(57)【要約】【課題】導体損失の小さい伝送線路、高周波デバイスおよび伝送線路の製造方法を提供する。【解決手段】高周波信号を伝送する伝送線路１０は、高周波信号の伝送に伴い誘起される高周波電流が流通する配線１０３と、配線１０３に対向配置された接地導体膜１０１と、少なくとも配線１０３と接地導体膜１０１との間に設けられ、第１の材料からなる粒子１１１が第２の材料１１２中に分散されたコンポジット材料からなる層間膜１０２とを備え、配線１０３は、接地導体膜１０１と対向する面に少なくとも１つの凸部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を伝送する伝送線路であって、
前記高周波信号の伝送に伴い誘起される高周波電流が流通する配線と、
前記配線に対向配置された接地導体膜と、
少なくとも前記配線と前記接地導体膜との間に設けられ、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散されたコンポジット材料からなる層間膜とを備え、
前記配線は、前記接地導体膜と対向する面に少なくとも１つの凸部を有する
伝送線路。
【請求項２】
前記凸部は、高周波信号の伝送方向と平行に形成されている
請求項１に記載の伝送線路。
【請求項３】
前記凸部の幅および高さは、前記伝送線路を伝送する高周波信号の波長から計算される配線の表皮膜厚よりも大きい
請求項１または２に記載の伝送線路。
【請求項４】
前記層間膜は、第１のコンポジット材料からなる第１の層間膜と第２のコンポジット材料からなる第２の層間膜とを備える
請求項１〜３のいずれかに記載の伝送線路。
【請求項５】
前記第１の材料からなる粒子の直径は、１ｎｍ以上１μｍ以下、かつ、前記凸部の高さ以下である
請求項１〜４のいずれかに記載の伝送線路。
【請求項６】
前記配線は、前記凸部を複数個備え、
隣り合う前記凸部の間の距離は、前記伝送線路を伝送する高周波信号の波長から計算される配線の表皮膜厚よりも大きい
請求項３に記載の伝送線路。
【請求項７】
前記配線は、前記凸部を複数個備え、
前記第１の材料からなる粒子の直径は、隣り合う前記凸部の間の距離以下である
請求項５に記載の伝送線路。
【請求項８】
前記第１の材料は、セラミックである
請求項１〜７のいずれかに記載の伝送線路。
【請求項９】
前記セラミックは、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、ハフニウムアルミネートおよびチタン酸ジルコン酸鉛を少なくとも１つ含む
請求項８に記載の伝送線路。
【請求項１０】
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、ポリフェニレンオキシド、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、エポキシ樹脂およびポリベンズオキサゾールを少なくとも１つ含む
請求項１〜９のいずれかに記載の伝送線路。
【請求項１１】
前記コンポジット材料は、感光性を有している
請求項１〜１０のいずれかに記載の伝送線路。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の伝送線路を備える
高周波デバイス。
【請求項１３】
高周波信号を伝送する伝送線路の製造方法であって、
平面状の接地導体膜の主面に、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散されたコンポジット材料からなる層間膜を形成するステップと、
前記接地導体膜の主面と対向する前記層間膜の面と反対側の前記層間膜の面に、高周波信号の伝送方向と平行に少なくとも１つの溝部を形成するステップと、
前記層間膜の表面に、前記溝部に嵌合する凸部を有する配線を形成するステップとを含む
伝送線路の製造方法。
【請求項１４】
前記溝部を形成するステップでは、リソグラフィー法によって前記溝部を形成する
請求項１３に記載の伝送線路の製造方法。
【請求項１５】
前記層間膜は、第１のコンポジット材料からなる第１の層間膜と第２のコンポジット材料からなる第２の層間膜とを備え、
前記層間膜を形成するステップは、
第１の層間膜を堆積するステップと、
前記第１の層間膜を焼結するステップと、
前記第２の層間膜を堆積するステップとを含む
請求項１３または１４に記載の伝送線路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を伝送する伝送線路、高周波デバイスおよび伝送線路の製造方法に関し、特に、伝送線路の配線構造および配線基板構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンゲルマニウム／シリコン（以下ＳｉＧｅ／Ｓｉという）やシリコン（以下Ｓｉという）上のＣ−ＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ−Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）デバイスがマイクロ波あるいはミリ波領域において利用できる可能性が示されている。Ｓｉは最も一般的な半導体材料であり、アルミニウムガリウムヒ素／ガリウムヒ素（以下ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓという）などの化合物半導体よりも価格面の利点が大きい。
【０００３】
しかしながら、上記したＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓが基板自体に絶縁性を有するのとは対照的に、Ｓｉは純度によって絶縁性が決まり、純度の低いＳｉからなる基板は、比抵抗が低く電流が流れやすくなる。つまり、Ｓｉの比抵抗は純化によってしか高くすることができないので、比抵抗が限定される。したがって、比抵抗の低いＳｉ基板上にマイクロ波やミリ波などの高周波信号を伝送するための配線や受動素子を直接搭載すると、比抵抗の低いＳｉ基板にまで配線や受動素子を伝送する高周波信号の電磁界が漏れ出し、Ｓｉ基板上に形成された配線や受動素子は不所望な損失を発生する。
【０００４】
そこで、Ｓｉ基板上の能動素子上に接地導体膜を形成し、その上に配線や受動素子を形成することでＳｉ基板への電磁界の漏れを防ぐ方法が主流となっている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１、２では、高周波信号を伝送する伝送線路として、接地導体膜上に層間膜を有し、さらに層間膜上に配線を有する伝送線路の構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７４１６０３号公報
【特許文献２】特開平１０−３２６７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このとき、伝送線路の誘電損失を低減するために、接地導体膜と配線の間の層間膜は誘電正接（ｔａｎδ）が低い絶縁材料で形成されるが、誘電正接が低い材料は一般的に誘電率も低い。（式１）は伝送線路を伝送する高周波信号の波長について示した式である。（式１）によると、層間膜の比誘電率εrが低いと、伝送線路を伝送する高周波信号の波長は長くなるため、配線の長さが長くなり、受動素子回路の面積が大きくなってしまう。また、層間膜を比誘電率εrの高い材料とすると、（式１）により伝送線路を伝送する高周波信号の波長は短くなるため、配線の長さは短くなるが、特性インピーダンスを一定に保つことを考慮すると、配線の幅を狭くする必要があり、導体損失が大きくなる。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
なお、（式１）においてλは波長、εrは比誘電率、μrは比透磁率、fは周波数、cは光の速度を示す。
【０００９】
上記課題を鑑み、本発明は、導体損失の小さい伝送線路、高周波デバイスおよび伝送線路の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明にかかる伝送線路は、前記高周波信号の伝送に伴い誘起される高周波電流が流通する配線と、前記配線に対向配置された接地導体膜と、少なくとも前記配線と前記接地導体膜との間に設けられ、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散されたコンポジット材料からなる層間膜とを備え、前記配線は、前記接地導体膜と対向する面に少なくとも１つの凸部を有する。
【００１１】
この構成によれば、層間膜を構成する第１の材料を高誘電率材料、第２の材料を低誘電損失材料として、層間膜を高誘電率、低誘電損失な複合材料とすることで、伝送線路を伝送する高周波信号の波長を短くすることができるので、配線の長さを短くして伝送線路の導体損失を低減することができる。
【００１２】
また、配線の接地導体膜に対向する面に凸部を形成して当該面を凹凸の形状とすることで、導体損失を低減することができる。具体的には、一般にマイクロ波やミリ波のように周波数が高くなると、表皮効果により、電流は配線の接地導体膜に対向する面の表面を通過することが知られている。そこで、配線の接地導体膜に対向する面に凸部を形成して当該面を凹凸の形状とすることで、配線の接地導体膜に対向する面の表面積を増加して、配線の表面を流れる電流を増加することができる。これにより、伝送線路の導体損失を低減することができる。
【００１３】
また、前記凸部は、高周波信号の伝送方向と平行に形成されていてもよい。
接地導体膜に対向する面において、高周波信号の伝送方向に対して直交する方向に凸部が形成されていると、高周波電流が通過する面の凹凸で反射が生じ、抵抗が高くなってしまうが、この構成によれば、高周波信号の伝送方向と平行に凸部が形成されているので、伝送方向の配線の抵抗を高くすることなく、かつ、配線の接地導体膜に対向する面の表面積を大きくすることができ、伝送線路の導体損失を低減することが可能となる。
【００１４】
また、前記凸部の幅および高さは、前記伝送線路を伝送する高周波信号の波長から計算される配線の表皮膜厚よりも大きくてもよい。
【００１５】
この構成によれば、配線の表面から表皮膜厚までの断面表面積を効率よく大きくすることができる。
【００１６】
また、前記層間膜は、第１のコンポジット材料からなる第１の層間膜と第２のコンポジット材料からなる第２の層間膜とを備えてもよい。
【００１７】
この構成によれば、容易に伝送線路を形成することができる。
また、前記第１の材料からなる粒子の直径は１ｎｍ以上１μｍ以下、かつ、前記凸部の高さ以下であってもよい。
【００１８】
コンポジット材料からなる層間膜は、第１の材料からなる粒子と第２の材料の混合で特性を発揮するため、電磁界が影響を及ぼす部位は均一に第１の材料からなる粒子と第２の材料が分布する必要がある。したがって、第１の材料からなる粒子は、その誘電特性を十分に発揮するために、直径が少なくとも１ｎｍ以上であることが望ましい。また第１の材料からなる粒子は、層間膜中に凝集せず分散し、層間膜として均一な特性を得るために、直径が１μｍ以下の粒子であることが望ましい。さらに、凸部に挟まれた部位においても均一な特性を得るために、粒子の直径は凸部の高さ以下であり、隣り合う前記凸部間の距離以下とすることが望ましい。
【００１９】
この構成によれば、層間膜に均一に第１の材料からなる粒子と第２の材料が分布するので、誘電特性が均一かつ優れた層間膜を構成することができ、伝送線路の導体損失をより低減することができる。
【００２０】
また、前記配線は、前記凸部を複数個備え、隣り合う前記凸部の間の距離は、前記伝送線路を伝送する高周波信号の波長から計算される配線の表皮膜厚よりも大きくてもよい。
【００２１】
また、前記配線は、前記凸部を複数個備え、前記第１の材料からなる粒子の直径は、隣り合う前記凸部の間の距離以下であってもよい。
【００２２】
この構成によれば、複数の凸部の間の層間膜に均一に第１の材料からなる粒子と第２の材料が分布するので、誘電特性が均一かつ優れた層間膜を構成することができ、伝送線路の導体損失をより低減することができる。
【００２３】
また、前記第１の材料は、セラミックであってもよい。
また、前記セラミックは、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、ハフニウムアルミネートおよびチタン酸ジルコン酸鉛を少なくとも１つ含んでもよい。
【００２４】
これらの材料は一般的に誘電率の高い材料であり、これらをコンポジット材料の第１の材料であるセラミック粒子として使用することで、高い比誘電率を有する層間膜を得ることができ、伝送線路の導体損失をより低減することができる。
【００２５】
また、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、ポリフェニレンオキシド、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、エポキシ樹脂およびポリベンズオキサゾールを少なくとも１つ含んでもよい。
【００２６】
この構成によれば、層間膜の第２の材料を上記したような有機系材料とすることで、塗布による加工が可能となり、伝送線路を容易に加工することができる。また、この有機系材料を低誘電正接となるように選ぶことで、層間膜の誘電正接を低く抑えて、伝送線路の導体損失をより低減することができる。
【００２７】
また、前記コンポジット材料は、感光性を有していてもよい。
コンポジット材料は、特性の異なる２つ以上の材料から構成されているため、ドライエッチング法、ウェットエッチング法のいずれでも、均一な加工や複雑なパターンの加工が非常に困難である。具体的には、コンポジット材料は、エッチング加工が困難なセラミック粒子とエッチング加工が容易な絶縁膜（有機系材料）の混合材料であるので、ドライエッチングやウェットエッチングでは均一な形状の加工が困難である。また、配線は一方向だけに限らず、曲がった配線など様々な方向に形成されるので、複雑な形状を選択的に形成する必要がある。
【００２８】
そこで、コンポジット材料に感光性をもたせることにより、層間膜の表面をリソグラフィー法などにより容易に加工することができる。
【００２９】
また、本発明の高周波デバイスは、上記した伝送線路を備える。
【００３０】
また、本発明の伝送線路の製造方法は、高周波信号を伝送する伝送線路の製造方法であって、平面状の接地導体膜の主面に、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散されたコンポジット材料からなる層間膜を形成するステップと、前記接地導体膜の主面と対向する前記層間膜の面と反対側の前記層間膜の面に、高周波信号の伝送方向と平行に少なくとも１つの溝部を形成するステップと、前記層間膜の表面に、前記溝部に嵌合する凸部を有する配線を形成するステップとを含む。
【００３１】
この構成によれば、層間膜を構成する第１の材料を高誘電率材料、第２の材料を低誘電損失材料として、層間膜を高誘電率、低誘電損失な複合材料とすることで、伝送線路を伝送する高周波信号の波長を短くすることができるので、配線の長さを短くして伝送線路の導体損失を低減することができる。
【００３２】
また、配線の接地導体膜に対向する面に凸部を形成して凹凸の形状とすることで、配線の接地導体膜に対向する面の表面積を増加して配線の表面を流れる電流を増加することができる。これにより、伝送線路の導体損失を低減することができる。
【００３３】
また、前記溝部を形成するステップでは、リソグラフィー法によって前記溝部を形成してもよい。
【００３４】
この構成によれば、リソグラフィー法によって層間膜の表面に溝部を形成することによって、曲がった配線など複雑な配線の構造を容易に形成することができ、導体損失を低減した伝送配線を実現することができる。
【００３５】
また、前記層間膜は、第１のコンポジット材料からなる第１の層間膜と第２のコンポジット材料からなる第２の層間膜とを備え、前記層間膜を形成するステップは、第１の層間膜を堆積するステップと、前記第１の層間膜を焼結するステップと、前記第２の層間膜を堆積するステップとを含んでもよい。
【００３６】
この構成によれば、より容易に伝送線路を形成することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明により、導体損失の小さい伝送線路、高周波デバイスおよび伝送線路の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる伝送線路の概略図
【図２Ａ】本発明の第１の実施の形態にかかる伝送線路の製造方法を示す概略図
【図２Ｂ】本発明の第１の実施の形態にかかる伝送線路の製造方法を示す概略図
【図２Ｃ】本発明の第１の実施の形態にかかる伝送線路の製造方法を示す概略図
【図２Ｄ】本発明の第１の実施の形態にかかる伝送線路の製造方法を示す概略図
【図３】本発明の第1の実施の形態における伝送線路の導体損失と従来の伝送線路の導体損失の比較図
【図４】マイクロストリップ伝送線路の使用例であるＬＮＡを示す図
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる伝送線路の概略図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明にかかる伝送線路の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態および添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。
【００４０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態にかかる伝送線路は、図１に示したようなマイクロストリップ伝送線路であり、高周波信号の伝送に伴い誘起される高周波電流が流通する配線と、配線に対向配置された接地導体膜と、少なくとも配線と接地導体膜との間に設けられ、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散されたコンポジット材料からなる層間膜とを備え、配線は、接地導体膜と対向する面に少なくとも１つの凸部を有する。この構成により、層間膜を構成する第１の材料を高誘電率材料、第２の材料を低誘電損失材料として、層間膜を高誘電率、低誘電損失な複合材料とすることで、伝送線路を伝送する高周波信号の波長を短くすることができるので、配線の長さを短くすることができる。また、配線の接地導体膜に対向する面に凸部を形成して当該面を凹凸の形状とすることで、配線の接地導体膜に対向する面の表面積を増加して配線の表面を流れる電流を増加することができる。これにより、伝送線路の導体損失を低減することができる。
【００４１】
まず、本実施の形態にかかる伝送線路の構成について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる伝送線路の概略図である。
【００４２】
図１に示すように、本実施の形態にかかる伝送線路１０は、接地導体膜１０１と、層間膜１０２と、配線１０３とを備えている。
【００４３】
接地導体膜１０１は、伝送線路１０におけるグランド線であり、例えば、Ｓｉプロセスで一般的に使用されるＣｕにより平面状に構成されている。
【００４４】
層間膜１０２は、接地導体膜１０１の主面に設けられ、第１の材料であるセラミック粒子１１１が第２の材料である混合樹脂からなる絶縁材料１１２に分散されたコンポジット材料からなる。また、層間膜１０２において、接地導体膜１０１に対向する面と反対側の面には、溝部１０９が形成されている。
【００４５】
配線１０３は、Ｓｉプロセスで一般的に使用されるＣｕにより構成された導体膜であり、高周波信号の伝送に伴い、層間膜１０２によって接地導体膜１０１と配線１０３との間に容量が発生し、この容量を介して配線１０３に誘起される高周波電流が流通する線路である。配線１０３において、接地導体膜１０１の主面と対向する面には、凸部１０７が形成され、凸部１０７が層間膜１０２の溝部１０９に嵌合した構成となっている。
【００４６】
このような構成により、配線１０３から接地導体膜１０１に向かう電界および配線１０３の周囲を囲む磁界によって、高周波信号が伝送線路１０内を配線１０３に沿った方向に伝送される。なお、凸部１０７は、配線１０３に沿って伝送方向に平行に細長い形状に形成されている。
【００４７】
一般にマイクロ波やミリ波のように高周波信号の周波数が高くなると、表皮効果により電流は配線の表面付近を多く通過することが知られている。図１に示す伝送線路１０では、電流は配線１０３において接地導体膜１０１に対向する面の表面を通過する。例えば、マイクロストリップ伝送線路の構造では、配線の表面から電流が流れる領域として示される表皮膜厚は（式２）のようになり、周波数が６０ＧＨｚの高周波で電流密度の６０％以上が通過する領域は、配線１０３の接地導体膜１０１に対向する面から厚さ約０．３μｍである。このため、上記したように接地導体膜１０１に対向する面に凸部を形成して当該面を凹凸形状とすると、当該面の表面積が増加するので配線１０３を通過する電流が増加し、伝送線路１０の導体損失を低減することができる。
【００４８】
【数２】
2011103602.tif 000004
【００４９】
ここで、δsは表皮膜厚、ωは角周波数、μrは透磁率、σは電気抵抗率を示す。
次に、伝送線路１０の製造方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｄは、伝送線路１０の製造工程を示す概略図である。なお、図２Ａ〜図２Ｄにおいて、層間膜１０２内のセラミック粒子１１１は図示を省略している。
【００５０】
まず、図２Ａに示すように、接地導体膜１０１を形成する。接地導体膜１０１は、Ｓｉ基板上に形成されたトランジスタを下層として、当該下層上に、例えばスパッタリング法によりＣｕを膜状に堆積して形成される。この接地導体膜１０１の膜厚は、上記した表皮膜厚よりも厚く、一例として５μｍ程度である。
【００５１】
なお、上記した接地導体膜１０１の下層は、どのような構造でも構わないが、Ｓｉ基板上に形成されたＳｉやＳｉＧｅの特性を用いたトランジスタなどの能動素子や、これを利用した回路であることが望ましく、その配線を利用して接地導体膜１０１を形成することが望ましい。この場合、層間膜１０２中に、伝送線路１０と下層の回路とを繋ぐコンタクトを形成してもよい。
【００５２】
その後、接地導体膜１０１の表面にコンポジット材料からなる層間膜１０２を形成する。層間膜１０２は、図２Ｂに示すように第１の層間膜１０２ａを形成した後、第１の層間膜１０２ａ上に、図２Ｃに示すように第２の層間膜１０２ｂを形成する。
【００５３】
はじめに、層間膜１０２を構成するコンポジット材料を用意する。コンポジット材料は、例えば、第２の材料である混合樹脂からなる絶縁材料１１２に、第１の材料であるチタン酸ストロンチウムからなるセラミック粒子１１１を、密度が２２ｖｏｌ％となるように混合して分散したものを用意する。
【００５４】
なお、第１の材料は、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、ハフニウムアルミネートまたはチタン酸ジルコン酸鉛を少なくとも１つ含むセラミックであることが望ましい。また、第２の材料は、有機系材料である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、ポリフェニレンオキシド、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、エポキシ樹脂またはポリベンズオキサゾールの少なくとも１つを含むことが望ましい。また、第１の材料の第２の材料に対する密度は、２０〜４０ｖｏｌ％程度であることが望ましい。
【００５５】
そして、図２Ｂに示すように、上記したコンポジット材料をスピンコーティング法により接地導体膜１０１上に堆積し、１５０℃程度で仮焼結して、第１の層間膜１０２ａを形成する。
【００５６】
次に、第１の層間膜１０２ａ上に第２の層間膜１０２ｂを形成する。第２の層間膜１０２ｂは、第１の層間膜１０２ａと同様に、第２の材料である混合樹脂からなる絶縁材料１１２に、第１の材料であるチタン酸ストロンチウムからなるセラミック粒子１１１を混合して分散したコンポジット材料を用意し、上記したコンポジット材料をスピンコーティング法により第１の層間膜１０２ａ上に堆積し、１００℃程度でプリベークして第２の層間膜１０２ｂを形成する。
【００５７】
そして、図２Ｃに示すように、第２の層間膜１０２ｂ上の配線１０３を形成したい位置に、少なくとも１つ以上の溝部１０９を形成する。溝部１０９は、ドライエッチング法、ウェットエッチング法などによって形成してもよいが、層間膜１０２は感光性を有する、詳細には、層間膜１０２を構成する第２の材料である混合樹脂からなる絶縁材料１１２は感光性を有するので、リソグラフィー法によって形成する。プリベーク後の第２の層間膜１０２ｂに、紫外線を照射して露光する。その後、現像によって化学的にエッチングすることによって、図２Ｃに示すように、所定の位置の第２の層間膜１０２ｂが剥離されて、第２の層間膜１０２ｂの厚さ分の深さを有する溝部１０９が完成する。
【００５８】
なお、リソグラフィー法は、ネガ、ポジどちらの方法であってもよい。また、第１の層間膜１０２ａの仮焼結の温度は、第１の層間膜１０２ａが上記したリソグラフィー法により剥離されない程度の硬度に焼結される温度であればよい。また、第２の層間膜１０２ｂのプリベークの温度は、第２の層間膜１０２ｂが上記したリソグラフィー法により剥離される程度の硬度に焼結される温度であればよい。
【００５９】
また、溝部１０９の深さは、上記したように一旦所望の厚さの第１の層間膜１０２ａを形成、仮焼結した後に、図２Ｃに示すように、第２の層間膜１０２ｂを堆積して、第２の層間膜１０２ｂのみリソグラフィー法を実施することで、第２の層間膜１０２ｂの厚さ分の深さを実現してもよいし、露光、現像時間により調節してもよい。
【００６０】
また、第２の材料は、感光性を有する材料（例えば、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、ポリベンズオキサゾールなど）を選択してもよいし、ベースとなる有機系材料（例えば、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂など）を選択して光反応性を有する官能基（例えばトリアジン系感光剤）を付加したものであってもよい。
【００６１】
その後、第１の層間膜１０２ａおよび第２の層間膜１０２ｂを１５０〜４００℃程度で本焼結して、第１の層間膜１０２ａおよび第２の層間膜１０２ｂとを硬化して一体化し、層間膜１０２が完成する。
【００６２】
このとき、伝送線路１０の特性インピーダンスを考慮すると、層間膜１０２の膜厚を厚くするほど配線１０３の幅を大きくとることができ、導体損失を低減できる。一例として、コンポジット材料からなる層間膜１０２の膜厚は１０μｍ以上とすることが望ましい。
【００６３】
また、伝送線路１０は、マイクロ波、準ミリ波帯以上の高周波数帯域、特に２５ＧＨｚ、６０ＧＨｚ、７７ＧＨｚ帯域のミリ波帯をターゲットとしており、１０ＧＨｚ以上の周波数帯においても、層間膜の誘電正接が小さいことが求められる。例えば、層間膜１０２の電気特性は、周波数２６ＧＨｚにおいて比誘電率は１０以上で、誘電正接は０．０２以下とすることが望ましい。また、層間膜１０２の比誘電率を１０．０とすると、例えば、第２の材料をベンゾシクロブテン単層としたときの比誘電率２．７と比較して比誘電率が約４倍となるので、（式１）より、伝送線路１０を通過する高周波の波長は約１／２とすることができ、伝送線路の導体損失をより低減することができる。
【００６４】
その後、溝部１０９を形成した後、ＣＭＰ（化学機械研磨）法により層間膜１０２の表面を研磨する平坦化処理を行う。
【００６５】
次に、図２Ｄに示すように、配線１０３を形成する。例えば、次のようなＣｕメッキ法によって形成する。まず、ＥＢ蒸着法やスパッタリング法により溝部１０９を含む層間膜１０２の表面全体にＣｕをシードメタルとして堆積し、レジストをＣｕ表面上の溝部１０９に沿った所定の配線パターン以外の部分に形成する。その後、電解メッキ法によってＣｕの配線１０３を形成し、レジスト、およびシードメタルのＣｕを除去することで、図２Ｄに示すような溝部１０９に沿った形状の配線１０３を形成する。したがって、配線１０３の凸部１０７は、溝部１０９に嵌合された構成となる。このとき、シードメタルの除去はドライエッチング法もしくは、ウェットエッチング法で行うことが望ましい。また、シードメタルのスパッタリング時、Ｃｕの拡散防止および密着膜として、Ｃｕの下層にＴｉ、Ｔａ、Ｒｕを含む膜もしくはその窒化膜を１つ以上含むことが望ましい。
【００６６】
ここで、配線１０３の凸部１０７の幅および高さは、表皮膜厚よりも大きくなるように形成することが望ましい。具体的には、表皮膜厚は電流密度の６０％の量が流れる膜厚であるので、凸部１０７の高さは、（式２）で求められる表皮膜厚の２倍以上大きくする方がより望ましい。凸部１０７が矩形の場合、凸部１０７の幅および高さは表皮膜厚よりも２倍以上とすることが望ましい。さらに、凸部１０７が複数ある場合には、隣り合う凸部１０７同士の間の距離は、表皮膜厚の４倍以上大きくすることが望ましい。
【００６７】
例えば、配線１０３をＣｕで形成し、伝送する高周波の周波数を６０ＧＨｚとする場合、（式２）より表皮膜厚は約０．３μｍとなるので、凸部１０７の幅および高さは０．６μｍ以上、隣り合う凸部１０７同士の間の距離は１．２μｍ以上とすることが望ましい。また、凸部１０７の形状は、矩形だけでなく、多角形形状や曲線状に形成されていてもよい。さらに、凸部１０７を複数形成する場合は、それぞれの凸部１０７の高さおよび隣り合う凸部１０７同士の間の距離は同一でなくてもよい。このとき、最小の凸部１０７の幅、高さ、および、隣り合う凸部１０７同士の間の距離が、少なくとも表皮膜厚の０．３μｍよりも大きいことが望ましい。なお、層間膜１０２の溝部１０９も、上記した配線１０３の凸部１０７と同様の形状や大きさであることが望ましい。
【００６８】
また、コンポジット材料に含まれる第１の材料からなる粒子の直径は、配線１０３の凸部１０７の高さよりも小さく、また、凸部１０７が複数ある場合には、隣り合う凸部１０７同士の間の距離よりも小さいことが望ましい。一例として、５０ｎｍ〜１μｍ程度または１００ｎｍ〜１μｍ程度であってもよい。これにより、層間膜１０２に均一に第１の材料からなる粒子と第２の材料が分布する。
【００６９】
なお、接地導体膜１０１および配線１０３は、電気抵抗率が低い材料が望ましく、代表として、Ｓｉプロセスで一般的に使用されるＣｕやＡｌであることが望ましい。また、接地導体膜１０１および配線１０３の堆積方法は、ＥＢ蒸着法、スパッタリング法、もしくは、これらの方法により形成された導体膜を下地として、電解メッキ法や無電解メッキ法などによって形成されることが望ましい。また、これらの膜厚は上記した表皮膜厚以上、特に、表皮膜厚の２倍以上であることがより望ましい。
【００７０】
図３は、第１の実施の形態における伝送線路１０と配線の底面が平坦な従来のマイクロストリップ伝送線路の導体損失をシミュレーションによって求め、比較した図である。このとき、いずれの伝送線路においても、配線の幅は１８μｍ、層間膜の厚さは１５μｍである。また、伝送線路１０において、配線１０３の凸部１０７および層間膜１０２の溝部１０９の幅は６μｍ、凸部１０７の高さおよび溝部１０９の深さは１μｍである。
【００７１】
図３によると、従来の構造のマイクロストリップ伝送線路では導体損失が２以上であるのに対し、本実施の形態にかかる伝送線路１０では導体損失が１．７程度に低減されている。このように、伝送線路の構造を本発明にかかる伝送線路１０のような構造にすることにより、従来に比べて約２０％も導体損失を低減することが可能である。
【００７２】
図４は、第１の実施の形態における伝送線路１０の使用例として、伝送線路１０（マイクロストリップ伝送線路）を使用した高周波受動素子の例であり、伝送線路１０とトランジスタを備えたＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の写真である。図４に示すＬＮＡにおいて、Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｃｃ、ＲＦｉｎ、ＲＦｏｕｔなどの電極以外の、直線または屈曲した直線で示された配線を含む部分が伝送線路１０である。図４に示すように、伝送線路１０はチップ面積の多くを占めており、伝送線路１０の導体損失がＬＮＡの損失に直接影響を及ぼすことになる。本発明にかかる伝送線路１０によれば、上記したように導体損失を低減したＬＮＡを提供することができる。
【００７３】
なお、上記した第１の実施の形態では、マイクロストリップ伝送線路を例に説明を行ったが、伝送線路１０は、マイクロストリップ伝送線路に限らず、スタックトペア伝送線路や、配線１０３の上方に層間膜１０２と同様のコンポジット材料からなる層間膜と接地導体膜をさらに形成したストリップ伝送線路であってもよい。
【００７４】
また、接地導体膜１０１の、配線１０３と対向する面に配線１０３の凸部１０７と同様の凸部を形成してもよい。このときに形成する凸部の形状は、配線１０３の凸部１０７と対称に形成することが望ましい。
【００７５】
また、本実施の形態では、層間膜１０２に溝部１０９が形成され、溝部１０９に嵌合する凸部１０７が配線１０３に形成される構成であったが、配線１０３に溝部が形成され、溝部に嵌合する凸部が層間膜１０２に形成される構成であってもよい。
【００７６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について、図５を参照しながら説明する。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、本実施の形態にかかる伝送線路５０がコプレーナ伝送線路である点である。
【００７７】
図５は、本実施の形態にかかる伝送線路５０の概略図である。
伝送線路５０は、図５に示したようなコプレーナ伝送線路であり、接地導体膜５０１と、コンポジット材料からなる層間膜５０２および層間膜５０４と、配線５０３とを備えた構成である。このような構成により、配線５０３から接地導体膜５０１に向かう電界および配線５０３の周囲を囲む磁界により、高周波信号が伝送線路５０内を配線５０３に沿った方向に伝送される。なお、配線５０３の上方もしくは下方に、接地導体膜５０１を設けた構造でもよい。
【００７８】
配線５０３は、高周波信号の伝送に伴う電流が流れる導体膜であり、第１の実施の形態と同様、Ｓｉプロセスで一般的に使用されるＣｕにより構成されている。また、接地導体膜５０１は、伝送線路５０におけるグランド線であり、第１の実施の形態と同様、Ｓｉプロセスで一般的に使用されるＣｕからなり、配線５０３を挟んで両側の等間隔の所定の位置に形成されている。また、配線５０３は、配線５０３の両側に配置された接地導体膜５０１に対向するそれぞれの面に、凸部５０７を有している。凸部５０７は、配線５０３に沿って伝送方向に平行に細長い形状に形成されている。
【００７９】
層間膜５０２は、図５における接地導体膜５０１および配線５０３の下側に形成され、第１の実施の形態と同様、第１の材料であるチタン酸ストロンチウムからなるセラミック粒子５１１が、第２の材料である混合樹脂からなる絶縁材料５１２中に、密度が２２ｖｏｌ％となるように分散されたコンポジット材料からなる。また、層間膜５０４は、層間膜５０２上に接地導体膜５０１および配線５０３を覆うように形成され、層間膜５０２と同様に、第１の材料であるチタン酸ストロンチウムからなるセラミック粒子５１３が、第２の材料である混合樹脂からなる絶縁材料５１４中に、密度が２２ｖｏｌ％となるように混合して分散されたコンポジット材料からなる。
【００８０】
なお、層間膜５０２および層間膜５０４は、同一のコンポジット材料であってもよいし、第１の材料および第２の材料の種類や密度が異なるコンポジット材料により構成されてもよい。また、第１の材料の第２の材料に対する密度は、２０〜４０ｖｏｌ％程度であることが望ましい。
【００８１】
次に、伝送線路５０の製造方法について説明する。
まず、Ｓｉ基板上に形成されたトランジスタを下層として、当該下層上に、上記したコンポジット材料をスピンコーティング法により堆積し、焼結して層間膜５０２を形成する。
【００８２】
次に、上記した層間膜５０２上に、配線５０３および接地導体膜５０１を形成する。配線５０３および接地導体膜５０１の形成方法は、第１の実施の形態の配線１０３と同様、Ｃｕメッキ法によって形成する。まず、ＥＢ蒸着法やスパッタリング法により層間膜５０２の表面全体にＣｕをシードメタルとして堆積し、レジストをＣｕ表面上の配線５０３および接地導体膜５０１を形成したい位置以外の部分に堆積する。その後、電解メッキ法によってＣｕの配線５０３および接地導体膜５０１を形成し、レジスト、およびシードメタルのＣｕを除去することで、図５に示すような形状の配線５０３および接地導体膜５０１を形成する。ここで、接地導体膜５０１は、配線５０３の左右に所定の間隔を設けて形成される。また、シードメタルの除去はドライエッチング法もしくは、ウェットエッチング法で行うことが望ましい。また、シードメタルのスパッタリング時、Ｃｕの拡散防止および密着膜として、Ｃｕの下層にＴｉ、Ｔａ、Ｒｕを含む膜もしくはその窒化膜を１つ以上含むことが望ましい。
【００８３】
配線５０３および接地導体膜５０１を層間膜５０２上に形成した後、配線５０３の接地導体膜５０１に対向する面の表面に、高周波信号の伝送方向と平行になるように凸部５０７を形成する。凸部５０７は、例えばダマシンプロセスにより加工されるが、ダマシンプロセスに限らず、デュアルダマシン銅めっきプロセス等その他の加工法により加工されてもよい。
【００８４】
ここで、凸部５０７は、図５における左右方向が凸部５０７の高さ方向、図５における上下方向が凸部５０７の幅方向を意味する。接地導体膜５０１が配線５０３の左右に所定の間隔を設けて形成されているので、凸部５０７は、図５に示すように、配線５０３の左右両側の面に形成することが望ましい。
【００８５】
その後、配線５０３および接地導体膜５０１を被覆するように層間膜５０４を形成する。層間膜５０４の堆積方法は、上記した層間膜５０２と同様であり、スピンコーティング法により行われ、その後、層間膜５０２と層間膜５０４を１５０〜４００℃程度で焼結して、層間膜５０２と層間膜５０４とを硬化して一体化する。一体化された層間膜５０２および層間膜５０４の電気特性、膜厚は、本発明の第１の実施の形態と同様である。
【００８６】
なお、凸部５０７の形状は、図５に示すように、接地導体膜５０１に対向するように左右対称に形成することが望ましい。凸部５０７の形状は、矩形だけでなく、多角形形状や曲線状に形成されていてもよい。さらに、凸部５０７を複数形成する場合はそれぞれの凸部５０７の幅、高さが一定でなくてもよい。このとき、最小の凸部５０７の幅および高さが、少なくとも表皮膜厚よりも大きいことが望ましい。また、コンポジット材料からなる層間膜５０２、５０４に含まれるセラミック粒子５１１、５１３は、配線５０３の凸部５０７の高さよりも小さく、また、凸部５０７が複数ある場合には、隣り合う凸部５０７同士の間の距離よりも小さいことが望ましい。一例として、セラミック粒子５１１、５１３の直径は、５０ｎｍ〜１μｍ程度または１００ｎｍ〜１μｍ程度であってもよい。これにより、層間膜５０２、５０４に均一に第１の材料からなる粒子と第２の材料が分布する。
【００８７】
また、接地導体膜５０１の、配線５０３と対向する面に配線５０３の凸部５０７と同様の凸部を形成してもよい。このときに形成する凸部５０７の形状は、それぞれ配線５０３の凸部５０７と対称に形成することが望ましい。
【００８８】
なお、本発明は、上記した実施の形態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内で種々の改良、変形を行ってもよい。
【００８９】
例えば、上記した第１の実施の形態では、接地導体膜上に第１の層間膜を堆積して１５０℃程度で仮焼結した後、第１の層間膜上に第２の層間膜を堆積して１００℃程度でプリベークし、さらに、第２の層間膜上に溝部を形成した後に第１の層間膜と第２の層間膜を１５０〜４００℃程度で本焼結して一体化したが、第１の層間膜をあらかじめ１５０〜４００℃程度で本焼結した後、第１の層間膜上に第２の層間膜を堆積してもよい。また、焼結の温度は、上記した温度に限らず、材料の種類や所望の硬度により適宜変更してもよい。
【００９０】
また、接地導体膜１０１および配線１０３は、電気抵抗率が低い材料が望ましく、代表として、Ｓｉプロセスで一般的に使用されるＣｕやＡｌであることが望ましいが、ＣｕやＡｌに限らずその他の材料であってもよい。また、上記した実施の形態では、接地導体膜１０１および配線１０３の堆積方法は、スパッタリング法を用いたが、スパッタリング法に限らず、ＥＢ蒸着法や、スパッタリング法もしくはＥＢ蒸着法により形成された導体膜を下地として利用した電解メッキ法や無電解メッキ法などであってもよい。
【００９１】
また、上記した実施の形態では、層間膜に溝部が形成され、溝部に嵌合する凸部が配線に形成される構成であったが、配線に溝部が形成され、溝部に嵌合する凸部が層間膜に形成される構成であってもよい。
【００９２】
また、上記した実施の形態では、第１の材料としてチタン酸ストロンチウムを使用したが、第１の材料は、チタン酸ストロンチウムに限らずその他のセラミックや他の材料であってもよいし、複数の種類の材料であってもよい。
【００９３】
また、上記した実施の形態では、第２の材料として混合樹脂を使用したが、第２の材料は、有機系材料である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、ポリフェニレンオキシド、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、エポキシ樹脂またはポリベンズオキサゾールの少なくとも１つを含むこととしてもよい。また、その他の有機系材料や有機系材料以外のその他の材料であってもよいし、複数の種類の材料であってもよい。また、第２の材料は、あらかじめ感光性を有する材料（例えば、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、ポリベンズオキサゾールなど）を選択してもよいし、ベースとなる有機系材料（例えば、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂など）を選択して光反応性を有する官能基（例えばトリアジン系感光剤）を付加したものであってもよい。
【００９４】
また、溝部の形成は、リソグラフィー法に限らず、機械的に切削する方法など、その他の方法により形成されてもよい。
【００９５】
また、上記した配線、接地導体膜、層間膜、凸部、溝部の大きさや形状は上記した大きさや形状に限らず、適宜変更してもよい。また、凸部は、１つであってもよいし複数個であってもよい。
【００９６】
また、本発明にかかる伝送線路には、上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明にかかる伝送線路を備えた各種デバイスなども本発明に含まれる。例えば、本発明にかかる伝送線路を備える高周波デバイスも本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は特に、廉価な製造のために望ましいＳｉベースのＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ−Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ−ＩＣ）上や、ＳＩＰ（Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎ−Ｐａｃｋａｇｅ）、ＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈｉｐ−Ｍｏｄｕｌｅ）における低損失伝送線路および低損失受動素子の形成に利用することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０、５０    伝送線路
１０１、５０１    接地導体膜
１０２、５０２、５０４    層間膜
１０２ａ    第１の層間膜
１０２ｂ    第２の層間膜
１０３、５０３    配線
１０７、５０７    凸部
１０９    溝部
１１１、５１１、５１３    セラミック粒子（第１の材料）
１１２、５１２、５１４    絶縁材料（第２の材料）
【図１】
2011103602.tif 000005
【図２Ａ】
2011103602.tif 000006
【図２Ｂ】
2011103602.tif 000007
【図２Ｃ】
2011103602.tif 000008
【図２Ｄ】
2011103602.tif 000009
【図３】
2011103602.tif 000010
【図５】
2011103602.tif 000011
【図４】
2011103602.tif 000012