるように振動子素子３３が設計される。このようにして目的の微小振動子３１を得る。
【００４４】
本実施の形態に係る微小振動子３１によれば、振動子群３４〔３４１、３４２〕の境界線３５〔３５１、３５２〕の形状を非方形、例えば不等辺三角形にすることにより、図３に示すように、動作時に基板３２内で発生する弾性波５０、５０’は振動子群３４〔３４１、３４２〕の境界３５で反射するも一つの定在波に収斂しない。すなわち、弾性波５０は、境界線３５で反射した反射波の相互干渉により抑制される。このように、微小振動子の動作時に、アンカー部３２から漏れる振動エネルギーに起因して振動子群３４〔３１、３４２〕にわたって発生する定在波の発生が抑制できる。このため、振動子群（いわゆる並列共振器）３４〔３４１、３４２〕の不要信号や雑音レベルを下げることができる。すなわち、本実施の形態による微小振動子３１を構成要素として用いれば、雑音の少ない優れた特性を有する各種デバイス、例えば信号処理装置を実現することができる。
【００４５】
また、規則的に個別の振動子素子３３を配置した場合は、振動子群３４〔３４１、３４２〕の占有ウェハー面積を必要最小限に止めることができるため、配線に係わり発生する浮遊容量を最小限にすることができる。また、振動子群３４の形状を図示のような直角三角形にすることにより、占有ウェハー面積を必要最小限に止めることができ、この点でも配線に係わり発生する浮遊容量を最小限にすることができる。このために信号処理装置の性能の向上と低価格とを実現することができる。
【００４６】
図１の微小振動子３１では、図２に示す第２高調波振動モード４９の振動子素子３３を用いたが、その他の振動モードの振動子素子を適用することもできる。例えば、図９に示すような、基板６１上に下部電極となる出力電極６２と、両端をアンカー部６６で支持され、ＤＣバイアスと入力信号が入力される振動電極であるビーム６３とを有してなる１次振動モード６４の振動子素子６７を適用することができる。また、図１０に示すように基板５１上に例えば入力電極７１を挟んで両側に出力電極７２を配置し、この入力電極７１及び出力電極７２に対向して両端がアンカー部７４に支持されるビーム７３を配置して成る３次高調波振動モード７５の振動子素子７６を適用することができる。さらに図１１示すように基板６１上に例えば下部電極となる入力電極７１と出力電極７２を、両者間が広く離なれるように配置し、この入力電極７１と出力電極７２に対向してビーム７３を配置して成る３次高調波振動モード７５の振動子素子７７を適用することができる。
【００４７】
上例では、ビームを両持ち梁構造とした振動子素子を用いたが、片持ち梁構造のビームを有する振動子素子を用いることもできる。
【００４８】
本発明に係る他の実施の形態においては、上述の微小振動子３１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、雑音の少ない優れた特性を有する微小振動子を備えるので、信頼性に高い半導体装置を提供することができる。
【００４９】
上述した実施の形態の静電駆動型の振動子群からなる微小振動子は、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。
【００５０】
本発明は、上述した実施の形態の微小振動子によるフィルタを用いて構成される携帯電話機、無線ＬＡＮ機器、無線トランシーバ、テレビチューナ、ラジオチューナ等の、電磁波を利用して通信する通信装置を提供することができる。
【００５１】
次に、上述した本発明の実施の形態のフィルタを適用した通信装置の構成例を、図１２を参照して説明する。
まず送信系の構成について説明すると、Ｉチャンネルの送信データとＱチャンネルの送信データを、それぞれデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）２０１Ｉ及び２０１Ｑに供給してアナログ信号に変換する。変換された各チャンネルの信号は、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑに供給して、送信信号の帯域以外の信号成分を除去し、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑの出力を、変調器２１０に供給する。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
ここまで説明した構成において、各バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ，２０２Ｑ，２０６，２２２，２３２，２５３Ｉ，２５３Ｑの一部又は全てとして、上述した実施の形態の構成のフィルタを適用して帯域制限することが可能である。
【００５９】
本発明の通信装置によれば、雑音の少ない優れた特性を有するフィルタを用いるので、信頼性の高い通信装置を提供することができる。
【００６０】
図１２の例では、各フィルタをバンド・パス・フィルタとして構成したが、所定の周波数よりも下の周波数帯域だけを通過させるロー・パス・フィルタや、所定の周波数よりも上の周波数帯域だけを通過させるハイ・パス・フィルタとして構成して、それらのフィルタに上述した各実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。また、図１２の例では、無線送信及び無線受信を行う通信装置としたが、有線の伝送路を介して送信及び受信を行う通信装置が備えるフィルタに適用してもよく、さらに送信処理だけを行う通信装置や受信処理だけを行う通信装置が備えるフィルタに、上述した実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る微小振動子の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１のＡーＡ′線上の振動子素子の断面図である。
【図３】本発明の説明に供する振動子群で発生した基板内の弾性波の反射状態の説明図である。
【図４】Ａ，Ｂ 本発明による振動子群の境界線の形状を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る振動子群及びその境界線の形状を示す拡大図である。
【図６】本発明の振動子群の境界線の説明図である。
【図７】Ａ〜Ｄ 本実施の形態に係る微小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８】Ｅ〜Ｇ 本実施の形態に係る微小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９】本発明に係る振動子素子の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１０】本発明に係る振動子素子の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１１】本発明に係る振動子素子の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１２】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。
【図１３】比較例に係る振動子群の構成図である。
【図１４】図１２の振動子群において定在波が発生することを説明する説明図である。
【図１５】振動子素子の動作時に基板内において弾性波が発生することを説明する説明図である。
【図１６】複数の振動子を並列配置した微小振動子の例を示す構成図である。
【図１７】従来の静電駆動型の振動子を示す構成図である。
【図１８】先行技術に係る静電駆動型の振動子を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
３１・・微小振動子、３２・・基板、３３・・振動子素子、３４〔３４１、３４２〕・・振動子群、３５〔３５１、３５２〕・・境界線、３６・・入力配線、３７・・出力配線、３８・・ＤＣバイアス給電線、４１・・シリコン基板、４２・・絶縁膜、４３・・入力電極、４４・・出力電極、４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕・・配線層、４６・・空間、４７・・ビーム（梁）、４８〔４８Ａ，４８Ｂ〕・・アンカー部、４９・・２次高調波もード、５０・・弾性波
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば信号フィルタ、ミキサー、共振器などの要素となる微小振動子、この微小振動子を有する半導体装置、及びこの微小振動子による帯域フィルタを用いた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて作製された微小振動子が知られている。この微小振動子を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）。
【０００３】
図１８に、上述の高周波フィルタを構成する微小振動子、即ち静電駆動のビーム型振動子の概略を示す。この振動子１は、半導体基板２上に絶縁膜３を介して例えば多結晶シリコンによる入力側配線４と出力電極５が形成され、この出力電極５に対向して空間６を挟んで振動板となる電極、いわゆるビーム（梁）７が形成されて成る。ビーム７は、両端のアンカー部（支持部）８〔８Ａ，８Ｂ〕にて支持されるようにブリッジ上に跨いで入力側配線層４に接続される。ビーム７は入力電極となる。入力側配線層４より入力端子ｔ1 が、出力電極５より出力端子ｔ2 が夫々導出される。この振動子１は、ビーム７と接地間にＤＣバイアス電極Ｖ1 が印加された状態で、入力端子ｔ1 を通じてビーム７に高周波信号Ｓ1 が供給される。即ち、入力端子ｔ1 からＤＣバイアス電圧Ｖ1 と高周波信号Ｓ1 が供給されると、長さで決まる固有振動数を有するビーム７が、出力電極５とビーム７間に生じる静電力で振動する。この振動によって、出力電極５とビームとの間の容量の時間変化とＤＣバイアス電圧に応じた高周波信号が出力電極５（従って、出力端子ｔ2 ）から出力される。高周波フィルタではビーム７の固有振動数（固有周波数）に対応した信号が出力される。
【０００４】
一方、多数の振動子を半導体基板、あるいは絶縁基板等の基板上に並べて配置して、信号処理を行うように構成した場合、その信号処理が成されるときの信号品質を確保する、との立場から振動子配置の仕方の適、不適に関して考察し、その実証がなされた例は皆無である。
【０００５】
【非特許文献１】C.T.-Nguyen,Micromechanicalcomponents for miniaturized low-power communications(invited plenary),proceedings, 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium RF MEMS Workshop, June,18,1999,pp,48-77,
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先行技術として静電駆動型の振動子の他の構成を図１７に示す。この振動子１１は、例えば半導体基板１２上に絶縁膜１３を介して入力電極１４及び出力電極１５が形成され、この入力電極１４及び出力電極１５に対向して空間１６を挟んで振動板となる電極、いわゆるビーム（梁）１７が形成されて成る。ビーム１７は、入出力電極１４、１５をブリッジ上に跨ぎ、入出力電極１４、１５の外側に配置した配線層１８に接続されるように、両端をアンカー部（支持部）１９〔１９Ａ，１９Ｂ〕で一体に支持される。入力電極１４から入力端子ｔ1 が導出され、入力端子ｔ1 を通じて高周波信号Ｓ1 が入力される。出力電極１５から出力端子ｔ2 が導出される。ビーム１７には所要のＤＣバイアス電圧Ｖ1 が印加される。
【０００７】
この振動子１１では、入力電極１４に高周波信号Ｓ1 が入力されると、ＤＣバイアス電圧Ｖ1 が印加されたビーム１７と入力電極１４間に生じる静電力でビーム１７が共振し、出力電極１５から目的周波数の高周波信号が出力される。この微小振動子１１によれば、入出力電極１４及び１５の対向面積が小さく且つ入出力電極１４及び１５間の間隔を大きくとれるので、図１８の振動子１に比べて入出力電極間の寄生容量Ｃｏが小さくなる。したがって、入出力電極１４、１５間の寄生容量Ｃｏを直接透過する信号、つまりノイズ成分が小さくなり、出力信号のＳＮ比が向上する。
【０００８】
一方、図１６に示すように、同一基板上に複数（いわゆる多数）の振動子（以下、振動子素子という）、例えば下部電極である入出力電極１４、１５とビーム１７を有する振動子素子２１〔２１Ａ，２１Ｂ、２１Ｃ〕を、入出力電極１４、１５を共通とするようにして並列接続し振動子群として構成し、全体の合成インピーダンスを下げて、高周波デバイスへの適用を可能したものも提案されている。
【０００９】
ところで、ＲＦ信号が静電駆動型の振動子群に入力され、振動子群の共振が起きるとき、隣接して配置された振動子素子の共振特性が近似的に同じである場合には、振動子素子間の干渉のため振動子群の集団的な振動現象が起きる。
【００１０】
図１５に示すように、個別の振動子素子２１は、上述したように電気的に駆動されるビーム（梁）１７であり、ビーム１７から離れて設けられた下部電極である入出力電極１４、１５により駆動される。振動は基板２２に垂直な方向に励起される。このため、その反力Ｆが入出力電極１４、１５、アンカー部１９〔１９Ａ，１９Ｂ〕に印加され、それらの部分が基板２２の側から見れば振動源となり、複数の振動源から発した弾性波は基板内で互いに伝播し合う。このようにして発生した基板振動は振動子素子を励振させることとなる。
【００１１】
図１３に示すように、基板２２を含めたある平面形状に配置された複数（多数を含む）の振動子素子２１が並列接続して配置されて成る振動子群２４は、弾性体と見なすことができる。入力電極１４、出力電極１５、ＤＣバイアス供給線２３は、各振動子素子２１に共通に形成される。従って、図１３及び図１４に示すように、振動子群２４の境界線２５の形状が平行四辺形の場合、弾性波は振動子群２４の境界線２５の形状により反射される。反射された弾性波は定在波２６となり、個別の振動子素子の特性とは異なる共振状態が起きるのが一般的である。このため、個別の振動子素子の特性を基に設計が成された振動子群においては、所望の信号出力に対して雑音となるか、信号干渉によるリップルの発生となる。このような複雑な系の振動特性を正確にシミュレーションし、設計として取り込むのは極めて困難である。故に、このような不要出力を抑制する振動子群の構造、配置、配線の仕方を見出すことが要請されている。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、振動子群の境界からの弾性波の反射に起因する不要出力を抑制するようにした微小振動子、この微小振動子を備えた半導体装置、及びこの微小振動子を信号フィルタとして備えた通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る微小振動子は、基板上に複数の振動子素子を配列してなる振動子群が配置され、各振動子素子は、片側端部または両端が基板に支持され静電力で基板と対向する方向に振動する梁を有してなり、振動子群の境界線が非方形な形状を成すことを特徴とする。
【００１４】
境界線は、振動子群の最外周の振動子素子の重心を結んだ線であって、かつ、隣接する梁の重心間距離の、梁の長辺長方向、短辺長方向での平均値の大きな方の値の１／２以下の凹凸を直線と見做した線で規定される。境界線が成す多角形は、辺の数が最小であり、その面積が振動子群最外周の全ての振動子の重心を結んで成される多角形の面積に最も近いよう、選択される。境界線は、このようにして決められた多角形の外周と規定する。
【００１５】
振動子群の境界線の非方形な形状としては、境界線の何れかに平行な２本の平行線の境界線で切り取られる長さが互いに等しくならないような形状とするのが好ましい。
【００１６】
境界線の形状として三角形を選択することができる。
【００１７】
振動子群を構成する複数の振動子素子は、基板上に規則性をもって配列することができる。
【００１８】
振動子素子としては、２次高調波振動モードで励振されるように構成することができる。
【００１９】
本発明に係る半導体装置は、上述した微小振動子を有して成ることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る通信装置は、送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、フィルタとして、上述した微小振動子によるフィルタが用いられて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る微小振動子によれば、振動子群の境界線を非方形な形状にすることにより、振動子群の動作時に、基板内に発生する弾性波が振動子群の境界線により反射されることにより誘起される定在波が収斂し、大きな振幅を有する、振動子群にわたる少数の振動モードとなることを抑制することができる。すなわち、複数の振動子素子を配置した振動子群では、例えばビーム（梁）を支持するアンカー部から漏れる振動エネルギーに起因して振動子群にわたって発生する振幅の大きな定在波の発生が抑制される。このため、この振動子群の不要信号や雑音レベルを下げることができる。従って、本発明による微小振動子を構成要素として用いれば、雑音の少ない優れた特性を有する各種のデバイス、例えば信号処理装置を実現することができる。
【００２２】
振動子群の境界線の非方形な形状としては、境界線の何れかに平行な２本の平行線の境界線で切り取られる長さが互いに等しくならない形状とすることができる。これにより上記定在波の発生を確実に抑制することができる。
【００２３】
振動子群の境界線の形状が三角形であるときは、上記定在波の発生を確実に抑制することができると共に、振動子群の占有ウェハー面積を必要最小限にすることができる。これによって、配線による浮遊容量を最小限にすることができる。
【００２４】
また、振動子群の振動子素子を規則的に配置するときは、振動子群の占有ウェハー面積を必要最小限に留めることができ、配線に係わり発生する浮遊容量を最小限にすることができる。このため、信号処理装置の性能と低価格を実現することができる。
【００２５】
本発明に係る半導体装置によれば、半導体装置の構成要素となる振動子に上述の本発明の微小振動子を用いることにより、雑音の少ない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。
【００２６】
本発明に係る通信装置によれば、帯域フィルタに本発明の微小振動子によるフィルタを用いることにより、雑音の少な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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
本実施の形態は、同一基板上に並列に配置した振動子群において、振動子群の境界からの弾性波の反射に起因する不要出力を抑制するために、振動子群の境界の形状を非方形にする。このようにして、本実施の形態では、弾性波の振動子群内での伝播距離を実効的に長くして弾性定在波が立ちにくくする。
【００２９】
振動子群は、複数（多数を含む）の前述した静電駆動するビーム型振動子素子を有して成る。個別振動子素子の配置の仕方は問わない。例えば全く不規則に並べてもよい。しかしながら、この場合、複数の振動子素子を基板上に並べて作製しようとすると、プロセス管理上の種々不具合は発生する。リソグラフィのためのマスクの作製は極めて面倒であるし、化学機械研磨法（ＣＭＰ）によりウェハーの平坦化を行う場合、研磨量の不均一が発生する。また、ウェハーの利用効率が悪化し、素子が高価になる。こうした事情を踏まえると現実的には、振動子素子の配置は規則的にならざるを得ない。このような前提の下での、非方形の振動子群境界線で最も簡単な形状の例は、三角形である。
【００３０】
非方形としては、平行四辺形、正多角形を除く三角形、四角形、多角形とすることができる。典型的には四角形、長四角形でなく歪んだ形状にする。非方形の好ましい形態は、図４Ａ，Ｂに示すように、複数の振動子素子３３が配列された振動子群３４を囲む境界線３５の何れかに平行な少なくとも振動子素子３３のビーム（梁）の長さａを超える距離だけ離れた２本の平行線１０１、１０２の境界線３５により切り取られる長さＸ１，Ｘ２が等しくないものを指す。代表的には三角形がある。台形は、ここで規定される非方形ではないが、上底と下底の長さに十分な差異があれば、非方形である場合と近似的に等しい効果を得ることができる。
【００３１】
境界線３５は、図５に示すように、１つの振動子群３４の最外周部にある振動子素子３３の重心、すなわちビームの中心Ｏを結んだ曲線である。境界線３５は、図６に示すように、ビーム間距離ｂ（ｂ１、ｂ２）のいずれか大きい距離の平均値の１／２以下の凹凸は無視して直線と見做す。すなわち、境界線３５は次のようにして決められる。最外周に位置する全ての振動子素子３３の重心（つまりビーム４７の重心に相当する）を結んでなる多角形８１を求める。そして、境界線３５のなす多角形の辺の数が最小となるように、振動子素子３３の重心と境界線３５との距離ｃ（ｃ１、ｃ２）が、隣接する振動子素子３３の、振動子素子長辺長方向の平均重心間隔の１／２か、隣接する振動子素子３３の、振動子素子短辺長方向の平均重心間隔の１／２のいずれか大きい値以下の条件を満たして、設定する。得られた多角形から、その面積が振動子群の最外周の全ての振動子素子３３の重心を結んでなる多角形８１の面積に最も近い値を持つ、振動子素子３３の重心を結んでなる多角形を選び、境界線３５とする。
【００３２】
図１に、本発明に係る微小振動子の概念的な実施の形態を示す。本実施の形態で対象とする振動子素子は、マイクロスケール、ナノスケールの素子である。なお、本実施の形態では、一例として基板上に下部電極である入力電極及び出力電極と、両端を支持して振動素子となるビームとを配置して構成される機械共振周波数１００ＭＨＺの静電駆動型振動子群を取り上げる。
【００３３】
本実施の形態に係る微小振動子３１は、図１に示すように、基板、本例では高抵抗シリコン基板の表面に絶縁膜が形成された基板３２上に、多数の静電駆動型の振動子素子３３を配列してなる複数、本例では２つの振動子群３４〔３４１、３４２〕を配置して構成される。
【００３４】
各振動子群３４〔３４１、３４２〕内では多数の振動子素子３３が並列接続され、さらに両振動子群３４１及び３４２が並列接続される。各振動子群３４１及び３４２は、非方形、本例では３辺の長さが異なる不等辺三角形、図示では直角三角形の境界線３５〔３５１、５３２〕を持つように形成される。両境界線３５１及び３５２は、夫々の振動子群３４１、３４２の基板３２内で夫々発生する弾性波が相互に伝播しない距離Ｗ１だけ離れている。また、直角三角形の境界線３５１、３５２は、振動子群３４〔３４１、３４２〕をコンパクトに配置できるように、互いの三角形の斜辺が対向するように形成される。
なお、図１では理解し易くするために、境界線３５１，３５２に含まれている振動子素子３３の数を省略しているが、実際は多数の振動子素子３３が配列されているものである。
【００３５】
振動子群３４〔３４１、３４２〕内での振動子素子３３は、規則性をもって配列されている。各振動子素子３３は、後述する（図２を用いて詳述する）が、下部電極である入力電極４３、出力電極４４及び配線層４５と、両端を配線層４５に支持して振動電極となるビーム（梁）４７とで構成される。各振動子素子３３は、その入力電極４３を基板上に形成した共通の入力配線３６に接続し、その出力電極４４を基板上に形成した共通の出力電極配線３７に接続し、そのビーム４７を基板上に形成した共通のＤＣバイアス給電線３８に接続するようにして、並列接続される。
【００３６】
各振動子素子３３は、前述と同様に図２に示すように、シリコン基板４１の表面に絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）４２が形成された基板３２上に、下部電極となる入力電極４３及び出力電極４４と、入出力電極４３、４４を挟む両側の配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕を形成し、この入出力電極４３、４４に対して空間４６を挟んで対向する振動電極となるビーム（梁）４７を配置して構成される。ビーム４７は、両端が配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕に電気的かつ機械的に接続されたアンカー部（支持部）４８〔４８Ａ，４８Ｂ〕に支持される。このビーム４７はいわゆる両持ち梁構造に形成される。
この振動子素子３３は、前述と同様に、ビーム４７にＤＣバイアス電圧を印加し、入力電極４３に例えばＲＦ波周波数信号を入力すると、ビーム４７が共振し、出力電極４４に目的周波数のＲＦ信号が出力される。この振動子素子３３は、図２に示すように、２次高調波振動モード４９で共振する。
【００３７】
次に、図７及び図８を用いて本実施の形態の微小振動子の製造方法を説明する。なお、同図は図１のＡーＡ′線上の断面構造を示す。工程の仕様は通常のＣＭＯＳ作製プロセスで用いられるものと同等である。
先ず、図７Ａに示すように、高抵抗のシリコン基板５１の上面に絶縁膜として例えば酸化シリコン薄膜（ＨＤＰ膜：High Density Plasma酸化膜）と窒化シリコン薄膜との複合膜５２を成膜した基板３２を用意する。本例では膜厚２００ｎｍ程度の複合膜５２を成膜する。続けて、この複合膜５２上に導電性膜、例えば導電性のある多結晶シリコン薄膜（ＰＤＡＳ膜：Phosphorus doped amorphous silicon）５３を所要の膜厚、本例では３８０ｎｍ程度に成膜する。
【００３８】
次に、図７Ｂに示すように、レジストマスクを形成し、このレジストマスクを介して例えばドライエッチング法により多結晶シリコン薄膜５３を選択的にエッチング除去し、下部電極である入力電極４３及び出力電極４４と、ビーム（梁）の固定部を兼ねる配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕を形成する。
【００３９】
次に、図７Ｃに示すように、形成された入力電極４３、出力電極４４及び配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕を絶縁膜の例えば酸化シリコン膜（ＨＤＰ膜）５４で埋め戻し、化学機械研磨法（ＣＭＰ）により平坦化し、入力電極４３、出力電極４４及び配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕の表面を露出させる。
【００４０】
次に、図７Ｄに示すように、表面に入力電極４３及び出力電極４４とビームとの間の間隔に相当する所要の厚さの犠牲層５５を形成する。本例では５０ｎｍ程度の厚さの酸化シリコン薄膜（ＬＰーＴＥＯＳ膜）による犠牲層５５を形成する。
【００４１】
次に、図８Ｅに示すように、犠牲層５上に必要に応じて薄い膜厚、例えば２０ｎｍ程度の多結晶シリコン薄膜５６を形成した後、この多結晶シリコン薄膜５６及び犠牲層５５を例えばドライエッチング法により選択的にエッチング除去して両配線層４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕に達する透孔５６〔５６Ａ，５６Ｂ〕を形成する。
【００４２】
次に、図８Ｆに示すように、表面に多結晶シリコン薄膜５６を有する犠牲層５５上に、多結晶シリコン膜（ＰＤＡＳ膜）５７を所要の厚さになるまで成膜する。続いて、ドライエッチング法により多結晶シリコン膜５７をパターニングして両端が配線層４５Ａ，４５Ｂに接続されたビーム（梁）４７を形成する。この場合、ビーム４７の両端から延長して配線層４５Ａ，４５Ｂに接続する部分、すなわち透孔５６Ａ，５６Ｂ内の部分がビーム４７のアンカー部（支持部）４８〔４８Ａ，４８Ｂ〕となる。
【００４３】
次に、図１の配線３６、３７、３８及びパッド（図示せず）となる導電膜、例えばアルミシリコン（ＡｌーＳｉ）薄膜を形成し、配線３６、３７、３８、パッド上にレジストマスクを形成した後、例えばフッ化水素溶液（ＤＨＦ）を用いて不要なアルミシリコン膜及び犠牲層５５を選択的に除去する。これにより、図８Ｇに示すように、入力電極４３及び出力電極４４とビーム４７との間に５０ｎｍの空間４６を有する振動子素子３３を形成する。同時に配線、すなわち入力配線３６、出力配線３７、ＤＣバイアス給電線３８を形成する。振動子素子３３の概略寸法の一具体例として、図８Ｇに示す通り、ビーム長さＬが１３．２μｍ、ビームの膜厚ｔが１μｍ、空間ｈが５０ｎｍとすることにより、２次の高調波が励起された時の共振周波数がおよそ１００ＭＨｚとなるように振動子素子３３が設計される。このようにして目的の微小振動子３１を得る。
【００４４】
本実施の形態に係る微小振動子３１によれば、振動子群３４〔３４１、３４２〕の境界線３５〔３５１、３５２〕の形状を非方形、例えば不等辺三角形にすることにより、図３に示すように、動作時に基板３２内で発生する弾性波５０、５０’は振動子群３４〔３４１、３４２〕の境界３５で反射するも一つの定在波に収斂しない。すなわち、弾性波５０は、境界線３５で反射した反射波の相互干渉により抑制される。このように、微小振動子の動作時に、アンカー部３２から漏れる振動エネルギーに起因して振動子群３４〔３１、３４２〕にわたって発生する定在波の発生が抑制できる。このため、振動子群（いわゆる並列共振器）３４〔３４１、３４２〕の不要信号や雑音レベルを下げることができる。すなわち、本実施の形態による微小振動子３１を構成要素として用いれば、雑音の少ない優れた特性を有する各種デバイス、例えば信号処理装置を実現することができる。
【００４５】
また、規則的に個別の振動子素子３３を配置した場合は、振動子群３４〔３４１、３４２〕の占有ウェハー面積を必要最小限に止めることができるため、配線に係わり発生する浮遊容量を最小限にすることができる。また、振動子群３４の形状を図示のような直角三角形にすることにより、占有ウェハー面積を必要最小限に止めることができ、この点でも配線に係わり発生する浮遊容量を最小限にすることができる。このために信号処理装置の性能の向上と低価格とを実現することができる。
【００４６】
図１の微小振動子３１では、図２に示す第２高調波振動モード４９の振動子素子３３を用いたが、その他の振動モードの振動子素子を適用することもできる。例えば、図９に示すような、基板６１上に下部電極となる出力電極６２と、両端をアンカー部６６で支持され、ＤＣバイアスと入力信号が入力される振動電極であるビーム６３とを有してなる１次振動モード６４の振動子素子６７を適用することができる。また、図１０に示すように基板５１上に例えば入力電極７１を挟んで両側に出力電極７２を配置し、この入力電極７１及び出力電極７２に対向して両端がアンカー部７４に支持されるビーム７３を配置して成る３次高調波振動モード７５の振動子素子７６を適用することができる。さらに図１１示すように基板６１上に例えば下部電極となる入力電極７１と出力電極７２を、両者間が広く離なれるように配置し、この入力電極７１と出力電極７２に対向してビーム７３を配置して成る３次高調波振動モード７５の振動子素子７７を適用することができる。
【００４７】
上例では、ビームを両持ち梁構造とした振動子素子を用いたが、片持ち梁構造のビームを有する振動子素子を用いることもできる。
【００４８】
本発明に係る他の実施の形態においては、上述の微小振動子３１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、雑音の少ない優れた特性を有する微小振動子を備えるので、信頼性に高い半導体装置を提供することができる。
【００４９】
上述した実施の形態の静電駆動型の振動子群からなる微小振動子は、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。
【００５０】
本発明は、上述した実施の形態の微小振動子によるフィルタを用いて構成される携帯電話機、無線ＬＡＮ機器、無線トランシーバ、テレビチューナ、ラジオチューナ等の、電磁波を利用して通信する通信装置を提供することができる。
【００５１】
次に、上述した本発明の実施の形態のフィルタを適用した通信装置の構成例を、図１２を参照して説明する。
まず送信系の構成について説明すると、Ｉチャンネルの送信データとＱチャンネルの送信データを、それぞれデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）２０１Ｉ及び２０１Ｑに供給してアナログ信号に変換する。変換された各チャンネルの信号は、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑに供給して、送信信号の帯域以外の信号成分を除去し、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑの出力を、変調器２１０に供給する。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
ここまで説明した構成において、各バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ，２０２Ｑ，２０６，２２２，２３２，２５３Ｉ，２５３Ｑの一部又は全てとして、上述した実施の形態の構成のフィルタを適用して帯域制限することが可能である。
【００５９】
本発明の通信装置によれば、雑音の少ない優れた特性を有するフィルタを用いるので、信頼性の高い通信装置を提供することができる。
【００６０】
図１２の例では、各フィルタをバンド・パス・フィルタとして構成したが、所定の周波数よりも下の周波数帯域だけを通過させるロー・パス・フィルタや、所定の周波数よりも上の周波数帯域だけを通過させるハイ・パス・フィルタとして構成して、それらのフィルタに上述した各実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。また、図１２の例では、無線送信及び無線受信を行う通信装置としたが、有線の伝送路を介して送信及び受信を行う通信装置が備えるフィルタに適用してもよく、さらに送信処理だけを行う通信装置や受信処理だけを行う通信装置が備えるフィルタに、上述した実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る微小振動子の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１のＡーＡ′線上の振動子素子の断面図である。
【図３】本発明の説明に供する振動子群で発生した基板内の弾性波の反射状態の説明図である。
【図４】Ａ，Ｂ 本発明による振動子群の境界線の形状を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る振動子群及びその境界線の形状を示す拡大図である。
【図６】本発明の振動子群の境界線の説明図である。
【図７】Ａ〜Ｄ 本実施の形態に係る微小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８】Ｅ〜Ｇ 本実施の形態に係る微小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９】本発明に係る振動子素子の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１０】本発明に係る振動子素子の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１１】本発明に係る振動子素子の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１２】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。
【図１３】比較例に係る振動子群の構成図である。
【図１４】図１２の振動子群において定在波が発生することを説明する説明図である。
【図１５】振動子素子の動作時に基板内において弾性波が発生することを説明する説明図である。
【図１６】複数の振動子を並列配置した微小振動子の例を示す構成図である。
【図１７】従来の静電駆動型の振動子を示す構成図である。
【図１８】先行技術に係る静電駆動型の振動子を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
３１・・微小振動子、３２・・基板、３３・・振動子素子、３４〔３４１、３４２〕・・振動子群、３５〔３５１、３５２〕・・境界線、３６・・入力配線、３７・・出力配線、３８・・ＤＣバイアス給電線、４１・・シリコン基板、４２・・絶縁膜、４３・・入力電極、４４・・出力電極、４５〔４５Ａ，４５Ｂ〕・・配線層、４６・・空間、４７・・ビーム（梁）、４８〔４８Ａ，４８Ｂ〕・・アンカー部、４９・・２次高調波もード、５０・・弾性波
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の振動子素子を配列してなる振動子群が配置され、
前記各振動子素子は、片側端部または両端が前記基板に支持され静電気力で前記基板と対向する方向に振動する梁を有してなり、
前記振動子群の境界線が非方形な形状を成す
ことを特徴とする微小振動子。
【請求項２】
前記境界線は、振動子群の最外周の振動子素子の重心を結んだ線であって、かつ、隣接する梁の重心間距離の、梁の長辺長方向、短辺長方向での平均値の大きい方の値の１／２以下の凹凸を直線と見做した線で規定される
ことを特徴とする請求項１記載の微小振動子。
【請求項３】
前記振動子群の境界線の非方形な形状は、前記境界線の何れかに平行な２本の平行線の前記境界線で切り取られる長さが互いに等しくならないような形状である
ことを特徴とする請求項１記載の微小振動子。
【請求項４】
前記振動子群の境界線の形状は、三角形である
ことを特徴とする請求項１記載の微小振動子。
【請求項５】
前記振動子群を構成する複数の振動子素子が前記基板上に規則性をもって配列されて成る
ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の微小振動子。
【請求項６】
前記振動子素子が２次高調波振動モードで励振される
ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の微小振動子。
【請求項７】
前記振動子素子が２次高調波振動モードで励振される
ことを特徴とする請求項５記載の微小振動子。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の微小振動子を有して成る
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項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いて、
前記フィルタとして、請求項１から請求項７のいずれかに記載の微小振動子によるフィルタが用いられて成る
ことを特徴とする通信装置。
【請求項１】
基板上に複数の振動子素子を配列してなる振動子群が配置され、
前記各振動子素子は、片側端部または両端が前記基板に支持され静電気力で前記基板と対向する方向に振動する梁を有してなり、
前記振動子群の境界線が非方形な形状を成す
ことを特徴とする微小振動子。
【請求項２】
前記境界線は、振動子群の最外周の振動子素子の重心を結んだ線であって、かつ、隣接する梁の重心間距離の、梁の長辺長方向、短辺長方向での平均値の大きい方の値の１／２以下の凹凸を直線と見做した線で規定される
ことを特徴とする請求項１記載の微小振動子。
【請求項３】
前記振動子群の境界線の非方形な形状は、前記境界線の何れかに平行な２本の平行線の前記境界線で切り取られる長さが互いに等しくならないような形状である
ことを特徴とする請求項１記載の微小振動子。
【請求項４】
前記振動子群の境界線の形状は、三角形である
ことを特徴とする請求項１記載の微小振動子。
【請求項５】
前記振動子群を構成する複数の振動子素子が前記基板上に規則性をもって配列されて成る
ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の微小振動子。
【請求項６】
前記振動子素子が２次高調波振動モードで励振される
ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の微小振動子。
【請求項７】
前記振動子素子が２次高調波振動モードで励振される
ことを特徴とする請求項５記載の微小振動子。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の微小振動子を有して成る
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項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いて、
前記フィルタとして、請求項１から請求項７のいずれかに記載の微小振動子によるフィルタが用いられて成る
ことを特徴とする通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−１８６６３４（Ｐ２００６−１８６６３４Ａ）
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７７７２１（Ｐ２００４−３７７７２１）
【出願日】平成１６年１２月２７日（２００４．１２．２７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２７日（２００４．１２．２７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
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