(57)【要約】  回路装置は、基板１１と、伝送線路１０とを備えている。伝送線路１０は、基板１１の上に形成された誘電体膜１３と、誘電体膜１３の上に形成された信号線路１４とを有している。誘電体膜１３は、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散したナノコンポジット膜を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路装置は、
基板と、
伝送線路とを備え、
前記伝送線路は、
前記基板の上に形成された誘電体膜と、
前記誘電体膜の上に形成された信号線路とを有し、
前記誘電体膜は、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散したナノコンポジット膜を含む。
【請求項２】
請求項１に記載の回路装置において、
前記基板は半導体からなる。
【請求項３】
請求項２に記載の回路装置は、
前記基板に形成された回路素子をさらに備えている。
【請求項４】
請求項３に記載の回路装置は、
モノリシックマイクロ波集積回路として動作する。
【請求項５】
請求項１に記載の回路装置において、
前記誘電体膜は、比誘電率が互いに異なる複数の膜を含む。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置において、
前記伝送線路は、互いに平行に延びる２本の前記信号線路を有する結合線路である。
【請求項７】
請求項６に記載の回路装置において、
前記ナノコンポジット膜は、前記平行に延びる２本の信号線路の間の領域を埋めるように形成されている。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置は、
容量素子をさらに備え、
前記容量素子は、前記ナノコンポジット膜を挟んで対向するように形成された下部電極と上部電極を有している。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置において、
前記伝送線路は、周期的に形成され、互いにインピーダンスが異なる第１の領域と第２の領域とを有している。
【請求項１０】
請求項９に記載の回路装置において、
前記誘電体膜は、互いに比誘電率が異なる第１の膜と第２の膜とを含み、
前記第１の膜と前記第２の膜とは、それぞれ前記第１の領域と前記第２の領域とに対応して周期的に形成され、
前記第１の膜は、前記ナノコンポジット膜である。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置において、
前記伝送線路は、第１の導体膜と第２の導体膜とを有し、
前記誘電体膜は、第１の膜と第２の膜とを含み、
前記第１の膜は、前記第２の膜の上に形成された前記ナノコンポジット膜であり、
前記第１の導体膜は、前記第２の膜と前記基板との間に形成され、
前記第２の導体膜は、前記第１の膜と前記第２の膜との間に、前記第２の領域と対応して周期的に形成されている。
【請求項１２】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置において、
前記第１の材料の粒径は、１ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下である。
【請求項１３】
前記第１の材料は、セラミクスである請求項１２に記載の回路装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の回路装置において、
前記セラミクスは、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸バリウムストロンチウムである。
【請求項１５】
請求項１３に記載の回路装置において、
前記セラミクスは、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート又はチタン酸ジルコン酸鉛である。
【請求項１６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置において、
前記第２の材料は、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン又はポリフェニレンオキシドである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路装置に関し、特に伝送線路を備えた回路基板及びモノリシックマイクロ波集積回路等の回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の通信機器の発達に伴い、周波数が数１００ＭＨｚから数ＧＨｚのマイクロ波さらには数十ＧＨｚから数１００ＧＨｚのミリ波を扱う回路装置が注目を集めている。マイクロ波からミリ波の帯域の信号を扱う場合には、信号損失の低減が非常に重要である。このため、マイクロ波からミリ波の帯域の信号を扱う回路装置においては、低損失の伝送線路が不可欠である。【０００３】
例えば、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）においては、半導体素子を形成した基板の上に、マイクロストリップ線路等の伝送線路を形成する必要がある。マイクロストリップ線路は、誘電体膜を挟んでグランドプレーンである接地導体と信号線路とが相対する構造を有している。例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の半絶縁性の基板を誘電体として用い、基板の主面に信号線路を形成し、裏面をメタライズして接地導体とすることにより形成することができる。また、基板がＳｉ等の導電性の半導体である場合には基板の上に比誘電率の低いベンゾシクロブテン（以下ＢＣＢ、比誘電率２．６５）又はポリイミド（比誘電率３．３）を数μｍから十数μｍ堆積させ、これを誘電体膜として用いることにより形成することができる（例えば、特許文献１を参照。）。【０００４】
また、携帯電話の基地局等に用いられる数百メガヘルツ〜数ギガヘルツ帯のパワーアンプにおいては、パッケージ内にインピーダンスを変成するための内部整合回路が必要となる。内部整合回路は一般に、伝送線路を用いた分布定数回路により構成され、例えば主面に信号線路が形成され、裏面に接地導体が形成されたセラミクス基板等が用いられる。
【特許文献１】特開平９−１７９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの伝送線路には以下のような問題がある。伝送線路の特性は様々なパラメータにより決定される。例えば、一般的な伝送線路であるマイクロストリップ線路のインピーダンスは主に誘電体膜の比誘電率、厚さ及び信号線路の幅によって決定される。このうち、誘電体膜の比誘電率は誘電体膜の材質によって決まってしまう。また、伝送線路の誘電体膜に用いる材料は、比誘電率以外にも加工性、コスト及び誘電損失等の制約があるため選択の幅が限られてしまう。このため、マイクロストリップ線路においては、誘電体膜の膜厚、信号線路の長さ及び幅等のサイズのパラメータが大きく制限されてしまう。また、マイクロストリップ線路以外の伝送線路においても同じような問題が生じる。これにより、伝送線路を必要とするモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）等の回路装置は、サイズにおいて大きな制約を受けるという問題がある。【０００６】
また、高周波パワーアンプのパッケージ内に設けられる内部整合回路等においては、決められたインピーダンス及び線路長を規定のサイズ内に収めるために、比誘電率が異なる種々のセラミクス基板を確保するという努力を行っている。しかし、セラミクス基板は、比誘電率が１０からせいぜい１００程度の範囲のものしか得られず、コスト等の条件を考えると自由に材料を選択できる状態とはほど遠い。【０００７】
本発明は、前記従来の問題を解決し、伝送線路の制約を回避した自由度が高い回路装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
具体的に、本発明に係る回路装置は、基板と、伝送線路とを備え、伝送線路は、基板の上に形成された誘電体膜と、誘電体膜の上に形成された信号線路とを有し、誘電体膜は、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散したナノコンポジット膜を含むことを特徴とする。【０００９】
本発明の回路装置は、伝送線路を形成する誘電体膜が、第１の材料からなる粒子を第２の材料中に分散させたナノコンポジット膜を含む。このため、誘電体膜の比誘電率を自由に設定することができる。従って、伝送線路の設計の自由度が大幅に向上する。その結果、モノリシック半導体及び内部整合回路等の回路装置の設計及び製造が容易となる。【００１０】
本発明の回路装置において、基板は半導体であってもよい。【００１１】
本発明の回路装置は、基板に形成された回路素子をさらに備えていてもよい。【００１２】
本発明の回路装置は、モノリシックマイクロ波集積回路として動作するものであってもよい。【００１３】
本発明の回路装置において、誘電体膜は、比誘電率が互いに異なる複数の膜を含んでいてもよい。【００１４】
本発明の回路装置において、伝送線路は、互いに平行に延びる２本の信号線路を有する結合線路であってもよい。【００１５】
本発明の回路装置において、ナノコンポジット膜は、平行に延びる２本の信号線路の間の領域を埋めるように形成されていてもよい。【００１６】
本発明の回路装置において、容量素子をさらに備え、容量素子は、ナノコンポジット膜を挟んで対向するように形成された下部電極と上部電極を有していてもよい。【００１７】
本発明の回路装置において、伝送線路は、周期的に形成され、互いにインピーダンスが異なる第１の領域と第２の領域とを有していてもよい。【００１８】
本発明の回路装置において、誘電体膜は、互いに比誘電率が異なる第１の膜と第２の膜とを含み、第１の膜と第２の膜とは、それぞれ第１の領域と第２の領域とに対応して周期的に形成され、第１の膜は、ナノコンポジット膜であってもよい。【００１９】
本発明の回路装置において、伝送線路は、第１の導体膜と第２の導体膜とを有し、誘電体膜は、第１の膜と第２の膜とを含み、第１の膜は、第２の膜の上に形成されたナノコンポジット膜であり、第１の導体膜は、第２の膜と基板との間に形成され、第２の導体膜は、第１の膜と第２の膜との間に、第２の領域と対応して周期的に形成されていてもよい。【００２０】
本発明の回路装置において、第１の材料の粒径は、１ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下であることが好ましい。【００２１】
本発明の回路装置において、第１の材料は、セラミクスであってもよい。この場合において、セラミクスは、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸バリウムストロンチウムであってもよい。また、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート又はチタン酸ジルコン酸鉛であってもよい。【００２２】
本発明の回路装置において、第２の材料は、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン又はポリフェニレンオキシドであってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る回路装置によれば、伝送線路の制約を回避した自由度が高い回路装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態に係る回路装置を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る回路装置の変形例を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る回路装置を高周波パワーアンプの内部整合回路として用いる例を示す平面図である。
【図４】第２の実施形態に係る回路装置を示す断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る回路装置の変形例を示す断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る回路装置の変形例を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る回路装置の変形例を示す断面図である。
【図８】第３の実施形態に係る回路装置を示す断面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は第４の実施形態に係る回路装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIXｂ−IXｂ線における断面図である。
【図１０】第４の実施形態に係る回路装置の構成をインピーダンスに着目して記載した回路図である。
【図１１】位相定数と周波数との関係を計算により求めた結果を示すグラフである。
【図１２】スローウェーブファクタとインピーダンスとの関係を計算により求めた結果を示すグラフである。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は第５の実施形態に係る回路装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXIII−XIII線における断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０      伝送線路
１１      基板
１２      接地導体
１３      誘電体膜
１３Ａ    第１の膜
１３Ｂ    第２の膜
１４      信号線路
２１      内部整合回路
２２      トランジスタチップ
２３      パッケージ
２４      リード
３０      ＭＩＭ容量素子
３１      下部電極
３２      上部電極
３３      ナノコンポジット膜
３４      絶縁膜
４０Ａ    第１の領域
４０Ｂ    第２の領域
４３      誘電体膜
４３Ａ    第１の膜
４３Ｂ    第２の膜
５０Ａ    第１の領域
５０Ｂ    第２の領域
５２Ａ    第１の導体膜
５２Ｂ    第２の導体膜
５３      誘電体膜
５３Ａ    第１の膜
５３Ｂ    第２の膜
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る回路装置の断面構成を示している。図１に示すように本実施形態の回路装置は、基板１１の上に形成された接地導体１２と、接地導体１２の上に形成されたナノコンポジット膜からなる誘電体膜１３と、誘電体膜１３の上に形成された信号線路１４とを備えている。【００２７】
接地導体１２、誘電体膜１３及び信号線路１４により、マイクロストリップ線路である伝送線路１０が形成されている。マイクロストリップ線路のインピーダンスは、主に信号線路１４の幅ｗと誘電体膜１３の膜厚ｈと誘電体膜１３の比誘電率とによって決まる。このため、誘電体膜１３に比誘電率が２．６５のベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）膜を用いた場合には、インピーダンスが５０Ωのマイクロストリップ線路を形成するためには、ｗとｈとの比を３程度にする必要がある。一方、信号線路１４の幅ｗは、線路の抵抗損失を考えると３０μｍ〜４０μｍとする必要があるため、誘電体膜１３の膜厚を１０μｍ〜１５μｍとする必要がある。【００２８】
しかし、本実施形態の回路装置は、誘電体膜１３にナノコンポジット膜を用いている。ここでいうナノコンポジット膜とは、比誘電率が大きい第１の材料からなる微細粒子が、比誘電率及び誘電損失が小さい第２の材料中に分散した材料からなる膜である。本実施形態では、第１の材料にチタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）を用い、第２の材料にＢＣＢを用いた例について説明する。ナノコンポジット膜の比誘電率は、ＢＣＢ膜中に分散させる微細粒子の比誘電率及び分散量によって制御することができる。このため、比誘電率を数十〜数１０００の範囲で自由に設定することができ、誘電体膜１３の膜厚を自由に設計することが可能となる。【００２９】
誘電体膜１３の比誘電率はマイクロストリップ線路を伝搬する波の波長にも影響する。このため、低誘電率のＢＣＢ膜と比べ、高誘電率のナノコンポジット膜を用いた場合には、マイクロストリップ線路の線路長を短くすることができる。【００３０】
さらに、本実施形態のナノコンポジット膜は、ベースがＢＣＢ膜であるため、ＢＣＢ膜と同様にスピンコート法により容易に成形することができる。このため、従来の製造工程を変更することなく用いることが可能である。また、ＢＣＢ膜とナノコンポジット膜とを積層したり、比誘電率が異なるナノコンポジット膜同士を積層したりすることも容易である。このように、誘電体膜１３を積層膜とすれば誘電体膜１３の比誘電率の自由度をさらに向上させることができる。また、図２に示すように信号線路直下の部分であって、誘電体膜１３の上部の一部をナノコンポジット膜からなる第１の膜１３Ａとし、他の部分をＢＣＢ膜からなる第２の膜１３Ｂとすることも可能である。【００３１】
実際にアクリル系樹脂にＳＴＯ及びＢＴＯを含有率が２０％となるように混入したナノコンポジット膜を作製した。作製したナノコンポジット膜の比誘電率は１０であった。作成したナノコンポジット膜上にマイクロストリップ線路を作製し、従来のＢＣＢ膜上に作製したマイクロストリップ線路と特性を比較した。抵抗損失を抑えるため、信号線路の幅ｗはＢＣＢ膜上のマイクロストリップ線路及びナノコンポジット膜上のマイクロストリップ線路で共に３６．７５μｍとした。また、特性インピーダンスが５０ΩになるようにＢＣＢ膜の膜厚は１５μｍとし、ナノコンポジット膜の膜厚は４２μｍとした。両者を伝達する信号の波長を算出したところ、ＢＣＢ膜上のマイクロストリップ線路では１波長が７．８３ｍｍであったのに対し、ナノコンポジット膜上のマイクロストリップ線路では１波長が４．５３ｍｍと約５８％にまで短縮した。このことからアクリル系樹脂にＳＴＯ及びＢＴＯをナノコンポジットとして含有率が２０％以上となるように混入させると比誘電率が１０以上となり、膜上のマイクロストリップ線路の波長がＢＣＢ膜の場合と比較して５８％以上短縮できることが明らかとなった。これにより回路装置の微細化が可能となる。【００３２】
図１又は２に示した回路装置において、基板１１はガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の絶縁性のものであっても、シリコン（Ｓｉ）等の導電性のものであってもよい。また、基板にトランジスタ等の回路素子が形成されていてもよい。この場合には、基板１１と接地導体１２との間に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）等からなる層間絶縁膜と金属配線等とからなる
配線層が形成されていてもよい。また、接地導体１２を配線層の最上層に形成した金属配線としてもよい。【００３３】
また、図１又は２に示した回路装置は、図３に示すような高周波パワーアンプの内部整合回路２１として用いてもよい。図３においてトランジスタチップ２２は、本実施形態の回路装置である内部整合回路２１とワイヤボンドにより接続されている。内部整合回路２１は、パッケージ２３のリード２４とワイヤボンドにより接続されている。【００３４】
携帯電話の基地局等に用いられる数百メガヘルツ〜数ギガヘルツ帯のパワーアンプの場合、トランジスタチップ２２は、十分なパワーを出すために比較的サイズの大きなトランジスタとなる。トランジスタチップのサイズが大きくなると、その入出力インピーダンスは非常に低くなる。このため、パッケージの外にインピーダンス整合回路を形成した場合には、整合回路のロスが無視できなくなる。【００３５】
このため、パッケージ内に内部整合回路２１を設け、これによりパッケージの外からみた入力又は出力インピーダンスを高くしてやる必要がある。内部整合回路２１はパッケージ内に収める必要があるため、そのサイズが限定される。しかし、内部整合回路２１のサイズは誘電体膜１３の比誘電率によって決定されてしまう。【００３６】
本実施形態の誘電体膜１３にナノコンポジット膜を用いる回路装置を内部整合回路とすれば、誘電体膜１３の比誘電率を自由に設定できるため、内部整合回路２１のサイズの自由度が大幅に向上する。【００３７】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図４は第２の実施形態に係る回路装置の断面構成を示している。図４において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。【００３８】
図４に示すように本実施形態の回路装置は、伝送線路１０としてマイクロストリップ線路に代えてコプレーナ線路を備えている。このため、誘電体膜１３の上に、信号線路１４及び接地導体１２が形成されている。信号線路１４は、２つの接地導体１２の間に形成されており、信号線路１４と接地導体１２とは平行に延びている。【００３９】
コプレーナ線路では、線路のインピーダンスは線路幅ｗと、信号線路１４と接地導体１２との間のギャップｓとの比によって決まる。従って、線路幅ｗを大きくするためにはギャップｓを大きくする必要がある。しかし、ギャップｓを大きくした場合に、誘電体膜１３の比誘電率が小さいと信号線路１４からの電界が基板１１等の誘電体膜１３以外の部分を通って接地導体へ終端するおそれがある。基板１１が絶縁性の場合には問題ないが、基板１１が導電性の場合には、信号が大きくロスし、インピーダンスも低下する。また、基板１１と誘電体膜１３との間に配線層等がある場合にも影響が避けられない。これを避けるためには誘電体膜１３の膜厚を厚くする必要がある。【００４０】
しかし、本実施形態の回路装置は、誘電体膜１３に比誘電率が大きいナノコンポジット膜を用いている。このため、誘電体膜１３の比誘電率を自由に選択でき、誘電体膜１３の膜厚を自由に設計することが可能となる。【００４１】
誘電体膜１３の比誘電率はコプレーナ線路を伝搬する波の波長にも影響する。このため、低誘電率のＢＣＢ膜と比べ、高誘電率のナノコンポジット膜を用いた場合には、コプレーナ線路の線路長を短くすることができる。【００４２】
さらに、本実施形態においてもナノコンポジット膜は、ベースがＢＣＢ膜であるため、ＢＣＢ膜と同様にスピンコート法により容易に成形することができる。このため、従来の製造工程を変更することなく用いることが可能である。また、ＢＣＢ膜とナノコンポジット膜とを積層したり、比誘電率が異なるナノコンポジット膜同士を積層したりすることも容易である。誘電体膜１３を積層膜とすれば誘電体膜１３の比誘電率の自由度をさらに向上させることができる。【００４３】
本実施形態においても図５に示すように、誘電体膜１３をナノコンポジット膜からなる第１の膜１３ＡとＢＣＢ膜からなる第２の膜１３Ｂとの積層膜としてもよい。また、比誘電率が異なるナノコンポジット膜同士を積層してもよい。【００４４】
また、コプレーナ線路に代えて図６に示すような複数の信号線路が平行に延びる結合線路としてもよい。結合線路の結合度を上げるには、信号線路１４同士の間の比誘電率を高くすればよい。このため、図７に示すように信号線路１４をＢＣＢ膜からなる第２の膜１３Ｂの上に形成し、信号線路１４同士の間にナノコンポジット膜からなる第１の膜１３Ａを設けてもよい。なお、第２の膜１３ＢはＢＣＢ膜であっても、ナノコンポジット膜であってもよい。【００４５】
本実施形態の回路装置は、第１の実施形態の回路装置と同様にＭＭＩＣ及び内部整合回路として用いることができる。【００４６】
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図８は第３の実施形態に係る回路装置の断面構成を示している。図８において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。【００４７】
図８に示すように本実施形態の回路装置は、基板１１の上に絶縁膜３４を介して形成された、金属−絶縁膜−金属（ＭＩＭ）容量素子３０を備えている。ＭＩＭ容量素子３０は、基板１１の上に形成されたナノコンポジット膜３３と、ナノコンポジット膜３３を挟んで対向する下部電極３１及び上部電極３２とを有している。【００４８】
ＭＭＩＣ等の回路装置は、容量素子を必要とすることが多い。本実施形態のように比誘電率が高いナノコンポジット膜を容量素子の容量絶縁膜として用いれば、容量絶縁膜の膜厚を厚くした状態でも大きな容量値を実現することができる。【００４９】
第１の実施形態及び第２の実施形態に示した伝送線路のナノコンポジット膜と本実施形態のＭＩＭ容量素子のナノコンポジット膜とは同一の膜を用いて形成すればよい。また、絶縁膜３４は必要に応じて設ければよい。ＢＣＢ膜とナノコンポジット膜とが積層された誘電体膜を用いる場合には、絶縁膜３４をＢＣＢ膜とすればよい。【００５０】
（第４の実施形態）
以下に、本発明の第４の実施形態について図面を参照して説明する。図９（ａ）及び（ｂ）は第４の実施形態に係る回路装置であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のIXｂ−IXｂ線における断面構成を示している。【００５１】
第４の実施形態の回路装置は、基板１１の上に形成された接地導体１２と、接地導体１２の上に形成された誘電体膜４３と、誘電体膜４３の上に形成された信号線路１４とを備えている。接地導体１２と誘電体膜４３と信号線路１４とによりマイクロストリップ線路である伝送線路１０が形成されている。本実施形態の誘電体膜４３は、ストライプ状の第１の膜４３Ａと第２の膜４３Ｂとにより形成されており、第１の膜４３Ａ及び第２の膜４３Ｂは、信号線路１４と交差する方向に延びている。【００５２】
第１の膜４３Ａはナノコンポジット膜からなり、第２の膜４３ＢはＢＣＢ膜からなる。このため、誘電体膜４３における第１の膜４３Ａが形成された第１の領域４０Ａは、第２の膜４３Ｂが形成された第２の領域４０Ｂと比べて比誘電率が高い。従って、接地導体１２と、誘電体膜４３と、信号線路１４とにより形成されるマイクロストリップ線路である伝送線路１０のインピーダンスは、第１の領域４０Ａでは高く、第２の領域４０Ｂでは低くなる。これによりスローウェーブ現象が生じる。【００５３】
以下に、スローウェーブ現象について説明する。図９をインピーダンスに着目して書き直すと図１０のように表現できる。ここで、ＺAは第１の領域のインピーダンス、ＺBは第２の領域のインピーダンス、βAは第１の領域の位相定数、βBは第２の領域の位相定数、ｌAは第１の領域の長さ、ｌBは第２の領域の長さを示している。今、周期（ｌA＋ｌB）が波長に比べて十分小さく、且つＺBがＺAに比べて十分小さければ、電界エネルギーの大半が第２の領域４０Ｂに蓄えられ、磁界エネルギーの大半が第１の領域４０Ａに蓄えられるスローウェーブ現象が生じる。【００５４】
伝播定数γを用いて、一般的な分散方程式として式（１）が得られ、さらに特性インピーダンスの式（２）が得られる。但し、γ＝α＋ｊβ、γＡ＝αA＋ｊβA、γB＝αB＋ｊβBである。【００５５】
【数１】
2009047876.tif 000003
【００５６】
【数２】
2009047876.tif 000004
【００５７】
図１１は、式（２）を用いて、図１０に示した伝送線路の位相定数を数値計算により求めた例を示している。なお、計算を簡略化するためｌA＝ｌB、βA＝βBとし、ＺAとＺBとの比が１００：１である場合について計算した。【００５８】
図１１に示すように、線路全体としての位相定数βは第１の領域４０Ａの位相定数βA及び第２の領域の位相定数βBと比べて大きくなっている。これは波の位相速度が遅くなること、つまりスローウェーブ現象が生じていることを示している。速度遅延の大きさは、通常このβと真空中の位相定数β0との比であるスローウェーブファクタ（β／β0）で表される。スローウェーブ現象は、スローウェーブファクタ倍だけ波長が短くなることを意味しており、これを用いることで分布定数線路を用いた回路の小型化が可能になると期待される。【００５９】
波長短縮の度合いであるスローウェーブファクタは、インピーダンス比(ＺB／ＺA)に大きく依存する。図１２はスローウェーブファクタのインピーダンス依存性を計算した結果を示している。スローウェーブ現象による波長短縮の効果を大きくするためには、インピーダンス比を大きくしなければならない。例えば、図１２に示した場合には、２分の１の波長短縮を実現するためには、ＺAとＺBとの間に１５倍近い差を設ける必要がある。【００６０】
マイクロストリップ線路の場合、インピーダンスは誘電体膜の比誘電率の平方根の逆数に比例する。従ってＺAとＺBとの比を１５にするためには、第１の膜の比誘電率を第２の膜の比誘電率の２００倍程度にする必要がある。従来このような構造を形成することは非常に困難であった。しかし、本実施形態のようにＢＣＢ膜をベースとするナノコンポジット膜とＢＣＢ膜とを用いることにより、２００倍程度の比誘電率を有する２つの領域が交互に周期的に配列された誘電体膜を容易に形成することができる。【００６１】
なお、マイクロストリップ線路に代えて、コプレーナ線路、差動線路、スロット線路又は結合線路等としても同様の効果が得られる。【００６２】
本実施形態の回路装置は、第１の実施形態の回路装置と同様にＭＭＩＣ及び内部整合回路として用いることができる。【００６３】
（第５の実施形態）
以下に、本発明の第５の実施形態について図面を参照して説明する。図１３（ａ）及び（ｂ）は第５の実施形態に係る回路装置であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のXIIIｂ−XIIIｂ線における断面構成を示している。【００６４】
図１３に示すように第５の実施形態の回路装置は、基板１１の上に形成された誘電体膜５３を備えている。誘電体膜５３は、ナノコンポジット膜からなる第１の膜５３ＡがＢＣＢ膜からなる第２の膜５３Ｂの上に形成された積層膜である。誘電体膜５３と基板１１との間には、第１の導体膜５２Ａが形成され、第１の膜５３Ａと第２の膜５３Ｂとの間には、互いに間隔をおいて平行に延びる第２の導体膜５２Ｂが形成されている。第２の膜５３Ｂの上には、第２の導体膜５２Ｂが延びる方向と交差する方向に延びる信号線路１４が形成されている。【００６５】
信号線路１４と第１の導体膜５２Ａ及び第２の導体膜５２Ｂと誘電体膜５３とによりマイクロストリップ線路である伝送線路１０が形成される。第１の領域５０Ａにおいては、第１の導体膜５２Ａが接地導体（グランドプレーン）となり、第２の領域５０Ｂにおいては、第２の導体膜５２Ｂが接地導体（グランドプレーン）となる。従って、信号線路１４と接地導体との間の距離が第２の領域５０Ｂでは第１の領域５０Ａよりも短くなる。このため、マイクロストリップ線路のインピーダンスは、第２の導体膜５２Ｂが形成された第２の領域５０Ｂにおいて、第２の導体膜５２Ｂが形成されていない第１の領域５０Ａよりも低くなる。このため、特性インピーダンスが異なる領域が交互に且つ周期的に存在し、第４の実施形態と同様にスローウェーブ現象が生じる。【００６６】
特に、本実施形態においては第１の膜５３Ａに比誘電率が高いナノコンポジット膜を用いている。このため、第１の領域５０Ａと第２の領域５０Ｂとの比誘電率の差が大きくなり、第１の領域５０Ａと第２の領域５０Ｂとにおけるインピーダンスの差も大きくなる。このため、スローウェーブ現象による波長短縮効果を大きくすることができる。【００６７】
本実施形態においても、マイクロストリップ線路に代えて、コプレーナ線路、差動線路、スロット線路又は結合線路等とすることができる。【００６８】
本実施形態の回路装置は、第１の実施形態の回路装置と同様にＭＭＩＣ及び内部整合回路として用いることができる。【００６９】
各実施形態において、ナノコンポジット膜に用いる第１の材料にＳＴＯを用いたが、比誘電率が大きく、微細粒子に加工できるものであればどのようなものでもよい。例えば、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）又はチタン酸バリウム（ＢＴＯ）等を用いることができ、その他にも比誘電率が数十から数１００程度のセラミクス等を用いることができる。例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯx）又はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等を用いることができる。また、比誘電率が異なる複数の材料を用いてもよい。【００７０】
第１の材料の粒径は、第２の材料中に練り込み分散させることができればよく、粒径が小さいほど好ましい。具体的には、１μｍ以下が好ましく、１ｎｍ〜２００ｎｍ程度の範囲であれば特に良好な特性を得ることができる。【００７１】
また、第１の材料の濃度は、必要とする比誘電率により選択すればよいが、例えばＳＴＯとＢＣＢとの組み合わせの場合には９０％程度まで高くすることができる。【００７２】
第２の材料は、比誘電率及び誘電損失が低い材料であればよく、ＢＣＢに代えて、ポリイミド、テトラフルオロエチレン又はポリフェニレンオキシド等を用いることができる。【００７３】
回路装置としてＭＭＩＣ及び内部整合基板を例としてあげたが、マイクロストリップ線路及びコプレーナ線路等の伝送線路を用いる回路装置であれば、パッケージを実装する基板及びチップと基板とを接続するインターポーザ等についても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る回路装置は、伝送線路の制約を回避した自由度が高い回路装置を実現でき、特に伝送線路を備えた回路基板及びモノリシックマイクロ波集積回路等の回路装置等として有用である。
【図１】
2009047876.tif 000005
【図２】
2009047876.tif 000006
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年12月18日(2009.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路装置に関し、特に伝送線路を備えた回路基板及びモノリシックマイクロ波集積回路等の回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の通信機器の発達に伴い、周波数が数１００ＭＨｚから数ＧＨｚのマイクロ波さらには数十ＧＨｚから数１００ＧＨｚのミリ波を扱う回路装置が注目を集めている。マイクロ波からミリ波の帯域の信号を扱う場合には、信号損失の低減が非常に重要である。このため、マイクロ波からミリ波の帯域の信号を扱う回路装置においては、低損失の伝送線路が不可欠である。
【０００３】
例えば、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）においては、半導体素子を形成した基板の上に、マイクロストリップ線路等の伝送線路を形成する必要がある。マイクロストリップ線路は、誘電体膜を挟んでグランドプレーンである接地導体と信号線路とが相対する構造を有している。例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の半絶縁性の基板を誘電体として用い、基板の主面に信号線路を形成し、裏面をメタライズして接地導体とすることにより形成することができる。また、基板がＳｉ等の導電性の半導体である場合には基板の上に比誘電率の低いベンゾシクロブテン（以下ＢＣＢ、比誘電率２．６５）又はポリイミド（比誘電率３．３）を数μｍから十数μｍ堆積させ、これを誘電体膜として用いることにより形成することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
また、携帯電話の基地局等に用いられる数百メガヘルツ〜数ギガヘルツ帯のパワーアンプにおいては、パッケージ内にインピーダンスを変成するための内部整合回路が必要となる。内部整合回路は一般に、伝送線路を用いた分布定数回路により構成され、例えば主面に信号線路が形成され、裏面に接地導体が形成されたセラミクス基板等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１７９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの伝送線路には以下のような問題がある。伝送線路の特性は様々なパラメータにより決定される。例えば、一般的な伝送線路であるマイクロストリップ線路のインピーダンスは主に誘電体膜の比誘電率、厚さ及び信号線路の幅によって決定される。このうち、誘電体膜の比誘電率は誘電体膜の材質によって決まってしまう。また、伝送線路の誘電体膜に用いる材料は、比誘電率以外にも加工性、コスト及び誘電損失等の制約があるため選択の幅が限られてしまう。このため、マイクロストリップ線路においては、誘電体膜の膜厚、信号線路の長さ及び幅等のサイズのパラメータが大きく制限されてしまう。また、マイクロストリップ線路以外の伝送線路においても同じような問題が生じる。これにより、伝送線路を必要とするモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）等の回路装置は、サイズにおいて大きな制約を受けるという問題がある。
【０００７】
また、高周波パワーアンプのパッケージ内に設けられる内部整合回路等においては、決められたインピーダンス及び線路長を規定のサイズ内に収めるために、比誘電率が異なる種々のセラミクス基板を確保するという努力を行っている。しかし、セラミクス基板は、比誘電率が１０からせいぜい１００程度の範囲のものしか得られず、コスト等の条件を考えると自由に材料を選択できる状態とはほど遠い。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題を解決し、伝送線路の制約を回避した自由度が高い回路装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
具体的に、本発明に係る回路装置は、基板と、伝送線路とを備え、伝送線路は、基板の上に形成された誘電体膜と、誘電体膜の上に形成された信号線路とを有し、誘電体膜は、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散したナノコンポジット膜を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の回路装置は、伝送線路を形成する誘電体膜が、第１の材料からなる粒子を第２の材料中に分散させたナノコンポジット膜を含む。このため、誘電体膜の比誘電率を自由に設定することができる。従って、伝送線路の設計の自由度が大幅に向上する。その結果、モノリシック半導体及び内部整合回路等の回路装置の設計及び製造が容易となる。
【００１１】
本発明の回路装置において、基板は半導体であってもよい。
【００１２】
本発明の回路装置は、基板に形成された回路素子をさらに備えていてもよい。
【００１３】
本発明の回路装置は、モノリシックマイクロ波集積回路として動作するものであってもよい。
【００１４】
本発明の回路装置において、誘電体膜は、比誘電率が互いに異なる複数の膜を含んでいてもよい。
【００１５】
本発明の回路装置において、伝送線路は、互いに平行に延びる２本の信号線路を有する結合線路であってもよい。
【００１６】
本発明の回路装置において、ナノコンポジット膜は、平行に延びる２本の信号線路の間の領域を埋めるように形成されていてもよい。
【００１７】
本発明の回路装置において、容量素子をさらに備え、容量素子は、ナノコンポジット膜を挟んで対向するように形成された下部電極と上部電極を有していてもよい。
【００１８】
本発明の回路装置において、伝送線路は、周期的に形成され、互いにインピーダンスが異なる第１の領域と第２の領域とを有していてもよい。
【００１９】
本発明の回路装置において、誘電体膜は、互いに比誘電率が異なる第１の膜と第２の膜とを含み、第１の膜と第２の膜とは、それぞれ第１の領域と第２の領域とに対応して周期的に形成され、第１の膜は、ナノコンポジット膜であってもよい。
【００２０】
本発明の回路装置において、伝送線路は、第１の導体膜と第２の導体膜とを有し、誘電体膜は、第１の膜と第２の膜とを含み、第１の膜は、第２の膜の上に形成されたナノコンポジット膜であり、第１の導体膜は、第２の膜と基板との間に形成され、第２の導体膜は、第１の膜と第２の膜との間に、第２の領域と対応して周期的に形成されていてもよい。
【００２１】
本発明の回路装置において、第１の材料の粒径は、１ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
本発明の回路装置において、第１の材料は、セラミクスであってもよい。この場合において、セラミクスは、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸バリウムストロンチウムであってもよい。また、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート又はチタン酸ジルコン酸鉛であってもよい。
【００２３】
本発明の回路装置において、第２の材料は、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン又はポリフェニレンオキシドであってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る回路装置によれば、伝送線路の制約を回避した自由度が高い回路装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施形態に係る回路装置を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る回路装置の変形例を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る回路装置を高周波パワーアンプの内部整合回路として用いる例を示す平面図である。
【図４】第２の実施形態に係る回路装置を示す断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る回路装置の変形例を示す断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る回路装置の変形例を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る回路装置の変形例を示す断面図である。
【図８】第３の実施形態に係る回路装置を示す断面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は第４の実施形態に係る回路装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIXｂ−IXｂ線における断面図である。
【図１０】第４の実施形態に係る回路装置の構成をインピーダンスに着目して記載した回路図である。
【図１１】位相定数と周波数との関係を計算により求めた結果を示すグラフである。
【図１２】スローウェーブファクタとインピーダンスとの関係を計算により求めた結果を示すグラフである。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は第５の実施形態に係る回路装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXIII−XIII線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る回路装置の断面構成を示している。図１に示すように本実施形態の回路装置は、基板１１の上に形成された接地導体１２と、接地導体１２の上に形成されたナノコンポジット膜からなる誘電体膜１３と、誘電体膜１３の上に形成された信号線路１４とを備えている。
【００２７】
接地導体１２、誘電体膜１３及び信号線路１４により、マイクロストリップ線路である伝送線路１０が形成されている。マイクロストリップ線路のインピーダンスは、主に信号線路１４の幅ｗと誘電体膜１３の膜厚ｈと誘電体膜１３の比誘電率とによって決まる。このため、誘電体膜１３に比誘電率が２．６５のベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）膜を用いた場合には、インピーダンスが５０Ωのマイクロストリップ線路を形成するためには、ｗとｈとの比を３程度にする必要がある。一方、信号線路１４の幅ｗは、線路の抵抗損失を考えると３０μｍ〜４０μｍとする必要があるため、誘電体膜１３の膜厚を１０μｍ〜１５μｍとする必要がある。
【００２８】
しかし、本実施形態の回路装置は、誘電体膜１３にナノコンポジット膜を用いている。ここでいうナノコンポジット膜とは、比誘電率が大きい第１の材料からなる微細粒子が、比誘電率及び誘電損失が小さい第２の材料中に分散した材料からなる膜である。本実施形態では、第１の材料にチタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）を用い、第２の材料にＢＣＢを用いた例について説明する。ナノコンポジット膜の比誘電率は、ＢＣＢ膜中に分散させる微細粒子の比誘電率及び分散量によって制御することができる。このため、比誘電率を数十〜数１０００の範囲で自由に設定することができ、誘電体膜１３の膜厚を自由に設計することが可能となる。
【００２９】
誘電体膜１３の比誘電率はマイクロストリップ線路を伝搬する波の波長にも影響する。このため、低誘電率のＢＣＢ膜と比べ、高誘電率のナノコンポジット膜を用いた場合には、マイクロストリップ線路の線路長を短くすることができる。
【００３０】
さらに、本実施形態のナノコンポジット膜は、ベースがＢＣＢ膜であるため、ＢＣＢ膜と同様にスピンコート法により容易に成形することができる。このため、従来の製造工程を変更することなく用いることが可能である。また、ＢＣＢ膜とナノコンポジット膜とを積層したり、比誘電率が異なるナノコンポジット膜同士を積層したりすることも容易である。このように、誘電体膜１３を積層膜とすれば誘電体膜１３の比誘電率の自由度をさらに向上させることができる。また、図２に示すように信号線路直下の部分であって、誘電体膜１３の上部の一部をナノコンポジット膜からなる第１の膜１３Ａとし、他の部分をＢＣＢ膜からなる第２の膜１３Ｂとすることも可能である。
【００３１】
実際にアクリル系樹脂にＳＴＯ及びＢＴＯを含有率が２０％となるように混入したナノコンポジット膜を作製した。作製したナノコンポジット膜の比誘電率は１０であった。作成したナノコンポジット膜上にマイクロストリップ線路を作製し、従来のＢＣＢ膜上に作製したマイクロストリップ線路と特性を比較した。抵抗損失を抑えるため、信号線路の幅ｗはＢＣＢ膜上のマイクロストリップ線路及びナノコンポジット膜上のマイクロストリップ線路で共に３６．７５μｍとした。また、特性インピーダンスが５０ΩになるようにＢＣＢ膜の膜厚は１５μｍとし、ナノコンポジット膜の膜厚は４２μｍとした。両者を伝達する信号の波長を算出したところ、ＢＣＢ膜上のマイクロストリップ線路では１波長が７．８３ｍｍであったのに対し、ナノコンポジット膜上のマイクロストリップ線路では１波長が４．５３ｍｍと約５８％にまで短縮した。このことからアクリル系樹脂にＳＴＯ及びＢＴＯをナノコンポジットとして含有率が２０％以上となるように混入させると比誘電率が１０以上となり、膜上のマイクロストリップ線路の波長がＢＣＢ膜の場合と比較して５８％以上短縮できることが明らかとなった。これにより回路装置の微細化が可能となる。
【００３２】
図１又は２に示した回路装置において、基板１１はガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の絶縁性のものであっても、シリコン（Ｓｉ）等の導電性のものであってもよい。また、基板にトランジスタ等の回路素子が形成されていてもよい。この場合には、基板１１と接地導体１２との間に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）等からなる層間絶縁膜と金属配線等とからなる
配線層が形成されていてもよい。また、接地導体１２を配線層の最上層に形成した金属配線としてもよい。
【００３３】
また、図１又は２に示した回路装置は、図３に示すような高周波パワーアンプの内部整合回路２１として用いてもよい。図３においてトランジスタチップ２２は、本実施形態の回路装置である内部整合回路２１とワイヤボンドにより接続されている。内部整合回路２１は、パッケージ２３のリード２４とワイヤボンドにより接続されている。
【００３４】
携帯電話の基地局等に用いられる数百メガヘルツ〜数ギガヘルツ帯のパワーアンプの場合、トランジスタチップ２２は、十分なパワーを出すために比較的サイズの大きなトランジスタとなる。トランジスタチップのサイズが大きくなると、その入出力インピーダンスは非常に低くなる。このため、パッケージの外にインピーダンス整合回路を形成した場合には、整合回路のロスが無視できなくなる。
【００３５】
このため、パッケージ内に内部整合回路２１を設け、これによりパッケージの外からみた入力又は出力インピーダンスを高くしてやる必要がある。内部整合回路２１はパッケージ内に収める必要があるため、そのサイズが限定される。しかし、内部整合回路２１のサイズは誘電体膜１３の比誘電率によって決定されてしまう。
【００３６】
本実施形態の誘電体膜１３にナノコンポジット膜を用いる回路装置を内部整合回路とすれば、誘電体膜１３の比誘電率を自由に設定できるため、内部整合回路２１のサイズの自由度が大幅に向上する。
【００３７】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図４は第２の実施形態に係る回路装置の断面構成を示している。図４において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００３８】
図４に示すように本実施形態の回路装置は、伝送線路１０としてマイクロストリップ線路に代えてコプレーナ線路を備えている。このため、誘電体膜１３の上に、信号線路１４及び接地導体１２が形成されている。信号線路１４は、２つの接地導体１２の間に形成されており、信号線路１４と接地導体１２とは平行に延びている。
【００３９】
コプレーナ線路では、線路のインピーダンスは線路幅ｗと、信号線路１４と接地導体１２との間のギャップｓとの比によって決まる。従って、線路幅ｗを大きくするためにはギャップｓを大きくする必要がある。しかし、ギャップｓを大きくした場合に、誘電体膜１３の比誘電率が小さいと信号線路１４からの電界が基板１１等の誘電体膜１３以外の部分を通って接地導体へ終端するおそれがある。基板１１が絶縁性の場合には問題ないが、基板１１が導電性の場合には、信号が大きくロスし、インピーダンスも低下する。また、基板１１と誘電体膜１３との間に配線層等がある場合にも影響が避けられない。これを避けるためには誘電体膜１３の膜厚を厚くする必要がある。
【００４０】
しかし、本実施形態の回路装置は、誘電体膜１３に比誘電率が大きいナノコンポジット膜を用いている。このため、誘電体膜１３の比誘電率を自由に選択でき、誘電体膜１３の膜厚を自由に設計することが可能となる。
【００４１】
誘電体膜１３の比誘電率はコプレーナ線路を伝搬する波の波長にも影響する。このため、低誘電率のＢＣＢ膜と比べ、高誘電率のナノコンポジット膜を用いた場合には、コプレーナ線路の線路長を短くすることができる。
【００４２】
さらに、本実施形態においてもナノコンポジット膜は、ベースがＢＣＢ膜であるため、ＢＣＢ膜と同様にスピンコート法により容易に成形することができる。このため、従来の製造工程を変更することなく用いることが可能である。また、ＢＣＢ膜とナノコンポジット膜とを積層したり、比誘電率が異なるナノコンポジット膜同士を積層したりすることも容易である。誘電体膜１３を積層膜とすれば誘電体膜１３の比誘電率の自由度をさらに向上させることができる。
【００４３】
本実施形態においても図５に示すように、誘電体膜１３をナノコンポジット膜からなる第１の膜１３ＡとＢＣＢ膜からなる第２の膜１３Ｂとの積層膜としてもよい。また、比誘電率が異なるナノコンポジット膜同士を積層してもよい。
【００４４】
また、コプレーナ線路に代えて図６に示すような複数の信号線路が平行に延びる結合線路としてもよい。結合線路の結合度を上げるには、信号線路１４同士の間の比誘電率を高くすればよい。このため、図７に示すように信号線路１４をＢＣＢ膜からなる第２の膜１３Ｂの上に形成し、信号線路１４同士の間にナノコンポジット膜からなる第１の膜１３Ａを設けてもよい。なお、第２の膜１３ＢはＢＣＢ膜であっても、ナノコンポジット膜であってもよい。
【００４５】
本実施形態の回路装置は、第１の実施形態の回路装置と同様にＭＭＩＣ及び内部整合回路として用いることができる。
【００４６】
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図８は第３の実施形態に係る回路装置の断面構成を示している。図８において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００４７】
図８に示すように本実施形態の回路装置は、基板１１の上に絶縁膜３４を介して形成された、金属−絶縁膜−金属（ＭＩＭ）容量素子３０を備えている。ＭＩＭ容量素子３０は、基板１１の上に形成されたナノコンポジット膜３３と、ナノコンポジット膜３３を挟んで対向する下部電極３１及び上部電極３２とを有している。
【００４８】
ＭＭＩＣ等の回路装置は、容量素子を必要とすることが多い。本実施形態のように比誘電率が高いナノコンポジット膜を容量素子の容量絶縁膜として用いれば、容量絶縁膜の膜厚を厚くした状態でも大きな容量値を実現することができる。
【００４９】
第１の実施形態及び第２の実施形態に示した伝送線路のナノコンポジット膜と本実施形態のＭＩＭ容量素子のナノコンポジット膜とは同一の膜を用いて形成すればよい。また、絶縁膜３４は必要に応じて設ければよい。ＢＣＢ膜とナノコンポジット膜とが積層された誘電体膜を用いる場合には、絶縁膜３４をＢＣＢ膜とすればよい。
【００５０】
（第４の実施形態）
以下に、本発明の第４の実施形態について図面を参照して説明する。図９（ａ）及び（ｂ）は第４の実施形態に係る回路装置であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のIXｂ−IXｂ線における断面構成を示している。
【００５１】
第４の実施形態の回路装置は、基板１１の上に形成された接地導体１２と、接地導体１２の上に形成された誘電体膜４３と、誘電体膜４３の上に形成された信号線路１４とを備えている。接地導体１２と誘電体膜４３と信号線路１４とによりマイクロストリップ線路である伝送線路１０が形成されている。本実施形態の誘電体膜４３は、ストライプ状の第１の膜４３Ａと第２の膜４３Ｂとにより形成されており、第１の膜４３Ａ及び第２の膜４３Ｂは、信号線路１４と交差する方向に延びている。
【００５２】
第１の膜４３Ａはナノコンポジット膜からなり、第２の膜４３ＢはＢＣＢ膜からなる。このため、誘電体膜４３における第１の膜４３Ａが形成された第１の領域４０Ａは、第２の膜４３Ｂが形成された第２の領域４０Ｂと比べて比誘電率が高い。従って、接地導体１２と、誘電体膜４３と、信号線路１４とにより形成されるマイクロストリップ線路である伝送線路１０のインピーダンスは、第１の領域４０Ａでは高く、第２の領域４０Ｂでは低くなる。これによりスローウェーブ現象が生じる。
【００５３】
以下に、スローウェーブ現象について説明する。図９をインピーダンスに着目して書き直すと図１０のように表現できる。ここで、ＺAは第１の領域のインピーダンス、ＺBは第２の領域のインピーダンス、βAは第１の領域の位相定数、βBは第２の領域の位相定数、ｌAは第１の領域の長さ、ｌBは第２の領域の長さを示している。今、周期（ｌA＋ｌB）が波長に比べて十分小さく、且つＺBがＺAに比べて十分小さければ、電界エネルギーの大半が第２の領域４０Ｂに蓄えられ、磁界エネルギーの大半が第１の領域４０Ａに蓄えられるスローウェーブ現象が生じる。
【００５４】
伝播定数γを用いて、一般的な分散方程式として式（１）が得られ、さらに特性インピーダンスの式（２）が得られる。但し、γ＝α＋ｊβ、γＡ＝αA＋ｊβA、γB＝αB＋ｊβBである。
【００５５】
【数１】
2009047876.tif 000018
【００５６】
【数２】
2009047876.tif 000019
【００５７】
図１１は、式（２）を用いて、図１０に示した伝送線路の位相定数を数値計算により求めた例を示している。なお、計算を簡略化するためｌA＝ｌB、βA＝βBとし、ＺAとＺBとの比が１００：１である場合について計算した。
【００５８】
図１１に示すように、線路全体としての位相定数βは第１の領域４０Ａの位相定数βA及び第２の領域の位相定数βBと比べて大きくなっている。これは波の位相速度が遅くなること、つまりスローウェーブ現象が生じていることを示している。速度遅延の大きさは、通常このβと真空中の位相定数β0との比であるスローウェーブファクタ（β／β0）で表される。スローウェーブ現象は、スローウェーブファクタ倍だけ波長が短くなることを意味しており、これを用いることで分布定数線路を用いた回路の小型化が可能になると期待される。
【００５９】
波長短縮の度合いであるスローウェーブファクタは、インピーダンス比(ＺB／ＺA)に大きく依存する。図１２はスローウェーブファクタのインピーダンス依存性を計算した結果を示している。スローウェーブ現象による波長短縮の効果を大きくするためには、インピーダンス比を大きくしなければならない。例えば、図１２に示した場合には、２分の１の波長短縮を実現するためには、ＺAとＺBとの間に１５倍近い差を設ける必要がある。
【００６０】
マイクロストリップ線路の場合、インピーダンスは誘電体膜の比誘電率の平方根の逆数に比例する。従ってＺAとＺBとの比を１５にするためには、第１の膜の比誘電率を第２の膜の比誘電率の２００倍程度にする必要がある。従来このような構造を形成することは非常に困難であった。しかし、本実施形態のようにＢＣＢ膜をベースとするナノコンポジット膜とＢＣＢ膜とを用いることにより、２００倍程度の比誘電率を有する２つの領域が交互に周期的に配列された誘電体膜を容易に形成することができる。
【００６１】
なお、マイクロストリップ線路に代えて、コプレーナ線路、差動線路、スロット線路又は結合線路等としても同様の効果が得られる。
【００６２】
本実施形態の回路装置は、第１の実施形態の回路装置と同様にＭＭＩＣ及び内部整合回路として用いることができる。
【００６３】
（第５の実施形態）
以下に、本発明の第５の実施形態について図面を参照して説明する。図１３（ａ）及び（ｂ）は第５の実施形態に係る回路装置であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のXIIIｂ−XIIIｂ線における断面構成を示している。
【００６４】
図１３に示すように第５の実施形態の回路装置は、基板１１の上に形成された誘電体膜５３を備えている。誘電体膜５３は、ナノコンポジット膜からなる第１の膜５３ＡがＢＣＢ膜からなる第２の膜５３Ｂの上に形成された積層膜である。誘電体膜５３と基板１１との間には、第１の導体膜５２Ａが形成され、第１の膜５３Ａと第２の膜５３Ｂとの間には、互いに間隔をおいて平行に延びる第２の導体膜５２Ｂが形成されている。第２の膜５３Ｂの上には、第２の導体膜５２Ｂが延びる方向と交差する方向に延びる信号線路１４が形成されている。
【００６５】
信号線路１４と第１の導体膜５２Ａ及び第２の導体膜５２Ｂと誘電体膜５３とによりマイクロストリップ線路である伝送線路１０が形成される。第１の領域５０Ａにおいては、第１の導体膜５２Ａが接地導体（グランドプレーン）となり、第２の領域５０Ｂにおいては、第２の導体膜５２Ｂが接地導体（グランドプレーン）となる。従って、信号線路１４と接地導体との間の距離が第２の領域５０Ｂでは第１の領域５０Ａよりも短くなる。このため、マイクロストリップ線路のインピーダンスは、第２の導体膜５２Ｂが形成された第２の領域５０Ｂにおいて、第２の導体膜５２Ｂが形成されていない第１の領域５０Ａよりも低くなる。このため、特性インピーダンスが異なる領域が交互に且つ周期的に存在し、第４の実施形態と同様にスローウェーブ現象が生じる。
【００６６】
特に、本実施形態においては第１の膜５３Ａに比誘電率が高いナノコンポジット膜を用いている。このため、第１の領域５０Ａと第２の領域５０Ｂとの比誘電率の差が大きくなり、第１の領域５０Ａと第２の領域５０Ｂとにおけるインピーダンスの差も大きくなる。このため、スローウェーブ現象による波長短縮効果を大きくすることができる。
【００６７】
本実施形態においても、マイクロストリップ線路に代えて、コプレーナ線路、差動線路、スロット線路又は結合線路等とすることができる。
【００６８】
本実施形態の回路装置は、第１の実施形態の回路装置と同様にＭＭＩＣ及び内部整合回路として用いることができる。
【００６９】
各実施形態において、ナノコンポジット膜に用いる第１の材料にＳＴＯを用いたが、比誘電率が大きく、微細粒子に加工できるものであればどのようなものでもよい。例えば、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）又はチタン酸バリウム（ＢＴＯ）等を用いることができ、その他にも比誘電率が数十から数１００程度のセラミクス等を用いることができる。例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯx）又はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等を用いることができる。また、比誘電率が異なる複数の材料を用いてもよい。
【００７０】
第１の材料の粒径は、第２の材料中に練り込み分散させることができればよく、粒径が小さいほど好ましい。具体的には、１μｍ以下が好ましく、１ｎｍ〜２００ｎｍ程度の範囲であれば特に良好な特性を得ることができる。
【００７１】
また、第１の材料の濃度は、必要とする比誘電率により選択すればよいが、例えばＳＴＯとＢＣＢとの組み合わせの場合には９０％程度まで高くすることができる。
【００７２】
第２の材料は、比誘電率及び誘電損失が低い材料であればよく、ＢＣＢに代えて、ポリイミド、テトラフルオロエチレン又はポリフェニレンオキシド等を用いることができる。
【００７３】
回路装置としてＭＭＩＣ及び内部整合基板を例としてあげたが、マイクロストリップ線路及びコプレーナ線路等の伝送線路を用いる回路装置であれば、パッケージを実装する基板及びチップと基板とを接続するインターポーザ等についても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る回路装置は、伝送線路の制約を回避した自由度が高い回路装置を実現でき、特に伝送線路を備えた回路基板及びモノリシックマイクロ波集積回路等の回路装置等として有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１０      伝送線路
１１      基板
１２      接地導体
１３      誘電体膜
１３Ａ    第１の膜
１３Ｂ    第２の膜
１４      信号線路
２１      内部整合回路
２２      トランジスタチップ
２３      パッケージ
２４      リード
３０      ＭＩＭ容量素子
３１      下部電極
３２      上部電極
３３      ナノコンポジット膜
３４      絶縁膜
４０Ａ    第１の領域
４０Ｂ    第２の領域
４３      誘電体膜
４３Ａ    第１の膜
４３Ｂ    第２の膜
５０Ａ    第１の領域
５０Ｂ    第２の領域
５２Ａ    第１の導体膜
５２Ｂ    第２の導体膜
５３      誘電体膜
５３Ａ    第１の膜
５３Ｂ    第２の膜
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路装置は、
基板と、
伝送線路とを備え、
前記伝送線路は、
前記基板の上に形成された誘電体膜と、
前記誘電体膜の上に形成された信号線路とを有し、
前記誘電体膜は、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散したナノコンポジット膜を含む。
【請求項２】
請求項１に記載の回路装置において、
前記基板は半導体からなる。
【請求項３】
請求項２に記載の回路装置は、
前記基板に形成された回路素子をさらに備えている。
【請求項４】
請求項３に記載の回路装置は、
モノリシックマイクロ波集積回路として動作する。
【請求項５】
請求項１に記載の回路装置において、
前記誘電体膜は、比誘電率が互いに異なる複数の膜を含む。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置において、
前記伝送線路は、互いに平行に延びる２本の前記信号線路を有する結合線路である。
【請求項７】
請求項６に記載の回路装置において、
前記ナノコンポジット膜は、前記平行に延びる２本の信号線路の間の領域を埋めるように形成されている。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置は、
容量素子をさらに備え、
前記容量素子は、前記ナノコンポジット膜を挟んで対向するように形成された下部電極と上部電極を有している。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置において、
前記伝送線路は、周期的に形成され、互いにインピーダンスが異なる第１の領域と第２の領域とを有している。
【請求項１０】
請求項９に記載の回路装置において、
前記誘電体膜は、互いに比誘電率が異なる第１の膜と第２の膜とを含み、
前記第１の膜と前記第２の膜とは、それぞれ前記第１の領域と前記第２の領域とに対応して周期的に形成され、
前記第１の膜は、前記ナノコンポジット膜である。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置において、
前記伝送線路は、第１の導体膜と第２の導体膜とを有し、
前記誘電体膜は、第１の膜と第２の膜とを含み、
前記第１の膜は、前記第２の膜の上に形成された前記ナノコンポジット膜であり、
前記第１の導体膜は、前記第２の膜と前記基板との間に形成され、
前記第２の導体膜は、前記第１の膜と前記第２の膜との間に、前記第２の領域と対応して周期的に形成されている。
【請求項１２】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置において、
前記第１の材料の粒径は、１ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下である。
【請求項１３】
前記第１の材料は、セラミクスである請求項１２に記載の回路装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の回路装置において、
前記セラミクスは、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸バリウムストロンチウムである。
【請求項１５】
請求項１３に記載の回路装置において、
前記セラミクスは、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート又はチタン酸ジルコン酸鉛である。
【請求項１６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置において、
前記第２の材料は、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン又はポリフェニレンオキシドである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009047876.tif 000020
【図２】
2009047876.tif 000021
【図３】
2009047876.tif 000022
【図４】
2009047876.tif 000023
【図５】
2009047876.tif 000024
【図６】
2009047876.tif 000025
【図７】
2009047876.tif 000026
【図８】
2009047876.tif 000027
【図９】
2009047876.tif 000028
【図１０】
2009047876.tif 000029
【図１１】
2009047876.tif 000030
【図１２】
2009047876.tif 000031
【図１３】
2009047876.tif 000032
【国際調査報告】
2009047876.tif 000033
2009047876.tif 000034