(57)【要約】【課題】  実装面積の増大を抑制しつつ、周波数可変発振器に用いられる可変容量素子の大容量化を図る。【解決手段】  周波数可変発振器には、帰還回路Ｂ１１が形成された半導体チップ１１が設けられるとともに、ＳＡＷ振動子Ｗ１１および可変容量コンデンサＣ１１は半導体チップ１１上に積層され、ＳＡＷ振動子Ｗ１１を構成する薄膜圧電体層１４を用いることで、可変容量コンデンサＣ１１を形成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一半導体チップ上に積層された薄膜圧電体を用いることにより、ＳＡＷ発振器および前記ＳＡＷ発振器の周波数を可変させる可変容量コンデンサが形成されていることを特徴とする周波数可変発振器。
【請求項２】
半導体チップ上に積層された薄膜圧電体と、
前記薄膜圧電体に弾性表面波を発生させるＩＤＴ電極と、
前記半導体チップに形成され、前記弾性表面波を利用したＳＡＷ発振器を構成する帰還回路と、
前記ＳＡＷ発振器に接続され、前記薄膜圧電体を誘電体として用いた可変容量コンデンサとを備えることを特徴とする周波数可変発振器。
【請求項３】
前記可変容量コンデンサは、
前記薄膜圧電体下に配置された前記半導体チップの配線層を用いて形成された下部電極と、
前記ＩＤＴ電極と同一層に形成された上部電極とを備えることを特徴とする請求項２記載の周波数可変発振器。
【請求項４】
半導体チップ上に積層された第１薄膜圧電体を誘電体として用いた可変容量コンデンサと、
前記可変容量コンデンサ上に積層された第２薄膜圧電体と、
前記第２薄膜圧電体に弾性表面波を発生させるＩＤＴ電極と、
前記半導体チップに形成され、前記弾性表面波を利用したＳＡＷ発振器を構成する帰還回路とを備えることを特徴とする周波数可変発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は周波数可変発振器に関し、特にＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）発振器に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の周波数可変発振器では、発振器の周波数を可変させるために、圧電共振子に可変容量を付加させることが行われている。
また、例えば、特許文献１には、発振子の容量比を劣化させることなく、周波数可変幅を拡大するために、可変容量ダイオードとインダクタンスの並列回路を圧電共振子に直列接続する方法が開示されている。また、特許文献２には、発振回路の温度ドリフトや回路素子のばらつきによる影響を低減するために、直列接続された反転増幅器を発振素子に並列接続するとともに、その反転増幅器にインピーダンス素子を並列接続する方法が開示されている。
【特許文献１】実開昭６２−８５５０５号公報
【特許文献２】実開２００４−２３１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の周波数可変発振器では、発振器の周波数を可変させるため、可変容量素子を外付けする必要があり、コストアップを招くとともに、実装面積が大きくなるという問題があった。
一方、可変容量素子の外付け作業を不要とするために、可変容量素子と発振器をモノリシック構成にすると、ＭＯＳキャパシタやダイオードキャパシタを用いる必要がある。このため、可変容量素子の大容量化が困難となり、また、モノリシックの可変容量素子はＱ値が低いため、周波数可変発振器のＱ値を高めることが困難となることから、周波数可変発振器の性能が劣化するという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、実装面積の増大を抑制しつつ、Ｑ値の高い周波数可変発振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る周波数可変発振器によれば、同一半導体チップ上に積層された薄膜圧電体を用いることにより、ＳＡＷ発振器および前記ＳＡＷ発振器の周波数を可変させる可変容量コンデンサが形成されていることを特徴とする。
これにより、薄膜圧電体に電歪現象を起こさせることで容量を変化させることが可能となり、外付け部品を用いる必要がなくなる。このため、周波数可変発振器の実装面積を低減させつつ、可変容量コンデンサの大容量化および周波数可変発振器のＱ値を高めることが可能となることから、周波数可変発振器の性能を劣化させることなく、周波数可変発振器の小型・低価格化を図ることができる。
【０００６】
また、本発明の一態様に係る周波数可変発振器によれば、半導体チップ上に積層された薄膜圧電体と、前記薄膜圧電体に弾性表面波を発生させるＩＤＴ電極と、前記半導体チップに形成され、前記弾性表面波を利用したＳＡＷ発振器を構成する帰還回路と、前記ＳＡＷ発振器に接続され、前記薄膜圧電体を誘電体として用いた可変容量コンデンサとを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、半導体チップ上に弾性表面波装置を集積化することが可能となるとともに、外付け部品を用いることなく、可変容量コンデンサを形成することができる。このため、周波数可変発振器の実装面積を低減させつつ、周波数可変発振器のＱ値を高めることが可能となり、周波数可変発振器の性能を劣化させることなく、周波数可変発振器の小型・低価格化を図ることができる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る周波数可変発振器によれば、前記可変容量コンデンサは、前記薄膜圧電体下に配置された前記半導体チップの配線層を用いて形成された下部電極と、前記ＩＤＴ電極と同一層に形成された上部電極とを備えることを特徴とする。
これにより、薄膜圧電体を誘電体として用いた可変容量コンデンサを半導体チップ上に形成するために、配線層の形成工程とは別に下部電極の形成工程を別途追加する必要がなくなるとともに、ＩＤＴ電極の形成工程とは別に上部電極の形成工程を別途追加する必要がなくなる。このため、製造工程の増大を抑制しつつ、可変容量コンデンサを形成することができ、周波数可変発振器の性能を劣化させることなく、周波数可変発振器の小型・低価格化を図ることができる。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る周波数可変発振器によれば、半導体チップ上に積層された第１薄膜圧電体を誘電体として用いた可変容量コンデンサと、前記可変容量コンデンサ上に積層された第２薄膜圧電体と、前記第２薄膜圧電体に弾性表面波を発生させるＩＤＴ電極と、前記半導体チップに形成され、前記弾性表面波を利用したＳＡＷ発振器を構成する帰還回路とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、半導体チップ上に弾性表面波装置を集積化した上で、弾性表面波装置下に可変容量コンデンサを配置することができる。このため、外付け部品を用いることなく、可変容量コンデンサを形成することが可能となるとともに、周波数可変発振器の実装面積を低減させることが可能となり、周波数可変発振器の性能を劣化させることなく、周波数可変発振器の小型・低価格化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る周波数可変発振器について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る周波数可変発振器の構成を示す図である。
図１において、周波数可変発振器には弾性表面波装置Ｗ１が設けられている。ここで、弾性表面波装置Ｗ１には、弾性表面波を励振するＩＤＴ（インターデジタルトランスデューサ）電極が設けられるとともに、弾性表面波を反射する反射器電極が設けられている。なお、ＩＤＴ電極は、互いにかみ合うように配置された１組の櫛形電極にて構成することができる。そして、弾性表面波装置Ｗ１の櫛形電極間には、帰還ループを構成するインバータＮ１が接続され、弾性表面波装置Ｗ１およびインバータＮ１にてＳＡＷ発振器を構成することができる。また、弾性表面波装置Ｗ１の櫛形電極間には抵抗Ｒ１が接続されるとともに、各櫛形電極には可変容量コンデンサＣ１、Ｃ１´が接続されている。
【００１２】
ここで、同一半導体チップ上に積層された薄膜圧電体を用いることにより、弾性表面波装置Ｗ１および可変容量コンデンサＣ１、Ｃ１´が形成されている。
そして、弾性表面波装置Ｗ１からの出力はインバータＮ１を介して帰還され、所定の発振周波数で動作させることができる。そして、可変容量コンデンサＣ１、Ｃ１´に電圧を印加することで、可変容量コンデンサＣ１、Ｃ１´を構成する薄膜圧電体に電歪現象を発生させ、可変容量コンデンサＣ１、Ｃ１´の電極間の距離を変化させることができる。この結果、可変容量コンデンサＣ１、Ｃ１´の容量を変化させることができ、ＳＡＷ発振器の発振周波数を変化させることができる。
【００１３】
これにより、電歪現象を起こさせることでＳＡＷ発振器の発振周波数を変化させることが可能となるとともに、外付け部品を用いることなく、可変容量コンデンサＣ１、Ｃ１´を形成することができる。また、薄膜圧電体を用いたコンデンサのＱ値はモノリシックよりも高いため、周波数可変発振器のＱ値を高めることが可能となることから、周波数可変発振器の性能を劣化させることなく、周波数可変発振器の小型・低価格化を図ることができる。
【００１４】
図２（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る周波数可変発振器の概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＳＡＷ振動子および変容量コンデンサの概略構成を示す断面図である。
図２（ａ）において、周波数可変発振器には、図１の弾性表面波装置Ｗ１としてＳＡＷ振動子Ｗ１１が設けられている。そして、周波数可変発振器には、帰還回路Ｂ１１が形成された半導体チップ１１が設けられるとともに、ＳＡＷ振動子Ｗ１１および可変容量コンデンサＣ１１は半導体チップ１１上に積層されている。なお、帰還回路Ｂ１１には、図１のインバータＮ１および抵抗Ｒ１を設けることができ、ＳＡＷ振動子Ｗ１１が組み込まれることによりＳＡＷ発振器を構成することができる。また、半導体チップ１１を構成する半導体材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ、ＰｂＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮまたはＺｎＳｅなどを用いることができる。
【００１５】
また、図２（ｂ）に示すように、半導体チップ１１には層間絶縁膜１２が形成され、層間絶縁膜１２には可変容量コンデンサＣ１１の下部電極１３が形成されている。そして、下部電極１３が形成された層間絶縁膜１２上には、薄膜圧電体層１４が積層されている。そして、薄膜圧電体層１４上には、薄膜圧電体層１４に弾性表面波を発生させるＩＤＴ電極１５ａが形成され、図２（ａ）のＳＡＷ振動子Ｗ１１が構成されている。また、薄膜圧電体層１４上には、下部電極１３と対向するように配置された可変容量コンデンサＣ１１の上部電極１５ｂが形成されている。なお、層間絶縁膜１２の材質としてはＳｉＯ２、薄膜圧電体層１４の材質としてはＺｎＯなどを用いることができる。
【００１６】
これにより、半導体チップ１１上にＳＡＷ振動子Ｗ１１および可変容量コンデンサＣ１１を集積化することが可能となるとともに、ＳＡＷ振動子Ｗ１１を構成する薄膜圧電体層１４を用いることで、可変容量コンデンサＣ１１を形成することができる。このため、外付け部品を用いることなく、周波数可変発振器の実装面積を低減させつつ、周波数可変発振器のＱ値を高めることが可能となることから、周波数可変発振器の性能を劣化させることなく、周波数可変発振器の小型・低価格化を図ることができる。
【００１７】
なお、可変容量コンデンサＣ１１の下部電極１３は、半導体チップ１１に形成された配線層を用いて形成することができる。また、可変容量コンデンサＣ１１の上部電極１５ｂは、ＩＤＴ電極１５ａを構成する導電層を用いて形成することができる。
これにより、薄膜圧電体層１４を誘電体として用いた可変容量コンデンサＣ１１を半導体チップ１１上に形成するために、配線層の形成工程とは別に下部電極１３の形成工程を別途追加する必要がなくなるとともに、ＩＤＴ電極１５ａの形成工程とは別に上部電極１５ｂの形成工程を別途追加する必要がなくなる。このため、製造工程の増大を抑制しつつ、可変容量コンデンサＣ１１の形成が可能となり、周波数可変発振器の性能を劣化させることなく、周波数可変発振器の小型・低価格化を図ることができる。
【００１８】
図３は、本発明の第３実施形態に係る周波数可変発振器の概略構成を示す断面図である。
図３において、半導体チップ２１には素子形成領域２２が設けられ、素子形成領域２２にはトランジスタ、抵抗、容量などの素子が形成されている。また、素子形成領域２２が設けられた半導体チップ２１上には層間絶縁膜２３が形成され、層間絶縁膜２３には、素子形成領域２２に接続された配線層２４が形成されている。また、層間絶縁膜２３上には、配線層２４に接続されたパッド電極２５が形成されている。そして、素子形成領域２２に形成された素子および配線層２４にて、図１のインバータＮ１および抵抗Ｒ１などを構成することができる。
【００１９】
そして、層間絶縁膜２３上には、下部電極２６ａが形成されている。そして、下部電極２６ａが形成された層間絶縁膜２３上には、パッド電極２５を避けるようにして、薄膜圧電体層２７ａが積層されている。そして、薄膜圧電体層２７ａ上には、下部電極２６ａと対向するように配置された上部電極２６ｂが形成され、下部電極２６ａおよび上部電極２６ｂで挟まれた薄膜圧電体層２７ａにて図１の可変容量コンデンサＣ１、Ｃ１´が構成されている。そして、上部電極２６ｂが形成された薄膜圧電体層２７ａ上には、パッド電極２５を避けるようにして、薄膜圧電体層２７ｂが積層されている。そして、薄膜圧電体層２７ｂ上には、薄膜圧電体層２７ｂに弾性表面波を発生させるＩＤＴ電極２８が形成され、図１のＳＡＷ振動子Ｗ１が構成されている。なお、層間絶縁膜２３の材質としてはＳｉＯ２、薄膜圧電体層２７ａ、２７ｂの材質としてはＺｎＯなどを用いることができる。そして、下部電極２６ａ、上部電極２６ｂおよびＩＤＴ電極２７ａ、２７ｂはパッド電極２５を介して素子形成領域２２に接続され、周波数可変発振器が構成されている。
【００２０】
これにより、半導体チップ２１上に弾性表面波装置Ｗ１を集積化した上で、弾性表面波装置Ｗ１下に可変容量コンデンサＣ１、Ｃ１´を配置することができる。このため、外付け部品を用いることなく、可変容量コンデンサＣ１、Ｃ１´を形成することが可能となるとともに、周波数可変発振器の実装面積を低減させることが可能となり、周波数可変発振器の性能を劣化させることなく、周波数可変発振器の小型・低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る周波数可変発振器の概略構成を示す回路図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る周波数可変発振器の概略構成を示す図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る周波数可変発振器の概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００２２】
Ｗ１  弾性表面波装置、Ｒ１  抵抗、Ｃ１、Ｃ１´、Ｃ１１  可変容量コンデンサ、Ｎ１  インバータ、Ｗ１１  ＳＡＷ振動子、Ｂ１１  発振回路、１１、２１  半導体基板、１２、２３  層間絶縁膜、１３、２６ａ  下部電極、１４、２７ａ、２７ｂ  ＺｎＯ層、１５ａ、２８ｂ  ＩＤＴ電極、１５ｂ、２６ｂ  上部電極、２２  素子形成領域、２４  配線層、２５  パッド電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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