專利名稱：微振子、半導(dǎo)體裝置以及通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成為例如信號(hào)濾波器、混頻器、諧振器等的要素的微振子、具有該微振子的半導(dǎo)體裝置以及使用根據(jù)該微振子的帶通濾波器的通信裝置。
背景技術(shù)：
采用微電子機(jī)械加工(MEMCMicro Electro Mechanical Systems)技術(shù)制作的微振子已眾所周知。以密歇根大學(xué)為首的研究機(jī)構(gòu)已提出了該微振子的作為高頻濾波器的應(yīng)用(參照非專利文獻(xiàn)1)。
將構(gòu)成上述高頻濾波器的微振子，即靜電驅(qū)動(dòng)的梁型振子示意地示于圖12。該振子1中，在半導(dǎo)體基板2上隔著絕緣膜3形成例如由多晶硅形成的輸入側(cè)布線層4和輸出電極5，與該輸出電極5對(duì)置地，夾著空間6形成成為振動(dòng)板的電極，即所謂的梁7。梁7以被兩端的錨部(支撐部)8[8A、8B]支撐的方式以橋狀跨接在輸入側(cè)布線層4上。梁7成為輸入電極。從輸入側(cè)布線層4導(dǎo)出輸入端子t1，從輸出電極5導(dǎo)出輸出端子t2。在梁和接地之間施加直流偏置(以下稱DC偏置)電壓V1的狀態(tài)下，振子1通過輸入端子t1向梁7供給高頻信號(hào)S1。即，如果由輸入端子t1重疊地供給DC偏置電壓V1和高頻信號(hào)S1，則具有由長度決定的固有振動(dòng)數(shù)的梁7因輸出電極5和梁7之間產(chǎn)生的靜電力而振動(dòng)。根據(jù)該振動(dòng)，與輸出電極5與梁7之間電容的時(shí)間變化和DC偏置電壓對(duì)應(yīng)的高頻信號(hào)由輸出電極5(也就是，輸出端子t2)輸出。高頻濾波器輸出對(duì)應(yīng)于梁7的固有振動(dòng)數(shù)(固有頻率)的信號(hào)。
另一方面，在將一個(gè)或多個(gè)振子配置在半導(dǎo)體基板或絕緣性基板等的基板上進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，要確保信號(hào)處理時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度，從這個(gè)角度研究有關(guān)由振子構(gòu)成的DC供電線路的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行驗(yàn)證的例子，至今還沒出現(xiàn)。
C.T-Nguyen Micromechanical components for miniaturizedlow-power communications(invited plenary)，proceedings，1999 IEEE MTT-SInternational Microwave Symposium RF MEMS Workshop，June 18，1999，pp，48-77。

發(fā)明內(nèi)容
作為現(xiàn)有技術(shù)，上述的靜電驅(qū)動(dòng)型微振子的另一結(jié)構(gòu)示于圖11。該微振子11是在多晶半導(dǎo)體基板12上，隔著絕緣膜13形成輸入電極14和輸出電極15，與該輸入電極14和輸出電極15對(duì)置地，夾著空間16，形成成為振動(dòng)板的電極，所謂的梁17。梁17以橋狀跨越輸入輸出電極14、15，與在輸入輸出電極14、15外側(cè)配置的布線層18相連接，為此兩端用錨部(支撐部)19[19A、19B]一體地支撐。從輸入電極14導(dǎo)出輸入端子t1，從輸出電極15導(dǎo)出輸出端子t2。對(duì)梁17施加所需要的DC偏置電壓V1。
在該微振子11中，如果向輸入電極14中輸入高頻信號(hào)S1，就會(huì)因在施加了DC偏置電壓V1的梁17和輸入電極14之間產(chǎn)生的靜電力而使梁17諧振，從輸出電極15輸出目標(biāo)頻率的高頻信號(hào)。根據(jù)該微振子11，由于可以使輸入輸出電極14和15的對(duì)置面積變小，且輸入輸出電極14和15之間的間隔變大，因此與圖12的振子1比較時(shí)，輸入輸出電極間的寄生電容C11變小。因此，直接穿過輸入輸出電極14、15間的寄生電容C11的信號(hào)、也就是噪聲分量變小，輸出信號(hào)的SN比提高。
另一方面，如圖10所示，還提出了在同一基板上，并聯(lián)連接多個(gè)振子(以下稱振子元件)，例如具有作為下部電極的輸入輸出電極14、15和梁17的振子元件21[21A、21B、21C]，以共用輸入輸出電極14、15的方式構(gòu)成振子組，降低整體的合成阻抗，可適用于高頻器件的結(jié)構(gòu)。
如上所述，靜電驅(qū)動(dòng)型振子由能夠振動(dòng)的梁和電極構(gòu)成，梁由于與其分離配置的電極而產(chǎn)生電氣振動(dòng)。在與基板垂直的方向上激起振動(dòng)。為了從梁的機(jī)械諧振現(xiàn)象取出電氣諧振信號(hào)，梁和電極之間必須施加DC偏置電壓。當(dāng)然，用于向梁施加DC偏置電壓的布線、所謂DC偏置供電線也是必需的。
另外，如圖10中說明的那樣，為了使靜電驅(qū)動(dòng)型諧振器的阻抗降低，嘗試了振子元件的并聯(lián)化。這是因?yàn)閺募庸すに嚨慕嵌瓤?，并?lián)配置多個(gè)適當(dāng)尺寸的振子，要比配置一個(gè)巨大的振子合適。伴隨著振子的并聯(lián)化，振子元件之間必須設(shè)置DC偏置供電線。
不過，雖然隨著并聯(lián)化的進(jìn)展，降低了阻抗，但振子系統(tǒng)整體的設(shè)置面積，即對(duì)地電容也同時(shí)變大。通過與信號(hào)通路連接的對(duì)地雜散電容，信號(hào)在基板側(cè)泄漏，由此帶來輸出信號(hào)的損耗。
因此，希望找出抑制這種信號(hào)輸出損耗的振子結(jié)構(gòu)、配置和布線的方法。
鑒于上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供降低對(duì)地雜散電容來抑制信號(hào)輸出損耗的微振子、具有該微振子的半導(dǎo)體裝置、以及作為信號(hào)濾波器具有該微振子的通信裝置。
根據(jù)本發(fā)明的微振子的特征在于，在基板上形成具有與下部電極對(duì)置而進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)的梁的振子元件，與梁連接的直流偏置供電線的線寬以比上述梁的寬度窄的寬度形成。
另外，根據(jù)本發(fā)明的微振子的特征在于，在基板上排列具有與下部電極對(duì)置而進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)的梁的多個(gè)振子元件，利用直流偏置供電線連接相鄰的振子元件的梁，直流偏置供電線的線寬以比梁的寬度窄的寬度形成。
作為多個(gè)振子元件，可以通過有規(guī)則地排列形成為并聯(lián)連接的振子組。
另外，根據(jù)本發(fā)明的微振子的特征在于，在基板上形成有規(guī)則地排列具有與下部電極對(duì)置而進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)的梁的多個(gè)振子元件而構(gòu)成的振子組，在一個(gè)方向上相鄰的各振子元件的梁經(jīng)直流偏置供電線相連接，在與一個(gè)方向交叉的方向上相鄰的振子元件的直流偏置供電線之間的間隔設(shè)置為比梁之間的間隔大。
上述振子元件可以使用以2次高次諧波振動(dòng)模式激振的振子元件。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的特征在于，具有上述中的任一種微振子。
根據(jù)本發(fā)明的通信裝置，具有限制發(fā)送信號(hào)和/或接收信號(hào)頻帶的濾波器，其特征在于，作為濾波器，使用根據(jù)上述中的任一種微振子的濾波器。
根據(jù)本發(fā)明的微振子，為了向成為振動(dòng)部的梁供給直流偏置電壓，與梁連接的直流偏置供電線以比梁窄的寬度形成，使直流偏置供電線的布線面積變小，可降低與基板之間的對(duì)地電容。由此，可將信號(hào)在基板側(cè)的泄漏抑制在最小限度，并可抑制信號(hào)輸出損耗。
根據(jù)本發(fā)明的微振子，當(dāng)作為排列多個(gè)振子元件而成的振子組構(gòu)成時(shí)，將連接在相鄰振子元件的梁之間的直流偏置供電線以比梁窄的寬度形成，由此使振子組整體的直流偏置供電線的布線面積大幅變小，并可降低與基板之間的對(duì)地電容。由此，可將信號(hào)在基板側(cè)的泄漏抑制在最小限度，并可抑制信號(hào)輸出損耗。
通過有規(guī)則地配置振子組的振子元件，可將振子組占有的晶片面積限制在必要的最小范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的微振子，從布局上看時(shí)，在一個(gè)方向及與此交叉的方向(其他方向)上有規(guī)則地配置振子元件，一個(gè)方向上相鄰的振子元件的梁經(jīng)直流偏置供電線相互連接的結(jié)構(gòu)中，通過將在其他方向相鄰的振子元件的直流偏置供電線之間的間隔設(shè)定得比梁之間的間隔大，使直流偏置供電線的布線面積變小，與上述同樣可抑制信號(hào)的泄漏，并可抑制信號(hào)的輸出損耗。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，通過在成為半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成要素的振子中，使用上述根據(jù)本發(fā)明的微振子，可以提供抑制信號(hào)輸出的損耗且具有良好的特性的半導(dǎo)體裝置。
根據(jù)本發(fā)明的通信裝置，通過帶通濾波器使用根據(jù)本發(fā)明的微振子的濾波器，可提供得到抑制信號(hào)輸出損耗的良好濾波器特性、且可靠性高的通信裝置。


圖1是示出本發(fā)明的微振子的一個(gè)實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1的A-A’線上的截面圖；圖3A～B是示出本發(fā)明的微振子的制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的制造工序圖(其1)；圖4C～D是示出本發(fā)明的微振子的制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的制造工序圖(其2)；圖5E～F是示出本發(fā)明的微振子的制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的制造工序圖(其3)；圖6A、B是用來說明本發(fā)明的DC偏置供電線的布線寬度的模式圖；圖7是與對(duì)地電容評(píng)價(jià)的模擬有關(guān)的微振子等效電路圖；圖8是與對(duì)地電容評(píng)價(jià)的模擬有關(guān)的放大器增益的對(duì)地電容依賴性的曲線圖；圖9是示出本發(fā)明的通信裝置的一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖；圖10是示出將多個(gè)振子元件并聯(lián)配置的微振子實(shí)例的結(jié)構(gòu)圖；
圖11是示出現(xiàn)有技術(shù)的靜電驅(qū)動(dòng)型振子的結(jié)構(gòu)圖；圖12是示出現(xiàn)有的靜電驅(qū)動(dòng)型振子的結(jié)構(gòu)圖。
31微振子、32基板、33振子元件、34振子組、36(361、362)信號(hào)線、43輸入電極、44輸出電極、45DC偏置供電線(布線層)、46空間、47梁具體實(shí)施方式
下面參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。
根據(jù)本實(shí)施方式的微振子構(gòu)成為，為了對(duì)例如將多個(gè)振子元件排列為相互并聯(lián)連接的所謂并聯(lián)振子供給DC偏置電壓而設(shè)置的DC偏置供電線(即，連接相鄰振子元件的梁之間的布線)的寬度比振子元件的梁寬度窄。
伴隨著信號(hào)布線和DC偏置供電線等的布線面積的增加，微振子的整體的對(duì)地電容也增加，不過，像本實(shí)施方式這樣，通過使DC偏置供電線的線寬變窄，可減少對(duì)地電容。使信號(hào)線路寬度變窄，就要增加信號(hào)通路的布線電阻，故減少信號(hào)線路寬度有一定難度。但是，減少DC偏置供電線的線寬，不會(huì)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生不好的影響。
在本實(shí)施方式中，可使振子元件有規(guī)則地排列。為了減小DC偏置供電線引起的對(duì)地電容，振子元件之間的距離之和作為整體越短越好。例如也可以全部都不規(guī)則地排列。不過，在這種情況下，當(dāng)在基板上排列制作多個(gè)振子元件時(shí)，在工藝管理上就會(huì)出現(xiàn)種種問題。用于光刻的掩模的制作會(huì)很麻煩，當(dāng)采用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)進(jìn)行晶片平坦化處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生拋光量不均勻的現(xiàn)象?？紤]到實(shí)用性，最好是將振子元件有規(guī)則地、盡可能接近地配置，減少振子組的設(shè)置面積，由此縮小振子元件之間的間隔，減少對(duì)地電容。這是因?yàn)檫@樣將提高晶片的利用效率，降低微振子或具有該微小振子的半導(dǎo)體裝置的成本。
本發(fā)明的微振子的示意性的實(shí)施方式示于圖1。作為本實(shí)施方式的對(duì)象的振子元件，是微米、納米級(jí)的元件。另外，本實(shí)施方式中作為一個(gè)實(shí)例，采用在基板上配置作為下部電極的輸入電極及輸出電極、和支撐兩端進(jìn)行振動(dòng)的梁而構(gòu)成的、機(jī)械諧振頻率100MHz的靜電驅(qū)動(dòng)型振子組。
如圖1所示，本實(shí)施方式的微振子31構(gòu)成為，在基板(在本實(shí)例中是高電阻硅基板的表面)上形成絕緣膜的基板上，配置由多個(gè)靜電驅(qū)動(dòng)型振子元件33構(gòu)成的振子組34。該振子組34優(yōu)選構(gòu)成為有規(guī)則地排列多個(gè)振子元件33。本實(shí)例中振子組34內(nèi)的振子元件33以格子狀縱橫(垂直、水平)有規(guī)則地排列。正如后面所要講述的那樣(在圖2中有詳細(xì)講述)，每個(gè)振子元件33包括作為下部電極的輸入電極43、輸出電極44、成為DC偏置供電線的布線層45、以及成為用布線層45支撐其兩端的振動(dòng)電極的梁47。
各列的振子元件33中，在縱向上相鄰的梁47經(jīng)布線層45共同連接。另外，各行的振子元件33形成為對(duì)整個(gè)在橫向上排列的振子元件33共用輸入電極43和輸出電極44。各振子元件33的輸入電極43共同連接到在基板上形成的信號(hào)線361，其輸出電極44共同連接到在基板上形成的信號(hào)線362，成為并聯(lián)連接。
而且，在本實(shí)施方式中，對(duì)振子元件33的梁47連接用來供給DC偏置電壓的布線層、即DC偏置供電線45，同時(shí)形成為使連接縱向相鄰的振子元件33的DC偏置供電線45的線寬W1比梁47的梁寬度W2窄。從整個(gè)布局圖形來看，形成為橫向相鄰的振子元件33的梁47之間的間隔W3比相同振子元件33的DC偏置供電線45之間的間隔W4窄。
圖2示出了圖1的A-A’線上的截面結(jié)構(gòu)。本實(shí)例中各個(gè)振子元件33用2次高次諧波振動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)。
如圖2所示，同上述內(nèi)容一樣，在硅基板41的表面形成例如硅膜等的絕緣膜42而構(gòu)成的基板32上，形成作為下部電極的輸入電極43和輸出電極44、以及夾著輸入輸出電極43、44的兩側(cè)布線層，即DC偏置供電線45，配置作為夾著空間46與輸入輸出電極43、44相對(duì)的振動(dòng)電極的梁47，從而構(gòu)成各振子元件33。與DC偏置供電線45電氣且機(jī)械連接的錨部(支撐部)48支撐梁47的兩端。該梁形成為所謂的雙支撐梁結(jié)構(gòu)。而且，該梁47和DC偏置供電線45的線寬按圖1所說明的關(guān)系設(shè)定。
同上述一樣，該振子元件33，通過DC偏置供電線45向梁47施加DC偏置電壓，向輸入電極43輸入頻率信號(hào)時(shí)，梁47產(chǎn)生諧振，向輸出電極44輸出目標(biāo)頻率信號(hào)。如圖2所示，該振子元件33以2次高次諧波振動(dòng)模式49諧振。
下面，利用圖3～圖5，說明本實(shí)施方式的微振子的制造方法。這些圖示出了圖1的A-A’線上的截面結(jié)構(gòu)。工藝規(guī)格等同于普通的CMOS制造工藝所用的規(guī)格。
首先，如圖3A所示，在高電阻硅基板41上表面上形成絕緣膜42。本實(shí)例是將氧化硅薄膜(HDP膜高密度等離子氧化膜)421和氮化硅膜422的復(fù)合膜52以例如200nm左右的膜厚形成。接下來在該絕緣膜52上形成導(dǎo)電膜53。本實(shí)例是將具有導(dǎo)電性的多晶硅薄膜(PDAS膜摻雜磷的非晶硅)53按所需要的膜厚，例如380nm左右的厚度形成。然后用光刻膠掩模及蝕刻(本實(shí)例中為干蝕刻)，對(duì)多晶硅53進(jìn)行構(gòu)圖，形成由多晶硅薄膜53形成的作為下部電極的輸入電極43、輸出電極44以及用于固定梁的布線層45。該布線層45成為用于向梁供給DC偏置電壓的DC偏置供電線。在形成該布線層45時(shí)，構(gòu)圖為寬度W1比以后要形成的梁47的寬度W2窄。
然后，如圖3B所示，用犧牲層54填埋所形成的輸入電極43、輸出電極44和布線層45，平坦化為使下部電極的表面露出。在本實(shí)例中，作為犧牲層54是使用絕緣膜例如氧化硅(HDP膜)54填充，利用化學(xué)機(jī)械拋光法(CMP)使之平坦化，使輸入電極43、輸出電極44和布線層45的表面露出。
然后，如圖4C所示，在進(jìn)行了平坦化的表面上，以對(duì)應(yīng)于輸入輸出電極43、44和后面要形成的梁的間隔的膜厚形成犧牲層55。本實(shí)例中，作為犧牲層55，是形成絕緣膜例如氧化硅薄膜(LP-TEOS低壓4-乙氧基硅烷)。該氧化硅薄膜55以多晶50nm左右的厚度形成。
然后，如圖4D所示，在犧牲層55的與布線層45對(duì)應(yīng)的位置形成到達(dá)布線層45的開口56。
然后，如圖5E所示，按所希望的膜厚形成多晶硅膜(PDAS膜)57后，構(gòu)圖為梁狀，形成由多晶硅膜57形成的梁47?？刹捎枚嗑Ц晌g刻進(jìn)行構(gòu)圖。
然后，在基板其他部位的絕緣膜52上，形成成為焊盤的例如Al-Si薄膜，在該Al-Si薄膜上，形成對(duì)應(yīng)于布線、焊盤的圖形的光刻膠掩模。然后，進(jìn)行蝕刻處理，使用例如氟化氫溶液(DHF)有選擇地去除不需要的Al-Si薄膜以及犧牲層54、55。由此，如圖5F所示，在輸入輸出電極43、44與梁47之間，形成所希望的間隔，例如50nm左右間隔的空間46，獲得想要的微振子31。
根據(jù)本實(shí)施方式的微振子31，通過使與振子組34連接的DC偏置供電線45、以及連接振子組34內(nèi)的振子元件33和振子元件33的DC偏置供電線45的線寬W1比梁47的線寬W2窄，減少振子組34的DC偏置供電線45的布線面積，可降低振子組34的系統(tǒng)整體的對(duì)地電容。由此，通過與信號(hào)線路362連接的對(duì)地電容，可將基板側(cè)的信號(hào)泄漏抑制到最小限度，可抑制信號(hào)輸出損耗。
假如作為構(gòu)成要素使用本實(shí)施方式的微振子31，則可實(shí)現(xiàn)功耗低且特性良好的信號(hào)處理裝置。這是因?yàn)橄鄳?yīng)于振子元件33中的信號(hào)衰減的削減量，可抑制后級(jí)放大器中的功耗。
另外，通過有規(guī)則地配置振子元件33，可將振子組34占有的晶片面積限制在必要的最小范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理裝置的性能提高和成本降低。
下面，采用圖6的模型說明本實(shí)施方式的DC偏置供電線45的線寬范圍。
臨界電阻值通過下述方式?jīng)Q定，即根據(jù)允許由DC偏置電壓的下降所引起的振子元件33的諧振頻率的下降到什么樣的程度來決定，也就是說，根據(jù)DC偏置供電線45(串聯(lián)連接的振子元件33的個(gè)數(shù)和振子元件間的間隔)來決定。當(dāng)并聯(lián)的振子元件的諧振頻率出現(xiàn)偏差時(shí)，就會(huì)降低并聯(lián)化振子組的諧振峰值，使諧振頻帶寬度變寬，抵銷通過并聯(lián)化降低阻抗的效果。這時(shí)應(yīng)考慮所設(shè)想的濾波器的頻帶寬度和頻帶內(nèi)的損耗，來確定適當(dāng)?shù)闹怠?br> 在此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，使允許的諧振頻率的降低值為0.1MHz。由向梁和下部電極之間施加牽引(pull-in)電壓的80％左右的DC偏置電壓時(shí)的諧振頻率對(duì)偏置電壓的依賴性的實(shí)測值，可求得對(duì)應(yīng)于諧振頻率變化大小為0.1MHz時(shí)的DC偏置電壓的變化大小，約為0.5V。另外，牽引電壓指的是施加梁的DC偏置電壓時(shí)梁彎曲而接觸下部電極時(shí)的DC電壓。使振子元件的梁寬度變窄，就會(huì)對(duì)如上述的諧振特性的均勻性產(chǎn)生惡劣的影響。相對(duì)于振子元件的梁寬度，使振子元件間的DC偏置供電線的線寬相對(duì)變窄的設(shè)計(jì)是有效的。
圖6A、B示出了用于估算DC偏置供電線線寬的模型，假設(shè)并聯(lián)度N＝300～900，串聯(lián)連接的振子元件的數(shù)量為30個(gè)。作為布線的DC偏置供電線、梁的材料，使用摻雜了的多晶硅薄膜(電阻率為9.3×10-4Ω·cm)時(shí)，臨界布線寬度X＝3×10-6μm，DC偏置供電線可用CMOS制造工藝允許的最小線寬來制作。
圖6中，梁47的膜厚t2、長度r2和寬度w2，分別為t2＝1μm、r2＝10μm、w2＝7μm，錨部48的高度h2＝1μm，相鄰的梁47之間的長度，即DC偏置供電線45的長度r1＝5μm，求得此時(shí)DC偏置供電線45的臨界布線寬度X。
0.5V＝1nA×30×9×10-4Ω·cm×{12×10-4/(1×10-4×7×10-4)+5×10-4/(1×10-4×X×10-4)}cm-4由此，X＝3×10-6μm。
下面利用模擬說明根據(jù)本實(shí)施方式的微振子的對(duì)地電容評(píng)價(jià)。
首先，采用有限元法導(dǎo)出梁結(jié)構(gòu)的機(jī)械特性，以此為目的，可以使用コベンタ一(Coventor)公司生產(chǎn)的“Coventor Ware(分析儀)”。輸入梁的形狀、材質(zhì)(比重、楊氐模量、應(yīng)力)，求得梁的諧振頻率f0、有效質(zhì)量m和牽引電壓Vp。
然后，使用FrankD.Bannon III等人(文獻(xiàn)參照Frank D.Bannon III，John R.Clark，Clark T.-C.Nguyen，“High-Q HF MicroelectromechanicalFilters”，IEEE Journal of Solid-state Circuits，Vol.35，No.4，April 2000，p512-526)求出的解析方法，可將靜電驅(qū)動(dòng)方式的振子機(jī)械特性變換為電的等效電路常數(shù)。從利用有限元法計(jì)算獲得的梁的諧振頻率f0、有效質(zhì)量m和牽引電壓Vp估算出的適當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓、靜電驅(qū)動(dòng)型振子的物理尺寸(梁和下部電極間的間隔、電極面積)、及Q值(經(jīng)驗(yàn)值)，作為輸入?yún)?shù)使用。
經(jīng)過該過程，可獲得沒有因布線等產(chǎn)生的對(duì)地電容的影響時(shí)的一個(gè)振子的電等效電路常數(shù)。根據(jù)振子的并聯(lián)度，使這樣獲得的電路常數(shù)變?yōu)槌?shù)倍，由此可獲得并聯(lián)化的振子的理想電路常數(shù)。
對(duì)地電容對(duì)由并聯(lián)化的靜電驅(qū)動(dòng)方式的梁型振子所構(gòu)成的濾波器的特性造成的影響可通過如下方式評(píng)價(jià)，在用上述那樣獲得的振子等效電路常數(shù)求得的理想的濾波器電路上附加對(duì)地電容和假設(shè)的后級(jí)電路的阻抗，將對(duì)地電容值作為變量，求得電路的S參數(shù)。
圖7和圖8分別示出了并聯(lián)度N＝200時(shí)的振子等效電路和計(jì)算結(jié)果(放大器增益的對(duì)地電容依賴性)。在此估算中，在濾波器后級(jí)中，設(shè)置用來匹配阻抗的緩沖放大器。在圖7的等效電路中，通過DC偏置供電線101，從DC電源向振子(振子組)100和該振子100的梁供給DC偏置電壓。頻率信號(hào)S供給到信號(hào)線102的輸入端。在信號(hào)線102的輸出側(cè)連接對(duì)地電容C1，還連接后級(jí)放大器103。用電阻R、電感L、電容C的串聯(lián)電路和電容C0并聯(lián)連接的形式，表示振子100的等效電路。在該模擬中，并聯(lián)度N＝200、C0＝3.0×10-13、R＝3.123×102、L＝7.766×10-5、C＝8.84×10-15、后級(jí)放大器103的電阻R＝1×103。圖8是表觀示意圖，并不是進(jìn)行功率放大。示出在增加對(duì)地電容時(shí)，不能進(jìn)行有效的阻抗變換。
從所獲得的結(jié)果可知，為了改善透過特性，必須降低對(duì)地電容。對(duì)地電容近似地與器件在基板上所占的面積具有正相關(guān)關(guān)系，雖然器件越小越好，但從另一方面講，靜電驅(qū)動(dòng)方式的梁型振子通常是阻抗比較高，縮小電壓面積、梁的大小和信號(hào)線路寬度，會(huì)使阻抗變得更高，這就抵銷了通過并聯(lián)化減少阻抗的效果，使器件的特性劣化。另一方面，流過DC偏置供電線的電流是1nA左右，即使使DC偏置供電線變窄，增加線路阻抗，其影響也極小。因此，使DC偏置供電線的線寬變窄，而減少對(duì)地電容，對(duì)提高器件的特性非常有利。
在上述實(shí)施方式的微振子中，是應(yīng)用于使多個(gè)振子元件并聯(lián)化構(gòu)成振子組的情況，但是，即使對(duì)于單個(gè)振子，也可適用本發(fā)明，可將向基板的信號(hào)功率的泄漏抑制在最小限度。
另外，在上述的實(shí)施方式中使用的是作為下部電極具有輸入電極和輸出電極的振子元件，但也可使用圖12示出的梁作為輸入、下部電極作為輸出的結(jié)構(gòu)的振子元件。
再者，上例雖然采用2次高次諧波振動(dòng)模式的振子元件，但也可使用其它振動(dòng)模式的振子元件。
根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，使用上述的微振子，可以構(gòu)成信號(hào)濾波器、混頻器、諧振器以及包括這些的SiP(封裝內(nèi)系統(tǒng))器件模塊、SoC(系統(tǒng)在芯片上)器件模塊等的半導(dǎo)體裝置。
根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，通過在作為半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成要素的振子中，使用上述信號(hào)輸出損耗少的微振子，可以提供具有良好的特性且可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
由上述實(shí)施方式的靜電驅(qū)動(dòng)型振子組所構(gòu)成的微振子，可作為高頻(RF)濾波器、中頻(IF)濾波器等的頻帶信號(hào)濾波器使用。
本發(fā)明可提供使用利用了上述實(shí)施方式的微振子的濾波器構(gòu)成的便攜式電話、無線LAN裝置、無線電收發(fā)兩用機(jī)、電視調(diào)諧器、收音機(jī)調(diào)諧器等利用電磁波進(jìn)行通信的通信裝置。
下面，參照圖9說明適用本實(shí)例的濾波器的通信裝置的結(jié)構(gòu)例。
首先，說明發(fā)送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將I頻道的發(fā)送數(shù)據(jù)和Q頻道的發(fā)送數(shù)據(jù)分別提供給數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)201I和201Q，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。所轉(zhuǎn)換的各頻道的信號(hào)供給到帶通濾波器202I和202Q，除去發(fā)送信號(hào)頻帶以外的信號(hào)分量，將帶通濾波器202I和202Q的輸出提供給調(diào)制器210。
在調(diào)制器210中，對(duì)每個(gè)頻道，經(jīng)緩沖放大器211I和211Q提供給混頻器212I和212Q，與對(duì)應(yīng)于發(fā)送用的PLL(鎖相環(huán))電路203所供給的發(fā)送頻率的頻率信號(hào)相混合并調(diào)制，用加法器214把兩混合信號(hào)相加，作為1系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào)。這時(shí)，對(duì)供給到混頻器212I的頻率信號(hào)，用移相器213將信號(hào)相位移動(dòng)90°，把I頻道的信號(hào)和Q頻道的信號(hào)正交調(diào)制。
加法器214的輸出，經(jīng)緩沖放大器215供給到功率放大器204，放大為預(yù)定的發(fā)送功率。用功率放大器204放大后的信號(hào)經(jīng)發(fā)送接收切換器205和高頻濾波器206供給到天線207，從天線207進(jìn)行無線發(fā)送。高頻濾波器206是除去該通信裝置中發(fā)送和接收的頻帶以外的信號(hào)分量的帶通濾波器。
作為接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將用天線207接收的信號(hào)經(jīng)高頻濾波器206和發(fā)送接收切換器205，供給到高頻部220。在高頻部220中，用低噪聲放大器(LNA)221將接收信號(hào)放大后，供給到帶通濾波器222，除去接收頻帶以外的信號(hào)分量，將除去后的信號(hào)經(jīng)緩沖放大器223供給到混頻器224。并且，與由頻道選擇用PLL電路251所供給的頻率信號(hào)相混合，將預(yù)定的發(fā)送頻道的信號(hào)作為中頻信號(hào)，將該中頻信號(hào)經(jīng)緩沖放大器225供給到中頻電路230。
在中頻電路230中，將所供給的中頻信號(hào)經(jīng)緩沖放大器225供給到帶通濾波器232，除去中頻信號(hào)的頻帶以外的信號(hào)分量，將除去后的信號(hào)供給自動(dòng)增益調(diào)整電路(AGC電路)233，成為基本上恒定的增益信號(hào)。用自動(dòng)增益調(diào)整電路233進(jìn)行增益調(diào)整后的中頻信號(hào)，經(jīng)緩沖放大器234供給到解調(diào)器240。
在解調(diào)器240中，經(jīng)緩沖放大器241將所供給的中頻信號(hào)供給到混頻器242I和242Q，與由中頻用PLL電路252所供給的頻率信號(hào)相混合，解調(diào)所接收的I頻道的信號(hào)分量和Q頻道的信號(hào)分量。這時(shí)，將用移相器243把信號(hào)相位移動(dòng)了90°的頻率信號(hào)供給I信號(hào)用的混頻器242I，解調(diào)正交調(diào)制了的I頻道的信號(hào)分量和Q頻道的信號(hào)分量。
解調(diào)后的I頻道和Q頻道的信號(hào)，分別經(jīng)緩沖放大器244I和244Q供給到帶通濾波器253I和253Q，除去I頻道和Q頻道的信號(hào)以外的信號(hào)分量，將除去后的信號(hào)供給模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)254I和254Q，經(jīng)過取樣使之成為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，獲得I頻道的接收數(shù)據(jù)和Q頻道的接收數(shù)據(jù)。
到此為止所說明的結(jié)構(gòu)中，作為各個(gè)帶通濾波器202I、202Q、206、222、232、253I和253Q的一部分或全部，可以使用本實(shí)例結(jié)構(gòu)的濾波器來限制頻帶。雖然圖9的實(shí)例中是將各個(gè)濾波器作為帶通濾波器構(gòu)成，但也可以作為只使比預(yù)定頻率低的頻帶通過的低通濾波器，只使比預(yù)定的頻率高的頻帶通過的高通濾波器構(gòu)成，這些濾波器中使用本實(shí)例的結(jié)構(gòu)的濾波器。另外，圖9的實(shí)例中雖然是假設(shè)為進(jìn)行無線發(fā)送和無線接收的通信裝置，但也可以用于通過有線傳送線路進(jìn)行發(fā)送和接收的通信裝置所具有的濾波器中，還可以用于在只進(jìn)行發(fā)送處理的通信裝置或只進(jìn)行接收處理的通信裝置所具備的濾波器中使用本實(shí)例結(jié)構(gòu)的濾波器。
根據(jù)本實(shí)施方式的通信裝置，通過在帶通濾波器中使用根據(jù)本發(fā)明的微振子的濾波器，可得到抑制信號(hào)輸出損耗的良好濾波器特性、且可提供可靠性高的通信裝置。
在圖9的實(shí)例中，雖然是將各個(gè)濾波器作為帶通濾波器構(gòu)成，但也可以作為只使比預(yù)定頻率低的頻帶通過的低通濾波器，只使比預(yù)定的頻率高的頻帶通過的高通濾波器構(gòu)成，這些濾波器中使用上述實(shí)施方式結(jié)構(gòu)的濾波器。另外，在圖9的實(shí)例中雖然是假設(shè)為進(jìn)行無線發(fā)送和無線接收的通信裝置，但也可以用于通過有線傳送線路進(jìn)行發(fā)送和接收的通信裝置所具備的濾波器中，還可以在只進(jìn)行發(fā)送處理的通信裝置或只進(jìn)行接收處理的通信裝置所具備的濾波器中使用本實(shí)施方式結(jié)構(gòu)的濾波器。
權(quán)利要求
1.一種微振子，其特征在于，在基板上形成具有與下部電極對(duì)置而進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)的梁的振子元件，與上述梁連接的直流偏置供電線的線寬以比上述梁的寬度窄的寬度形成。
2.一種微振子，其特征在于，在基板上排列具有與下部電極對(duì)置而進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)的梁的多個(gè)振子元件，利用直流偏置供電線連接上述相鄰的振子元件的梁，直流偏置供電線的線寬以比上述梁的寬度窄的寬度形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微振子，其特征在于，上述多個(gè)振子元件有規(guī)則地排列而形成為并聯(lián)連接的振子組。
4.一種微振子，其特征在于，在基板上形成有規(guī)則地排列具有與下部電極對(duì)置而進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)的梁的多個(gè)振子元件而構(gòu)成的振子組；在一個(gè)方向上相鄰的各上述振子元件的梁利用直流偏置供電線相連接；在與上述一個(gè)方向交叉的方向上相鄰的上述振子元件的直流偏置供電線之間的間隔設(shè)置為比梁之間的間隔大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或者4所述的微振子，其特征在于，上述振子元件以2次高次諧波振動(dòng)模式被激振。
6.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求1至權(quán)利要求5的任一項(xiàng)所述的微振子。
7.一種通信裝置，具有限制發(fā)送信號(hào)和/或接收信號(hào)頻帶的濾波器，其特征在于，作為上述濾波器，使用包含根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5的任一項(xiàng)所述的微振子的濾波器。
全文摘要
提供一種微振子、半導(dǎo)體裝置以及通信裝置，在適用于例如信號(hào)濾波器等的微振子中，謀求降低其對(duì)地電容，抑制信號(hào)輸出的損耗。在基板上形成具有與下部電極(43、44)對(duì)置而進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)的梁(47)的振子元件(33)，且形成為與梁(47)連接的直流偏置供電線(45)的線寬(W1)以比梁(47)的寬度(W2)窄的寬度形成。
文檔編號(hào)H03H9/02GK1838532SQ20061007394
公開日2006年9月27日 申請日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者田中均洋 申請人:索尼株式會(huì)社