(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配線が施されてなる高周波デバイスであって、
上記配線は、第１配線と、その第１配線に接続されかつ上記第１配線とは別に形成された第２配線とを含んでなり、該第２配線は１００ｎｍ以下の配線用金属ナノ粒子が融着されるとともに、上記第２配線と基板表面との間に、互いに分離された複数の接着強化用の島状配線が形成されたことを特徴とする高周波デバイス。
【請求項２】
上記第１配線は、複数に分離されて形成されており、上記第２配線は上記分離された第１配線間を接続する請求項１記載の高周波デバイス。
【請求項３】
上記第２配線は、要求される高周波特性に応じて描画されてなる請求項１又は２に記載の高周波デバイス。
【請求項４】
上記基板表面のうち、上記第２配線が形成される部分が親水処理された請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の高周波デバイス。
【請求項５】
上記第２配線が形成される部分以外の他の部分が撥水処理されている請求項４記載の高周波デバイス。
【請求項６】
上記基板表面のうち上記第２配線が形成される部分に、島状に親水性を有する領域を設けた請求項４又は５に記載の高周波デバイス。
【請求項７】
上記分離された第１配線間を接続する抵抗体膜をさらに含み、該抵抗体膜は上記配線用金属ナノ粒子より抵抗率が高く１００ｎｍ以下の径の抵抗体ナノ粒子が融着されてなる請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の高周波デバイス。
【請求項８】
上記島状配線は、上記第１配線と同じ材料からなる請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の高周波デバイス。
【請求項９】
上記島状配線の上に形成された上記第２配線の一部を、ワイヤボンディング用のパッドとした請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の高周波デバイス。
【請求項１０】
上記基板上にトランジスタが形成されており、そのトランジスタの少なくとも１つの端子は上記第２配線により結線されている請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載の高周波デバイス。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の第１の高周波デバイスと請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の第２の高周波デバイスとを含み、第１の高周波デバイスの基板と第２の高周波デバイスの基板の間に絶縁物を充填し、その絶縁物の上に、１００ｎｍ以下の配線用金属ナノ粒子が融着されてなる第３配線を形成し、その第３配線により第１の高周波デバイスと第２の高周波デバイスとを接続したことを特徴とする高周波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は主として８００ＭＨｚ以上の高周波帯にて用いられる高周波デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波デバイスは、例えば、図７に示すように、ＧａＡｓ等からなる半導体基板１に、電界効果トランジスタ２を含んで構成されている。この高周波デバイスでは、トランジスタのばらつきや半導体基板外部の回路要素のばらつきに起因したインピーダンス不整合によって特性がばらついたり、悪化したりするために、トランジスタとその外部回路要素との間のインピーダンスを整合させるように調整して最適なＲＦ性能を得るようにしている。
尚、電界効果トランジスタ２は、ゲート７、ドレイン８及びソースを有するが、図７に示す例では、電界効果トランジスタ２のソースはビアホール等により半導体基板裏面の接地電極に接続されている。
また、図７に示す構造では、Ａｕ等からなる分離された配線４間を例えば金からなるワイヤ３により接続することにより、配線長を変化させてインピーダンス整合を図っている（特許文献１の図５）。
【特許文献１】特開平０８−２１３５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、予め半導体基板上に設けられている配線４をワイヤ３により結線したり、しなかったりして行う従来の調整方法では、予め設けた配線４の位置、長さは変更出来ないため、自由に調整することが出来ず、調整範囲が限定される問題があった。
また、ワイヤを張る時にワイヤ長を制御する必要があるがその長さの制御は困難な作業であり熟練が必要であるという問題があった。
また、配線は金の薄膜で形成されるためバルクの金に比べて抵抗が高く、整合部の損失が大きい問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ワイヤを張ることなく広い範囲でインピーダンスの調整ができ、インピーダンス不整合による損失の小さい高周波デバイスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の目的を達成するために、本発明に係る高周波デバイスは、基板上に配線が施されてなる高周波デバイスであって、上記配線は、第１配線と、その第１配線に接続されかつ上記第１配線とは別に形成された第２配線とを含んでなり、該第２配線は１００ｎｍ以下の配線用金属ナノ粒子が融着されるとともに、上記第２配線と基板表面との間に、互いに分離された複数の接着強化用の島状配線が形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
以上のように構成された本発明に係る高周波デバイスは、ワイヤを張ることなく広い範囲でインピーダンスの調整ができ、インピーダンス不整合による損失の小さい高周波デバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態について説明する。
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１の高周波デバイスは、従来例と同様、例えば、ＧａＡｓ等からなる半導体基板１に、電界効果トランジスタ２が形成されることにより構成されているが、以下の点で従来例とは異なる。
【０００８】
（１）実施の形態１の高周波デバイスでは、インピーダンス整合をとるために、従来例の金ワイヤに代えて金属ナノ粒子が融着されてなる第２配線５を用いて分離された配線４間を接続することにより、オープンスタブの配線長を調整している。
（２）トランジスタ２のゲートを、抵抗体膜１０とＭＩＭキャパシタ１１を介して接地し、その抵抗体膜１０として１００ｎｍ以下の抵抗体ナノ粒子が融着されてなる抵抗体を用いている。
実施の形態１の高周波デバイスは、上述の（１）（２）以外の点については、図７に示す従来例と同様に構成されており、図１において図７と同様のものには同様の符号を付して示している。
尚、本明細書において、第１配線とは、最初にスバッタ、蒸着もしくはメッキ等により基板上に形成された電極をいい、第２配線は第１配線が形成された後に、形成される電極をいう。
【０００９】
以下、本実施の形態１の高周波デバイスについて、詳細に説明する。
一般に高周波デバイスは、電界効果トランジスタ等の能動素子や外部回路における素子や配線のばらつき等によりインピーダンスの不整合が生じ、配線が施された後にインピーダンスを調整することや、例えばトランジスタのゲート端子の近くにＣＲによるゲート側安定化回路を挿入することが必要となる場合がある。
【００１０】
そこで、本実施の形態１では、オープンスタブを構成するための第１配線を分離された複数の配線とし、その分離された部分を、金属ナノ粒子が融着されてなる第２配線５を用いて接続することによりオープンスタブの線路長を調整できるようにしている。これにより、例えばインピーダンス特性を測定しながら第１配線４の分離された部分のうちの必要な部分のみを第２配線５によって接続するようにして入力インピーダンスを調整できる。
【００１１】
また、本実施の形態１では、電界効果トランジスタ２のゲート７に接続される線路は、ゲート７のすぐ近くで抵抗体膜１０（ナノ粒子が融着されてなる抵抗体膜１０）と容量１１（ＭＩＭキャパシタ）を介して接地することができるようになっており、オープンスタブを接続することによって入力インピーダンスが調整できるようになっている。
【００１２】
すなわち、一端が接地されたＭＩＭ容量１１の他端とゲートに接続される線路の間に抵抗体膜１０を後で形成することによって、必要な場合にゲート側安定化回路を挿入することができるようになっている。尚、ＭＩＭ容量１１の一端はビアホール９により接地されている。また、安定化回路を挿入すると例えば利得が低下する等の問題が生じる場合があるので、安定化回路は必要な場合にのみ接続すればよく、高周波デバイスの特性を測定してから安定化の必要がある場合だけ安定化をできるので利得を損なうことなく必要最小限の安定化が図れるという利点がある。
【００１３】
実施の形態１では、さらに、第２配線５は、粒径が１００ｎｍ以下、好ましくは粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の金属ナノ粒子を含む導電性インクをインクジェット方式により塗布し、例えば、２００℃以下の比較的低い温度で熱処理して金属ナノ粒子を融着させることにより形成している。
このようなサイズのナノ粒子は沈殿することなく溶剤と混合することが可能であり、インクジェット等の方法で容易にかつ均一に必要な部分のみに塗布することができる。
また、高周波デバイスの調整用の配線部分には１０〜８００μｍ程度の幅の線路が用いられ、ナノ粒子を分散させたインクを用いたインクジェット方式ではその程度の線幅の線路は容易に形成することができるが、本実施の形態１の高周波デバイスでは、さらに以下のようにして、精度よく第２導体５が形成できるようにしている。
【００１４】
すなわち、本実施の形態１では、インクの塗布領域の外部の領域を、表面処理により撥水性とすることにより、インク塗布時にインクが外部領域に滲むことを防止し、インクを塗布する領域を表面処理等により親水性領域１４としている。
これにより、インク塗布時に、第２導体５を形成すべき親水性領域１４にインクが付着し易くでき、かつ塗布領域内に均一にインクを拡げることができる一方、他の部分を撥水性領域とすることにより、不要な部分にインクが付着することを防止できる。
従って、本実施の形態１の高周波デバイスでは、極めて精度よく第２導体５が形成できる。尚、半導体基板の表面を酸素プラズマ処理することにより容易に親水性とでき、半導体基板の表面をＣＦ６プラズマ処理することにより撥水性とできる。
尚、本明細書において親水処理とは、水に限らずインクの溶剤が濡れやすくすることをいい、撥水処理とはインクの溶剤が濡れにくくすることをいう。
【００１５】
また、このナノ粒子を含むインクジェット用の塗料は、例えば、トルエン等の分散剤にナノ粒子を混ぜ、常温では融着しないようにしておいて、塗料を塗布した後に加熱して分散剤を気化させたり化学的性質を変えたりしてナノ粒子同士が接触するようにして融着させるが、粒径が１００ｎｍ以下のナノ粒子は、表面エネルギーが極めて大きいため、２００℃以下の比較的低温で融着させることができる。
【００１６】
一般の樹脂基板の製造工程では４００℃といった高熱の加熱工程でナノ粒子を互いに融着して配線することが可能であるが（特開２００３-３０９８６９）、化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ等）からなる半導体基板を用いて構成される高周波デバイスでは、このような高温では、例えばＧａＡｓのＡｓが動いてしまう。
従って、本実施の形態１では、ナノ粒子を融着させる温度が、化合物半導体基板の最大保存温度である１５０℃〜１７５℃を超えると半導体の性質が変わってしまうので、化合物半導体基板の最大保存温度である１５０℃〜１７５℃以下の温度でナノ粒子を融着させる。
【００１７】
また、インクジェット方式により塗料を塗布する場合、塗料が流れて広がらないようにするために基板を加熱することが好ましく、例えば、基板を８０℃以上に加熱しながら塗布を行うことにより、１０μｍといった微細な寸法の線路をよりいっそう精度良く描画することができる。
【００１８】
本実施の形態１では、上述の融着後の抵抗及び線路の寸法精度を考慮して、半導体基板を８０℃〜１７５℃の範囲で加熱して、塗布、融着することになるが、融着により抵抗の低い導電膜を形成するためには、より高い温度で融着させることが好ましく、温度制御精度分のマージン１０℃を最大定格温度から引いた温度、すなわち最大定格１５０℃の半導体では、融着温度を１４０℃に設定し（半導体基板が加熱される温度範囲として１４０℃〜１５０℃、）、最大定格１７５℃の半導体では１６５℃に設定する（１６５℃〜１７５℃）ことが望ましい。
【００１９】
また、実施の形態１において、抵抗体膜１０は、配線用の金属ナノ粒子に代えて、配線用の金属ナノ粒子より抵抗率が高い抵抗体用のナノ粒子を含む抵抗体インクを用いて、第２配線と同様にして形成する。
このような方法によって、実施の形態１では、必要な箇所に選択的に、抵抗体用ナノ粒子が融着されてなる抵抗体膜１０を精度（寸法及び抵抗値について）よく形成することができる。
【００２０】
以上のように、本実施の形態１では、調整用の接続配線として、ナノ粒子が融着された第２導体を用いているので、その接続配線をバルクの金属抵抗に近い抵抗値とでき（蒸着配線やメッキ配線より遥かに抵抗値とできる）、かつ従来のように金属ワイヤによるインダクタンス成分を生じることがないので、良好なインピーダンス整合が可能となる。
また、抵抗体用のナノ粒子を含む抵抗体インクを用いてインクジェット方式により塗布して、抵抗体膜１０を形成しているので、抵抗体膜１０の抵抗値を精度よく管理できる。
このようにして実施の形態１では、金属ワイヤを用いることなくトランジスタ２とそれに接続される回路のインピーダンスを整合させることが可能になり、かつ必要な場合にトランジスタに近接した安定化回路を挿入することができ、トランジスタの安定化が図れ、高周波特性（ＲＦ）特性を最適化が可能になる。
【００２１】
尚、図１及び図２では、ゲートに接続される線路及びゲート側の安定化回路の例により説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、トランジスタの他の端子に接続される線路や他の線路のインピーダンス調整、他の部分に接続される安定化回路について適用できることはいうまでもない。
また、本実施の形態１では、電界効果トランジスタを例に説明したが、ヘテロバイポーラトランジスタ等の他のトランジスタであってもよいし、また、基板もＳｉ等の他の半導体基板やアルミナ等の誘電体基板であっても良い。
【００２２】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の高周波デバイスは、第２導体５の基板への付着強度を高めるために、第２導体５が形成される領域に島状配線１２を形成しておいて、その上に第２導体５を形成するようにした以外は、実施の形態１の高周波デバイスと同様に構成される。
図３Ａは、実施の形態２に係る高周波デバイスの一部を拡大して示す上面図であり、図３Ｂは第２導体５を形成する前の上面図である。
図３Ａ，図３Ｂ中において１２の符号を付して示すものは、島状に設けられた接着強化用の島状配線であり、導電性インクを塗布する領域（第２導体５を形成する領域）に設けてある。
【００２３】
この接着強化用の島状配線１２は、半導体基板との密着力を強くでき、かつ第２導体５との間の密着力を高くできる方法及び材料で形成されて、基板と第２導体５の間の接着力を強化するものであり、好ましくは、接着強化用の島状配線は、例えば、第１導体４と同一材料及び同一方法（例えばスバッタリング又は蒸着）で第１導体と同時に形成される。
【００２４】
すなわち、一般に導電性インクにより形成された膜の半導体基板への付着強度は弱いために、融着後の導体膜が剥がれてしまうおそれがあるが、本実施の形態２では、第２導体５の下部に予め付着強度の強い島状配線１２を設けておくことにより、融着後の第２導体５付着強度が、島状配線１２と基板間の強い付着強度及び島状配線１２と第２導体５との間の強い付着強度により強化され、第２配線５と基板との間のはがれを防止できる。
【００２５】
ここで、島状配線１２の形状及び間隔は、少なくとも第２導体５が形成されていないときには、マイクロ波信号が伝送されないように設定する。すなわち、第２導体５が形成されていない場合には、島状配線１２が形成された領域は、高インピーダンスに見えるようにして、分離された配線４が回路特性に影響を与えることがないようにする。具体的には、配線４はインピーダンスの関係から基板厚の１／５〜５倍程度に設定されるので、島状配線１２の間隔は基板厚の１倍以下にすればよい。
【００２６】
また、図中の１３はワイヤボンドを行うパッド領域を示しており、ワイヤを打つために特に強い付着強度が必要な領域である。従って、本実施の形態２では、パッド領域１３の下に、予め付着強度の強い配線を島状に設けておき、ワイヤを打った場合でも第２導体がはがれないようにしている。
なお、図３に示す例では、上側に３個、下側に３個の島状配線１２を設けたが、各々の個数は何個であっても良い。
【００２７】
実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３の高周波デバイスは、異なる要求特性に対応して回路構成を変更する必要がある部分を第２導体５で構成するようにしたことを特徴としている。
すなわち、本実施の形態１の高周波デバイスは、高周波回路が形成された後に、主として、回路特性を測定して調整又は接続が必要な部分に第２導体５を形成するようにしたが、本実施の形態３の高周波デバイスでは、調整等が必要な部分だけではなく、例えば、異なる周波数帯域や異なる高周波特性の要求に対応して回路構成を変更する必要がある部分も含めて第２導体５で構成するようにしている。
【００２８】
図４は、本発明に係る実施の形態３の高周波デバイスの一例を示す上面図であり、本実施の形態３では、予め半導体基板１上に、回路における汎用的な部分を構成する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２、第１配線４、ビアホール９、ＭＩＭ容量１１等を設けておき、後から導電性インクや抵抗体インクを用いて第２配線５及び抵抗体膜１０を描画している。
【００２９】
また、実施の形態１の高周波デバイスでは、第１配線４間の接続等用の比較的小さい領域に第２配線５を形成したが、本実施の形態３の高周波デバイスでは、比較的大きい領域又は長い距離を第２配線５によって配線することが必要になる。
そこで、実施の形態３では、第２配線５及び抵抗体膜１０が形成される部分に、図５に示すように島状に親水性領域１４を形成するようにし、その島状親水性領域１４以外の部分を撥水性領域６として高い寸法精度を確保している。
【００３０】
ここで、撥水性領域６は、基板表面をＣＦ６プラズマで処理することにより形成でき、その撥水性領域６に、島状の開口部を有するレジストを形成して、その開口部により露出された基板表面を酸素プラズマで処理することにより、島状親水性領域１４を形成することができる。
【００３１】
本実施の形態３では、上述のようにして、撥水性領域６の中に、島状に島状親水性領域１４を形成した領域に、導電性インク５又は抵抗体インクをインクジェツト方式により描画することにより、パターン精度よく第２配線５及び抵抗体膜１０を形成することができる。すなわち、撥水領域だと付着し難いのが島状親水性領域１４に付着することにより基板に付着させることができ、同時に親水性領域だけだと導電性インクの端からインクが滲んでパターン描画し難いという問題を解決出来る。
【００３２】
以上の実施の形態３の高周波デバイスでは、例えば、異なる周波数帯域や異なるＲＦ特性が要求される回路を、導電性インクや抵抗体インクを用いて描画する第２配線５及び抵抗体膜１０を変更することによって実現出来るので、短期間に回路を作成できる利点がある。
また、多品種少量の製品であっても、同一半導体基板１上の配線のみを変えて対応可能であることから製品毎にマスクを形成する必要がなく、製造コストを低くできるという効果もある。
【００３３】
また、一般に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）から最初のスタブまでの間をメッキや蒸着配線で形成した場合には、配線抵抗が大きいために、ＦＥＴ直近の多重反射が多くなる配線部での高周波損失が大きくなるという問題があるが、例えば、図４に示す実施の形態３の高周波デバイスでは、電界効果トランジスタ２のゲート７やドレイン８から最初のスタブまでの配線を配線用金属ナノ粒子が融着された第２配線５で形成したので、その配線の抵抗を小さくでき、高周波の損失を小さくできるという効果もある。
【００３４】
なお、本実施の形態３の高周波デバイスでは、電界効果トランジスタ２、配線４、ビアホール９、ＭＩＭ容量１１を基板１上に設けるようにして構成したが、抵抗、インダクタ、ダイオード等のほかの回路要素を設けてもよい。また、トランジスタは、電界効果トランジスタに限られるものではなく、バイポーラトランジスタ等の他のトランジスタであってもよい。
【００３５】
実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４の高周波デバイスは、複数の基板間を金属ナノ粒子が融着されてなる第２配線５によって接続したものである。図６は、実施の形態４の高周波デバイスの構成を示す斜視図であり、本実施の形態４の例では、２枚の半導体基板１の基板間をエポキシ樹脂等の誘電体の充填物１５を用いて充填し、充填後にその充填物１５の上にインクジェット方式により導電性インク５を塗布して、金属ナノ粒子を融着させることにより結線している。
【００３６】
従来のワイヤボンドによる基板間の結線では、ワイヤの高さや長さの制御が難しいことからインダクタンス成分がばらつくという問題があったが、本構成により平面的に接続することが可能となり、基板間の接続用の第２導体５の幅の制御も容易であることから、基板間の接続のばらつきによる高周波特性のばらつきを抑制できる効果がある。
【００３７】
更に、ワイヤボンディングのように、一定以上の高さが必要になることも無く、平面的な接続であることから、半導体基板上部の蓋までの距離を短く出来、高周波デバイスのパッケージ後の高さを低くでき、薄型化が可能となる。また、ワイヤに比較して幅広いパターンを形成することが出来るので基板間の抵抗を小さくできると共に、結線部のインピーダンスの制御が可能となるという効果もある。
なお、本例では半導体基板を結線したが、アルミナ等の誘電体基板やパッケージ、モジュール等の間の接続に金属ナノ粒子が融着されてなる第２導体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る実施の形態１の高周波デバイスの構成を示す平面図である。
【図２】実施の形態１の高周波デバイスの回路構成を示す回路図である。
【図３Ａ】本発明に係る実施の形態２の高周波デバイスの一部の構成を拡大して示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの実施の形態２の高周波デバイスの一部における第２導体を形成する前の平面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態３の高周波デバイスの構成を示す平面図である。
【図５】実施の形態３の高周波デバイスにおけるインクが塗布される領域の構成を示す平面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態４の高周波デバイスの構成を示す斜視図である。
【図７】従来例の高周波デバイスの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  半導体基板、２  電界効果トランジスタ、４  第１配線、５  第２配線、６  撥水性領域、７  ゲート、８  ドレイン、９  ビアホール、１０  抵抗体膜、１１  ＭＩＭキャパシタ、１２  島状配線、１３  パッド領域、１４  親水性領域、１５  充填物。
【図１】
0004800594.tif 000002
【図２】
0004800594.tif 000003
【図３Ａ】
0004800594.tif 000004
【図３Ｂ】
0004800594.tif 000005
【図４】
0004800594.tif 000006
【図５】
0004800594.tif 000007
【図６】
0004800594.tif 000008
【図７】
0004800594.tif 000009