專利名稱：微小諧振器、帶通濾波器、半導體裝置及通信裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種由靜電驅(qū)動的梁型振子構(gòu)成的微小諧振器、使用該微小諧振器的帶通濾波器、具有該微小諧振器的半導體裝置以及使用由該微小諧振器制成的帶通濾波器的通信裝置。
背景技術(shù)：
近年來，利用微型機器(MEMSMicro Electro MechanicalSystems(微型電子機器系統(tǒng)))技術(shù)制作的微小振子(微小諧振子)是眾所周知的。利用半導體工藝制成的微小諧振子，由于器件占有面積小、能實現(xiàn)高Q值、能和其它半導體器件集成的這些特長，所以由以密歇根州大學為首的研究機構(gòu)提出了即使在無線通信設備中也作為高頻濾波器進行利用的方案(參照非專利文獻1)。
并且，眾所周知并聯(lián)配置多個微小諧振子構(gòu)成微小諧振器，而且作為高頻濾波器。大家也都知道相互連接具有不同諧振頻率的微小諧振器，而擴展濾波器的帶通。
可是，在相互連接有不同諧振頻率的微小諧振器時，在微小諧振器之間會發(fā)生脈動電壓，若微小諧振器的Q值很高，就會產(chǎn)生該脈動電壓變大的問題。大家都知道，為了降低脈動電壓，只要降低微小諧振器的Q值就行。
因此，眾所周知，組合諧振頻率不同的微小諧振子來構(gòu)成微小諧振器，可使微小諧振器的Q值降低。
非專利文獻1C.T.-Nguyen，Micromechanical components forminiaturized low-power communication(invited plenary)，procedings，1999IEEEMTT-S International Microwave Symposium RF MRMSWorksh′op，June，18，1999，pp，48-77作為現(xiàn)有技術(shù)，眾所周知在并聯(lián)排列的多個微小諧振子中，通過使梁的長度或梁的厚度等微小諧振子的結(jié)構(gòu)不同，而使微小諧振子的諧振頻率不同，并且降低微小諧振器的Q值。
但是，在這種情況下，在制造微小諧振器的工序中，因為有必要使微小諧振子的梁長度或梁厚度正確地不同，所以在制造加工中的蝕刻技術(shù)等有難以控制等的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到上述問題，提供一種微小諧振器，該微小諧振器并非使微小諧振子的結(jié)構(gòu)不同，而是制作諧振頻率不同，并且Q值低。
并且，本發(fā)明是提供用該微小諧振器的帶通濾波器、半導體裝置及通信裝置。
本發(fā)明的微小諧振器具有施加直流電壓的并聯(lián)配置的多個梁型振子元件，并使上述振子元件間的直流電壓不同。
優(yōu)選的是，在振子元件間設置著電阻是適當?shù)摹?br> 本發(fā)明的帶通濾波器是由微小諧振器構(gòu)成，該微小諧振器具有施加直流電壓的并聯(lián)配置的多個梁型振子元件，并使該振子元件間的直流電壓不同。
本發(fā)明的半導體裝置是由微小諧振器構(gòu)成，該微小諧振器具有施加直流電壓的并聯(lián)配置的多個梁型振子元件，并使該振子元件間的直流電壓不同。
本發(fā)明的通信裝置具有進行發(fā)送信號和/或接收信號頻帶限制的濾波器，其中，作為濾波器是使用由上述任一種微小諧振器構(gòu)成的濾波器。
若使用本發(fā)明的微小諧振器，由于能把Q值控制得低，所以能使帶通寬。
若使用本發(fā)明的帶通濾波器，則能提供降低了脈動電壓的有寬帶通的帶通濾波器。
若使用本發(fā)明的半導體裝置，則能提供具有帶通寬優(yōu)良特性的濾波器的半導體裝置。
若使用本發(fā)明的通信裝置，則能提供帶通寬的有優(yōu)良特性的通信裝置。


圖1是表示把本發(fā)明的微小諧振器適應用于梯型(ラダ一)濾波器的實施形態(tài)的概略構(gòu)成圖；圖2是梯型濾波器的等效電路圖；圖3是圖1實施形態(tài)的詳細圖；圖4是表示微小諧振器其它實施形態(tài)的詳細概略圖；圖5是本發(fā)明的微小諧振器中使用的微小諧振子概略圖；圖6是圖3的實施形態(tài)的重要部分概略圖；圖7是表示給現(xiàn)有的微小諧振器施加DC電壓時的Q值曲線圖；圖8是表示給本發(fā)明的微小諧振器施加DC電壓時的Q值曲線圖；圖9的A～C是表示圖6的微小諧振器的制造方法例的制造工序圖(其中之1)；圖10的D～E是表示圖6的微小諧振器的制造方法例的制造工序圖(其中之2)；圖11的F～G是表示圖6的微小諧振器的制造方法例的制造工序圖(其中之3)；圖12是表示本發(fā)明的通信裝置的實施形態(tài)的電路圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施形態(tài)。
圖1表示把本發(fā)明的微小諧振器適應于梯型濾波器的實施形態(tài)。在本實施形態(tài)中，作為對象的微小諧振器是微米量級、納米量級的元件。在以下的實施形態(tài)中也是同樣。
如圖2的等效電路所示，梯型濾波器21構(gòu)成為，用微帶線路構(gòu)成高頻信號電路22，在該信號線路23的輸入端子IN及輸出端子OUT之間連接串聯(lián)并且被并聯(lián)化的多個微小諧振子(振子群)構(gòu)成的諧振頻率f1的微小諧振器25，在該微小諧振器25的輸出側(cè)和接地(GND)線路24之間連接同樣被并聯(lián)化的多個微小諧振子(振子群)構(gòu)成的諧振頻率f2的微小諧振器26。
如圖3所示，對構(gòu)成微小諧振器25和微小諧振器26的微小諧振子31進行排列，以使梁37的長度(梁長)朝向縱方向。開且，在并聯(lián)配置的微小諧振子31和微小諧振子31之間，即，在施加DC偏壓的梁37和梁37之間設置電阻40。
并聯(lián)配置的多個微小諧振子的形態(tài)，也可以如圖4所示那樣進行排列，以使梁長朝向橫向。
圖5表示微小諧振器25、26中所用的微小諧振子31的一例。
該振子31，其例如在半導體襯底12上介由絕緣膜13形成輸入電極14及輸出電極15，形成與該輸入電極14及輸出電極15相對并隔著空間16而使振動片成為電極即形成梁37而構(gòu)成。梁37用固定部(支撐部)19(19A，19B)整體支撐兩端，以像橋狀跨過輸入輸出電極14、15并與配置在輸入輸出電極14、15的外側(cè)的配線層18連接。從輸入電極14引出輸入端子t1，通過輸入端子t1輸入高頻信號S1，從輸出電極15引出輸出端子t2。給梁37施加所需的DC偏壓V1。
在該振子31中，給輸入電極14輸入高頻信號S1時，則利用在施加了DC偏壓V1的梁37和輸入電極14之間產(chǎn)生的靜電力，使梁37諧振，從輸出電極15輸出目的頻率的高頻信號。
因此，加到梁37上的DC偏壓V1增大時，則在與輸出電極14之間產(chǎn)生的靜電力增大，產(chǎn)生稱為梁37向輸入電極14側(cè)增大彎曲的所謂軟化(ソフトニング)現(xiàn)象。一般由于諧振頻率高的微小諧振子31的梁長度小，諧振頻率低的微小諧振子31的梁長度大，給梁37施加的DC偏壓值變大時，由于梁37的彎曲，梁長度在表觀上變長，所以微小諧振子31的諧振頻率變低。并且，向梁37施加的DC偏壓值變小時，由于梁不彎曲，梁長度在表觀上變短，所以微小諧振子31的諧振頻率變高。即，由于向梁37施加的DC偏壓值不同，即使是有相同結(jié)構(gòu)的微小諧振子31，也能使諧振頻率的大小不同。
圖6表示本實施形態(tài)的微小諧振器25的重要部分。
與DC電源連接的微小諧振子31-1、微小諧振子31-2、微小諧振子31-3被并聯(lián)配置，在微小諧振子31-1的梁37和31-2的梁37之間設置著電阻40-1，在微小諧振子31-2的梁37和31-3的梁37之間設置著電阻40-2。形成微小諧振子31-1、微小諧振子31-2、微小諧振子31-3，以使其包括梁37的長度或厚度等并且成為相同的結(jié)構(gòu)。
在用DC電源給微小諧振子31-1的梁37施加規(guī)定偏壓時，因電阻40-1產(chǎn)生電壓降，給微小諧振子31-2的梁37施加的偏壓比給微小諧振子31-1的梁37施加的偏壓還低。同樣，因電阻40-2產(chǎn)生電壓降，給微小諧振子31-3的梁37施加的偏壓比給微小諧振子31-2的梁37施加的偏壓還低。即，由于給微小諧振子31-1、31-2、31-3施加的偏壓值各自不同，使梁37的彎曲量變化，微小諧振子31-1、31-2、31-3的諧振頻率的大小也會各自不同。
施加的DC電壓值在并聯(lián)配置的多個微小諧振子31之間可以不同。并且，也能把本實施形態(tài)的諧振器適用于晶格型濾波器。
圖7所示的曲線表示在微小諧振子31之間不設置電阻而構(gòu)成的微小諧振器中，使施加的DC偏壓值在24～34V的范圍變化時的微小諧振器的Q值變化。圖8所示的曲線表示在微小諧振子31之間設置電阻而構(gòu)成的微小諧振器中，施加了規(guī)定的DC偏壓時的微小諧振器的Q值變化。從這些曲線可知，在微小諧振子31之間設置電阻時的微小諧振器的Q值比不設置電阻時的Q值還小。
接著，用圖9～圖11說明適用于圖6的微小諧振子31-1、31-2制造的一實施形態(tài)的制造方法。
首先，如圖9A所示，用減壓CVD法在硅半導體襯底32上使氧化硅膜(SiO2)331及氮化硅膜(SiN)332成膜，形成絕緣膜33。
接著，如圖9B所示，在絕緣膜33上形成例如含有磷(P)的多晶硅膜后，用光刻技術(shù)和干法蝕刻技術(shù)使多晶硅膜形成圖案，形成成為微小諧振子31下部電極的輸入電極341、342、輸出電極351、352及共同布線層38、兩側(cè)的布線層38。
接著，如圖9C所示，用減壓CVD法在包含下部電極的輸入電極341、342、輸出電極351、352、布線層38的表面上形成犧牲層71、例如氧化硅膜(SiO2)。犧牲層71是在下部電極的輸入電極341、342、輸出電極351、352、布線層38的表面上形成希望的厚度。
接著，如圖10D所示，再次在全部表面上用減壓CVD法形成犧牲層71，例如硅氧化膜(SiO2)。然后，用光刻技術(shù)和干法蝕刻技術(shù)在各自的諧振子元件側(cè)形成達到布線層38的接觸孔72。
接著，如圖10E所示，例如，用減壓CVD法形成多晶硅膜，用光刻技術(shù)和干法蝕刻技術(shù)使多晶硅膜圖案形成，形成分別通過梁371、372及接觸孔72與配線層38連接的固定部。
接著，如圖11F所示，用DHF溶液等的蝕刻溶液，有選擇地除去犧牲層71的氧化硅膜，在梁371及372和下部電極的輸入輸出電極341、351及342、352之間形成空間來形成微小諧振子31-1、31-2。
最后，如圖11G所示，用離子注入法等導入與布線層38中含有的導電型雜質(zhì)不同的導電型雜質(zhì)，形成低雜質(zhì)濃度的布線層部79，并形成電阻40。也可以用縮小布線層部79的幅度或高度的方法，代替降低布線層部79的雜質(zhì)濃度的方法形成電阻40。
也可以用濺射法形成導電性低的膜，代替低雜質(zhì)濃度的布線層部79來形成電阻40。并且，也可以預先用CVD法形成低導電性的膜，代替低雜質(zhì)濃度的布線層部79來形成電阻40。
也可以用低雜質(zhì)濃度的多晶硅形成微小諧振子31-1、31-2的兩個梁371、372，在梁部分產(chǎn)生電壓降。
若使用本實施形態(tài)的微小諧振器，由于并非使微小諧振器的結(jié)構(gòu)不同，而能改變各微小諧振子的諧振頻率的值及Q值，所以能降低由多個微小諧振子構(gòu)成的微小諧振器的整體Q值。
在本發(fā)明的其它實施形態(tài)中，以相互連接有不同諧振頻率的微小諧振器，就能構(gòu)成有所需帶寬的信號通過特性的帶通濾波器。
若使用本實施形態(tài)的帶通濾波器，由于把微小諧振器的Q值控制得低，所以能夠控制脈動電壓的發(fā)生，并且能提供帶通寬的帶通濾波器。
在本發(fā)明的其它實施形態(tài)中，使用上述的梯型濾波器21、微小諧振器等，能構(gòu)成信號濾波器、混頻器、諧振器及包括這些器件的SiP(system in package系統(tǒng)封裝)器件模塊、SoC(system on chip系統(tǒng)片)器件模塊等半導體裝置。
若使用本實施形態(tài)的半導體裝置，就能提供帶通寬有優(yōu)良特性的半導體裝置。
本發(fā)明能提供使用由上述實施形態(tài)的微小諧振器的濾波器構(gòu)成的攜帶電話機、無線LAN設備、無線電收發(fā)兩用機、電視調(diào)諧器、無線電調(diào)諧器等利用電磁波通信的通信裝置。
接著，參照圖12，說明應用上述本發(fā)明實施形態(tài)的濾波器的通信裝置的構(gòu)成例。
首先，說明發(fā)送系統(tǒng)的構(gòu)成，把I信道的發(fā)送數(shù)據(jù)和Q信道的發(fā)送數(shù)據(jù)分別提供給數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)201I及201Q，并轉(zhuǎn)換成模擬信號。轉(zhuǎn)換的各信道信號提供給帶通濾波器202I及202Q，除去發(fā)送信號頻帶以外的信號成分，把帶通濾波器202I及202Q的輸出提供給調(diào)制器210。
在調(diào)制器210中，每個信道信號通過緩沖放大器211I及211Q供給混頻器212I及212Q，并與從發(fā)送用的PLL(phase-locked loop)電路203供給的發(fā)送頻率對應的頻率信號混合并加以調(diào)制，用加法器214使兩個混合信號相加，成為1系統(tǒng)的發(fā)送信號。這時，供給混頻器212I的頻率信號要用移相器213使信號相位移動90°，正交調(diào)制I信道的信號和Q信道的信號。
加法器214的輸出通過緩沖放大器215提供給功率放大器204，放大到成為規(guī)定的發(fā)送功率。用功率放大器204放大后的信號通過發(fā)送接收信號轉(zhuǎn)換器205和高頻濾波器206提供給天線207，從天線207進行無線發(fā)送。高頻濾波器206是除去用該通信裝置發(fā)送及接收的頻帶以外的信號成分的帶通濾波器。
作為接收系統(tǒng)的構(gòu)成，把由天線207接收到的信號通過高頻濾波器206及發(fā)送接收信號轉(zhuǎn)換器205提供給高頻率部220。在高頻率部220中，用低噪聲放大器(LNA)221放大接收信號后提供給帶通濾波器222，除去接收頻帶以外的信號成分，把除去過的信號通過緩沖放大器223提供給混頻器224。而且，混合從信道選擇用PLL電路251供給的頻率信號，把規(guī)定發(fā)送信道的信號作為中頻信號，通過緩沖放大器225把該中間頻率信號提供給中頻電路230。
在中頻電路230中，通過緩沖放大器231把供給的中頻信號提供給帶通濾波器232，除去中頻信號的頻帶以外的信號成分，把除去過的信號提供給自動增益調(diào)整電路(AGC電路)233，大致成為一定增益的信號。用自動增益調(diào)整電路233增益調(diào)整的中頻信號通過緩沖放大器234提供給解調(diào)器240。
在解調(diào)器240中，通過緩沖放大器241把所供給的中頻信號提供給混頻器242I及242Q，混合從中頻用PLL電路252供給的頻率信號，解調(diào)接收到的I信道信號成分和Q信道信號成分。這時，要把用移相器243使信號相位移動90°的頻率信號提供給I信道信號用的混頻器242I，解調(diào)正交調(diào)制過的I信道信號成分和Q信道信號成分。
解調(diào)過的I信道和Q信道的信號分別通過緩沖放大器244I及244Q提供給帶通濾波器253I及253Q，除去I信道和Q信道的信號以外的信號成分，把除去過的信號提供給模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)254I及254Q并進行取樣，進行數(shù)字數(shù)據(jù)化，得到I信道的接收數(shù)據(jù)及Q信道的接收數(shù)據(jù)。
在到這里為止已說明的構(gòu)成中，作為各帶通濾波器202I、202Q、206、222、232、253I、253Q的一部分或全部，都能適用于上述的實施形態(tài)構(gòu)成的濾波器，進行頻帶限制。
若使用本發(fā)明的通信裝置，就能提供帶通寬有優(yōu)良性能的通信裝置。
在圖12的例中，雖然作為進行無線發(fā)送及無線接收的通信裝置，但是也可以適用于具有通過有線傳輸線路進行發(fā)送及接收的通信裝置的濾波器，而且，在具有僅進行發(fā)送處理的通信裝置和僅進行接收處理的通信裝置的濾波器中，也可以適用于上述的實施形態(tài)構(gòu)成的濾波器。
權(quán)利要求
1.一種微小諧振器，其特征在于，具有被施加直流電壓的并聯(lián)配置的多個梁型振子元件，并使上述振子元件間的直流電壓不同。
2.如權(quán)利要求1所述的微小諧振器，其特征在于，在上述振子元件間設置電阻。
3.如權(quán)利要求2所述的微小諧振器，其特征在于，上述多個梁型振子元件是由相同結(jié)構(gòu)形成。
4.一種帶通濾波器，其特征在于，具有被施加直流電壓的并聯(lián)配置的多個梁型振子元件，并使上述振子元件間的直流電壓不同。
5.一種半導體裝置，其特征在于，具有微小諧振器，該微小諧振器由被施加直流電壓的并聯(lián)配置的多個梁型振子元件構(gòu)成，并使上述振子元件間的直流電壓不同。
6.一種通信裝置，其具有進行發(fā)送信號和/或接收信號的頻帶限制的濾波器，其特征在于，作為上述濾波器，其使用由微小諧振器構(gòu)成的濾波器構(gòu)成的濾波器，所述微小諧振器具有被施加直流電壓的并聯(lián)配置的多個梁型振子元件，并使上述振子元件間的直流電壓不同。
全文摘要
一種微小諧振器，其并非使微小諧振子的結(jié)構(gòu)不同，而是制成諧振頻率不同的微小諧振子，并且Q值低。具有施加直流電壓的并聯(lián)配置的多個梁型振子元件，以使上述振子元件間的直流電壓不同地構(gòu)成微小諧振器。
文檔編號H01L21/00GK1874146SQ20061009165
公開日2006年12月6日 申請日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月12日
發(fā)明者盛田伸也, 山下啟太郎 申請人:索尼株式會社