(57)【要約】【課題】高周波回路とその製造方法に関し、回路の層間絶縁膜として使用するベンゾシクロブテン膜の剥離を防ぎ、信頼性を向上させることを目的とする。【解決手段】金属膜２が形成されている基板１上に、無機材料膜３を形成した後、ベンゾシクロブテン膜４を形成する。また、ベンゾシクロブテン膜４にビアホール６を形成する際には、ドライエッチングを用いて、ベンゾシクロブテン膜４と無機材料膜３を連続的に一工程でエッチングする。ベンゾシクロブテンは無機材料との密着性が良好であるため、従来課題となっていた、ベンゾシクロブテン膜を層間絶縁膜として用いた際の、膜剥離による信頼性低下を回避することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも導体膜と絶縁膜とを積層した高周波回路であって、前記絶縁膜はベンゾシクロブテンであり、且つ、前記絶縁膜の少なくとも一方の面に隣接して無機材料膜を配置した高周波回路。
【請求項２】
無機材料膜は、絶縁膜と導体膜との間に配置したことを特徴とする請求項１記載の高周波回路。
【請求項３】
基板はシリコン基板であり、無機材料膜は絶縁膜と前記基板との間に配置したことを特徴とする請求項１記載の高周波回路。
【請求項４】
シリコン基板は、一部分が除去されていることを特徴とする請求項３記載の高周波回路。
【請求項５】
絶縁膜の、シリコン基板側の面と対向する面側に、凹部を有する蓋であるリッドを配置したことを特徴とする請求項４記載の高周波回路。
【請求項６】
絶縁膜の、シリコン基板側の面と対向する面側に、能動素子を配置したことを特徴とする請求項４または５記載の高周波回路。
【請求項７】
シリコン基板は、ドライエッチングにより一部分を除去したことを特徴とする請求項４から６のいずれか記載の高周波回路。
【請求項８】
導体膜は金属であることを特徴とする請求項１から７のいずれか記載の高周波回路。
【請求項９】
導体膜は、金属により回路パターンを形成したものであることを特徴とする請求項８記載の高周波回路。
【請求項１０】
導体膜は導電性高分子材料であることを特徴とする請求項１から７のいずれか記載の高周波回路。
【請求項１１】
無機材料膜は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか記載の高周波回路。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか記載の高周波回路を用いたことを特徴とするマルチチップモジュール。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか記載の高周波回路を用いたことを特徴とする無線端末装置。
【請求項１４】
請求項１から１１のいずれか記載の高周波回路を用いたことを特徴とする無線基地局装置。
【請求項１５】
請求項１から１１のいずれか記載の高周波回路を用いたことを特徴とする無線計測装置。
【請求項１６】
請求項１から１１のいずれか記載の高周波回路を用いたことを特徴とするレーダー装置。
【請求項１７】
基板上に少なくとも金属膜と絶縁膜とを積層する高周波回路の製造方法であって、前記基板上に前記金属膜を形成する工程と、前記金属膜上に無機材料膜を形成する工程と、前記無機材料膜上にベンゾシクロブテンからなる絶縁膜を形成する工程と、を有する高周波回路の製造方法。
【請求項１８】
基板上に少なくとも金属膜と絶縁膜とを積層する高周波回路の製造方法であって、前記基板上に前記金属膜を形成する工程と、前記金属膜上に無機材料膜を形成する工程と、前記無機材料膜上にベンゾシクロブテンからなる絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜と前記無機材料膜との両方の膜をドライエッチングにより一工程でビアホール形成する工程と、を有する高周波回路の製造方法。
【請求項１９】
無機材料膜は、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１７または１８記載の高周波回路の製造方法。
【請求項２０】
無機材料膜は、成膜方法としてスパッタリングもしくはＣＶＤを用いて形成することを特徴とする請求項１７から１９のいずれか記載の高周波回路の製造方法。
【請求項２１】
無機材料膜は、成膜方法としてスピンコートを用いた塗布工法により形成することを特徴とする請求項１７から１９のいずれか記載の高周波回路の製造方法。
【請求項２２】
シリコン基板を用いた高周波回路の製造方法であって、前記シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上にベンゾシクロブテンを積層する工程と、前記ベンゾシクロブテン上に金属膜からなる回路パターンを形成する工程と、前記シリコン基板の一部をドライエッチングにより除去する工程と、を有する高周波回路の製造方法。
【請求項２３】
シリコン基板を用いた第１構造体とシリコンを用いた第２構造体とを接合して形成した高周波回路の製造方法であって、第１構造体は、前記シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上にベンゾシクロブテンを積層する工程と、前記ベンゾシクロブテン上に金属膜からなる回路パターンを形成する工程と、前記シリコン基板の一部をドライエッチングにより除去する工程と、により製作し、第２構造体は、前記シリコンの一部に深溝加工を施して凹部を形成する工程と、前記凹部の表面に金属膜を形成する工程と、により製作し、前記第１構造体と前記第２構造体とを接合することにより高周波回路を形成することを特徴とする高周波回路の製造方法。
【請求項２４】
シリコン基板を用いた第１構造体とシリコンを用いた第２構造体とを接合して形成した高周波回路の製造方法であって、第１構造体は、前記シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上にベンゾシクロブテンを積層する工程と、前記ベンゾシクロブテン上に金属膜からなる回路パターンを形成する工程と、前記シリコン基板の一部をドライエッチングにより除去する工程と、により製作し、第２構造体は、前記シリコンの一部に深溝加工を施して凹部を形成する工程と、前記凹部の表面に金属膜を形成する工程と、により製作し、前記第１構造体と前記第２構造体とを接合し、且つ、前記接合の前又は後或いは同時に前記第１構造体上に能動素子を配置することにより高周波回路を形成することを特徴とする高周波回路の製造方法。
【請求項２５】
ドライエッチングの方法として、１０１０ｃｍ−３以上のプラズマ密度を用いて実施することを特徴とする請求項２２から２４のいずれか記載の高周波回路の製造方法。
【請求項２６】
ドライエッチングの方法として、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスを用いて実施することを特徴とする請求項２２から２４のいずれか記載の高周波回路の製造方法。
【請求項２７】
ドライエッチングの方法として、２０μｍ厚以上のレジストをマスクとして使用することを特徴とする請求項２２から２４のいずれか記載の高周波回路の製造方法。
【請求項２８】
第１構造体と第２構造体とを接合する方法として、エポキシ系導電接着剤を使用することを特徴とする請求項２３または２４記載の高周波回路の製造方法。
【請求項２９】
第１構造体と第２構造体とを接合する方法として、真空容器内でプラズマもしくはイオンビームまたはアトムビームで洗浄した後、真空容器内で両デバイスを加圧して接合させることを特徴とする請求項２３または２４記載の高周波回路の製造方法。
【請求項３０】
第１構造体と第２構造体とを接合する方法として、真空容器内でプラズマもしくはイオンビームまたはアトムビームで洗浄した後、大気中で両デバイスを加熱圧着して接合させることを特徴とする請求項２３または２４記載の高周波回路の製造方法。
【請求項３１】
シリコン基板を用いた高周波回路の製造方法であって、前記シリコン基板の上面及び下面にそれぞれ第１及び第２のシリコン熱酸化膜を形成する工程と、前記第１のシリコン熱酸化膜上にベンゾシクロブテンを積層する工程と、前記ベンゾシクロブテン上に金属膜からなる回路パターンを形成する工程と、前記第２のシリコン熱酸化膜の一部と前記シリコン基板の一部とを同一チャンバー内でドライエッチングにより連続的に除去する工程と、を有する高周波回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波回路とその製造方法に関するもので、特に、マイクロ波帯及びミリ波帯等の高い周波数帯域を対象とした集積回路やマルチチップモジュール製作において用いられる絶縁膜形成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路やマルチチップモジュールなどを製作するためには、絶縁膜が必要となるが、従来より使用されているシリコン酸化膜などの無機材料の絶縁膜よりも、形成が容易であり、無機材料の絶縁膜よりも厚い膜（おおむね１０μｍ以上）の形成が可能である、有機材料を絶縁膜として利用することが活発化している。有機材料の種類としては、ポリイミドなどいくつかの材料が提案されているが、中でもベンゾシクロブテン（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ：以下、ＢＣＢと記す）は、ポリイミドよりも吸湿性が低く（０．２５％以下）、比誘電率も小さい（２．７  ）ことから、高周波回路用の層間絶縁膜材料として注目されている（例えば、非特許文献１参照。）。非特許文献１では、ＢＣＢを層間絶縁膜材料として用いることにより良好な特性を示す高周波回路が示されている。
【０００３】
しかしながら、ＢＣＢを絶縁膜として使用する場合、ＢＣＢと下地の金属膜との密着性が悪いため、高周波回路やデバイスの信頼性を充分得られないという報告もなされている（例えば、非特許文献２参照。）。非特許文献２では、ＢＣＢを層間絶縁として用いたデバイスは、ＢＣＢと下地の金属膜（ＷＳｉ  膜など）間での密着力が低く、耐湿試験を１０００時間を達成することができず、層間絶縁膜としては、ＢＣＢよりもポリイミドを採用するほうが有利であると結論付けられている。
【０００４】
また、本発明者の実験においても、シリコン基板上にスパッタリングにより銅薄膜（以下、Ｃｕ膜と記す）を形成した後、ＢＣＢ膜（２６μｍ厚）を形成し、その後、ＢＣＢ膜をドライエッチングによりエッチングすることによりビアホールの形成を行なったところ、いくつかのビアホール周辺で、下地のＣｕ膜とＢＣＢ膜の微小な剥離を観察している。
【０００５】
【非特許文献１】
”Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ，”  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，  ｈｙｂｒｉｄｓ，  ａｎｄ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｖｏｌ．１６，  Ｎｏ．７，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９９３，  ｐｐ．７１４−７１９
【非特許文献２】
杉谷，外２名，「ＭＭＩＣ用３次元配線の耐湿性改善」，信学技報，社団法人電子情報通信学会，ＥＤ２００１−２００，ＭＷ２００１−１５５，ＩＣＤ２００１−１９７，２００２−０１，ｐｐ．１９−２６
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記のような高周波回路製作方法においては、ＢＣＢと下地の金属等の膜との密着性が良いこと、それによる高周波回路やデバイスの充分な信頼性が要求されている。
【０００７】
本発明は、ＢＣＢ絶縁膜の剥離を回避させる方法を提供し、それにより、高性能な高周波用回路やマルチチップモジュール、さらにはこれらの回路やモジュールを用いて無線端末装置等の性能向上等を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、基板上に少なくとも導体膜と絶縁膜とを積層した高周波回路であって、絶縁膜はベンゾシクロブテンであり、且つ、前記絶縁膜の少なくとも一方の面に隣接して無機材料膜を配置した高周波回路とその製造方法であり、これにより、絶縁膜と他の膜との密着力が向上するものである。
【０００９】
具体的には、基板上に絶縁膜と導体膜を交互に積層する形態の高周波回路であって、絶縁膜としてベンゾシクロブテンを用いるとともに、ベンゾシクロブテンの下地膜として無機材料を形成した構成を採る。この構成によれば、ＢＣＢ膜の剥離を防ぐことが可能となる。
【００１０】
また、本発明は、更に、基板をシリコン基板としてその基板の一部を除去したメンブレン構造とすることで、上記効果に加えて、実効誘電率に影響する空気の空間を広くとることができるため、空気の誘電率に近づけることが可能となり、低損失な回路を構成することが可能となる。
【００１１】
また、本発明は、上記シリコン基板の一部を除去するためにドライエッチングを用いるもので、特にシリコンのエッチングには、１０１０ｃｍ−３以上のプラズマ密度を用い、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスを用いて実施するのが好適であり、また、２０μｍ厚以上のレジストをマスクとして使用するのが良い。これにより、良好なエッチングを実施可能となる。
【００１２】
また、本発明は、更に、絶縁膜の、シリコン基板側の面と対向する面側に、凹部を有する蓋であるリッドや、ＭＭＩＣ等の能動素子を配置した高周波回路であって、上記効果に加えて、リッドと配置することで高周波特性に優れた高周波回路を構成することが可能となる。  また、本発明は、前記無機材料膜がシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜である構成を採る。この構成によれば、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜が一般的な回路製作に用いられる材料であるため、スパッタリングもしくはＣＶＤなど簡便な下地膜形成とすることが可能となる。
【００１３】
また、無機材料の成膜方法としてスピンコートを用いた塗布工法を用いれば、他の方法と比べて製造コストの低い無機材料形成が可能となる。
【００１４】
また、導体膜としては、回路パターンを形成するために金属を用いるのが良いが、回路の構成体にある程度の柔軟性が求められるような場合には、導電性高分子材料を用いることも可能である。
【００１５】
また、本発明は、基板上に少なくとも金属膜と絶縁膜とを積層する高周波回路の製造方法であって、基板上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜上に無機材料膜を形成する工程と、前記無機材料膜上にベンゾシクロブテンからなる絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜と前記無機材料膜との両方の膜をドライエッチングにより一工程でビアホール形成する工程と、を有する高周波回路の製造方法である。この構成によれば、工程の簡略化を図ることが可能となる。
【００１６】
また、本発明は、シリコン基板を用いた高周波回路の製造方法であって、前記シリコン基板の上面及び下面にそれぞれ第１及び第２のシリコン熱酸化膜を形成する工程と、前記第１のシリコン熱酸化膜上にベンゾシクロブテンを積層する工程と、前記ベンゾシクロブテン上に金属膜からなる回路パターンを形成する工程と、前記第２のシリコン熱酸化膜の一部と前記シリコン基板の一部とを同一チャンバー内でドライエッチングにより連続的に除去する工程と、を有する高周波回路の製造方法である。この構成によれば、工程の簡略化を図ることが可能となる。
【００１７】
さらに本発明は、これら高周波回路を用いたマルチチップモジュール、無線端末装置、無線基地局、無線計測装置、レーダー装置である。この構成によれば、信頼性の高いモジュールや各種応用装置を得ることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の発明は、基板上に少なくとも導体膜と絶縁膜とを積層した高周波回路であって、前記絶縁膜はベンゾシクロブテンであり、且つ、前記絶縁膜の少なくとも一方の面に隣接して無機材料膜を配置した高周波回路である。
【００１９】
第２の発明は、第１の発明において、無機材料膜は、絶縁膜と導体膜との間に配置したことを特徴とする高周波回路である。
【００２０】
第３の発明は、第１の発明において、基板はシリコン基板であり、無機材料膜は絶縁膜と前記基板との間に配置したことを特徴とする高周波回路である。
【００２１】
第４の発明は、第３の発明において、シリコン基板は、一部分が除去されていることを特徴とする高周波回路である。
【００２２】
第５の発明は、第４の発明において、絶縁膜の、シリコン基板側の面と対向する面側に、凹部を有する蓋であるリッドを配置したことを特徴とする高周波回路である。
【００２３】
第６の発明は、第４または５のいずれかの発明において、絶縁膜の、シリコン基板側の面と対向する面側に、能動素子を配置したことを特徴とする高周波回路である。
【００２４】
第７の発明は、第４または６のいずれかの発明において、シリコン基板は、ドライエッチングにより一部分を除去したことを特徴とする高周波回路である。
【００２５】
第８の発明は、第１から７のいずれかの発明において、導体膜は金属であることを特徴とする高周波回路である。
【００２６】
第９の発明は、第８の発明において、導体膜は、金属により回路パターンを形成したものであることを特徴とする高周波回路である。
【００２７】
第１０の発明は、第１から７のいずれかの発明において、導体膜は導電性高分子材料であることを特徴とする高周波回路である。
【００２８】
第１１の発明は、第１から１０のいずれかの発明において、無機材料膜は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物であることを特徴とする高周波回路である。
【００２９】
第１２の発明は、第１から１１のいずれかの発明による高周波回路を用いたことを特徴とするマルチチップモジュールである。
【００３０】
第１３の発明は、第１から１１のいずれかの発明による高周波回路を用いたことを特徴とする無線端末装置である。
【００３１】
第１４の発明は、第１から１１のいずれかの発明による高周波回路を用いたことを特徴とする無線基地局装置である。
【００３２】
第１５の発明は、第１から１１のいずれかの発明による高周波回路を用いたことを特徴とする無線計測装置である。
【００３３】
第１６の発明は、第１から１１のいずれかの発明による高周波回路を用いたことを特徴とするレーダー装置である。
【００３４】
本発明の第１７の発明は、基板上に少なくとも金属膜と絶縁膜とを積層する高周波回路の製造方法であって、前記基板上に前記金属膜を形成する工程と、前記金属膜上に無機材料膜を形成する工程と、前記無機材料膜上にベンゾシクロブテンからなる絶縁膜を形成する工程と、を有する高周波回路の製造方法である。
【００３５】
本発明の第１８の発明は、基板上に少なくとも金属膜と絶縁膜とを積層する高周波回路の製造方法であって、前記基板上に前記金属膜を形成する工程と、前記金属膜上に無機材料膜を形成する工程と、前記無機材料膜上にベンゾシクロブテンからなる絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜と前記無機材料膜との両方の膜をドライエッチングにより一工程でビアホール形成する工程と、を有する高周波回路の製造方法である。
【００３６】
第１９の発明は、第１７または１８の発明において、無機材料膜は、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜であることを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００３７】
第２０の発明は、第１７から１９のいずれかの発明において、無機材料膜は、成膜方法としてスパッタリングもしくはＣＶＤを用いて形成することを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００３８】
第２１の発明は、第１７から１９のいずれかの発明において、無機材料膜は、成膜方法としてスピンコートを用いた塗布工法により形成することを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００３９】
本発明の第２２の発明は、シリコン基板を用いた高周波回路の製造方法であって、前記シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上にベンゾシクロブテンを積層する工程と、前記ベンゾシクロブテン上に金属膜からなる回路パターンを形成する工程と、前記シリコン基板の一部をドライエッチングにより除去する工程と、を有する高周波回路の製造方法である。
【００４０】
本発明の第２３の発明は、シリコン基板を用いた第１構造体とシリコンを用いた第２構造体とを接合して形成した高周波回路の製造方法であって、第１構造体は、前記シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上にベンゾシクロブテンを積層する工程と、前記ベンゾシクロブテン上に金属膜からなる回路パターンを形成する工程と、前記シリコン基板の一部をドライエッチングにより除去する工程と、により製作し、第２構造体は、前記シリコンの一部に深溝加工を施して凹部を形成する工程と、前記凹部の表面に金属膜を形成する工程と、により製作し、前記第１構造体と前記第２構造体とを接合することにより高周波回路を形成することを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００４１】
本発明の第２４の発明は、シリコン基板を用いた第１構造体とシリコンを用いた第２構造体とを接合して形成した高周波回路の製造方法であって、第１構造体は、前記シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上にベンゾシクロブテンを積層する工程と、前記ベンゾシクロブテン上に金属膜からなる回路パターンを形成する工程と、前記シリコン基板の一部をドライエッチングにより除去する工程と、により製作し、第２構造体は、前記シリコンの一部に深溝加工を施して凹部を形成する工程と、前記凹部の表面に金属膜を形成する工程と、により製作し、前記第１構造体と前記第２構造体とを接合し、且つ、前記接合の前又は後或いは同時に前記第１構造体上に能動素子を配置することにより高周波回路を形成することを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００４２】
第２５の発明は、第２２から２４のいずれかの発明において、ドライエッチングの方法として、１０１０ｃｍ−３以上のプラズマ密度を用いて実施することを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００４３】
第２６の発明は、第２２から２４のいずれかの発明において、ドライエッチングの方法として、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスを用いて実施することを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００４４】
第２７の発明は、第２２から２４のいずれかの発明において、ドライエッチングの方法として、２０μｍ厚以上のレジストをマスクとして使用することを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００４５】
第２８の発明は、第２３または２４の発明において、第１構造体と第２構造体とを接合する方法として、エポキシ系導電接着剤を使用することを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００４６】
第２９の発明は、第２３または２４の発明において、第１構造体と第２構造体とを接合する方法として、真空容器内でプラズマもしくはイオンビームまたはアトムビームで洗浄した後、真空容器内で両デバイスを加圧して接合させることを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００４７】
第３０の発明は、第２３または２４の発明において、第１構造体と第２構造体とを接合する方法として、真空容器内でプラズマもしくはイオンビームまたはアトムビームで洗浄した後、大気中で両デバイスを加熱圧着して接合させることを特徴とする高周波回路の製造方法である。
【００４８】
本発明の第３１の発明は、シリコン基板を用いた高周波回路の製造方法であって、前記シリコン基板の上面及び下面にそれぞれ第１及び第２のシリコン熱酸化膜を形成する工程と、前記第１のシリコン熱酸化膜上にベンゾシクロブテンを積層する工程と、前記ベンゾシクロブテン上に金属膜からなる回路パターンを形成する工程と、前記第２のシリコン熱酸化膜の一部と前記シリコン基板の一部とを同一チャンバー内でドライエッチングにより連続的に除去する工程と、を有する高周波回路の製造方法である。
【００４９】
以下に、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。
【００５０】
（実施の形態１）
本発明は、金属膜とＢＣＢ（ベンゾシクロブテン：ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）膜の剥離を防ぐために、中間層として無機材料の薄膜（おおむね０．０１〜０．５  μｍ程度の厚み）を形成するところに特徴がある。ＢＣＢ形成を行なう際には、アドフィージョンプロモーターと呼ばれる密着増強剤をあらかじめ塗布するが、数種類のアドフィージョンプロモーターを使用しても、（従来の技術）にて説明した、ドライエッチングによるＢＣＢ膜のビアホール形成工程において、ＢＣＢ膜と金属膜（Ｃｕ膜や密着性の高いとされるＴｉ／Ｃｕ膜およびＣｒ／Ｃｕ膜）の剥離は回避されなかった。
【００５１】
しかしながら本発明者は、無機材料であるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜上にアドフィージョンプロモーターを塗布した後、ＢＣＢを形成すると、無機材料膜とＢＣＢ膜では剥離が起こらないということを実験によりつきとめた。本発明は、この実験結果によるものである。
【００５２】
図１は本実施の形態における高周波回路製造方法を示す工程図であり、（ａ）〜（ｋ）は高周波回路の各製造工程を示す。１は基板、２はＣｕ膜などの金属膜、３はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの無機材料膜、４はＢＣＢ膜、５はレジスト、６はビアホール、７は薄い金属膜、８はレジスト、９は電気めっきにより形成する金属膜を表している。
【００５３】
図１（ａ）の工程は、基板１上に、金属膜２を形成する工程である。基板材料としてはシリコンや石英などのガラス、あるいはアルミナなどのセラミック材料が適している。この基板上に、スパッタリング装置を用いて、Ｃｕ膜などの金属膜２を形成する。基板１に対しＣｕなどを直接堆積させてもよいが、ＴｉやＣｒをあらかじめ基板１上に堆積した後、Ｃｕ膜を形成させると、基板１と金属膜２の密着力が高まる。
【００５４】
図１（ｂ）の工程は、おおむね０．０１〜０．２  μｍ程度の厚みの無機材料膜３を形成する工程である。この無機材料の形成には、スパッタリングやＣＶＤを用いて行なうことも可能であるが、スピンオングラスと呼ばれる材料を使用しスピンコーターを用いて塗布し、その後焼成により無機材料の形成を行なうと、製膜のための装置コストを押さえることが可能となる。
【００５５】
図１（ｃ）の工程は、ＢＣＢ膜４を形成する工程である。ＢＣＢ膜の形成の前にアドフィージョンプロモーターをスピンコートにより塗布した後、ＢＣＢをスピンコートにより塗布する。この後、窒素雰囲気中にて  ２１０℃の温度で、９０分間焼成を行いＢＣＢ膜を硬化させる。
【００５６】
図１（ｄ）は、ＢＣＢ膜にビアホールを設けるためのレジスト５を形成する工程を示しており、図１（ｅ）は、ドライエッチングでビアホール６を形成する工程を、図１（ｆ）は、（ｄ）の工程で形成したレジストを除去する工程を表している。
【００５７】
図１（ｅ）の工程で用いるドライエッチングは、反応性イオンエッチング装置を用いて、Ｏ２とＣＦ４の混合ガスを用いることにより達成できる。この工程でＢＣＢ膜がエッチングされることはもちろんであるが、反応性イオンエッチングを用いるとＢＣＢ膜の下地膜である無機材料膜３も同時にエッチングすることが可能である。発明者の実験よると、圧力４０Ｐａ、高周波パワー１．３Ｗ／ｃｍ２の条件で反応性イオンエッチングを実施すると、０．２  μｍのシリコン酸化膜やシリコン窒化膜は良好にエッチングされ、下地の金属膜２が露出した。この（ｅ）で示した工程は、１度のエッチングでＢＣＢ膜と無機材料膜が除去できるので、工程が簡便である。また、この工程で無機材料膜３が存在しないと、前述したように、ビアホール底面でＢＣＢ膜の剥離が発生することがある。
【００５８】
図１（ｇ）は、後工程の電気メッキのために必要な薄い金属膜７を形成する工程で、Ｃｕ膜などがスパッタリングにより０．２  μｍ程度形成される。
【００５９】
図１（ｈ）の工程は、メッキのためのレジスト８を形成する工程である。
【００６０】
図１（ｉ）の工程は、電気メッキを行なう工程を示しており、レジスト８が形成されていない部分でメッキ膜９が２〜５μｍ程度成長させている。
【００６１】
図１（ｊ）の工程は、レジスト膜８を除去する工程であり、図１（ｋ）の工程は、あらかじめ形成した薄い金属膜７を除去するため、基板全面をウエットエッチングする工程を示している。このウエットエッチングの際、メッキ膜９も若干エッチングされることとなるが、メッキ膜（厚み２〜５μｍ程度）と薄い金属膜（厚み０．２  μｍ程度）では厚みが著しく違うため、メッキ膜９のエッチング量はほとんど無視できる程度である。
【００６２】
以上のような工程で高周波回路を製作すると、ＢＣＢ膜の剥離を回避することができ、信頼性の高い回路を実現することが可能となる。
【００６３】
（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１で述べた回路製作方法を利用して、実際の高周波回路、マルチチップモジュールおよびそれを搭載した装置に関する実施の形態を記載するものである。
【００６４】
図２は、本発明の一実施の形態を示すマルチチップモジュールの分解斜視図である。図２において、１は基板であり、１０は基板１上に形成されたＢＣＢ膜を層間絶縁膜とする回路パターンを示している。また、１１は回路パターン１０上に搭載されるＭＭＩＣ（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ＩＣ  ）などの能動素子を示している。
【００６５】
図２で示したマルチチップモジュールは、実施の形態１で示したＢＣＢ膜直下に無機材料膜を存在させることなく製作が可能であるが、ＢＣＢ膜直下に無機材料膜を存在させない場合は、マルチチップモジュールの信頼性は低下する。従って、マルチチップモジュールの信頼性を高めるためには、ＢＣＢ膜直下に無機材料膜を存在させる本発明を採用することが有効な手段となる。
【００６６】
また本発明による高周波回路は、無線携帯端末、無線基地局、無線計測装置、レーダー装置等への適用が可能であり、高い信頼性を有する各種装置を製造することが可能となる。
【００６７】
なお、導体膜としては、通常、回路パターンを形成するために金属を用いるが、マルチチップモジュール等の回路の構成体にある程度の柔軟性が求められるような場合には、導電性高分子材料を用いることも可能である。
【００６８】
（実施の形態３）
本実施の形態は、シリコン基板を貫通加工し製作する高周波回路およびその製作法について、実施の形態を記載するものである。
【００６９】
図３及び図４は、シリコン基板を貫通加工し製作するアンテナを表しており、図３はアンテナの断面図、図４はアンテナの構成図を示している。
【００７０】
図３において、１２はシリコン基板、１３はシリコン基板上に形成されたシリコン熱酸化膜を示している。本発明はシリコン基板上にシリコン熱酸化膜を形成することを限定するものではないが、シリコン熱酸化膜は、複数のシリコン基板に一度に簡易に形成できるので、本実施の形態では、熱酸化膜をシリコン基板上に形成する手法を採用している。シリコン基板上へ形成するシリコン酸化膜は、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いても形成可能であり、炉で形成するシリコン熱酸化膜よりも素地が高価であるものの、通常これらの方法は、シリコン基板片面への成膜となり、本実施の形態で後述する、シリコン酸化膜とシリコン基板を連続してドライエッチングする工程が不要となる利点がある。
【００７１】
図３の１４はＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、１５は回路パターン、１６は回路パターン１５の一部であるパッチアンテナ、１７はリッドと呼ばれる凹状の蓋を表し、リッド１７には金属膜１８が形成された構成になっている。パッチアンテナ１６直下のシリコン基板１２は貫通加工が施され、１９で示すようなメンブレン構造と呼ばれる構成となっている。リッド１７の材料はシリコンであり、リッド１７はシリコンが深溝加工されているため２０で示す空間が存在する。２１はパッチアンテナ１６で生じる電波を表し、電波２１は２２に示す方向に放射される。
【００７２】
図４は図３の斜視構成図であり、シリコン基板１２上に、シリコン熱酸化膜１３、ＢＣＢ１４、パッチアンテナ１６を含む回路パターン１５、リッド１７で構成されるアンテナを示している。本アンテナをメンブレン構造とする理由は、低損失なアンテナを実現できるからである。一般に高周波回路は、実効誘電率が大きいほど損失が増え、回路の性能を妨げることとなるが、メンブレン構造とすることで、本アンテナの実効誘電率は１．１  となると計算により求められ、もっとも理想的な誘電体である空気（誘電率＝１）とほぼ同等となるので、低損失で、放射効率の高いアンテナが実現できる。
【００７３】
図５は、本アンテナの製作方法を示した工程図である。図５（ａ）の工程は、シリコン基板１２上にシリコン熱酸化膜１３を形成し、その上にＢＣＢ１４を形成する工程を示している。シリコン熱酸化膜はシリコン基板を炉中に設置し、炉を高温にしながら水素ガスおよび酸素ガスを供給することにより形成可能である。ＢＣＢ１４の形成前に密着性を高めるアドフュージョンプロモーターをスピンコートで塗布した後、ＢＣＢをスピンコートで塗布し、オーブンでキュアし硬化させる。
【００７４】
図５（ｂ）の工程は、配線となるメッキ膜形成の前処理工程を示している。ＢＣＢ膜１４上にスパッタにてシースメタルと呼ばれる金属膜２３（チタンや銅など）を  ０．２μｍ程度形成する。その上に、回路パターンと逆のマスクパターンをレジストにて形成する。２４はレジストを示している。
【００７５】
図５（ｃ）の工程は、電気メッキ工程を示している。２５はメッキで形成する金属膜（銅など）である。電気メッキにより金属膜２５は、（ｂ）に示したレジスト２４以外のところに形成される。めっき終了後レジスト２４は除去される。
【００７６】
図５（ｄ）の工程は、上面に露出しているシースメタルと呼ばれる金属膜２３を除去するためのエッチング工程を示している。この工程により、回路パターンがＢＣＢ上に出現することとなる。なお、実施の形態１の図１（ｋ）の説明で記載したように、金属膜２５の厚さに対して、金属膜２５の下に残る金属膜２３の厚さは薄いので、以降の図では金属膜２３を省略する。
【００７７】
図５（ｅ）の工程は、シリコン熱酸化膜１３とシリコン基板１２をドライエッチングする工程を示している。ドライエッチングの前処理として、開口するパターン以外をレジストによりマスキングする。ドライエッチングは、基板裏面側のシリコン熱酸化膜１３の除去とシリコン基板１２の除去の２工程となる。ドライエッチングは、１０１０ｃｍ−３以上のプラズマ密度を用いて実施することが望ましい。
【００７８】
その理由は、プラズマ密度が低いと、通常の半導体製造で用いる膜厚（おおむね１μｍ以下）よりもはるかに厚みのあるシリコン基板（  ３００μｍ以上）をエッチングすることが困難であるからである。半導体製造工程で用いられる汎用的なドライエッチング装置は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）と呼ばれる手法が採られ、これらの装置のプラズマ密度は１０８ｃｍ−３程度であり、シリコン基板の貫通加工が困難であるため、本高周波回路の製作には適さない。
【００７９】
本高周波回路を製作するためのドライエッチング方式として、たとえば誘導結合型プラズマ源を搭載したドライエッチング装置を選定すると、１０１０ｃｍ−３以上のプラズマ密度の生成が可能であるため、シリコン基板の貫通加工が実施できる。
【００８０】
また、エッチングの際に使用するマスク材としては、レジスト膜以外に金属膜などを利用する方法もあるが、レジスト膜以外をマスク材として用いるとマスク材自身のパターニングが必要となり、そのパターニングのために他のレジストマスクを使用する必要が生じ工程が複雑となるので、シリコン基板のエッチングにはレジストマスクパターンを使用することが望ましい。
【００８１】
しかしながら、通常の２μｍ程度の厚みのレジスト程度であると、シリコン基板エッチング中にレジスト自体も除去されてしまい、良好なエッチングを実施するとこができない。そのためレジストの厚みはある程度の厚みを持たせる必要がある。
【００８２】
本発明者の実験によると、誘導結合型のプラズマ源を搭載するエッチング装置を用いて  ４００μｍ厚のシリコン基板をエッチングする際、４０μｍ厚のレジストマスクをパターニングすると、シリコンとレジストのエッチング選択比が１５であったため、良好なエッチングができることを確認した。
【００８３】
シリコンのエッチングは、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスの混合ガスを用い、圧力  ３．５Ｐａ、誘導結合型プラズマを発生させるコイルへのＲＦ（  １３．５６ＭＨｚ）印加  ８００Ｗ、シリコン基板側へのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）印加２０Ｗの条件で実施し、シリコンのエッチングレート約２μｍ／ｍｉｎを得ている。
【００８４】
シリコンのエッチング前には、あらかじめシリコン熱酸化膜のドライエッチングが必要であるが、シリコン基板をエッチングした同一のドライエッチングで、シリコン熱酸化膜のエッチングを実施できる。
【００８５】
シリコン熱酸化膜のエッチングは、ＣＨＦ３ガスとＯ２の混合ガスを用い、誘導結合型プラズマを発生させるコイルへのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）印加は行わず、シリコン基板側へのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）印加  ３００Ｗ、１０Ｐａの条件で実施可能である。このときのシリコン熱酸化膜のエッチングレートは、約  ０．２μｍ／ｍｉｎであった。
【００８６】
シリコン熱酸化膜のエッチングの後、上述したシリコン基板のエッチングを連続的に実施可能であるため、工程が簡易となり高周波回路の製作上、有効な回路製作方法となっている。
【００８７】
図５（ｆ）の工程は、リッド１７に対し深溝加工を施す工程を示している。リッド１７の材料は、シリコンであり、工程（ｅ）で示したドライエッチングと同等な方法で形成可能である。
【００８８】
図５（ｇ）の工程は、リッド１７の深溝加工を施した面に金属膜を形成する工程を示している。金属膜はスパッタで形成する。金属膜の種類は、チタン、銅、プラチナ、金もしくはそれらの多層膜である。
【００８９】
図５（ｈ）の工程は、（ｅ）の工程と（ｇ）の工程で製作したデバイスを接合する工程を示している。接合は、エポキシ系の導電接着剤を使う方法でも可能であるが、（ｅ）の工程で製作したデバイスと（ｇ）の工程で製作したデバイスの表面を、真空容器中でプラズマや、イオンビームまたはアトムビームを用いて洗浄したのち、真空容器内に両デバイスを加圧して接合させると接着剤を用いない接合が達成できる。
【００９０】
また、（ｅ）の工程で製作したデバイスと（ｇ）の工程で製作したデバイスの表面を、真空容器中でプラズマや、イオンビームまたはアトムビームを用いて洗浄したのち、大気中に取り出し、両デバイスを加熱圧着させる方法を採用すると、大気中での両デバイスの位置あわせは真空中で実施するよりも簡易であるため、装置コストを抑えることができる。
【００９１】
図６は、図５で示した製作方法で製作したアンテナの写真であり、シリコンを除去した面から見たものである。ＢＣＢ膜が透明であるため、ＢＣＢ膜上に形成した、パッチが確認できる。シリコン基板を除去した面積は７．５×７．５ｍｍ、パッチアンテナ部は３．８×３．８ｍｍである。
【００９２】
図７は、図６で示したアンテナの高周波特性を示したものである。動作測定値が設計値に非常に近い状態となっていて、製作したアンテナは良好に作動しており、本発明の製作方法が有用であることを示している。
【００９３】
本発明は、アンテナの製作方法に限るものではなく、フィルターなどの他の高周波回路の製作が可能である。また本発明による高周波回路は、無線携帯端末、無線基地局、無線計測装置、レーダー装置等への適用が可能であり、高い信頼性を有する各種装置を製造することが可能となる。
【００９４】
（実施の形態４）
本実施の形態は、複数の機能を有する集積化された高周波回路およびその製作法について、実施の形態を記載するものである。
【００９５】
図８は、アンテナとフィルター及び能動素子であるＭＭＩＣを１チップに集積化した、６０ＧＨｚ帯高周波デバイスである。チップの大きさは１５×１５ｍｍであり、小型化をも実現している。
【００９６】
図８の２６で示す部分は、アンテナとフィルターが形成された部分であり、ＢＣＢメンブレン構造となっている。ＢＣＢメンブレン構造の製作方法は、実施の形態３の図５で示したものと同様な方法で製作されている。
【００９７】
図８の２７は、能動素子であるＭＭＩＣ（複数個）を示している。図９は、図８で示した集積化高周波回路のブロック回路図であり、２８はメンブレン構造となっているアンテナとフィルター部分を示している。
【００９８】
図１０は、図８で示した集積化高周波回路の断面構造を示す図であり、実施の形態３の図３で示した構造とほぼ同等であるが、ＭＭＩＣ２７が搭載されている点が異なっている。ＭＭＩＣ２７の搭載は、フリップチップ実装により達成可能であるが、ダイボンディング法とワイヤーボンディング法を用いても達成可能であり、本発明はＭＭＩＣの搭載手法を限定するものではない。
【００９９】
本実施の形態の集積化高周波回路は、小型・高機能化を達成しており、無線携帯端末、無線基地局、無線計測装置、レーダー装置等へ適用すると、装置自身の小型化を達成することが可能となる。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、信頼性の高い高周波回路が製作でき、高機能なマルチチップモジュールや、それらを搭載した装置を広く社会に供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による高周波回路の製作方法を示す工程図
【図２】本発明の一実施の形態によるマルチチップモジュールの構成を示す斜視図
【図３】本発明の一実施の形態による高周波回路のアンテナ部を示す断面図
【図４】本発明の一実施の形態による高周波回路のアンテナ部の構成を示す分解図
【図５】本発明の一実施の形態による高周波回路の製作方法を示す工程図
【図６】本発明の一実施の形態によるアンテナ部を写真で示した平面図
【図７】本発明の一実施の形態によるアンテナの高周波特性図
【図８】本発明の一実施の形態による高周波デバイスを写真で示した平面図
【図９】本発明の一実施の形態による高周波回路を示すブロック図
【図１０】本発明の一実施の形態による高周波回路を示す断面図
【符号の説明】
１  基板
２  金属膜
３  無機材料膜
４、１４  ＢＣＢ膜
５  レジスト
６  ビアホール
７、１８、２３、２５  金属膜
８、２４  レジスト
９  メッキ膜
１０、１５  回路パターン
１１、２７  ＭＭＩＣ
１２  シリコン基板
１３  シリコン熱酸化膜
１６  パッチアンテナ
１７  リッド
２６、２８  アンテナ・フィルター部
１９  メンブレン構造
２０  空間
２１  電波
【図１】
2004235602.tif 000003
【図２】
2004235602.tif 000004
【図３】
2004235602.tif 000005
【図４】
2004235602.tif 000006
【図５】
2004235602.tif 000007
【図６】
2004235602.tif 000008
【図７】
2004235602.tif 000009
【図８】
2004235602.tif 000010
【図９】
2004235602.tif 000011
【図１０】
2004235602.tif 000012