JP2001044754A - Ｌｃ発振器 - Google Patents

Ｌｃ発振器

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JP2001044754A JP11210167A JP21016799A JP2001044754A JP 2001044754 A JP2001044754 A JP 2001044754A JP 11210167 A JP11210167 A JP 11210167A JP 21016799 A JP21016799 A JP 21016799A JP 2001044754 A JP2001044754 A JP 2001044754A
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substrate
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Akira Okamoto
明 岡本
Takeshi Ikeda
毅 池田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上に形成した場合であっても発振動作を
行うことができるＬＣ発振器を提供すること。 【解決手段】 ＬＣ発振器は、トランジスタ、キャパシ
タおよびインダクタ素子３０を含んで構成されている。
インダクタ素子３０は、半導体基板１１０の表面に形成
されたほぼ同じ形状を有する渦巻き形状の２本の導体１
２０、１２２を有しており、導体１２０の内周端と導体
１２２の外周端とが電気的に接続されている。導体１２
０の外周端と内周端のそれぞれには引出線１３０、１３
２が接続されており、内周端に接続された引出線１３２
は、下層の導体１２２と半導体基板１１０との間を通し
て外周側に引き出される。上層の導体１２０は、インダ
クタ導体として機能しており、その両端に接続された引
出線１２０、１２２を介して、半導体基板１１０上に形
成されたＬＣ発振器の他の構成部品に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板等の各
種の基板上に形成されるＬＣ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】半導
体基板上に薄膜成形技術を利用して渦巻き形状のパター
ンを形成し、このパターンをインダクタ素子として利用
する半導体回路が知られている。このような半導体基板
上に形成されたインダクタ素子に電流が流れると、渦巻
き形状のパターンに垂直な方向に磁束が発生するが、こ
の磁束によって半導体基板表面に渦電流が発生して有効
磁束を打ち消すため、インダクタ素子として有効に機能
しなくなるという問題がある。特に、インダクタ素子に
流れる信号の周波数が高くなるほどこの傾向が顕著であ
り、インダクタ素子を共振素子として含むＬＣ発振器を
半導体基板上に形成することは難しい。
【０００３】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、基板上に形成した場合であ
っても発振動作を行うことができるＬＣ発振器を提供す
ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明のＬＣ発振器に含まれるインダクタ素子
は、互いに絶縁された状態で基板上に重ねて形成され、
それぞれの一方端同士が接続された２つの導体を有して
おり、基板から離間した一方の導体をインダクタ導体と
して用いるとともに、このインダクタ導体の引出線を基
板に接近した他方の導体と基板との間を通している。こ
のような構造を有するインダクタ素子は、基板上に形成
しても渦電流等によってインダクタンス成分が消失せず
に所定のインダクタンスを有することが実験により確か
められており、このインダクタ素子をＬＣ発振器の一部
品として用いることにより、ＬＣ発振器を基板上に形成
した場合であっても発振動作を行わせることができる。
特に、このインダクタ素子に含まれるインダクタ導体の
引出線を、他方の導体と基板との間を通して引き出すこ
とにより、インダクタ導体によって発生する有効磁束の
流れを遮ることを最小限に抑えることができ、良好な特
性のインダクタ素子を得ることができる。
【０００５】また、上述したインダクタ素子は、基板上
に３層以上の金属層が形成されている場合に、互いに１
層以上隔たった異なる層の金属層を用いて、上述した２
つの導体と引出線のそれぞれを形成することが望まし
い。ＬＣ発振器に含まれるインダクタ素子をこのような
構造とすることにより、インダクタ導体と引出線とを少
なくとも２層以上離すことができるため、引出線を流れ
る電流による影響をさらに少なくすることができる。
【０００６】また、上述したインダクタ素子に含まれる
２つの導体の一方端同士の接続を、インダクタ導体の一
方端から延びる引出線の一部を利用して行うことが望ま
しい。インダクタ導体と交差する導線（引出線および接
続線）の本数を減らすことができるため、インダクタ導
体によって発生する有効磁束の流れを遮る程度をさらに
低減することができる。また、各導体や引出線を露光装
置等を用いて製造する場合に、マスクの形状を簡略化す
ることができるため、ＬＣ発振器全体の製造コストおよ
び製造に要する手間を軽減することができる。
【０００７】また、本発明のＬＣ発振器に含まれるイン
ダクタ素子は、互いに絶縁された状態で基板上に重ねて
形成され、それぞれの一方端同士が接続された２つの導
体を有しており、基板から離間した一方の導体をインダ
クタ導体として用いるとともに、他方の導体の端部であ
ってインダクタ導体に接続されていない側を所定のイン
ピーダンス素子で終端している。インダクタ素子内のイ
ンダクタ導体によって発生する有効磁束によって他方の
導体にも電流が流れるが、この他方の導体の自由端側の
端部をインピーダンス素子で終端することにより、この
部分での不要反射を防止してインダクタ素子の特性改善
を行うことが可能になるため、このようなインダクタ素
子を含むＬＣ発振器に確実な発振動作を行わせることが
できる。また、上述したインピーダンス素子を抵抗、キ
ャパシタ、インダクタのいずれを用いて、あるいはこれ
らをどのように組み合わせて形成するかによって、他方
の導体の周波数特性等を調整することができるため、イ
ンピーダンス素子の素子定数を適切な値に調整すること
による発振特性の微調整が可能になる。
【０００８】また、上述したインピーダンス素子を構成
する抵抗、キャパシタ、インダクタの少なくとも一つの
素子定数を変更可能にして、この素子定数を可変するこ
とにより終端条件を調整することが望ましい。外部から
何らかの手段によって、例えば印加する制御電圧の値を
変更することによって、インピーダンス素子全体の素子
定数、すなわち終端条件の変更によるインダクタ素子の
特性の調整、およびこれに伴う発振周波数の微調整が可
能になる。
【０００９】特に、上述した基板が半導体基板である場
合に、素子定数が変更可能なキャパシタを可変容量ダイ
オードによって形成することが望ましい。半導体基板を
利用して形成した可変容量ダイオードを用いることによ
り、部品の小型化が可能であるとともに、後から外付け
部品を付けて配線等を行う場合に比べて製造工程の簡略
化によるＬＣ発振器の製造コストの低減が可能になる。
同様に、上述した基板が半導体基板である場合に、チャ
ネルを抵抗体として用いたＦＥＴによって形成すること
が望ましい。半導体基板を利用して形成したＦＥＴによ
る可変抵抗を用いることにより、部品の小型化が可能で
あるとともに、後から外付け部品を付けて配線等を行う
場合に比べて製造工程の簡略化によるＬＣ発振器の製造
コストの低減が可能になる。
【００１０】また、インピーダンス素子を構成するイン
ダクタは、基板上に所定形状に形成された導体層によっ
て形成することが望ましい。導体の一方端を終端するた
めに用いられるインダクタには高いＱが要求されないた
め、基板上の導体パターンによって実現することが可能
であり、しかもこの導体パターンを各種の配線等を行う
金属層を利用して同じ工程で形成することが可能になる
ため、ＬＣ発振器全体の小型化、工程の簡略化およびこ
れに伴うコストダウンが可能になる。
【００１１】また、上述した基板としては半導体基板を
用い、この基板上にＬＣ発振器の各構成部品を形成する
ことが望ましい。有効に機能するインダクタ素子を半導
体基板上に形成することができれば、インダクタ素子を
含むＬＣ発振器の各構成部品を半導体基板上に形成でき
ることになるため、外付け部品を用いることなくＬＣ発
振器の全体を半導体基板上に一体形成することが可能と
なる。
【００１２】また、上述した２つの導体は、ほぼ同一形
状あるいは長尺形状に形成することが望ましい。同一形
状とすることにより、上層の導体が基板表面と直接対向
することがないため、直接対向させたときに基板上に生
じる渦電流を低減することができる。また、２つの導体
の形状を長尺形状とすることにより、上層の導体に所定
のインダクタンスを持たせることができる。特に、導体
を１周以上の渦巻き形状あるいは蛇行形状に形成した場
合には、大きなインダクタンスを持たせることができる
ため、比較的低い周波数のＬＣ発振器に用いる場合に適
している。また、導体を１周未満の周回形状あるいはほ
ぼ直線形状に形成した場合には、渦巻き形状等に形成し
た場合に比べてインダクタンスを小さくすることができ
るため、比較的高い周波数のＬＣ発振器に用いる場合に
適している。
【００１３】また、２つの導体を渦巻き形状とした場合
には、一方の導体の内周端と他方の導体の外周端とを接
続することが望ましい。このような接続を行うことによ
り、基板上にインダクタ導体を形成した状態でさらに大
きなインダクタンスを確保できることが実験により確か
められており、基板上で有効に機能するインダクタ素子
を実現することができる。特に、周回数が１周以上の渦
巻き形状の場合には、この渦巻き形状のインダクタ導体
の内周側端部から引出線を延ばす必要があるが、基板に
近い導体と基板との間を通してこの引出線を引き出すこ
とにより、インダクタ導体によって発生する有効磁束の
流れを遮ることを最小限に抑えることができる。
【００１４】また、上述したインダクタ素子は、インダ
クタンス成分とともにキャパシタンス成分を有する複合
素子としての使用に適している。このインダクタ素子
は、互いに重なり合った２つの導体を有しており、その
特性にはキャパシタンス成分も含まれるため、インダク
タやキャパシタと組み合わせて用いるＬＣ発振器の一部
品とすることにより、このインダクタ素子の特性を有効
に利用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態のＬＣ発振器について、図面を参照しながら具体的に
説明する。
【００１６】〔第１の実施形態〕図１は、第１の実施形
態のＬＣ発振器の構成を示す回路図である。図１に示す
ＬＣ発振器１０は、トランジスタ２０と、このトランジ
スタ２０のベース・エミッタ間に接続されたキャパシタ
２２と、エミッタ・コレクタ間に接続されたキャパシタ
２４と、ベース・コレクタ間に直列に接続されたキャパ
シタ２６およびインダクタ素子３０とを含んで構成され
ている。
【００１７】このＬＣ発振器１０においては、２つのキ
ャパシタ２２、２４のキャパシタンスがトランジスタ２
０の端子間容量の数十倍になるように設定されており、
キャパシタ２６を介してインダクタ素子３０が接続され
ている。
【００１８】上述した構成を有する本実施形態のＬＣ発
振器１０は、コルピッツ回路を改良したクラップ回路で
ある。ＬＣ発振器１０において、発振周波数を決定する
共振回路のキャパシタは、キャパシタ２２、２４、２６
の直列接続と等価になるため、キャパシタ２６に相当す
るキャパシタを有しないコルピッツ回路に比べて、キャ
パシタ２２および２４のキャパシタンスを大きくするこ
とができる。したがって、トランジスタ２０の端子間容
量が変化した場合であっても、共振回路の共振周波数に
大きな影響を与えることがなく、発振周波数の安定度を
向上させることができる。
【００１９】図２は、本実施形態のＬＣ発振器１０に含
まれるインダクタ素子３０の平面構造を示す図である。
また、図３は図２に示したインダクタ素子３０に含まれ
る上層の導体を示す図である。図４は図２に示したイン
ダクタ素子３０に含まれる下層の導体の形状を示す図で
ある。
【００２０】本実施形態のインダクタ素子３０は、半導
体基板１１０の表面に形成された渦巻き形状の２本の導
体１２０、１２２を有している。これら２本の導体１２
０、１２２は、ほぼ同一形状を有しており、半導体基板
１１０の表面側から見たときに、上層となる一方の導体
１２０と下層となる他方の導体１２２とがほぼ重なるよ
うに配置されている。各導体１２０、１２２は、例えば
金属薄膜（金属層）、あるいはポリシリコン等の半導体
材料によって形成されている。
【００２１】図５は、上述した２本の導体１２０、１２
２の接続状態を示す図である。図５に示すように、上層
の導体１２０の外周端（外縁端）と内周端（中心端）の
それぞれには、引出線１３０、１３２が接続されてお
り、上層の導体１２０の内周端と下層の導体１２２の外
周端とが接続線１３４によって接続されている。
【００２２】上層の導体１２０は、インダクタ導体とし
て機能しており、その両端に接続された引出線１３０、
１３２を介して、半導体基板１１０上に形成されたＬＣ
発振器１０の他の部品に接続される。
【００２３】図６は、図２のＶＩ−ＶＩ線拡大断面図で
ある。図５および図６に示すように、半導体基板１１０
の表面には、少なくとも３層の金属層１６０、１６２、
１６４が形成されており、半導体基板１１０から最も離
間した最上層の金属層１６０を用いてインダクタ導体と
しての一方の導体１２０が形成され、中層の金属層１６
２を用いて他方の導体１２２が形成されている。
【００２４】また、最上層の導体１２０の内周端から引
き出される引出線１３２は、半導体基板１１０に最も近
い最下層の金属層１６４を用いて形成されている。例え
ば、図６に示すように、導体１２０の内周端と引出線１
３２の一方端とがスルーホール１５０を介して接続され
ており、最下層の金属層１６４によって形成された引出
線１３２が渦巻き形状のインダクタ導体の各周回部分と
直交するように外周側に向けて引き出される。なお、３
つの金属層１６０、１６２、１６４を用いて形成される
導体１２０、１２２、引出線１３２および半導体基板１
１０のそれぞれの間には絶縁層１４０、１４２、１４４
が形成されており、相互の絶縁が行われる。
【００２５】本実施形態のＬＣ発振器１０に含まれるイ
ンダクタ素子３０は上述した構造を有しており、上層の
導体１２０の両端のそれぞれに接続された２本の引出線
１３０、１３２の間に所定のインダクタンスが現れるた
め、この上層の導体１２０をインダクタ導体として用い
ることができる。また、この上層の導体１２０の下側
に、この導体１２０とほぼ同一形状を有する導体１２２
を形成し、互いの一方端同士を接続線１３４で接続する
ことにより、上層の導体１２０をインダクタ導体として
使用した際に半導体基板１１０の表面の渦電流の発生を
抑えることができ、上層の導体１２０をインダクタ導体
として有効に機能させることができる。
【００２６】また、本実施形態のＬＣ発振器１０に含ま
れるインダクタ素子３０においては、インダクタ導体と
しての上層の導体１２０の内周端から引き出される引出
線１３２は、最下層の金属層１６４を用いて形成されて
おり、インダクタ導体からは他方の導体１２２を挟んだ
最も離間した位置に配置されている。したがって、イン
ダクタ導体によって発生する有効磁束の流れを遮ること
を最小限に抑えることができ、良好な特性を得ることが
できる。このように、本実施形態のＬＣ発振器１０に含
まれるインダクタ素子３０は、半導体基板１１０の表面
の少なくとも３層の金属層１６０、１６２、１６４を用
いて形成することができるため、半導体基板１１０上に
他の部品とともに一体形成して集積化することが可能に
なる。
【００２７】ところで、本出願人は、上述した２つの導
体１２０、１２２を基板上に重ねて配置するとともに、
それぞれの一方端同士を接続して形成されるインダクタ
素子を用いたＬＣ発振器の有効性について、各種の実験
を行っており、その実験結果に基づく出願（特願平１０
−１４０５４１号）を既に行っている。本実施形態のＬ
Ｃ発振器１０はその改良であり、２つの導体１２０、１
２２が２層構造を有していることを利用して、引出線１
３２の引き出し位置を工夫することにより、ＬＣ発振器
１０に用いられるインダクタ素子３０の特性の改善を図
ったものである。例えば、半導体基板やその他の基板上
に単に渦巻き形状のインダクタ導体を形成した場合を考
えると、このインダクタ導体が形成されている金属層よ
りも上層あるいは下層の金属層を用いて引出線を形成し
ても、インダクタ層と引出線とが隣接して配置されるこ
とに変わりはなく、インダクタ導体によって発生する有
効磁束を遮ることになる。しかし、本実施形態のＬＣ発
振器１０に含まれるインダクタ素子３０では、インダク
タ導体としての一方の導体１２０と引出線１３２との間
に他方の導体１２２が配置されているため、インダクタ
導体１２０と交差するように引出線１３２を引き出した
場合の有効磁束の乱れを低減することができる。
【００２８】以下、上述した出願（特願平１０−１４０
５４１号）で示した実験結果を引用して、本実施形態の
ＬＣ発振器の有効性を説明する。
【００２９】図７は、インダクタ素子３０に含まれる導
体１２０と同じ形状の１層の電極を有するインダクタ素
子を用いてＬＣ発振器を構成した場合の出力特性の測定
結果を示す図である。この出力特性の測定に用いたイン
ダクタ素子は、厚さが０．１３ｍｍ、比誘電率３．１７
の絶縁部材の表面に、パターン幅が１ｍｍ、周回するパ
ターンの隣接間隔が０．２ｍｍ、周回数が５ターンの電
極が形成されたものが用いられている。また、図７（後
述する図９、図１０も同様）の縦軸は対数表示した出力
振幅を、横軸は対数表示した出力信号の周波数をそれぞ
れ示している。図７に示すように、このような１層の電
極からなるインダクタ素子を他の導体基板や半導体基板
から充分に隔離した状態でＬＣ発振器を動作させること
により、１１９ＭＨｚの発振周波数が観察された。
【００３０】図８は、図７に示した出力特性の測定に使
用したインダクタ素子を用い、これに導体基板である銅
板を次第に近づけていった場合のＬＣ発振器の出力特性
を示す図である。図８の縦軸は対数表示した出力振幅
を、横軸は出力信号の周波数をそれぞれ示している。図
８に示すように、１層の電極からなるインダクタ素子を
用いて発振させた状態において、このインダクタ素子に
銅板を次第に近づけていくと、発振周波数が１１８ＭＨ
ｚから１３９ＭＨｚ、１６８ＭＨｚ、１９８ＭＨｚと高
くなり、厚さ３．１７ｍｍの絶縁部材を挟んで電極と銅
板を密着させると、発振が停止することが観察された。
【００３１】このように、単に１層の電極を渦巻き形状
に形成したインダクタ素子を用い、これを銅板上に形成
した場合には、ＬＣ発振器の発振動作が停止してしま
う。これは、１層の電極からなるインダクタ素子が有す
るインダクタンスが銅板を接近させることにより小さく
なるためである。銅板を近づけたときにインダクタンス
が小さくなる原因としては、電極に信号が入力されたと
きに発生する磁束によって銅板表面に渦電流が生じてこ
の磁束を打ち消すことが考えられる。
【００３２】図９は、図２に示したインダクタ素子３０
に含まれる２本の導体１２０、１２２と同じ形状および
配置の２層の電極を有するインダクタ素子を用いてＬＣ
発振器を構成した場合の出力特性の測定結果を示す図で
ある。また、図１０はインダクタ素子３０に含まれる２
本の導体１２０、１２２と同じ形状および配置を有する
インダクタ素子を用い、これに銅板を密着させた場合の
ＬＣ発振器の出力特性を示す図である。
【００３３】これらの測定に用いたインダクタ素子は、
図７および図８に測定結果を示したインダクタ素子に対
して、図２に示した導体１２２に対応する電極を追加し
た構造を有している。なお、このインダクタ素子に銅板
を密着させる場合には、充分に薄い絶縁部材を介して下
層の電極と銅板とが配置されている。
【００３４】渦巻形状を有する２層の電極を対向配置し
たインダクタ素子を用いたＬＣ発振器は、このインダク
タ素子を他の導電性部材から充分離間した状態では、図
９に示す測定結果からわかるように、７０ＭＨｚ近傍の
発振周波数を有する。この発振周波数が、図７に示した
１層の電極からなるインダクタ素子を用いた場合の発振
周波数（１１９ＭＨｚ）よりも低くなるのは、２層の電
極からなるインダクタ素子がインダクタンス成分とキャ
パシタンス成分を有する複合素子として機能するため
に、このキャパシタンス成分がインダクタ素子を含む共
振回路の共振周波数を下げるためである。
【００３５】また、上述した２層の電極を有するインダ
クタ素子を銅板に密着させた状態では、図１０に示すよ
うに、発振周波数（１２７ＭＨｚ）がずれるが、同じよ
うな発振現象が確認された。これは、上述した電極の２
重構造を有するインダクタ素子を用いることにより、銅
板を密着させてもそのインダクタンス成分が消失するこ
とがなく、インダクタ導体としての機能を維持している
ことを示している。
【００３６】このように、２層の電極を渦巻き形状に形
成したインダクタ素子は、その一方（インダクタ導体と
して使用する電極と反対側）に銅板を密着させても、そ
のインダクタンス成分が消失せずにインダクタ導体とし
て機能し、これを用いたＬＣ発振器の発振動作が維持さ
れる。したがって、基本的に同じ構造を有する本実施形
態のインダクタ素子３０を用いることにより、このイン
ダクタ素子３０をはじめとするＬＣ発振器１０の各構成
部品を半導体基板１１０上に形成した場合であっても、
ＬＣ発振器１０に発振動作を行わせることができる。
【００３７】〔第２の実施形態〕図１１は、第２の実施
形態のＬＣ発振器に用いられるインダクタ素子３０Ａの
構造を示す図である。なお、本実施形態のＬＣ発振器の
全体構成は、図１に示した第１の実施形態のＬＣ発振器
と基本的に同じであり、その詳細な説明は省略する。本
実施形態のＬＣ発振器に含まれるインダクタ素子３０Ａ
は、図５に示した第１の実施形態のインダクタ素子３０
の接続状態に対して所定のインピーダンス素子２００を
追加した点が異なっている。すなわち、上述した第１の
実施形態のインダクタ素子３０では、インダクタ導体と
しての一方の導体１２０とほぼ重なるように配置された
他方の導体１２２に着目すると、一方の端部（図２に示
した例では外周端）のみが接続線１３４に接続されてお
り、内周側が自由端（オープンの状態）になっている。
本実施形態では、導体１２２の内周端をインピーダンス
素子２００を介して終端することにより、インダクタ素
子３０Ａ全体の特性を改善あるいは調整することができ
る。
【００３８】例えば、インダクタ素子３０Ａの一方の導
体１２０に電流が流れたときに、他方の導体１２２に誘
導電流あるいは接続線１３４を介して直接流れ込む電流
が生じるが、他方の導体１２２の内周端をインピーダン
ス素子２００を介して終端することにより、この内周端
における不要反射を防止することができる。また、イン
ピーダンス素子２００の素子定数を調整あるいは変更す
ることにより、インダクタ素子３０Ａを含む回路の周波
数特性の改善や変更が容易となる。例えば、周波数を低
くしたい場合にはインピーダンス素子２００としてイン
ダクタを使用すればよく、反対に周波数を高くしたい場
合にはインピーダンス素子２００としてキャパシタを用
いればよい。あるいは、インピーダンス素子２００は、
これらのインダクタやキャパシタあるいは抵抗を任意に
組み合わせて形成するようにしてもよい。
【００３９】また、上述したインピーダンス素子２００
は、最も簡単にはインダクタ、キャパシタあるいは抵抗
のチップ部品を用いることができる。また、図６に断面
構造を示したように、インダクタ素子３０Ａを構成する
２つの導体１２０、１２２等を半導体基板１１０上に形
成することを考慮すると、インピーダンス素子２００も
半導体製造技術を用いて半導体基板１１０上に形成する
ことが望ましい。例えば、高抵抗体を用いて抵抗を形成
したり、所定の面積を有する２層の金属層を対向させて
キャパシタを形成したり、所定形状の導体によってイン
ダクタを形成する場合が考えられる。なお、インピーダ
ンス素子２００は単に終端用の素子として用いられるた
め、これをインダクタによって実現する場合であっても
それ程高いＱは必要ない。このため、所定形状（例えば
渦巻き形状）の導体を半導体基板１１０上に形成して構
成されるインダクタをインピーダンス素子２００として
使用することも可能になる。
【００４０】また、素子定数が外部からの制御手段によ
って変更可能なインピーダンス素子２００を用いるよう
にしてもよい。図１２は、導体１２２の内周端に可変容
量ダイオード２１０を接続する場合の構成を示す図であ
る。可変容量ダイオード２１０は、逆バイアスの状態で
使用することにより所定のキャパシタンスを有するキャ
パシタとして動作し、逆バイアス電圧の大きさを可変す
ることによってキャパシタンスが変更される。この可変
容量ダイオード２１０は、直流成分除去用のキャパシタ
２１２を介して導体１２２の内周端に接続されている。
【００４１】図１３は、図１２に示した可変容量ダイオ
ード２１０を半導体基板１１０上に形成した場合の断面
構造を示す図である。図１３に示すように、ｎ型シリコ
ン基板（ｎ−Ｓｉ基板）によって形成される半導体基板
１１０の表面付近に形成されたｐ+ 領域２２０と、さら
にその一部に形成されたｎ+ 領域２２２とを含んでお
り、これらのｐ+ 領域２２０とｎ+ 領域２２２とがｐｎ
接合層を形成している。また、ｐ+ 領域２２０の表面に
は接地用の電極２３０が形成されており、ｎ+ 領域２２
２の表面には可変の逆バイアス電圧を制御電圧Ｖｃとし
て印加するための電極２３２が形成されている。電極２
３２に正の制御電圧Ｖｃを印加することにより、この制
御電圧Ｖｃの大きさに応じてキャパシタンスが変化する
可変容量ダイオード２１０を形成することができる。
【００４２】図１４は、導体１２２の内周端にＦＥＴ２
４０による可変抵抗を接続する場合の構成を示す図であ
る。図１４に示すように、可変抵抗はＦＥＴ２４０のチ
ャネルを抵抗体として用いることにより容易に実現する
ことができる。ゲート電極に印加する制御電圧Ｖｃを変
更することにより、ソースとドレイン間に形成されるチ
ャネルの抵抗を変更することができる。また、ＦＥＴ２
４０は、半導体基板１１０の表面付近にソース領域やド
レイン領域を形成するとともに、これらの各領域やその
間のチャネルが形成される領域の近傍に所定形状の電極
を形成することにより、半導体基板１１０上に容易に形
成することができる。
【００４３】このように、外部から印加される制御電圧
Ｖｃに応じて素子定数が変更可能なインピーダンス素子
を用いて導体１２２の一方の端部を終端することによ
り、終端条件を変更することができるため、インダクタ
素子３０Ａに入出力される信号の周波数等が変更になっ
た場合であっても、この変更に合わせて終端条件を調整
することができ、ＬＣ発振器の特性改善が可能になる。
【００４４】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施
が可能である。例えば、図２に示したインダクタ素子３
０は、上層の導体１２０の内周端と下層の導体１２２の
外周端とを互いに接続線１３４を介して接続するように
したが、反対に上層の導体１２０の外周端と下層の導体
１２２の内周端とを互いに接続するようにしてもよい。
また、インダクタ素子のインダクタンスがある程度小さ
くなることを許容する場合には、導体１２０、１２２の
各外周端同士、あるいは各内周端同士を接続するように
してもよい。
【００４５】図１５は、図２に示したインダクタ素子３
０に含まれる２本の導体１２０、１２２と同じ形状およ
び配置に２層の電極を有し、これらの各電極の外周端同
士を接続したインダクタ素子を用いてＬＣ発振器を構成
した場合の出力特性の測定結果を示す図である。また、
図１６は図１５に示した特性の測定に用いたインダクタ
素子に銅板を密着させた場合のＬＣ発振器の出力特性の
測定結果を示す図である。なお、これらの測定結果は、
上述した出願（特願平１０−１４０５４１号）に含まれ
る実験結果をそのまま引用したものである。これらの図
に示すように、２つの電極の外周端同士が互いに接続さ
れたインダクタ素子を用いたＬＣ発振器では、銅板を密
着させることによってその発振周波数が１１７ＭＨｚか
ら１７１ＭＨｚに変化するが、発振動作が停止すること
なく維持される。
【００４６】また、上述した実施形態では、インダクタ
素子３０、３０Ａに含まれる２本の導体１２０、１２２
を渦巻き形状に形成したため、大きなインダクタンスを
有するインダクタ素子３０、３０Ａを実現することがで
きるが、２本の導体１２０、１２２を蛇行形状に形成す
るようにしてもよい（図１７（Ａ））。また、高周波回
路の一部品としてこのインダクタ素子３０、３０Ａを用
いる場合には小さなインダクタンスで充分であるため、
導体１２０、１２２のターン数を減らして１ターン未満
に形成したり（図１７（Ｂ））、ほぼ直線形状に形成す
るようにしてもよい（図１７（Ｃ））。
【００４７】また、上述した実施形態では、２つの導体
１２０、１２２の形状をほぼ同じに設定したが、異なる
形状に設定するようにしてもよい。例えば、下層の導体
１２２のターン数を上層の導体１２０のターン数よりも
多く設定するようにしてもよい。このように、上層の導
体１２０の下側に下層の導体１２２の全部あるいは一部
が配置されると、直接上層の導体１２０が半導体基板１
１０と対向しなくなるため、上層の導体１２０による渦
電流の発生を有効に防止することができる。
【００４８】また、上述した実施形態では、半導体基板
１１０上に２本の導体１２０、１２２を形成することに
よりインダクタ素子３０、３０Ａを形成したが、金属等
の導体基板上に２本の導体１２０、１２２を形成したイ
ンダクタ素子を実現することもできる。図１０等に示し
た実験結果から、この場合であってもインダクタ素子と
して有効に機能し、ＬＣ発振器が発振動作を行うことが
確かめられている。導体基板上に密着させてインダクタ
素子３０、３０Ａを形成することができれば、金属製の
シールドケース等の表面にインダクタ素子３０、３０Ａ
を配置することも可能になり、インダクタ素子の設置ス
ペースの確保が容易となる。
【００４９】また、上述した各実施形態のインダクタ素
子３０、３０Ａは、２つの導体１２０、１２２の一方端
同士を接続するために、引出線１３０、１３２とは別の
接続線１３４を用いたが、図１８に示すように、一方の
引出線１３２の一部を用いて２つの導体１２０、１２２
の一方端同士の接続を行うようにしてもよい。この場合
には、接続線１３４が不要になるため、構造の簡略化が
可能になるとともに、接続線１３４によって不要な磁束
を発生したり、インダクタ導体によって発生する有効磁
束を乱すことがなくなるため特性の改善が可能になる。
【００５０】また、上述した実施形態では、ＬＣ発振器
としてクラップ回路を用いた場合について説明したが、
インダクタとキャパシタの共振を利用した発振動作を行
わせる他のＬＣ発振器、例えばコルピッツ回路等を用い
るようにしてもよい。この場合であっても、ＬＣ発振器
に含まれるインダクタ素子として図２等に示した構造を
有するインダクタ素子を用いることにより、半導体基板
上あるいは導体基板上で発振動作を行うＬＣ発振器を実
現することができる。
【００５１】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、一方
端同士が接続された２つの導体の中の基板から離間した
側をインダクタ導体として用いるとともに、このインダ
クタ導体の引出線を基板に接近した他の導体と基板との
間を通しており、インダクタ導体によって発生する有効
磁束の流れを遮ることを最小限に抑えることができるた
め、このインダクタ素子をＬＣ発振器の一部品として用
いることにより良好な特性を有するＬＣ発振器を基板上
に形成して発振動作を行わせることができる。
【００５２】また、本発明によれば、インダクタ導体に
よって発生する有効磁束によって他方の導体にも電流が
流れるが、この他方の導体の自由端側の端部をインピー
ダンス素子で終端することにより、この部分での不要反
射を防止してインダクタ素子の特性改善を行うことがで
きるため、より良好な特性を有するＬＣ発振器を基板上
に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のＬＣ発振器の構成を示す回路
図である。
【図２】図１に示すＬＣ発振器に含まれるインダクタ素
子の平面構造を示す図である。
【図３】図２に示したインダクタ素子に含まれる上層の
導体を示す図である。
【図４】図２に示したインダクタ素子に含まれる下層の
導体の形状を示す図である。
【図５】インダクタ素子に含まれる２本の導体の接続状
態を示す図である。
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線拡大断面図である。
【図７】ＬＣ発振器の出力特性の測定結果を示す図であ
る。
【図８】ＬＣ発振器の出力特性の測定結果を示す図であ
る。
【図９】ＬＣ発振器の出力特性の測定結果を示す図であ
る。
【図１０】ＬＣ発振器の出力特性の測定結果を示す図で
ある。
【図１１】第２の実施形態のインダクタ素子の構造を示
す図である。
【図１２】下層の導体の内周端に可変容量ダイオードを
接続する場合の構成を示す図である。
【図１３】図１２に示した可変容量ダイオードを半導体
基板上に形成した場合の断面構造を示す図である。
【図１４】下層の導体の内周端に可変抵抗を接続する場
合の構成を示す図である。
【図１５】ＬＣ発振器の出力特性の測定結果を示す図で
ある。
【図１６】ＬＣ発振器の出力特性の測定結果を示す図で
ある。
【図１７】インダクタ素子に含まれる導体の変形例を示
す図である。
【図１８】２つの導体の端部同士を接続する接続線を省
略したインダクタ素子の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ＬＣ発振器 ２０ トランジスタ ２２、２４、２６ キャパシタ ３０、３０Ａ インダクタ素子 １１０ 半導体基板 １２０、１２２ 導体 １３０、１３２ 引出線 １３４ 接続線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J024 AA09 BA11 BA19 CA09 DA28 DA29 5J081 AA02 AA11 CC10 CC28 DD03 EE02 EE03 EE09 JJ12 JJ14 KK02 LL01 MM01 MM04 MM07

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に形成されたインダクタ素子を用
    いるＬＣ発振器であって、 前記インダクタ素子は、互いに絶縁された状態で基板上
    に重ねて形成され、それぞれの一方端同士が接続された
    ２つの導体を有しており、前記基板から離間した一方の
    前記導体をインダクタ導体として用い、このインダクタ
    導体の引出線を前記基板に接近した他方の前記導体と前
    記基板との間を通した位置に配置することを特徴とする
    ＬＣ発振器。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記インダクタ素子は、前記基板上に形成された３層以
    上の金属層において、互いに１層以上隔たった異なる層
    の前記金属層を用いて、前記２つの導体および前記引出
    線のそれぞれを形成することを特徴とするＬＣ発振器。
  3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記インダクタ素子は、前記引出線の一部を利用して、
    前記２つの導体の一方端同士の接続を行うことを特徴と
    するＬＣ発振器。
  4. 【請求項４】 基板上に形成されたインダクタ素子を用
    いるＬＣ発振器であって、 前記インダクタ素子は、互いに絶縁された状態で基板上
    に重ねて形成され、それぞれの一方端同士が接続された
    ２つの導体を有し、前記基板から離間した一方の前記導
    体をインダクタ導体として用いるとともに、他方の前記
    導体の端部であって前記インダクタ導体に接続されてい
    ない側を所定のインピーダンス素子で終端することを特
    徴とするＬＣ発振器。
  5. 【請求項５】 請求項４において、 前記インピーダンス素子は、抵抗、キャパシタ、インダ
    クタの少なくとも一つの素子定数が変更可能であり、前
    記素子定数を可変することにより終端条件を変更するこ
    とを特徴とするＬＣ発振器。
  6. 【請求項６】 請求項５において、 前記基板は、半導体基板であり、 前記キャパシタを、前記半導体基板の内外に形成された
    半導体層を用いた可変容量ダイオードによって形成する
    ことを特徴とするＬＣ発振器。
  7. 【請求項７】 請求項５において、 前記基板は、半導体基板であり、 前記抵抗を、前記半導体基板の内外に形成された半導体
    層を用いたＦＥＴのチャネルによって形成することを特
    徴とするＬＣ発振器。
  8. 【請求項８】 請求項１〜５のいずれかにおいて、 前記基板は半導体基板であり、構成部品を前記インダク
    タ素子が形成されている前記基板上に形成することを特
    徴とするＬＣ発振器。
  9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかにおいて、 前記２つの導体は、ほぼ同一形状を有していることを特
    徴とするＬＣ発振器。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかにおいて、 前記２つの導体は、長尺形状を有しており、それぞれの
    長手方向の一方端同士を接続することを特徴とするＬＣ
    発振器。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜９のいずれかにおいて、 前記２つの導体は、周回数が１周未満の周回形状を有し
    ており、それぞれの一方端同士を接続することを特徴と
    するＬＣ発振器。
  12. 【請求項１２】 請求項１〜９のいずれかにおいて、 前記２つの導体は、周回数が１周以上の渦巻き形状を有
    しており、それぞれの一方端同士を接続することを特徴
    とするＬＣ発振器。
  13. 【請求項１３】 請求項１〜３のいずれかにおいて、 前記２つの導体は、周回数が１周以上の渦巻き形状を有
    しており、それぞれの一方端同士を接続するとともに、
    前記インダクタ導体の内周側端部から引き出される前記
    引出線を前記他方の導体と前記基板の間を通すことを特
    徴とするＬＣ発振器。
  14. 【請求項１４】 請求項１〜９のいずれかにおいて、 前記２つの導体は、ほぼ直線形状に形成されており、そ
    れぞれの一方端同士を接続することを特徴とするＬＣ発
    振器。
  15. 【請求項１５】 請求項１〜９のいずれかにおいて、 前記２つの導体は、蛇行形状に形成されており、それぞ
    れの一方端同士を接続することを特徴とするＬＣ発振
    器。
  16. 【請求項１６】 請求項１２または１３において、 一方の前記導体の内周側端部と他方の前記導体の外周側
    端部とを接続することを特徴とするＬＣ発振器。
  17. 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれかにおいて、 前記インダクタ素子は、上層の前記導体のインダクタン
    ス成分と、前記２つの導体間のキャパシタンス成分とを
    有することを特徴とするＬＣ発振器。
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