(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの半導体デバイス（２１）を備える装置を製造する方法であって、
第一基板（１）上に、半導体層から成る積層体を形成するステップと、
前記第一基板（１）と前記積層体の全体を分割して、複数のサブパーツを得るステップと、
前記積層体が第二基板に接触するように、少なくとも一つの前記サブパーツを第二基板（９）に取りつけるステップと、
上記のように取りつけたそれぞれのサブパーツから、前記分割された第一基板の部分を取り除き、前記サブパーツの残りの部分によって、前記第二基板上に半導体デバイス（２１）を形成するステップと、
を備えたことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記分割された第一基板（１）の部分を取り除いた後に、前記第二基板（９）上に、レジスタ（１４）、コンデンサ（１０，１１）、及び、配線（１７、１８，１９）を形成するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第二基板（９）に少なくとも一つの前記サブパーツを取りつける前に、前記第二基板上に、レジスタ（１４）、及び、コンデンサ（１０，１１）を形成するステップと、
前記分割された第一基板（１）の部分を取り除いた後に、前記第二基板上に、配線（１７、１８，１９）を形成するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第二基板上に形成された前記半導体デバイス（２１）が、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項５】
前記装置が、能動マイクロ波回路であることを特徴とする請求項１から４のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項６】
前記第一基板（１）が、ゲルマニウム基板であることを特徴とする請求項１から５のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項７】
前記サブパーツを取りつけた後に、ＣＦ４―Ｏ２プラズマエッチングで、前記ゲルマニウム基板を取り除くことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記装置内に光導波路を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法を用いて、第一半導体デバイス（４０）を形成し、
配線パターンと誘電性絶縁体を形成し、
前記第一半導体デバイスの上部に、請求項１に記載の方法で第二半導体デバイス（４１）を形成して、装置を製造する方法。
【請求項１０】
前記装置が、タンデム太陽電池であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板に埋め込まれた半導体デバイス、詳細には、マイクロ波デバイス、もしくは、ミリ波デバイス、及び、それらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車産業などの応用分野において、ＭＭＩＣ（モノリシックミリ波集積回路）の利用の増加に伴い、低コストで、同等のパフォーマンスレベルを有する代替技術の開発が強く求められている。標準的なＭＭＩＣ技術では、単一基板上にモノリシックな方法で、能動素子、及び、受動素子を形成する。この基板は、半導体層の成長、高周波数パフォーマンス、製造可能性、及び、費用などに関する、すべての必要条件を満たさなければならない。代替技術として、それぞれのＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）と受動素子とのハイブリッド集積がある。これは、廉価な基板上に形成される。この方法によって、チップあたりの、エピタキシャル領域での消費を劇的に減らすことができる。
【０００３】
米国特許第５,６７５,２９５号では、受信機、もしくは、送信機用のマイクロ波発振デバイスについて記載されている。この発振デバイスは、能動デバイスを含む高周波数発振回路を備える。バーティカルダイオードなどの能動デバイスは、ノンドープ半絶縁性ＧａＡｓ基板上に形成される。この製造方法は、前記ＧａＡｓ基板上に犠牲層を堆積させ、その後、前記犠牲層上に堆積を行うステップと、その後、能動デバイスを構成する前記層（例えば、半導体層など）をパターニングするステップを含む。そのような能動素子の製造方法の具体例が、Ｋ．ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｚａｎｄｅｎらによって書かれた、「ＩｎＰデュアルゲートＨＥＭＴ技術を用いた、Ｗバンドのハイゲイン増幅器」に記載されている（ＩｎＰ、及び、それに関係する材料、１ｐｐ７、ｐｐ２４９−２５２）。このようにして形成されたバーティカル能動デバイス（図１ｂ参照）は、ノンドープＧａＡｓ基板から、例えば、エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）技術を用いることによって分離される。エピタキシャルリフトオフ技術では、能動デバイスと半絶縁性基板に挟まれた犠牲層が、選択的にエッチングされる。分離した後、能動デバイスを、第二基板に移動させ、取り付ける。前記第二基板は、受動素子、及び、配線を備えた他のいかなる基板であっても良い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明第一の目的は、受動素子に接続されている、少なくとも一つの半導体素子を備えた、優れた高周波数デバイスを提供することである。
【０００５】
他の目的は、受動素子を備えた、個々の半導体デバイスのハイブリッド集積の製造方法を提供することである。
【０００６】
また、さらに別の目的は、タンデム太陽電池の製造方法を開示することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも一つの半導体デバイスを備えた装置を製造する方法に関する。前記方法は、以下のステップを備えることを特徴とする。
第一基板上に、実質的に半導体層である積層体を形成するステップと、
前記第一基板と前記積層体の全体を分割し、複数のサブパーツを得るステップと、
第二基板と前記積層体が接触するように、前記サブパーツのうち少なくとも一つを第二基板に取りつけるステップと、
このように取りつけられた前記サブパーツから、実質的に、前記第一基板の分割された部分を取り除き、サブパートの残りの部分によって前記第二基板上に半導体デバイスを形成するステップを含むことを特徴とする。
【０００８】
ある実施形態では、本発明による方法は、基本的に前記第一基板の分割された部分を取り除いた後に、前記第二基板上に、レジスタ、コンデンサ、及び、配線を形成するステップを含む。
【０００９】
他の実施形態では、本発明による方法は、前記第二基板上に、レジスタ、及び、コンデンサを形成した後に、前記サブパーツのうち少なくとも一つを、前記第二基板に取りつけ、そして、実質的に、前記第一基板の分割された部分を取り除いた後に、前記第二基板上に配線を形成するステップを含む。
【００１０】
望ましい実施形態では、レジスタ、コンデンサ、及び、配線を形成するステップが、マルチチップモジュール誘電体（ＭＣＭ−Ｄ）プロセスフローである。
【００１１】
さらに望ましい実施形態では、前記第二基板上に形成された、前記半導体デバイスが、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）である。
【００１２】
さらに望ましい実施形態では、前記デバイスが、能動マイクロ波回路である。
【００１３】
さらに望ましい実施形態では、前記基板が、ゲルマニウム基板である。
【００１４】
さらに望ましい実施形態では、前記サブパーツを取りつけた後に、前記ゲルマニウム基板をＣＦ４−Ｏ２プラズマエッチングで取り除く。
【００１５】
さらに望ましい実施形態では、本発明による方法は、前記装置内に光導波路を形成するステップを含むことを特徴とする。
【００１６】
同様に、本発明は、本発明の方法を用いて第一半導体デバイスを形成し、さらに、配線パターンと誘電性の分離層を形成し、前記第一半導体デバイス上に、本発明の方法を用いて第二半導体デバイスを形成することにより、装置を製造する方法に関する。
【００１７】
望ましい実施形態では、その装置は、タンデム太陽電池である。
【００１８】
同様に、本発明は、本発明の方法で製造された装置に関する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図1は、能動デバイスの概略的な全体像である。この例では、ＩｎＡｌＡｓグレイディッドバッファ層と二重ドープしたヘテロ構造を備えたメタモーフィックＨＥＭＴ構造がゲルマニウム基板１上に成長されている。そのような半導体層のスタックは、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの様々な基板上に成長させることができる。しかし、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ高電子移動度トランジスタを成長させるために用いられる基板として、ゲルマニウムを使うことが望ましい。ゲルマニウム基板は、ＩｎＰ基板、もしくは、ＧａＡｓ基板と比べると利点が多い。なぜなら、ゲルマニウム基板は、より大きく、壊れにくく、高価でないからである。しかし、ゲルマニウム基板は、受動素子と能動デバイスを結合する際に、高い誘電損失を持つため、複数の欠点を有するようになる。例えば、トランジスタの遮断周波数ｆＴが４５ＧＨｚまで下がる。それに対して、ＧａＡｓ基板、もしくは、ＩｎＰ基板上に形成した同等のデバイスは、９０ＧＨｚ以上の遮断周波数を有することができる。その上、ゲルマニウム基板上に形成された、マイクロ波回路内の導線の損失は非常に大きくなる。
【００２０】
様々な廉価な基板を、第二基板として用いることができる。良く知られた基板技術であり、非常に適したものは、いわゆるＭＣＭ−Ｄ技術であり、米国特許第５,６７５,２９５号の中でも用いられている。ＭＣＭ−Ｄ（マルチチップモジュール−誘電体）は、薄膜を製造する技術であり、薄い絶縁層や伝導性材料の層を、ガラスもしくはサファイアなどの廉価な基板上に堆積させる。ある伝導層内の金属ラインは、他の伝導層内の金属層と垂直に走っている。このＭＣＭ−Ｄ技術において、ハンダバンプ技術、もしくは、フリップチップ技術によって、ＭＣＭスタックの上に、チップを連結させると同時に、レジスタやコンデンサなどの、固定した受動素子を形成させても良い。これらの絶縁層内に開口部（例えば、ビア）を作り、受動素子、チップ、及び、ワイヤ層を配線する。ＭＣＭ−Ｄ技術は、標準的なＭＭＩＣ技術と比べて、より安い費用で誘電損失をおさえた基板を提供することができる。図２に示した断面図は、そのような廉価な基板技術の具体例を示している。このＭＣＭ−Ｄ技術は、ＢＣＢ１２及び１３に埋め込まれた３つの金属層（１５−１６、１７、１８）からなる。ＢＣＢ１２及び１３は、低い誘電定数（ｒ＝２．７）や低い誘電損失（損失角のタンジェント＝８×１０−４）を有する誘電材料である。層１５は、例えば、２μｍの厚さのアルミニウム層である。同様に、層１６は、例えば、１μｍの厚さのアルミニウム層である。層１７は、５μｍのＴｉ／Ｃｕ／Ｔｉとすることができる。層１８は、２μｍのＴｉ／Ｃｕとすることができる。層１９は、Ｎｉ／Ａｕとすることができる。ＢＣＢ層１２及び１３の厚さは、それぞれ５μｍとすることができる。完全な構造は、誘電損失の低いガラス基板９上に作られる。伝導層と誘電層のスタックを積層する間に、受動素子を形成する。この金属−誘電体多層スタックは、ＴａＮ抵抗１４、Ｔａ２Ｏ５コンデンサ（１０−１１）、インダクタ、及び、配置されたマイクロ波素子を備える。ＴａＮ抵抗は、主に、５０オームの高周波数ターミネイションとして使われる。大容量を実現するために、Ｔａコンデンサを用いる。小容量のコンデンサであれば、平行板ＢＣＢコンデンサを用いても良い。ＴａＮ抵抗とＴａコンデンサは、能動素子に、安定にバイアスをかけるために用いることができる。
【００２１】
付随の図に関して、本発明は、後ほど詳細に記載している。しかし、当業者にとって、本発明を実行するための他のいくつかの実施態様や他の方法を思いつくことができることは明白である。また、本発明の精神や技術範囲は、書き添えられた特許請求の範囲の言葉だけに限定されるものではない。
【００２２】
第一発明では、良好な誘電特性を有する廉価な基板上に受動素子を備えた超薄型半導体デバイスの集積について開示されている。半導体デバイスは、第一基板上に成長させた積層体（例えば、半導体層の積層体）を含む。その半導体デバイスを形成した後、この第一基板を分割（singulate)し（即ち、いくつかのパーツ、もしくは、チップに分割し）、そのチップは、第二基板に移される。第一基板を取り除いた後、取りつけたチップは、配線技術を用いて、この第二基板上の受動素子に接続される。最終的に、能動マイクロ波回路が得られる。
【００２３】
この第一発明の好ましい実施形態として、ゲルマニウム基板上に成長させたメタモーフィックＨＥＭＴは、ＭＣＭ−Ｄ配線基板に埋め込まれる。この実施形態では、図３a-eに示したように、ＨＥＭＴをＭＣＭ−Ｄラインに対して裏面接続する。この技術によって、安価で、良好な成長をするという基板の利点を、高いパフォーマンスを有する能動マイクロ波回路に生かすことができる。
ゲルマニウム基板は、５０×５０ｍｍ２の広さと、２００μｍの厚さを有する。高抵抗性のゲルマニウム基板を使用することもできるが、材料の純度に関する制約は無視して費用の面から、５０ｏｈｍ ｃｍの抵抗率を有するゲルマニウム基板１を選択している。後述のように、ゲルマニウムは、犠牲層基板としてのみ作用するので、ゲルマニウムの導電率は、最終的なデバイス、もしくは、最終的な回路のパフォーマンスにとって重要でない。ＭＢＥ（分子線エピタキシ法）によって形成された層構成は、図１ａに示されている。それは、ＧａＡｓ上で成長したものと非常に類似している。最初のＧａＡｓの核形成層２の後、バッファ層３を、ＡｌＡｓからＩｎ.５７Ａｌ.４３Ａｓへ徐々に変化させる。続いて、応力緩和層４を形成するために、逆にＩｎ.５２Ａｌ.４８Ａｓに徐々に変化させるステップを行う。二重のＳｉデルタドープした構造（上部ドープレベルは、５×１０１２ｃｍ−２であって、下部ドープレベルは、２．５×１０１２ｃｍ−２である。）は、この仮想の基板上に格子整合して成長させる。ゲルマニウム基板上に成長したＧａＡｓの格子定数は、比較的厚いバッファ層３でＩｎＰの格子定数に変換されるので、その基板はバーチャルと呼ばれる。ＨＥＭＴ能動層は、完全なＩｎＰ基板上に成長したかのように形成される。このＨＥＭＴ能動層の積層体は、バッファ層５ａ、スペーサ５ｂ、チャンネル層６、続いてスペーサ７ｂ、及び、ショットキ層７ａを備える。最後に、オーミックコンタクトの形成のために、ＳｉドープしたＩｎ.５３Ｇａ.４７Ａｓ層８からなるキャッピング層を堆積させる。ウェットメサエッチング、Ｎｉ／Ａｕ／Ｇｅオーミックコンタクト（２０ａ,２０ｂ）の堆積と合金化、及びＣｒ／Ａｕのｃ−ゲート２０ｃの金属堆積を行って、ＨＥＭＴデバイスの能動領域が得られる。ゲルマニウム基板を分割し、個々のデバイス、もしくは、デバイスの配列を作製する。このプロセスのステップにおいて、コンタクト層が適用されるため、いくつかのデバイスを、配列に接続させても良い。図１ｂは、ゲルマニウム基板とバッファ層を取り除いた後のＨＥＭＴデバイスの断面図を示している。ソース２０ａとドレイン２０ｂに対するコンタクトパッドは、解放されており、裏面から接続することができる。例えば、米国特許第５,６７５,２９５号などの公知技術において、図１ｂにおいて示されているデバイスを、他の基板に移動させても良い。
【００２４】
ＧａＡｓをベースとするデバイスと比べて、高いレベルのパフォーマンスを有し、直流の挙動が良好なメタモーフィックデバイスを成長させるための基板材料として、ゲルマニウムを使うことができる。しかし、満足なパフォーマンスをする高周波回路を作るための基板として、ゲルマニウムを使うことはほとんど無い。ゲルマニウムベースのデバイスでの、遮断周波数ｆＴ、及び、最大振動周波数ｆmax（それぞれ、４５ＧＨｚと６８ＧＨｚ）は、同様なＧａＡｓベースのデバイスの周波数（ｆＴ＝９０、及び、ｆmax＝１３０ＧＨｚ）と比べると低いので、ゲルマニウム基板を取り除いて、伝導性のゲルマニウムから発生する寄生容量を排除する必要がある。この好ましい実施形態では、例えば、ガラスなどのＭＣＭ−Ｄ基板が使われる。なぜならば、そのような基板は、費用が安く、誘電特性が良好であるためである。そのような基板技術の主な欠点は、マイクロ波回路のような高周波素子を作るための能動材料が無いことである。完全なマイクロ波回路を設置するために、フリップチップを使って、能動素子を受動マイクロ波ＭＣＭ−Ｄに取りつける。
【００２５】
図３ａに示したように、ガラス基板９上にＨＥＭＴ２１（図３ｅ参照）をフリップチップ接続することによって、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴをＭＣＭ−Ｄスタックに集積する。デバイス形成し、ゲルマニウム基板を分割し、個々のＨＥＭＴデバイスを形成した後、ゲルマニウム基板１の上部にあるＨＥＭＴデバイス２１をＭＣＭ−Ｄ基板９に移す。比較的厚いゲルマニウム基板９は、移動している間も存在するので、ＨＥＭＴデバイスは非常に扱いやすくなり、移動のプロセスは、工業的な応用に、より適している。
【００２６】
ガラス基板９とＨＥＭＴ２１間を接着するために、硬化していない薄いＢＣＢ層２２を使う。例えば、１μｍ以下のＢＣＢ薄層を基板９上に回転塗布することによって堆積させることが好ましい。ＨＥＭＴデバイス２１は、上下反対にされ、この粘着層にフリップチップ接続される。ＢＣＢ層を硬化させ、接着をさらに強固にする（図３ａ）。ＢＣＢ層は、ＭＣＭ−Ｄ技術で使われる他の材料と化学反応を起こさないので、粘着層として使われる。
【００２７】
ＨＥＭＴデバイスとゲルマニウム基板の積層体を、ＭＣＭ−Ｄ基板に取りつけた後、ＣＦ４−Ｏ２プラズマエッチングで、ゲルマニウム基板１は、取り除かれる（図３ｂ参照）。ＣＦ４及びＯ２プラズマの反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）に基づく高選択性エッチングプロセス技術が発達してきた。このＲＩＥは、ＧａＡｓを薄くする方法と比べて直接的な方法である。この選択性エッチングプロセスのセッティングは以下の通りである。ＣＦ４ガス流量１００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス流量１０ｓｃｃｍ、そして、圧力３００ミリトールである。ゲルマニウム基板のエッチングは、５０ワットのＲＦ入力パワーを用いて、３０℃で行われる。ゲルマニウムのエッチング速度は、一般的に３．５μｍ／ｍｉｎである。その場合、２μｍの厚さのエピタキシャル層だけを残して、完全に２００μｍの厚い基板を取り除くのに、約６０分間、エッチングする必要がある。ＧａＡｓバッファ層２に対する選択性が約１／１００であるとして、２００μｍのゲルマニウムは、約７０分間でエッチングされる。
【００２８】
ＲＩＥプロセスチャンバの排出部に存在する反応性ガス流の中のゲルマニウムを捕捉して、ゲルマニウムを再利用しても良い。また、その再利用したゲルマニウムを使って、再びゲルマニウム基板を成長させても良い。図３ｂからわかるように、ＨＥＭＴスタックによってカバーされていないＢＣＢ層は、ＲＩＥステップの間もエッチングされるが、ガラス基板は基本的に影響を受けない。ＧａＡｓバッファ層２は、非選択性のＨ２ＳＯ４−Ｈ２Ｏ２溶液によって取り除かれる。このウエットエッチングステップによって、コンタクトパッドを含むＨＥＭＴデバイスを、およそ３〜５μｍ、好ましくは、３μｍ以下まで薄くし、図３ｂの構造が得られる。ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ層（３−８）と金のコンタクト２０のみが残る。そのような薄い構造は、ＭＣＭ−Ｄ構造の平坦化特性を阻害することなく、ＭＣＭ−Ｄスタックの中に集積することができる。ＭＣＭ−Ｄスタックの上にさらに加工処理したり、このＭＣＭ−Ｄ基板の上にチップを固定することもゆるされる。移動させたＨＥＭＴデバイスを埋め込むことによってできるステップの高さは、塗布したＢＣＢ層の厚さより小さい。次のステップは、ＭＣＭ−Ｄ上にＴａ及びＴａＮ構造を設置し、レジスタ１４とコンデンサ（１０−１１）を形成することである。底部のアルミニウム層１５はＨＥＭＴ構造を被覆し、これらプロセスステップの間、ＨＥＭＴ構造を保護する（図３ｃ）。
【００２９】
Ｔａ及びＴａＮ構造をパターニングした後、フォトレジスト層（図３ｄには示されていない）を堆積させ、パターニングし、Ｔａ／ＴａＮ構造（１４，１０）、及び、トランジスタの能動領域（２３）を被覆する。リン(V)酸溶液を用いることによって、トランジスタの能動領域のみ残し、コンタクト（２０ａ、２０ｂ）は、接触していない状態にする（図３ｄ）。コンタクトは、最初、それらを第二基板９に移動させる前に、ＨＥＭＴスタックの上部に形成されたものである。最後のステップとして、受動構造を設置するために、ＢＣＢ層（１２，１３）と銅層（１７，１８）を積層し、パターニングする。ＨＥＭＴに接続するために、金属被覆（１７、１８〜１９）を使う。これによって、最終的に能動マイクロ波ＭＣＭ−Ｄ構造（図３ｅ）が与えられる。Ｎｉ／Ａｕコンポーネント層１９を形成し、ＭＣＭ−Ｄスタック上のチップもしくは他の素子を結合させる。チップはさらに能動マイクロ波ＭＣＭ−Ｄ構造からのプロセスシグナル、もしくは、ＭＣＭ−Ｄ構造へのプロセスシグナルと結び付けても良い。
【００３０】
本発明の第二の実施形態では、レジスタとコンデンサを形成させた後、ゲルマニウム基板上に成長させたメタモーフィックＨＥＭＴをＭＣＭ−Ｄ配線基板に埋め込む。この第二の実施形態では、インジウムを用いた配線のフリップチップタイプを最適化して使う。インジウムは、バンプ材料というより、結合材料として使う。
【００３１】
この実施形態では、結合材料としてインジウム（Ｉｎ）を用いて、ガラス基板上にＨＥＭＴのフリップチップを行い、ＭＣＭ−ＤにおけるＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ集積を行う。この手法は、図４（ａ−ｅ）に示されている。
【００３２】
最初に、標準的なＭＣＭ−Ｄプロセスを用いて、ＴａＮ層１４とＴａ層（１０〜１１）を設ける。このプロセスによって、ＨＥＭＴデバイス用のアルミニウム底面コンタクト２５を設ける（図４ａ）。インジウムの薄膜層２６を、アルミニウム上に蒸着させ、パターニングする（図４ｂ）。例えば３００ｎｍ以下のインジウム薄膜層は、ＭＣＭ−Ｄ基板とＨＥＭＴ間の、機械的、電気的な配線層として使う。ＨＥＭＴ２１を、フリップチップ接続でインジウム結合層２６上に置き、その後、１５０℃まで加熱する（図４ｃ）。次に、先述のように、ＧａＡｓ層２に対して選択的なＣＦ４−Ｏ２プラズマエッチングで、ゲルマニウム基板１を取り除く。ＧａＡｓバッファ層は、先述のように非選択的なＨ２ＳＯ４−Ｈ２Ｏ２溶液によって取り除く。さらに、ＨＥＭＴデバイスを約３〜５μｍ以下まで薄くし、図４ｄの構造を得る。最後のステップとして、受動構造を設置するために、ＢＣＢ（１２，１３）と銅層（１７、１８〜１９）を積層してパターニングする。銅金属被覆を使って、ＨＥＭＴを接続する。これによって、最終的に、図４ｅに示すような能動マイクロ波ＭＣＭ−Ｄ構造を得る。
【００３３】
図５は、そのような構造をＳＥＭによって上から見た図を示している。それは、ＭＣＭ−Ｄ基板９上に集積されたトランジスタ２１を示している。コンタクト２５はデバイス２１の周りにある。ＭＣＭ−Ｄ構造上にＨＥＭＴを整列させるためにつかわれる小型の長方形３６がある。図４ｄに示すように、能動領域は、最終的なエッチングによって絶縁される。
【００３４】
マイクロ波、もしくは、ミリ波領域における多数の応用のために、上記のようなハイブリッド集積を用いることができる。例えば、２つのＨＥＭＴデバイスを集積し、ショートレンジのレーダシステムが得られる。そのシステムは、衝突回避システムにおいて用いても良い。図６において、周波数変調技術に基づいたショートレンジのレーダシステムのアウトラインが与えられる。オシレータ２９は、周波数を調整し、変調された周波数シグナルをアンテナへ送ることができる。そのシグナルは、アンテナによって、前方向に放射される。放射は、車などの金属の物体で反射され、第二アンテナへ到達する。第二アンテナが受け取ったシグナルは、送られたシグナルと３０で混合され、低周波数のビートシグナルを発生させる。その周波数は、物体との距離と接近スピードに比例する。ＭＣＭ−Ｄ内に完全なシステムを生み出すために、ＭＣＭ−Ｄ技術を、裏面プロセスステップを用いて拡張し、パッチアンテナ２７（パッチアンテナ２７は、同一平面上の線２８によって示されている）をＭＣＭ−Ｄレイアウトの中に作り出す。そのようなパッチアンテナは変調された周波数シグナルを放射し、もしくは、反射したシグナルを検出するために使うことができる。ドップラーレーダを作るために、自己発振混合(self-oscillating mixer)のコンセプトを用いる場合、原則的には、１つのＨＥＭＴで十分である。そのような構造において、この単一のＨＥＭＴを使って、マイクロ波オシレータと、反射シグナルのダウン変換を同時に発生させる。しかし、この回路では、オシレータのアウトプットパワーと、ミキサ内のノイズの発生との間にトレードオフが生じる。このため、レーダの範囲が２，３メートルに制限されてしまう。２つのトランジスタを使うことによって（ひとつのトランジスタは、オシレータに、もう一つは、ミキサ３０に）、両デバイスのバイアスと、マッチングを最適化して、ミキサに対して適当なノイズ波形を有しながら、充分なオシレータアウトプットパワーを得ることができる。これは、図６で与えられた構成である。すべてのマイクロ波回路（例えば、マッチング回路、バイアス回路、及び、アンテナなど）が、ＭＣＭ−Ｄ技術によって実現できる。先述のオプションの一つであるフリップチップを用いて、二つのＨＥＭＴデバイスを集積しても良い。上記オプションの一つにしたがって、ＨＥＭＴを埋め込み、裏面接続することによる準モノリシックな技術によって、できるだけ多くの配線の寄生効果を排除し、特に、より高いミリ波周波数で良い結果が出るようにすべきである。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、廉価な基板上での光学的配線システムが開示されている。第一基板上に成長させた半導体デバイスを、光導波路が形成された第二基板に移しても良い。半導体デバイスを、光学的レシーバ／トランスミッタとして用い、電気的なシグナルを光学的なシグナルに変換したり、逆に、光学的なシグナルを電気的なシグナルに変換する。
【００３６】
先程の実施形態で開示したように、ＨＥＭＴデバイスは、ＭＣＭ基板上、もしくは、コンポ−ジング層内に形成された回路内に集積させ、埋め込んでも良い。ＭＣＭ−ＤなどのＭＣＭ技術によって、III−V、もしくは、ＢｉＣＭＯＳ３１のような異なる技術をあわせるプラットフォームが提供できる。この技術によって、図８に示すように、それぞれのデバイスを、データプロセスや動作周波数に関して最適化特性を有するように、単一の基板上に集積することができるようになる。上述のように、ＨＥＭＴデバイスを備えた能動マイクロ波ＭＣＭ−Ｄ構造からのプロセスシグナル、もしくは、ＭＣＭ−Ｄ構造へのプロセスシグナルに対して、ＭＣＭ−Ｄスタックにチップを取りつけても良い。ＭＣＭ−Ｄスタックの中、もしくは、ＭＣＭ−Ｄスタックの上の素子間のデータの交換は、一般に、電気シグナルを用いて行う。しかし、もし、このデータの伝送が光のシグナルで行われるなら、非常に速いデータ伝送速度が得られる。そのような伝達を行うために、「ライトチャンネル」、「光導波路」、及び、「変換デバイス」が必要である。「ライトチャンネル」は、「ある変換デバイス」から「他の変換デバイス」へ、光を移動させるものである。「変換デバイス」は、「ライトチャンネル」から受け取った光のシグナルを、一般的な電気回路によって処理可能な電気シグナルに変換するものである。
【００３７】
「ライトチャンネル」は、第二材料（クラッド層）の基板内に、第一材料（コア層）から成るトレンチを形成して作られる。両材料は、屈折率ｎなどの光学特性が異なる。そのようなライトチャンネルの動作に関する概略的な断面図が図９に与えられている。第一材料（コア層）３５に伝送される光は、第一材料内に完全に閉じ込めることはできない。電磁波（３２：破線の円）（光は電磁波シグナルである）のうちいくらかは、このトレンチの外にあるクラッド層１３内へ広がる。光波の指数関数的な減衰部分は「エヴァネッセントフィールド」と呼ばれる。それは、光導波路のコアの外に存在する。ＭＣＭ−Ｄ金属誘電体スタック内の伝導層を電気的に絶縁するために使われるＢＣＢ（ベンゾ−シクロブテン）層（１２，１３）は、様々な種類のものが利用可能である。それぞれの種類は、異なる光学的特性を有する。様々なＢＣＢの光学的特性が相違していることを使って、光学的導波路、もしくは、光導波路を作っても良い。ＢＣＢの光学的特性の概略は、ダニエルシュナイダーによって書かれた、トロンヘイム大学の博士学位論文（ノルウェー、１９９８年）の中の「シングルモードのポリマー光導波路の製造と特性」の中に与えられている。ＢＣＢは、４０２２という種類を第一材料（コア：３５）として使用することもできるし、３０２２という種類を、第二材料（クラッド：１３）として使用することもできる。第一の種類の４０２２は、感光性樹脂と似たものであるので、光に露光した後で、湿式現像をすることもできる。第二の種類の３０２２は、感光性ではないため、標準的な露光及びエッチング技術を用いて、パターニングしなければならない。一般的に、この３０２２という種類は、ＭＣＭスタック内の誘電層として使われる。例えば３３などのビアを作り、下にある金属層と接続させる時、ＢＣＢ層のパターニングがなされる。ＭＣＭ−Ｄプロセスにおけるこの階段もしくはステージにおいて、同時にトレンチを形成して、光導波路を配列させることができる。このパターニングのステップの間に使ったレジスタを取り除いた後、そのトレンチを、光学的に異なる種類であるＢＣＢ４０２２で充たしても良い。例えば、ＢＣＢ材料を回転塗布することにより、充填することができる。続いて、ＢＣＢ４０２２で充填したトレンチを残して、ＢＣＢをエッチバックする。ＢＣＢ４０２２は、樹脂のような性質があるので、ＢＣＢ４０２２を、クラッド層（１３）の底面（１３ａ）の上部に回転塗布し、マスクを使って露光し、光導波路３５のラインのみが残るように湿式現像をしても良い。後で、クラッド層の残りの部分（１３ｂ）を堆積させ、全体の構造を平坦化する。
【００３８】
図８に示した具体例において、フォトＨＥＭＴをＭＣＭ−スタック上に置き、光導波路をＢＣＢ層１３の上部に形成する。他の方法が、図１０に示されている。ＭＣＭ−Ｄ基板９の上に、最初、光導波路３５を備えたクラッド層３４のスタックを形成して、光導波路を作製する。このスタックの上部に、図３ａ〜ｅに示したようなプロセスを続けても良い。
【００３９】
ＨＥＭＴデバイスは、感光性の特性を有する。例えば、ＨＥＭＴのドレインとソース間の電流は、入射光によって、ある程度調節することができる。それゆえ、専用の光変換機を形成する特別なプロセスは必要ない。なぜならば、そのような「感光性トランジスタ」は、上記のミキサ２９とダウン変換機３０で使われているＨＥＭＴトランジスタと同時に形成でき、また、それと同等のものだからである。感光性デバイスとして使われるＨＥＭＴについては、配線のみが、電子デバイスとして使われるＨＥＭＴと比べて相違している。配線だけ設計する必要があり、プロセス技術を変える必要はない。高周波数デバイス、及び光デバイスは、光導波路を有する同一基板上に形成することができる。その基板は、ＭＣＭ−Ｄ基板であることが好ましい。
【００４０】
もし、ＨＥＭＴデバイスを、本発明のある実施形態と同様に、ＭＣＭ−Ｄスタックの上部にハイブリッドな方法で加工処理し、移動させるならば、図９に示したような「ライトチャンネル」上に、デバイス２０ｃのゲートを設置させても良い。この図で見られるように、光のいくらかは、デバイスのヘテロ層（５ａ〜８）に対して侵入し、ゲートの漏れ電流などに影響を与える。この侵入光は、これらの半導体層で吸収され、電子−ホールの対を形成する。ＨＥＭＴデバイスは、III―V化合物半導体材料からなる。
【００４１】
本発明の他の実施形態では、タンデム太陽電池を形成する超薄膜半導体デバイスを積層することが開示されている。
【００４２】
もし、半導体デバイスを、第一の犠牲基板上で成長させ、そして、分割した後、第二基板上に、移動させるならば、この技術を用いて、半導体スライスのスタックを得ることができる。タンデム太陽電池において、異なるバンドギャップを有する半導体材料のスライスを積層させる。それぞれのスライスは、他のスライスに存在する材料とは異なるバンドギャップを有する半導体もしくは化合物半導体材料を含むので、それぞれのスライスは、特定の範囲の電磁波放射に対して感度を有する。標準的なシリコン太陽電池は、シリコンのバンドギャップ（１．１ｅＶ）より大きい量子エネルギーを有する光に対してのみ感度を有する。一方、例えばシリコンのスライス、および、ＧａＡｓのスライスを備えたタンデム太陽電池は、１．１ｅＶの波長範囲の光だけでなく、波長がより長い光も検出することができる。なぜならば、ＧａＡｓのバンドギャップは、シリコンより小さいからである（約０．９２ｅＶ）。そのようなタンデム太陽電池の全体的な効率は、単一の太陽電池より高い。本発明によれば、半導体材料のいくつかの層の積層が可能となる。図１１は、この実施形態を示している。半導体スライス（４０，４１）の両面は、一組の垂直金属ワイヤ（４４，４３）に接続されており、これらの半導体スライス内に形成された接合の両方のサイドが接続されている。これらの二つのスライス（それぞれのスライスは、直列のｐ−ｎ接合を形成している）を接続するために、ある高さのある方向の金属層を、より高い層にある同じ方向の金属ワイヤと接続させる。金属ワイヤ４４は、絶縁層４２の開口部４５によって接続させる。金属ワイヤ４３は、絶縁層４２の開口部４６によって接続させる。絶縁層はｐ−ｎ接合とワイヤとを電気的に絶縁する。図１２は、図１１で与えられた構造の電気的に等価な概略図である。それは、ｐ−ｎ接合の並列接続を明確に表している。本発明の他の実施形態を使って、図１１で与えられるスタックを形成しても良い。半導体スライス４０は、他の基板上で成長させて、望ましいｐ−ｎ接合を作り出しても良い。この基板は、望ましい大きさを有するスライスに分割できる。そのデバイスは、第二基板４７に移動させて、ＢＣＢ付着層を使って、この点に取りつけることができる。他の実施形態に開示されているように、例えば、半導体スライスが形成された第一基板は、ドライエッチングステップの間に、取り除くことができる。金属ワイヤは、チップ４０を取りつける前、もしくは、取りつけた後に形成することができる。第二ＢＣＢ層は、第一金属ワイヤ４４、及び、スライス４０上に堆積させる。第二金属ワイヤ４３は、第一金属ワイヤの方向と実質的に垂直な方向に堆積させる。この第二金属ワイヤは、半導体スライスに形成されたｐ−ｎ接合の逆側サイドに接続する。再度、ＢＣＢ層を堆積させ、金属ワイヤの異なるレベルを電気的に絶縁し、また、接着層として作用させ、このスタックに移された第二スライス４１を固定する。上記のプロセスの順序を繰り返しても良い。誘電層４２に、開口部を形成し、金属ワイヤの適当なレベルに接続し、例えば、デバイスの直列接続、もしくは、並列接続を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先行技術における、ゲルマニウム基板上に成長させたメタモーフィックＨＥＭＴ構造の断面図である。
a:堆積させた後のデバイススタックの断面図である。
b:ゲルマニウム基板とバッファ層を取り除いた後のデバイスの断面図である。
【図２】  先行技術における、ＭＣＭ−Ｄ技術を概略的に表した図である。
【図３】  配線技術（例えば、ＭＣＭ−Ｄ）において、能動デバイス（例えば、ＨＥＭＴ）を埋め込む方法を表した図である。これは、本発明のある実施形態にしたがって、受動デバイスを備えている。
【図４】  配線技術（例えば、ＭＣＭ−Ｄ）において、能動デバイス（例えば、ＨＥＭＴ）を埋め込む方法を表した図である。これは、本発明の他の実施形態にしたがって、受動デバイスを備えている。
【図５】  本発明のある実施形態にしたがって集積したトランジスタを上部から見たＳＥＭ図である。
【図６】  ショートレンジのレーダシステムのために組み立てられたシステムを概略的に表した図であり、これは、本発明の工業的な応用を示している。
【図７】  ＭＣＭ−Ｄ技術におけるマイクロ波パッチアンテナを概略的に表した断面図であり、これは、本発明の工業的な応用を示している。
【図８】  ＭＣＭ（−Ｄ）基板上に、同様の技術、もしくは、異なる技術で加工処理した素子の集積を表した図であり、本発明のある実施形態を示している。
【図９】  光検出器ＨＥＭＴと光導波路を表した断面図であり、本発明のある実施形態を示している。
【図１０】  本発明のある実施形態にしたがって、ＢＣＢ層のスタック内の光導波路を形成することと、光検出器ＨＥＭＴをさらに埋め込むことを表した図である。
【図１１】  本発明にある実施形態にしたがって、タンデム太陽電池を概略的に表した断面図である。
【図１２】  図１１で与えられた断面図の電子回路図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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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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