专利名称：高频元件、电源供给元件及通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及以静电驱动型的振子作为构成元件的高频信号元件，以及具有用于对该高频信号元件供给直流偏置电压的直流电压供给部件的高频元件。
此外，本发明涉及用于对上述高频信号元件供给直流偏置电压的电源供给元件。
此外，本发明涉及使用由上述高频元件构成的滤波器的通信装置。
背景技术：
在以静电驱动型的振子作为构成元件的高频信号元件中，对该振子施加直流偏置电压。在对这样的静电驱动型的振子供给直流偏置电压的情况下，例如使用单纯的线路进行供电时，伴随直流供电电路的不稳定而变动的电压或者由于某种原因而发生的高电压可能被施加到驱动振子的电极(所谓的振子的驱动部分或下部电极)。在这样的情况下，引起振子的振动振幅的变动，并招致高频信号元件大信号处理特性的变动。在电压变动显著的情况下，振子由于发生异常振动等原因而成为不能恢复的状态，该异常振动由振子的驱动部分和下部电极固定的驱动部分和下部电极间的放电引起。
例如，提出了使用MEMS(微机电系统)元件构成的高频滤波器，在这样的高频滤波器中，引起直流偏置电压的变动时，产生振子的阻抗的时间变动，难以得到良好的滤波特性。在将MEMS元件组装在数字电路中而构成半导体集成电路的情况下，数字信号处理部分的驱动电路和MEMS元件的电源被共用，由于没有特别地提高其稳定性，所以担心由电源的电压变动引起的MEMS元件的特性变动。利用MEMS元件的高频滤波器由以密歇根大学为首的研究机构提出(参照非专利文献1)。
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.
发明内容
在处理高频区域的微弱信号时，例如在进行高频(RF)信号的滤波时，对振子施加的直流偏置电压的变动通过使振子的阻抗变动从而引起滤波后的信号强度的变动。从而，直流(DC)偏置供电电路的稳定是为了得到良好的滤波特性的最重要的课题。
本发明提供一种提高了对静电驱动型的振子施加的直流偏置电压的稳定性的供给部件的高频元件。
此外，提供一种能够对上述振子供给稳定的直流偏置电压的电源供给元件。
此外，本发明提供一种使用由上述高频元件构成的滤波器实现高可靠化的通信装置。
本发明的高频元件具有高频信号元件，该高频信号元件包含通过施加直流偏置电压而动作的静电驱动型的振子，在供给直流偏置电压的焊盘和振子之间附加具有使直流偏置电压稳定的功能的电路。
本发明的电源供给元件用于驱动高频信号元件，该高频信号元件包含通过施加直流偏置电压而动作的静电驱动型的振子，其中该电源供给元件附加了具有使直流偏置电压稳定的功能的电路。
本发明的通信装置具有进行发送信号和/或接收信号的频带限制的滤波器，作为滤波器采用如下结构的滤波器，即具有通过施加直流偏置电压而动作的静电驱动型振子，在供给直流偏置电压的焊盘和振子之间附加具有使直流偏置电压稳定的功能的电路。
根据本发明的高频元件，在供给直流偏置电压的焊盘和振子之间附加具有使直流偏置电压稳定的功能的电路，通过对静电驱动型的振子供给稳定的直流偏置电压从而能够抑制输出的高频信号的时间波动。此外，能够防止突发地施加的高电压脉冲(冲击电压)引起的振子的破坏。
根据本发明的电压供给元件，由于附加了具有增加直流电压的稳定性的功能的电路，所以在通过该电源供给元件对静电驱动型的振子施加直流偏置电压时，不用变动直流偏置电压而能够抑制振子的阻抗的变动并得到稳定的信号强度的高频信号。
根据本发明的通信装置，在构成滤波器的静电驱动型振子和供给直流偏置电压的焊盘之间附加具有使直流偏置电压稳定的功能的电路，通过对静电驱动型振子供给稳定的直流偏置电压，从而能够抑制输出的高频信号和/或中频信号的时间变动，而且能够防止突发地施加的高电压脉冲(冲击电压)引起的振子的破坏，并且能够提供可靠性高的通信装置。
图1A、图1B是表示本发明的高频元件的第一基本结构的概念图。
图2是表示本发明的高频元件的第二基本结构的概念图。
图3是表示本发明的高频元件的第三基本结构的概念图。
图4是由一个MEMS静电驱动型振子形成滤波器的情况下的实施方式的概略图。
图5是由一个MEMS静电驱动型振子形成滤波器的情况下的其它实施方式的概略图。
图6是由并联的多个MEMS静电驱动型振子形成滤波器的情况下的实施方式的概略图。
图7是由并联的多个MEMS静电驱动型振子形成滤波器的情况下的其它实施方式的概略图。
图8A、图8B是应用于本发明的构成复合振子型滤波器的多个振子的平面图以及剖面图。
图9是应用于本发明的构成复合振子型滤波器的并联的多个振子的平面图。
图10是表示本发明的高频元件的第一实施方式的平面图。
图11是表示本发明的高频元件的第一实施方式的剖面图。
图12A～图12B是表示本发明的高频元件的制造方法的一个实施方式的制造工序图(之一)。
图13A～图13B是表示本发明的高频元件的制造方法的一个实施方式的制造工序图(之二)。
图14A～图14B是表示本发明的高频元件的制造方法的一个实施方式的制造工序图(之三)。
图15是表示本发明的高频元件的制造方法的一个实施方式的制造工序图(之四)。
图16是表示将本发明的高频元件应用于一级结构的梯形滤波器的第二实施方式的等效电路图。
图17是表示图16的一级结构的梯形滤波器的透过特性值的频率依赖性的滤波特性图。
图18是将图16的等效电路中的旁路振子组的中心频率设为92MHz时的图17的主要部分的放大图。
图19是将图16的等效电路中的旁路振子组的中心频率设为95MHz时的图17的主要部分的放大图。
图20是将图16的等效电路中的旁路振子组的中心频率设为96MHz时的图17的主要部分的放大图。
图21是表示将本发明的高频元件应用于二级结构的梯形滤波器的第三实施方式的等效电路图。
图22是表示图21的二级结构的梯形滤波器的透过特性值的频率依赖性的滤波特性图。
图23是表示将本发明的高频元件应用于高频谐振器的第四实施方式的等效电路图。
图24是表示图23的高频谐振器的透过特性值的频率依赖性的特性图。
图25是表示本发明的通信装置的一个实施方式的电路图。
具体实施例方式
本发明的实施方式的高频元件具有高频信号元件，该高频信号元件包含通过施加直流偏置电压而动作的静电驱动型的振子，在供给直流偏置电压的焊盘和振子之间附加具有使直流偏置电压稳定的功能的电路而构成。
作为高频信号元件，结构可以是作为电路元件具有振子组，该振子组使高频信号并行通过多个静电驱动型的振子并进行信号处理。
作为具有使直流偏置电压稳定的功能的电路，可以由被串联插入直流供电线的电阻以及被插入该直流供电线和接地之间的电容构成。
此外，作为具有使所述直流偏置电压稳定的功能的电路，可以设置在形成了高频信号元件的相同的衬底上。
作为高频信号元件，结构可以是具有从输入的高频信号中挑选所希望的频带的信号的功能。
作为高频信号元件，结构可以是具有发生高频信号的基准信号的功能。
本发明的电源供给元件用于驱动高频信号元件，该高频信号元件包含通过施加直流偏置电压而动作的静电驱动型的振子，其中，该电源供给元件附加有具有使直流偏置电压稳定的功能的电路。
本发明的种通信装置具有进行发送信号和/或接收信号的频带限制的滤波器，其中，作为滤波器采用如下结构的滤波器，即具有通过施加直流偏置电压而动作的静电驱动型振子，在供给直流偏置电压的焊盘和振子之间附加具有使直流偏置电压稳定的功能的电路。
作为上述滤波器，结构可以是作为电路元件具有振子组，该振子组使高频信号或中频信号并行通过多个静电驱动型振子并进行信号处理。
作为具有使直流偏置电压稳定的功能的电路，可以由被串联插入直流供电线的电阻以及被插入供电线和接地之间的电容构成。
作为具有使直流偏置电压稳定的功能的电路，可以设置在形成了滤波器的相同的衬底上。
根据本发明的实施方式的高频元件，在供给直流偏置电压的焊盘和振子之间附加具有使直流偏置电压稳定的功能的电路，通过对静电驱动型的振子供给稳定的直流偏置电压从而能够抑制输出的高频信号的时间波动。此外，能够防止突发地施加的高电压脉冲(冲击电压)引起的振子的破坏。
本发明的实施方式的高频元件可以对高频信号元件使用静电驱动型的振子而作为高频滤波器，例如梯形滤波器被构成。而且，通过对成为高频信号选择元件的振子的驱动部分或下部电极施加稳定的直流偏置电压，从而能够抑制被滤波的高频信号的时间变动。此外，可以使冲击电压引起的对振子的不可恢复的损害成为最小限度。
本发明的实施方式的高频元件可以对高频信号元件使用静电驱动型的元件而作为基准信号发生器被构成。而且，通过对成为高频信号发生元件的振子的驱动部分或下部电极施加稳定的直流偏置电压，从而能够抑制发生信号强度、中心频率的时间变动。此外，可以使来自外部的冲击电压引起的对振子的不可恢复的损害成为最小限度。
本发明的实施方式的高频元件可以对高频信号元件使用静电驱动型的振子并将该多个振子机械地结合，作为复合振子型滤波器而被构成。而且，通过对构成复合振子型滤波器的振子的驱动部分或下部电极施加稳定的直流偏置电压，从而能够抑制被滤波的高频信号的时间变动。此外，可以使冲击电压引起的对振子的不可恢复的损害成为最小限度。
根据本发明的实施方式的电源供给元件，由于附加了具有增加直流电压的稳定性的功能的电路，所以在通过该电源供给元件对静电驱动型的振子施加直流偏置电压时，不用变动直流偏置电压而能够抑制振子的阻抗变动并得到稳定的信号强度的高频信号。
根据本发明的实施方式的通信装置，由于在构成滤波器的静电驱动型振子和供给直流偏置电压的焊盘之间附加具有使直流偏置电压稳定的功能的电路，通过对静电驱动型元件供给稳定的直流偏置电压，从而能够抑制输出的高频信号和/或中频信号的时间变动，此外，能够防止突发地施加的高电压脉冲(冲击电压)引起的振子的破坏，并且能够提供可靠性高的通信装置。
以下，参照
本发明的实施方式。
首先，图1表示本发明的高频元件的第一基本结构(概念)。如图1A以及图1B所示，该高频元件1具有高频信号元件，包含静电驱动型的振子2；以及直流电源3，是用于对该振子2供给直流偏置电压的直流电压供给部件。在衬底4的表面上，将下部电极、即输入电极5和输出电极6互相隔开需要间隔来配置，并配置以桥状跨越这些输入输出电极5、6的振动部分、所谓的梁(beam)型的振动电极(以下，称作梁)7从而构成振子2。在衬底4的背面形成有接地面8。直流电源3连接在梁7和接地面8之间。进而，在直流电源3和梁7之间的供电线9中串联地插入电阻Ra，并在供电线9和接地面8之间插入电容(旁路电容)Ca，由这些电阻Ra和电容Ca形成用于使直流偏置电压稳定的直流电压稳定电路10。
在该高频元件1的振子2中，通过输入端子Tin对输入电极5输入高频信号时，梁7由于在从直流电源3供给直流偏置电压的梁7和输入电极5之间产生的静电力而共振，从输出电极6通过输出端子Tout输出所希望频率的高频信号。而且，由于对振子2通过直流电压稳定电路10供给稳定的直流偏置电压，所以能够抑制输出的高频信号的时间变动。此外，能够防止突发地施加的高电压脉冲(冲击电压)引起的振子2的破坏。
图2表示本发明的高频元件的第二基本结构(概念)。该高频元件11如下构成，具有包含与图1同样结构的振子2的高频信号元件，将直流电源3连接在输入电极5和接地面8之间，在直流电源3和输入电极5之间的供电线9中串联地插入电阻Ra，在该供电线9和接地面8之间插入电容Ca，通过电阻Ra和电容Ca形成直流电压稳定电路10。梁7为电悬浮状态。
在该高频元件11的振子2中，直流偏置电压和高频信号以叠加的方式被输入到输入电极5。该高频元件11的振子2的动作以及效果基本上与图1的高频元件1同样。
图3表示本发明的高频元件的第三基本结构(概念)。该高频元件12具有高频信号元件，包含静电驱动型的振子13；以及直流电源3，是用于对振子13供给直流偏置电压的直流电压供给部件。在衬底14的表面上配置下部电极15，并配置以桥状跨越该下部电极15的梁16而构成振子13。衬底14的背面形成有接地面17。直流电源3连接在梁16和接地面17之间。而且，在直流电源3和梁16之间的供电线9中串联地插入电阻Ra，在该供电线9和接地面17之间插入电容(旁路电容)Ca，由这些电阻Ra和电容Ca形成用于使直流偏置电压稳定的直流电压稳定电路10。
在该高频元件12的振子13中，梁16为输入电极，下部电极15为输出电极。直流偏置电压和高频信号以叠加的方式被输入到梁16时，梁16由于在梁16和下部电极(输出电极)15之间产生的静电力而共振，从下部电极15输出所希望频率的高频信号。而且，由于对振子13通过直流电压稳定电路10供给稳定的直流偏置电压，所以能够抑制输出的高频信号的时间变动。此外，能够防止突发地施加的高电压脉冲(冲击电压)引起的振子13的破坏。
图4～图7表示本发明的高频元件的实施方式的概略。
作为高频信号元件，可以由MEMS静电驱动型振子构成的滤波器形成。此时，例如在由一个MEMS静电驱动型振子21制造滤波器的情况下，使由上述电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10，如图4所示，可以连接在对滤波器的直流电源输入焊盘(pad)、即连接在直流电源的直流电源输入焊盘22和一个振子21的梁7之间。
此外，同样在由一个MEMS静电驱动型振子21制造滤波器的情况下，使由上述电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10，如图5所示，可以连接在对滤波器的直流电源输入焊盘、即连接在直流电源3的直流电源输入焊盘22和一个振子21的输入电极5之间。
此外，例如在由梁7并联而成的多个MEMS静电驱动型振子23制造滤波器的情况下，使由上述电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10，如图6所示，可以连接在对滤波器的直流电源输入焊盘、即连接在直流电源3的直流电源输入焊盘22和多个振子23、即该并联的梁7之间。
此外，同样在由振动电极并联而成的多个MEMS静电驱动型振子23制造滤波器的情况下，使由上述电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10，如图7所示，可以连接在对滤波器的直流电源输入焊盘、即连接在直流电源3的直流电源输入焊盘22和多个振子23、即该输入电极5之间。
上述使直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10可以形成在与滤波器相同的衬底上。
虽然未图示，但上述RC电路(直流电压稳定电路)10也有时被形成为图4～7中的对滤波器的直流电源输入焊盘22和用于驱动滤波器的MEMS静电驱动型振子的直流电源3之间的线路的一部分。
在上述滤波器中，也可以将MEMS静电驱动型振子置换为图3的结构而构成。
本实施方式的高频信号元件可以由MEMS静电驱动型振子构成的标准信号发生器形成。此时，例如在由一个MEMS静电驱动型振子制造标准信号发生器的情况下，使由上述电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10，如图4所示，同样(其中将滤波器置换为标准信号发生器)可以连接在对标准信号发生器的直流电源输入焊盘、即连接在直流电源3的直流电源输入焊盘22和一个振子21的梁7之间。
此外，同样在由一个MEMS静电驱动型振子制造标准信号发生器的情况下，使由上述电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10，如图5所示，同样(其中将滤波器置换为标准信号发生器)可以连接在对标准信号发生器的直流电源输入焊盘、即连接在直流电源3的直流电源输入焊盘22和一个振子21的输入电极7之间。
此外，例如在由梁7并联而成的多个MEMS静电驱动型振子23制造标准信号发生器的情况下，使由上述电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10，如图6所示，同样(其中将滤波器置换为标准信号发生器)可以连接在对标准信号发生器的直流电源输入焊盘、即连接在直流电源3的直流电源输入焊盘22和多个振子23、即该并联的梁7之间。
此外，同样在由振动电极并联而成的多个MEMS静电驱动型振子23制造标准信号发生器的情况下，使由上述电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10，如图7所示，同样(其中将滤波器置换为标准信号发生器)可以连接在对标准信号发生器的直流电源输入焊盘、即连接在直流电源3的直流电源输入焊盘22和多个振子23、即该输入电极5之间。
上述使直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10可以形成在与标准信号发生器相同的衬底上。
虽然未图示，但上述RC电路(直流电压稳定电路)10也有时被形成为对标准信号发生器的直流电源输入焊盘22和用于驱动标准信号发生器的MEMS静电驱动型振子的直流电源3之间的线路的一部分。
本实施方式的高频信号元件可以由MEMS静电驱动型振子构成的、以机械结合方式构成的复合振子型滤波器形成。图8表示构成该复合振子型滤波器的复合振子的概略结构。该复合振子24的结构为，两个梁7(7A、7B)被并行配置，两个梁7A、7B的一部分由连接部分25机械连接，在一个梁7A的下方配置由下部电极26构成的输入电极26A，在另一个梁7B的下方配置由下部电极26构成的输入电极26B。连接部分25的位置选择振动的节(不动点)。在该情况下，直流偏置电压被施加到梁7(7A、7B)。
可以并联多个这样的复合振子24，对高频信号并行地进行滤波。例如图9所示，复合振子27的结构为，对由一部分的多个并联的梁7A构成的梁组71配置由下部电极构成的输入电极26A，并对由另一部分的多个并联的梁7B构成的梁组72配置由一个下部电极构成的输出电极26B，使其与该梁组71并联，两个梁组71以及72之间由连接部分25连接。
此时，例如在由一个复合元件24(参照图8)制造复合振子型滤波器的情况下，使由上述电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10，如图4所示，同样(其中将滤波器置换为复合振子型滤波器)可以连接在对复合振子型滤波器的直流电源输入焊盘、即连接在直流电源3的直流电源输入焊盘22和一个复合振子24的梁7(7A、7B)之间。
此外，例如在由多个并联的复合元件24(参照图9)制造复合振子型滤波器的情况下，使由上述电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10，如图4所示，同样(其中将滤波器置换为复合振子型滤波器)可以连接在对复合振子型滤波器的直流电源输入焊盘、即连接在直流电源3的直流电源输入焊盘22和多个并联的复合振子27、即该并联的梁71、72之间。
进而，虽然未图示，但上述RC电路(直流电压稳定电路)10也有时被形成为对复合振子型滤波器的直流电源输入焊盘22和用于驱动复合振子型滤波器的复合振子24或27的直流电源3之间的线路的一部分。
而且，上述使直流电压稳定的RC电路(直流电压稳定电路)10可以形成在与复合振子型滤波器相同的衬底上。
另外，在复合振子24或复合振子27中，如图5所示，可以将直流电压稳定电路10连接在振子的输入电极26A和直流电源输入焊盘22之间。
高频信号元件用于供给直流偏置电压的直流电压供给部件、例如RC电路可以形成在同一衬底上(同一管芯内)。高频信号元件和用于供给直流偏置电压的直流电压供给部件形成在互相不同的衬底上，有时也可以将两者连接形成。
接着，图10(平面图)以及图11(示意剖面图)表示本发明的高频元件的第一实施方式。本例是将MEMS静电驱动型元件应用于通过机械结合形成的复合振子型滤波器的情况。
本实施方式的复合振子型滤波器101在共用的衬底102上设有多个复合振子103、104；电阻R1、R2，用于防止复合振子103、104的梁106、107间的高频(RF)信号的泄漏；直流电压稳定电路(所谓的RC电路)10，包括电阻Ra，以及将一对梳齿状电极108以及109隔开所需间隔而形成的电容Ca；以及直流电源供给用的电极焊盘、所谓的直流电源输入焊盘22。
衬底102例如使用在半导体衬底的表面具有绝缘膜的衬底、绝缘性衬底等衬底，在本例中使用在半导体衬底121的表面上具有绝缘膜122的衬底。在该衬底102的表面上形成下部电极、即输入电极112和输出电极113，并联配置以桥状跨越输入电极112的多个振动部分即双柱梁结构的梁107。跨越输入电极106的多个梁112经由梁106的支承部分(固定器(anchor)部分)114与互相形成在衬底102上的布线部分117共用连接。而且，跨越输入电极113的多个梁107也同样经由梁113的支承部分(固定器部分)114与互相形成在衬底102上的布线部分118共用连接。在衬底102的表面上形成成为屏蔽电极(接地)面的导电层119，该导电层119包围复合振子103、104、电阻R1、R2、直流电压稳定电路10、直流电源输入焊盘22。在衬底102的背面经由绝缘膜123形成接地面、即被施加接地电位的接地电极120。
用于防止RF信号的泄漏的电阻R1、R2各自一端经由布线部分128与两个梁组106、107的布线部分117、118连接，电阻R1、R2的另一端与布线部分125共用连接。另一方面，构成直流电压稳定电路10的电阻Ra的一端连接到布线部分125，电阻Ra的另一端经由布线部分129连接到构成电容Ca的一个梳齿状电极108。这一个梳齿状电极108连接到直流电源输入焊盘22。构成电容Ca的另一个梳齿状电极109连接到在电路板102的表面上形成的屏蔽用的导电层119，同时通过例如设置在衬底102上的通孔或者衬底侧面，本例中通过通孔126与衬底背面的接地电极120连接。
根据上述本实施方式的复合振子型滤波器101，由于通过由电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定电路10对振子103、104的梁106、107施加直流偏置电压，所以能够抑制被滤波的高频信号的时间变动。此外，可以使冲击电压引起的对振子的不可恢复的损害成为最小限度。
本发明也可以应用于将高频滤波器等MEMS元件组装在其它的半导体电路，例如数字电路中而构成半导体集成电路，使用共用的电源供给部件进行对MEMS元件和数字电路的电压供给的情况。
接着，使用图12～图15说明本发明的高频元件的制造方法的实施方式。另外，图12～图15的制造工序是具有MEMS静电驱动型振子和由电阻Ra以及电容Ca构成的直流电压稳定电路10的高频元件的例子，但也可以应用于上述复合振子型滤波器101的制造。本例的制造工序与通常的MOS制造工艺中使用的工序同等。
首先，如图12A所示，准备衬底103，在本例中，在高电阻硅(Si)晶片131上以需要的膜厚例如200nm左右的膜厚形成绝缘膜，例如由氧化硅薄膜(HDP膜High Density Plasma氧化膜)和作为防止蚀刻膜的氮化硅薄膜(上面侧)所构成的复合绝缘膜132。接着，在该复合绝缘膜132上以需要的膜厚例如380nm左右的膜厚形成具有导电性的掺磷多晶硅薄膜(PDASPhosphorus doped amorphous silicon)133。
接着，在掺磷多晶硅薄膜133上形成作为复合振子的下部电极的输入电极以及输出电极、连接复合振子的双柱梁结构的梁的支承部分的布线部分(相当于固定台)、具有与电阻对应的图形的抗蚀剂掩模(未图示)。然后，如图12B所示，经由该抗蚀剂掩模对掺磷多晶硅薄膜133通过选择蚀刻，例如干式蚀刻法来进行选择蚀刻，形成输入电极136以及输出电极137、布线部分138(138A、138B)、电阻Ra。
接着，如图13A所示，在衬底130上形成成为牺牲层的例如氧化硅薄膜(HDP)139，以将输入输出电极136、137、布线部分138(138A、138B)以及电阻Ra的相互之间嵌入。然后，使氧化硅薄膜139平坦化。例如通过化学机械研磨法(CMP)进行平坦化，使输入输出电极136、137、布线部分138(138A、138B)以及电阻Ra的表面露出。
接着，如图13B所示，在平坦化后的表面上形成输入输出电极136、137以及成为与在后面形成的梁的间隔对应的膜厚、在本例中为50nm左右的膜厚的牺牲层的例如氧化硅薄膜(低压TEOS)140。
接着，如图14A所示，根据需要而在成为牺牲层的氧化硅薄膜(低压TEOS)140上例如形成了20nm左右的膜厚的掺磷多晶硅薄膜(PDAS膜)141之后，与多晶硅薄膜141一同，在氧化硅薄膜(低压TEOS)140上通过选择蚀刻例如干式蚀刻形成用于将梁和布线部分138A、138B之间连接的通孔142(142A、142B)。
接着，如图14B所示，包含通孔142A、142B内，在表面上形成所希望的膜厚的掺磷多晶硅薄膜(PDAS膜)，构图(patterning)为梁形状，例如通过干式蚀刻法进行构图，形成多晶硅薄膜构成的梁、即梁145及其支承部分146A、146B。进而，例如通过干式蚀刻法进行构图，在布线部分138A和电阻Ra之间，在与电阻Ra连接的布线部分以及电容Ca的部分形成开口142C、142D。此时，梁145的支承部分146A以及146B被机械地电连接到布线部分142A、142B。
接着，如图15所示，形成成为连接布线、电容、直流电源输入焊盘的薄膜、例如Al-Si膜，使用抗蚀剂掩模以及氟化氢溶液(DHFDiluted HF)进行构图，形成AL-Si膜构成的电容Ca、连接布线148以及直流电源输入焊盘150。即，布线部分142A和电阻Ra之间的连接布线148a、构成电容Ca的成对的梳齿状电极、与一个梳齿状电极连接的电极焊盘150以及一个梳齿状电极和电阻Ra之间的连接布线148b。
同时，通过该氟化氢溶液(DHF)除去成为牺牲层的氧化硅薄膜(HDP)140，在梁145和输入输出电极136、137之间形成空间151。由此，得到目的为在同一衬底130上形成MEMS静电驱动型振子152和直流电压稳定电路10以及直流电源输入焊盘150而构成的高频元件153(参照图15)。
接着，说明抑制在处理高频区域的微弱的信号时的、在信号路径以外的电路迂回的信号的泄漏并实现了高频信号的信噪比的提高和上述直流偏置电压的稳定性的提高的本发明的高频元件的其它实施方式。
作为抑制信号的泄漏的高频元件，具有对高频信号线路的一部分施加直流偏置电压而动作的高频信号元件，使高频信号线路的阻抗和供给直流偏置电压的直流供电线的阻抗之间为阻抗不匹配。
此外，作为抑制信号的泄漏的高频元件，具有对高频信号线路的一部分施加直流偏置电压而动作的高频信号元件，以及用于驱动高频信号元件的直流电压供给部件，使与高频信号线路连接的其它布线的阻抗与高频信号线路的阻抗不匹配。
作为抑制信号的泄漏的高频元件的具体例子，在对一个或多个高频块(例如并联振子)提供直流偏置电压的情况下，对高频电路块适当地进行分割，将其之间以与从构成高频电路块内的RF信号线的一部分的直流供电部分来看的RF信号线的阻抗不同的阻抗连接。使用这样的连接方法形成直流供电线时，可以将在高频电路块内从被混合施加了直流偏置电压和高频信号的信号线路通过直流供电电路向块外的泄漏抑制为最小限度。最佳的连接方法为通过低通滤波器连接直流供电线，但即使仅是电阻的差异也能够得到充分的效果。特别在使用MEMS(微机电系统)静电驱动型(梁型)振子组来构成高频元件的情况下，MEMS振子的直流下的阻抗非常大，直流供电线中仅流过非常微小的直流电流，因此即使在振子组和直流供电线之间插入非常大的电阻、例如数MΩ的电阻，也不引起电阻产生的压降，从而能够实现有效的阻抗不匹配。
本实施方式还可以对通过这样的阻抗不匹配而能够抑制泄漏的高频元件进行对振子的直流偏置电压的稳定供给。
图16是将本发明的高频元件应用于一级结构的梯形滤波器的第二实施方式的等效电路。
本实施方式的梯形滤波器31由微带(micro strip)线路构成高频信号线路32，在该信号线路33的输入端子Tin以及Tout之间串联连接由并联的多个振子(振子组)构成的振子35。在该串联振子35的输出端和接地线路34之间同样连接由并联的多个振子(振子组)构成的旁路振子36。该振子35以及旁路振子36被构成为通过直流偏置电压的供给而动作。因此，设置直流电压供给部件，例如具有直流电源电路37和直流供电线38的直流供电电路，从直流电源电路37通过直流供电电路即直流供电线38与成为窜联振子35以及旁路振子36的后述信号线路33的一部分的驱动部分连接。作为直流电源电路37，例如可以采用从交流变换为恒压/直流后进行供给的电路结构或从直流变换为进行了电压变换后的恒压/直流后进行供给的电路结构。
而且，构成为在从该串联振子35以及旁路振子36中的信号线路33的直流供电端子侧来看的阻抗和直流供电线38的阻抗之间存在阻抗的不匹配。即，串联振子35以及旁路振子36中的信号线路33和直流供电线38之间连接用于形成阻抗不匹配的元件。作为该元件，在本例中，使用电阻元件R1、R2。在本例中，在串联振子35的梁和直流供电线38之间连接电阻元件R1，在旁路振子36的梁和直流供电线38之间连接电阻元件R2。进而，在该直流供电线38和与直流电源电路37连接的直流电源输入焊盘22之间连接由电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定电路10。在该情况下，省略电阻Ra，兼用电阻R1、R2由电阻R1、R2和电容Ca形成直流电压稳定电路10也可以。
作为串联振子35以及旁路振子36，由MEMS静电驱动型振子形成。该MEMS静电驱动型振子采用与所述图1以及图2同样的结构，即除了电路系统的振子本身的结构。
图16中的串联振子35通过并联多个，例如40个该单独的MEMS静电驱动型元件2而构成。旁路振子36通过并联多个，例如160个该单独的MEMS静电驱动型元件2而构成。串联振子35的合成阻抗Zs例如由串联电阻Rx＝5kΩ、接地电容C0＝1×10-13F构成。连接在构成信号线的一部分的梁和直流供电线38之间的上述电阻元件R1、R2例如使用多晶硅膜构成的细线形成，其电阻值例如可以设为R1、R2＝1MΩ。图16所示的信号线路33的特性阻抗被设计为与旁路振子36的合成阻抗Zp相同。
第二实施方式的一级梯形高频滤波器31通过将由串联振子35以及旁路振子36构成的高频电路块、直流电源电路37、包含直流电压稳定电路10以及直流供电线38的直流供电块形成在同一半导体芯片上而形成。
图17～图20表示由图16的等效电路所表示的一级结构的梯形高频滤波器31的滤波特性。即，表示使用アドバンテツク公司制网络测定器3767G对梯形高频滤波器31进行了测定后的透过特性值S21(S参数)的频率依赖性，该梯形高频滤波器31使用通过硅半导体工艺制造的MEMS静电驱动型振子组构成。使用共用电源对串联振子(振子组)35以及旁路振子(振子组)36施加了直流-15V。串联振子(振子组)35的共振频率设定为98MHz，旁路振子(振子组)36的中心频率设定为比串联振子的频率低2MHz、3MHz、6MHz的96MHz、95MHz、92MHz来进行设定。
图17是表示旁路频率依赖性的滤波特性(图18～图20所示的各旁路频率重叠了不同的曲线)。图18、图19、图20表示分别将旁路振子36的中心频率设为96MHz、95MHz、92MHz时的图17的对应于主要部分A的放大频率特性。从图17可知，在任何的旁路频率的情况下，也呈现没有幻影(噪声)的大致相同的曲线，特别在谐振、反谐振的峰部分为相同的曲线，示出没有噪声的如预想的频率特性。旁路振子36的效果仅能不明确地观测是因为网络检测器的输入阻抗为50Ω。
根据第二实施方式的一级结构的梯形滤波器31，通过在由MEMS静电驱动型振子形成的串联振子35以及旁路振子36的构成信号线路33的一部分的梁和直流供电线38之间连接使得阻抗不匹配的电阻元件R1、R2，从而能够抑制通过直流供电线38的高频信号的迂回，并提高被滤波的高频信号的信噪比。此外，由于不需要多个独立电源，所以能够降低电源的成本。
此外，由于通过直流电压稳定电路10对串联振子35和旁路振子36施加直流偏置电压，所以能够抑制被滤波的高频信号的时间变动。此外，可以使冲击电压对串联振子35、旁路振子36的损害为最小限度。
图21是将本发明的高频元件应用于二级结构的梯形滤波器的第三实施方式的等效电路。
第三实施方式的梯形滤波器61与上述同样，在由微带线路构成的高频信号线路32上连接两级由分别由并联的多个振子(振子组)构成的串联振子651、652和分别由并联的多个振子(振子组)构成的旁路振子661、662构成的梯形滤波器。即，设置第一级的梯形滤波器，该第一级的梯形滤波器在该信号线路33的输入端子Tin以及输出端子Tout之间连接串联振子651，在串联振子651的输出侧和接地线路34之间连接了旁路振子661，在其后级同样设置第二级的梯形滤波器，该第二级的梯形滤波器在信号线路33上连接串联振子652，在串联振子652的输出侧和接地线路34之间连接旁路振子662。
各串联振子651、652以及旁路振子661、662被构成为通过直流偏置电压的供给而动作。因此，与上述同样设置直流电压供给部件，例如具有直流电源电路37和直流供电线38的直流供电电路，从直流电源电路37通过直流供电电路即直流供电线38连接到串联振子651、652以及旁路振子661、662的成为信号线路33的一部分的梁。
然后，构成为在该串联振子651、652以及旁路振子661、662中的信号线路33的阻抗和直流供电线38的阻抗之间存在阻抗的不匹配。即，在串联振子651、652以及旁路振子661、662中的信号线路33和直流供电线38之间连接用于形成阻抗不匹配的元件，例如电阻元件R3～R6。进而，在该直流供电线38和与直流电源电路37连接的直流电源输入焊盘22之间连接由电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定电路10。在该情况下，也可以省略电阻Ra。
串联振子651、652以及旁路振子661、662与上述同样由MEMS静电驱动型振子2构成。而且，在第一级的串联振子651的梁和直流供电线38之间连接电阻元件R3，在旁路振子661的梁和直流供电线38之间连接电阻元件R4。此外，在第二级的串联振子652的梁和直流供电线38之间连接电阻元件R5，在旁路振子662的梁和直流供电线38之间连接电阻元件R6。
图21中的串联振子651、652通过并联多个例如40个单独的MEMS静电驱动型振子2而构成。旁路振子661、662通过并联多个例如160个单独的MEMS静电驱动型振子2而构成。串联振子651、652的合成阻抗Zs例如由串联电阻Rx＝5kΩ、接地电容C0＝1×10-13F构成。旁路振子661、662的合成阻抗Zp例如由串联电阻Rx＝1kΩ、接地电容C0＝8×10-13F构成。电阻元件R3、R4、R5、R6例如使用多晶硅膜构成的细线形成，其电阻值例如可以设为R3、R4、R5、R6＝1MΩ。图21所示的信号线路33的特性阻抗被设计为与旁路振子661、662的合成阻抗Zp相同。
第三实施方式的高频滤波器61通过将由串联振子651、652以及旁路振子661、662构成的高频电路块、直流电源电路37、包含直流电压稳定电路10以及直流供电线38的直流供电块形成在同一半导体芯片上而形成。
图22表示由图21的等效电路所表示的二级结构的梯形高频滤波器61的滤波特性。即，表示使用アドバンテツク公司制网络测定器3767G对梯形高频滤波器61进行了测定后的透过特性值S21(S参数)的频率依赖性，该梯形高频滤波器61使用通过硅半导体工艺制造的MEMS静电驱动型振子组构成。使用共用电源对串联振子(振子组)651、652以及旁路振子(振子组)施加直流-15V。串联振子(振子组)651、652的共振频率设定为98MHz，旁路振子(振子组)661、662的中心频率设定为比串联振子的频率低4MHz的94MHz来进行设定。从该图22的特性曲线可知，示出没有噪声的如预想的频率特性。旁路振子36的效果仅能不明确地观测是因为网络检测器的输入阻抗为50Ω。
根据第三实施方式的二级结构的梯形高频滤波器61，通过在由MEMS静电驱动型振子形成的串联振子651、652以及旁路振子661、662的构成信号线路33的一部分的梁和直流供电线38之间连接使得阻抗不匹配的电阻元件R3、R4、R5、R6，从而能够抑制通过直流供电线38的高频信号的迂回，并提高被滤波的高频信号的信噪比。此外，由于不需要多个独立电源，所以能够降低电源的成本。
此外，由于通过直流电压稳定电路10对串联振子651、652和旁路振子661、662施加直流偏置电压，所以能够抑制被滤波的高频信号的时间变动。此外，可以使冲击电压对串联振子651、652和旁路振子661、662的损害为最小限度。
图23是将本发明的高频元件应用于高频谐振器的第四实施方式的等效电路。第四实施方式的高频谐振器71如下构成，即在由微带线路构成的高频信号线路72的信号线路73的输入输出端子Tin以及Tout之间连接由并联的多个振子(振子组)构成的振子75，在来自用于使该振子75动作的直流电源电路77的直流供电线78和振子75的成为信号线路的一部分的梁之间，连接有效地使阻抗不匹配的元件——本例中为低通滤波器79——而构成。进而，在该直流供电线78和与直流电源电路77的直流电源输入焊盘22之间连接由电阻Ra和电容Ca构成的直流电压稳定电路10。作为振子75与上述同样由图1以及图2的MEMS静电驱动型振子2构成。
图23中的振子75与上述同样，通过并联多个例如50个单独的MEMS静电驱动型振子2而构成。振子75的合成阻抗Zs例如由串联电阻Rx＝5kΩ、接地电容C0＝1×10-13F构成。高频信号线路72的信号线路73的特性阻抗被设计为与振子75的阻抗Zs相同。C1表示直流供电线78的寄生电容，或者构成低通滤波电路的一部分的电容。
图24表示由图23的等效电路表示的高频谐振器71的谐振特性。即，表示使用アドバンテツク公司制网络测定器3767G对高频滤波器71进行了测定后的透过特性值S21(S参数)的频率依赖性，该高频滤波器71使用通过硅半导体工艺制造的MEMS静电驱动型振子组构成。使用组装了低通滤波器79的直流电源电路77对振子组施加直流-20V。成为信号线路73的一部分的振子75的梁和直流电源电路77侧的低通滤波器79通过引线接合法由Au细线连接。从图24可知，能够观测到没有噪声的在98MHz附近具有峰的谐振曲线。
另外，在图23的例子中，作为用于有效地使阻抗不匹配的元件，使用了低通滤波器79，但此外，也可以使用RC电路、电阻元件等。
根据第四实施方式的高频谐振器71，通过在由MEMS静电驱动型振子形成的振子75的成为信号线路73的一部分的梁和直流供电线78之间连接低通滤波器79，能够抑制通过直流供电线78的高频信号的不需要反射，并提高谐振频率的高频信号的信噪比。
此外，由于通过直流电压稳定电路10对振子75施加直流偏置电压，所以可以抑制谐振的高频信号所时间变动。此外，能够使冲击电压对振子75的损害为最小限度。
在上例中，将本发明应用于将多个MEMS静电驱动型振子通过电连接而构成的梯形滤波器和谐振器，但此外也可以应用于将多个MEMS梁型振子通过机械结合而构成的复合静电驱动振子型滤波器(参照图8、图9)。在该情况下，将对构成复合振子型滤波器的振子或振子组的直流偏置电压以与高频信号线路的阻抗不匹配的状态进行供给。由此，与上述同样，能够提高被滤波的高频信号的信噪比。此外，由于不需要多个独立电源，所以能够降低电源的成本。
本发明的第五实施方式可以构成为并联设置多个复合振子，将高频信号并行地进行滤波。而且，以与高频信号线的阻抗不匹配的状态对构成该复合振子型滤波器的振子或振子组的直流偏置电压，进而通过直流电压稳定电路10对振子供给直流偏置电压等，与上述同样构成。
在该第五实施方式的高频谐振器中也起到与上述同样的作用效果。
在构成由上述梯形滤波器、复合振子型滤波器等复合振子构成的滤波器的情况下，通过与进行处理的高频信号的波长相比，充分地缩短相邻的振子(并联的多个振子所构成的振子(振子组))间的布线长度、多级滤波器间的布线长度，从而能够抑制高频信号的延迟引起的信号失真。
在上述例子中，将本发明应用于高频滤波器、高频谐振器，但此外，也可以应用于使用静电驱动型MEMS元件的高频开关、分频器等无源元件、MEMS(微机电系统)等。
上述本发明的高频元件可以通过将构成它们的高频电路块和用于使该高频电路块动作的电源电路块形成在同一晶片芯片、即一个半导体芯片上而构成。此外，本发明的高频元件可以通过具有例如形成高频电路块的半导体芯片和形成上述电源电路块的半导体芯片，并将两个芯片由导线连接而构成。
此外，用于使阻抗不匹配的部件可以被插入直流电源电路侧，或者也可以被插入高频信号元件侧。
上述各实施方式的静电驱动型振子构成的滤波器可以用作高频(RF)滤波器、中频(IF)滤波器等。
本发明能够提供具有上述实施方式的滤波器的通信装置、即例如携带电话机、无线LAN设备、无线收发机、电视调谐器、收音机调谐器等利用电磁波进行通信的通信装置。
接着，参照图25说明应用上述本发明的实施方式的滤波器的通信装置的结构例子。
首先，说明发送系统的结构，将I信道的发送数据和Q信道的发送数据分别提供给数字/模拟变换器(DAC)201I以及201Q并变换为模拟信号。变换后的各信道的信号提供给带通滤波器202I以及202Q，除去发送信号的频带以外的信号分量，将带通滤波器202I以及202Q提供给调制器210。
在调制器210中，按每个信道经由缓冲放大器211I以及210Q对混频器212I以及212Q进行提供，将对应于从发送用的PLL(phase-locked loop，锁相环)电路203提供的发送频率的频率信号进行混频并调制，将两混合信号由加法器214相加后作为一个系统的发送信号。在该情况下，对混频器212I提供的频率信号由移相器213将信号相位偏移90°，I信道的信号和Q信道的信号被正交调制。
加法器214的输出经由缓冲放大器215被提供给功率放大器204，放大成为规定的发送功率。由功率放大器204放大后的信号经由发送接收切换器205和高频滤波器206提供给天线207，并从天线207无线发送。高频滤波器206是处于由该通信装置发送以及接收的频带以外的信号分量的带通滤波器。
作为接收系统的功能，将由天线207接收的信号经由高频滤波器206以及发送接收切换器205提供给高频部分220。在高频部分220，将接收信号由低噪声放大器(LNA)221放大之后提供给带通滤波器222，除去接收频带以外的信号分量，将被除去了的信号经由缓冲放大器223提供给混频器224。然后，将从信道选择用PLL电路251提供的频率信号进行混频，将固定的发送频带的信号作为中频信号，将该中频信号经由缓冲放大器225提供给中频电路230。
在中频电路230中，将被提供的中频信号经由缓冲放大器231提供给带通滤波器232，除去中频信号的频带以外的信号分量，将进行了除去的信号提供给自动增益调整电路(AGC电路)233，成为大致一定增益的信号。由自动增益调整电路233进行了增益调整的中频信号经由缓冲放大器234提供给解调器240。
在解调器240中，将被提供的中频信号经由缓冲放大器241提供给混频器242I以及242Q，将从中频用PLL电路252提供的频率信号混频，并对接收到的I信道的信号分量和Q信道的信号分量解调。在该情况下，对I信号用的混频器242I提供由移相器243将信号相位偏移了90°的频率信号，将被正交调制的I信道的信号分量和Q信道的信号分量。
被解调了的I信道和Q信道的信号分别经由缓冲放大器244I以及244Q提供给带通滤波器253I以及253Q，除去I信道以及Q信道的信号以外的信号分量，将进行了除去的信号提供给模拟/数字变换器(ADC)254I以及254Q，进行采样并进行数字数据化，得到I信道的接收数据以及Q信道的接收数据。
在到此说明的结构中，作为各带通滤波器202I、202Q、206、222、232、253I、253Q的一部分或全部，能够应用上述实施方式的结构的滤波器进行频带限制。
根据本实施方式的通信装置，由于能够对构成滤波器的静电驱动型振子提供稳定的直流偏置电压，所以能够抑制输出的高频信号和/或中频信号的时间变动，而且能够防止突发地施加的高电压脉冲(冲击电压)引起的振子的破坏，并且能够提供可靠性高的通信装置。
在图25的例子中，将各滤波器构成为带通滤波器，但也可以构成为仅使规定频率以下的频带通过的低通滤波器或仅使规定频率以上的频带通过的高通滤波器，并对这些滤波器应用上述各实施方式的结构的滤波器。此外，在图25的例子中，采用了进行无线发送以及无线接收的通信装置，但可以应用于经由有线的传输路径进行发送以及接收的通信装置所具有的滤波器，也可以将上述实施方式的结构的滤波器应用于仅进行发送处理的通信装置或仅进行接收处理的通信装置具有的滤波器。
权利要求
1.一种高频元件，其特征在于，具有高频信号元件，该高频信号元件包含通过施加直流偏置电压而动作的静电驱动型的振子，在供给所述直流偏置电压的焊盘和所述振子之间，附加了具有使所述直流偏置电压稳定的功能的电路。
2.如权利要求1所述的高频元件，其特征在于，所述高频信号元件作为电路元件具有振子组，该振子组使高频信号并行通过多个静电驱动型的振子而进行信号处理。
3.如权利要求1所述的高频元件，其特征在于，具有使所述直流偏置电压稳定的功能的电路由被串联插入到直流供电线的电阻以及被插入供电线和接地之间的电容构成。
4.如权利要求1所述的高频元件，其特征在于，具有使所述直流偏置电压稳定的功能的电路被设置在形成了所述高频信号元件的相同的衬底上。
5.如权利要求1所述的高频元件，其特征在于，所述高频信号元件具有从输入的高频信号中挑选所希望的频带的信号的功能。
6.如权利要求1所述的高频元件，其特征在于，所述高频信号元件具有发生高频信号的基准信号的功能。
7.一种电源供给元件，用于驱动高频信号元件，该高频信号元件包含通过施加直流偏置电压而动作的静电驱动型的振子，其特征在于，该电源供给元件附加了具有使直流偏置电压稳定的功能的电路。
8.一种通信装置，具有进行发送信号和/或接收信号的频带限制的滤波器，其特征在于，作为所述滤波器采用如下结构的滤波器，即具有通过施加直流偏置电压而动作的静电驱动型振子，在供给所述直流偏置电压的焊盘和所述振子之间附加具有使所述直流偏置电压稳定的功能的电路。
9.如权利要求8所述的通信装置，其特征在于，所述滤波器作为电路元件具有振子组，该振子组使高频信号或中频信号并行通过多个静电驱动型的振子而进行信号处理。
10.如权利要求8所述的通信装置，其特征在于，具有使所述直流偏置电压稳定的功能的电路由被串联插入到直流供电线的电阻以及被插入到供电线和接地之间的电容构成。
11.如权利要求8所述的通信装置，其特征在于，具有使所述直流偏置电压稳定的功能的电路被设置在形成了所述滤波器的相同的衬底上。
全文摘要
本发明提供实现了对静电驱动型振子施加的直流偏置电压的稳定化的高频元件、能够供给稳定的直流偏置电压的电源供给元件。而且本发明提供具有上述高频元件构成的滤波器的通信装置。本发明的高频元件具有高频信号元件，该高频信号元件包含通过施加直流偏置电压而动作的静电驱动型的振子，在供给直流偏置电压的焊盘和振子之间附加具有使直流偏置电压稳定的功能的电路。电源供给元件是用于驱动高频振动元件的电源供给元件，通过附加具有使直流偏置电压稳定的功能的电路而构成。本发明的通信装置使用上述高频元件构成的滤波器作为滤波器。
文档编号H03H9/46GK1993887SQ20058002664
公开日2007年7月4日 申请日期2005年6月7日 优先权日2004年6月18日
发明者田中均洋, 御手洗俊, 多田正裕, 难波田康治 申请人:索尼株式会社