(57)【要約】半導体基板（１）上に形成された、信号電極部（２）とグランド電極部（３）と誘電体部（４）からなり、信号電極部（２）は電気信号が流れる金属電極（２１）と上部導電性半導体（２２）と下部導電性半導体（２３）とを備え、グランド電極部（３）は接地される金属電極（３１）と導電性半導体（３２）とを備え、上部導電性半導体（２２）と下部導電性半導体（２３）は、極性が互いに反対となるようにすることで、信号電極部２の金属電極（２１）とグランド電極部（３）の金属電極（３１）とが半導体のＰＮ接合で接続されるようにし、信号電極部（２）の金属電極（２１）とグランド電極部（３）の金属電極（３１）との間の電気力線の走る領域に誘電体を装荷することで誘電体部（４）を形成した。これにより、高速な電気信号の伝搬が可能で、しかも、現在の半導体プロセスにより安定した品質で製造することができる構造の電気信号伝送線路となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１）上に形成された、信号電極部（２）とグランド電極部（３）と誘電体部（４）からなり、上記信号電極部は電気信号が流れる金属電極（２１）を備え、上記グランド電極部は接地される金属電極（３１）を備え、上記信号電極部の金属電極と上記グランド電極部の金属電極とを半導体のＰＮ接合（ＰＮＪ）で接続し、上記信号電極部の金属電極と上記グランド電極部の金属電極との間の電気力線の走る領域、すなわち伝送される電気信号のエネルギーが存在する領域を誘電体で覆うことにより誘電体部を形成したことを特徴とする電気信号電送線路。
【請求項２】
上記信号電極部の両側に各々グランド電極部を設けると共に、両グランド電極部の夫々の金属電極の間を第１導電性半導体で接続し、上記第１導電性半導体とは極性の異なる第２導電性半導体を、上記信号電極部の金属電極と第１導電性半導体との間に介在させることによって、ＰＮ接合を形成すると共に、上記信号電極部の金属電極と上記グランド電極部の金属電極との間が、上記ＰＮ接合と上記第１導電性半導体で直列に接続されるようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電気信号伝送線路。
【請求項３】
上記信号電極部の金属電極とグランド電極部の金属電極の間には適当な深さのエッチングを施すことで、両金属電極間の電気力線の走る領域から第１導電性半導体の露出面を離隔する空部を形成し、エッチングされた空部から信号電極部の金属電極およびグランド電極部の金属電極までを覆うように誘電体を装荷して誘電体部を形成するようにしたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の電気信号伝送線路。
【請求項４】
上記誘電体部を形成する誘電体は、比誘電率が３以下の有機材料としたことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項の何れか１項に記載の電気伝送線路。
【請求項５】
上記誘電体部を形成する誘電体として、ポリイミドを用いるようにしたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の電気伝送線路。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電気信号の伝搬、特に半導体回路内での高周波電気信号の伝送に好適な電気信号伝送線路の構造に関する。
背景技術
電気信号処理のための集積回路における信号処理周波数の上限は、トランジスタ等の能動素子、または伝送線路等の受動素子により規定される。２００２年現在においては、トランジスタの遮断周波数は５００ＧＨｚに達しているものの、信号処理周波数の上限は約１００ＧＨｚ程度にとどまっているため、集積回路における信号処理周波数の上限は１００ＧＨｚ程度となってしまう。
また、高周波電気信号の伝搬に際して、実装基板においてはマイクロストリップ導波路が、半導体基板においてはコプレーナ導波路が用いられている。
まず、マイクロストリップ線路の断面構造を第５図に示す。マイクロストリップ線路は、信号電極１０１と半導体基板１０２とグランド電極１０３から成る構造である。マイクロストリップ線路は構成が容易であり、しかも安価に製造出来るという利点がある。しかし、マイクロストリップ線路を伝搬する電気信号の大部分は半導体基板１０２内を伝搬するが、一部の電気信号は信号電極１０１側の空気中に存在する。このため、誘電体と空気における電気信号の位相速度が異なる事から、伝搬方向に電界または磁界を持つ混成モードが発生してしまうのである。混成モードは、高周波領域で支配的な放射損失の原因となる。しかも、電気信号が高周波になるほど電気信号の波長が短くなり、混成モードが顕在化してくる。従って、マイクロストリップ線路は、高周波伝送線路としては不適当であり、比較的低周波の実装基板に対して用いられることが多い。
次に、コプレーナ導波路について説明する。コプレーナ導波路の断面構造を第６図に示す。コプレーナ導波路は、半導体基板１０４の表面に、信号電極１０５とグランド電極１０６，１０６が配置された構造を有する。グランド電極１０６，１０６は、信号電極１０５を挟む形で配置されており、半導体デバイスの実装を容易に出来る利点がある。グランド電極１０６が信号電極１０５に隣接して設置されることから、信号電極１０５とグランド電極１０６の間に電気信号が局在する。コプレーナ導波路では電気信号が空間的に局在することから、マイクロストリップラインと比較すると、より高周波に対応することが出来る。しかし、マイクロストリップラインと同様に、電気信号が半導体基板１０４と空気中を伝搬することから、位相速度の不整号が発生する。従って、高周波になるにつれて、混成モードが顕在化し、放射損失が増大するという欠点を有する。
次に、上述したマイクロストリップ線路やコプレーナ導波路よりも高周波の信号伝送が可能な伝送線路について説明する。２００２年現在、最も高周波の信号伝送を実現できる伝送線路は、ＮＬＴＬ（Ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｌｉｎｅ）と呼ばれているもので、Ｍ．Ｊ．Ｗ  Ｒｏｄｗｅｌｌにより提案されたものである。これは、能動伝送線路の一種で、信号線路とグランド線路の間にコンデンサが設置され、電圧に対する静電容量の非線形な性質を利用することにより、電気パルスの圧縮を行って、高周波の信号伝送を可能とするのである。
ＮＬＴＬ伝送線路では、これまでに金属と半導体のショットキー接合を利用したキャパシタンスを利用することにより、電気パルスの圧縮を実現（Ｍ．Ｊ．Ｗ．Ｒｏｄｗｅｌｌ  ｅｔ  ａｌ．Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．８２，ｎｏ．７，ｐｐ１０３７−１０５９（１９９４））している。また、この能動線路を利用することにより、高速電気信号に対するサンプリング回路が試作されており、７２５ＧＨｚの電気信号のサンプリング計測が実現（Ｕ．Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙａ，Ｓ．Ｔ．Ａｌｌｅｎ  ａｎｄ  Ｍ．Ｊ．Ｗ．Ｒｏｄｗｅｌｌ，ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．５，Ｎｏ．２，（１９９５））されている。
このＮＬＴＬ伝送線路の断面構造と平面構造の概略を第７図に示す。第７図（ａ）の断面構造を見ると、半導体基板１０７の上に信号線と両側にグランド線があるコプレーナ導波路構造を持っている。信号線の金属電極である信号電極１０８とグランド線の金属電極であるグランド電極１０９は、ｎ型の導電性半導体１１０ａ，１１０ｂと接触している。両側のグランド電極１０９，１０９は、ｎ型半導体１１１により互いに接触している。信号電極１０８下部のｎ型半導体１１０ａは、絶縁層１１２によってグランド電極１０９，１０９およびその下部のｎ型半導体１１１から絶縁されている。グランド電極１０９は主線１０９ａと信号電極１０８方向に伸びた複数の延出部１０９ｂ…とからなり、信号電極１０８の下部に設けたｎ型の導電性半導体１１０ａとショットキー接合（図中、ＳＪで示す）を形成する。
上記のように構成されたＮＬＴＬ伝送線路において、グランド電極１０９の延出部１０９ｂは、付加的なインダクタンス成分を発生させる。そして、ＮＬＴＬ伝送線路においては、ショットキー接合による非線型な静電容量と、付加されるインダクタンス成分のバランスを取ることが、電気パルスの圧縮特性に大きな影響を与える。
しかしながら、ＮＬＴＬ伝送線路では、電気信号が半導体基板と伝送線路上方の空気中を伝搬することから、コプレーナ導波路と同じく不均質導波路となる。半導体基板と空気の位相速度が異なることから、混成モードが発生し、電気信号の伝搬方向にも電界成分と磁界成分が発生する。また、混成モードに基因した放射損失も高周波領域においては、無視出来なくなる。
さらに、ＮＬＴＬ伝送線路の構造においては、信号電極に対する非線型なキャパシタンスが、信号電極とグランド電極の間の領域に存在するため、これが問題となる。ＮＬＴＬ伝送線路を伝搬する電気信号のエネルギーは、信号電極とグランド電極の間に存在することから、この部分にショットキー接合用の金属電極が多数配置される事により、インピーダンスのミスマッチが発生し、進行する電磁波の反射と散乱が発生する。例えば、第７図（ｂ）の平面図において、ショットキー接合を形成する両電極の間隔以下の波長の電磁波に対しては、このインピーダンスミスマッチ部分での多重反射により、損失が非常に大きくなってしまう。
しかも、ショットキー接合を形成する金属電極は、伝搬する電気信号に対する境界条件として作用し、伝搬する電気信号が複雑なものとなり、伝送モードをＴＥＭ近似で表す事が出来なくなる。
また、ＮＬＴＬ伝送線路では、化合物半導体のショットキー障壁を利用しているために、半導体製造プロセスに起因した問題もある。ショットキー接合による静電容量は、ショットキー障壁の高さと厚さで決定され、ショットキー障壁の厚さは化合物半導体の界面での欠陥密度に比例し、その欠陥密度は表面処理の方法に強く依存するが、現在の半導体製造プロセスでは均一な表面処理を再現できない。従って、ＮＬＴＬ伝送線路の最重要パラメータである非線型な静電容量の大きさの再現性と均一性を実現し難いという、実用上の大きな問題がある。
そこで、本発明は、高速電気信号の伝搬が可能で、しかも、現在の半導体プロセスにより安定した品質で製造することができる構造の電気信号伝送線路の提供を目的とする。
発明の開示
本発明は、半導体基板上に形成された、信号電極部とグランド電極部と誘電体部からなり、上記信号電極部は電気信号が流れる金属電極を備え、上記グランド電極部は接地される金属電極を備え、上記信号電極部の金属電極と上記グランド電極部の金属電極とを半導体のＰＮ接合で接続し、上記信号電極部の金属電極と上記グランド電極部の金属電極との間の電気力線の走る領域、すなわち伝送される電気信号のエネルギーが存在する領域を誘電体で覆うことにより誘電体部を形成したことを特徴とする。
よって、本発明に係る電気信号伝送線路によれば、信号電極部の金属電極と上記グランド電極部の金属電極とを半導体のＰＮ接合で接続することで、信号電極部とグランド電極部との間に所望の静電容量を確保するようにしたので、不純物密度を精度良く制御出来る現在の半導体製造プロセスによって、電気信号電送線路の再現性と均一性を確保できる。しかも、伝送される電気信号のエネルギーが存在する領域を誘電体で覆った誘電体部を形成することにより、信号電極部とグランド電極部との間で絶縁破壊または沿面放電が生ずることを防止できる。さらに、伝搬する電気信号の大半が誘電体中を伝搬することとなるので、電気信号の減衰を抑制できるという効果もある。
また、本発明は、上記の電気信号伝送線路において、上記信号電極部の両側に各々グランド電極部を設けると共に、両グランド電極部の夫々の金属電極の間を第１導電性半導体で接続し、上記第１導電性半導体とは極性の異なる第２導電性半導体を、上記信号電極部の金属電極と第１導電性半導体との間に介在させることによって、ＰＮ接合を形成すると共に、上記信号電極部の金属電極と上記グランド電極部の金属電極との間が、上記ＰＮ接合と上記第１導電性半導体で直列に接続されるようにしたことを特徴とする。
よって、本発明に係る電気信号伝送線路によれば、信号電極部の金属電極とグランド電極部の金属電極の間が、ＰＮ接合により実現されるコンデンサと、第１導電性半導体により実現される抵抗で直列に接続されることとなるので、電気信号が低周波の場合はＰＮ接合のコンデンサにより電圧が発生し、電気信号が高周波の場合は抵抗で電圧が発生するので、信号電極部の金属電極に供給される電気信号によってグランド電極部の金属電極の電位が変動することを効果的に抑制できる。
また、本発明は、上記の電気信号伝送線路において、上記信号電極部の金属電極とグランド電極部の金属電極の間には適当な深さのエッチングを施すことで、両金属電極間の電気力線の走る領域から第１導電性半導体の露出面を離隔する空部を形成し、エッチングされた空部から信号電極部の金属電極およびグランド電極部の金属電極までを覆うように誘電体を装荷して誘電体部を形成するようにしたことを特徴とする。
よって、本発明に係る電気信号伝送線路によれば、信号電極部の金属電極とグランド電極部の金属電極の間の電気力線の走る領域から第１導電性半導体が離隔されるので、信号電極部に供給された電気信号によって第１導電性半導体に起電力が発生したとしても、信号電極部の金属電極による局所的な境界条件の変化に起因する高周波成分の減衰や放射や散乱を抑制することができ、信頼性の高い信号伝送を期せる。
また、本発明は、上記の電気伝送線路において、上記誘電体部を形成する誘電体は、比誘電率が３以下の有機材料としたことを特徴とする。
よって、本発明に係る電気信号伝送路によれば、比誘電率が３以下の有機材料を誘電体部を形成する誘電体として用いるので、一般の半導体と比較して比誘電率が十分に小さいことから、高周波において増大する誘電体損失の低減に大いに寄与できる。
また、本発明は、上記の電気伝送線路において、上記誘電体部を形成する誘電体として、ポリイミドを用いるようにしたことを特徴とする。
よって、本発明はに係る電気信号伝送路によれば、誘電体部を形成する誘電体として、ポリイミドを用いるようにしたので、高い電気絶縁性を期せると共に、高温に対する耐性、化学耐性、機械的な特性に優れていることから、電気信号伝送路としての信頼性向上にも寄与できる。また、誘電体部を形成する際に要する時間やコストの面でも、酸化シリコンやダイヤモンドカーボン等の無機材料に比べて非常に有利である。
発明を実施するための最良の形態
次に、添付図面に基づいて、本発明に係る電気信号伝送線路の一実施形態を説明する。
第１図（ａ）は本実施形態に係る電気信号伝送線路の断面構造を示し、第１図（ｂ）はその概略平面構造（最上層である誘電体部を除く）を示す。本実施形態に係る電気信号伝送線路は、半導体（シリコン：Ｓｉ、インジウムリン：ＩｎＰ、ガリウムナイトライド：ＧａＮ、シリコンカーバイド：ＳｉＣ等）よりなる半導体基板１上に形成された、信号電極部２とグランド電極部３と誘電体部４からなり、信号電極部２は電気信号が流れる金属電極２１と上部導電性半導体２２と下部導電性半導体２３とを備え、グランド電極部３は接地される金属電極３１と導電性半導体３２とを備えるものである。なお、本実施形態においては、信号電極部２の両側に各々グランド電極部３，３を設けると共に、両グランド電極部３，３の夫々の金属電極３１，３１の間を導電性半導体導電性半導体３２および導電性半導体３２′により接続してある。
上記信号電極部２の金属電極２１とその下の上部導電性半導体２２は、オーミック接触をしており、上部導電性半導体２２と下部導電性半導体２３は、極性が互いに反対となるようにする。更に、信号電極部２の上部導電性半導体２２と、グランド電極部３の導電性半導体３２，３２′の極性が互いに異なる（下部導電性半導体２３と導電性半導体３２，３２′の極性が同じになる）ようにする。かくして、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１とが半導体のＰＮ接合（図中、ＰＮＪで示す）で接続されるのである。このとき、電気信号の電位レベルとグランド電極の電位に応じた逆方向電圧がＰＮ接合に印加されるように、Ｐ型半導体とＮ型半導体の積層順を定める必要がある。
なお、本実施形態においては、各々極性を異ならしめた上部導電性半導体２２と下部導電性半導体２３を信号電極部２に設けるものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、下部導電性半導体２３を設けずに、下部導電性半導体２３と極性が同じ導電性半導体３２′の上に上部導電性半導体２２を形成してもＰＮ接合を得ることができる。しかしながら、本実施形態の如く、導電性半導体３２′よりもドーピングを高くしたＰＮ接合形成用の下部導電性半導体２３を別途設けるようにすると、素子の特性上効果がある。
また、本実施形態における電気信号伝送線路では、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１の間に適当な深さのエッチングを施すことで、金属電極３１の下方に位置する導電性半導体３２とエッチングされずに残った導電性半導体３２′とを生ぜしめることで、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１の間に空部を形成し、この空部を埋めて、尚且つ信号電極部２の金属電極２１やグランド電極３の金属電極３１よりも適宜上方に至るまで誘電体で覆うことにより、誘電体部４を形成した。
すなわち、エッチングにより信号電極部２とグランド電極部３との間に生じた空部から信号電極部２の金属電極２１およびグランド電極部３の金属電極３１までを覆うように誘電体を装荷して誘電体部４を形成したのである。かくすることで、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１との間の電気力線の走る領域、すなわち伝送される電気信号のエネルギーが存在する領域を誘電体で覆うことができる。なお、誘電体部４の形成形状は本実施形態のように、均一高さまで誘電体を装荷するものに限らず、最低限、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１との間の電気力線の走る領域に誘電体を配しておけば良い。また、誘電体部４に用いる誘電体は特に限定されるものではなく、例えば、無機材料である酸化シリコンや窒化シリコンを用いても良いし、有機材料であるダイヤモンドライクカーボンやポリイミドを用いても良い。更には、誘電体部４を単一の誘電体で形成する場合に限らず、複数種類の誘電体を用いて形成しても良い。
次に、上記のように構成した電気信号伝送線路におけるＰＮ接合の果たす機能について説明する。信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１の間を等価回路として表現すると、第２図（ａ）に示すように、ＰＮ接合によるキャパシタンスＣと導電性半導体３２，３２′による抵抗Ｒが直列に接合された形となる。一方、ＮＬＴＬ伝送線路の対応箇所を等価回路で表現すると、第２図（ｂ）のように、ショットキー接合に起因するキャパシタンスＣと抵抗Ｒ、そして隣接して配置されたグランド電極と信号電極との間のインダクタンスＬが並列に接続された形となる。
ここで、信号線に高周波の電気信号が印可された場合、第２図（ｂ）のＮＬＴＬ伝送線路の場合は、２つの問題点が存在する。一つは、キャパシタンスＣを通じて高周波の信号成分が減衰する点であり、もう一つは、インダクタンス成分によるグランド電極の電位の変動が生じる点にある。ショットキー接合のグランド電極は、電気信号の伝搬する領域にあることから、ショットキー接合のグランド側金属電極の電位の変動は、伝搬する電気信号に影響を与えてしまう。
これに対して、本実施形態に係る電気信号伝送線路の場合、第２図（ａ）のように、ＰＮ接合により実現される容量成分と導電性半導体３２，３２′により実現される抵抗成分が直列に入っている事から、低周波の信号成分がキャパシタンスＣを通じて減衰することを防止でき、高周波の信号成分が抵抗Ｒにより減衰することを防止できる。よって、電気信号による信号電極の電位の変化は、ＰＮ接合によるキャパシタンスＣとグランド電極部３の導電性半導体３２，３２′の抵抗Ｒにより緩衝され、グランド電極部３の金属電極３１の電位の変化は非常に小さなものとなる。なお、導電性半導体３２，３２′により実現される抵抗の特性は、不純物のドーピング濃度や層の厚さを変えることにより、適宜変化させることができる。
しかも、ＰＮ接合とショットキー接合を比較した場合、ＰＮ接合の方が現在の半導体製造プロセス技術で均質な特性を精度良く再現できるという利点がある。ショットキー接合による静電容量が半導体界面の欠陥密度に依存し、半導体界面の欠陥密度は半導体の表面処理に強く依存することから、再現性と均一性を保つ事が困難であるのに対して、ＰＮ接合による静電容量はＰＮ接合部の不純物密度に依存し、不純物密度は現在の半導体製造プロセス技術で精度良く制御出来ることから、素子の再現性と均一性を確保することが可能なのである。
次に、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１との間に誘電体を装荷する必要性について説明する。誘電体を装荷しない場合には、伝搬する電気信号の大分部は、グランド電極部３の金属電極３１と信号電極部２の金属電極２１の間の空気で満たされた空間を伝搬することになる。この場合、金属電極の角に電界が集中することにより、放電が起る。また、半導体表面を通じての沿面放電も起こる。特に高周波電気信号の伝送においては、過渡的に高い電圧が発生する。一般に、絶縁破壊電圧は、周波数が高いほど低くなることから、高周波における電気信号の伝送を想定した場合には、絶縁破壊または沿面放電を防止する為に、最低限、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１との間の電気力線の走る領域に誘電体を装荷する必用がある。
なお、誘電部４を設けることによる副次的な効果として、空気の場合と比較すると、空気より誘電率が高い誘電材料中に電界が集中することから、伝送する電気信号が空間的により閉じ込められるようになり、伝搬する電気信号の大半が誘電体中を伝搬することとなり、電気信号の減衰抑制に寄与できる。
上述したように、本実施形態に係る電気信号伝送線路においては、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極３の金属電極３１の間を、ＰＮ接合と導電性半導体３２，３２′で直列に接続し、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１との間に誘電体を装荷してなる誘電体部４を設ける構成とすることで、グランド電極部３の電位の変動および高周波成分の減衰を抑制することが可能となる。すなわち、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１の間が、ＰＮ接合により実現されるコンデンサと、導電性半導体３２′により実現される抵抗で直列に接続されることとなるので、電気信号が低周波の場合はＰＮ接合のコンデンサにより電圧が発生し、電気信号が高周波の場合は抵抗で電圧が発生し、信号電極部２の金属電極２１に供給される電気信号によってグランド電極部３の金属電極３１の電位が変動することを効果的に抑制できるのである。更には、信号電極部２およびグランド電極３の両金属電極２１，３１間の電気力線の走る領域から導電性半導体３２′の露出面を離隔する空部をから信号電極部２の金属電極２１およびグランド電極部３の金属電極３１までを覆うように誘電体を装荷して誘電体部４を形成することで、伝送される電気信号のエネルギーの存在する誘電体部４と、信号電極部２とグランド電極部３との電気的接続部分であるＰＮ接合および該ＰＮ接合と接続されている導電性半導体領域３２，３２′とを空間的に分離することで、信号電極部２の金属電極２１による局所的な境界条件の変化に起因する高周波成分の減衰や放射や散乱を抑制することが可能となり、高周波電気信号の伝送に適した電気信号伝送線路を実現でき、高速な電気回路としての応用が期待できる。
次に、実際に作成した電気信号伝送線路の実施例を説明する。本実施例に係る高周波伝送線路の断面構造の概略を第３図に示す。半導体基板１として厚さが３００μｍの半絶縁性ＧａＡｓを用い、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１の幅は６μｍである。信号電極部２の金属電極２１の下方に形成した上部導電性半導体２２は、Ｐ型のＧａＡｓ半導体で、厚さは１０００ｎｍである。更にその下には、下部導電性半導体２３としての機能を兼ねる導電性半導体３２として、厚さ２０００ｎｍのＮ型のＧａＡｓ半導体を形成した。これにより、信号電極２の金属電極２１とグランド電極３の金属電極３１との間にＰＮ接合を形成している。
また、信号電極部２の金属電極２１とグランド電極部３の金属電極３１との間は、２μｍの深さまでウェットエッチングにより削る。本実施例の試作素子では、サイドエッチングにより導電性半導体層（上部導電性半導体２２および導電性半導体３２）が垂直ではなく、斜めに削られている。埋め込み誘電体としては、低誘電率の感光性ポリイミドを用い、厚さ３μｍ程度となるように素子上へコーティングした。
なお、ポリイミドは、有機物質の一種であり、微細構造への埋め込み用絶縁材料として集積回路に既に適用されている。ポリイミド自身は、電気絶縁性に優れた絶縁材料である。また、高温に対する耐性、化学耐性、機械的な特性に優れている物質である。比誘電率は約３である、ＧａＡｓの１２．４に対して４分の１の値である。比誘電率が半導体と比較して小さいことから、誘電体損失を大幅に低減することが出来る。誘電体損失は周波数の２乗に比例する事から、高周波において増大する誘電体損失の低減に寄与する。加えて、本実施例の如く、充填膜厚が５μｍ以上ある場合には、酸化シリコンやダイヤモンドカーボン等の無機材料を用いる場合に比べて、誘電体部形成に要する時間とコストを抑えられるという利点がある。
上記のような電気信号伝送線路を使って試作した素子に高速の受光素子を集積化して、受光素子からの電気信号を試作素子の上で測定したところ、受光素子から５０μｍの距離において、２９０ｆｓの超高速応答が観測された（第４図参照）。これは、周波数に直すと１０００ＧＨｚ以上に相当する値であり、ＮＬＴＬ伝送線路のサンプリング周波数である７００ＧＨｚの１．５倍以上の高速応答を実現するものである。この周波数応答は、現存する最高速と呼ばれるトランジスターの動作速度を上回るものであり、集積回路における信号処理周波数の上限は飛躍的に高める可能性を十分秘めたものである。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る電気信号伝送線路は、高周波の電気信号の伝送に適した線路を、現在の半導体プロセス技術により安定した品質で製造することができる技術により実現したので、集積回路のボトルネックである信号処理周波数を高くして高速な電気回路を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）は、本発明の実施形態に係る電気信号伝送線路の概略断面図であり、第１図（ｂ）は、本発明の実施形態に係る電気信号伝送線路の概略平面図であり、第２図（ａ）は、本発明の実施形態に係る電気信号伝送線路の信号電極部の金属電極とグランド電極部の金属電極の間の等価回路であり、第２図（ｂ）は、ＮＬＴＬ伝送線路のショットキー接合部における電極間の等価回路であり、第３図は、実施例として試作した電気信号伝送線路の概略断面図であり、第４図は、実施例として試作した電気信号伝送線路を含む素子上での観測波形図であり、第５図は、従来のマイクロストリップラインの概略断面図であり、第６図は、従来のコプレーナ導波路の概略断面図であり、第７図（ａ）は、ＮＬＴＬ伝送線路の概略断面図であり、第７図（ｂ）は、ＮＬＴＬ伝送線路の概略平面図である。
【図１】
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【図２】
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【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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【国際調査報告】
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