JP4566012B2

JP4566012B2 - 可変容量コンデンサ，回路モジュールおよび通信装置

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Publication number: JP4566012B2
Application number: JP2005006806A
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Inventors: 秀治栗岡
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Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2010-10-20
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Description

本発明は、高周波領域においても誘電損失が小さく良好に動作することができる可変容量コンデンサ，回路モジュールおよび通信装置に関するものであり、特に印加電圧により容量を大きく変化させることができるとともに、高周波信号による非線形歪を小さく抑えることができ、耐電力に優れ、印加電圧の極性に左右されない、取り扱いの容易な可変容量コンデンサならびにそれを用いた回路モジュールおよび通信装置に関するものである。

常誘電体であるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）薄膜や、強誘電体であるチタン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３）薄膜は、ＩＣ用誘電体薄膜キャパシタとして従来より使われている酸化珪素（ＳｉＯ_２）薄膜，窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜，酸化タリウム（Ｔａ_２Ｏ_５）薄膜に比べ誘電率が高く、ＩＣ用誘電体薄膜キャパシタの小面積化に好適な誘電体材料として期待されている。

そして、これらチタン酸ストロンチウムやチタン酸バリウムストロンチウム等のペロブスカイト構造を有する強誘電体酸化物薄膜を誘電体層として用いた薄膜コンデンサが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特許文献１に提案されている薄膜コンデンサを図12に断面図で示す。この薄膜コンデンサ200は、支持基板201上に、第１電極層202と、薄膜誘電体層203と、第２電極層204とを順次被着形成したものである。具体的には、支持基板201上の略全面に第１電極層202となる導体層を被着形成した後、電極形状にパターン加工を行ない、所定形状の第１電極層202を形成する。次に、第１電極層202上に薄膜誘電体層203を形成する。この薄膜誘電体層203は、所定位置にマスクを載置して薄膜形成法により形成したり、あるいは、スピンコート法により形成し、その後、所定形状にパターニングしたりすることによって形成する。なお、必要に応じて薄膜誘電体層203について加熱硬化処理を行なう。次に、薄膜誘電体層203上の略全面に第２電極層204となる導体層を形成した後、第２電極204の電極形状にパターン加工を施して所定形状の第２電極層204を形成して、薄膜コンデンサ200が形成されていた。なお、ここで、薄膜誘電体層203のうち、実際に第１電極層202と第２の電極層204とで挟持される対向領域が容量発生領域となる。

このような薄膜コンデンサ200を実際に使用する場合には、薄膜誘電体層203に所定の直流バイアス電圧（バイアス信号）を印加して、薄膜誘電体層203の誘電率を所望の値に制御することにより容量特性を制御することができ、その結果、可変容量コンデンサとして機能するものとなる。ここで、第１電極層202および第２電極層204は、バイアス信号によって制御された所定の容量成分を発生する電極と、バイアス信号を薄膜誘電体層203に供給する電極との二つの役割を果たしていた。
特開平11−260667号公報

しかしながら、この薄膜コンデンサ200においては、例えば図13（ａ）および（ｂ）にそれぞれ等価回路図で示すように、バイアス信号は薄膜コンデンサ200が実装される配線基板に形成した外部回路（バイアス供給回路）Ｇで供給されていた。

ここで、図13（ａ）では、薄膜コンデンサ200とバイアス供給回路Ｇとの接続点Ａとバイアス端子Ｖとの間に、インダクタンス成分としてのチョークコイル205が配置されている。

また、図13（ｂ）では、バイアス供給回路Ｇに、薄膜コンデンサ200で動作させる高周波信号の波長λに対してλ／４線路長のストリップ線路206を形成している。そして、そのストリップ線路206のバイアス端子Ｖ側の一端は接地されており、さらに、ストリップ線路206のバイアス端子Ｖ側の一端と接地部との間に直流制限容量素子208を形成している。

このように、従来の可変容量コンデンサである薄膜コンデンサ200を利用する際には、この薄膜コンデンサ200以外に、配線基板上に薄膜コンデンサ200の構造および特性に応じたバイアス供給回路Ｇを用意しなくてはならなかった。このため、配線基板に実装される薄膜コンデンサ200に対応したバイアス供給回路Ｇを設計する必要があり、その調整に非常に複雑な手間が必要となるという問題点があった。さらに、薄膜コンデンサ200とバイアス供給回路Ｇとが別々に構成されるため、全体として大型化してしまうという問題点もあった。

また、従来の薄膜コンデンサ200においては、高周波信号端子とバイアス端子Ｖとは、共通で使用されているため、外部回路にてチョークコイル205等を用いて、高周波成分（高周波信号の信号成分）と直流成分（バイアス信号）とを切り分ける必要があった。

また、薄膜コンデンサ200において容量を大きく変化させるには、薄膜誘電体層203の厚みを薄くする必要がある。しかしながら、コンデンサの容量は、誘電体の面積に比例し、厚みに反比例するので、薄膜誘電体層203の厚みを薄くすると、低容量値を実現するためには容量発生部である第１電極層202および第２電極層204の電極対向面積を小さくしなければならず、作製が困難になるという問題点があった。

また、上述のような薄膜コンデンサ200を高周波用電子部品として用いる場合には、薄膜コンデンサ200に容量を変化させるための直流バイアス電圧と、高周波信号の電圧（高周波電圧）とが同時に印加されることになる。しかしながら、高周波電圧が高い場合には、高周波電圧によっても薄膜コンデンサ200の容量が変化するため、高周波電子部品において波形歪みや相互変調歪み等が生じるようになる。これら波形歪みや相互変調歪み等を小さくするためには、高周波電界強度を下げて高周波電圧による容量変化を小さくする必要があり、そのためには、誘電体層203の厚みを厚くすることが有効であるが、誘電体層200の厚みを厚くすると直流電界強度も小さくなるため、直流バイアス電圧による容量変化率も下がってしまうという問題点がある。

また、高周波領域ではコンデンサに電流が流れやすくなるため、コンデンサを高周波領域で使用中にはコンデンサの損失抵抗によりコンデンサが発熱し、破壊してしまうという耐電力上の問題がある。このような耐電力の問題に対しても、薄膜誘電体層203の厚みを厚くし、単位体積当たりの発熱量を小さくすることが有効であるが、前述のように薄膜誘電体層203の厚みを厚くすると直流電界強度も小さくなるため、直流バイアス電圧による容量変化率も下がってしまうという問題点がある。

また薄膜コンデンサ200においては、薄膜誘電体層203と第１電極層202との界面の状態と、薄膜誘電体層203と第２電極層204との界面の状態とは一般的に異なるため、直流バイアス電圧を印加した場合には、その極性によりリーク電流特性が異なる場合がある。この現象は、ショットキー放出電流としてよく知られる現象である。すなわち、第１電極層202と第２電極層204とが異なる材料により形成されている場合には、第１電極層202の薄膜誘電体層203に対する仕事関数と、第２電極層204の薄膜誘電体層203に対する仕事関数とが異なるため、第１電極層202または第２電極層204のどちらから電子を放出してリーク電流が発生するかによってリーク電流の大きさが異なる。すなわち、直流バイアス電圧の極性によりリーク電流が異なることとなる。また、仮に第１電極層202と第２電極層204とが同一材料であっても、第１電極層202とその上に形成された薄膜誘電体層203との界面の状態および薄膜誘電体層203との上に形成された第２電極層204との間の界面の状態は微視的には異なるため仕事関数が異なり、この場合にも、直流バイアス電圧の極性によりリーク電流が異なることとなる。このため、薄膜コンデンサ200においては、設計時のみならず実装時にも直流バイアス電圧の極性に対して注意が必要であるという問題点があった。

本発明は、以上のような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、可変容量コンデンサに対する独立した外部のバイアス供給回路の形成を不要とし、取り扱いが容易な可変容量コンデンサを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、可変容量コンデンサに対する要求特性が低容量の場合であっても生産性よく作製できる可変容量コンデンサを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、高周波信号による容量変化が抑制され、相互変調歪みが小さく、耐電力に優れ、かつ直流バイアスにより容量を大きく変化させることが可能な可変容量コンデンサを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、直流バイアス電圧の極性の違いによる可変容量コンデンサの容量特性の違いを抑制することで、直流バイアス電圧の極性を考慮することなく簡便に実装できる可変容量コンデンサを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、上記本発明の可変容量コンデンサを用いた回路モジュールおよび通信装置を提供することにある。

本発明の可変容量コンデンサは、１）支持基板と、前記支持基板上に配置される第１、第２の信号端子と、前記第１の信号端子と前記第２の信号端子との間に配置され、順次直列に接続さる偶数個の可変容量素子と、を備えた可変容量コンデンサであって、前記偶数個の可変容量素子は、それぞれが上下に配置された第１電極層および第２電極層と、これら２つの電極層に挟まれた、直流バイアス電圧により誘電率が変化する誘電体層とを含み、これら偶数個の可変容量素子は、互いに隣り合う一方の前記可変容量素子の前記第１電極層と他方の前記可変容量素子の前記第２電極層とが電気的に接続され、前記偶数個の可変容量素子のうち一方端に配置された可変容量素子は前記第１の信号端子と電気的に接続され、前記偶数個の可変容量素子のうち他方端に配置された可変容量素子は前記第２の信号端子と電気的に接続され、前記第１の信号端子と前記偶数個の可変容量素子のうち一方端に配置された可変容量素子との接続部分、前記第２の信号端子と前記偶数個の可変容量素子のうち他方端に配置された可変容量素子との接続部分、および前記第１の信号端子から前記第２の信号端子に向かって前記偶数個の可変容量素子を順に数えたときに、偶数番目の可変容量素子とその次の奇数番目の可変容量素子との接続部分のそれぞれには、第１のバイアス端子が抵抗成分およびインダクタ成分の少なくとも一方を含む第１のバイアスラインを介して接続され、前記第１の信号端子から前記第２の信号端子に向かって前記偶数個の可変容量素子を順に数えたときに、奇数番目の可変容量素子とその次の偶数番目の可変容量素子との接続部分には、第２のバイアス端子が抵抗成分およびインダクタ成分の少なくとも一方を含む第２のバイアスラインを介して接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の可変容量コンデンサは、２）上記１）において、前記偶数個の可変容量素子のうち一方端に配置された前記可変容量素子は、直流制限容量素子を介して、前記第１の信号端子に接続され、前記直流制限容量素子の容量値が、前記偶数個の可変容量素子の個々の容量値よりも５〜３０倍大きいことを特徴とするものである。

また、本発明の可変容量コンデンサは、３）上記１）または２）において、前記可変容量素子を上下方向に平面透視したときに、前記誘電体層は、その外周縁が前記第１電極層の外周縁より内側に位置するようにして前記第１電極層の上面に配置され、前記第２電極層は、その外周縁が前記誘電体層の外周縁の内側に位置するようにして前記誘電体層の上面に配置され、前記第１電極層の上面の前記誘電体層が配置されていない部分、前記誘電体層の上面の前記第２電極層が配置されていない部分、および前記第２電極層の上面の外周部分は絶縁層で被覆され、隣接する前記可変容量素子において、一方の可変容量素子の前記第２電極層の上面のうち前記絶縁層から露出する部分と、他方の可変容量素子の前記第１電極層の上面のうち前記絶縁層および前記誘電体層から露出する部分とが、引出し電極により接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の可変容量コンデンサは、４）前記第１のバイアス端子と前記第２のバイアス端子は、前記偶数個の可変容量素子の中心に対して点対称の位置に配置されていることを特徴とするものである。

また、本発明の第５の可変容量コンデンサは、５）上記１）〜４）のいずれかにおいて、前記誘電体層は、チタン酸バリウムストロンチウムからなることを特徴とするものである。

また、本発明の回路モジュールは、６）上記１）〜５）のいずれかの本発明の可変容量コンデンサが共振回路を構成するコンデンサとして用いられていることを特徴とするものである。

また、本発明の通信装置は、７）上記６）の本発明の回路モジュールがフィルタ手段として用いられていることを特徴とするものである。

本発明の可変容量コンデンサによれば、上記１）のように構成したことから、直流バイアス電圧はバイアスラインを介して各可変容量素子に単独に印加されることになるため、直流的には各可変容量素子が並列に接続された可変容量コンデンサとなり、バイアス信号による各可変容量素子の容量変化率を最大限に利用することができる。一方、高周波信号は、バイアスラインが抵抗成分およびインダクタ成分の少なくとも一方を含むことによりバイアスラインには流れないため、高周波的には各可変容量素子が直列に接続された可変容量コンデンサとなる。従って、高周波電圧は各可変容量素子に分圧されるため、高周波信号による容量変化を小さくでき、波形歪みや相互変調歪み等を効果的に抑制することができ、さらには耐電力を向上させることができる。

さらに、各可変容量素子が直列接続されているため、１つの可変容量素子により一箇所で容量を形成する場合に比べ、第１および第２電極層の面積を大きくすることができるので、可変容量コンデンサに対する要求特性が低容量の場合であっても製造が簡易となり、加工精度が向上し、精度良く、また再現性良く所望する容量値を実現することができ生産性が高くなる。

さらに、互いに隣り合う一方の可変容量素子の第１電極層と他方の可変容量素子の第２電極層とが電気的に接続されているため、バイアスラインを介して直流バイアス電圧を印加するときに、誘電体層に電子を放出する電極層が隣り合う可変容量素子で上下交互に配置されることとなり、第１電極層と第２電極層との材料の違いや、誘電体層と第１電極層との界面および誘電体層と第２電極層との界面の界面状態の違いに起因して仕事関数が異なる場合であっても、各可変容量素子におけるリーク電流特性の違いが、可変容量コンデンサ全体では偶数個の可変容量素子において相殺され、その結果、直流バイアス電圧の極性を入れ替えた場合の可変容量コンデンサのリーク電流特性の変化は、可変容量コンデンサを構成する可変容量素子が偶数個のときにはほとんどないものとなる。一方、可変容量素子が奇数個のときには、可変容量素子１個は相殺されないこととなるが、この可変容量素子１個のリーク電流が可変容量コンデンサ全体のリーク電流に占める割合は、ほぼ１／（可変容量素子の個数）であるので、この場合でも、直流バイアス電圧の極性によるリーク電流の変化を大幅に低減することができる。よって、このような本発明の可変容量コンデンサによれば、直流バイアス電圧の極性を考慮する必要がなく、簡便に実装できるものとなる。

さらに、バイアスラインが抵抗成分を有する場合は、可変容量コンデンサに印加された直流バイアス電圧は、各可変容量素子の誘電体層の抵抗値とバイアスラインの抵抗成分との比に応じて誘電体層とバイアスラインとに分圧されるため、各可変容量素子のリーク電流特性が直流バイアス電圧の極性により異なる場合に、各可変容量素子の誘電体層に印加される直流バイアス電圧も、その極性により異なってくる。この分圧の影響は、誘電体層の抵抗値が低く、かつバイアスラインの抵抗値が非常に大きい場合に顕著に現れる。その結果、直流バイアス電圧を印加したときの各可変容量素子の容量値は、リーク電流特性の影響を受け、直流バイアス電圧の絶対値が同じでもその極性より異なってくる。しかし、本発明の可変容量コンデンサによれば、上記１）のように構成したことにより、上述のように各可変容量素子におけるリーク電流特性の違いが可変容量コンデンサ全体では大幅に低減されることから、各可変容量素子における直流バイアス電圧の極性による容量特性の変化も、可変容量コンデンサが偶数個の可変容量素子で構成される場合では可変容量コンデンサ全体で相殺され、奇数個の場合でも可変容量素子１個による変化にまで大幅に低減することができる。従って、本発明の可変容量コンデンサを利用する際に、直流バイアス電圧の極性を考慮する必要がなくなり、取り扱いが容易となる。

また、本発明の可変容量コンデンサによれば、上記２）のように構成したときには、直流制限容量素子が本発明の可変容量コンデンサに含まれるので、従来の可変容量コンデンサのようにこの可変容量コンデンサが実装される外部の配線基板に独立した直流制限容量素子を形成する必要がなく、可変容量コンデンサが実装される回路基板の小型化が図れるとともに、取り扱いが容易となる。

また、本発明の可変容量コンデンサによれば、上記３）のように構成したときには、２ｎ＋１（ｎは自然数）個の可変容量素子が直列に接続されている可変容量コンデンサの容量値は、２ｉ−１（ｉはｎ以下の自然数）個以外の偶数個の可変容量素子による直列合成容量値とほぼ等しくなり、２ｉ−１個の可変容量素子の容量値は、可変容量コンデンサの容量値に実質的に影響を及ぼさない。従って、上述のような、可変容量コンデンサが奇数個の可変容量素子により構成されている場合の、１個の可変容量素子に由来する容量特性の直流バイアス電圧の極性による変化が、可変容量コンデンサ全体ではほとんど表れなくなり、可変容量コンデンサが偶数個の可変容量素子で構成されている場合と実質的に同じとなる。その結果、上述のような直流バイアス電圧の極性による、各可変容量素子の容量特性の変化を、可変容量コンデンサ全体で抑制することができる。

また、本発明の可変容量コンデンサによれば、上記４）のように、直列に接続された可変容量素子の並びの一端が一方の信号端子に接続され、および可変容量素子の並びの他端が他方の信号端子に接続されているとともに、バイアスラインが、第１電極層の並びを、交互に一方および他方の信号端子に接続する、一方および他方のバイアスラインからなるものに構成したときには、高周波信号用の信号端子と、直流バイアス電圧を印加するためのバイアス端子とを、一つの端子にて共用することができるものとなるため、バイアス端子を別途形成する必要が無く、可変容量コンデンサの構造を簡便にでき、また小型化するのに有利である。

また、本発明の可変容量コンデンサによれば、上記５）のように構成したときには、誘電体層がチタン酸バリウムストロンチウムからなるので、誘電損失が小さく、かつ容量変化率の大きいものとなる。

また、本発明の回路モジュールによれば、６）上記１）〜５）のいずれかの構成の可変容量コンデンサが共振回路を構成するコンデンサとして用いられているため、コンデンサの容量変化率が大きく、かつ所望の容量を精度良く得ることができることにより、広い周波数範囲にわたり所望の共振周波数を精度良く得ることのできるものとなる。また、共振回路を構成するコンデンサが耐電力に優れ、直流バイアス電圧の極性に依存しないことから、信頼性が高く、簡便に作製でき、生産性の高いものとなる。

また、本発明の通信装置によれば、７）上記６）の本発明の回路モジュールがフィルタ手段として用いられているため、広い周波数範囲にわたり所望の共振周波数を精度良く設定できることにより、フィルタ手段として使用可能な周波数範囲が広く、かつ所望のフィルタ機能を精度良く得ることのできるものとなる。

以下、本発明の可変容量コンデンサについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１および図２は本発明の第１の可変容量コンデンサの実施の形態の一例を示すものであり、４個の可変容量素子が直列に接続されている場合を示すものである。図１は透視状態を示す平面図であり、図２は図１に示す例のＡ−Ａ’線における断面図である。

図１および図２において、１は支持基板であり、２は第１電極層であり、４は誘電体層であり、５は第２電極層であり、31，32，33，34はそれぞれ導体ラインであり、61，62，63，64，65はそれぞれ薄膜抵抗であり、７は絶縁層であり、８は互いに隣り合う一方の可変容量素子の第１電極層２と他方の可変容量素子の第２電極層５とを電気的に接続するための引出し電極層であり、９は半田拡散防止層であり、10は保護層であり、111，112，113，114はそれぞれ半田端子部である。

なお、この半田拡散防止層９および半田端子部111，112で信号端子を構成している。また、半田拡散防止層９および半田端子部113，114でバイアス端子を構成している。以下、半田拡散防止層９と半田端子部111とで構成される信号端子を第１の信号端子，半田拡散防止層９と半田端子部112とで構成される信号端子を第２の信号端子，半田拡散防止層９と半田端子部114とで構成されるバイアス端子を第１のバイアス端子，半田拡散防止層９と半田端子部113とで構成されるバイアス端子を第２のバイアス端子という。また図１および図２において、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、それぞれ上下に配置された第１電極層２および第２電極層５と、これら２つの電極層２，５に挟まれた誘電体層４とからなる、印加電圧としての直流バイアス電圧により容量が変化する可変容量素子を示す。

さらに、図１に示す例において、導体ライン31，32に抵抗成分として薄膜抵抗61，62，63を接続して構成されるバイアスラインを第１のバイアスライン、導体ライン33，34に抵抗成分として薄膜抵抗64，65を接続して構成されるバイアスラインを第２のバイアスラインという。

支持基板１は、アルミナ等のセラミック基板、サファイア等の単結晶基板等である。そして、支持基板１の上に第１電極層２、誘電体層４および第２電極層５を順次、支持基板１のほぼ全面に成膜する。これらの各層の成膜終了後、第２電極層５、誘電体層４および第１電極層２を順次、所定の形状にエッチングする。

第１電極層２、誘電体層４、および第２電極層５の成膜に際しては、第１電極層２と誘電体層４との間、ならびに誘電体層４と第２電極層５との間に、パーティクル等の可変容量コンデンサの特性を劣化させる要因になりうる不純物の混入を最低限に抑制することが望ましい。従って、これら第１電極層２，誘電体層４および第２電極層５の成膜は、同じ成膜装置で、成膜室を大気開放せずに連続して行なうことが望ましい。このため、具体的な成膜方法としては、スパッタリング法が好適である。

第１電極層２は、誘電体層４の形成に高温スパッタリングが必要となるため、その高温に耐えられるように高融点であることが必要である。具体的には、Ｐｔ，Ｐｄ等の金属材料から成るものである。さらに、第１電極層２は、高温スパッタリングによる形成後、誘電体層４のスパッタリング温度である700〜900℃へ加熱され、誘電体層４のスパッタリング開始まで一定時間保持することにより、平坦な層となる。

第１電極層２の厚みは、第１電極層２自身の抵抗成分や連続性を考慮した場合には厚い方が望ましいが、支持基板１との密着性を考慮した場合には相対的に薄い方が望ましく、両方を考慮して決定される。具体的には、0.1μｍ〜10μｍである。なぜなら、第１電極層２の厚みが0.1μｍよりも薄くなると、第１電極層２自身の抵抗が大きくなるほか、第１電極層２の連続性が確保できなくなる可能性があるからであり、一方、10μｍより厚くすると、内部応力が大きくなって、支持基板１との密着性が低下したり、支持基板１の反りを生じたりするおそれがあるからである。

誘電体層４は、少なくともＢａ，Ｓｒ，Ｔｉを含有するペロブスカイト型酸化物結晶粒子からなる高誘電率の誘電体層であることが好ましい。中でも、チタン酸バリウムストロンチウムを用いることにより、誘電損失が低く、かつ容量変化率の大きいものとなるので好ましい。この誘電体層４は、第１電極層２の表面（上面）に形成されている。例えば、ペロブスカイト型酸化物結晶が得られる誘電体材料をターゲットとして、スパッタリング法による成膜を所望の厚みになる時間まで行なう。このとき、基板温度を高く、例えば800℃として高温スパッタリングを行なうことにより、スパッタリング後の熱処理を行なうことなく、高誘電率で容量変化率の大きい、低損失の誘電体層４を得ることができる。

第２電極層５の材料としては、この層の抵抗を下げるため、抵抗率の小さなＡｕが望ましいが、誘電体層４との密着性向上のためには、Ｐｔを用いたり、Ｐｔ等を密着層として用いたりすることが望ましい。この第２電極層５の厚みは0.1μｍ〜10μｍとなっている。この厚みの下限については、第１電極層２と同様に、第２電極層５自身の抵抗と連続性とを考慮して設定される。また、厚みの上限については、誘電体層４との密着性を考慮して設定されるが、誘電体層４の厚み以下とすることにより、後の第２電極層５のエッチングの際に誘電体層４への影響を少なくすることができ、エッチングによるパターニング精度が向上するため、所望する容量値を精度良く得ることができる。

上述のように成膜した後、第２電極層５，誘電体４および第１電極層２を、順次、所定の形状にエッチングする。エッチングは、レジストをスピンコーティング法等により全面に均一に塗布し、フォトリソグラフィ法によりレジストを所定の形状にパターニングした後、ウェットエッチングもしくはドライエッチングにより行なう。可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の容量値は第２電極層５の面積により決定されるため、第２電極層５のエッチングでは、より精度の高いドライエッチングを用いることが望ましい。

ドライエッチングは、例えば電子サイクロトロン共鳴装置（ＥＣＲ装置）を用い、アルゴンプラズマをエッチャントとして行なうことができる。

なお、誘電体層４のエッチングはウェットエッチングおよびドライエッチングのどちらにより行なってもよい。

また、第１電極層２のエッチングは、ウェットエッチングおよびドライエッチングのどちらを用いてもよいが、第１電極層２の厚みが厚い場合には、パターニング精度の観点から、第２電極層５と同様にドライエッチングにより行なうことが望ましい。

以上のような第２電極層５，誘電体層４および第１電極層２のエッチングにおいては、誘電体層４の下面は第１電極層２の上面より小さく、第２電極層５の下面は誘電体層４の上面よりも小さくなるようにエッチングされる。これにより、電界の集中しやすい第１電極層２の外縁部分に誘電体層４がないので、リーク電流特性が向上する。

このようにして、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４を得ることができる。

ここで、第１の信号端子と可変容量素子Ｃ１と、および可変容量素子Ｃ４と第２の信号端子とを電気的に接続するために、支持基板１上の第１および第２の信号端子を形成する位置に導電性材料からなる導電層を形成することが望ましい。この導電層は、可変容量コンデンサＣ１〜Ｃ４を形成した後に、新たに成膜することで形成してもよいが、第１電極層２のパターニングの際に、同時にこれら導電層も形成するようにパターニングを行なうことによって、第１電極層２と同一の材料および同一の工程で形成してもよい。

第１バイアスラインは、導体ライン31，32および薄膜抵抗61，62，63とから構成されており、第１のバイアス端子から第１の可変容量素子Ｃ１の第１電極層２との間、第３の可変容量素子Ｃ３の第１電極層２との間、および第４の可変容量素子Ｃ４の第２電極層５、すなわち第４の可変容量素子Ｃ４の第２電極層５と引き出し電極８を介して電気的に接続された第２の信号端子の配置位置に形成された導電層との間をそれぞれ接続するように設けられており、第１のバイアス端子を介して外部回路と接続される。

第２バイアスラインは、導体ライン33，34および薄膜抵抗64，65から構成されており、第２のバイアス端子から第２の可変容量素子Ｃ２の第１電極層２との間および第４の可変容量素子Ｃ４の第１電極層２との間をそれぞれ接続するように設けられており、第２のバイアス端子を介して外部回路と接続される。

このような構成の第１および第２バイアスラインを設けることにより、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４は第１および第２バイアスラインを介して並列に接続されている。

この導体ライン31，32，33，34は、上述の第１電極層２、誘電体層４および第２電極層５を順次、所望の形状に形成した後、新たに成膜することによって形成することができる。その際には、既に形成した第１電極層２，誘電体層４および第２電極層５を保護するためにリフトオフ法を用いることが望ましい。

なお、これに限らず、この導体ライン31，32，33，34は、第１電極層２のパターニングの際に、同時にこれら導体ライン31〜34も形成するようにパターニングを行なうことによって形成することで、第１電極層２と同一の材料および同一の工程で形成してもよい。

ここで、第１および第２のバイアス端子の形成位置にて導体ライン31と導体ライン32と、および導体ライン33と導体ライン34とをそれぞれ電気的に接続するために、支持基板１上の第１および第２のバイアス端子を形成する位置に導電性材料からなる導電層を形成することが望ましい。この導電層は、可変容量コンデンサＣ１〜Ｃ４を形成した後に新たに成膜して形成してもよいが、導体ライン31〜34を形成するときに、導体ライン31〜34の第１および第２のバイアス端子の形成位置における形状を第１および第２のバイアス端子の形状に合わせて形成することで、同時にこれら導電層も一体となるように形成するようにパターニングを行なうことによって、導体ライン31〜34と同一の材料および同一の工程で形成してもよい。

なお、第１および第２のバイアス端子を、本発明の可変容量コンデンサの中心に対して互いに点対称の位置に配置することにより、可変容量コンデンサを図１に示す平面図において上下反対にしても配線基板に実装することができるため、取り扱いが容易となる。

次に、第１および第２のバイアスラインを構成する薄膜抵抗61〜65の材料としては、比抵抗が１Ωｃｍ以上であるものが望ましい。このような高抵抗の材料を用いることにより、所望の抵抗を有する薄膜抵抗61〜65を小さな形状で作製することができ、小型集積化に有利となる。薄膜抵抗61〜65の具体的な材料として、窒化タンタル，ＴａＳｉＮ，Ｔａ−Ｓｉ−Ｏを例示することができる。例えば、窒化タンタルの場合であれば、Ｔａ（タンタル）をターゲットとして、窒素を雰囲気中に加えてスパッタリングを行なうリアクティブスパッタリング法により、所望の組成比，抵抗率の薄膜抵抗61〜65を成膜することができる。

このスパッタリングの条件を適宜選択することにより、比抵抗１Ωｃｍ以上の膜を作製することができる。さらに、スパッタリングの終了後、レジストを塗布して所定の形状にした後、これをマスクとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングプロセスを行なうことにより、簡便にパターニングすることができる。

第１および第２バイアスラインの抵抗値は、使用する周波数領域において第１および第２バイアスラインのインピーダンスが各可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４のインピーダンスよりも大きくなるように設定される。導体ライン31〜34の抵抗値は薄膜抵抗61〜65の抵抗値と比較して非常に小さくなるため、第１および第２バイアスラインの抵抗値は薄膜抵抗61〜65の抵抗値とほぼ等しくなる。従って、薄膜抵抗61〜65の抵抗値を、使用する周波数領域において、各可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４のインピーダンスより大きくなるように設定する。例えば、この可変容量コンデンサを周波数１ＧＨｚで使用し、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の容量を４ｐＦとした場合には、この周波数の１／10の周波数（100ＭＨｚ）からインピーダンスに悪影響を与えないように、薄膜抵抗61〜65の抵抗値を可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の100ＭＨｚでのインピーダンスの10倍以上の抵抗値に設定するものとすると、必要な薄膜抵抗61〜65の抵抗値は約４ｋΩ以上となる。一方で、薄膜抵抗61〜65を、上述の比抵抗が１Ωｃｍの材料を用いて、例えば膜厚を50ｎｍとし、アスペクト比（長さ／幅）を50として形成すると、10ｋΩの抵抗値を得ることができるので、４ｋΩ以上の抵抗値を有する薄膜抵抗61〜65は容易に、かつ形状を大きくすることなく実現できる。

これら薄膜抵抗61〜65を含む第１および第２のバイアスラインは、支持基板１上に直接形成されている。これにより、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４上に形成する場合に必要となる、第１電極層２，第２電極層５および引出し電極層８との絶縁を確保するための絶縁体層が不要となり、可変容量コンデンサの構成を簡易なものとすることができる。また、第１および第２バイアスラインを可変容量コンデンサ内に設けることにより、この可変容量コンデンサが実装される配線基板に外部のバイアス供給回路を形成する必要がないので、回路の小型化が図れるとともに、取り扱いが容易となる。

また、図１に示す例では可変容量素子Ｃ１〜４の第１電極層２および第２の信号端子の形成位置に成膜した導電層に薄膜抵抗61〜65の一端をそれぞれ接合し、薄膜抵抗61〜65の他端を導体ライン31〜34に接合しているが、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の第１電極層２および第２の信号端子の形成位置に成膜した導電層と第１および第２のバイアス端子とを接続する導体ライン31〜34の途中に薄膜抵抗61〜65を設けてもよい。

次に、絶縁層７を形成する。絶縁層７は、同一の可変容量素子内における第２電極層５の上に形成する引出し電極層８と第１電極層２との絶縁を確保するほか、誘電体層４を覆うことにより、可変容量コンデンサの耐湿性を向上させる目的で形成する。

また、絶縁層７は、通常のレジストを用いるドライエッチング法等により、所望の形状に加工して形成する。絶縁層７には、図１中に点線で示している、第１の信号端子と可変容量素子Ｃ１の第１電極層２とを接続するための貫通孔、第２電極層５と引出し電極層８とを接続するための貫通孔、隣り合う可変容量素子の引出し電極層８と第１電極層２とを接続するための貫通孔、引出し電極層８と第２の信号端子とを接続するための貫通孔が設けられる。

絶縁層７の材料には、耐湿性を向上させるために、例えば二酸化ケイ素や窒化ケイ素を用いることができる。これらは、被覆性を考慮して、化学気相堆積（ＣＶＤ）法等により成膜することが望ましい。

次に、引出し電極層８は、可変容量素子Ｃ１の第２電極層５と可変容量素子Ｃ２の第１電極層２と、可変容量素子Ｃ２の第２電極層５と可変容量素子Ｃ３の第１電極層２と、可変容量素子Ｃ３の第２電極層５と可変容量素子Ｃ４の第１電極層２と、可変容量素子Ｃ４の第２電極層５と第２の信号端子を形成する位置に成膜された導電層とを、それぞれ絶縁層７の貫通孔を通して電気的に接続するように形成される。

ここで、可変容量素子Ｃ１の第１電極層２を第１の信号端子と電気的に接続することにより、第１の信号端子から第２の信号端子まで可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４が直列に接続される。可変容量素子Ｃ１の第１電極層２を第１の信号端子と電気的に接続するには、例えば、可変容量素子Ｃ１の第１電極層２と第１の信号端子を形成する位置に成膜された導電層とを電気的に接続させてもよいし、第１の信号端子と可変容量素子Ｃ１とで第１電極層２を共用するように、可変容量素子Ｃ１の第１電極層２を第１の信号端子を形成する位置まで連続して形成してもよい。

この引出し電極層８の材料としては、Ａｕ，Ｃｕ等の低抵抗な金属を用いることが望ましい。また、引出し電極層８に対する絶縁層７の密着性を考慮して、Ｔｉ，Ｎｉ等の密着層を使用してもよい。

なお、引出し電極層８を形成するときに、第１および第２の信号端子，第１および第２のバイアス端子の形成位置に、引出し電極層８を構成する材料からなる層を形成することが好ましい。第１および第２の信号端子，第１および第２のバイアス端子を形成する位置の高さを揃えることにより、実装が容易となるからである。

次に、半田拡散防止層９を形成する。半田拡散防止層９は、半田端子部111〜114を形成する際のリフローや実装の際に、半田端子部111〜114の半田の引出し電極層８あるいは第１電極層２への拡散を防止するために形成する。この半田拡散防止層９の材料としては、Ｎｉが好適である。また、半田拡散防止層９の表面には、半田濡れ性を向上させるために、半田濡れ性の高いＡｕ，Ｃｕ等を0.1μｍ程度形成する場合もある。

次に、半田端子部111〜114を露出させて、その他全体を被覆するように保護層10を形成する。保護層10は、可変容量コンデンサの構成部材を機械的に保護するほか、薬品等による汚染から保護するためのものである。ただし、この保護層10を形成するときには、半田端子111〜114を形成する位置の半田拡散防止層９を露出させて形成する。保護層10の材料としては、耐熱性が高く、段差に対する被覆性が優れたものがよく、具体的にはポリイミド樹脂やＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂等を用いる。これらは、樹脂原料溶液をスピンコーティング法等により塗布した後、所定の温度で硬化させることにより形成される。

最後に、半田拡散防止層９の上に半田端子部111，112，113，114を形成する。これらは、可変容量コンデンサの外部の配線基板への実装を容易にするために形成する。これら半田端子部111，112，113，114は、半田端子部111，112，113，114に所定のマスクを用いて半田ペーストを印刷後、リフローを行なうことにより形成するのが一般的である。

以上のような構成の本発明の可変容量コンデンサにおいては、入力端子と出力端子となる第１および第２の信号端子間で可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４が直列接続されており、かつ第１および第２バイアスラインを構成する薄膜抵抗61〜65が可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４のインピーダンスに比べ十分大きいインピーダンス成分となっていることより、第１および第２の信号端子より供給される高周波信号が第１および第２バイアスラインを介して高周波信号が漏れることがない。このため、本発明の可変容量コンデンサは、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４が高周波的には直列に接続されていることになる。

従って、各可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の容量形成部となる第１電極層２および第２電極層５の面積を大きくすることができるため、加工精度が向上し、精度良く、また再現性良く所望する容量値を実現することができる。

また、これら直列接続された可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に印加される高周波電圧は各々の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に分圧されるため、個々の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に印加される高周波電圧は減少する。これにより、高周波信号に対する容量変動を小さく抑えることができ、高周波電子部品における波形歪みや相互変調歪み等を効果的に抑制することができるとともに、耐電力性を向上させることができる。

また、本発明の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４においては、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の容量特性を制御する印加電圧である直流バイアス電圧は、第１または第２のバイアス端子から第１および第２バイアスラインを介して可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に流れる。この可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に印加される直流バイアス電圧の大きさに応じて、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４は所定の誘電率となり、その結果、所望の容量特性が得られることとなる。

ここで、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４は、第１および第２バイアスラインを介して並列に接続されているため、直流バイアス電圧を安定して個々の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に供給することができ、容量特性の制御が容易な可変容量コンデンサとなる。

また、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に印加される高周波電圧は第１および第２バイアスラインを介して高周波信号が漏れることがないので、直流バイアス電圧をさらに安定して可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に印加でき、その結果、直流バイアス電圧による可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の容量変化率を最大限に利用できるものとなる。

ここで、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の容量特性は直流バイアス電圧を印加して制御するが、外部から印加する直流バイアス電圧をＶｏ，第１および第２バイアスラインの抵抗成分の大きさをＲｂ，可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の誘電体層４の絶縁抵抗の大きさをＲｃとすると、実際に可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に印加される直流バイアス電圧の大きさは、第１および第２バイアスラインが抵抗成分を有するため分圧され、Ｖｏ×Ｒｃ／（Ｒｂ＋Ｒｃ）となる。可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の絶縁抵抗の大きさＲｃは、リーク電流の大きさにより変わるので、直流バイアス電圧の極性が異なると、実際に可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に印加される直流バイアス電圧の大きさも異なることとなる。その結果、外部より同じ直流バイアス電圧を印加しても、直流バイアス電圧の極性により、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の容量特性が異なることとなる。

そこで、本発明の可変容量コンデンサにおいては、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に直流バイアス電圧を印加したときに誘電体層４に電子を放出する電極を隣り合う可変容量素子で上下交互に配置することにより、個々の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に着目すると、可変容量素子Ｃ１，Ｃ３と可変容量素子Ｃ２，Ｃ４とではリーク電流特性が異なり、その結果得られる容量特性も異なってくるが、これらの可変容量素子の数を偶数とすることにより、可変容量素子Ｃ１，Ｃ３と、可変容量素子Ｃ２，Ｃ４とで容量特性の変化を相殺するので、直流バイアス電圧の極性を入れ替えても可変容量コンデンサ全体の容量は変化しないものとなる。従って、本発明の可変容量コンデンサを実装する際には極性を考慮する必要がなく、簡便に実装できる。

次に、図３および図４に本発明の第２の可変容量コンデンサの実施の形態の一例を示す。

これらの図は４個の可変容量素子が直列に接続されている場合を示すものであり、図３は透視状態を示す平面図であり、図４は図３に示す例のＡ−Ａ’線における断面図である。

図３および図４には、図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付しており、それらについての重複する説明は省略する。

図３および図４において、Ｃ５，Ｃ６は直流制限容量素子である。これら直流制限容量素子Ｃ５，Ｃ６は、直流バイアス電圧の影響を第１および第２の信号端子の側に伝えないよう形成される。直流制限容量素子Ｃ５は第１の信号端子と可変容量素子Ｃ１との間に、直流制限容量素子Ｃ６は可変容量素子Ｃ４と第２の信号端子との間に、それぞれ可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４と同一材料、同一工程にて形成してもよく、また、直流制限容量素子の誘電体層に、酸化ケイ素や窒化ケイ素等他の誘電体を用いてもよい。

直流制限容量素子Ｃ５は可変容量素子Ｃ１と共通の第１電極層２を用い、また直流制限容量素子Ｃ６の第１電極層２は、可変容量素子Ｃ４の第２電極層２と引出し電極層８を介して電気的に接続され、直流制限容量素子Ｃ５，Ｃ６はそれぞれの第２電極層５から引出し電極層８により第１および第２の信号端子と電気的に接続されることにより、第１の信号端子，直流制限容量素子Ｃ５，可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４，直流制限容量素子Ｃ６，第２の信号端子の順に直列接続される。なお、第１の信号端子と直流制限容量素子Ｃ５とで第１電極層２を共用するように、直流制限容量素子Ｃ５の第１電極層２を第１の信号端子を形成する位置まで連続して形成し、直流制限容量素子Ｃ５と可変容量素子Ｃ１とを、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４のそれぞれの接続方法と同様に、直流制限容量素子Ｃ５の第２電極層５と可変容量素子Ｃ１の第１電極層２とを引き出し電極８を介して電気的に接合して、第１の信号端子，直流制限容量素子Ｃ５，可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４，直流制限容量素子Ｃ６，第２の信号端子の順に直列接続してもよい。

直流制限容量素子Ｃ５，Ｃ６の容量値は、例えば直流制限容量素子Ｃ５，Ｃ６の形成面積を可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に比べ大きくすることにより、高周波帯での可変容量コンデンサの容量値に影響を与えない程度に十分に大きいものとする。これにより、直流制限容量素子Ｃ５，Ｃ６がない場合の容量変化率とほぼ同等の容量変化率を得ることができる。

直流制限容量素子Ｃ５，Ｃ６においては、誘電体層４として可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４と同じ材料が用いられているが、前述のように、これらの容量値は高周波帯での可変容量コンデンサの容量値に影響を与えない程度に十分に大きいものとしているので、仮に直流制限容量素子Ｃ５，Ｃ６の容量が変化したとしても、可変容量コンデンサの容量値や容量変化率への影響はほとんどない。

以上のような構成の本発明の第２の可変容量コンデンサによれば、直流制限容量素子Ｃ５，Ｃ６を具備していることから、この可変容量コンデンサが実装される配線基板に直流制限容量素子を形成する必要がないので、回路の小型化が図れるとともに、取り扱いが容易な可変容量コンデンサとなる。

次に、図５および図６に本発明の第３の可変容量コンデンサの実施の形態の一例を示す。

これらの図は５個（ｎ＝２）の可変容量素子が直列に接続されている場合を示すものであり、図５は透視状態を示す平面図であり、図６は図３に示す例のＡ−Ａ’線における断面図である。

図５および図６には、図１および図２、あるいは図３および図４と同様の箇所には同じ符号を付しており、それらについての重複する説明は省略する。

図５および図６においては、ｉ＝１の場合を示しており、Ｃ５が他の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４と比較して、同じ直流バイアス電圧において他の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４よりも容量値が大きくなっている。

可変容量素子Ｃ５の容量値の大きさは、他の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に対して、可変容量コンデンサの容量値に実質的に寄与しない程度の大きさであることが望ましい。例えば、図５および図６に示すような５個の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５が直列に接続されている場合は、可変容量素子Ｃ５の容量値が他の可変容量素子の容量値の25倍であれば、可変容量コンデンサの容量値は可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４からなる直列合成容量値のほぼ0.99倍となるので、可変容量素子Ｃ５の容量値は、可変容量コンデンサの容量値に実質的に寄与しないようになる。

可変容量素子Ｃ５の容量値は、他の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の容量値に対して大きければ大きいほど、可変容量コンデンサの容量値に寄与しなくなる。一般的に容量値を大きくするには、容量形成部の面積を大きくする、もしくは誘電体層の膜厚を薄くするという方法が用いられるが、本発明の可変容量コンデンサにおいて、可変容量素子Ｃ５の誘電体層４の膜厚を薄くするのは、可変容量素子Ｃ５の信頼性を低下させる可能性があるので好ましくない。従って、容量形成部の面積を大きくすることにより、可変容量素子Ｃ５の容量値を大きくすることが好ましいが、一方で、容量形成部の面積を大きくすることは、可変容量コンデンサの素子形状を大きくすることにつながるので、素子の小型化の点で不利となる。また、容量形成部の面積を大きくすると、それに伴い直流バイアス電圧によるリーク電流値が増大し、直流バイアス電圧の極性による可変容量コンデンサのリーク電流の変化が大きくなるが、これを抑制するために可変容量素子Ｃ５の誘電体層４のみ膜厚を厚くする、もしくは他の誘電体を積層するなどの方法も可能である。この場合、同じ直流バイアス電圧における可変容量素子Ｃ５の容量変化率は、他の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４よりも小さくなるので、可変容量素子Ｃ５を、他の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４に対して容量形成部の面積のみを大きくした場合と比較して、同じ直流バイアス電圧での可変容量素子Ｃ５の容量値がより大きくなり、可変容量素子Ｃ５の容量値は、可変容量コンデンサの容量値により一層寄与しなくなり、好適である。以上より、可変容量素子Ｃ５の容量値の大きさは、素子形状も考慮して決定され、他の可変容量素子の容量値の５倍〜30倍程度が好適である。

可変容量素子Ｃ５の第１電極層２は、可変容量素子Ｃ４の第２電極層２と引出し電極層８を介して電気的に接続され、可変容量素子Ｃ５の第２電極層５は引出し電極層８により第２の信号端子と電気的に接続されることにより、第１の信号端子，可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５第２の信号端子の順に直列接続される。

以上のような構成の本発明の第３の可変容量コンデンサによれば、可変容量コンデンサの容量値は実質的に偶数個の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４で決定され、可変容量素子Ｃ１，Ｃ３と可変容量素子Ｃ２，Ｃ４とで直流バイアス電圧の極性による容量特性の変化を相殺するので、直流バイアス電圧の極性を入れ替えても可変容量コンデンサ全体の容量は変化しないものとなる。従って、本発明の可変容量コンデンサを実装する際には極性を考慮する必要がなく、簡便に実装することができる。

次に、図７に本発明の第４の可変容量コンデンサの実施の形態の一例を示す。

この図は５個の可変容量素子が直列に接続されている場合を示すものであり、透視状態を示す平面図である。

図７には、図１および図２、あるいは図３および図４、図５および図６と同様の箇所には同じ符号を付しており、それらについての重複する説明は省略する。

図７において、第１バイアスラインは導体ライン31と薄膜抵抗61，62とからなっており、導体ライン31は第１信号端子に直接接続されている。また、第２バイアスラインは導体ライン32と薄膜抵抗63，64とからなり、導体ライン32は第２信号端子に直接接続されている。以上のような構造により、直流バイアス電圧印加用のバイアス端子と高周波信号用の信号端子とを一つの端子で共用することができるものとなっている。例えば図７においては、図１あるいは図３あるいは図５における第１信号端子と第１バイアス端子とが、新たに半田拡散防止層９と半田端子部111とで構成される第１信号端子として共用されており、図１あるいは図３あるいは図５における第２信号端子と第２バイアス端子とが、新たに半田拡散防止層９と半田端子部112とで構成される第２信号端子として共用されている。従って、バイアス端子を別途形成する必要がないので構造が簡略化され、かつ素子の小型化に有利となる。

さらに、図７において、バイアスラインの抵抗成分としての薄膜抵抗61は可変容量素子Ｃ５の第１電極層２に接続され、薄膜抵抗62は可変容量素子Ｃ３の、薄膜抵抗63は可変容量素子Ｃ４の、薄膜抵抗64は可変容量素子Ｃ２のそれぞれ第１電極層２に接続されている。これにより、可変容量素子Ｃ２〜Ｃ５の第１電極層２は、交互に第１信号端子もしくは第２信号端子に、第１バイアスラインもしくは第２バイアスラインを介して第１信号端子もしくは第２信号端子に接続されている。可変容量素子Ｃ１においては、第１電極層２が第１信号端子まで連続するように形成されており、第１電極層２は第１信号端子と同一電位となるので、可変容量素子Ｃ１の第１電極層２に薄膜抵抗を接続する必要はない。従って、バイアス端子を別途形成する場合と比較して、薄膜抵抗の数が低減され、素子の容量特性が安定する。

以上のような構成の本発明の第４の可変容量コンデンサによれば、本発明の第３の可変容量コンデンサと同様に、直流バイアス電圧の極性を入れ替えても可変容量コンデンサ全体の容量は変化しないものとなり、本発明の可変容量コンデンサを実装する際には極性を考慮する必要がなく、簡便に実装できるほか、バイアス端子を別途形成する必要がないので、素子の小型化に有利となる。さらに、薄膜抵抗の数が低減されるので、直流バイアス電圧を印加したときの容量特性がさらに安定する。

次に、本発明の回路モジュールおよび通信装置について説明する。

本発明の回路モジュールは、上記いずれかの本発明の可変容量コンデンサと、インダクタおよび抵抗の少なくとも一つと、これらに電圧を印加できる電圧供給部とを備えた共振回路として構成されている。本発明の回路モジュールによれば、本発明の可変容量コンデンサが共振回路を構成するコンデンサとして用いられているため、コンデンサの容量変化率が大きく、かつ所望の容量を精度良く得ることができることにより、直流バイアス電圧の印加により広い周波数範囲にわたり所望の共振周波数を精度良く得ることのできるものとなる。また、コンデンサが耐電力に優れ、直流バイアス電圧の極性に依存しないことから、信頼性が高く、簡便に作製でき、生産性の高いものとなる。

また、本発明の通信装置は、上記構成の本発明の回路モジュールをフィルタ手段として用いた構成となっている。例えば、上記回路モジュールとインダクタ，キャパシタ等を組み合わせることで帯域通過フィルタとなり、広い周波数範囲にわたり所望の共振周波数を精度良く設定できることにより、使用可能な周波数範囲が広く、かつ所望の通過帯域を精度良く得ることのできるものとなる。このように、本発明の通信装置によれば、広い周波数範囲にわたり所望の共振周波数を精度良く設定できることにより、フィルタ手段として使用可能な周波数範囲が広く、かつ所望のフィルタ機能を精度良く得ることのできるものとなる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更を加えることは何ら差し支えない。

例えば、支持基板１上の複数領域にそれぞれ直列接続した可変容量素子からなる本発明の可変容量コンデンサを形成したり、第１および第２バイアスラインをインダクタや伝送線路で形成したりしてもよい。

また、以上の実施の形態の例では支持基板１の上に第１電極層２を形成し、その上に誘電体層４，第２電極層５を形成しているが、一端に位置する可変容量素子の第１電極層２が一方の信号端子に接続され、他端に位置する可変容量素子の第２電極層５が他方の信号端子に接続されるように複数個の可変容量素子を直列接続すれば、支持基板１上に第２電極層５を形成し、その上に誘電体層４，第１電極層２を形成してもよい。

さらには、上記図５あるいは図７に示すような実施の形態の例において、絶縁層７を形成する際、可変容量素子Ｃ５の部分のみ貫通孔ではなく、一部絶縁層を残すように加工し、その上に引出し電極層８を形成することによって、可変容量素子Ｃ５の誘電体層４の膜厚を実質的に厚くしてもよい。これにより、可変容量素子Ｃ５のリーク電流を低減することができる。

次に、本発明をより具体化した実施例について説明する。実施例として、図７に示す本発明の第４の可変容量コンデンサにを具体化した例について説明する。

直流バイアス電圧の無印加時の容量値が10ｐＦの可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４と250ｐＦの可変容量素子Ｃ５とを直列に接続した可変容量コンデンサを以下のようにして作製した。なお、３Ｖの直流バイアス電圧を印加したときの容量変化率は、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５全てにおいて30％であった。

サファイアのＲ基板からなる支持基板１上に、第１電極層２としてＰｔを、基板温度500℃でスパッタリング法にて成膜した。次に、誘電体層４として（Ｂａ_０．５Ｓｒ_０．５）ＴｉＯ_３からなるターゲットを用い、基板温度は800℃，成膜時間は15分で、第１電極層２と同一バッチでスパッタリング法にて成膜した。このとき、誘電体層４の成膜開始前に、Ｐｔからなる第１電極層２の平坦化のためのアニールとして800℃で15分間保持した。次に、誘電体層４の上に第２電極層５としてＰｔを誘電体層４と同一バッチでスパッタリング法にて成膜した。

次に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィの手法によりこのフォトレジストを所定の形状に加工した後、ＥＣＲ装置により第２電極層５をエッチングして所望の形状に加工した。その後、同様に誘電体層４，第１電極層２をエッチングして所望の形状に加工した。第１電極層２の形状は、導体ライン31，32、ならびに第１および第２の信号端子を形成する位置の導電層を含むものとした。

次に、薄膜抵抗61〜65として、窒化タンタルをスパッタリング法にて100℃で成膜した。このスパッタリング後、フォトレジストをフォトリソグラフィにより所定の形状にした後、ＲＩＥ装置を用いてエッチングを行ない、フォトレジストの層を除去した。ここで、薄膜抵抗61〜65のアスペクト比は全て20とした。

次に、絶縁層７として、ＳｉＯ_２膜をＴＥＯＳガスを原料とするＣＶＤ装置により成膜し、レジストを所定の形状に形成した後、ＲＩＥ装置によりエッチングを行ない、所望の形状に加工した。

次に、引出し電極層８として、ＰｔおよびＡｕをスパッタリング法にて成膜し、レジストを所定の形状に形成した後、ＲＩＥ装置によりエッチングを行ない、所望の形状に加工した。

最後に、半田拡散防止層９，保護層10および半田端子111〜114を順次形成した。ここで、半田拡散防止層９にはＮｉを、保護層10にはポリイミド樹脂をそれぞれ用いた。

この例において、薄膜抵抗61〜65の膜厚は100ｎｍであり、シート抵抗値を別途測定した結果は130ｋΩ／□であった。これにより、薄膜抵抗61〜65の比抵抗は1.3Ω・ｃｍであり、薄膜抵抗61〜65の抵抗値は約2.6ＭΩとなった。

このようにして得られた本発明の可変容量コンデンサの電気特性をインピーダンスアナライザ（アジレント社製、型番ＨＰ4291Ａ）により測定した結果を図８に線図で示す。図８において、横軸は周波数（Frequency、単位：Ｈｚ）を、縦軸は左側がインピーダンス（Ｚ、単位：Ω）を、右側が位相（phase、単位：ｄｅｇ）を表わしている。なお、図８中の1.0Ｅ＋06とは、10^６すなわち１Ｍを表わす。

図８により、測定周波数領域において正常なインピーダンス特性を有する可変容量コンデンサとなっていることが確認できた。

次に、可変容量コンデンサの容量の周波数依存性を測定した結果を図９に線図で示す。図９において、横軸は周波数（Frequency、単位：Ｈｚ）を、縦軸は容量（Capacitance、単位：ｐＦ）を表わしている。図９に示す結果より、本発明の可変容量コンデンサでは、第１および第２バイアスラインの有する薄膜抵抗61〜65の抵抗値が非常に高いため、測定周波数領域において第１および第２バイアスラインの影響は見られず、容量はほぼ2.5ｐＦで一定であった。このことから、５個の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５は、高周波的には直列に接続され、かつ可変容量コンデンサの容量値は可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４の直列合成抵抗とほぼ等しく、可変容量素子Ｃ５は可変容量コンデンサの容量値に実質的に寄与していないことが確認された。また、容量変化率は直流バイアス電圧としてＤＣ３Ｖを印加した時で約30％であった。このことから、５個の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５は、直流的には並列に接続されていることが確認できた。

次に、上記で得られた本発明の可変容量コンデンサのリーク電流特性を図10に線図で示す。図10において、横軸は印加電圧（単位：Ｖ）を、縦軸はリーク電流の対数値（単位：Ａ）を表わしている。なお、図10中の1.0Ｅ-12とは、10^−１２すなわち１ｐを表わす。

図10に示す結果より、本発明の可変容量コンデンサでは、リーク電流特性は、可変容量素子Ｃ５のみによる変化が表れており、直流バイアス電圧が負の極性を有するときが正の極性を有する場合と比較してわずかに大きくなっているが、その差は２倍以下と大幅に低減されており、実使用には問題ないものとなっていることが分かる。従って、本発明の可変容量コンデンサにおいては、直流バイアス電圧の極性を入れ替えても、同じリーク電流特性となることが確認できた。

次に、本発明の可変容量コンデンサの容量変化率の印加電圧依存性を図11に線図で示す。図11において、横軸は印加電圧（単位：Ｖ）を、縦軸は容量変化率（単位：％）を表わす。

図11に示す結果より、本発明の可変容量コンデンサでは、容量変化率は印加電圧の極性に関係なく、その絶対値が等しければほぼ同じ容量変化率となることが分かる。すなわち、本発明の可変容量コンデンサにおいては、直流バイアス電圧の極性を入れ替えても、同じ容量変化率となることが確認できた。

本発明の第１の可変容量コンデンサの実施の形態の一例を示す透視状態の平面図である。図１に示す例のＡ−Ａ’線断面図である。本発明の第２の可変容量コンデンサの実施の形態の一例を示す透視状態の平面図である。図３に示す例のＡ−Ａ’線断面図である。本発明の第３の可変容量コンデンサの実施の形態の一例を示す透視状態の平面図である。図５に示す例のＡ−Ａ’線断面図である。本発明の第４の可変容量コンデンサの実施の形態の一例を示す透視状態の平面図である。本発明の第１の可変容量コンデンサにおけるインピーダンスならびに位相の周波数特性の例を示す線図である。本発明の第１の可変容量コンデンサにおける容量の周波数特性の例を示す線図である。本発明の第１の可変容量コンデンサにおけるリーク電流の印加直流バイアス電圧特性の例を示す線図である。本発明の第１の可変容量コンデンサにおける容量変化率の印加直流バイアス電圧特性の例を示す線図である。従来の可変容量コンデンサの例を示す断面図である。（ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来の可変容量コンデンサの等価回路図である。

符号の説明

１・・・支持基板
２・・・第１電極層
31，32，33，34・・・導体ライン
４・・・誘電体層
５・・・第２電極層
61，62，63，64，65，66・・・薄膜抵抗
７・・・絶縁層
８・・・引出し電極層
９・・・半田拡散防止層
10・・・保護層
111，112，113，114・・・半田端子部
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４・・・可変容量素子
Ｃ５・・・可変容量素子もしくは直流制限容量素子
Ｃ６・・・直流制限容量素子

Claims

支持基板と、前記支持基板上に配置される第１、第２の信号端子と、前記第１の信号端子と前記第２の信号端子との間に配置され、順次直列に接続さる偶数個の可変容量素子と、を備えた可変容量コンデンサであって、
前記偶数個の可変容量素子は、それぞれが上下に配置された第１電極層および第２電極層と、これら２つの電極層に挟まれた、直流バイアス電圧により誘電率が変化する誘電体層とを含み、
これら偶数個の可変容量素子は、互いに隣り合う一方の前記可変容量素子の前記第１電極層と他方の前記可変容量素子の前記第２電極層とが電気的に接続され、
前記偶数個の可変容量素子のうち一方端に配置された可変容量素子は前記第１の信号端子と電気的に接続され、
前記偶数個の可変容量素子のうち他方端に配置された可変容量素子は前記第２の信号端子と電気的に接続され、
前記第１の信号端子と前記偶数個の可変容量素子のうち一方端に配置された可変容量素子との接続部分、前記第２の信号端子と前記偶数個の可変容量素子のうち他方端に配置された可変容量素子との接続部分、および前記第１の信号端子から前記第２の信号端子に向かって前記偶数個の可変容量素子を順に数えたときに、偶数番目の可変容量素子とその次の奇数番目の可変容量素子との接続部分のそれぞれには、第１のバイアス端子が抵抗成分およびインダクタ成分の少なくとも一方を含む第１のバイアスラインを介して接続され、
前記第１の信号端子から前記第２の信号端子に向かって前記偶数個の可変容量素子を順に数えたときに、奇数番目の可変容量素子とその次の偶数番目の可変容量素子との接続部分には、第２のバイアス端子が抵抗成分およびインダクタ成分の少なくとも一方を含む第２のバイアスラインを介して接続されていることを特徴とする可変容量コンデンサ。
前記偶数個の可変容量素子のうち一方端に配置された前記可変容量素子は、直流制限容量素子を介して、前記第１の信号端子に接続され、
前記直流制限容量素子の容量値が、前記偶数個の可変容量素子の個々の容量値よりも５〜３０倍大きいことを特徴とする請求項１記載の可変容量コンデンサ。
前記可変容量素子を上下方向に平面透視したときに、前記誘電体層は、その外周縁が前記第１電極層の外周縁より内側に位置するようにして前記第１電極層の上面に配置され、前記第２電極層は、その外周縁が前記誘電体層の外周縁の内側に位置するようにして前記誘電体層の上面に配置され、
前記第１電極層の上面の前記誘電体層が配置されていない部分、前記誘電体層の上面の
前記第２電極層が配置されていない部分、および前記第２電極層の上面の外周部分は絶縁層で被覆され、
隣接する前記可変容量素子において、一方の可変容量素子の前記第２電極層の上面のうち前記絶縁層から露出する部分と、他方の可変容量素子の前記第１電極層の上面のうち前記絶縁層および前記誘電体層から露出する部分とが、引出し電極により接続されている請求項１または請求項２記載の可変容量コンデンサ。
前記第１のバイアス端子と前記第２のバイアス端子は、前記偶数個の可変容量素子の中心に対して点対称の位置に配置されている請求項１〜請求項３記載の可変容量コンデンサ。
前記誘電体層は、チタン酸バリウムストロンチウムからなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の可変容量コンデンサが共振回路を構成するコンデンサとして用いられていることを特徴とする回路モジュール。
請求項６記載の回路モジュールがフィルタ手段として用いられていることを特徴とする通信装置。