(57)【要約】【課題】弾性表面波素子の振動が半導体装置を有する基板上に漏れないようにでき、半導体装置の電気的動作に影響を及ぼすことの無い弾性表面波素子複合装置を提供すること。【解決手段】半導体装置２１を有する基板２３と、基板２３に設けられた圧電膜と、圧電膜に配置されたくし歯電極３０を有する弾性表面波素子２０と、を備える弾性表面波素子複合装置１０であって、弾性表面波素子２０と基板２３の間には、バイアス電圧を印加するための金属膜２００が配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置を有する基板と、前記基板に設けられた圧電膜と、前記圧電膜に配置されたくし歯電極を有する弾性表面波素子と、を備える弾性表面波素子複合装置であって、
前記弾性表面波素子と前記基板の間には、バイアス電圧を印加するための金属膜が配置されていることを特徴とする弾性表面波素子複合装置。
【請求項２】
前記金属膜は、前記弾性表面波素子に対応する領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子複合装置。
【請求項３】
前記弾性表面波素子の表面には、さらに金属シールド膜が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子複合装置。
【請求項４】
前記弾性表面波素子の上には絶縁膜が配置され、前記金属シールド膜は、前記絶縁膜の上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の弾性表面波素子複合装置。
【請求項５】
前記バイアス電圧は、可変自在であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子複合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）を利用した弾性表面波素子複合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品の集積化が進み、また実装スペースの縮小化が進んでいる。このような中で、半導体装置と弾性表面波素子の複合化が検討されてきている。半導体装置と弾性表面波素子を複合した複合装置が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開昭６１−９４４０９号公報（第２頁、第３頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示されている装置では、半導体と弾性表面波素子を複合化した際の問題として、新しい弾性表面波素子の発生した波が半導体側に漏れることにより、半導体の動作に悪影響を与えてしまう。このために、弾性表面波素子の周りに、金属電極を設ける構造が提案されている。
しかし、半導体が弾性表面波素子の下面に積層して配置される場合には、弾性表面波素子の発生した波が半導体側に漏れてしまい、両者の分離ができないという問題がある。
そこで本発明は上記課題を解消し、弾性表面波素子の波が半導体装置に漏れないようにでき、半導体装置の電気的動作に影響を及ぼすことを防ぐ弾性表面波素子複合装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的は、第１の発明にあっては、半導体装置を有する基板と、前記基板に設けられた圧電膜と、前記圧電膜に配置されたくし歯電極を有する弾性表面波素子と、を備える弾性表面波素子複合装置であって、前記弾性表面波素子と前記基板の間には、バイアス電圧を印加するための金属膜が配置されていることを特徴とする弾性表面波素子複合装置により、達成される。
【０００５】
第１の発明の構成によれば、弾性表面波素子と基板の間には、バイアス電圧を印加するための金属膜が配置されている。
これにより、金属膜に対してバイアス電圧を印加しておくだけで、弾性表面波素子の波（振動）が半導体装置側に漏れないために、半導体装置の電気的動作に影響を及ぼさないようにして半導体装置の誤動作を防ぐことができる。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記金属膜は、前記弾性表面波素子に対応する領域に配置されていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、金属膜は、弾性表面波素子に対応する領域に配置されている。
これにより、弾性表面波素子が発生する波（振動）を、金属膜により半導体装置側に漏れないようにすることができる。
【０００７】
第３の発明は、第１の発明の構成において、前記弾性表面波素子の表面には、さらに金属シールド膜が配置されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、弾性表面波素子の表面には、さらに金属シールド膜が形成されている。
これにより、金属シールド膜は、弾性表面波素子の表面に設けることにより、弾性表面波素子に対する外部の電磁波の影響を遮断することができる。
【０００８】
第４の発明は、第３の発明の構成において、前記弾性表面波素子の上には絶縁膜が配置され、前記金属シールド膜は、前記絶縁膜の上に配置されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、弾性表面波素子の上には絶縁膜が配置されていて、金属シールド膜は絶縁膜の上に配置されている。
これにより、絶縁膜は、弾性表面波素子のくし歯電極の上を覆って平坦化した後に、金属シールド膜はこの絶縁膜の上に形成することができる。このために、金属シールド膜は、くし歯電極の電気的な絶縁を行うことができるとともに、金属シールド膜は凹凸のない絶縁膜の上に簡単に形成することができる。
【０００９】
第５の発明は、第１の発明の構成において、前記バイアス電圧は、可変自在であることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、バイアス電圧は可変自在である。
これにより、くし歯電極に加わる電圧と、金属膜に対して印加されるバイアス電圧とによって、くし歯電極と金属膜の間には電位差が生じるので、弾性表面波素子複合装置の消費電力をコントロールすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の弾性表面波素子複合装置の好ましい実施形態を示す平面図であり、図２は、図１のＥ−Ｅ線における断面構造例を示している。
図１と図２に示す弾性表面波素子複合装置１０は、弾性表面波素子２０と半導体装置２１を有している。この弾性表面波素子２０は、半導体装置２１の上に配置されており、半導体装置２１は基板２３の上に配置されている。すなわち基板２３は半導体装置２１を有していて、基板２３は、弾性表面波素子２０と半導体装置２１の共通の搭載用の基板である。
【００１１】
図１に示す弾性表面波素子２０は、くし歯電極３０と２つの反射器３１，３２を有している。くし歯電極３０は、すだれ状電極ともいい、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）ともいう。くし歯電極３０と２つの反射器３１，３２は、たとえばアルミニウム、またはアルミニウムを成分とする合金などにより作られている。
【００１２】
くし歯電極３０は、反射器３１，３２の間に配置されていて、反射器３１、くし歯電極３０、反射器３２の順に長さＬ方向に沿って直列に並ぶようにして配列されている。くし歯電極３０は、たとえば半導体装置２１内のＤＣ電源（直流電源２１Ａ）から供給される駆動電圧信号Ｓにより弾性表面波を励振して、所定の周波数の振動を出力する機能を有している。反射器３１，３２は、くし歯電極３０を挟むようにして形成されているが、これらの反射器３１，３２はくし歯電極３０が励振した弾性表面波を反射して、反射器３１，３２内に弾性表面波を閉じ込めるようになっている。
このように弾性表面波素子２０は、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するために圧電材料の表面を伝搬する波を利用した振動デバイスである。この弾性表面波素子２０は、たとえば発振器として主に１００ＭＨｚないし３ＧＨｚの領域のダイレクト発振器として用い、ダイレクト発振器はＰＬＬ（フェーズロックループ）などの逓倍発振器に比べて低位相ノイズでもある。
【００１３】
図３は、図２に示す弾性表面波素子複合装置１０の断面構造をより詳しく示している。
図２の半導体装置２１は駆動用ＩＣ（集積回路）ともいい、半導体装置２１と弾性表面波素子２０は、共通の基板２３の上に一体的に形成されている。基板２３はたとえば半導体基板である。この基板２３は、シリコン，ＧａＡｓ，ＳｉＧｅ，ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）のいずれかにより作られた平板状の基板である。このＳＯＩは、絶縁膜上に形成した単結晶シリコン基板である。
【００１４】
この共通の基板２３の上には、半導体装置２１と弾性表面波素子２０が積層して配置されている。
基板２３の形成面４１の上には、層間絶縁膜４２が形成されている。層間絶縁膜４２は、たとえばＳｉＯ２により作ることができる。層間絶縁膜４２は、たとえば２つの層４２Ａと４２Ｂから構成されている。
【００１５】
図３に示す半導体装置２１は、弾性表面波素子２０に対して駆動電圧を供給するためのＤＣ電源２１Ａを有していて、たとえばトランジスタのような素子４４が複数個設けられている。これらの素子４４は、基板２３の形成面４１に形成されている。形成面４１の上には幾つかの金属配線４５が所定のパターンで形成されている。この金属配線４５は、基板２３の形成面４１と層４２Ａの間に形成されている。もう１つの層４２Ｂには別の金属配線４７が形成されている。金属配線４７は、素子４４に対してコンタクトプラグ４６を通じて電気的に接続され、コンタクトプラグ４６Ａを通じて金属配線４５に接続されている。
【００１６】
この層間絶縁膜４２のもう１つの層４２Ｂの上には、金属膜２００が形成されている。この金属膜２００は、たとえばアルミニウム膜などを採用することができ、たとえば０．５ミクロンメートルの厚みを有している。
金属膜２００は、電極パッド２０１に接続されている。この金属パッド２０１に対しては、たとえば外部からバイアス電圧ＢＶを印加する。
もう１つの層４２Ｂとこの金属膜２００の上には、さらに層間絶縁膜６０が形成されている。この層間絶縁膜６０は、たとえばＳｉＯ２である。層間絶縁膜６０の上には、圧電膜６１が形成されている。この圧電膜６１は、たとえばＺｎＯである。層間絶縁膜６０はあっても良いが、無くても良い。圧電膜６１は、ＺｎＯの他に、ＡｌＮやＰＺＴ（圧電性薄膜）などを用いても良い。
【００１７】
圧電膜６１の上には、上述したくし歯電極３０と反射器３１，３２がそれぞれ形成されている。この例では、くし歯電極３０の波長λはたとえば１０ミクロンメートルである。図１と図３に示すように、金属膜２００は、弾性表面波素子２０のくし歯電極３０と反射器３１，３２に対応して、層間絶縁膜６０と、半導体装置２１側の層間絶縁膜４２との間に配置されている。
【００１８】
図３に示すようにバイアス電圧ＢＶが金属膜２００に対して印加されることにより、次のようなメリットがある。
半導体装置２１を有する基板２３の上に、弾性表面波素子２０が積層して設けられているので、弾性表面波素子２０の発生する波（振動）が半導体装置２１側と基板２３に影響を与えることが考えられ、半導体装置２１は電気的な誤動作をする恐れがある。
このため本発明の実施形態では、このような半導体装置２１の誤動作を避けるために、金属膜２００に対してバイアス電圧ＢＶを印加すると、弾性表面波素子２０が発生する表面波（振動）を吸収することができる。
これによって、弾性表面波素子２０の振動が、基板２３の半導体装置２１に漏れないために、半導体装置２１の電気的動作に影響を及ぼさない。
【００１９】
本発明の実施形態においては、金属電極ともいう金属膜２００は、弾性表面波素子２０と半導体装置２１との間に配置されていることから、いわゆるＭＩＳ（金属／絶縁体／半導体）構造になっており、この金属と半導体の間に印加されるバイアス電圧によって、弾性表面波素子２０が発生する波の伝搬損失を大きく変えることができる。したがって、半導体装置２１と弾性表面波素子２０が音響的に分離可能となり、半導体装置２１に対して影響を与えなくなる。
【００２０】
図４は、発振強度と周波数との関係例を示している。図４では、実線で示す本発明の実施形態Ｆと、破線で示す比較例Ｊを示している。本発明の実施形態Ｆは、たとえば４００ＭＨｚにおいて、発振強度が顕著に出ており、尖塔性が良好であり尖塔値Ｍ１が大きく、ジッターの少ない発振特性を有している。
これに対して、本発明の実施形態と異なる比較例Ｊでは、金属膜２００は存在しておらずバイアス電圧ＢＶも勿論かかっていない状態であって、この場合にはたとえば４００ＭＨｚにおいて、尖塔値Ｍ２が本発明の実施形態Ｆの尖塔値Ｍ１に比べて小さく、しかもノイズＮがいくつか発生している。
つまり、半導体装置（駆動ＩＣ）の動作が不安定となりノイズＮが発生してしまうのである。
【００２１】
図５は、本発明の第２の実施形態を示している。
図５の第２の実施形態では、弾性表面波素子２０の上にさらに絶縁膜７０が形成されている。この絶縁膜７０は、くし歯電極３０と反射器３１，３２を覆ってしまう程度の厚みで形成されている。この絶縁膜７０はたとえばＳｉＯ２で作ることができる。
【００２２】
絶縁膜７０の表面７０Ａは平坦になっていて、この平坦な表面７０Ａの上には金属シールド層７１が形成されている。この金属シールド層７１は、くし歯電極３０、反射器３１，３２に対して外部からの電磁波の影響を防ぐための電極シールド層の役目を果たす。金属シールド層７１は、たとえばアルミニウムなどにより形成することができる。このように、弾性表面波素子複合装置１０の表面側において、金属シールド層７１を設けることができ、外部からの不要な電磁波の影響を防ぐことができる。
絶縁膜７０がくし歯電極３０、反射器３１，３２を覆う程度の厚さで形成することにより、絶縁膜７０の表面７０Ａは平坦化することができる。このために金属シールド層７１は凹凸の影響を受けずに平坦にされた表面７０Ａに対して簡単に形成することができる。そして、この絶縁層７０は、各くし歯電極３０と反射器３１，３２の相互の電気的な絶縁を図ることができる。
【００２３】
図６と図７は、本発明の第３の実施形態を示している。
図６は、本発明の第３の実施形態の弾性表面波素子複合装置１０の平面図であり、図７は図６におけるＫ−Ｋ線における断面図である。図６と図７に示す実施形態は、図１と図２に示す実施形態とほぼ同じ構造なので同じ符号を記してその説明を用いる。
【００２４】
図６と図７の実施形態が図１と図２に示す実施形態と異なるのは、くし歯電極３０が２つ設けられていることである。図１の実施形態ではくし歯電極３０が１つ設けられているいわゆる１ポート型の弾性表面波素子であり、１ポート共振子あるいは１ポートのＳＡＷデバイスとも呼ぶことができる。
図６と図７では、２つのくし歯電極３０，３０が設けられていることから、いわゆる２ポート共振子あるいは２ポートのＳＡＷデバイスと呼ぶことができる。
金属膜２００は、２つのくし歯電極３０，３０と反射器３１，３２に対応する領域において、半導体装置２１と圧電膜６１と層間絶縁膜６０の間に形成されている。
【００２５】
本発明の実施形態では、金属膜に対してバイアス電圧を印加しておくだけで、弾性表面波素子の振動が半導体装置と基板側に漏れないために、半導体装置の電気的動作に影響を及ぼさないようにすることができる。弾性表面波素子が発生する波（振動）を、金属膜により確実に半導体装置と基板側に漏れないようにすることができる。
【００２６】
本発明の実施形態では、金属シールド膜は、弾性表面波素子の表面に設けることにより、弾性表面波素子に対する外部の電磁波の影響を遮断することができる。絶縁膜は、弾性表面波素子のくし歯電極の上を覆ってした後に、金属シールド膜はこの絶縁膜の上に形成することができる。このために、金属シールド膜は、くし歯電極の電気的な絶縁を行うことができるとともに、金属シールド膜は絶縁膜の上に簡単に形成することができる。くし歯電極に加わる電圧と、金属膜に対して印加されるバイアス電圧とによって、くし歯電極と金属膜の間には電位差が生じるので、弾性表面波素子複合装置の消費電力をコントロールすることができる。
【００２７】
各実施形態における圧電膜６１はＺｎＯ（酸化亜鉛）に限らず、たとえばＡｌＮ（窒化アルミニウム），ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛），ＫＮｂＯ３（ニオブ酸カリウム）のいずれかを用いることもできる。
本発明の弾性表面波素子複合装置は、半導体弾性表面波素子複合装置とも呼ぶことができる。なお、絶縁膜のＳｉＯ２膜は、たとえばスパッタやＣＶＤ（化学的蒸着法）により形成でき、ＺｎＯはスパッタやＣＶＤにより形成できる。基板は、半導体基板の他に、ガラス基板や水晶基板であってもよい。
【００２８】
本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の弾性表面波素子複合装置の好ましい実施形態を示す平面図。
【図２】図１の弾性表面波素子複合装置のＥ−Ｅ線における断面構造例を示す図。
【図３】図２の断面構造例をより詳しく示す図。
【図４】本発明の実施形態の発生する発振強度と比較例の発振強度を比較して示す図。
【図５】本発明の別の実施形態を示す断面図。
【図６】本発明のさらに別の実施形態を示す平面図。
【図７】図６の実施形態のＫ−Ｋ線における断面図。
【符号の説明】
【００３０】
１０・・・弾性表面波素子複合装置、２０・・・弾性表面波素子、２１・・・半導体装置、２３・・・基板、３０・・・くし歯電極、３１，３２・・・反射器、２００・・・金属膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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