高周波用伝送線路およびその製造方法
【課題】 比抵抗の低い半導体基板の上であっても、その上に形成した高周波用伝送線路の伝送損失を抑制できるようにする。
【解決手段】 信号線１０３およびグランド線１０４と半導体基板１０１との間に介在する絶縁膜１０２と、信号線１０３の両側の半導体基板１０１に形成された溝１０５とを備え、信号線１０３およびグランド線１０５は、半導体基板１０１に接している辺より半導体基板１０１に垂直な隣辺の方が長い長方形状の断面を有する。
【解決手段】 信号線１０３およびグランド線１０４と半導体基板１０１との間に介在する絶縁膜１０２と、信号線１０３の両側の半導体基板１０１に形成された溝１０５とを備え、信号線１０３およびグランド線１０５は、半導体基板１０１に接している辺より半導体基板１０１に垂直な隣辺の方が長い長方形状の断面を有する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板上に形成された高周波信号を伝搬する高周波用伝送線路およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、未使用周波数帯であるミリ波周波数帯の応用が提唱されている。特に、アンテナやセンサへの展開が注目を集めている。平面形導波路であるコプレーナ線路は、広帯域性や回路素子のマウントの容易さ、さらに寄生素子の影響が少ないことなどの利点を有している。このため、ミリ波周波数帯を利用する半導体デバイスの進歩やマイクロ波回路の集積化の要求に伴い、各種のコプレーナ伝送線路が提案されている。その一つとして、文献１（K.J.Herrick,T.A.Schwarz and L.P.B.Katehi,'Si-Micromachined Copanar Waveguides for Use in High-Freqency Circuits',IEEE Trans.On Microwave Theory and Techniques,Vol.46,No.6,June ,pp762-768(1998)）がある。
【０００３】この文献１の技術では、図７に示すように、高い比抵抗のシリコン基板７０１上にコプレーナ伝送線路を形成している。まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板７０１上に、金属材料からなる信号線７０３とグランド線７０４とを、膜厚１〜２μｍ程度に形成する。この信号線７０３とグランド線７０４とでコプレーナ伝送線路となる。次に、図７（ｂ）に示すように、その信号線７０３およびグランド線７０４をマスクとしてシリコン基板７０１を選択的にエッチングし、溝７０５を形成する。もしくは、図７（ｃ）に示すように、信号線７０３およびグランド線７０４をマスクとしてシリコン基板７０１を選択的にエッチングし、溝７０６を形成する。
【０００４】コプレーナ伝送線路では、シリコン基板７０１の存在により、信号線７０３を伝搬していく高周波信号に伝送損失が発生する。このため、上述したように溝７０５，７０６を形成することで、信号線７０３の周りをシリコン基板７０１より誘電率の低い空気の層とするようにしている。しかしながら、この文献１の技術では、その溝７０５，７０６の大きさが配線の寸法により決定されてしまい、配線の寸法と溝７０５，７０６の大きさとを個別に設計できないため、伝送損失を最小にする最適化には限界がある。また、その溝７０５，７０６の形状と大きさとが、伝送線路における高周波信号やその伝送特定に影響を与えるが、溝７０５，７０６の形状と大きさとを均一にすることがプロセス上困難なため、再現性などに問題がある。
【０００５】一方、文献２（M.Hirano, Y.Imai, I.Toyoda, K.Nishikawa, M.Tokumitsu andK.Asai,'Three Dimensional Passive Elements for Compact GaAs MMICs',IEICE Trans. Electron.,Vol.E76-C,No.6 June pp961-967(1993)）に記載されているように、信号線とグランド線とをそれぞれ板状に形成する技術がある。これは、図８に示すように、高い比抵抗のＧａＡｓからなる基板８０１上に、その基板８０１主面に直交して板状の信号線８０３およびグランド線８０４を立たせて配置したものである。また、信号線８０３およびグランド線８０４は、基板８０１主面に垂直な方向に平行な状態で延在している。このようにすることで、信号線８０３の周囲のほとんどを空気の層とし、伝送損失がより低くなるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の技術では、同一基板に高周波用伝送線路を他の素子とともにモノリシックに形成することが困難であるという問題があった。まず、文献１の技術では、溝７０５，７０６の形成の再現性に難があるため、アンテナ素子などの他の素子を同時に搭載した場合、伝送線路の良否が装置全体の歩留りに大きく影響してしまう。従って、より高い歩留りで高周波装置を製造しようとすれば、上述したコプレーナ伝送線路と他の素子とを個別に作成することになる。しかし、このように個別に形成していたのでは、小型化や高性能化の要求を満たすことが非常に困難である。
【０００７】また、一般に能動素子などは、比抵抗の低い半導体基板上に形成されるため、上述した文献１と文献２の技術のように、基板に比抵抗の高い材料を用いるようにしていると、その基板上に同時に他の素子を形成することが非常に困難であった。この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、比抵抗の低い半導体基板の上であっても、その上に形成した高周波用伝送線路の伝送損失を抑制できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の高周波用伝送線路は、半導体基板上に形成された金属材料からなる信号線と、半導体基板上に信号線と平行に形成された金属材料からなるグランド線と、信号線およびグランド線と半導体基板との間にそれぞれ介在する絶縁膜と、信号線の両側に隣接して半導体基板に形成された溝とから構成され、信号線およびグランド線は、半導体基板に接している辺より半導体基板に垂直な隣辺の方が長い長方形状の断面を有することを特徴とする。信号線およびグランド線を板状に立てた構造にすることにより、電界の集中が信号線の側壁に集中するようになる。その信号線などの構造に加えて、溝を備えることにより、信号線の周囲にはより多くの空間が存在するようになり、信号線の周囲にある半導体基板の領域が相対的に少ない状態となる。また、絶縁膜を介在させることにより、信号線を伝搬する信号が半導体基板を介してグランド線へ漏洩することを抑制できる。また、グランド線は、信号線両側に溝を挾んで２つ形成されるようにしてもよい。また、半導体基板上に、高周波素子を混載し、その高周波素子を信号線と接続するようにしてもよい。
【０００９】また、この発明の高周波用伝送線路の製造方法は、所定の間隔をあけて互いに平行に延在するストライプ状の２つの開口部を備えた酸化膜を半導体基板上に形成し、この酸化膜をマスクとして半導体基板をエッチングすることで、半導体基板上に所定の間隔をあけて互いに平行に延在する２つの溝を形成する第１の工程と、酸化膜を除去した後で２つの溝を犠牲膜で充填して半導体基板表面を実質的に平坦な状態とする第２の工程と、半導体基板表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、絶縁膜上に第１の金属薄膜を形成する第４の工程と、第１の金属薄膜上の２つの溝に挾まれた領域および溝の外側に隣接する所定の幅の領域に、溝に沿って平行に延在するストライプ状の第１および第２の開口部を備えた第１のレジストパターンを形成し、第１のレジストパターンの第１および第２の開口部底部に露出した第１の金属薄膜上にメッキにより第１の金属膜を形成して第１および第２の開口部を充填し、溝に挾まれた領域に配置される信号線およびその隣に配置されるグランド線を形成する第５の工程と、第１のレジストパターンを除去した後で第１の金属薄膜の露出している領域を除去する第６の工程と、信号線およびグランド線１０４をマスクとして絶縁膜の露出している領域を除去する第７の工程と、第７の工程の後で犠牲膜を除去する工程とを少なくとも備え、第５の工程では、第１および第２の開口部底部の幅よりそれぞれ第１および第２の開口部を深く形成することを特徴とする。これにより、信号線両側の半導体基板に溝を備えるようにし、信号線およびグランド線と半導体基板との間に絶縁膜を介在させ、さらに信号線およびグランド線の断面を半導体基板主面に垂直な方向に縦長な形状とすることができる。
【００１０】また、第５の工程で、第１のレジストパターンに第３の開口部を同時に形成し、その第３の開口部底部に露出する第１の金属薄膜上に第１の金属膜を同時に形成して信号線およびグランド線とともに高周波素子を形成し、さらに、信号線とグランド線と高周波素子とを覆って表面が実質的に平坦な状態に犠牲層を形成する第８の工程と、信号線および高周波素子上の犠牲層の所定領域にそれぞれ接続口を形成する第９の工程と、接続口内を含む犠牲層上に第２の金属薄膜を形成し、接続口それぞれの間にわたる開口領域を備えた第２のレジストパターンを形成し、開口領域底部に露出した第２の金属薄膜上に選択的にメッキにより第２の金属膜を形成して信号線と高周波素子とを接続する接続部を形成する第１０の工程と、第２のレジストパターンを除去した後で第２の金属薄膜の露出している領域を除去する第１１の工程とを備え、第１１の工程の後で犠牲層とともに犠牲膜を除去するようにしてもよい。
【００１１】犠牲膜については、２つの溝が形成された半導体基板上に感光性を有する樹脂膜を形成し、その樹脂膜に選択的に露光光を照射して現像することで溝上部に樹脂膜が残るようにパターニングし、その残った樹脂膜の半導体基板平面上に突出している部分を削除して平坦化することで形成してもよい。こうすることで、溝上部に残った樹脂膜のみを削除すればよくなるので、化学的機械的研磨法により平坦化を行う場合の負担を軽減できる。また、樹脂膜として、感光性ポリイミドを用いてもよい。また、平坦化は、化学的機械的研磨法により行ってもよい。また、絶縁膜については、電子サイクロトロン共鳴法によるプラズマＣＶＤ法を用いて形成してもよい。また、メッキでは、電界メッキ法により金を形成してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕図１は、この発明による高周波用伝送線路の第１の実施の形態の構成を示す斜視断面図である。この図に示す半導体基板１０１は、比抵抗が３０〜５０Ωcmである低抵抗のシリコンにより構成されている。その半導体基板１０１上に絶縁膜１０２を介して、信号線１０３とグランド線１０４とからなる伝送線路が形成されている。図１では、信号線１０３の両側に２本のグランド線１０４が形成されている。それら信号線１０３およびグランド線１０４は、絶縁膜１０２上に、金属薄膜１０６を介して配置されている。
【００１３】また、信号線１０３の両側の半導体基板１０１、すなわち信号線１０３と各グランド線１０４との間の半導体基板１０１に溝１０５が形成されている。その溝１０５により、信号線１０３の周囲に存在する空間が増える。また、信号線１０３およびグランド線１０４は、半導体基板１０１主面に平行な底面よりも、この底面に隣接する側面の方が面積が広くなるように形成されている。言い換えれば、信号線１０３の延在している方向に対して垂直な断面をみると、底辺よりそれに隣接する辺（高さ）の方が長い長方形となっている。図１では、信号線１０３は接続部１０７を介してアンテナ構造体（高周波素子）１０８と接続された状態となっている。また、半導体基板１０１の他の領域には、図示していないがマイクロ波回路が形成されている。
【００１４】次に、図２および図３を参照して、図１に示した高周波用伝送線路の製造方法を説明する。図２は、この高周波用伝送線路の製造方法を説明するための工程図である。また、図３は、図２に引き続く工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１０１上に、熱酸化法により酸化膜２０１を形成した。次に、図２（ｂ）に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術により酸化膜２０１をパターニングし、所定の方向に延在するストライプ状の開口部２０１ａを形成した。
【００１５】次に、図２（ｃ）に示すように、開口部２０１ａが形成された酸化膜２０１をマスクとしたウエットエッチングにより、半導体基板１０１を選択的にエッチングして、深さ１０μｍ程度の溝１０５を形成した。このウエットエッチングでは、水酸化カリウム水溶液をエッチング液として用いた。次に、酸化膜２０１をＨＦ（フッ化水素）を用いてエッチング除去して、図２（ｄ）に示すように、半導体基板１０１に溝１０５が形成された状態とした。なお、図２では、溝１０５の断面形状をＶ字状としたが、これに限るものではなく、空間が形成できればどのような形状であっても良い。次に、図２（ｅ）に示すように、溝１０５を埋め込むようにポリイミドからなる犠牲膜２０２を形成した。ここでは、ポリイミドを半導体基板１０１の表面に塗布することでポリイミド膜を膜厚１０μｍ程度に形成した後、そのポリイミド膜を化学的機械的研磨法により平坦化エッチングすることで形成した。
【００１６】次に、図２（ｆ）に示すように、溝１０５が犠牲膜２０２で埋め込められた半導体基板１０１の表面全面に絶縁膜２０３を形成した。ここでは、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法（electron cycrotron resonance plasma chemical vaper deposition ）、すなわち電子サイクロトロン共鳴法によるプラズマＣＶＤ法を用いて、３００℃以下で膜厚１μｍ程度のシリコン酸化膜からなる絶縁膜２０３を形成した。なお、絶縁膜２０３としてシリコン窒化膜を形成してもよい。ただし、絶縁膜２０３の形成方法は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法に限られるものではなく、３００℃以下の低温で成膜できる方法であればいかなる形成方法でも良い。また、犠牲膜２０２をポリイミドなどの有機材料ではなく無機材料で形成すれば、例えば熱酸化法など３００℃よりも高い温度で絶縁膜を形成する方法も利用できる。
【００１７】次に、図２（ｇ）に示すように、絶縁膜２０３上にクロムの層と金の層の２層構造とした第１の金属薄膜２０４を形成し、その金属薄膜２０４上に第１のレジストパターン２０５を形成した。その金属薄膜２０４は、クロムおよび金を０．１μｍずつ蒸着法により形成した。また、レジストパターン２０５は、膜厚１０μｍ程度に形成し、溝１０５に平行な方向に延在する第１の開口部２０５ａ、第２の開口部２０５ｂおよび第３の開口部２０５ｃが形成されている状態とした。次に、図２（ｈ）に示すように、開口部２０５ａ〜２０５ｃ底部に露出している金属薄膜２０４表面に、電界メッキ法により金を膜厚１０μｍ程度メッキし、開口部２０５ａ〜２０５ｃが金膜（第１の金属膜）２０６で充填されている状態とした。
【００１８】次に、レジストパターン２０５を剥離した後、レジストパターン２０５下部の金属薄膜２０４を選択的に除去した。この工程では、まず、ヨウ素，ヨウ化アンモニウム，エタノールの水溶液からなるエッチング液を用いてエッチングすることで、金属薄膜２０４の上層である金膜部分を除去した。なお、エッチング速度は毎分０．０５μｍ程度であった。次いで、金属薄膜２０４の下層であるクロム膜部分をウエットエッチングにより除去した。これにより、図３（ｉ）に示すように、絶縁膜２０３上に金属薄膜１０６を介して、信号線１０３、グランド線１０４およびアンテナ構造体１０８が形成された。
【００１９】次に、信号線１０３、グランド線１０４およびアンテナ構造体１０８をマスクとして、ＨＦを用いて、絶縁膜２０３の露出している領域をエッチング除去した。これにより、図３（ｊ）に示すように、信号線１０３、グランド線１０４およびアンテナ構造体１０８と半導体基板１０１との間に、それぞれ絶縁膜１０２が介在するようになる。
【００２０】次に、図３（ｋ）に示すように、まず、信号線１０３、グランド線１０４およびアンテナ構造体１０８を埋め込むように、絶縁物からなる犠牲層３０１を半導体基板１０１上に形成した。その犠牲層３０１としては、ポリイミドを膜厚１０μｍ程度に形成することで構成した。続いて、その犠牲層３０１の所定箇所に接続口を形成し、その接続口を介して信号線１０３とアンテナ構造体１０８とを接続する接続部１０７を形成した。
【００２１】この接続部１０７の形成方法は、上述した信号線１０３の形成方法と同様である。まず、接続口を形成した状態で犠牲層３０１を含む全域に、クロムの層と金の層の２層構造とした第２の金属薄膜を形成し、その上に、接続部１０７形成領域に溝（開口領域）のある第２のレジストパターンを形成した。続いて、その溝底部に露出している金属薄膜表面に、電界メッキ法により金を１０μｍ程度メッキし、溝がメッキした金膜（第２の金属膜）で充填されている状態とした。次いで、レジストパターンを剥離した後、レジストパターン下部の金属薄膜、すなわちメッキにより形成した金からなる構造体以外の領域の金属薄膜を選択的に除去して、接続部１０７を形成した。最後に、図３（ｌ）に示すように、犠牲層３０１および犠牲膜２０２を除去した。これは、酸素プラズマにより犠牲層３０１，２０２をアッシングすることで行える。以上により、図１に示した高周波用伝送線路が得られた。
【００２２】図１に示した高周波用伝送線路では、まず、信号線１０３およびグランド線１０４の断面を半導体基板１０１主面に垂直な方向に縦長な形状とし、信号線１０３およびグランド線１０４と半導体基板１０１との間に絶縁膜１０２を介在させ、信号線１０３の両側の半導体基板１０１に溝１０５を備えるようにした。信号線１０３およびグランド線１０４の断面形状を上記のようにして板状に立てた構造にすることにより、電界の集中が板状の信号線１０３の側壁に集中するようになる。その信号線などの構造に加えて、溝１０５を形成することにより、信号線１０３の周囲にはより多くの空間が存在するようになり、信号線１０３の周囲にある半導体基板１０１の領域が相対的に少ない状態となる。半導体基板１０１と比較して高周波的に高抵抗の絶縁膜１０２を備えるようにしたので、信号線１０３を伝搬する高周波信号が半導体基板１０１を介してグランド線１０４へ漏洩することを抑制できる。この結果、図１に示した高周波用伝送線路によれば、以下に示すように伝送損失を少なくすることができた。
【００２３】図４は、図１に示した高周波用伝送線路の伝送特性を示す特性図である。この高周波用伝送線路の半導体基板１０１は、上述したように、比抵抗が３０〜５０Ωcmである低抵抗のシリコンにより構成されている。図４には、図１に示した高周波用伝送線路の他に、２つの参考例の伝送特性が示されている。図５は、これら２つの参考例の構成を示す断面図である。参考例Ｉは、図５（ａ）に示すように、比抵抗が１ｋΩcmである高抵抗のシリコン基板５０１ａ上に形成された信号線５０３ａおよびグランド線５０４ａからなる伝送線路である。この伝送線路は、従来から用いられているコプレーナ線路である。また、参考例IIは、図５（ｂ）に示すように、信号線１０３およびグランド線１０４と半導体基板１０１との間に絶縁膜１０２がない点を除いて、図１に示した高周波用伝送線路と同じ構成を有するものである。
【００２４】図４に示した特性図の縦軸は減衰率（単位：dB／mm）であり、横軸は周波数（単位：GHz ）である。減衰率は各伝送線路１mmあたりの減衰率であり、次式により求めたものである。
（減衰率）＝１０ log｛(入力電力−出力電力)／入力電力｝
図１に示した高周波用伝送線路の場合、信号線１０３およびグランド線１０４と半導体基板１０１との間にそれぞれ絶縁膜１０２が介在しているので、図４からわかるように、直流に対しては減衰率がゼロである。また、高周波領域でも、高抵抗基板上に形成された参考例Ｉと比較して遜色ない特性が得られる。なお、絶縁膜１０２を有しない参考例IIとの比較から、絶縁膜１０２を介在させることにより減衰率を小さくすることができることがわかる。
【００２５】このように、図１に示した高周波用伝送線路では、低抵抗基板を用いても、高抵抗基板を用いた場合と同程度に伝送損失を抑制することができる。言い換えれば、ＬＳＩなどの機能回路を形成できる半導体基板１０１上で、損失が少なく伝搬特性に優れた伝送線路を構成できる。これにより、同一基板に伝送線路をアンテナ構造体などの他の素子とともにモノリシックに形成できるので、より高集積な高周波回路素子の構造を容易に実現できるようになる。
【００２６】〔第２の実施の形態〕次に、図６を参照して、図１に示した高周波用伝送線路の他の製造方法を説明する。図６は、この高周波用伝送線路の製造方法を説明するための工程図である。この図には、図２および図３とは異なる工程のみが示されている。る。まず、図２（ａ）から図２（ｄ）で説明したことと同様にして、図６（ａ）に示すように、基板１０１に溝１０５が形成された状態とする。その溝１０５の深さは、１０μｍ程度とした。次に、図６（ｂ）に示すように、感光性ポリイミドからなる樹脂膜６０１を全面に膜厚１０μｍ程度に形成した。この感光性ポリイミドは、ポリベンザオキサゾール前駆体からなるベース樹脂に、ポジ型の感光剤を付加して感光性を持たせている。
【００２７】次に、図６（ｃ）に示すように、溝１０５上部に遮光体６０２を配置した状態で、露光光として紫外線６０３を照射して、樹脂膜６０１の溝１０５上部以外を露光した。そして、この露光した樹脂膜６０１をアルカリ性の現像液で現像することで、図６（ｄ）に示すように、溝１０５上に現像パターン６０１ａが形成された状態とした。次に、この現像パターン６０１ａを加熱して熱硬化させた後、現像パターン６０１ａの半導体基板１０１上に突出している部分を化学的機械的研磨法により切削研磨して平坦化することで、図６（ｅ）に示すように、溝１０５を埋め込むようにポリイミドからなる犠牲膜２０２を形成した。
【００２８】図２（ｅ）で示した方法では、半導体基板１０１上に広範囲に形成されたポリイミド膜を化学的機械研磨法によりエッチングする必要があった。これに対して、ここで示した方法では、溝１０５上に形成された現像パターン６０１ａのみをエッチングすればよいので、化学的機械的研磨で厚い膜をエッチングする負担を軽減することが可能であり、効率良く製造できる利点がある。以降の工程は図２（ｆ）〜図２（ｈ）および図３で説明したことと同様であるから、その説明を省略する。なお、上記第１，第２の実施の形態では、信号線１０３を挾むようにグランド線１０４を２つ形成するようにしたが、このグランド線１０４は１つであっても良い。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の高周波用伝送線路は、信号線およびグランド線と半導体基板との間に介在する絶縁膜と、信号線の両側の半導体基板に形成された溝とを備えており、信号線およびグランド線の断面は半導体基板主面に垂直な方向に縦長な形状とする。これにより、比抵抗の低い半導体基板の上であっても、その上に形成した伝送線路の伝送損失を抑制できるようになるという優れた効果が得られる。
【００３０】また、この発明の高周波用伝送線路の製造方法は、まず半導体基板上に溝を形成し、その溝を犠牲膜で充填した後で絶縁膜を形成し、その絶縁膜上にストライプ状の第１および第２の開口部を備えたレジストパターンを形成し、各開口部に金属膜を形成して信号線およびグランド線を形成し、レジストパターンを除去した後で信号線およびグランド線をマスクとして絶縁膜の露出している領域を除去し、最後に溝に充填された犠牲膜を除去する。この際、レジストパターンの各開口部底部の幅よりそれぞれ各開口部を深く形成する。これにより、上記の高周波用伝送線路を製造できる。
【００３１】また、犠牲膜については、溝が形成された半導体基板上に感光性を有する樹脂膜を形成し、その樹脂膜を露光・現像して溝上部に樹脂膜が残るようにパターニングし、その残った樹脂膜の半導体基板平面上に突出している部分を削除して平坦化することで形成する。これにより、化学的機械的研磨法により平坦化を行う場合の負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による高周波用伝送線路の第１の実施の形態の構成を示す斜視断面図である。
【図２】 図１に示した高周波用伝送線路の製造方法を説明するための工程図である。
【図３】 図２に引き続く工程図である。
【図４】 図１に示した高周波用伝送線路の伝送特性を示す特性図である。
【図５】 図４に伝送特性が示されている２つの参考例の構成を示す断面図である。
【図６】 図１に示した高周波用伝送線路の他の製造方法を説明するための工程図である。
【図７】 従来よりある高周波用伝送線路の一形態を示す断面図である。
【図８】 従来よりある高周波用伝送線路の他の形態を示す斜視断面図である。
【符号の説明】
１０１…半導体基板、１０２，２０３…絶縁膜、１０３…信号線、１０４…グランド線、１０５…溝、１０６，２０４…金属薄膜、１０７…接続部、１０８…アンテナ構造体、２０１…酸化膜、２０１ａ，２０５ａ〜２０５ｃ…開口部、２０２…犠牲膜、２０５…レジストパターン、２０６…金膜、３０１…犠牲層、６０１…樹脂膜、６０１ａ…現像パターン、６０２…遮光体、６０３…紫外線。
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板上に形成された高周波信号を伝搬する高周波用伝送線路およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、未使用周波数帯であるミリ波周波数帯の応用が提唱されている。特に、アンテナやセンサへの展開が注目を集めている。平面形導波路であるコプレーナ線路は、広帯域性や回路素子のマウントの容易さ、さらに寄生素子の影響が少ないことなどの利点を有している。このため、ミリ波周波数帯を利用する半導体デバイスの進歩やマイクロ波回路の集積化の要求に伴い、各種のコプレーナ伝送線路が提案されている。その一つとして、文献１（K.J.Herrick,T.A.Schwarz and L.P.B.Katehi,'Si-Micromachined Copanar Waveguides for Use in High-Freqency Circuits',IEEE Trans.On Microwave Theory and Techniques,Vol.46,No.6,June ,pp762-768(1998)）がある。
【０００３】この文献１の技術では、図７に示すように、高い比抵抗のシリコン基板７０１上にコプレーナ伝送線路を形成している。まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板７０１上に、金属材料からなる信号線７０３とグランド線７０４とを、膜厚１〜２μｍ程度に形成する。この信号線７０３とグランド線７０４とでコプレーナ伝送線路となる。次に、図７（ｂ）に示すように、その信号線７０３およびグランド線７０４をマスクとしてシリコン基板７０１を選択的にエッチングし、溝７０５を形成する。もしくは、図７（ｃ）に示すように、信号線７０３およびグランド線７０４をマスクとしてシリコン基板７０１を選択的にエッチングし、溝７０６を形成する。
【０００４】コプレーナ伝送線路では、シリコン基板７０１の存在により、信号線７０３を伝搬していく高周波信号に伝送損失が発生する。このため、上述したように溝７０５，７０６を形成することで、信号線７０３の周りをシリコン基板７０１より誘電率の低い空気の層とするようにしている。しかしながら、この文献１の技術では、その溝７０５，７０６の大きさが配線の寸法により決定されてしまい、配線の寸法と溝７０５，７０６の大きさとを個別に設計できないため、伝送損失を最小にする最適化には限界がある。また、その溝７０５，７０６の形状と大きさとが、伝送線路における高周波信号やその伝送特定に影響を与えるが、溝７０５，７０６の形状と大きさとを均一にすることがプロセス上困難なため、再現性などに問題がある。
【０００５】一方、文献２（M.Hirano, Y.Imai, I.Toyoda, K.Nishikawa, M.Tokumitsu andK.Asai,'Three Dimensional Passive Elements for Compact GaAs MMICs',IEICE Trans. Electron.,Vol.E76-C,No.6 June pp961-967(1993)）に記載されているように、信号線とグランド線とをそれぞれ板状に形成する技術がある。これは、図８に示すように、高い比抵抗のＧａＡｓからなる基板８０１上に、その基板８０１主面に直交して板状の信号線８０３およびグランド線８０４を立たせて配置したものである。また、信号線８０３およびグランド線８０４は、基板８０１主面に垂直な方向に平行な状態で延在している。このようにすることで、信号線８０３の周囲のほとんどを空気の層とし、伝送損失がより低くなるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の技術では、同一基板に高周波用伝送線路を他の素子とともにモノリシックに形成することが困難であるという問題があった。まず、文献１の技術では、溝７０５，７０６の形成の再現性に難があるため、アンテナ素子などの他の素子を同時に搭載した場合、伝送線路の良否が装置全体の歩留りに大きく影響してしまう。従って、より高い歩留りで高周波装置を製造しようとすれば、上述したコプレーナ伝送線路と他の素子とを個別に作成することになる。しかし、このように個別に形成していたのでは、小型化や高性能化の要求を満たすことが非常に困難である。
【０００７】また、一般に能動素子などは、比抵抗の低い半導体基板上に形成されるため、上述した文献１と文献２の技術のように、基板に比抵抗の高い材料を用いるようにしていると、その基板上に同時に他の素子を形成することが非常に困難であった。この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、比抵抗の低い半導体基板の上であっても、その上に形成した高周波用伝送線路の伝送損失を抑制できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の高周波用伝送線路は、半導体基板上に形成された金属材料からなる信号線と、半導体基板上に信号線と平行に形成された金属材料からなるグランド線と、信号線およびグランド線と半導体基板との間にそれぞれ介在する絶縁膜と、信号線の両側に隣接して半導体基板に形成された溝とから構成され、信号線およびグランド線は、半導体基板に接している辺より半導体基板に垂直な隣辺の方が長い長方形状の断面を有することを特徴とする。信号線およびグランド線を板状に立てた構造にすることにより、電界の集中が信号線の側壁に集中するようになる。その信号線などの構造に加えて、溝を備えることにより、信号線の周囲にはより多くの空間が存在するようになり、信号線の周囲にある半導体基板の領域が相対的に少ない状態となる。また、絶縁膜を介在させることにより、信号線を伝搬する信号が半導体基板を介してグランド線へ漏洩することを抑制できる。また、グランド線は、信号線両側に溝を挾んで２つ形成されるようにしてもよい。また、半導体基板上に、高周波素子を混載し、その高周波素子を信号線と接続するようにしてもよい。
【０００９】また、この発明の高周波用伝送線路の製造方法は、所定の間隔をあけて互いに平行に延在するストライプ状の２つの開口部を備えた酸化膜を半導体基板上に形成し、この酸化膜をマスクとして半導体基板をエッチングすることで、半導体基板上に所定の間隔をあけて互いに平行に延在する２つの溝を形成する第１の工程と、酸化膜を除去した後で２つの溝を犠牲膜で充填して半導体基板表面を実質的に平坦な状態とする第２の工程と、半導体基板表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、絶縁膜上に第１の金属薄膜を形成する第４の工程と、第１の金属薄膜上の２つの溝に挾まれた領域および溝の外側に隣接する所定の幅の領域に、溝に沿って平行に延在するストライプ状の第１および第２の開口部を備えた第１のレジストパターンを形成し、第１のレジストパターンの第１および第２の開口部底部に露出した第１の金属薄膜上にメッキにより第１の金属膜を形成して第１および第２の開口部を充填し、溝に挾まれた領域に配置される信号線およびその隣に配置されるグランド線を形成する第５の工程と、第１のレジストパターンを除去した後で第１の金属薄膜の露出している領域を除去する第６の工程と、信号線およびグランド線１０４をマスクとして絶縁膜の露出している領域を除去する第７の工程と、第７の工程の後で犠牲膜を除去する工程とを少なくとも備え、第５の工程では、第１および第２の開口部底部の幅よりそれぞれ第１および第２の開口部を深く形成することを特徴とする。これにより、信号線両側の半導体基板に溝を備えるようにし、信号線およびグランド線と半導体基板との間に絶縁膜を介在させ、さらに信号線およびグランド線の断面を半導体基板主面に垂直な方向に縦長な形状とすることができる。
【００１０】また、第５の工程で、第１のレジストパターンに第３の開口部を同時に形成し、その第３の開口部底部に露出する第１の金属薄膜上に第１の金属膜を同時に形成して信号線およびグランド線とともに高周波素子を形成し、さらに、信号線とグランド線と高周波素子とを覆って表面が実質的に平坦な状態に犠牲層を形成する第８の工程と、信号線および高周波素子上の犠牲層の所定領域にそれぞれ接続口を形成する第９の工程と、接続口内を含む犠牲層上に第２の金属薄膜を形成し、接続口それぞれの間にわたる開口領域を備えた第２のレジストパターンを形成し、開口領域底部に露出した第２の金属薄膜上に選択的にメッキにより第２の金属膜を形成して信号線と高周波素子とを接続する接続部を形成する第１０の工程と、第２のレジストパターンを除去した後で第２の金属薄膜の露出している領域を除去する第１１の工程とを備え、第１１の工程の後で犠牲層とともに犠牲膜を除去するようにしてもよい。
【００１１】犠牲膜については、２つの溝が形成された半導体基板上に感光性を有する樹脂膜を形成し、その樹脂膜に選択的に露光光を照射して現像することで溝上部に樹脂膜が残るようにパターニングし、その残った樹脂膜の半導体基板平面上に突出している部分を削除して平坦化することで形成してもよい。こうすることで、溝上部に残った樹脂膜のみを削除すればよくなるので、化学的機械的研磨法により平坦化を行う場合の負担を軽減できる。また、樹脂膜として、感光性ポリイミドを用いてもよい。また、平坦化は、化学的機械的研磨法により行ってもよい。また、絶縁膜については、電子サイクロトロン共鳴法によるプラズマＣＶＤ法を用いて形成してもよい。また、メッキでは、電界メッキ法により金を形成してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕図１は、この発明による高周波用伝送線路の第１の実施の形態の構成を示す斜視断面図である。この図に示す半導体基板１０１は、比抵抗が３０〜５０Ωcmである低抵抗のシリコンにより構成されている。その半導体基板１０１上に絶縁膜１０２を介して、信号線１０３とグランド線１０４とからなる伝送線路が形成されている。図１では、信号線１０３の両側に２本のグランド線１０４が形成されている。それら信号線１０３およびグランド線１０４は、絶縁膜１０２上に、金属薄膜１０６を介して配置されている。
【００１３】また、信号線１０３の両側の半導体基板１０１、すなわち信号線１０３と各グランド線１０４との間の半導体基板１０１に溝１０５が形成されている。その溝１０５により、信号線１０３の周囲に存在する空間が増える。また、信号線１０３およびグランド線１０４は、半導体基板１０１主面に平行な底面よりも、この底面に隣接する側面の方が面積が広くなるように形成されている。言い換えれば、信号線１０３の延在している方向に対して垂直な断面をみると、底辺よりそれに隣接する辺（高さ）の方が長い長方形となっている。図１では、信号線１０３は接続部１０７を介してアンテナ構造体（高周波素子）１０８と接続された状態となっている。また、半導体基板１０１の他の領域には、図示していないがマイクロ波回路が形成されている。
【００１４】次に、図２および図３を参照して、図１に示した高周波用伝送線路の製造方法を説明する。図２は、この高周波用伝送線路の製造方法を説明するための工程図である。また、図３は、図２に引き続く工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１０１上に、熱酸化法により酸化膜２０１を形成した。次に、図２（ｂ）に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術により酸化膜２０１をパターニングし、所定の方向に延在するストライプ状の開口部２０１ａを形成した。
【００１５】次に、図２（ｃ）に示すように、開口部２０１ａが形成された酸化膜２０１をマスクとしたウエットエッチングにより、半導体基板１０１を選択的にエッチングして、深さ１０μｍ程度の溝１０５を形成した。このウエットエッチングでは、水酸化カリウム水溶液をエッチング液として用いた。次に、酸化膜２０１をＨＦ（フッ化水素）を用いてエッチング除去して、図２（ｄ）に示すように、半導体基板１０１に溝１０５が形成された状態とした。なお、図２では、溝１０５の断面形状をＶ字状としたが、これに限るものではなく、空間が形成できればどのような形状であっても良い。次に、図２（ｅ）に示すように、溝１０５を埋め込むようにポリイミドからなる犠牲膜２０２を形成した。ここでは、ポリイミドを半導体基板１０１の表面に塗布することでポリイミド膜を膜厚１０μｍ程度に形成した後、そのポリイミド膜を化学的機械的研磨法により平坦化エッチングすることで形成した。
【００１６】次に、図２（ｆ）に示すように、溝１０５が犠牲膜２０２で埋め込められた半導体基板１０１の表面全面に絶縁膜２０３を形成した。ここでは、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法（electron cycrotron resonance plasma chemical vaper deposition ）、すなわち電子サイクロトロン共鳴法によるプラズマＣＶＤ法を用いて、３００℃以下で膜厚１μｍ程度のシリコン酸化膜からなる絶縁膜２０３を形成した。なお、絶縁膜２０３としてシリコン窒化膜を形成してもよい。ただし、絶縁膜２０３の形成方法は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法に限られるものではなく、３００℃以下の低温で成膜できる方法であればいかなる形成方法でも良い。また、犠牲膜２０２をポリイミドなどの有機材料ではなく無機材料で形成すれば、例えば熱酸化法など３００℃よりも高い温度で絶縁膜を形成する方法も利用できる。
【００１７】次に、図２（ｇ）に示すように、絶縁膜２０３上にクロムの層と金の層の２層構造とした第１の金属薄膜２０４を形成し、その金属薄膜２０４上に第１のレジストパターン２０５を形成した。その金属薄膜２０４は、クロムおよび金を０．１μｍずつ蒸着法により形成した。また、レジストパターン２０５は、膜厚１０μｍ程度に形成し、溝１０５に平行な方向に延在する第１の開口部２０５ａ、第２の開口部２０５ｂおよび第３の開口部２０５ｃが形成されている状態とした。次に、図２（ｈ）に示すように、開口部２０５ａ〜２０５ｃ底部に露出している金属薄膜２０４表面に、電界メッキ法により金を膜厚１０μｍ程度メッキし、開口部２０５ａ〜２０５ｃが金膜（第１の金属膜）２０６で充填されている状態とした。
【００１８】次に、レジストパターン２０５を剥離した後、レジストパターン２０５下部の金属薄膜２０４を選択的に除去した。この工程では、まず、ヨウ素，ヨウ化アンモニウム，エタノールの水溶液からなるエッチング液を用いてエッチングすることで、金属薄膜２０４の上層である金膜部分を除去した。なお、エッチング速度は毎分０．０５μｍ程度であった。次いで、金属薄膜２０４の下層であるクロム膜部分をウエットエッチングにより除去した。これにより、図３（ｉ）に示すように、絶縁膜２０３上に金属薄膜１０６を介して、信号線１０３、グランド線１０４およびアンテナ構造体１０８が形成された。
【００１９】次に、信号線１０３、グランド線１０４およびアンテナ構造体１０８をマスクとして、ＨＦを用いて、絶縁膜２０３の露出している領域をエッチング除去した。これにより、図３（ｊ）に示すように、信号線１０３、グランド線１０４およびアンテナ構造体１０８と半導体基板１０１との間に、それぞれ絶縁膜１０２が介在するようになる。
【００２０】次に、図３（ｋ）に示すように、まず、信号線１０３、グランド線１０４およびアンテナ構造体１０８を埋め込むように、絶縁物からなる犠牲層３０１を半導体基板１０１上に形成した。その犠牲層３０１としては、ポリイミドを膜厚１０μｍ程度に形成することで構成した。続いて、その犠牲層３０１の所定箇所に接続口を形成し、その接続口を介して信号線１０３とアンテナ構造体１０８とを接続する接続部１０７を形成した。
【００２１】この接続部１０７の形成方法は、上述した信号線１０３の形成方法と同様である。まず、接続口を形成した状態で犠牲層３０１を含む全域に、クロムの層と金の層の２層構造とした第２の金属薄膜を形成し、その上に、接続部１０７形成領域に溝（開口領域）のある第２のレジストパターンを形成した。続いて、その溝底部に露出している金属薄膜表面に、電界メッキ法により金を１０μｍ程度メッキし、溝がメッキした金膜（第２の金属膜）で充填されている状態とした。次いで、レジストパターンを剥離した後、レジストパターン下部の金属薄膜、すなわちメッキにより形成した金からなる構造体以外の領域の金属薄膜を選択的に除去して、接続部１０７を形成した。最後に、図３（ｌ）に示すように、犠牲層３０１および犠牲膜２０２を除去した。これは、酸素プラズマにより犠牲層３０１，２０２をアッシングすることで行える。以上により、図１に示した高周波用伝送線路が得られた。
【００２２】図１に示した高周波用伝送線路では、まず、信号線１０３およびグランド線１０４の断面を半導体基板１０１主面に垂直な方向に縦長な形状とし、信号線１０３およびグランド線１０４と半導体基板１０１との間に絶縁膜１０２を介在させ、信号線１０３の両側の半導体基板１０１に溝１０５を備えるようにした。信号線１０３およびグランド線１０４の断面形状を上記のようにして板状に立てた構造にすることにより、電界の集中が板状の信号線１０３の側壁に集中するようになる。その信号線などの構造に加えて、溝１０５を形成することにより、信号線１０３の周囲にはより多くの空間が存在するようになり、信号線１０３の周囲にある半導体基板１０１の領域が相対的に少ない状態となる。半導体基板１０１と比較して高周波的に高抵抗の絶縁膜１０２を備えるようにしたので、信号線１０３を伝搬する高周波信号が半導体基板１０１を介してグランド線１０４へ漏洩することを抑制できる。この結果、図１に示した高周波用伝送線路によれば、以下に示すように伝送損失を少なくすることができた。
【００２３】図４は、図１に示した高周波用伝送線路の伝送特性を示す特性図である。この高周波用伝送線路の半導体基板１０１は、上述したように、比抵抗が３０〜５０Ωcmである低抵抗のシリコンにより構成されている。図４には、図１に示した高周波用伝送線路の他に、２つの参考例の伝送特性が示されている。図５は、これら２つの参考例の構成を示す断面図である。参考例Ｉは、図５（ａ）に示すように、比抵抗が１ｋΩcmである高抵抗のシリコン基板５０１ａ上に形成された信号線５０３ａおよびグランド線５０４ａからなる伝送線路である。この伝送線路は、従来から用いられているコプレーナ線路である。また、参考例IIは、図５（ｂ）に示すように、信号線１０３およびグランド線１０４と半導体基板１０１との間に絶縁膜１０２がない点を除いて、図１に示した高周波用伝送線路と同じ構成を有するものである。
【００２４】図４に示した特性図の縦軸は減衰率（単位：dB／mm）であり、横軸は周波数（単位：GHz ）である。減衰率は各伝送線路１mmあたりの減衰率であり、次式により求めたものである。
（減衰率）＝１０ log｛(入力電力−出力電力)／入力電力｝
図１に示した高周波用伝送線路の場合、信号線１０３およびグランド線１０４と半導体基板１０１との間にそれぞれ絶縁膜１０２が介在しているので、図４からわかるように、直流に対しては減衰率がゼロである。また、高周波領域でも、高抵抗基板上に形成された参考例Ｉと比較して遜色ない特性が得られる。なお、絶縁膜１０２を有しない参考例IIとの比較から、絶縁膜１０２を介在させることにより減衰率を小さくすることができることがわかる。
【００２５】このように、図１に示した高周波用伝送線路では、低抵抗基板を用いても、高抵抗基板を用いた場合と同程度に伝送損失を抑制することができる。言い換えれば、ＬＳＩなどの機能回路を形成できる半導体基板１０１上で、損失が少なく伝搬特性に優れた伝送線路を構成できる。これにより、同一基板に伝送線路をアンテナ構造体などの他の素子とともにモノリシックに形成できるので、より高集積な高周波回路素子の構造を容易に実現できるようになる。
【００２６】〔第２の実施の形態〕次に、図６を参照して、図１に示した高周波用伝送線路の他の製造方法を説明する。図６は、この高周波用伝送線路の製造方法を説明するための工程図である。この図には、図２および図３とは異なる工程のみが示されている。る。まず、図２（ａ）から図２（ｄ）で説明したことと同様にして、図６（ａ）に示すように、基板１０１に溝１０５が形成された状態とする。その溝１０５の深さは、１０μｍ程度とした。次に、図６（ｂ）に示すように、感光性ポリイミドからなる樹脂膜６０１を全面に膜厚１０μｍ程度に形成した。この感光性ポリイミドは、ポリベンザオキサゾール前駆体からなるベース樹脂に、ポジ型の感光剤を付加して感光性を持たせている。
【００２７】次に、図６（ｃ）に示すように、溝１０５上部に遮光体６０２を配置した状態で、露光光として紫外線６０３を照射して、樹脂膜６０１の溝１０５上部以外を露光した。そして、この露光した樹脂膜６０１をアルカリ性の現像液で現像することで、図６（ｄ）に示すように、溝１０５上に現像パターン６０１ａが形成された状態とした。次に、この現像パターン６０１ａを加熱して熱硬化させた後、現像パターン６０１ａの半導体基板１０１上に突出している部分を化学的機械的研磨法により切削研磨して平坦化することで、図６（ｅ）に示すように、溝１０５を埋め込むようにポリイミドからなる犠牲膜２０２を形成した。
【００２８】図２（ｅ）で示した方法では、半導体基板１０１上に広範囲に形成されたポリイミド膜を化学的機械研磨法によりエッチングする必要があった。これに対して、ここで示した方法では、溝１０５上に形成された現像パターン６０１ａのみをエッチングすればよいので、化学的機械的研磨で厚い膜をエッチングする負担を軽減することが可能であり、効率良く製造できる利点がある。以降の工程は図２（ｆ）〜図２（ｈ）および図３で説明したことと同様であるから、その説明を省略する。なお、上記第１，第２の実施の形態では、信号線１０３を挾むようにグランド線１０４を２つ形成するようにしたが、このグランド線１０４は１つであっても良い。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の高周波用伝送線路は、信号線およびグランド線と半導体基板との間に介在する絶縁膜と、信号線の両側の半導体基板に形成された溝とを備えており、信号線およびグランド線の断面は半導体基板主面に垂直な方向に縦長な形状とする。これにより、比抵抗の低い半導体基板の上であっても、その上に形成した伝送線路の伝送損失を抑制できるようになるという優れた効果が得られる。
【００３０】また、この発明の高周波用伝送線路の製造方法は、まず半導体基板上に溝を形成し、その溝を犠牲膜で充填した後で絶縁膜を形成し、その絶縁膜上にストライプ状の第１および第２の開口部を備えたレジストパターンを形成し、各開口部に金属膜を形成して信号線およびグランド線を形成し、レジストパターンを除去した後で信号線およびグランド線をマスクとして絶縁膜の露出している領域を除去し、最後に溝に充填された犠牲膜を除去する。この際、レジストパターンの各開口部底部の幅よりそれぞれ各開口部を深く形成する。これにより、上記の高周波用伝送線路を製造できる。
【００３１】また、犠牲膜については、溝が形成された半導体基板上に感光性を有する樹脂膜を形成し、その樹脂膜を露光・現像して溝上部に樹脂膜が残るようにパターニングし、その残った樹脂膜の半導体基板平面上に突出している部分を削除して平坦化することで形成する。これにより、化学的機械的研磨法により平坦化を行う場合の負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による高周波用伝送線路の第１の実施の形態の構成を示す斜視断面図である。
【図２】 図１に示した高周波用伝送線路の製造方法を説明するための工程図である。
【図３】 図２に引き続く工程図である。
【図４】 図１に示した高周波用伝送線路の伝送特性を示す特性図である。
【図５】 図４に伝送特性が示されている２つの参考例の構成を示す断面図である。
【図６】 図１に示した高周波用伝送線路の他の製造方法を説明するための工程図である。
【図７】 従来よりある高周波用伝送線路の一形態を示す断面図である。
【図８】 従来よりある高周波用伝送線路の他の形態を示す斜視断面図である。
【符号の説明】
１０１…半導体基板、１０２，２０３…絶縁膜、１０３…信号線、１０４…グランド線、１０５…溝、１０６，２０４…金属薄膜、１０７…接続部、１０８…アンテナ構造体、２０１…酸化膜、２０１ａ，２０５ａ〜２０５ｃ…開口部、２０２…犠牲膜、２０５…レジストパターン、２０６…金膜、３０１…犠牲層、６０１…樹脂膜、６０１ａ…現像パターン、６０２…遮光体、６０３…紫外線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 半導体基板上に形成された金属材料からなる信号線と、前記半導体基板上に前記信号線と平行に形成された金属材料からなるグランド線と、前記信号線および前記グランド線と前記半導体基板との間にそれぞれ介在する絶縁膜と、前記信号線の両側に隣接して前記半導体基板に形成された溝とから構成され、前記信号線および前記グランド線は、前記半導体基板に接している辺より前記半導体基板に垂直な隣辺の方が長い長方形状の断面を有することを特徴とする高周波用伝送線路。
【請求項２】 請求項１記載の高周波用伝送線路において、前記グランド線は、前記信号線両側に前記溝を挾んで形成されていることを特徴とする高周波用伝送線路。
【請求項３】 請求項１または２記載の高周波用伝送線路において、前記半導体基板上に形成された高周波素子と、前記信号線と前記高周波素子とを接続する接続部とを更に備えたことを特徴とする高周波用伝送線路。
【請求項４】 所定の間隔をあけて互いに平行に延在するストライプ状の２つの開口部を備えた酸化膜を半導体基板上に形成し、この酸化膜をマスクとして前記半導体基板をエッチングすることで、前記半導体基板上に所定の間隔をあけて互いに平行に延在する２つの溝を形成する第１の工程と、前記酸化膜を除去した後で前記２つの溝を犠牲膜で充填して前記半導体基板表面を実質的に平坦な状態とする第２の工程と、前記半導体基板表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記絶縁膜上に第１の金属薄膜を形成する第４の工程と、前記第１の金属薄膜上の前記２つの溝に挾まれた領域および前記溝の外側に隣接する所定の幅の領域に、前記溝に沿って平行に延在するストライプ状の第１および第２の開口部を備えた第１のレジストパターンを形成し、前記第１のレジストパターンの第１および第２の開口部底部に露出した前記第１の金属薄膜上にメッキにより第１の金属膜を形成して前記第１および第２の開口部を充填し、前記溝に挾まれた領域に配置される信号線およびその隣に配置されるグランド線を形成する第５の工程と、前記第１のレジストパターンを除去した後で前記第１の金属薄膜の露出している領域を除去する第６の工程と、前記信号線および前記グランド線をマスクとして前記絶縁膜の露出している領域を除去する第７の工程と、前記第７の工程の後で前記犠牲膜を除去する工程とを少なくとも備え、前記第５の工程で、前記第１および第２の開口部底部の幅よりそれぞれ前記第１および第２の開口部を深く形成することを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項５】 請求項４記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記第５の工程で、前記第１のレジストパターンに第３の開口部を同時に形成し、その第３の開口部底部に露出する前記第１の金属薄膜上に前記第１の金属膜を同時に形成して前記信号線および前記グランド線とともに高周波素子を形成し、前記信号線とグランド線と高周波素子とを覆って表面が実質的に平坦な状態に犠牲層を形成する第８の工程と、前記信号線および前記高周波素子上の前記犠牲層の所定領域にそれぞれ接続口を形成する第９の工程と、前記接続口内を含む前記犠牲層上に第２の金属薄膜を形成し、前記接続口それぞれの間にわたる開口領域を備えた第２のレジストパターンを形成し、前記開口領域底部に露出した前記第２の金属薄膜上に選択的にメッキにより第２の金属膜を形成して前記信号線と前記高周波素子とを接続する接続部を形成する第１０の工程と、前記第２のレジストパターンを除去した後で前記第２の金属薄膜の露出している領域を除去する第１１の工程とを備え、前記第１１の工程の後で前記犠牲層とともに前記犠牲膜を除去することを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項６】 請求項４または５に記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記第２の工程で、前記２つの溝が形成された前記半導体基板上に感光性を有する樹脂膜を形成し、その樹脂膜に選択的に露光光を照射して現像することで前記溝上部に前記樹脂膜が残るようにパターニングし、その残った樹脂膜の前記半導体基板平面上に突出している部分を削除して平坦化することで前記犠牲膜を形成することを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項７】 請求項６記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記樹脂膜は、感光性ポリイミドからなることを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項８】 請求項６または７記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記平坦化は、化学的機械的研磨法により行うことを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項９】 請求項４から８のいずれか１項に記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記第３の工程で、電子サイクロトロン共鳴法によるプラズマＣＶＤ法を用いて３００℃以下で前記絶縁膜を形成することを特徴とする高周波用伝送線路の形成方法。
【請求項１０】 請求項４から９のいずれか１項に記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記メッキでは、電界メッキ法により金を形成することを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項１】 半導体基板上に形成された金属材料からなる信号線と、前記半導体基板上に前記信号線と平行に形成された金属材料からなるグランド線と、前記信号線および前記グランド線と前記半導体基板との間にそれぞれ介在する絶縁膜と、前記信号線の両側に隣接して前記半導体基板に形成された溝とから構成され、前記信号線および前記グランド線は、前記半導体基板に接している辺より前記半導体基板に垂直な隣辺の方が長い長方形状の断面を有することを特徴とする高周波用伝送線路。
【請求項２】 請求項１記載の高周波用伝送線路において、前記グランド線は、前記信号線両側に前記溝を挾んで形成されていることを特徴とする高周波用伝送線路。
【請求項３】 請求項１または２記載の高周波用伝送線路において、前記半導体基板上に形成された高周波素子と、前記信号線と前記高周波素子とを接続する接続部とを更に備えたことを特徴とする高周波用伝送線路。
【請求項４】 所定の間隔をあけて互いに平行に延在するストライプ状の２つの開口部を備えた酸化膜を半導体基板上に形成し、この酸化膜をマスクとして前記半導体基板をエッチングすることで、前記半導体基板上に所定の間隔をあけて互いに平行に延在する２つの溝を形成する第１の工程と、前記酸化膜を除去した後で前記２つの溝を犠牲膜で充填して前記半導体基板表面を実質的に平坦な状態とする第２の工程と、前記半導体基板表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記絶縁膜上に第１の金属薄膜を形成する第４の工程と、前記第１の金属薄膜上の前記２つの溝に挾まれた領域および前記溝の外側に隣接する所定の幅の領域に、前記溝に沿って平行に延在するストライプ状の第１および第２の開口部を備えた第１のレジストパターンを形成し、前記第１のレジストパターンの第１および第２の開口部底部に露出した前記第１の金属薄膜上にメッキにより第１の金属膜を形成して前記第１および第２の開口部を充填し、前記溝に挾まれた領域に配置される信号線およびその隣に配置されるグランド線を形成する第５の工程と、前記第１のレジストパターンを除去した後で前記第１の金属薄膜の露出している領域を除去する第６の工程と、前記信号線および前記グランド線をマスクとして前記絶縁膜の露出している領域を除去する第７の工程と、前記第７の工程の後で前記犠牲膜を除去する工程とを少なくとも備え、前記第５の工程で、前記第１および第２の開口部底部の幅よりそれぞれ前記第１および第２の開口部を深く形成することを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項５】 請求項４記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記第５の工程で、前記第１のレジストパターンに第３の開口部を同時に形成し、その第３の開口部底部に露出する前記第１の金属薄膜上に前記第１の金属膜を同時に形成して前記信号線および前記グランド線とともに高周波素子を形成し、前記信号線とグランド線と高周波素子とを覆って表面が実質的に平坦な状態に犠牲層を形成する第８の工程と、前記信号線および前記高周波素子上の前記犠牲層の所定領域にそれぞれ接続口を形成する第９の工程と、前記接続口内を含む前記犠牲層上に第２の金属薄膜を形成し、前記接続口それぞれの間にわたる開口領域を備えた第２のレジストパターンを形成し、前記開口領域底部に露出した前記第２の金属薄膜上に選択的にメッキにより第２の金属膜を形成して前記信号線と前記高周波素子とを接続する接続部を形成する第１０の工程と、前記第２のレジストパターンを除去した後で前記第２の金属薄膜の露出している領域を除去する第１１の工程とを備え、前記第１１の工程の後で前記犠牲層とともに前記犠牲膜を除去することを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項６】 請求項４または５に記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記第２の工程で、前記２つの溝が形成された前記半導体基板上に感光性を有する樹脂膜を形成し、その樹脂膜に選択的に露光光を照射して現像することで前記溝上部に前記樹脂膜が残るようにパターニングし、その残った樹脂膜の前記半導体基板平面上に突出している部分を削除して平坦化することで前記犠牲膜を形成することを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項７】 請求項６記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記樹脂膜は、感光性ポリイミドからなることを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項８】 請求項６または７記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記平坦化は、化学的機械的研磨法により行うことを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【請求項９】 請求項４から８のいずれか１項に記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記第３の工程で、電子サイクロトロン共鳴法によるプラズマＣＶＤ法を用いて３００℃以下で前記絶縁膜を形成することを特徴とする高周波用伝送線路の形成方法。
【請求項１０】 請求項４から９のいずれか１項に記載の高周波用伝送線路の製造方法において、前記メッキでは、電界メッキ法により金を形成することを特徴とする高周波用伝送線路の製造方法。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００１−１０２８１５（Ｐ２００１−１０２８１５Ａ）
【公開日】平成１３年４月１３日（２００１．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−２８１０３３
【出願日】平成１１年１０月１日（１９９９．１０．１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年４月１３日（２００１．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年１０月１日（１９９９．１０．１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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